哈拉喬拉巖體橄欖石與輝石成分對阿爾泰 造山帶銅鎳成礦潛力的指示

丁建剛 毛亞晶

摘 ? 要：哈拉喬拉基性-超基性巖體于431 Ma侵位于阿爾泰造山帶南緣，以輝長巖和橄欖輝長巖為主，類比于基性巖含礦的喀拉通克和黃山東礦床。本文通過哈拉喬拉巖體的礦物成分探討該巖體的硫化物熔離過程。哈拉喬拉橄欖輝長巖中橄欖石Fo值為75～83 mol%，類似于黃山東與喀拉通克，但Ni含量更為虧損（小于100×10-6～840×10-6），明顯低于這兩個礦床Fo值相近的橄欖石。單斜輝石成分（Mg#為0.75～0.81）對比也表明哈拉喬拉巖體與喀拉通克巖體具有相似的母巖漿成分與演化過程。哈拉喬拉橄欖石和單斜輝石的成分指示巖漿侵位之前曾經(jīng)歷橄欖石分異結(jié)晶作用，Ni嚴(yán)重虧損指示深部橄欖石分異過程中還伴隨著硫化物熔離作用。但目前地表及有限的鉆孔并未見大量硫化物，暗示硫化物可能堆積在巖體深部或深部巖漿房。經(jīng)以上分析，認(rèn)為志留—石炭紀(jì)侵位的基性-超基性巖也具形成銅鎳礦床的潛力，其成礦潛力評價可綜合地球化學(xué)-地質(zhì)-地球物理-成礦過程研究等多方面信息。

關(guān)鍵詞：阿爾泰;哈拉喬拉;基性-超基性巖;橄欖石;銅鎳礦

新疆北部地區(qū)（北疆）是一個復(fù)雜的古生代造山帶，地質(zhì)歷史時期存在多期次的洋-陸俯沖及弧-陸碰撞事件，伴隨著這一系列構(gòu)造事件，與幔源巖漿相關(guān)的基性-超基性巖體發(fā)育，從東、西天山到東、西準(zhǔn)噶爾均有分布，是形成巖漿型銅鎳（鉑族元素）礦床的有利地區(qū)[1-6]?？?、黃山、黃山東、圖拉爾根、坡十、坡一等銅鎳礦床的發(fā)現(xiàn)和深部勘查突破，使北疆成為最具銅鎳礦找礦前景的地區(qū)之一。東天山地區(qū)礦床最為密集，規(guī)模也最大[5，7]。阿爾泰-東準(zhǔn)噶爾地區(qū)也是重要的銅鎳礦產(chǎn)地，產(chǎn)出喀拉通克銅鎳礦床[8，9]。從銅鎳礦床分布特征來看，阿爾泰-東準(zhǔn)噶爾與東天山兩個構(gòu)造帶的銅鎳礦床均呈線狀產(chǎn)出，產(chǎn)于與深大斷裂相交的次級斷裂中[10-13]。近年在東天山構(gòu)造帶黃山-鏡兒泉斷裂的東西兩側(cè)延伸還發(fā)現(xiàn)多個銅鎳礦化體，有的已初具規(guī)模[14-16];在阿爾泰-東準(zhǔn)噶爾構(gòu)造帶也發(fā)現(xiàn)多個與喀拉通克礦床基性程度相似的巖體，如克默孜巴依和科克別克提巖體[17，18]。阿爾泰造山帶基性-超基性巖的銅鎳成礦性研究相對薄弱，其成礦潛力仍缺少系統(tǒng)論證。

