蔡厚安,李順庭,劉增仁,楊自安
(1.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心,北京 100012;2. 北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限責(zé)任公司,北京 100012)
中國(guó)西南天山地區(qū)位于著名的中亞造山帶南緣(圖1a),因特殊的構(gòu)造位置一直是研究的熱點(diǎn)[1-16],其構(gòu)造演化對(duì)區(qū)內(nèi)構(gòu)造背景研究及有色金屬勘探具有重要的意義。鄰國(guó)在西南天山相繼發(fā)現(xiàn)了多個(gè)與二疊紀(jì)構(gòu)造-巖漿活動(dòng)相關(guān)的大型—超大型礦床,如穆龍?zhí)捉鸬V、伊什坦貝爾格金礦、阿爾馬雷克斑巖銅礦等[13-16]。因此我國(guó)境內(nèi)相似地質(zhì)背景的區(qū)域有著很好的找礦遠(yuǎn)景,研究西南天山的巖漿巖對(duì)尋找礦產(chǎn)資源具有重要意義。筆者對(duì)區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的巴什蘇洪堿性雜巖體進(jìn)行了巖石學(xué)和地球化學(xué)特征研究,揭示了其形成機(jī)制,為西南天山二疊紀(jì)的構(gòu)造背景提供了證據(jù),對(duì)區(qū)域上稀有稀土礦勘探也有一定的指導(dǎo)意義。
研究區(qū)地處西南天山南緣和塔里木盆地北緣(圖1b),大地構(gòu)造位置上處于南天山向斜褶皺帶的次一級(jí)構(gòu)造巴什蘇洪復(fù)背斜。區(qū)域上分布著一條堿性巖帶,是我國(guó)重要的成礦帶之一[17],分布著波孜果爾超大型稀有稀土礦床等眾多礦床和礦點(diǎn)[18-20]。新發(fā)現(xiàn)的巴什蘇洪稀有稀土礦也位于該堿性巖帶內(nèi)。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育,主要分為NEE向和近SN向兩期斷裂活動(dòng),并且前者被后者切割(圖2a)。沿?cái)嗔逊植贾幌盗械母粔A性小巖體(圖2a),其中霍什布拉克巖體—塔木巖體—喀拉多維巖體—克孜爾托巖體—巴什蘇洪巖體沿NE—SW向分布,且?guī)r體本身也大體呈NE—SW向展布,受塔里木北緣斷裂帶控制。普昌巖體、古爾拉勒巖體、克孜勒克孜塔格巖體主要沿SN向分布,受到皮羌斷裂的控制[21-22]。區(qū)內(nèi)主要出露的地層為上古生界下二疊統(tǒng)巴立克里克組(P1b),為一套海陸交互相巖石組合,巖性上為碎屑巖和碳酸鹽巖交互出現(xiàn),根據(jù)巖性可劃分為四段,并被巴什蘇洪堿性雜巖體侵入(圖2b)。雜巖體可識(shí)別出四期,其中第一期為中細(xì)粒橄欖輝長(zhǎng)巖體,第二期為不等粒霓石正長(zhǎng)巖體,第三期為火成碳酸巖體,第四期為中細(xì)粒堿長(zhǎng)花崗巖體。楊林春等[23]通過鋯石U-Pb等離子體質(zhì)譜-激光探針法(LA-ICP-MS)獲得了輝長(zhǎng)巖和霓石正長(zhǎng)巖的年齡,分別為(274.0±0.9)Ma和(268.9±1.0)Ma。鄒思遠(yuǎn)[14]通過鋯石U-Pb定年得到堿長(zhǎng)花崗巖的年齡為(277.0±2.1)Ma。
圖1 中亞造山帶構(gòu)造示意圖與西天山造山帶位置(a圖據(jù)文獻(xiàn)[24]修改),西天山造山帶地質(zhì)圖(b圖據(jù)文獻(xiàn)[25]修改)
圖2 西南天山侵入巖分布圖(a圖據(jù)文獻(xiàn)[19]修改)和巴什蘇洪堿性雜巖體地質(zhì)圖(b圖據(jù)注釋①修改)
