東天山云海銅鎳礦地球化學特征及成因分析

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摘? 要：云海銅鎳礦位于覺羅塔格構造帶西段，成礦巖體為多期次侵入的雜巖體，巖體分異演化充分，鎂鐵質和超鎂鐵質巖石均有發(fā)育，主要巖石類型為角閃輝石巖、橄欖蘇長巖、輝長巖、閃長巖。主量元素化學組成表明，該雜巖體屬拉斑玄武巖系列，巖石具同源演化特征，顯示高鐵、高鎂、低鈦、低鋁特征，富集大離子親石元素Rb，Ba，虧損Nb，Ta，輕稀土富集。巖漿源區(qū)有部分熔融而交代的巖石圈地幔，巖漿在上升過程中受到地殼物質混染，發(fā)生橄欖石、斜方輝石、斜長石的分離結晶。巖體形成于早二疊世，為構造活動和地幔柱雙重作用下的產(chǎn)物。

關鍵詞：云海;鎂鐵質-超鎂鐵質雜巖體;巖漿源區(qū);地球化學

東天山覺羅塔格構造帶是新疆重要的銅鎳礦帶，該帶東段已發(fā)現(xiàn)土墩、黃山、圖拉爾根等銅鎳礦床及一批銅鎳礦（化）點。西段近年來發(fā)現(xiàn)白鑫灘、路北銅鎳礦，進一步提升了該帶銅鎳礦成礦潛力。通過研究顯示，覺羅塔格構造帶內(nèi)的銅鎳礦成礦巖體，區(qū)域分布總體受康古爾斷裂及次級斷裂控制，巖體規(guī)模不等，平面上多呈長條狀、橢圓狀，剖面上呈巖柱狀、漏斗狀，巖體大多數(shù)形成于290～260 Ma。2016年，新發(fā)現(xiàn)的云海銅鎳礦與帶內(nèi)其它銅鎳礦床具有相似的地質特征，且尚未開展礦床研究，本文通過巖石學、巖相學、礦物學、巖石地球化學研究，初步探討了礦床成因及成礦過程。

1? 區(qū)域地質背景

覺羅塔格構造帶北界為吐哈盆地南緣斷裂，南界為阿其克庫都克斷裂，包括小熱泉子裂谷、康古爾韌性剪切帶和雅滿蘇裂谷3個構造單元，帶內(nèi)鎂鐵-超鎂鐵質巖體主要沿康古爾斷裂兩側分布，東天山與銅鎳礦有關的鎂鐵-超鎂鐵質巖體在沙壟以東主要分布在康古爾韌性剪切帶內(nèi)，以西主要分布在康古爾斷裂北側（圖1）。帶內(nèi)出露地層主要為石炭—泥盆紀火山巖，二疊紀地層分散分布，出露面積較小，志留系為火山碎屑濁積巖建造，奧陶系為一套安山巖-玄武巖-英安巖建造。覺羅塔格構造帶內(nèi)沿康古爾斷裂發(fā)育有大量鎂鐵-超鎂鐵質巖體，自東向西分布有圖拉爾根、黃山、土墩、白鑫灘、白梁山、路北等巖體，這些巖體與銅鎳成礦關系密切，已發(fā)現(xiàn)有圖拉爾根、黃山等大型銅鎳礦，白鑫灘、路北、云海等多個中小型銅鎳礦床。針對帶內(nèi)鎂鐵-超鎂鐵質巖體，開展了巖體巖相學、年代學、巖石地球化學、同位素、成礦作用等研究工作，形成了大量的科研資料，但在一些關鍵科學問題上仍然存在爭議。筆者利用在云海銅鎳礦勘查過程中形成的資料進行系統(tǒng)分析，從巖相學、巖石地球化學特征探討研究源區(qū)，巖漿演化及構造背景。

2? 巖體地質及巖石學特征

2.1? 巖體地質特征

云海銅鎳礦床南距路北銅鎳礦床約1 km，礦區(qū)內(nèi)發(fā)育鎂鐵-超鎂鐵質巖體，為多期次侵入的雜巖體，巖體侵入下石炭統(tǒng)小熱泉子組（圖2），圍巖為凝灰?guī)r、角礫晶屑凝灰?guī)r、安山巖，角巖化強烈。巖體分異演化充分，鎂鐵質和超鎂鐵質巖均有發(fā)育，主要由閃長巖、角閃輝長巖、橄欖輝長巖、橄欖蘇長巖、角閃輝石巖組成。云海巖體地表呈NWW向展布，地表呈蝌蚪狀，東西長約1.6 km，南北寬0.4～0.7 km，出露面積約0.86 km2，超鎂鐵質巖分布在巖體西北部，地表呈珠滴狀，深部呈囊袋狀。巖體共圈定鎳礦體12條，其中Ni11～Ni15礦體賦存于超鎂鐵質巖中，Ni資源量1.88×104? t，平均品位0.46%，銅資源量1.69×104? ?t，Cu平均品位0.42%。Ni11為主礦體，據(jù)階段性勘查成果顯示，該礦體為半隱伏礦體，東部出露地表，向西隱伏，厚度沿傾向逐漸變小，品位降低。礦體形態(tài)呈透鏡狀、似層狀，特富礦體在鎂鐵質巖、超鎂鐵質巖底部呈脈狀產(chǎn)出。

