川西高原炉霍-道孚裂谷带丘洛地区科马提质岩的发现及其地质意义

秦宇龙，何文劲，李 峥，陈 明

(1.稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室，四川 成都 610081；2.四川省地质调查院，四川 成都 610081；3.四川省地矿局川西北地质队，四川 绵阳 621000)

川西炉霍-道孚裂谷带位于松潘-甘孜造山带西侧，西临甘孜-理塘蛇绿混杂岩带，具有强烈的构造变形和复杂的物质组成，沿构造带已发现层状堆晶超基性岩、橄榄玄武岩、玄武质火山角砾岩、深海浊积岩、放射虫硅质岩及古生代碳酸盐岩块体，前人对其地质构造演化已进行较为深入的研究。在近年来开展的1∶5万区域地质调查中，在炉霍-道孚裂谷带北西段丘洛地区发现了具鬣刺结构的超基性岩，其岩相学、地球化学特征与科马提岩相似。具鬣刺结构的科马提岩系列岩石，无论是高温岩浆的快速冷却-淬火条件下形成[1]，还是蛇纹岩在高压条件下的变质分解[1]，对于研究地幔的地球化学特征及对炉霍-道孚大洋裂谷的形成及该地区地质演化历史研究均具有极其重要的意义。

1 区域地质概况

研究区位于川西高原，出露地层以中—晚三叠世浅变质海相复理石建造为主，按《四川省岩石地层》(1997)提出的四级地层区划方案，归属为华南地层大区巴颜喀拉地层区玛多-马尔康地层分区。按中国地质调查局成都地质调查中心(2002)划分方案，研究区位于玉龙塔格-巴颜喀拉双向早期边缘前陆盆地褶皱带内。加里弄-木茹沟逆冲断裂带将研究区分为炉霍-道孚裂谷型冲断构造带和雅江弧形滑脱-逆冲推覆构造带。

图1 研究区地质略图

首次发现的科马提质岩位于三江造山系巴颜喀拉地块之炉霍-道孚裂谷带四川省色达县境内的丘洛地区 (图1)，呈透镜状或团块状产出，均为构造岩块，与围岩三叠系如年各组变砂岩和板岩呈断层接触，界线清楚。该地区如年各组岩性为深灰色中层状粉-细粒岩屑长石砂岩、岩屑石英砂岩与板岩、绢云母板岩不等厚互层夹深灰色薄层状含泥粉-微晶灰岩及大量火山岩、灰岩。其中火山岩为一套蛇绿混杂岩组合，包括灰绿色、紫红色蚀变玄武岩、枕状玄武岩、杏仁状玄武岩、玄武质角砾岩、玄武质凝灰岩、蛇纹岩化橄榄岩、橄榄辉石岩、辉绿岩等，局部还发现有玄武质科马提岩。各类岩石主要呈无序产出，在走向上不连续，呈岩块状极不均匀地分布于砂板岩、硅质岩基质中。部分地段可显示出以岩屑砂岩、板岩夹灰岩或火山岩各自相对集中的特点，岩块之间及其与砂板岩之间主要呈断层接触，形成大小不等的断裂岩片，局部岩片内部的灰岩、火山岩及板岩又呈现出有序产状。沿控制其分布的断裂带走向，岩石组合变化亦大。

玄武质科马提岩一般长十余米、宽约几米，最大的透境体长达近20m， 宽约2m；最小的则长不到10cm，宽1cm。透镜体的长轴方向一般与地层总体走向基本一致, 呈近南北向。

2 岩石学特征

玄武质科马提质岩呈浅绿色、灰绿色，风化较严重者则呈灰黄绿色，薄片鉴定为蛇纹石化科马提岩。岩石具枕状构造和杏仁状构造，柱粒状结构和鬣刺结构(图2)。斑晶主要由单斜辉石(5%)和斑状蛇纹石化橄榄石(25%)组成，常具中空骸晶结构。基质很少见，由灰褐色隐晶质组成。橄榄石假象斑晶呈板状，粒径为0.2～0.5mm，部分颗粒可见中空骸晶结构，孔内充填隐晶质；单斜辉石斑晶具纤维状或柱状，纤维状者常呈鬣刺草状丛生，部分颗粒中可见中空骸晶结构，孔内充填灰褐色隐晶质。基质为隐晶质，呈褐灰色，表面污浊，光性较差，充填状分布于斜长石晶间，偶见暗棕色均质尖晶石。

图2 炉霍-道孚裂谷如年各岩组玄武质科马提岩具鬣刺结构

Fig.2 Basaltic komatiites from the Runiange Formation showing the spinifex texture