巴什蘇洪堿性雜巖體地表呈橢圓形,長(zhǎng)軸方向與早期NEE向構(gòu)造線一致。雜巖體不整合侵入下二疊統(tǒng)巴立克里克組,與圍巖的接觸界面清晰,外接觸帶見有角巖化和矽卡巖化[26-28]。雜巖體中礦物受風(fēng)化蝕變作用較明顯,有高嶺土化、綠簾石化、綠泥石化等蝕變②。
橄欖輝長(zhǎng)巖呈灰黑色,中細(xì)粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。主要礦物為輝石(25%~30%)、斜長(zhǎng)石(50%~55%),次要礦物為橄欖石(10%~15%),副礦物為磁鐵礦、尖晶石等礦物,磁鐵礦化較強(qiáng)。斜長(zhǎng)石呈半自形板狀、長(zhǎng)柱狀,聚片雙晶發(fā)育,粒度變化較大,在1.8~5.0 mm之間。輝石呈半自形晶,Ⅰ級(jí)橙黃到Ⅱ級(jí)干涉色,顆粒平均大小為2.2 mm×1.8 mm,具有明顯的近直角解理。橄欖石顆粒呈不規(guī)則形態(tài),表面有裂紋,顆粒平均大小為1.8 mm×2.0 mm。霓石正長(zhǎng)巖標(biāo)本呈塊狀,灰白色,不等粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。主要造巖礦物為堿性長(zhǎng)石(60%)、斜長(zhǎng)石(5%)、霓石(15%),副礦物有磁鐵礦(2%)等。火成碳酸巖呈白色,細(xì)粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物為方解石(75%),副礦物有鉻尖晶石、磁鐵礦、獨(dú)居石、鋯石等。火成碳酸巖中的橄欖石顆粒呈不規(guī)則形態(tài),多被溶蝕成港灣狀,顆粒最大可達(dá)3.0 mm×2.0 mm,平均大小為0.8 mm×0.5 mm。堿長(zhǎng)花崗巖灰白色,中細(xì)粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物為堿性長(zhǎng)石(45%)、石英(18%)、斜長(zhǎng)石(8%),次要礦物為霓石(10%)、黑云母(8%),副礦物種類較多,有燒綠石、獨(dú)居石、鈮鐵礦、易解石等。
鏡下鑒定后,選取有代表性的樣品進(jìn)行了全巖地球化學(xué)分析。主量元素采用壓片法XRF分析,微量元素采用ICP-MS分析。
圖3 巴什蘇洪堿性雜巖體Harker圖解
雜巖體不同巖性的主要元素含量差別較大。橄欖輝長(zhǎng)巖的w(SiO2)為42.26%~53.99%,平均值為49.04%,霓石正長(zhǎng)巖的w(SiO2)為60.92%~66.18%,平均值為63.38%,堿長(zhǎng)花崗巖的w(SiO2)為63.90%~73.59%,平均值為70.53%;橄欖輝長(zhǎng)巖的w(Na2O+K2O)為2.562%~7.16%,平均值為5.18%,霓石正長(zhǎng)巖的w(Na2O+K2O)為9.8%~11.02%,平均值為10.48%,堿長(zhǎng)花崗巖的w(Na2O+K2O)為8.2%~12.66%,平均值為9.95%;橄欖輝長(zhǎng)巖的K2O/Na2O比值為0.15~0.48,平均值為0.32,霓石正長(zhǎng)巖的K2O/Na2O比值為0.40~1.85,平均值為0.95,堿長(zhǎng)花崗巖的K2O/Na2O比值為0.35~1.65,平均值為1.07(圖4a)。
