新疆北山启鑫基性-超基性岩体地球化学特征及地质意义

黄敏，刘洋旭，蔡永丰

(1.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队，新疆 哈密 839000；2.桂林理工大学广西有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心&广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,广西 桂林 541004)

塔里木板块东北端分布着众多岩浆岩，主要包括基性-超基性岩体、多条玄武岩带和基性岩墙群等，这些岩浆岩共同构成了一条长达500 km、宽约100 km的NE向混杂岩带，自西向东主要有罗东岩体、坡北岩体、穷塔格岩体、红石山岩体、旋窝岭岩体、笔架山岩体、启鑫岩体、黑山岩体和怪石山岩体等(图1)。由于该杂岩带的岩石类型以基性-超基性岩为主，记录了丰富的地幔岩浆活动信息，是探索地球深部岩浆作用过程和动力学机制的重要场所，因此一直是地质学家研究的焦点地区。前人对该混杂岩带的部分岩体展开了较多研究[1-9]，如凌锦兰等的岩石地球化学研究认为，罗东岩体具OIB型的Sr-Nd同位素组成和高的岩浆结晶温度(1 412℃)，其形成与地幔柱活动有关，是地幔柱轴部部分熔融的产物，并将其划属于塔里木大火成岩省[1]。李华芹等通过对坡北岩体的研究，得到其形成时代为(289±13)Ma(SHRIMP锆石U-Pb年龄)，并认为其在成岩过程中受到了地壳物质混染，是后碰撞构造背景下幔源岩浆上侵的产物[2]。苏本勋等通过矿物化学成分分析认为，红石山岩体在形成过程经历了强烈的结晶分异作用和至少两次同化混染作用，并有新鲜岩浆的注入。旋窝岭岩体被认为是在北山裂谷形成过程中由岩石圈地幔高度部分熔融产生的高镁玄武质岩浆分异的产物，并具有铜镍硫化物矿床的成矿潜力[3]。夏昭德等对笔架山岩体的岩石地球化学研究后提出其原生岩浆为高镁拉斑玄武岩浆，属于OIB型地幔源区，其形成与地幔柱活动有关[4]。笔者在该区东段开展铜镍矿调查评价时，发现启鑫岩体铜镍矿化明显，目前已发现3个铜镍矿体，具极好的岩浆硫化物型铜镍矿找矿前景。因此，本文选择启鑫岩体为研究对象，在详细的野外调查基础上，重点对该岩体的岩石地球化学特征展开研究，试图揭示出其岩石成因和形成构造背景，从而完善本区基础地质资料，并为今后本区的铜镍硫化物矿床的找矿工作提供基础。

1 区域构造地质背景

启鑫基性-超基性岩体位于塔里木板块东北部的北山裂谷带内，属中亚造山带南缘部分[10]。该带岩体众多，且规模相差悬殊[11]，启鑫岩体是出露面积仅次于坡北岩体的第二大单个岩体，约150 km2。区域内主要出露晚太古—早元古代敦煌岩群云母石英片岩、黑云母花岗片麻岩、变粒岩、角闪岩等。区内发育近EW和NE向两组深大断裂，启鑫杂岩体夹持于白山大断裂和疏勒河大断裂之间(图1)。本区的岩浆活动强烈，岩体的岩性主要为辉长岩，呈岩基状产出，其次为中酸性侵入岩，呈小岩株及岩脉产出。

图1 新疆北山地区成矿建造与矿产分布示意图Fig.1 Metallogenic formation and mineral distribution map of Beishan area,Xinjiang

2 岩体特征

2.1 岩体地质特征

启鑫岩体的岩石类型主要有蛇纹石化橄榄岩、二辉橄榄岩、斜方辉橄岩、辉橄岩、辉石岩、橄长岩、橄榄辉长岩、辉长岩和闪长岩，岩体铜镍矿化明显，铜镍矿床主要赋存于以超基性岩体为主体的小型侵入体中，具优越成矿地质构造条件(图2)。岩体岩相变化较明显，分异程度好。据野外观察、岩矿鉴定及岩石组合特征等初步判定其形成时序为最早期，侵入体为浅色辉长岩、橄榄石辉长岩，次为橄榄岩、二辉橄榄岩、斜方辉橄岩、辉橄岩、辉石岩、橄长岩及岩浆期后作用形成的伟晶状辉石岩。

2.2 岩相学特征

启鑫岩体岩性变化复杂，依次描述如下：

橄榄岩 深灰绿色、红褐色，细粒粒状结构，块状构造。岩石主要由橄榄石及辉石组成。其中橄榄石含量80%～85%，已全部蚀变为蛇纹石；辉石呈短柱状，大小1～2 mm，含量10%～15%。岩石中见磁铁矿，呈星点状，量微。