阿爾泰-東準(zhǔn)噶爾地區(qū)基性-超基性侵入巖形成時代從志留紀(jì)到二疊紀(jì)均有產(chǎn)出，有分布于額爾齊斯構(gòu)造帶以北的阿爾泰造山帶內(nèi)，也有分布于準(zhǔn)噶爾北緣及喀爾齊斯構(gòu)造帶內(nèi)，成型銅鎳礦以后者為主，前者見礦化[17-19]。哈拉喬拉巖體以輝長巖和橄欖輝長巖為主，其時代為431 Ma[19]，早于喀拉通克銅鎳礦床，但其巖性與喀拉通克和黃山東銅鎳礦床的賦礦巖性具可比性[8，20]。本文以哈拉喬拉巖體為對象，通過橄欖石與輝石主要氧化物成分探討哈拉喬拉巖體硫化物熔離過程，并開展哈拉喬拉巖體、黃山東和喀拉通克礦床橄欖石和輝石成分對比，探討哈拉喬拉及阿爾泰地區(qū)其他早古生代侵位的基性-超基性巖體的成礦潛力。

1 ?北疆的基性-超基性巖分布概況

北疆在大地構(gòu)造位置上處于中亞造山帶南緣，是西伯利亞板塊和塔里木板塊的聚合地區(qū)。北疆的構(gòu)造演化經(jīng)歷了復(fù)雜而漫長的過程[2，5，21-23]。北疆古生代銅鎳礦床主要集中分布在5個構(gòu)造-巖漿帶上：①阿爾泰南緣額爾齊斯斷裂帶（喀拉通克巖帶），發(fā)育喀拉通克銅鎳礦床;②西南天山菁布拉克基性-超基性巖帶，發(fā)育菁布拉克銅鎳硫化物礦床; ?③東天山黃山-鏡兒泉基性-超基巖帶，發(fā)育香山、黃山、黃山東、黃山南、葫蘆、圖拉爾根等眾多銅鎳礦床;④位于中天山地塊的沙泉子斷裂南緣基性-超基性雜巖群，產(chǎn)出白石泉和天宇銅鎳礦;⑤新疆北山基性-超基性雜巖群，產(chǎn)出坡一、坡十、羅東、紅石山、漩渦嶺、筆架山等銅鎳礦化巖體（圖1）[24]。北疆古生代基性-超基性巖還與甘肅北山巖體群相連，發(fā)育黑山銅鎳礦床。這些成礦帶中產(chǎn)出的巖體，除菁布拉克巖體時代較早外，其它成巖成礦時代均為（晚石炭世末—）早二疊世。阿爾泰-東準(zhǔn)噶爾地區(qū)基性-超基性侵入巖主要有兩期：一為志留紀(jì)—中泥盆世;一為石炭紀(jì)末—早二疊世，前者主要分布于額爾齊斯構(gòu)造帶以北的阿爾泰造山帶內(nèi)，后者分布于準(zhǔn)噶爾北緣及喀爾齊斯構(gòu)造帶內(nèi)，成型銅鎳礦以后者為主，前者見礦化[22-23]。

2 ?哈拉喬拉巖體地質(zhì)特征與巖相學(xué)特 ? ? 征

哈拉喬拉巖體位于阿爾泰山東南緣，南鄰額爾齊斯大斷裂，位于喀拉通克銅鎳礦的北東20 km處。雖然兩個巖體相距甚近，但以額爾齊斯斷裂為界，分處于兩個不同的構(gòu)造單元。東準(zhǔn)噶爾地區(qū)主要出露晚古生代地層，以泥盆系和石炭系火山沉積巖為主，阿爾泰造山帶則以元古界和早古生代地層為主（圖2-a）1。哈拉喬拉巖體的圍巖主要為奧陶系哈巴河群中亞群的一套淺變質(zhì)巖，巖性有灰綠色薄層狀變質(zhì)粉砂巖、細砂巖、千枚巖、絹云母綠泥石片巖等。巖體南西側(cè)被古近—新近系漸新世陸相噴發(fā)橄欖玄武巖覆蓋，玄武巖K-Ar年齡為10～ 20 Ma，中部被古近—新近系和第四系沉積物覆蓋 ? ? ? ? ? ? ? （圖2-a，b）[25]。巖體周圍還有大量中酸性侵入巖分布，以花崗閃長巖、黑云母花崗巖及花崗巖為主，巖體規(guī)模較大。華力西晚期侵入活動不強烈，出露少量橄欖輝長蘇長巖、輝長巖、輝長閃長巖、花崗閃長巖、肉紅色斜長花崗巖和灰色混合花崗巖、片麻狀花崗巖等。燕山早期侵入少量小巖株，以斜長花崗巖、黑云花崗巖為主。

