塔里木東北緣羅東鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體地質(zhì)、地球化學(xué)特征對巖石成因和鎳成礦作用的指示

1、 塔里木東北緣羅東鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體地質(zhì)、地球化學(xué)特征對巖石成因和鎳成礦作用的指示 呼冬強(qiáng) 張強(qiáng) 孟和摘 要：羅東巖體位于塔里木東北緣，主要巖相有橄欖巖、橄輝巖和輝長巖，礦化多以浸染狀硫化物產(chǎn)于橄欖巖相中。巖石具高鎂、低硅、低堿，具平坦的稀土分布模式和明顯的Ba，Nb負(fù)異常和Pb，Sr正異常。母巖漿來源于受俯沖流體交代改造的虧損地幔發(fā)生的高程度部分熔融，具高溫高鎂含水和氧化特征。結(jié)晶分異是主要的巖漿作用，巖體同時經(jīng)歷了顯著的地殼混染。早期深部熔離造成了鉑族元素虧損，浸染狀硫化物是晚期熔離的產(chǎn)物。據(jù)地質(zhì)、地球化學(xué)和地球物理信息，羅東巖體具有良好的銅鎳礦找礦前景，高品位富礦是下一步找礦重點。Key

2、：羅東;北山;銅鎳礦床;母巖漿性質(zhì);地殼混染;早期熔離;成礦潛力東天山-北山分布有一系列二疊紀(jì)鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)雜巖體及相關(guān)巖漿銅鎳硫化物礦床1-4。近年來，在北山的坡一、坡東、啟鑫和白山巖體中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了高品位硫化物（Ni含量5%11 %），該區(qū)已成為新疆鎳礦勘探的熱點5-8。前人對坡北雜巖帶中鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵巖體開展了較多年代學(xué)、地球化學(xué)和礦物學(xué)研究9-20，該套鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖集中侵位于274289 Ma，具統(tǒng)一的動力學(xué)背景13， 17-19。浸染狀貧礦和脈狀富礦是硫化物多期次熔離的產(chǎn)物1。羅東巖體位于坡北巖帶最西端，地質(zhì)特征、巖相學(xué)及地球化學(xué)特征與坡十、坡一等巖體相似。雖然前人對羅東巖體開展了

3、巖石學(xué)、礦物學(xué)、年代學(xué)和同位素地球化學(xué)研究，重點討論了成巖年代和構(gòu)造背景等成因問題，認(rèn)為其是造山后伸展環(huán)境下早二疊世地幔柱活動的產(chǎn)物21-23。但是母巖漿性質(zhì)、同化混染等與鎳成礦作用密切相關(guān)的問題還需進(jìn)一步討論，其找礦潛力還不明晰?；诖耍P者通過巖石學(xué)、巖石化學(xué)等方法，在前人成巖成礦作用研究基礎(chǔ)上，重點探討了母巖漿性質(zhì)、結(jié)晶分異、同化混染過程及硫化物熔離作用，最后結(jié)合地質(zhì)和物化探信息分析找礦潛力，以期為今后找礦勘探提供資料參考。1 地質(zhì)背景1.1 區(qū)域地質(zhì)北山地區(qū)位于新疆東部，北為中天山地塊，南為塔里木板塊（圖1-a）。通常認(rèn)為，北山是伴隨古亞洲洋的閉合后形成于石炭二疊紀(jì)的板內(nèi)裂谷24， 2

4、5。坡北地區(qū)位于北山裂谷最西端，出露地層主要為古元古界北山巖群和中元古界長城系古硐井巖群。區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁，巖漿作用具多期次、多類型的特點，發(fā)育早二疊世、中二疊世、三疊紀(jì)3個重要巖漿期26。除廣泛分布的火山巖，區(qū)內(nèi)出露有大量二疊紀(jì)鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)雜巖體及一系列銅鎳礦床和礦點1， 5， 6， 27。1.2 礦區(qū)地質(zhì)羅東巖體位于白地洼-淤泥河深大斷裂北側(cè)，距坡一銅鎳礦約17 km。羅東巖體南側(cè)侵入長城系古硐井巖群云母石英片巖和陽起片巖中，北側(cè)被中二疊世二長花崗巖體侵入。巖體走向NE，與白地洼-淤泥河斷裂一致。巖體地表出露約2.4 km2，平面形態(tài)為眼球狀（圖1-b），侵入體巖相分異明顯。根據(jù)PM02

