塔里木东北缘罗东镁铁-超镁铁质岩体地质、地球化学特征对岩石成因和镍成矿作用的指示

呼冬强 张强 孟和

摘  要：罗东岩体位于塔里木东北缘，主要岩相有橄榄岩、橄辉岩和辉长岩，矿化多以浸染状硫化物产于橄榄岩相中。岩石具高镁、低硅、低碱，具平坦的稀土分布模式和明显的Ba，Nb负异常和Pb，Sr正异常。母岩浆来源于受俯冲流体交代改造的亏损地幔发生的高程度部分熔融，具高温高镁含水和氧化特征。结晶分异是主要的岩浆作用，岩体同时经历了显著的地壳混染。早期深部熔离造成了铂族元素亏损，浸染状硫化物是晚期熔离的产物。据地质、地球化学和地球物理信息，罗东岩体具有良好的铜镍矿找矿前景，高品位富矿是下一步找矿重点。

关键词：罗东;北山;铜镍矿床;母岩浆性质;地壳混染;早期熔离;成矿潜力

东天山-北山分布有一系列二叠纪镁铁-超镁铁质杂岩体及相关岩浆铜镍硫化物矿床[1-4]。近年来，在北山的坡一、坡东、启鑫和白山岩体中陆续发现了高品位硫化物（Ni含量5%～11 %），该区已成为新疆镍矿勘探的热点[5-8]。前人对坡北杂岩带中镁铁质-超镁铁岩体开展了较多年代学、地球化学和矿物学研究[9-20]，该套镁铁-超镁铁质岩集中侵位于274～289 Ma，具统一的动力学背景[13， 17-19]。浸染状贫矿和脉状富矿是硫化物多期次熔离的产物[1]。

罗东岩体位于坡北岩带最西端，地质特征、岩相学及地球化学特征与坡十、坡一等岩体相似。虽然前人对罗东岩体开展了岩石学、矿物学、年代学和同位素地球化学研究，重点讨论了成岩年代和构造背景等成因问题，认为其是造山后伸展环境下早二叠世地幔柱活动的产物[21-23]。但是母岩浆性质、同化混染等与镍成矿作用密切相关的问题还需进一步讨论，其找矿潜力还不明晰。基于此，笔者通过岩石学、岩石化学等方法，在前人成岩成矿作用研究基础上，重点探讨了母岩浆性质、结晶分异、同化混染过程及硫化物熔离作用，最后结合地质和物化探信息分析找矿潜力，以期为今后找矿勘探提供资料参考。

1  地质背景

1.1  区域地质

北山地区位于新疆东部，北为中天山地块，南为塔里木板块（图1-a）。通常认为，北山是伴随古亚洲洋的闭合后形成于石炭—二叠纪的板内裂谷[24， 25]。坡北地区位于北山裂谷最西端，出露地层主要为古元古界北山岩群和中元古界长城系古硐井岩群。区内岩浆活动频繁，岩浆作用具多期次、多类型的特点，发育早二叠世、中二叠世、三叠纪3个重要岩浆期[26]。除广泛分布的火山岩，区内出露有大量二叠纪镁铁-超镁铁质杂岩体及一系列铜镍矿床和矿点[1， 5， 6， 27]。

1.2  矿区地质

罗东岩体位于白地洼-淤泥河深大断裂北侧，距坡一铜镍矿约17 km。罗东岩体南侧侵入长城系古硐井岩群云母石英片岩和阳起片岩中，北侧被中二叠世二长花岗岩体侵入。岩体走向NE，与白地洼-淤泥河断裂一致。岩体地表出露约2.4 km2，平面形态为眼球状（图1-b），侵入体岩相分异明显。根据PM02实测剖面成果（图1-c），杂岩体以辉长岩相为主，主要出露在杂岩体北侧。在杂岩体西南部出露橄榄辉石岩、橄榄岩、辉石橄榄岩。据岩相接触关系，划分了3期侵入序次：第一阶段侵入辉长岩相;第二阶段侵入橄榄岩相、辉石橄榄岩相;第三阶段侵入橄榄辉石岩相;其中橄榄岩、辉石橄榄岩为主要的含矿岩相。矿化多为低品位浸染状硫化物，Ni品位多为0.2%～0.5 %，矿石矿物主要有镍黄铁矿、磁黄铁矿和黄铜矿。