哈拉喬拉巖體地表形態(tài)呈不規(guī)則狀，長軸近NS向，長約3 km，東西最寬處1.2 km，面積約1.6 km2 ? ? ? ? （圖2-b）。被玄武巖覆蓋的巖體形態(tài)不清，若在深部相連，該巖體南北長4 km，東西最寬可達2.5 km。據(jù)巖體地表出露面積，該巖體屬于小巖體[7，10]。

哈拉喬拉巖體基性程度最高的巖相為橄欖輝長巖，分布于巖體東南側(cè)，呈水滴狀，占巖體出露面積的20%，主要礦物為橄欖石、斜方輝石、單斜輝石、角閃石、斜長石。橄欖石分布不均勻，局部橄欖石密集堆晶部位，可定名為含長輝橄巖（圖3-a），橄欖石占10%～20%，單斜輝石～20%，斜方輝石10%～20%，斜長石約占40%～70%，還發(fā)育少量磁鐵礦、磁黃鐵礦等。橄欖輝長巖中堆晶結(jié)構(gòu)發(fā)育，堆晶礦物以橄欖石、斜方輝石、長石和少量單斜輝石為主 ? ? ? （圖3-b，c），部分單斜輝石、長石和幾乎全部的角閃石均呈填隙結(jié)構(gòu)，局部可見包橄、包長等包含結(jié)構(gòu) ? （圖3-c）。輝長巖是哈拉喬拉巖體最主要的巖相，出露面積約占巖體總出露面積的70%，不同部位的晶形、粒度等變化較大，可見粗晶，東側(cè)局部地段可見少量硫化物。巖石主要由單斜輝石、斜方輝石、斜長石、角閃石等組成。輝石含量35%～45%，以斜方輝石為主（圖3-d，f），斜長石占35%～70%，部分綠簾石和絹云母化、角閃石10%～20%，長石和輝石以堆晶相為主，角閃石為主要填隙礦物，其他礦物有磁鐵礦、鈦鐵礦、磷灰石等。輝長巖在薄片尺度可見截然的粒度差異（圖3-e），中粒輝長巖中見不規(guī)則狀細粒輝長巖，細粒輝長巖與中粒輝長巖的礦物組成基本一致，指示巖漿冷卻過程中的不均一性（圖3-e，f）。前人研究還發(fā)現(xiàn)該巖體與圍巖接觸處局部形成淺色角閃石二長巖，寬數(shù)米，在巖體西側(cè)不連續(xù)分布，受擠壓作用，多呈片理狀、片麻狀[26]。

3 ?橄欖石和輝石礦物成分分析方法

本次研究選取哈拉喬拉巖體地表出露和鉆孔揭露的新鮮樣品。礦物的鏡下觀測在ZEISS顯微鏡下完成，選擇多個薄片和多個視域開展礦物相對百分含量估計。在詳細的鏡下觀察和系統(tǒng)對比之后，對橄欖輝長巖和輝長巖中的橄欖石和輝石開展了電子探針分析。電子探針分析在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室和長安大學(xué)的JXA8100儀器上完成，其工作電壓為15 kV，電流20 nA，束斑大小為3～5 ?m。使用的標(biāo)準(zhǔn)樣品為天然樣品和人工合成氧化物。