礦石類型主要有斑雜狀、稀疏浸染狀、海綿隕鐵狀、準塊狀礦石。在橄欖蘇長巖-角閃輝長巖相中表現(xiàn)為斑雜狀礦石→稀疏浸染狀礦石→海綿隕鐵狀礦石漸變過渡，在該巖相底部與圍巖接觸帶內(nèi)發(fā)育準塊狀礦石。閃長巖-輝長巖相中為碎斑狀礦石、斑雜狀礦石，在巖相底部發(fā)育貫入式富礦體。金屬硫化物為黃銅礦、磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦等;脈石礦物為橄欖石、輝石、角閃石、斜長石、黑云母;次生蝕變礦物為纖閃石、滑石、綠泥石、蛇紋石、絹石、葡萄石等。

2.2? 巖石學特征

巖體為多期次侵入的復式雜巖體，主要由閃長巖、角閃輝長巖、橄欖輝長巖、橄欖蘇長巖、角閃輝石巖組成。據(jù)巖體巖石組合、接觸關系等劃分出2個階段4個巖相，分別為第一階段閃長巖相、輝長巖相;第二階段橄欖蘇長巖相、角閃輝石巖相。與帶內(nèi)復式雜巖體相同，巖漿侵入呈脈動性，礦化主要受其中一期巖漿侵入控制，在不同成分巖相接觸部位，由于溫度和物理化學條件變化的影響促進了礦化發(fā)育[1]。云海巖體礦化與第二階段的巖漿關系密切，礦體產(chǎn)于鎂鐵巖相及其接觸帶上。與成礦關系密切的巖石巖相學的特征如下：

橄欖蘇長巖? ?灰綠-灰黑色，變余輝長結構，塊狀構造。巖石主要由橄欖石、紫蘇輝石、角閃石、斜長石組成。橄欖石含量約30%，半自形-他形，多呈錐柱狀，粒徑0.25～1.25 mm，裂理發(fā)育。斜方輝石含量29%，呈半自形粒狀、柱狀，粒徑0.42～2 mm，多具平行消光，有輕度纖閃石化;角閃石含量20%，呈他形粒狀、不規(guī)則狀，已蝕變?yōu)槔w閃石、絹云母，分布于輝石、橄欖石之間;斜長石含量30%，呈不規(guī)則狀分布于橄欖石、輝石之間，蝕變很弱（圖3-a）。

角閃輝石巖? ?灰綠色，半自形-他形粒狀結構，塊狀構造。由角閃石、輝石組成，少量黑云母。輝石含量約65～70%，粒徑0.3～2 mm，滑石化蝕變強烈，少部分殘留;角閃石含量約25～30%，粒徑0.3～2 mm，綠泥石化蝕變強烈，少量殘留呈殘晶狀分布;黑云母呈自形-半自形片狀，粒徑0.20～0.86 mm，具綠泥石化蝕變（圖3-b）。

3? 樣品采集及測試方法

云海巖體地表出露的閃長巖風化較強，橄欖蘇長巖、角閃輝石巖風化、蝕變強烈，為保證樣品新鮮，本次樣品均取自鉆孔內(nèi)。主量、微量和稀土元素分析均在新疆礦產(chǎn)實驗研究所完成。主量元素采用X-熒光光譜儀（XRF）分析，分析精度優(yōu)于1%;元素含量大于10×10-6時，精度優(yōu)于5%;含量小于10×10-6時，精度優(yōu)于10%。稀土微量元素采用激光剝蝕電感耦合等離子質譜儀（ICP-LS）（Element Ⅱ）（Agilent 7 500a）分析完成。

