新疆东天山西段路北镁铁-超镁铁岩地球化学特征及构造意义

舍建忠，杨万志，冯长丽，田江涛，杨震(.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830000；.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第十一地质大队，新疆 昌吉 8300)

新疆东天山西段路北镁铁-超镁铁岩地球化学特征及构造意义

舍建忠1，杨万志1，冯长丽1，田江涛1，杨震2
(1.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第十一地质大队，新疆 昌吉 831100)

对新疆东天山西段路北岩体进行主量元素、微量元素研究，通过与东天山东段镁铁-超镁铁岩体及塔里木大火成岩省对比，探讨其岩体成因和区域构造演化。路北岩体随MgO含量升高，FeOT升高，而Al2O3、CaO降低，表明其为以橄榄石、斜方辉石和单斜辉石为主的堆晶岩。路北岩体与东天山东段镁铁-超镁铁具相似的稀土和微量元素分布模式，与塔里木地区地幔柱成因的镁铁-超镁铁岩体相比，路北岩体亏损Nb，Ta，Ti等高场强元素，La，Ba，Th，U等不相容元素含量较低，较高的La/Nb和Ba/Nb比值和较低的Nb/U比值，表明其原始岩浆主要来源于受俯冲流体交代地幔的部分熔融，软流圈地幔的上涌可能为部分熔融提供热源。

路北；镁铁-超镁铁岩；岩石地球化学

新疆东天山地体位于中亚造山带南部，夹于准噶尔地块与中天山地体之间，带内发现的岩浆铜镍硫化物矿床有：黄山东、黄山西、香山、土墩、二红洼、路北等，这些矿床沿康古尔断裂分布，构成了黄山-路北铜镍矿带，镍总储量达百万吨[1]，迄今测得的锆石U-Pb年龄显示这些含矿岩体形成于284 Ma左右[2-4]。目前，关于该区铜镍矿带内的镁铁-超镁铁岩体构造背景及源区的认识存在较大分歧：①认为这些镁铁-超镁铁岩体是蛇绿岩套的一部分，其源区为软流圈地幔[5-7]；②形成于板片俯冲碰撞阶段，其源区为俯冲交代地幔[8]；③形成于碰撞造山后伸展环境，其源区为俯冲交代地幔或软流圈地幔[9-11]；④与塔里木地幔柱活动有关，其源区为地幔柱[12]。本文将东天山镁铁-超镁铁岩体分为东西两段，东段岩体以黄山东、二红洼、土墩为代表，西段岩体以2014年新发现的路北岩体为代表，该岩体的发现极大拓展了铜镍矿的找矿空间。

1　区域地质背景

路北镁铁-超镁铁岩位于东天山鄯善县南侧约70 km处，康古尔大断裂北侧，构造单元以哈密-大南湖断裂为界，北为大南湖古生代岛弧，南为北天山晚古生代造山带(图1)。东天山镁铁超镁铁岩分布受康古尔塔格-黄山深断裂及其次级断裂控制[13]，在该带发现与铜镍矿有关的镁铁超镁铁岩由东向西有黄山东、黄山西、香山、土墩、白鑫滩、红岭、路北和色尔特能等，这些岩体沿康古尔韧性剪切带分布，构成黄山-镜儿泉铜镍成矿带，镍总储量达百万吨。这些镁铁-超镁铁岩侵位于下石炭统雅满苏组和小热泉子组、上石炭统梧桐窝子组或中泥盆统头苏泉组中，与围岩呈侵入接触关系。岩体与围岩接触带附近，地层常受热变质而形成角岩。各岩体规模不等，地表出露面积最大十余平方千米，最小仅数十平方米。

2　路北镁铁-超镁铁岩岩相学特征

路北镁铁-超镁铁岩地表出露以辉石岩为主，呈椭圆状凸包EW向分布在康古尔断裂北侧负地形中，南北两侧侵入到石炭系中，在北侧岩体与地层接触带上形成东天山镁铁-超镁铁岩，铜镍矿明显特征为红色蚀变层。岩性主要由透闪石化辉石岩、蛇纹石化辉橄岩、强蚀变细粒辉长岩、片理化透闪石化辉石岩、阳起石化辉石岩和阳起石化黝帘石化蚀变辉长岩等组成，其展布与康古尔断裂一致。