4 ?橄欖石和單斜輝石成分

哈拉喬拉橄欖石Fo值（100×Mg/（Mg+Fe））在74.4 mol%和82.5 mol%之間，Ni含量小于100×10-6到840×10-6之間，Mn含量為1 500×10-6～3 600×10-6 ? ? ? ?（表1）。值得注意的是，F(xiàn)o-Ni投圖分布于兩個不同區(qū)域，并非連續(xù)變化，且Fo值與Ni含量之間也沒有相關(guān)性（圖4-a），表明兩組橄欖石并非由結(jié)晶分異作用形成，更可能與多期巖漿作用相關(guān)[27]。另外，哈拉喬拉橄欖石Fo值與喀拉通克和黃山東銅鎳礦床橄欖石的Fo值相似，但相同F(xiàn)o值的橄欖石Ni含量明顯低于喀拉通克和黃山東礦床（圖4-a）。3個巖體Mn含量差別不大，但在相似Fo值變化范圍內(nèi)，哈拉喬拉巖體橄欖石的Mn含量變化較大（圖4-b）[13，28]。

哈拉喬拉巖體單斜輝石的Mg#值（Mg/（Mg+Fe））為0.75～0.81，En值為0.41～0.45，F(xiàn)s值為0.10～0.14，Wo值為0.42～0.46，TiO2含量0.16%～0.62%（表2）。哈拉喬拉單斜輝石的Mg#值與橄欖石Fo值的變化范圍相近，指示橄欖石與單斜輝石之間達到了Mg-Fe平衡（圖5-a）[13，28]。哈拉喬拉單斜輝石經(jīng)計算后的Ti與AlIV含量投圖表明，哈拉喬拉與黃山東與喀拉通克礦床單斜輝石AlIV含量相近，但哈拉喬拉巖體Ti含量略低。3個巖體在AlIV與Ti圖解中均投到鈣堿性區(qū)域（圖5-b）。需要注意的是，該圖解限定的巖漿性質(zhì)很大程度上受Ti含量控制，基性巖漿隨著結(jié)晶分異進行，巖漿中Ti含量也隨之升高，從而使演化的拉斑質(zhì)巖漿也投到鈣堿性區(qū)域。單斜輝石成分最重要的指示是哈拉喬拉和黃山東、喀拉通克巖體可能具相似的母巖漿成分與演化過程。

5 ?哈拉喬拉巖體巖漿性質(zhì)與硫化物熔 ? ? 離過程

橄欖石Fo 值和Ni 含量的變化趨勢受巖漿結(jié)晶過程和冷卻過程中固液相交換等多種因素控 ? ? ? ? ?制[27，29-31]。橄欖石結(jié)晶分異會使Ni含量隨著Fo值下降而緩慢下降，硫化物熔離則使Ni含量隨著Fo值下降而迅速下降。冷卻過程中，硫化物與橄欖石之間的Fe-Ni交換則使橄欖石的Ni含量隨著Fo值降低而升高;橄欖石與熔體的亞固相平衡使原有橄欖石Fo值下降[32]。哈拉喬拉巖體中橄欖石Fo值與Ni含量并無明顯的相關(guān)性（圖4），指示這些淺部樣品在淺部巖漿房結(jié)晶過程中并未與硫化物發(fā)生Fe-Ni交換反應(yīng)。值得注意的是，哈拉喬拉巖體橄欖石Ni含量小于840×10-6，在相同的Fo值下，橄欖石Ni含量明顯低于黃山東與喀拉通克兩個成礦巖體。根據(jù)區(qū)域上基性超基性巖的橄欖石成分[24]，哈拉喬拉巖體在深部極有可能經(jīng)歷大量Ni丟失，若Ni丟失是橄欖石在深部堆晶造成，巖漿的Mg#也將明顯降低，使淺部結(jié)晶的橄欖石也具極低的Fo值，但哈拉喬拉橄欖石較高的Fo值指示哈拉喬拉巖體深部并未發(fā)生大量（大于20%）橄欖石的分離結(jié)晶[13]，因此，哈拉喬拉橄欖石虧損Ni可能由深部橄欖石堆晶伴隨硫化物熔離引起。如果深部巖漿房或巖體深部有足夠多的含硫化物巖漿流過（相對開放的體系），深部橄欖巖相很有可能賦存硫化物礦體。哈拉喬拉與喀拉通克和黃山東礦床具相似巖相特征（輝長巖與橄欖輝長巖為主）和礦物成分[10，11，28，33]，表明哈拉喬拉巖體局部很有可能含銅鎳礦體。早期結(jié)晶的橄欖石和熔離出的硫化物可能堆積在深部巖漿房，也可能聚集在淺部巖漿房底部，前者勘查難度大，而查明淺部巖漿房底部是否存在橄欖石與硫化物的富集是進一步評價該巖體銅鎳含礦性的重點。

