內(nèi)蒙古北山地區(qū)芨芨臺子-小黃山蛇綠巖構(gòu)造屬性及與成礦關(guān)系：來自阿民烏素地幔橄欖巖印證

董洪凱，薛鵬遠，劉 廣，劉思林，于 龍

(河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院，河北廊坊 065000)

0 引言

北山造山帶處于哈薩克斯坦、塔里木和西伯利亞三大板塊匯聚地帶，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。該造山帶經(jīng)歷了震旦紀-早古生代大陸裂解-會聚的洋陸轉(zhuǎn)換和晚古生代碰撞造山及其之后的板內(nèi)伸展作用，在古生代構(gòu)造演化過程中形成了諸多蛇綠巖帶，由南向北依次為輝銅山-帳房山蛇綠巖帶、紅柳河-洗腸井蛇綠巖帶、芨芨臺子-小黃山蛇綠巖帶、紅石山-蓬勃山蛇綠巖帶(圖1)。長期以來，眾多學者對北山地區(qū)板塊的縫合位置、形成時代進行了諸多研究，并且對其蛇綠巖的構(gòu)造屬性提出了不同的觀點。一些學者認為紅柳河-洗腸井蛇綠巖帶為塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊的縫合帶(何世平等，2002，2005；侯青葉等，2012；李向民等，2012；楊合群等，2012；鄭榮國等，2012；胡新茁等，2015；胡醒民等，2016)；一些學者認為芨芨臺子-小黃山蛇綠巖帶為塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊的縫合帶(龔全勝等，2002；左國朝等，2003)。

近年來，隨著1:5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查項目的開展①～④，筆者有幸參與了紅柳河-洗腸井(月牙山段)、芨芨臺子-小黃山(阿民烏素段)兩條蛇綠巖帶的研究工作，并取得相當豐碩的研究成果。本文以最新1:5萬填圖資料為基礎(chǔ)，將阿民烏素地幔橄欖巖與月牙山地幔橄欖巖進行巖石化學、地球化學對比分析，為芨芨臺子-小黃山蛇綠巖構(gòu)造屬性提供新依據(jù)，并對阿民烏素蛇綠巖成礦潛力進行了分析研究。

圖1 北山地區(qū)蛇綠巖分布簡圖(據(jù)楊合群等，2010)

1 地質(zhì)特征

阿民烏素構(gòu)造帶位于測區(qū)南西部，出露規(guī)模較小，呈北西西向展布。其北西端延入鄰區(qū)，南東端被全新世松散堆積物覆蓋，區(qū)內(nèi)出露長約22.0 km，南北寬0.5～4.5 km。該構(gòu)造帶由強片理化的古元古代北山巖群、奧陶-志留紀公婆泉組、中奧陶世基性巖、超基性巖、晚奧陶世、早志留世侵入巖及韌性剪切帶組成(圖2b)。南北兩側(cè)地質(zhì)體無明顯差異，如南北兩側(cè)均發(fā)育古元古代北山巖群、奧陶-志留紀公婆泉組和晚奧陶世、早志留世侵入巖，不論是巖石組合、時代歸屬，還是巖石化學、地球化學特征均無明顯差異(劉威等，2015；徐旭明等，2017；張正平等，2017；董洪凱等，2018)，說明該構(gòu)造帶不具分界斷裂的構(gòu)造特征。

阿民烏素蛇綠巖出露于該構(gòu)造帶內(nèi)，屬芨芨臺子-小黃山蛇綠巖帶的一部分，為出露不完整的蛇綠巖，主要巖性為輝長巖，其邊部或底部為少量強蛇紋石化超基性巖(圖3a)，二者呈迅速過渡關(guān)系。侵入體長軸走向北西西向，與構(gòu)造帶走向一致，呈枝脈狀侵入奧陶-志留紀公婆泉組，外接觸帶公婆泉組變質(zhì)砂巖發(fā)育角巖化接觸變質(zhì)特征(圖3b)，顯示該構(gòu)造帶內(nèi)變質(zhì)輝長巖與奧陶-志留紀公婆泉組為熱侵入接觸關(guān)系，未見構(gòu)造接觸特征。

