阿爾金南緣長沙溝超鎂鐵巖巖石地球化學特征及構造環(huán)境分析

梁孝偉 毛紅偉 王雪杰

摘? ?要：對阿爾金南緣長沙溝超鎂鐵巖進行野外地質調查、巖石學及巖石地球化學等方面研究，結果顯示：長沙溝超鎂鐵巖已發(fā)生強烈蛇紋石化，基本已蝕變成蛇紋巖。主量元素具高Mg（MgO=36.98%～37.26%）、低Si（SiO2=39.90%～41.44%）、貧Al（Al2O3=1.81%～2.64%）、低Fe（FeOT=6.46%～7.48%）特征。Mg#值為89.80～91.08，m/f值為8.65～10.01，屬典型鎂質超鎂鐵巖，推測原巖為斜方輝石橄欖巖。稀土元素總量∑REE=4.49×10-6～5.06×10-6，分布模式為輕稀土微弱富集，近平坦型， （La/Yb）N=1.10～3.43， Eu異常不明顯，δEu=0.86～0.93，具正的Ce異常，δCe=1.16～1.96。微量元素富集Ba，U，Ta，Pb，Zr，Hf，虧損Th，Nb。長沙溝超鎂鐵巖屬變質橄欖巖，為“SSZ”型蛇綠巖底部組成單元，由原始地幔經2%～10%熔融形成的虧損地幔巖，形成于俯沖帶環(huán)境中的洋內弧后盆地。

關鍵詞：阿爾金;洋內弧后盆地;長沙溝超鎂鐵質巖;巖石地球化學

超鎂鐵巖按成因可分為熱侵位巖漿巖和構造成因蛇綠巖。阿爾金山地處青藏高原北緣，由于自然地理和交通條件限制，工作程度較低。長沙溝鎂鐵質-超鎂鐵質巖處于阿帕-茫崖蛇綠巖帶上[1-3]，至西向東依次劃分為黃土泉、長沙溝和清水泉3個巖塊（圖1），成因上存在“蛇綠巖”和“熱侵位”超基性巖的爭議[1-6]，形成構造環(huán)境為洋脊、準洋脊、洋島或洋盆環(huán)境[1-3]，為大陸裂谷環(huán)境侵入巖[4-6]。本文以長沙溝超鎂鐵巖塊為研究對象，通過巖石學和和巖石地球化學研究，分析長沙溝超鎂鐵巖的巖石成因，探討形成的大地構造環(huán)境，以期為恢復長沙溝地區(qū)構造演化歷史和找礦勘查工作提供依據。

1? 地質背景和巖石學特征

長沙溝鎂鐵質-超鎂鐵質巖構造位置處于南阿爾金地塊南緣，主體由黃土泉、長沙溝和清水泉3個鎂鐵質-超鎂鐵質巖塊組成（圖1）。沿阿爾金南緣斷裂帶總體呈NE向展布，以構造巖片形式存在，目前已識別出超鎂鐵質巖、鎂鐵質堆晶巖、基性巖巖墻和基性火山巖等組成端元。

超鎂鐵質巖分布于混雜巖帶中部，呈透鏡狀產出。單個巖片（塊）面積小于1 km2，由變質橄欖巖、變質輝橄巖、變質橄輝巖和變質輝石巖組成，以輝橄巖或橄輝巖為主體，與圍巖呈斷層接觸。鎂鐵質堆晶巖包括變輝石巖和變輝長巖，二者交替呈互層狀構成典型堆晶結構。基性巖巖墻分布于構造混雜巖帶中部，呈較密集巖墻群產于復理石巖片及基性火山巖片中。由橄欖輝長巖、輝長輝綠巖和輝綠巖組成，與圍巖呈明顯侵入接觸?；曰鹕綆r分布于構造混巖帶中部黃土泉、岔溝泉等地，常與超鎂鐵質、鎂鐵質巖巖片相伴出現，為一套片巖組合，夾少量大理巖，與圍巖呈斷層接觸。巖石遭強烈變形變質，原巖結構構造特征大多不存在，原巖恢復為玄武巖、安山玄武巖、玄武質凝灰?guī)r及安山質沉凝灰?guī)r等。

超鎂鐵質巖均發(fā)生強蛇紋石化，基本蝕變成蛇紋巖，鎂鐵質巖石類型為角閃巖（圖2）。長沙溝蛇紋巖呈灰綠色，變余粒狀結構、磷片變晶結構，塊狀構造，主要礦物為蛇紋石，殘留少量橄欖石和輝石（圖3）。蛇紋石為灰色，他形鱗片狀，0.05～0.10 mm，含量95%以上。橄欖石呈自形-半自形粒狀，多被纖維狀蛇紋石取代。輝石為自形-半自形柱狀，多被纖柱狀透閃石取代，雜亂分布。副礦物主要為磁鐵礦、尖晶石、白鈦石和金紅石等。