從雜巖體的SiO2含量變化、堿度含量變化和K2O/Na2O比值變化來(lái)看,從橄欖輝長(zhǎng)巖—霓石正長(zhǎng)巖—堿長(zhǎng)花崗巖變化過程中,巖石酸性程度逐漸變高,堿度含量也逐步升高,并且出現(xiàn)了部分程度的K-Na分離,由從富鈉質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦烩涃|(zhì)的趨勢(shì)。
在K2O-SiO2圖解中(圖4b),輝長(zhǎng)巖為鈣堿性系列;正長(zhǎng)巖為鉀玄巖系列,堿長(zhǎng)花崗巖大多為高鉀鈣堿性系列,可以看出從輝長(zhǎng)巖到堿長(zhǎng)花崗巖,K含量有增高的趨勢(shì)。根據(jù)AR-SiO2圖解(圖4c),雜巖體各巖性幾乎都落入過堿性區(qū)域,為過堿性雜巖體。
雜巖體各巖性的鋁飽和指數(shù)中等偏高,其中輝長(zhǎng)巖有中等的鋁飽和指數(shù)(A/CNK=0.74~0.90);正長(zhǎng)巖的鋁飽和指數(shù)中等偏高(A/CNK=0.67~1.26);堿長(zhǎng)花崗巖的鋁飽和指數(shù)中等偏高(A/CNK=0.89~1.32);在A/CNK - A/NK圖解中(圖4d),大多樣品落入過鋁質(zhì)區(qū)域。
圖4 巴什蘇洪堿性雜巖體TAS圖解(a,巖石分類據(jù)文獻(xiàn)[29],Ir界線據(jù)文獻(xiàn)[30]),巖石系列K2O-SiO2圖解(b),SiO2-AR圖解(c),鋁質(zhì)-準(zhǔn)鋁質(zhì)A/NK - A/CNK判別圖(d,底圖據(jù)文獻(xiàn)[31])
由微量元素圖解(圖5)可見,不同巖性的微量元素圖解表現(xiàn)出不同的特征。其中,輝長(zhǎng)巖的高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)相對(duì)于大離子親石元素(LILE)的富集程度較低,具有明顯的Ba正異常,K、P、Ti、Sm、Sr顯示弱的正異常。樣品Nb/Ta值的變化范圍為14.46~18.33,不具有明顯的Nb-Ta負(fù)異常。正長(zhǎng)巖和花崗巖的高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)相對(duì)于大離子親石元素(LILE)具有明顯的富集,明顯虧損Ba、Sr、P、Ti,富集Rb和K。樣品的Nb/Ta值的變化范圍較大,為2.60~32.82,堿長(zhǎng)花崗巖的Rb/Sr和Rb/Ba的比值較大且變化范圍大。三者均不具有明顯的Nb-Ta負(fù)異常。
雜巖體各巖性的稀土元素總量也有較大的差別,輝長(zhǎng)巖稀土元素總量較低,∑REE為55.90×10-6~98.00×10-6;霓石正長(zhǎng)巖的總稀土元素含量較高,∑REE變化范圍為75.76×10-6~453.59×10-6,其中有一個(gè)樣品的稀土總量達(dá)到3990.5×10-6;堿長(zhǎng)花崗巖中的稀土總量較高,∑REE變化范圍為37.94×10-6~1798.36×10-6。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解中(圖5),輝長(zhǎng)巖表現(xiàn)為平緩、輕微右傾的分布模式,輕稀土元素相對(duì)于重稀土元素富集。LREE/HREE(2.16~3.64)比值變化不大,并且輝長(zhǎng)巖的(La/Yb)N(5.81~8.07)比值變化不大。Eu表現(xiàn)出弱的正異常。霓石正長(zhǎng)巖、堿長(zhǎng)花崗巖的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解均表現(xiàn)為平緩、輕微右傾的海鷗式分布模式,輕稀土元素相對(duì)于重稀土元素輕微富集。霓石正長(zhǎng)巖的LREE/HREE比值變化范圍為1.46~5.59,(La/Yb)N比值均變化范圍為2.07~19.25;堿長(zhǎng)花崗巖的LREE/HREE比值變化范圍為0.92~5.50,(La/Yb)N比值均變化范圍為2.52~21.68。均具有明顯的負(fù)Eu異常。從堿長(zhǎng)花崗巖—霓石正長(zhǎng)巖—輝長(zhǎng)巖,表現(xiàn)出負(fù)Eu異常逐漸減弱的特點(diǎn)。