辉长岩主要矿物为半自形柱状和粒状普通辉石和斜长石，含少量透闪石、磁铁矿和方解石，普通辉石含量约20%，大小0.1~0.2 mm，斜长石含量41%，大小0.5~1 mm，其中普通辉石发生透闪石化，叠加碳酸盐化(图2-a)，东侧辉长岩中的普通辉石多发生阳起石化，斜长石多黝帘石化(图2-b)；阳起石化辉石岩在矿区分布较广，主要矿物为半自形柱状和粒状普通辉石和纤柱状阳起石，普通辉石含量约84%，阳起石含量10%，普通辉石边缘多被纤柱状阳起石沿边缘交代(图2-c)；蛇纹石化辉橄岩在矿区分布较少，仅在南部出露，主要矿物成分为自形和半自形粒状橄榄石、含钛单斜辉石和磁铁矿，橄榄石含量75%，大小0.5~1.5 mm，多被蛇纹石交代，具网环结构，在蛇纹石间有鳞片状滑石，含钛单斜辉石分布于橄榄石间，含量15%，大小0.5~2 mm(图2-d)。

图1　新疆北部主要构造图(a)和北天山地区地质简图(b)Fig.1 Tectonic map of northern Xinjiang(a)and geological sketch map in Northern Tianshan area(b)

3　岩石地球化学特征

3.1测试方法

图2　路北镁铁超镁铁岩显微照片Fig.2 Micrograph of LuBei Mafic ultramafic rocks

通过镜下观察，选择新鲜、无明显蚀变的样品进行测试，共测硅酸盐样品8件，稀土、微量元素样品8件。测试单位为新疆维吾尔自治区矿产实验测试中心，主量元素采用扫描型波长色散X射线荧光光谱仪(XRF)，分析精度在0.1%以内；微量元素使用ICP-MS(ElementⅡ)(Agilent 7500a)测试完成，分析精度为：当元素含量大于10×10-6时，精度优于5%，当含量小于10×10-6时，精度优于10%。

3.2主量元素地球化学特征

路北镁铁-超镁铁岩体化学分析数据见表1。样品SiO2为42.8%~47.11%，平均45.06%，属超基性-基性岩类，Na2O+K2O主体为0.32%~2.85%，在AFM图中，样品均落入拉斑玄武岩系列，并遵循拉斑玄武质岩浆的演化趋势(图3)。路北岩体随MgO含量升高，FeOT升高(图4-a)，Al2O3、CaO降低(图4-b，c)，表明它们是以橄榄石、斜方辉石和单斜辉石为主的堆晶岩，TiO2随MgO升高而降低(图4-d)，与它在结晶分异过程中的不相容性有关。样品中TiO2含量沿磁铁矿和钛铁矿结晶方向演化，说明TiO2含量受磁铁矿和钛铁矿结晶控制，这与岩相学观察一致。

3.3微量元素地球化学特征

在稀土元素球粒陨石标准化分布曲线图中，样品呈轻稀土富集、重稀土相对亏损的特点(图5-a)。(La/Yb)N=1.48~4.61，轻重稀土元素分馏较弱。δEu= 0.96~1.27，平均1.09，呈弱Eu正异常。与东天山东段镁铁-超镁铁岩体稀土分布模式一致。微量元素原始地幔标准化蜘蛛网图显示，样品分布趋势大致相同，呈大离子亲石元素(Ba，Th，U，Sr)富集，大部分样品具较明显Nb，Ta，Ti亏损(图5-b)。与东天山东段镁铁-超镁铁岩体具相似的分布特征。被认为是地幔柱活动的塔里木巴楚岩体辉长岩不相容元素含量明显高于路北岩体，且未显示Nb，Ta和Ti的亏损[12,14]。综上表明，路北岩体与东天山东段镁铁-超镁铁岩体具相同源区，与塔里木大火成岩省存在较大差异。