4? 巖石地球化學特征

4.1? 主量元素

云海銅鎳礦賦礦巖相為橄欖蘇長巖相、角閃輝石巖相、輝長巖相，在各巖相中采集樣品10件，主量元素分析結果見表1。樣品屬基性-超基性巖范疇，SiO2含量34.66%～45.96%，其中一件輝長巖樣品，為富硫化物礦石，SiO2含量低至34.66%，因鐵以硫化物黃鐵礦形式存在，無法扣除硫化物中的鐵，使得巖石中鐵含量偏高，硅含量偏低;CaO，MgO，Na2O等氧化物含量變化大，CaO含量2.54%～14.16%;MgO含量16.33%～24.43%，F(xiàn)eOT含量13.8%～22.9%;Mg#含量0.64%～0.75%。樣品燒失量較高，在3.24%～12.91%，這與巖石蝕變較強、形成富水礦物黑云母等有關。

從SiO2-Na2O+K2O圖解可看出（圖4），8件樣品落入亞堿性巖區(qū)，2件樣品落入堿性系列，主要是巖石中鐵以硫化物形式存在，導致?lián)Q算后硅含量偏低。FeOT-Na2O+K2O-MgO圖解（圖4）上，樣品均落入拉斑玄武巖區(qū)，指示云海巖體為拉斑玄武巖和亞堿性系列。在Hark圖解上，樣品SiO2與Al2O3、TiO2呈正相關，與MgO、Fe2O3T呈負相關（圖5），一定程度上反映了巖體輝長巖、橄欖蘇長巖、角閃輝石巖具有同源演化特征，超鎂鐵質巖中高鐵、高鎂、低鈦、低鋁。MgO含量越高，巖石基性程度越高[1]。

4.2? 稀土、微量元素

云海巖體的稀土元素分析結果見表1。巖石的稀土元素總量∑REE=32.25×10-6～42.5×10-6，LREE/HREE=3.23～4.26，稀土元素分布曲線均表現(xiàn)為輕稀土富集的右傾型（圖6）。礦石的∑REE=32.25×10-6～41.53×10-6，較不含礦巖石的稀土總量低，緣于稀土元素親石性，在硅酸質巖漿與銅鎳硫化物礦漿熔離過程中，稀土元素選擇性富集在硅酸鹽相中，致使熔離的硫化物相中稀土含量遠大于其母巖硅酸鹽巖。巖石（La/Yb）N介于2.95～4.07，均值大于1，輕重稀土之間的分餾程度較弱，輕稀土輕度富集。

La/Sm=2.56～3.17，（La/Sm）N=1.65～2.05，輕稀土分餾程度較低，據(jù)赫爾曼以稀土元素未發(fā)生分餾的球粒隕石Sm/Nd=0.333為界，將大于0.333者劃為輕稀土虧損型，小于0.333者劃為輕稀土富集型。該巖體Sm/Nd=0.28～0.41，為輕稀土富集型;Gd/Yb=1.67～1.93，（Gd/Yb）N=1.38～1.59，重稀土分餾程度也較低;δEu介于0.8～1.14，具弱的正銪或負銪異常。

巖體微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖具較高的一致性（圖7，表1），表現(xiàn)富集大離子親石元素Rb，Ba;高場強元素Nb，Ta相對虧損，與覺羅塔格構造帶內(nèi)與銅鎳礦有關的鎂鐵-超鎂鐵質巖體微量元素特征相似。Nb元素虧損暗示有大陸地殼物質的混染，或源區(qū)存在俯沖的洋殼物質，Sr正異常反映了斜長石的堆晶作用。

5? 討論

5.1? 巖漿源區(qū)

云海巖體屬拉斑玄武巖系列，富集大離子親石元素Rb，Ba，Th，U;高場強元素Nb，Ta相對虧損。尖晶石和鎂鋁榴石可反映巖漿源區(qū)的深度及幔源部分熔融程度，從（La/Sm）N-（Tb/Yb）N，La/Nb-La/Ba和Th/Zr-Nb/Zr圖解可看出（圖8），云海巖體源區(qū)為部分熔融而交代的巖石圈地幔，為尖晶石穩(wěn)定域不同熔融程度的產(chǎn)物。云海巖體（La/Yb）N介于2.95～4.07，源區(qū)為虧損地幔，當部分熔融程度小于1%，才能產(chǎn)生輕稀土元素富集[2]，巖石高Mg#特征又顯示了巖漿源區(qū)為幔源。前人對覺羅塔格帶內(nèi)鎂鐵-超鎂鐵質巖體進行同位素研究，結果表明巖漿來源于虧損地幔[3-5]，受消減板片或部分熔融而交代，可能是造成輕稀土富集的原因。