圖5 巴什蘇洪堿性雜巖體各期侵入巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(左)和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(右,原始地幔和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)文獻(xiàn)[32];部分?jǐn)?shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[14,23])
隨著一些地質(zhì)現(xiàn)象的出現(xiàn),巖漿混合作用重新被巖石學(xué)家們提出來(lái)。他們認(rèn)為巖漿混合作用普遍存在,并且在地質(zhì)作用過程中基性巖漿與酸性巖漿混合形成自然界廣泛的火成巖[33]。巴什蘇洪堿性雜巖體由輝長(zhǎng)巖-正長(zhǎng)巖-堿長(zhǎng)花崗巖-碳酸巖組成,從基性巖到中性巖再到酸性巖,均有出露。一個(gè)直觀的想法就是由幔源巖漿通過結(jié)晶分異作用形成中性巖和酸性巖。然而,這種單一的結(jié)晶分異作用并不能解釋一些地質(zhì)事實(shí)和地球化學(xué)數(shù)據(jù)。巴什蘇洪堿性雜巖體中的基性巖約占總巖體面積的25%,中性巖約占60%,酸性巖和碳酸巖約占15%。一般認(rèn)為,如果幔源巖漿結(jié)晶分異形成中性巖和酸性巖,那么基性巖應(yīng)該要占巖體的主要比例,其次為中性巖,再者為酸性巖。因此,另外一種可能的機(jī)制是巖漿混合作用。學(xué)者們對(duì)于巖漿混合作用已經(jīng)有了較深的認(rèn)識(shí)[33-34]。巖漿混合作用是由基性巖漿和酸性巖漿混合,中性巖漿是混合作用的產(chǎn)物。
在野外工作中,發(fā)現(xiàn)霓石正長(zhǎng)巖與堿長(zhǎng)花崗巖接觸帶形成“你中有我,我中有你”的脈狀穿插關(guān)系。由于花崗質(zhì)巖漿的黏度比較大,在巖漿混合的邊界處會(huì)出現(xiàn)混合不均勻的現(xiàn)象,這種穿插關(guān)系間接體現(xiàn)出了巖漿混合作用的結(jié)果。除此之外,在霓石正長(zhǎng)巖體中見有暗色包體,這也為巖漿混合作用提供了一定的佐證。
混合作用的發(fā)生需要有基性巖漿和酸性巖漿,而基性巖漿和酸性巖漿的來(lái)源分別是哪里,是需要解決的問題。前人研究認(rèn)為在塔里木大火山巖省晚期,深部巖漿源區(qū)到淺部地表的巖漿通道被打開,地慢柱減壓熔融,幔源巖漿底侵下地殼,侵位形成一些基性一超基性巖體的同時(shí),鎂鐵質(zhì)巖漿繼續(xù)發(fā)生結(jié)晶分異作用,形成中酸性巖漿,上升至地殼淺部位置侵位,形成了一系列具有虧損地慢和富集巖石圈多端元混合源區(qū)特征的A型花崗巖,并且都經(jīng)歷了不同程度的地殼混染[14]。形成巴什蘇洪堿性雜巖體中的輝長(zhǎng)巖的巖漿來(lái)源于上地幔的部分熔融。更具體地說(shuō),應(yīng)該是來(lái)源于軟流圈地幔的部分熔融,因?yàn)檩x長(zhǎng)巖的Nb和Ta并未出現(xiàn)明顯的負(fù)異常。