2 巖石學特征

巖石呈深灰色，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由蛇紋石、殘留橄欖石、不透明礦物組成。蛇紋石含量95%～100%，呈粒狀結(jié)構(gòu)，集合體主呈橄欖石假象。橄欖石假象具方向性排列，被蛇紋石及少量透閃石交代少見殘留，另見較少量透閃石、滑石、綠泥石分布于橄欖石假象之間。不透明礦物含量2%～5%，呈黑色，粒狀結(jié)構(gòu)，集合體多呈條紋狀分布，少量充填網(wǎng)孔間。巖石后期被少量碳酸鹽、綠泥石、陽起石交代(圖3c)。經(jīng)光片鑒定，不透明礦物主要由磁鐵礦、鎳黃鐵礦組成，磁鐵礦含量3%±，呈它形粒狀結(jié)構(gòu)，粒徑一般0.01～ 0.3 mm，多呈星散狀分布，有的與透明礦物混雜在一起，少量集合體沿裂紋分布。較大顆粒的磁鐵礦粒內(nèi)有鎳黃鐵礦嵌布。鎳黃鐵礦含量0.3%±，呈它形粒狀結(jié)構(gòu)，粒徑一般0.02～0.1 mm，主嵌布于磁鐵礦粒內(nèi)與磁鐵礦共生，少量呈零星狀分布(圖3d)。

圖2 研究區(qū)構(gòu)造格架簡圖(a)及地質(zhì)簡圖(b)

圖3 阿民烏素蛇綠巖野外地質(zhì)特征及鏡下特征

3 地球化學特征

3.1 主量元素特征

阿民烏素地幔橄欖巖巖石化學分析結(jié)果見表1。其SiO2=37.08%～40.53%，屬于超基性巖類。鎂值Mg#=89.66～90.90，顯示地幔楔橄欖巖源區(qū)特征。鎂鐵指數(shù)MF=16.43～18.54，巖漿分離結(jié)晶作用程度較低，鎂鐵比值m/f=8.32～9.40，>6.5，屬鎂質(zhì)超基性巖。分異指數(shù)DI=1.61～2.08，固結(jié)指數(shù)SI=81.12～83.19，巖漿分異程度極低。與月牙山地幔橄欖巖巖石化學參數(shù)對比，均說明兩類巖石巖漿分異程度極低或未發(fā)生分異作用。

表1 阿民烏素、月牙山地幔橄欖巖巖石化學成分及特征參數(shù)一覽表

續(xù)表1

3.2 稀土元素特征

阿民烏素地幔橄欖巖稀土元素含量及特征參數(shù)見表2。稀土總量ΣREE=1.33×10-6～4.41×10-6，輕重稀土之比LREE/HREE=1.63～3.68，(La/Yb)N=0.72～3.43，(La/Sm)N=1.70～6.92，(Gd/Yb)N=0.36～0.52，表明巖石輕稀土略富集，輕稀土分餾較重稀土分餾略明顯。在地幔橄欖巖稀土配分模式圖中(圖4)，阿民烏素地幔橄欖巖配分曲線呈不規(guī)則“U”型，而月牙山超基性巖配分曲線整體向左緩傾。由于HREE在俯沖過程中不受影響，所以可以較好地反映原始地幔巖的部分熔融程度。根據(jù) Melcher et al.(2002)的原始地幔巖的分離熔融模式估算，月牙山的熔融程度集中在6%～10%之間，而阿民烏素地幔橄欖巖熔融程度集中在10%～20%之間。

表2 阿民烏素、月牙山地幔橄欖巖稀土元素含量及特征參數(shù)一覽表

圖4 地幔橄欖巖稀土配分模式圖(據(jù)Sun and Mcdonough,1989；Melcher et al.,2002)