辉石橄榄岩 灰褐色，粒状结构，块状构造。岩石主要由辉石及橄榄石组成。辉石呈短柱状，大小2 mm，含量30%～35%，橄榄石已蚀变为蛇纹石，含量60%～65%，部分蛇纹石仍保留橄榄石原来晶形,岩石具伊丁石化、纤闪石化蚀变。

橄榄辉石岩 在区内出露面积较小，灰黑色、粒状结构、块状构造。岩石主要有辉石及橄榄石组成。辉石呈短柱状，大小达5 mm，含量为65%～70%，橄榄石，黄绿色，颗粒状，大小2 mm，多伊丁石化，岩石被风化剥蚀较重，颗粒粗大。

图2 新疆北山启鑫岩体地质简图Fig.2 Geological sketch of Qixin pluton in Beishan area,Xinjiang

橄榄辉长岩 灰绿色，细粒辉长结构，块状构造。岩石主要由辉石、斜长石及橄榄石组成。其中辉石呈短柱状，大小1～2 mm，含量50%～55%，具弱定向排列，斜长石呈板状，大小1 mm，含量30%～35%，橄榄石呈黄绿色，大小1～1.5 mm，含量5%～10%，多被辉石包裹，呈包橄结构，岩石中多见硫化物，已黄铁矿为主，极少见磁黄铁矿，呈星散状分布，大小小于0.5 mm，它形粒状，个别呈珠滴状。

辉长岩 灰绿色，细粒辉长结构，块状构造。岩石主要由辉石及斜长石组成。其中辉石呈短柱状，大小1～2 mm，含量50%～55%，具弱定向排列，斜长石呈板状，大小1 mm，含量40%～45%。

3 分析测试方法

主、微量元素的分析测试均在西安地质矿产研究所实验测试中心完成。主量元素分析测试所用仪器为X射线荧光光谱仪(Axios 4.0kw)，微量元素的分析仪器为电感耦合等离子体质谱仪(ICPMS)。主元素的分析精度优于1%，微量元素的分析精度大都优于5%。

4 地球化学特征

4.1 主量元素地球化学

由表1可见，样品的SiO2含量为36.31%～51.50%，属超基性-基性岩类。样品MgO含量为8.42%～34.37%，Mg#为0.77～0.85，略高于原生岩浆Mg#(0.68～0.73)[12]，反映岩浆结晶过程中可能存在橄榄石堆晶作用。FeO含量为3.12%～12.18%，Fe2O3含量为0.43%～5.83%，TiO2含量为0.11%～0.93%，Al2O3含量为2.07%～22.05%。样品的全碱K2O+Na2O含量低，为0.20～2.64%，属亚碱性系列，其Na2O/K2O比值主要为1.66～25.67。岩体固结指数(SI值)为60.19～74.11，平均64.67，远大于原生玄武质岩浆(～40)[12]，说明岩浆分异程度较高。在Harker图解中，MgO与SiO2、Al2O3、CaO、Na2O等氧化物呈良好的负相关性(图3-a，c，d，e)，与FeOT、Co等氧化物/元素呈良好的正相关性(图3-b，h)。

表1 启鑫岩体主量元素和微量元素含量数据表Table 1 Major element and Trace element content of Qixin pluton

4.2 稀土元素与微量元素地球化学

启鑫岩体的稀土元素总量(∑REE)较低，为5.70×10-6～34.24×10-6，轻稀土总量(∑LREE)为4.6×10-6～27.07×10-6，重稀土总量(∑HREE)为 1.1×10-6～7.17×10-6(表1)。岩体稀土总量略高于上地幔(17.79×10-6)[13]。在稀土元素球粒陨石标准化分布曲线图中(图4)，大部分橄榄岩样品的轻、重稀土元素分馏程度不明显，其(La/Yb)N为1.84～2.37，(Gd/Yb)N为 1.12～1.26(图 4-b)，Eu 异常不明显，Eu*=0.65～1.31；橄榄辉长岩样品呈一定程度的轻、重稀土元素分馏，其(La/Yb)N为 1.73～3.32，(Gd/Yb)N为 1.24～1.50，Eu异常不明显，其中一个样品呈Eu正异常(Eu*=2.89)(图4-d)；辉长岩样品呈轻微的轻、重稀土元素分馏，其(La/Yb)N为 1.97～4.30，(Gd/Yb)N为0.95～1.70，具正Eu异常 (Eu*=1.90～3.34)(图4-f)。

图3 新疆北山启鑫岩体Harker图解Fig.3 Harker diagram of Qixin pluton in Beishan,Xinjiang

在微量元素原始地幔标准化蛛网图中(图4)，大部分橄榄岩样品相对富集大离子亲石元素Rb，Sr等，亏损高场强元素Nb等，Zr，Hf，Ta呈一定程度的正异常(图4-a)。橄榄辉长岩样品相对富集Th，Ta等元素，一个样品明显富含Sr元素(图4-c)。辉长岩样品大部分相对富集大离子亲石元素Rb，Sr等，相对亏损高场强元素Nb，Y等，Ta呈一定程度的正异常(图4-e)。