6 ?阿爾泰地區(qū)志留—石炭紀(jì)基性-超 ? ? ? ?基性巖的銅鎳成礦潛力初探

北疆地區(qū)銅鎳礦床在東天山-中天山-北山地區(qū)密集產(chǎn)出（圖1）[34-36]，但阿爾泰-東準(zhǔn)噶爾地區(qū)目前僅發(fā)現(xiàn)喀拉通克一個銅鎳礦床，喀拉通克北西20 km處出露具銅鎳礦化的克默孜巴依巖體，兩個巖體的形成時代均為二疊紀(jì)[17，37]，與東天山-中天山-北山的銅鎳礦床形成時代一致。但北疆地區(qū)也存在多個形成時代為志留—泥盆紀(jì)的銅鎳礦床和礦化點，如北山的黑山礦床[38]。地幔柱與銅鎳成礦關(guān)系密 ? ? ?切[39-41]，東天山-北山二疊紀(jì)的礦床被認(rèn)為可能與塔里木地幔柱活動密切相關(guān)[34，35，42]，而二疊紀(jì)之前的礦床則是和俯沖、碰撞過程中局部伸展密切相關(guān)。志留紀(jì)哈拉喬拉巖體的橄欖石和輝石成分特征指示該巖體巖漿具形成銅鎳礦床的潛力（圖4，5）。石炭紀(jì)科克別克提巖體（321 Ma）也具一定的銅鎳礦化顯示[18]。因此，雖然北疆地區(qū)二疊紀(jì)形成的巖體是銅鎳礦床勘查最有利的對象，但志留—石炭紀(jì)侵位的基性-超基性巖仍具有形成銅鎳礦床的潛力。

1∶20萬區(qū)域地質(zhì)資料顯示，阿爾泰地區(qū)出露眾多基性-超基性巖侵入體，地表以輝長巖為主（圖2），部分巖體含較大比例的橄欖輝長巖相，有的巖體還發(fā)育含長橄輝巖。這些巖體的銅鎳礦床成礦潛力有待進一步分析。這些巖體地表出露面積往往較小（小于0.05 km2），類似于圖拉爾根[14]。銅鎳礦床的大小與巖體體積、賦礦巖石比例密切相關(guān)，若這些小巖體深部沒有膨大部位，其容礦能力相對有限。因此，深部的延伸及產(chǎn)狀變化是小巖體銅鎳成礦潛力評價的重點[43-46]。結(jié)合圖拉爾根銅鎳礦床發(fā)現(xiàn)過程，認(rèn)為阿爾泰造山帶銅鎳調(diào)查工作可從以下4方面層層深入：①區(qū)域化探數(shù)據(jù)分析，以Ni，Cu，Co等地球化學(xué)異常定位銅鎳成礦潛力區(qū)并開展野外異常查證;②對基性巖出露的異常區(qū)開展有針對性地地質(zhì)填圖并查明巖體的地表形態(tài)與巖石組合;③在此基礎(chǔ)上，可開展相應(yīng)的年代學(xué)、巖石學(xué)和礦物學(xué)研究，進一步明確成礦潛力并劃分異常區(qū)的成礦潛力等級;④對于超基性巖比例較高且具有硫化物熔離作用的巖體，可應(yīng)用重磁電等地球物理方法查明其深部延伸與體積，全面并準(zhǔn)確地評價巖體的銅鎳礦成礦潛力。