3.3 微量元素特征

阿民烏素地幔橄欖巖微量元素含量及特征參數(shù)見表3，其活動性元素Rb、Ba、K含量高于月牙山地幔橄欖巖和Sun and Mcdonough(1989)統(tǒng)計的地幔橄欖巖值。在地幔橄欖巖標準化蛛網(wǎng)圖中(圖5)，阿民烏素地幔橄欖巖富集高場強元素U、Zr、Hf、Yb和大離子親石元素Rb、Sr，虧損高場強元素Nb、Ti和大離子親石元素Ba。與月牙山地幔橄欖巖標準化蛛網(wǎng)圖對比，最大區(qū)別在于前者明顯虧損高場強元素Ti。

表3 阿民烏素、月牙山地幔橄欖巖微量元素含量一覽表

圖5 地幔橄欖巖標準化微量蛛網(wǎng)圖(據(jù)Sun and Mcdonough，1989)

4 含礦性及成礦潛力分析

4.1 含礦性

阿民烏素蛇綠巖帶Ni、Cr、Co異常特征明顯，輝長巖發(fā)育，其邊部或底部為少量蛇紋石化橄欖巖，礦化與蛇紋石化橄欖巖關(guān)系密切。項目組共發(fā)現(xiàn)礦化體14條，呈不規(guī)則透鏡狀或枝脈狀產(chǎn)出，長軸走向北西向或近東西向。與輝長巖為迅速過渡關(guān)系，礦化巖石為強蛇紋石化純橄巖，主要發(fā)育磁鐵礦化和鎳礦化，光片鑒定可見磁鐵礦粒內(nèi)有鎳黃鐵礦嵌布或呈單晶狀零星分布。通過探槽揭露，采集了28件刻槽化學樣，其中TC10H27采樣位置屬該蛇綠巖帶的下部層位，Ni含量0.20%，達邊界品位，伴生Cr、Co等有益礦種，成礦類型屬巖漿分異型。分析結(jié)果見表4。

表4 阿民烏素地幔橄欖巖化學樣分析結(jié)果表

4.2 成礦潛力分析

前人(戈德列夫斯基，1982)按照侵入巖中MgO的含量把超基性巖漿及其結(jié)晶產(chǎn)物分為3類：(1)無硫化物的鎂鐵質(zhì)巖石(≤8%)；(2)含銅鎳中等鎂鐵質(zhì)巖石(8%～30%)；(3)無硫化物的超鎂鐵質(zhì)巖石(>30%)。孫小攀等(2018)、王永等(2020)的研究證實了第二類超基性巖漿具有一定的含礦性，而無硫化物的第一類和第三類巖漿銅鎳礦化很弱甚至無礦化。此次研究的蛇紋石化橄欖巖(MgO=36.90%～37.44%)屬于無硫化物的超基性巖，不具Cu-Ni 硫化物礦床的成礦潛力。

吳利仁(1963)、王永等(2020)研究認為：m/f值為6.5～14的超基性巖具有形成鉻鐵礦的潛力。本次研究的蛇紋石化橄欖巖m/f值為8.32～9.40，屬于與鉻鐵礦有關(guān)的鎂質(zhì)超基性巖，并且阿民烏素蛇綠巖帶Ni、Cr、Co異常特征明顯，具有尋找鉻鐵礦的成礦潛力。

世界上大型的鉻鐵礦床均產(chǎn)在SSZ型的地幔橄欖巖中(Pearce et al.，1984b)，如西藏雅魯藏布江蛇綠巖帶，該蛇綠巖帶具有深海地幔橄欖巖和島弧地幔橄欖巖兩者的特點，屬SSZ型地幔橄欖巖(熊發(fā)揮等，2015)。該地區(qū)已探明有羅布莎大型鉻鐵礦床和香嘎山中型鉻鐵礦床。