5 讨论

5.1 源区特征

由于部分样品发生了一定程度的蚀变作用，如橄榄石发生了蛇纹石化、绿泥石化和滑石化等，易导致一些不稳定元素发生迁移，但具有类似分配系数的不相容元素比值在成岩过程中(如部分熔融和分离结晶)不容易发生迁移变化[15]。因此，为减少蚀变作用的影响，本文在进行岩石成因和构造环境讨论时采用相关高场强元素及其比值。

在Harker图解中，MgO与SiO2呈负相关系，反映了岩浆演化过程中发生了橄榄石的分离结晶作用(图3-a)；MgO与Co呈正相关性，表明发生了铬尖晶石的分离结晶(图 3-h)；MgO 与 Al2O3、CaO 和Na2O呈负相关系(图3-c，d，e)，表明岩浆演化过程中存在斜长石的堆晶作用，辉长岩和部分橄榄岩、橄榄辉长岩样品存在Eu和Sr的正异常(图5)，亦说明存在斜长石的堆晶作用。MgO与FeOT呈正相关性，暗示了单斜辉石的分离结晶作用(图3-b)。因此，启鑫岩体在成岩过程中橄榄石和单斜辉石是主要的分离结晶相，并伴有一定数量的斜长石堆晶作用。岩石地球化学研究表明，总分配系数相同或相近的元素，其比值在岩浆结晶过程中不会改变，因此可利用这些元素对比值，如Nb/Ta、Th/Yb、Ta/Yb、La/Nb、Zr/Nb和Ti/Yb等的协变关系来判断是否存在同化混染作用[16-19]。同化混染作用判别图解显示，La/Yb-Ce/Yb元素对的协变相关性好、TiO2/Yb-La/Nb以及Ta/Yb-Th/Yb也显示出一定的相关性，表明岩浆在上升过程中发生了一定程度的同化混染作用(图5)。

图4 启鑫岩体微量元素原始地幔标准化蛛网图(a,c,e)和稀土元素球粒陨石标准化分布曲线图(b,d,f)Fig.4 Primitive mantle normalized trave element spidergram(a,c,e)and Chondrite-normalized REE graph(b,d,f)

实验岩石学的模拟研究表明，原生岩浆的性质主要取决于地幔温度和压力，Mg#被认为是鉴别原生岩浆的重要标志之一。Green提出与地幔橄榄岩平衡的原生岩浆的Mg#为 0.63～0.73[20]，Frey 认为原生岩浆的Mg#为0.68～0.73[21]，Hess认为认为原生岩浆的Mg#大于0.68[22]。启鑫岩体的Mg#值为0.77～0.85，均大于0.68，反映了其岩浆源区接近原生岩浆组分，说明原生岩浆为高镁拉斑玄武岩浆。

5.2 形成构造环境

元素地球化学分析表明，启鑫岩体具有较低的TiO2含量(0.11%～0.93%)、富集大离子亲石元素Rb，Sr等，亏损高场强元素Nb等地球化学特征，这些均是岛弧岩浆的重要特征(图4，表1)[23]。此外，岛弧玄武岩中Nb的绝对含量通常小于2×10-6[24]，本文研究的启鑫岩体中的辉长岩样品Nb含量均小于2×10-6，亦暗示其与岛弧岩浆相似(表1)。另一方面，本文研究的所有样品均具有Ta的正异常，部分样品Zr，Hf也表现一定的正异常，这些地球化学特征与洋岛玄武岩(OIB)相似。一种可能的解释是该岩体形成于与岛弧相关环境向板内环境转换的构造背景，在相关构造环境判别图中，样品点也表现出从弧环境向板内环境过渡的趋势(图6)。因此，本文推测塔里木板块东北端的启鑫岩体形成于岛弧向板内转换的构造背景。

6 结论

图5 启鑫岩体的La/Yb-Ce/Yb、TiO2/Yb-La/Nb图解Fig.5 La/Yb-Ce/Yb、TiO2/Yb-La/Nb diagram of Qixin pluton(图例同图3)

图6 启鑫岩体的Hf-Th-Ta和Ba/Nb-La/Nb图解Fig.6 Hf-Th-Ta and Ba/Nb-La/Nb diagram of Qixin pluton

启鑫岩体的SiO2含量为36.31%～51.50%，属于超基性-基性岩类，其Mg#值为0.77～0.85，大部分样品相对富集大离子亲石元素Rb、Sr等，亏损高场强元素Nb等，部分样品Zr，Hf，Ta呈一定程度的正异常，表现出同时兼具岛弧岩浆和洋岛玄武岩(OIB)的地球化学特征。启鑫岩体的原生岩浆为高镁拉斑玄武岩浆，在成岩过程中主要的分离结晶相是橄榄石和单斜辉石，并存在斜长石的堆晶作用，同时发生了一定程度的同化混染作用。该岩体可能形成于岛弧向板内转换的构造背景。

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