3 地球化学特征

3.1 主量元素

科马提岩系列岩石的地球化学成分列于表1，其中具鬣刺结构的科马提岩系列岩石已发生蛇纹石化。科马提岩系列岩石化学成分经去H2O和CO2换算后，SiO2含量为47.69%、FeO含量为8.92%、MgO为17%、CaO含量为7.94%、TiO2含量为0.63%、Al2O3含量为13.47%、Fe2O3含量为2.06%、MnO含量为0.16%、Na2O含量为1.81、K2O含量为0.38%、P2O5含量为0.06%，均在世界科马提岩化学成分含量变化范围内[2]。MgO含量为17%，小于20%，归属于玄武质科马提岩类。将玄武质科马提岩和玄武岩化学成分投图于科马提岩分类命名图解(图3)中，玄武岩落在高镁拉斑玄武岩区，玄武质科马提岩落入玄武质科马提岩区。将科马提岩系列岩石投图于张雯华等的岩石类型划分图解(图4、5)中，结果表明区内科马提岩系列岩石为镁铁质-铁镁质、高铝-铝质系列。

表1 科马提岩系列岩石化学成分表

注：单位为10-2; 测试分析由西南冶金地质测试中心承担

图3 科马提岩分类命名图解(据Jensen，1976)

UMK.超基性科马提岩；BK.玄武质科马提岩；HMT.高镁拉斑玄武岩；HFT.高铁拉斑玄武岩；HAT.高铝拉班玄武岩

Fig.3 Triangular diagram of the komatiitic rocks (after Jensen, 1976)

玄武质科马提岩经去水后的化学成分具有有限的变化范围，岩石富MgO，贫CaO、Al2O3和Fe2O3，MgO含量为8.08%～32.65%，TiO2介于0.21%～0.85%之间，符合过渡型(T型)洋脊玄武岩特征[3- 4]，属大洋拉斑玄武岩[5]高度部分熔融的残余物(图6)。

图4 (Mg/Fe＇)-(Mg+Fe＇)/Si变异图(据张雯华等，1976)

a.超镁铁质区；B.镁质区；C.镁铁质区；D.铁镁质区；E.铁质区

Fig.4 (Mg/Fe′) vs. (Mg+Fe′)/Si variation diagram (after Zhang Wenhua et al., 1976)

图5 Al2O3-SiO2变异图(据张雯华等，1976)

Fig.5 Al2O3vs. SiO2variation diagram (after Zhang Wenhua et al., 1976)

图6 TiO2-K2O-P2O5图解(据Received , 1974)

OT.大洋拉斑玄武岩；CT.大陆拉斑玄武岩

Fig.6 TiO2-K2O-P2O5diagram (after Received, 1974)

3.2 微量和稀土元素

橄榄辉石岩、蛇纹岩稀土总量(∑REE)为(20.29～142.55)×10-6，岩石具正的Eu异常，为1.09～1.14，反映出岩石轻、重稀土分馏程度均较低的特征。辉长岩稀土总量(∑REE)为(52.41～67.03)×10-6，岩石具正的Eu异常，为1.08～1.26。玄武岩稀土总量(∑REE)为84.57×10-6，岩石Eu异常不明显，为0.99。玄武质科马提岩稀土总量(∑REE)为49.76×10-6，岩石具正的Eu异常，为1.13。稀土元素测试分析结果见表2，岩石稀土元素球粒陨石标准化模式见图7。

表2 科马提岩系列岩石稀土、微量元素含量表(10-6 )

由表2及微量元素蛛网图(图8)可知，研究区科马提岩系列岩石的微量元素表现为大离子亲石元素富集型、放射性生热元素Th为富集型。

区内科马提岩的∑REE含量相对于地幔[7]来说处于亏损状态，因而是一种亏损地幔岩。在过渡族元素中，Cr、Co和Ni 为相容元素, 其晶体/熔体分配系数大于1，而V为适度不相容元素，其晶体/熔体分配系数介于0.2～1.0之间。因此, 在部分熔融过程中，V较Cr、Co和Ni更易进入熔体，从而使得Cr、Co和Ni 在残余固相中逐渐富集，V则在残余固相中逐渐贫化。从图8中可看出，具鬣刺结构科马提岩系列原始地幔标准化的过渡金属元素配分型式为不对称的 “N”型，Th元素形成明显的正异常“峰”，Sr元素形成较明显的负异常“谷”。岩石中的Ti含量明显低于原始地幔的相应值[9]，表明研究区具鬣刺结构科马提岩系列岩石可能为经过不同程度部分熔融后的残余地幔岩，而不是岩浆结晶作用的产物。

4 讨论

4.1 丘洛地区科马提岩形成的构造环境及形成时代

图7 球粒陨石标准化的岩石稀土元素配分模式图(Coryell,1963)

Fig.7 Chondrite-normalized REE distribution patterns for the komatiitic rocks (after Coryell 1963)

图8 科马提岩系列岩石的岩石原始地幔标准化微量元素蛛网图(据Coryell,1963)

Fig.8 Primitive mantle-normalized trace element spidergram for the komatiitic rocks (after Coryell, 1963)