綜上分析，阿民烏素蛇綠巖帶是探尋鉻鐵礦的有利部位，具有一定的鉻鐵礦成礦潛力，但形成巖漿型銅鎳硫化物礦床的潛力不大。

5 形成時代

區(qū)內(nèi)地幔橄欖巖出露于輝長巖下部，二者呈快速過渡接觸關(guān)系，沿石板井構(gòu)造帶分布，侵入最新地層為奧陶-志留紀公婆泉組，后期被晚奧陶世花崗巖侵入。小黃山一帶基性巖(輝長巖、輝長閃長巖)鋯石U-Pb年齡分別為472±1 Ma 、472.1±4.4 Ma①。孟慶濤等(2021)在阿民烏素輝長巖中獲得鋯石U-Pb年齡為462.5±3.2 Ma。結(jié)合野外地質(zhì)接觸關(guān)系和前人同位素年齡，將其侵位時代劃歸中奧陶世。

6 構(gòu)造環(huán)境分析

Pearce et al.(1984b)根據(jù)蛇綠巖上部火山巖形成的構(gòu)造背景分為俯沖帶型(SSZ)和洋中脊型(MOR)兩種。Vysotsky(1992)、Dilek and Furnes(2011)根據(jù)蛇綠巖形成的物理條件分為：高壓型和低壓型。高壓型和低壓型分別是SSZ型和MOR型蛇綠巖形成的壓力條件。通常情況下，高壓型地幔橄欖巖熔融程度要高于低壓型地幔橄欖巖。

一般認為，Ti越低，熔融殘留物的熔融程度越高(Coryell et al.，1963；Rollinson，1993；Parkinson and Pearce，1998)，阿民烏素地幔橄欖巖的Ti為54.19×10-6～137.97×10-6，明顯低于月牙山洋中脊地幔橄欖巖的119.52×10-6～289.47×10-6(胡新茁等，2015)，且標準化蛛網(wǎng)圖上明顯虧損Ti，說明阿民烏素地幔橄欖巖熔融程度更高，屬高壓型(SSZ型)地幔橄欖巖特征。由于HREE在俯沖過程中不受影響，所以可以較好地反映原始地幔巖的部分熔融程度(Wood，1979；Melcher et al.，2002)。根據(jù) Melcher et al.(2002)的原始地幔巖的分離熔融模式估算，月牙山地幔橄欖巖的熔融程度集中在6%～10%之間，而阿民烏素地幔橄欖巖熔融程度集中在10%～20%之間，同樣能說明阿民烏素地幔橄欖巖熔融程度較月牙山地幔橄欖巖的高。

阿民烏素強蛇紋石化橄欖巖具較高的MgO(36.90%～37.44%)，Mg#(89.66～90.90)，與南祁連大道爾吉SSZ型地幔橄欖巖相當(MgO=40.41%～40.90%，Mg#=90～91，黃增保等，2016)。較低的TiO2(0.01%～0.02%)與南祁連大道爾吉(TiO2=0.03%～0.04%，黃增保等，2016)、西藏日喀則SSZ 型地幔橄欖巖(TiO2=0.00%～0.03%，佘宇偉等，2017)相當。與小黃山SSZ型蛇紋巖具有相同的MgO(37. 03%)、TiO2(0.01%)含量(宋泰忠等，2008)。

阿民烏素地幔橄欖巖(La/Sm)N=1.70～6.92，(Gd/Yb)N=0.36～0.52，稀土配分曲線呈不規(guī)則“U”型，而月牙山地幔橄欖巖配分曲線整體向左緩傾。Pearce et al.(1984a，1992)研究認為N-MORB型地幔橄欖巖LREE是虧損的，稀土配分曲線為左傾特征，代表原始地幔巖的特征，SSZ型地幔橄欖巖稀土配分曲線呈LREE富集的U型配分模式，可能與俯沖過程中受到熔體的交代作用有關(guān)。所以阿民烏素地幔橄欖巖屬SSZ型，與月牙山正常洋中脊型地幔橄欖巖差異明顯。

劉威等(2015)及最新區(qū)調(diào)成果表明①，③～④，公婆泉組中出露的基性火山巖為島弧拉斑玄武巖，時代為416～474 Ma，與阿民烏素地幔橄欖巖形成時代較為接近。通常認為形成于俯沖帶的SSZ型蛇綠巖的上部火山巖為島弧拉斑玄武巖和玻安巖等(Pearce et al.，1984b；Hess，1992；Gorton and Schandl，2000)。