图3　路北岩体AFM图Fig.3 AFM diagram of the Lubei intrusion

4　讨论

4.1地幔源区

图4　路北岩体哈克图解Fig.4 Harker diagram of the Lubei intrusion

表1　路北镁铁超美铁岩岩石地球化学数据Table 1 Geochemical data of LuBeiMafic ultramafic rocks

如前所述，对东天山铜镍矿成矿带含矿岩体形成构造背景的认识存在分歧。由于活动大陆边缘和碰撞后伸展环境的镁铁质岩浆均起源于交代地幔的部分熔融，与地幔柱岩浆和蛇绿岩套地球化学性质存在显著差异，因此明确其地幔源区性质对探讨其构造背景具重要意义。在Nb/Yb-Th/Yb图解中，路北岩体均投影在岛弧火山岩区，明显区别于塔里木大火成岩省镁铁-超镁铁岩，表明路北岩体原始岩浆与塔里木地幔柱岩浆存在明显差别(图6)。在岛弧体系中，俯冲物质交代的地幔楔发生部分熔融时，由于金红石、榍石及钛铁矿等难熔物质的残留，使岩浆中亏损Nb，Ta，Ti。分配系数相近的微量元素比值受结晶分异的影响较小，因此能很好指示源区性质。路北岩体Nb/U、La/Nb、Ba/Nb与塔里木大火成岩省存在明显差异，表明路北岩体原始岩浆与塔里木地幔柱岩浆具明显差别(表2)。路北岩体较高的La/Nb和Ba/Nb比值明显高于MORB和OIB，而低于地壳平均值，其Nb/U比值明显低于MORB和OIB，而高于地壳平均值，可作为地幔楔遭受地壳物质交代的指示。综上表明路北岩体的地幔源区为受俯冲事件改造的交代地幔。

图5　球粒陨石标准化稀土分布模式图(a)和微量元素蛛网图(b) Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns(a)and Primitive mantle-normalized patterns(b)

图6　Nb/Yb-Th/Yb图Fig.6 Diagram of Nb/Yb-Th/Yb

4.2构造背景

首先，路北岩体热侵位于下石炭统围岩中，表明它不属于蛇绿岩套组合；其次，与塔里木大火成岩省镁铁-超镁铁侵入岩地球化学特征的显著区别表明其由地幔柱岩浆活动形成的可能性较小；第三，地幔柱地幔源区是干体系，挥发分含量很低[15]，路北岩体含有许多含水矿物，说明路北岩体地幔源区明显区别于地幔柱。东天山镁铁-超镁铁岩体形成于284 Ma左右[2-4]，明显晚于蛇绿岩发育时代及该区岛弧中酸性侵入岩年龄(316~334 Ma)和岛弧火山岩年龄(300~334 Ma)[16-23]。前人研究表明，该区在二叠纪后进入碰撞后伸展阶段[24]。在碰撞后伸展阶段，由于俯冲过程的挤压应力终止及俯冲板片比重增大，导致俯冲板片拆离，引发软流圈地幔上涌，促使受石炭纪俯冲事件改造的交代地幔发生部分熔融，形成玄武质岩浆，这些岩浆上侵到石炭系中形成路北镁铁-超镁铁质岩体。

5　结论

(1)路北镁铁-超镁铁质岩体具有与东天山东段镁铁-超镁铁质岩体相似的地球化学特征，而与塔里木大火成岩省镁铁-超镁铁岩体有明显的区别，说明岩体原始岩浆源于受俯冲事件改造过的交代地幔，岩体直接由塔里木地幔柱岩浆活动形成的可能性较小。

(2)岩石地球化学特征和区域地质特征说明路北镁铁-超镁铁质岩体形成于碰撞后伸展环境。

[1]刘德权,唐延龄,周汝洪.中国新疆铜矿床和镍矿床.北京:地质出版社,2005,1-360.

[2]夏明哲,姜常义,钱壮志,等.新疆东天山黄山东岩体岩石化学特征与岩石成因[J].岩石学报,2010,26(8)：2413-2430.

[3]张瑞,孙涛,张江江,等.新疆二红洼镁铁-超镁铁质杂岩体地球化学特征[J].西北地质,2012,45(增刊)：89-92.

[4]王敏芳,夏庆霖,肖凡,等.新疆东天山土墩铜镍硫化物矿床岩石地球化学和铂族元素特征及其对成矿的指示意义[J].矿床地质，2012,6：1195-1216.

[5]肖序常.从扩张速率试论蛇绿岩的类型划分[J].岩石学报,11(增刊).1995,10-23.

[6]马瑞士,舒良树,孙家齐.东天山构造演化与成矿.北京：地质出版社.1997,1-202.

[7]白云来.新疆哈密黄山-镜儿泉镍铜成矿系统的地质构造背景[J].甘肃地质学报,2000,9(2):1-7.

[8]Xiao W J,Han C M,Yuan C,et al..Middle Cambrian to Permian subduction-related accretionary orogenesis of Northern Xinjiang, NWChina:Implications for the tectonic evolution of central Asia [J].Journal of Asian Earth Sciences,2008,32(2-4):102-117.

[9]韩宝福,季建清,宋彪,等.新疆喀拉通克和黄山东含铜镍矿镁铁-超镁铁杂岩体的SHRIMP锆石U-Pb年龄及其地质意义[J].科学通报,2004,49(022)：2324-2328.

[10]王京彬,徐新.新疆北部后碰撞构造演化与成矿[J].地质学报, 2006,80(001):23-31.