輝長(zhǎng)巖的Zr/Ba比值(0.3~0.36)較高,說(shuō)明了其源區(qū)為軟流圈地幔,因?yàn)檐浟魅Φ蒯H垠w的Zr/Ba比值一般大于0.2[33]。在輝長(zhǎng)巖中出現(xiàn)橄欖石,但是沒有角閃石和黑云母,說(shuō)明巖漿中沒有揮發(fā)分,并且說(shuō)明源區(qū)是干的而不是濕的,這種特點(diǎn)也間接說(shuō)明了其源區(qū)為軟流圈地幔。同時(shí),輝長(zhǎng)巖的εNd為2.92~3.47,表明輝長(zhǎng)巖來(lái)源于虧損地幔。巴什蘇洪堿性雜巖體中花崗質(zhì)巖石的w(SiO2)均大于70%,其巖漿來(lái)源應(yīng)該為地殼。堿長(zhǎng)花崗巖具有高FeOT/MgO(18.54~173.25)、低CaO(0.34~1.08)的特征,全堿含量處于7.77%~10.32%之間,均屬于A型花崗巖的特征[36]。其微量元素蛛網(wǎng)圖上顯示出富集高場(chǎng)強(qiáng)元素和大離子親石元素(如:Rb、Th、U、Zr、Hf),強(qiáng)烈虧損Ba、Sr、P和Ti,稀土元素蛛網(wǎng)圖上顯示出明顯的Eu負(fù)異常。這些特征均符合A型花崗巖的典型特征。根據(jù)Whalen等[35]提出的區(qū)分A型花崗巖和高分異I型或S型花崗巖的方法,對(duì)花崗質(zhì)巖石進(jìn)行了投圖分析(圖6),可以得出幾乎所有樣品均為A型花崗巖。在A1-A2型花崗巖判別圖解中(圖7),幾乎所有的樣品落在A1型花崗巖區(qū)域。因此,巴什蘇洪堿性雜巖體中花崗巖屬于A1型花崗巖。橄欖輝長(zhǎng)巖的源區(qū)為軟流圈地幔,軟流圈地幔的底侵會(huì)導(dǎo)致地殼重熔,再經(jīng)過一定程度的結(jié)晶分異會(huì)形成A型花崗巖。綜合考慮,巴什蘇洪堿性雜巖體中的花崗巖的巖漿來(lái)源為軟流圈地幔的底侵導(dǎo)致地殼重熔。
圖6 巴什蘇洪堿性雜巖體(Zr+Nb+Ce+Y)- (Na2O+K2O)/CaO(a)、(Zr+Nb+Ce+Y)-FeOT/MgO(b)和10000Ga/Al-Zr圖解(c)(底圖據(jù)文獻(xiàn)[35])
圖7 巴什蘇洪堿性雜巖體的Nb-Y-3Ga和Nb-Y-Ce圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[36])
由微量元素蛛網(wǎng)圖(圖5)可見,輝長(zhǎng)巖中的Ti有弱正異常,而正長(zhǎng)巖和花崗巖中的Ti表現(xiàn)出明顯的負(fù)異常,這種原因的出現(xiàn)是由于磁鐵礦的結(jié)晶。Ti在磁鐵礦中的分配系數(shù)較大,磁鐵礦礦物與熔體相的分離會(huì)造成Ti含量迅速降低。正長(zhǎng)巖和堿長(zhǎng)花崗巖中的低Sr和Eu的負(fù)異常,暗示巖漿源區(qū)存在大量斜長(zhǎng)石的殘留。輝長(zhǎng)巖的(La/Yb)N平均值為6.95;正長(zhǎng)巖的(La/Yb)N平均值為9.85;堿長(zhǎng)花崗巖的(La/Yb)N平均值為9.45,雜巖體各巖性的(La/Yb)N值變化較大。綜合考慮,巴什蘇洪堿性雜巖體在巖漿演化過程中伴隨著一定程度的分離結(jié)晶作用。綜上所述,巴什蘇洪堿性雜巖體中的基性巖為軟流圈地幔部分熔融,經(jīng)過一定的分離結(jié)晶作用,上升侵位形成;酸性巖為軟流圈地幔的底侵導(dǎo)致地殼重熔,經(jīng)過結(jié)晶分異作用,上升侵位形成;中性巖為結(jié)晶分異后的基性巖漿和酸性巖漿發(fā)生混合作用,之后又經(jīng)過一定程度的分離結(jié)晶作用,上升侵位形成。