2? 巖石地球化學特征

在長沙溝超鎂鐵質巖塊中采集4件具代表性樣品進行測試分析。測試單位為中國科學院廣州地球化學研究所。首先進行樣品風化面切除，酸淋濾等預處理，減少巖石形成后期蝕變作用對元素的影響，保證測試具準確性和代表性。主量元素采用熔片X-射線熒光光譜法（XRF）測定，相對誤差小于5%，微量元素用ICP-MS法測定。微量元素含量超過10×10-6時，相對誤差小于5%，低于10×10-6時，相對誤差小于10%。

2.1? 主量

樣品燒失量普遍較高，為11.72%～11.86%，平均11.81%（表1），將其扣除后將主量元素折算成100%，再進行討論。在標準礦物圖解中（圖4），樣品處于斜方輝石橄欖巖區(qū)。長沙溝超鎂鐵巖SiO2=39.90%～41.44%，平均40.62%;Al2O3=1.81%～2.64%，平均2.23%;MgO=36.98%～37.26%，平均37.07%;MnO=0.11%～0.13%，平均0.12%;FeOT=6.46%～7.48%，平均7.07%。Mg#=89.80～91.08，m/f=8.65～10.01（>6.5），屬鎂質超鎂鐵巖（圖5）。Mg#和m/f值較高，普遍大于世界同類巖石的值，與國內值接近（表2）。長沙溝超鎂鐵巖屬鎂質超鎂鐵巖，總體表現出高Mg、低Si和貧Al特征。

2.2? 稀土和微量

測試分析數據表明（表1），長沙溝稀土總量ΣREE=4.49×10-6～5.06×10-6，平均4.85×10-6，（La/Yb）N=1.10～3.43，平均2.03，分布模式呈近平坦型（圖6），具一定程度輕稀土富集;δEu=0.86～0.93，平均0.90，負銪異常不明顯;δCe=1.16～1.96，平均1.49，具正鈰異常特征。微量元素富集Ba，U，Ta，Pb，Zr，Hf，虧損Th，Nb（圖6-1）。

3? 討論

3.1? 巖石成因

在FeOT-MgO-（Na2O+K2O）圖解中，樣品位于鎂鐵-超鎂鐵堆積蛇綠巖區(qū)（圖7-a），在MgO-CaO-Al2O3圖解中樣品位于變質橄欖巖區(qū)（圖7-b），因此認為長沙溝超鎂鐵巖為變質橄欖巖，屬蛇綠巖套范疇，為底部組成部分。

超鎂鐵巖中MgO含量和Mg#值兩項指標，對研究部分熔融和虧損程度十分重要[11]。一般而言，巖石中Mg#、MgO含量與易熔組分CaO、Al2O3、SiO2等呈負相關， Mg#值越大或MgO含量越高，CaO、Al2O3、SiO2等含量則越低，說明巖石鐵鎂質暗色礦物越多，巖石越基性，巖石熔融程度越高，虧損越強烈。長沙溝超鎂鐵巖MgO平均含量37.07%，與模擬地幔巖 （37.67%）接近[12]。Al2O3平均2.23%，CaO平均0.26%，遠低于原始地幔巖的值（4.45%，3.55%）[13]。長沙溝超鎂鐵巖鎳、鉻含量較高（表1）。表明長沙溝超鎂鐵巖為地幔橄欖巖，屬原始地幔的地幔殘余（圖8）[14-15]。一定程度上，橄欖巖全巖地球化學可示蹤部分熔融[16]，地幔熔融過程可通過微量元素間的協變關系精準模擬[17]。定量模擬過程關鍵在于選擇不受后期蝕變和俯沖交代作用影響或影響較弱的元素，一般不采用熔體滲透及熔體-殘體相互作用過程中活動性較強的元素，如強不相容元素Zr，Hf，Nb，Ta等[18]。重稀土元素遷移和分配僅受部分熔融影響，在后期板塊俯沖和蝕變作用過程中仍保持性質穩(wěn)定，能有效指示部分熔融程度[19-20]。從部分熔融模式圖中看出（圖5），長沙溝超鎂鐵巖稀土分布模式類似E-MORB型，具輕稀土略富集特征，為后期大洋巖石圈俯沖消減過程中流體交代作用的結果。長沙溝超鎂鐵質巖為原始地幔經2%～10%程度部分熔融后的地幔殘余。微量元素Nb虧損明顯，可能是后期板塊俯沖作用的結果。因此認為長沙溝超鎂鐵巖同時經歷了早期原始地幔部分熔融和后期俯沖消減作用中流體交代過程。D29D2B94-AE6C-4A5D-B46D-560E633E5A64

