新疆薩爾托海鉻鐵礦特征及大地構(gòu)造環(huán)境

張勤軍 朱志新

摘? 要：為探討新疆薩爾托海蛇綠巖形成的物化條件和大地構(gòu)造環(huán)境，選取薩爾托海蛇綠巖中塊狀鉻鐵礦內(nèi)未蝕變的鉻尖晶石進(jìn)行礦物學(xué)和礦物地球化學(xué)分析。結(jié)果表明，鉻鐵礦成分均一，不發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu);鉻鐵礦中的Cr2O3含量為33.68%～41.52%，Al2O3含量為2.82%～5.75%，TFeO含量為31.01%～47.59%，Cr#為82.56～90.24，Mg#為52.22～70.89，Yfe為30.65～50.09，F(xiàn)e2+#為29.11～47.78，為富鐵鉻鐵礦，其寄主巖石為蛇綠巖;鉻鐵礦結(jié)晶平均溫度為1 655.24℃，平均壓力4.44 GPa，推斷其形成深度約137.78 km;地幔氧逸度為FMQ +2.18～FMQ+2.63 log單位（平均值為FMQ+2.46log單位）;地幔熔融程度23.17%～23.55%（平均23.40%）。推測(cè)薩爾托海賦礦巖石原巖石榴石二輝橄欖巖形成于虧損地幔。薩爾托海蛇綠巖形成的大地構(gòu)造環(huán)境為洋內(nèi)弧后盆地。

關(guān)鍵詞：鉻鐵礦;蛇綠巖;弧后盆地;薩爾托海

西準(zhǔn)噶爾地區(qū)是中亞古生代俯沖-增生復(fù)合造山帶的主要組成部分，發(fā)育有唐巴勒、瑪依勒、達(dá)拉布特、白堿灘等多條蛇綠巖帶，中外學(xué)者有過(guò)較多研究[1-2]，其中，達(dá)拉布特蛇綠巖帶是西準(zhǔn)地區(qū)最重要的蛇綠巖帶之一，其代表的洋盆演化歷史對(duì)揭示西準(zhǔn)地區(qū)古生代以來(lái)的演化過(guò)程具重要意義。達(dá)拉布特蛇綠巖中輝長(zhǎng)巖 Sm-Nd 等時(shí)線年齡為 395 Ma[3]，輝長(zhǎng)巖鋯石 U-Pb 年齡為391 Ma[4]，基本可以確定達(dá)拉布特蛇綠巖帶形成于中泥盆世。但對(duì)達(dá)拉布特蛇綠巖帶的侵位時(shí)代目前還沒(méi)有明確的限定，有學(xué)者報(bào)道了達(dá)拉布特蛇綠巖帶中時(shí)代為 302 Ma 的 E-MOEB 型鎂鐵質(zhì)巖，并將其解釋為蛇綠巖消亡階段由于擴(kuò)張脊和俯沖帶碰撞作用形成的弧前海山，認(rèn)為達(dá)拉布特蛇綠巖所代表的洋殼在晚石炭—早二疊世仍存在俯沖作用。目前對(duì)于達(dá)拉布特蛇綠巖帶的侵位時(shí)限和構(gòu)造屬性還沒(méi)有明確限定。

鉻鐵礦相對(duì)于其他巖漿成因礦物更加穩(wěn)定，其特征參數(shù)Cr#，Mg#，F(xiàn)e3+#和Fe2+#的變化范圍，Al2O3，Cr2O3，MgO，F(xiàn)e2O3和TiO2等主要氧化物的含量、變化與鉻鐵礦形成所處構(gòu)造環(huán)境密切相關(guān)，可為寄主巖石成因、地幔特征及鉻鐵礦形成的大地構(gòu)造環(huán)境判斷提供可靠依據(jù)[5-9]。

本文選取產(chǎn)于西準(zhǔn)地區(qū)達(dá)拉布特蛇綠巖中的薩爾托海鉻鐵礦床中塊狀礦石內(nèi)的鉻尖晶石為研究對(duì)象，以鉻鐵礦電子探針數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從礦物地球化學(xué)特征的角度分析寄主橄欖巖形成環(huán)境，判定達(dá)拉布特蛇綠巖帶的構(gòu)造屬性。

1? 地質(zhì)背景

西準(zhǔn)噶爾地區(qū)為中亞造山帶重要組成部分，其大地構(gòu)造歸屬存在爭(zhēng)論，主要有4種觀點(diǎn)，第一種認(rèn)為以齋桑-卡拉麥里蛇綠巖和烏拉爾-南天山為界，把新疆北部劃分為西伯利亞、哈薩克斯坦和中朝-塔里木古板塊，同時(shí)將準(zhǔn)噶爾西北緣地區(qū)連同中亞地區(qū)共同劃分為哈薩克斯坦古板塊[10]; 第二種以達(dá)拉布特-卡拉麥里縫合帶為界將西準(zhǔn)噶爾地區(qū)劃分為西伯利亞板塊和哈薩克斯坦板塊兩個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元[11]; 第三種認(rèn)為準(zhǔn)噶爾盆地連同東天山吐魯番盆地均是哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊東部的一部分[12]; 第四種認(rèn)為西準(zhǔn)噶爾和中亞地區(qū)是古哈薩克斯坦板塊的組成部分[1]。