辉长岩相  主体岩相，岩性为中粗粒辉长岩，局部穿插有辉绿岩脉、花岗岩脉。岩石多呈深灰色-灰绿色，辉长结构，块状构造。主要由斜长石和普通辉石组成。普遍轻度高岭土化，脱钙钠化，杂乱分布，含量50%～65%。普通辉石常发育透闪石化，含量35%～50%。

橄榄岩相  呈岩墙、岩脉状分布于岩体偏南部位，地表出露最大宽度280 m，长度大于1.2 km。岩石呈深灰色，残余粒状结构，块状构造。主要矿物为橄榄石及微量磁铁矿。橄榄石裂纹发育，大部分蛇纹石化和伊丁石化。

橄榄辉石岩相  呈析离体状零星分布于辉长岩相中，由辉石、橄榄石组成。辉石多呈粒状，橄榄石裂纹发育，后期透闪石化。透闪石呈纤柱状，含量约35%。

2  样品和测试方法

笔者在野外实测剖面工作中采取了14件样品，主量元素分析14件，其中7件进行微量元素分析。采样位置分布在罗东岩体不同岩相中（图1-c），其中橄榄岩7件，橄辉岩3件，辉长岩4件。采取的样品均为新鲜岩石，样品重量大于1 kg。

样品的分析和测试在新疆地矿局实验室完成。主量元素分析采用XRF测定，按GB/T14506.28-1993国家标准执行，其中CO2，FeO，H2O+采用湿化学分析法测定。稀土元素采用ICP-AES法测定，微量元素采用ICP-MS测定。

3  测试结果

3.1   主量元素特征

本次测试结果和前人数据见表1。岩体整体具低硅、低碱、低钛，贫钙富镁， SiO2含量38.6%～54.5%，为典型的镁铁质-超镁铁质岩。岩石富集MgO和FeO，从橄榄岩、橄辉岩到辉长岩，基性程度减小。橄榄岩中MgO含量29.1%～39.1%，Fe2O3T含量为9.4%～16.0%，镁铁含量明显高于辉长岩和橄辉岩（MgO含量为7.0%～30.0%， FeOT含量 为3.6%～17.8%）。橄榄岩相对应的Mg#为85～91.1，橄榄辉石岩Mg#为78-86，辉长岩为77～92，属含铜镍中等镁铁质岩石。

3.2  微量元素特征

稀土元素总量较低，ΣREE为8.9×10-6～32.5×10-6（表2），辉长岩稀土含量高于橄榄岩。辉长岩具明显轻重稀土分异特征（LREE/HREE=1.9～3.7;LaN/YbN=1.3～3.4），呈右倾的稀土分布型式，具微弱的Eu正異常（δEu=1.14～1.16）和Ce负异常（δCe=0.86～0.89）。橄榄岩除一件样品（02-3）稀土含量稍高外，其余4件样品稀土含量低且变化不大，轻重稀土分馏较弱（LREE/HREE=1.8～2.9;LaN/YbN=1.0～2.0）。Eu正异常较辉长岩明显（δEu=1.20～1.60），表现为稍向右倾的平坦分布型式。所有岩性均显示明显的Ba，Nb负异常和Pb，Sr正异常（图2）。