3.2? 構造環(huán)境

長沙溝鎂鐵質-超鎂鐵質巖塊面積較小，主要呈透鏡狀或橢圓狀巖片或微巖片產出，發(fā)生強蛇紋石化，與賦存中型銅鎳礦路北-云海鎂鐵質-超鎂鐵質巖石特征明顯不同[21-24]。巖塊與圍巖呈斷裂接觸，整體呈構造侵位。長沙溝超鎂鐵巖輕稀土微弱富集，而洋中脊型蛇綠巖明顯虧損輕稀土元素[25]，虧損的Ti元素指示為俯沖帶島弧環(huán)境[26]。同大洋中脊地幔TiO2含量（0.1%～0.4%）相比[27]，長沙溝超鎂鐵巖（TiO2=0.04%～0.06%）明顯偏低，與消減帶蛇綠巖（SSZ）中超鎂鐵巖接近（TiO2<0.1%）。微量元素上，富集Ba，U，Ta，Pb，Zr，Hf，虧損Th，Nb。Nb的虧損表明長沙溝超鎂鐵巖的形成環(huán)境明顯區(qū)別于典型大洋中脊環(huán)境，與島弧環(huán)境類似。形成于洋內弧后盆地環(huán)境的蛇綠巖兼具大洋中脊和島弧特征[28]。綜上所述，長沙溝超鎂鐵巖塊屬蛇綠巖，為“SSZ”型蛇綠巖下部變質橄欖巖組成部分，形成于俯沖帶環(huán)境中洋內弧后盆地。

4? 結論

（1） 長沙溝超鎂鐵巖出露規(guī)模較小，受構造改造強烈，蛇紋石化十分發(fā)育，基本已蝕變成蛇紋巖。據地球化學相關圖解，推測原巖為斜方輝石橄欖巖。

（2） 長沙溝超鎂鐵巖m/f值大于6.5，m/f=8.65～10.01。稀土元素總含量較低，ΣREE為4.49×10-6～5.06×10-6，分布模式為輕稀土弱富集的近平坦型，（La/Yb）N=3.09～5.49，具Eu異常不明顯，δEu=0.86-0.93，平均0.90及正Ce異常，δCe=1.16-1.96，平均1.49的特征。微量元素富集Ba，U，Ta，Pb，Zr，Hf，虧損Th，Nb。為原始地幔經2%～10%部分熔融后的地幔殘余。

（3） 長沙溝超鎂鐵巖屬蛇綠巖，為“SSZ”型蛇綠巖下部變質橄欖巖組成部分，形成于俯沖帶環(huán)境中洋內弧后盆地。

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Petrogeochemical Characteristics and Tectonic Setting Analysis of Changshagou Ultramafic Rocks in the Southern Margin of Altyn

Liang Xiaowei ， Mao Hongwei， Wang Xuejie

（XinJiang Geological Explration institute，China Metallurgical Geology Bureau，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract：Field investigation， petrological and geochemical study on the ultramafic rock occurred in the Changshagou ， the southern margin of Altyn， The results show that the Ultramafic Rock have subjected to strong serpentinization and turned into serpentinite. Geochemical analysis shows that the main elements of the rock are characteristic of high Mg （MgO=36.98%～37.26%） ，low Si（SiO2=39.90%～41.44%）， poor Al（Al2O3=1.81%～2.64%）and low Fe（FeOT=6.46%～7.48%）， with Mg# value of 89.80～91.08 and m/f value of 8.65～10.01， belong to typical magnesium ultra basic rock，whose primary rock may be harzburgite. Rare earth element analysis indicates that the ∑REE is extremely low（∑REE=4.49-5.06ppm） and the normalized rare earth element partition pattern is characterized by a weak enrichment of near flat type pattern. （La/Yb）N is 1.10～3.43， with slight negative Eu anomalies （δEu=0.86～0.93） and significant negative Ce anomalies （δCe=1.16～1.96）. Trace elements are enriched in Ba，U，Ta，Pb，Zr，Hf and depleted in Nb，Ti. It is considered that the Changshagou ultra-basic rocks are metamorphic peridotites and belong to the bottom unit of SSZ type ophiolite and to the lossy mantle rocks resulted from the partial melting （2%～10%） of original mantle. These ultra basic rocks formed in the intra-oceanic back-arc basin setting in the subduction zone.

Key words： Altyn;Intra-oceanic back-arc basin ;Changshagou u ltramafic rocks;PetrogeochemistryD29D2B94-AE6C-4A5D-B46D-560E633E5A64