5.2? 巖漿演化

5.2.1? 同化混染

鎂鐵-超鎂鐵質巖體在巖漿上升的過程中不可避免的會受到其它物質混染。云海巖體邊部可見角巖化凝灰?guī)r捕擄體，直觀地顯示了巖體受到圍巖的混染。通過一些分配系數(shù)相似的不相容元素的比值，在地幔、地殼及巖體中的差異，可以對同化混染作用有所指示。Nb/Ta-TiO2/Yb顯示有一定的相關性，而Ta/Yb-Th/Yb，La/Yb-Th/Ta則毫無相關性，說明在巖漿演化過程中遭受了一定程度的同化混染作用（圖9）。Nb與U具相似的總分配系數(shù)，在地幔部分熔融過程中不發(fā)生明顯分異，可反映巖漿源區(qū)的地球化學特征[4]。云海巖體Nb/U比值在0.47～30.89，均值14.47，低于原始地幔Nb/U比值（約34），均值與大陸地殼Nb/U比值（約9～12）接近，說明受到陸殼物質混染。

覺羅塔格構造帶內(nèi)的鎂鐵-超鎂鐵質巖體同位素研究成果顯示，巖體普遍受到不同程度的同化混染作用，混染物質來源中上地殼。

5.2.2? 分離結晶

在Hark圖解中，SiO2與MgO、Fe2O3T呈負相關，表明巖漿中有橄欖石的分離結晶，SiO2與Al2O3呈負相關，表明巖漿中有單斜輝石的分離結晶。SiO2與TiO2呈現(xiàn)正相關，反映了在巖漿中有鈦鐵礦析出，且?guī)r相觀察中證實含有鈦鐵礦。正δEu異常表明，巖漿源區(qū)巖石部分融熔殘留相中有一定數(shù)量的斜長石。負δEu異常表明，巖漿作用經(jīng)歷過一定程度的斜長石分離結晶作用。綜上所述，云海巖體在巖漿演化過程中發(fā)生了橄欖石、斜方輝石、斜長石的分離結晶。

5.3? 構造背景

有關覺羅塔格構造帶的鎂鐵-超鎂鐵質巖體產(chǎn)出的構造環(huán)境類型一直存在爭議，目前普遍為學者所接受的觀點是碰撞后伸展階段幔源巖漿上侵的產(chǎn)物[6，7]，但板塊構造理論難以完全解釋構造演化環(huán)境，有學者提出東天山-北山鎂鐵-超鎂鐵質巖體是地幔柱活動的產(chǎn)物[8-10]。最新的認識是板塊作用和地幔柱并存[11，12]。整個中亞造山帶巖漿型銅鎳礦主要集中分布在覺羅塔格構造帶、北山裂谷帶、興地，在箐布拉克、喀拉通克等地有個別銅鎳礦，境外在哈薩克斯坦有2處銅鎳礦，單純從構造演化很難解釋銅鎳礦分布的局限性。塔里木地幔柱已證實存在，東天山-北山雖未證實地幔柱存在，但筆者認為地幔柱可合理的解釋鎂鐵-超鎂鐵質巖體的形成機理。因此，認為覺羅塔格構造帶內(nèi)的鎂鐵-超鎂鐵巖體是板塊構造和地幔柱雙重作用下的產(chǎn)物。

6? 結論

（1） 云海巖體為多期次侵入的雜巖體，主要由角閃輝石巖、橄欖蘇長巖、輝長巖、閃長巖組成，巖石化學組成屬拉斑玄武巖系列，富集大離子親石元素Rb，Ba;虧損Nb，Ta，輕稀土富集。

（2） 云海巖體巖漿源區(qū)為有部分熔融而交代的巖石圈地幔，受消減板片或部分熔融而交代。

（3） 云海巖體巖漿演化過程中遭受了一定程度的同化混染作用，混染物質主要來源于地殼，巖漿演化過程中發(fā)生了橄欖石、斜方輝石、斜長石的分離結晶。

（4） 云海巖體是板塊構造和地幔柱雙重作用下的產(chǎn)物。

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Abstracts：Yunhai copper nickel deposit is located in the western part of Jueluotage structural belt，The ore-forming rocks are multi-stage intrusive complexes，and the differentiation and evolution of the rock mass is full. Mafic and ultramafic rocks are developed..The main rock types of the complex include hornblende pyroxene， olivine norite， gabbro and diorite. The major elements composition indicates that the complex belongs to the tholeiitic series. The rocks have the characteristics of homologous evolution， it is characterized by high iron， high magnesium， low titanium and low aluminum .They are enriched in large ion lithophile elements Rb and Ba， depleted in Nb and Ta， and enriched in LREE. The magma source area is the lithospheric mantle with partial melting and metasomatism. The magma was contaminated by crustal materials during the rising process， and the fractional crystallization of olivine， orthopyroxene and plagioclase occurred. The pluton was formed in the early Permian and it is the product of tectonic activity and mantle plume.

Key words：Yunhai;Mafic-ultramafic? complex;Magma? source;Geochemistry