此外，阿民烏素蛇綠巖帶南北兩側(cè)地質(zhì)體無明顯差異，如南北兩側(cè)均發(fā)育古元古代北山巖群、奧陶-志留紀公婆泉組和晚奧陶世、早志留世島弧型侵入巖，不論是巖石組合、時代歸屬，還是巖石化學、地球化學特征均無明顯差異(董洪凱等，2018)，說明該構(gòu)造帶不具分界斷裂的構(gòu)造特征。

綜上所述，將阿民烏素蛇綠巖定義為SSZ型蛇綠巖較為可信。SSZ(Supra-Subduction Zone)的構(gòu)造環(huán)境可劃分為島弧、弧前和弧后盆地等(Pearce et al.，1984b；Robertson，2002；Pearce，2003)，由于阿民烏素蛇綠巖南北兩側(cè)均見公婆泉組島弧拉斑玄武巖，且輝長巖侵入公婆泉組，所以該期蛇綠巖產(chǎn)于島弧裂谷的構(gòu)造環(huán)境更為符合事實。

區(qū)域上，紅柳河-月牙山-洗腸井一線已經(jīng)形成正常洋中脊(胡新茁等，2015；胡醒民等，2016)，奧陶紀初期洋殼向北俯沖，洋盆進入俯沖-匯聚階段。在此背景下，北山地區(qū)公婆泉-石板井-阿民烏素-涌珠泉一帶發(fā)生中基性海相火山巖(公婆泉組島弧拉斑玄武巖)噴發(fā)，形成區(qū)域公婆泉早古生代火山弧(阿民烏素奧陶-志留紀公婆泉組基性火山巖)，中奧陶世隨著洋殼俯沖作用的加劇，由于俯沖下降洋殼板片對軟流圈的黏性拖拽作用，造成地幔發(fā)生補充性對稱循環(huán)，導致地幔上隆，引起島弧裂谷化。在此背景下，北山地區(qū)沿芨芨臺子-石板井-阿民烏素-小黃山一線，島弧裂谷擴張，導致芨芨臺子、阿民烏素、小黃山基性、超基性巖侵位，形成北山地區(qū)芨芨臺子-阿民烏蘇-小黃山蛇綠巖帶。本區(qū)阿民烏素地幔橄欖巖是該蛇綠巖帶的組成部分(圖6)。

圖6 阿民烏素SSZ型蛇綠巖的形成構(gòu)造背景示意圖

7 結(jié)論

(1)阿民烏素蛇綠巖帶南北兩側(cè)地質(zhì)體無明顯差異，不具分界斷裂的構(gòu)造特征，其上蓋層發(fā)育島弧拉斑玄武巖。蛇紋石化橄欖巖具高MgO、低TiO2的特征，(La/Sm)N=1.70～6.92，(Gd/Yb)N=0.36～0.52，稀土配分曲線呈不規(guī)則“U”型，標準化蛛網(wǎng)圖上明顯虧損Ti，源巖熔融程度較高，屬高壓型、SSZ型地幔橄欖巖，是島弧裂谷的產(chǎn)物。

(2)阿民烏素蛇綠巖帶Ni、Cr、Co異常特征明顯，具有形成大型鉻鐵礦的成礦構(gòu)造背景。該蛇綠巖帶是探尋蛇綠巖型鉻鐵礦的有利部位，具有一定的成礦潛力，為該地區(qū)深部找礦提供了理論基礎(chǔ)。

[注 釋]

① 河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所. 2015. 內(nèi)蒙古1:5萬旱山、小塵包、望京山、涌珠泉幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報告[R]．

② 天津市地質(zhì)調(diào)查研究院、河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所. 2015. 內(nèi)蒙古1:5萬1524.6高地、二龍包西、1580.8高地、炮臺山西幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報告[R]．

③ 河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所. 2016. 內(nèi)蒙古1:5萬標山、咸味井、骨頭井、化石山幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報告[R]．

④ 河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所. 2017. 內(nèi)蒙古1:5萬西林陶勒、梧桐井、石樁子井、石板井幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報告[R]．