4  讨论

4.1 结晶分异与同化混染

罗东岩体具典型的层状岩体和堆晶特征，常见橄榄石和斜长石的单矿物堆晶纹层。超镁铁质岩相如纯橄岩、辉橄岩产于岩体底部和深部，浅部则多是辉长岩等镁铁质岩相。这些现象表明发生了分离结晶和重力分异作用。此外，MgO与主要氧化物含量的线性关系明显，全岩稀土分布模式表现出明显的Sr和Eu正异常（图2），可能由斜长石发生分离结晶和堆晶作用引起。橄榄岩和部分橄辉岩样品沿着橄榄石与斜方辉石结晶控制线分布，部分橄辉岩样品位于斜方辉石与单斜辉石结晶控制线之间，而辉长岩样品位于单斜辉石与斜长石结晶控制线之间，表明分离结晶过程受橄榄石、辉石和斜长石控制（图3）。

罗东岩体成岩过程中经历了明显的同化混染作用，辉长岩中常见围岩捕虏体和残留顶盖。一些微量元素含量及比值的协变关系也可作为同化混染作用的指示，通常认为，La/Sm>4.5指示地壳物质混染，La/Sm<2表明极少受到地壳物质混染[28]，罗东岩体La/Sm为1.43～3.73，均值2.34，介于2～4.5。原始地幔La/Nb值为0.96，平均大陆壳La/Nb值为2.5[29]，罗东岩体的La/Nb=0.71～1.90，La/Sm和La/Nb值均表明成岩过程中受到一定地壳混染作用（图4）。

4.2  岩浆源区和母岩浆性质

岩体ε Nd（t）为7.03～7.67，（87Sr/86Sr）i为0.703 7～0.704 0，二者大致呈负相关关系，εHf（t）亦显示正值，暗示了罗东岩体起源于受俯冲流体交代改造的亏损地幔[21]。Cao et al.和Ruan et al.認为[30-32]，中亚造山带南缘二叠纪杂岩体的地幔源区氧逸度明显高于MORB，相对高氧逸度来源于俯冲板片中的氧化成分的交代改造。罗东岩体低（La/Yb）N值（0.57～3.35，平均1.18）暗示了部分熔融程度相对较高，尖晶石作为源区主要的残留相[33]。吴建亮等和阮班晓等亦通过铬铁矿成分和PGE含量推测北山地区岩体的部分熔融程度为17%～18%[1-9]。

前人据Mg-Fe在橄榄石-熔体之间稳定的分配系数，橄榄石最高Fo值（91）及全岩主量成分，估算出与之平衡的熔体MgO=14.7%，这近似代表母岩浆的MgO含量[21， 23]。岩石中常见角闪石、金云母等含水矿物，且蚀变严重，强烈的蛇纹石化和透闪石化显示母岩浆含水（图5-a～c）。铬尖晶石和橄榄石共生矿物对成分可计算其共生结晶温度，凌锦兰等据此计算出母岩浆液相线温度为1 412℃[21]，与坡一岩体母岩浆液相线温度基本一致（1 340℃～1 411℃）[9]，显示高温属性。