7 ?結(jié)論

（1） 二疊紀(jì)是阿爾泰乃至北疆銅鎳礦床形成的峰期，是銅鎳礦床勘查的重要對象。但志留—石炭紀(jì)侵位的基性-超基性巖也具一定的成礦潛力顯示，例如哈拉喬拉、科克別克提等巖體，需進一步工作與系統(tǒng)對比評價。

（2） 哈拉喬拉巖體的礦物成分表明，該巖體具有與黃山東和喀拉通克成礦巖體類似的巖相和礦物成分特征，指示其深部可能發(fā)生了橄欖石分離結(jié)晶并伴隨硫化物熔離。早期堆晶形成的富含硫化物的橄欖巖相是該巖體乃至阿爾泰-東準(zhǔn)噶爾地區(qū)基性-超基性巖體含礦性評價的重要對象。

（3） 阿爾泰地區(qū)出露較多的基性-超基性小巖體，其銅鎳成礦潛力可通過地球化學(xué)異常分析→野外地質(zhì)查證→室內(nèi)研究工作→地球物理測深等工作進行逐步深入評價。

致謝：感謝新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局七0一隊同事一直以來的支持。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所張迪和長安大學(xué)劉民武協(xié)助開展電子探針分析，康珍、方林茹和牛艷杰幫助處理并分析樣品，野外工作中與丁汝褔?yán)蠋熯M行了有益的交流，秦克章研究員在成文過程進行了指導(dǎo)，編輯和審稿人仔細審查了全文，并提供了建設(shè)性的建議，在此一并致謝。

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Mineral Composition of the Halaqiaola Mafic-ultramafic Intrusion and Implications for Ni-Cu Exploration in the Altay Orogenic Belt

Ding Jiangang1，Mao Yajing2，3，Tang Dongmei2，3，Zhou Qifeng2，3，Sun Zhenghao2，3

（1.No.701 Geological Team，Xinjiang Geological Exploration Bureau for Nonferrous Metals，Changji，Xinjiang，831100，China;2.Key ? ? ? ? ? ? ? ?Laboratory of Mineral Resources，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing，100029，China; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3.Institutions of Earth Science， Chinese Academy of Sciences，Beijing，100029，China）

Abstract：The Ni-Cu mineralization potential of the mafic-ultramafic complexes in this Altay area is still unclear.The Halaqiaola mafic-ultramafic complex is located in the southern margin of the Altay region，with an age of about 431 Ma.Gabbro and olive gabbro are the dominated rocks in the outcrops，which is analogous to the rocks from the Kalatongke and Huangshandong deposits.The Fo value in olivine in the Halaqiaola olivine gabbro vary from 75 to 83 mol%， similar to that of the Huangshandong and Kalatongke，but the Ni content of olivine （100×10-6～800×10-6） is significantly lower than that of the two deposits. The comparison of the Mg# in clinopyroxene in the same rocks also indicates that the Halaqiaola rock mass is relatively evolved （Mg# is 75～83），similar to the Kalatongke rocks.The composition of olivine and clinopyroxene compositions indicate the olivine crystallization before magma emplacement at the Halaqiaola chamber，probably accompanied by sulfide segregation and removal from the magma， but the current surface and borehole show that no large amounts of sulfide enrichment were observed，suggesting that sulfides may accumulate in the deep of the current intrusion or at deeper magma chambers.Although the age of the mafic-ultramafic rocks in the Altay region is earlier than the ore-forming age of the Kalatongke deposit in the adjacent area，the mineral composition of the Halaqiaola rocks indicates the complexes earlier than the Permian regionally still have the potential for Ni-Cu mineralization.

Keywords：Altay orogen;Halaqiaola;Mafic-ultramafic rocks;Olivine;Ni-Cu deposit