達(dá)拉布特蛇綠巖帶地處新疆扎依爾山區(qū)達(dá)爾布特河流域，西端起自阿克巴斯套一帶（NS向），向北經(jīng)過(guò)蘇魯喬克逐漸轉(zhuǎn)為NE向、再經(jīng)庫(kù)朗庫(kù)朵克、坎土拜克、薩爾托海到木哈塔依一帶尖滅。該帶斷續(xù)出露約70 km，寬約2～9 km，出露面積約50 km2，帶內(nèi)各巖塊多以斷裂為界混雜產(chǎn)出，總體呈網(wǎng)結(jié)狀構(gòu)造樣式。該帶最寬處（薩爾托海）為5～8 km，最窄處僅數(shù)10 m，甚至缺失（如達(dá)爾布特與科果拉之間），該帶大致呈NE向分布，與現(xiàn)今西準(zhǔn)噶爾區(qū)域構(gòu)造線方向有明顯夾角，在薩爾托海東側(cè)，該相交關(guān)系尤為明顯。該帶內(nèi)巖石組合包括蛇綠巖假層序中大多數(shù)巖石單元：橄欖巖、堆晶輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖、輝綠巖、玄武巖和硅質(zhì)巖，其中橄欖巖多己蛇紋石化，輝長(zhǎng)巖和輝綠巖多碎裂巖化。玄武巖多呈枕狀構(gòu)造。

薩爾托海超鎂鐵質(zhì)巖屬達(dá)拉布特蛇綠巖帶的組成部分，產(chǎn)出有著名的薩爾托海鉻鐵礦。鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石受達(dá)拉布特深大斷裂影響，呈NW向展布，其南部為下石炭統(tǒng)包古圖組， 北部為中下泥盆統(tǒng)達(dá)拉布特組中基性火山巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、硅質(zhì)巖及少量輝橄巖，均為斷層接觸（圖1）。礦區(qū)內(nèi)超鎂鐵質(zhì)巖由斜輝輝橄巖、純橄巖、斜輝橄欖巖和二輝橄欖巖組成，但以斜輝輝橄巖為主體。薩爾托海鉻鐵礦由26個(gè)礦群， 563個(gè)鉻礦體組成， 主要賦礦巖石為純橄欖巖和斜輝輝橄巖。礦體形態(tài)復(fù)雜， 主要有透鏡狀、似透鏡狀、囊狀和脈狀[13]。

2? 巖石礦物學(xué)特征

薩爾托海超鎂鐵巖主要由方輝橄欖巖和少量純橄巖、二輝橄欖巖組成。偶見(jiàn)超基性巖蝕變的滑石菱鎂巖、菱鎂巖，另有少量輝長(zhǎng)輝綠巖。巖體西段也格孜卡拉地區(qū)，有花崗巖侵入于巖體中。

純橄巖? 巖石完全蝕變，偶見(jiàn)極少橄欖石殘晶。主要礦物為蛇紋石、均質(zhì)蛇紋石及葉蛇紋石。鉻鐵礦體附近的純橄巖往往在蛇紋石的背景上進(jìn)一步綠泥石化，含量30%～40%，最高達(dá)80%。部分純橄巖還發(fā)育碳酸鹽化。副礦物鉻尖晶石呈半透明，棕黃-桔黃色，常因蝕變呈不透明，含量1%～2%，礦體附近含礦純橄巖中，浸染狀鉻尖晶石部分達(dá)到礦化程度，具定向排列。

方輝橄欖巖? 為薩爾托海一帶蛇綠混雜巖中主要巖石類型，巖石多己蝕變，原生礦物罕見(jiàn)，主要礦物為利蛇紋石、均質(zhì)蛇紋石、絹石。副礦物鉻尖晶石呈他形或文象結(jié)構(gòu)，半透明，黃棕色，常與絹石伴生，含量0.5%～2%。該類巖石除受蛇紋石化外，部分發(fā)育滑石碳酸鹽化、綠泥石化。此外，混雜巖還有少量的橄長(zhǎng)巖、橄欖輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖等巖塊。