将研究区玄武岩化学分析结果投图于FeO/MgO-TiO2图解中，落入洋中脊拉斑玄武岩区(图9)，在里特曼-戈蒂里图解中落入造山带火山岩区(图10)。

玄武岩和砂岩、粉砂岩、碳酸盐岩等岩石混杂于炉霍-道孚断裂带中，形成一套构造混杂岩，在邻区与玄武岩伴生的放射虫硅质岩中产中三叠世拉丁期的放射虫化石。综合其它资料，认为研究区内科马提岩系列岩石形成于陆间局限洋盆环境。

本次工作在玄武岩中挑选了锆石，并进行了锆石SHRIMP年龄测试，测得年龄值为209.5±5.2Ma(图11)。据此，可将玄武岩的成岩时代厘定为晚三叠世。

图9 FeO/MgO-TiO2图解(据Glassily,1974)

MORB.洋中脊拉斑玄武岩;OIB.洋岛拉斑玄武岩;IAT.岛弧拉斑玄武岩

Fig.9 FeO/MgO vs. TiO2diagram for the basalts from the Qiuluo area (after Glassily, 1974)

图10 里特曼.戈蒂里图解

a.非造山带火山岩;B.造山带火山岩;C.为A、B区派生的碱性、偏碱性火山岩

Fig.10 Rittmann-Gotiri diagram

4.2 科马提岩发现的意义

炉霍-道孚裂谷带中丘洛地区具鬣刺结构的科马提岩存在于透镜状或团块状玄武岩之中，在宏观和微观上都比较典型，非常类似于过渡型(T型)洋脊玄武岩的演化特点。研究区具鬣刺结构的科马提岩系列岩石稀土总量近于大洋中脊玄武岩，低于大陆，TiO2/Y2O5≈11，Ti/Y≈231，Al2O3/ TiO2≈208，CaO/ TiO2≈15.7，均接近于球粒陨石的比值[8]，表明源于洋脊中心热幔柱，代表拉张环境，多形成于低压高温环境下的部分熔融。La/Sm值为0.4～0.7，高于大洋中脊玄武岩，为非典型大洋环境, 而为幼年期非成熟岛弧的弧间次生扩张的构造环境[12]，此与本区中生代构造发展历史甚为吻合。

图11 色达丘洛地区玄武岩锆石SHRIMP年龄谐和图(甘孜县尼柯乡乌勒Pm13剖面第58层)

Fig.11 Concordia plot of the SHRIMP zircon U-Pb age data for the basalts in the Qiuluo area, Sertar, northwestern Sichuan

研究区科马提岩石中的鬣刺结构可能是叶蛇纹石高压分解的结果, 表明研究区某些变质橄榄岩岩块曾经受过熔融物质喷发的影响。同时科马提岩系列岩的发现，反应出区内在中、晚三叠世时期有地幔超基性熔融物质喷发，对炉霍-道孚大洋裂谷的形成及该地区地质演化历史研究具有极其重要的意义。

川西丘洛地区具鬣刺结构玄武岩质科马提岩位于中生代炉霍-道孚裂谷南段[13]。该裂谷发育中—晚三叠世浊流沉积岩和海相火山岩，炉霍-道孚裂谷大致呈南北向展布，与同时期扬子板块南北向运动方向正交, 所以此裂谷非大洋中脊之中轴裂谷, 而是扬子板块向北运动发生挤压的次生扩张。随着扬子板块向北运动的持续和加剧, 裂谷加深达到地幔,地幔局部熔融，岩浆便喷出地表形成水下喷溢的玄武岩质科马提岩及其共生的拉斑玄武岩。由于裂谷边壁易于保存，故分布于裂谷两侧。

4.3 科马提岩的找矿意义

具鬣刺结构的超基性岩与黄金有极密切的关系，是载体和赋存体，又是后期地质作用和次生变化的黄金物质来源。丘洛地区黄金资源丰富，目前已发现矿化带长2000m，宽4～100m，矿体呈透镜状、脉状产出，Au品位在(0.52～55.3)×10-6，最高可达110×10-6。因此，研究具鬣刺结构的科马提岩系列岩石及其与矿产的关系，具有重要的经济价值。同时，甲基卡稀有金属矿位于炉霍-道孚断裂带南西部，具鬣刺结构的超基性岩与稀有金属矿的成矿背景是否有关，还需进一步研究。

5 结论

首次发现的炉霍-道孚断裂带丘洛地区晚三叠世具鬣刺结构的科马提质岩赋存于透镜状或团块状玄武岩之中，形成于陆间有限洋盆环境。岩石中鬣刺结构可能是叶蛇纹石高压分解的结果。该科马提岩的发现，对炉霍-道孚大洋裂谷的形成及该地区地质演化历史研究具有极其重要意义，同时对研究该地区的金、稀有金属成矿作用亦具有重要意义。

致谢 薄片由川西北地质队雷国荣高级工程师参与鉴定，参加野外工作的还有周晓珂、王刚、罗绍强、肖劲、彭宇、陈永东等，特此致谢。

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