[11]顾连兴,张遵忠,吴昌志,等.关于东天山花岗岩与陆壳垂向增生的若干认识[J].岩石学报,2006,22(005):1103-1120.

[12]姜常义,张蓬勃,卢登蓉,等.新疆塔里木板块西部瓦吉里塔格地区二叠纪超镁铁岩的岩石成因与岩浆源区[J].岩石学报,2004, 20(6):1433-1444.

[13]毛亚晶,等.东天山岩浆铜镍硫化物矿床的多期次岩浆侵位与成矿作用——以黄山铜镍矿床为例[J].岩石学报,2014,030(06): 1575-1594.

[14]Zhang C,Li X,Li Z,et al..A Permian layered intrusive complex in the western Tarim Block,northwestern China:Product of a ca. 275Ma mantle plume?[J].The Journal of Geology,2008,116(3): 269-287.

[15]Wilson M.Igneous Petrogenesis[M].London:Unwin Hyman,1989, 1-466.

[16]张弛,黄萱.新疆西准噶尔蛇绿岩形成时代和环境的探讨[J].地质论评,1992,38(6)：509-524.

[17]刘伟,张湘炳.乌伦古-斋桑泊构造杂岩带特征及其地质意义[J].新疆北部固体地球科学新进展[M].北京：科学出版社,1993,217-228.

[18]刘希军,徐继峰,侯青叶,等.新疆东准噶尔卡拉麦里蛇绿岩地球化学：洋脊俯冲的产物[J].岩石学报,2007,23(7)：1591-1602.

[19]李文铅,马华东,王冉,等.东天山康古尔塔格蛇绿岩SHRIMP年龄、Nd-Sr同位素特征及构造意义[J].岩石学报,2008,24(4)：773-780.

[20]陈富文,李华芹,陈毓川,等.东天山土屋-延东斑岩铜矿田成岩时代精确测定及其地质意义[J].地质学报,2005,79(2):256-261.

[21]李文铅,夏斌,王克卓,等.新疆东天山彩中花岗岩体锆石SHRIMP年龄及地球化学特征[J].地质学报,2006,80(1):43-52.

[22]侯广顺,唐红峰,刘丛强,等.东天山土屋-延东斑岩铜矿围岩的同位素年代和地球化学研究[J].岩石学报,2005,21(6):1729-1736.

[23]李向民,夏林圻,夏祖春,等.东天山企鹅山群火山岩锆石U-Pb年代学[J].地质通报,2004,23(12):1215-1220.

[24]韩宝福,季建清,宋彪,等.新疆喀拉通克和黄山东含铜镍矿镁铁-超镁铁杂岩体的SHRIMP锆石U-Pb年龄及其地质意义[J].科学通报,2004,49(022):2324-2328.

Geochemical Featuresand Tectonic Significanceof Lubei Cu-Ni Mafic Ultramafic Rocksin theWest Part of Eastern Tianshan,Xinjiang

She Jianzhong1,Yang Wanzhi1,Feng Changli1,Tian Jiangtao1,Yang Zhen2
(1.Geological Research Academy of Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830000,China;2.No.11 Regional Survey Team,Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources,Changji,Xinjiang,831100,China)

This paper reports whole-rock major and trace element of lubei rock mass in the west part of eastern Tianshan,Xinjiang.Compared with the mafic-ultromafic rocks in the east part of eastern Tianshan and Tarim Igneous Province, discussing the petrogenesis and the regional tectonic evolution.With the MgO content increasing,FeOTincreased,while CaO and Al2O3decreased.It shows that they are olivine,orthopyroxene and clinopyroxene dominated cumulate.Lubei rock mass and mafic-ultromafic rocks in the east part of eastern Tianshan have the similar features of REE and trace elements patterns.Compared with mafic-ultromafic rocks of mantle plume-origin in Tarim,the Lubei rock mass loss of Nb, Ta,Ti and other high field-strength elements,La,Ba,Th,U and other inconsistent element were lower,higher La/Nb and Ba/ Nb ratio and Nb/U ratio was lower.These show that the primary magma comes mainly from the partial melting of the mantle fluid metasomatism by subduction.Asthenospheric mantle upwelling may provide heat source for the partial melting.

Lubei;Mafic-ultramafic rocks;Petro-geochemistry

1000-8845(2016)03-325-06

P595；P542

A

2015-07-20;

2015-12-31;作者E-mail:383146802@qq.com

舍建忠(1982-)，男，宁夏西吉人，硕士，2008年毕业于新疆大学地质矿产专业，主要从事区域地质矿产调查研究工作