塊狀鉻鐵巖? 賦礦圍巖以純橄巖為主、次為方輝橄欖巖，礦體與圍巖間發(fā)育綠泥石包殼。鉻尖晶石，棕黑色，自形-半自形中細(xì)粒，塊狀構(gòu)造。脈石礦物主要為綠泥石和蛇紋石（圖2）。鉻尖晶石沿其裂隙及邊緣部位普遍發(fā)生強(qiáng)烈的綠泥石化、蛇紋石化及磁鐵礦化。

3? 測(cè)試結(jié)果

本文選取薩爾托海塊狀鉻鐵礦石中新鮮無(wú)蝕變的造礦鉻尖晶石進(jìn)行電子探針?lè)治?，樣品測(cè)試單位為中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，測(cè)試儀器型號(hào)為JXA-8 100，分析條件為加速電壓15 kV，束流100 nA，電子束徑1 μm，工作精度達(dá)100×10-6。分析和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

薩爾托海鉻鐵礦Cr2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33.68%～41.52%，均值37.40%;A12O3含量2.82%～5.75%，均值3.73%; TFeO含量31.01%～47.59%，均值40.67%（表1）;薩爾托海鉻鐵礦Cr#為82.56～90.24，均值87.10;Mg#為52.22～70.89，均值62.07;Yfe為30.65～50.09，均值40.57;Fe2+#為29.11～47.78，均值37.93（表2）。薩爾托海塊狀鉻鐵礦主要為富鐵鉻鐵礦，少量高鐵鉻鐵礦 [14]（圖3）。

4? 討論

4.1? 原巖性質(zhì)判定

本文所測(cè)鉻鐵礦為富鐵鉻鐵礦，成分均一，蝕變較弱，受后期構(gòu)造改造較少，可用于本文后續(xù)分析論證 [15]。圖4分析認(rèn)為，薩爾托海橄欖巖同紐芬蘭島灣蛇綠巖及阿曼賽邁爾蛇綠巖相似，同典型的大洋上地幔物質(zhì)和大陸上地幔成因差別較大。認(rèn)為薩爾托海超鎂鐵巖屬于蛇綠巖范疇。

4.2? 地幔源區(qū)性質(zhì)

據(jù)相關(guān)公式[18-20]，計(jì)算得出薩爾托海鉻鐵礦：結(jié)晶壓力為4.39～4.50 GPa，平值04.44 GPa，形成深度約137.78 km。結(jié)晶溫度t（T=-273.15）均值為1 655.24℃，與軟流圈溫度接近 [20]，認(rèn)為鉻鐵礦寄主橄欖巖原巖為石榴石二輝橄欖巖（圖5）。

聯(lián)合利用多重公式 [19，23-25]，計(jì)算薩爾托海鉻鐵礦：相對(duì)氧逸度Δlog（fo2）FMQ為FMQ +2.18～FMQ+2.63log 單位，均值FMQ+2.46log 單位。部分熔融程度F為23.17%～23.55%，均值23.40%（表2）。

4.3? 構(gòu)造環(huán)境討論

鉻鐵礦位于阿爾卑斯型地幔橄欖巖區(qū)域內(nèi)（圖4），顯示鉻鐵礦落入玻安巖區(qū)域中（圖6-a），鉻鐵礦主要位于高Ti弧形區(qū)域中（圖6-b），少數(shù)位于現(xiàn)代弧后盆地區(qū)域。TiO2和Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)負(fù)相關(guān)性不明顯，與MORB的鉻尖晶石特征差別很大[27]。

前人對(duì)該帶蛇綠巖巖石組合與形成環(huán)境進(jìn)行過(guò)探討，對(duì)達(dá)布達(dá)爾蛇綠混雜巖帶形成構(gòu)造環(huán)境的認(rèn)識(shí)有：弧后盆地或邊緣海盆、弧后盆地、大洋環(huán)境、弧后盆地或大陸邊緣洋擴(kuò)張脊、消減帶之上的弧后盆地（SSZ型）[28-32]。結(jié)合本次研究認(rèn)為，薩爾托海鎂鐵質(zhì)巖為SSZ型蛇綠巖，形成于洋內(nèi)弧后盆地。

5? 結(jié)論

（1） 薩爾托海鉻鐵礦蝕變程度弱，為富鐵鉻鐵礦。

（2） 薩爾托海鉻鐵礦的結(jié)晶溫度為1 638.82℃～1 669.14℃，平均1655.24℃;結(jié)晶壓力為4.39～4.50 GPa，平均4.44 GPa，推測(cè)其形成深度為137.78 km;所處地幔氧逸度為FMQ +2.18～FMQ+2.63log 單位， 平均FMQ+2.46log 單位; F為23.17%～23.55%， 均值23.40 %。

（3） 薩爾托海鉻鐵礦的寄主巖石屬蛇綠巖范疇，原巖為石榴石二輝橄欖巖。

（4） 薩爾托海蛇綠巖為SSZ型蛇綠巖，形成于洋內(nèi)弧后盆地。

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