西南天山的構(gòu)造演化一直是學(xué)者們關(guān)注的焦點(diǎn),洋盆的出現(xiàn)和閉合、板塊的碰撞、大洋板塊的俯沖、巖石圈伸展、軟流圈上涌、裂谷的生成等問題是學(xué)者們爭(zhēng)論的重心。巴什蘇洪作為一個(gè)堿性雜巖體的出現(xiàn),可以為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)提供一定的依據(jù)。
巴什蘇洪堿性雜巖體的年齡與西南天山地區(qū)其他二疊紀(jì)中酸性侵入巖體的年齡比較接近[3-11],這也是西南天山地區(qū)發(fā)生大規(guī)模巖漿事件的年代。巴什蘇洪堿性雜巖體中的基性巖為軟流圈地幔部分熔融,之后經(jīng)過結(jié)晶分異,在伸展環(huán)境中,上升侵位形成。酸性巖屬于A型花崗巖,而西南天地區(qū)大多數(shù)的中酸性侵入巖為I型或S型,總體上大都產(chǎn)出于與陸-陸碰撞有關(guān)的造山環(huán)境。鄰區(qū)的霍什布拉克巖體就屬于A1型花崗巖[8],產(chǎn)出于非造山的環(huán)境。Nb-Y和Rb-(Y+Nb)構(gòu)造判別圖(圖8)中所有點(diǎn)均落在板內(nèi)花崗巖區(qū)域。說(shuō)明了巴什蘇洪堿性雜巖體中的花崗巖經(jīng)歷了后造山的構(gòu)造環(huán)境。巴什蘇洪堿性雜巖體位于南天山造山帶與塔里木盆地的界線附近,當(dāng)進(jìn)入后期的板內(nèi)環(huán)境后,其巖漿作用與塔里木盆地二疊紀(jì)大火成巖省有關(guān)[7],構(gòu)造環(huán)境為軟流圈物質(zhì)上涌所誘發(fā)的陸內(nèi)裂谷體系。
圖8 Yb-Nb和(Yb+Nb)-Rb構(gòu)造判別圖(底圖據(jù)文獻(xiàn)[37])
綜上,酸性巖部分經(jīng)歷了陸內(nèi)裂谷的構(gòu)造環(huán)境?;詭r和中性巖主要與后期的陸內(nèi)裂谷體系有關(guān)。不同期次的構(gòu)造作用伴隨著多期的巖漿作用,這也與定年結(jié)果相符[14,23]。巴什蘇洪堿性雜巖體的構(gòu)造體系為西南天山構(gòu)造演化提供了重要的證據(jù)。
1)巴什蘇洪堿性雜巖體中的基性巖為軟流圈地幔部分熔融,經(jīng)過一定的分離結(jié)晶作用,上升侵位形成的產(chǎn)物;酸性巖由軟流圈地幔的底侵導(dǎo)致地殼重熔,經(jīng)過結(jié)晶分異作用,上升侵位形成;中性巖由結(jié)晶分異后的基性巖漿和酸性巖漿發(fā)生混合作用,再經(jīng)過一定程度的分離結(jié)晶作用,最后上升侵位形成。
2)巴什蘇洪堿性雜巖體中的基性巖和中性巖主要與后期的陸內(nèi)裂谷體系有關(guān)。酸性巖部分經(jīng)歷了陸內(nèi)裂谷的構(gòu)造環(huán)境。
注釋:
① 新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院. 新疆維吾爾自治區(qū)阿克塔拉幅、庫(kù)鐵熱克幅、哈拉峻幅、庫(kù)魯木都克村幅、托斯莫幅1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R]. 2014.
② 有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心. 新疆阿圖什市哈拉峻地區(qū)1∶5萬(wàn)礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查成果報(bào)告[R]. 2019.