综上，罗东岩体起源于受俯冲流体交代改造的亏损地幔，高程度部分熔融产生的母岩浆具高温、高镁、含水和氧化特征。

4.3  硫化物熔离作用

罗东母岩浆具高温、高镁，部分熔融程度较高的特征，有利于母岩浆从地幔源区中熔融出足够的成矿元素[34]，且较高的氧逸度增加了岩浆中的硫溶解度，母岩浆理应是富含亲硫元素而容易成矿的[30]。但罗东镍矿化主要呈稀疏浸染状低品位硫化物产于橄榄岩相中，笔者认为这是由于深部发生了早期硫化物熔离。镍黄铁矿、磁黄铁矿呈他形填隙在橄榄石等硅酸盐矿物粒间（图5-e），显示硫化物熔离伴随着橄榄石的结晶分异。罗东岩体的PGE含量较低（ΣPGE 2.21×0-9～18.7×10-9），显示亏损特征（图6）。超镁铁质岩中PGE亏损一般认为是地幔部分熔融程度较低，地幔中的PGE未能熔融进入原始岩浆，或岩浆在深部发生了早期熔离[34-36]。前已述及，罗东原始岩浆是高程度部分熔融的产物，高温高镁苦橄质岩浆通常富含PGE，其亏损更可能是早期熔离的结果。亲硫元素之间的协变关系亦支持早期熔离，Pd在硫化物和硅酸盐间的分配系数相对于Cu高一个数量级，因此，早期深部熔离会导致Pd比Cu更快速的进入硫化物，而残余熔体具有显著高的Cu/Pd比值，且该比值与Pd含量呈负相关关系[12， 32， 36]。罗东6件浸染状低品位矿石样品中，4件样品的Cu/Pd随Pd含量的降低而升高，呈明显负相关关系，表明岩浆在深部可能发生了早期熔离作用（图6）。坡一的脉状高品位矿石具负相关线性关系，表明其是早期熔离晚期贯入的产物。Ruan et al.对红石山镍矿床的PGE研究亦认为有早期熔离[12]。在坡一和红石山岩体中的原生铬铁矿中发现了一系列含镍硫化物包裹体，如镍黄铁矿、希兹硫镍矿等，这些硫化物包体暗示了在岩浆早期有硫化物生成[9，12]。罗东岩体早期深部熔离造成了PGE亏损，低品位浸染状硫化物是晚期熔离的产物。

4.4 找矿潜力分析

罗东岩体岩相分异良好，且超镁铁质岩相比例较高，母岩浆高温高镁含水，且相对氧化，这些均为形成铜镍矿化的有利条件。冯京等认为东天山-北山含矿岩体m/f比值平均值为3.97[3]，并将m/f<2.5与 m/s<0.8的岩体划分为不含矿岩体，其TiO2含量高于1%（图7-a，b）。固结指数（SI）与Al2O3含量关系在含矿岩体和不含矿岩体中有显著差异[1]，含矿岩体中SI大于40，且与Al2O3含量呈负相关关系（图7-c）。罗东岩体m/f平均值3.70，与新疆东天山-北山含矿岩体m/f平均值相近，均位于含矿岩体区域（图7），和邻近的坡一、红石山和坡东相比，罗东岩体具有类似的岩石矿物组合，尤其是含矿的辉橄岩相普遍存在。这些岩体沿着深大断裂产出，具一致的侵位年龄和地球化学特征。罗东和坡一的浸染状矿石类似，均是早期深部熔离后残余熔体发生的硫化物熔离。在坡一、坡东和启鑫岩体中发现了晚期贯入脉状高品位富矿，因此，有理由认为罗东亦有发现脉状富矿的可能。

化探资料显示，1∶1万土壤地球化学异常与岩体套合较好，其中，Cu，Ni，Cr，Co元素的极大值分别为269.3×10-6、1 125.46×10-6、1 167.72×10-6和96.4×10-6。

1∶1万重力、高精度磁法及瞬变电磁法综合剖面结果显示，岩体对应高重力异常，Δg曲线宽缓，向北异常未封闭，岩体呈北倾，ΔT曲线呈不规则变化，高的磁异常对应超基性岩，岩体与南部长城系古硐井岩群视电阻率有较明显的差异，岩体整体表现出低阻异常，DBz/Dt异常呈椭圆状和串珠状向北深部延伸。这些综合剖面显示，矿体具厚度大、深部延伸长等特点，矿体有继续向深部延伸的趋势。

综合上述地质、岩石化学和物化探特征的分析，罗东岩体具良好的铜镍矿找矿前景，高品位富矿是下一步找矿的重点。

5  结论

（1）罗东岩体起源于受俯冲流体交代改造的亏损地幔，高程度部分熔融产生的母岩浆具高温、高镁、含水和氧化特征。

（2）岩体是结晶分异的产物，成岩过程中经历了显著的地壳混染。

（3）早期深部熔离造成了PGE亏损，低品位浸染状硫化物是晚期熔离的产物。

（4）罗东岩体具良好的铜镍矿找矿前景，高品位富矿是下一步找矿的重点。

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