5、實測剖面成果（圖1-c），雜巖體以輝長巖相為主，主要出露在雜巖體北側(cè)。在雜巖體西南部出露橄欖輝石巖、橄欖巖、輝石橄欖巖。據(jù)巖相接觸關(guān)系，劃分了3期侵入序次：第一階段侵入輝長巖相;第二階段侵入橄欖巖相、輝石橄欖巖相;第三階段侵入橄欖輝石巖相;其中橄欖巖、輝石橄欖巖為主要的含礦巖相。礦化多為低品位浸染狀硫化物，Ni品位多為0.2%0.5 %，礦石礦物主要有鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦和黃銅礦。輝長巖相 主體巖相，巖性為中粗粒輝長巖，局部穿插有輝綠巖脈、花崗巖脈。巖石多呈深灰色-灰綠色，輝長結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由斜長石和普通輝石組成。普遍輕度高嶺土化，脫鈣鈉化，雜亂分布，含量50%65%。普通輝石常發(fā)育透閃石

6、化，含量35%50%。橄欖巖相 呈巖墻、巖脈狀分布于巖體偏南部位，地表出露最大寬度280 m，長度大于1.2 km。巖石呈深灰色，殘余粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物為橄欖石及微量磁鐵礦。橄欖石裂紋發(fā)育，大部分蛇紋石化和伊丁石化。橄欖輝石巖相 呈析離體狀零星分布于輝長巖相中，由輝石、橄欖石組成。輝石多呈粒狀，橄欖石裂紋發(fā)育，后期透閃石化。透閃石呈纖柱狀，含量約35%。2 樣品和測試方法筆者在野外實測剖面工作中采取了14件樣品，主量元素分析14件，其中7件進(jìn)行微量元素分析。采樣位置分布在羅東巖體不同巖相中（圖1-c），其中橄欖巖7件，橄輝巖3件，輝長巖4件。采取的樣品均為新鮮巖石，樣品重量大于1 k

7、g。樣品的分析和測試在新疆地礦局實驗室完成。主量元素分析采用XRF測定，按GB/T14506.28-1993國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，其中CO2，F(xiàn)eO，H2O+采用濕化學(xué)分析法測定。稀土元素采用ICP-AES法測定，微量元素采用ICP-MS測定。3 測試結(jié)果3.1 主量元素特征本次測試結(jié)果和前人數(shù)據(jù)見表1。巖體整體具低硅、低堿、低鈦，貧鈣富鎂， SiO2含量38.6%54.5%，為典型的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖。巖石富集MgO和FeO，從橄欖巖、橄輝巖到輝長巖，基性程度減小。橄欖巖中MgO含量29.1%39.1%，F(xiàn)e2O3T含量為9.4%16.0%，鎂鐵含量明顯高于輝長巖和橄輝巖（MgO含量為7.0%30.

8、0%， FeOT含量 為3.6%17.8%）。橄欖巖相對應(yīng)的Mg#為8591.1，橄欖輝石巖Mg#為78-86，輝長巖為7792，屬含銅鎳中等鎂鐵質(zhì)巖石。3.2 微量元素特征稀土元素總量較低，REE為8.910-632.510-6（表2），輝長巖稀土含量高于橄欖巖。輝長巖具明顯輕重稀土分異特征（LREE/HREE=1.93.7;LaN/YbN=1.33.4），呈右傾的稀土分布型式，具微弱的Eu正異常（Eu=1.141.16）和Ce負(fù)異常（Ce=0.860.89）。橄欖巖除一件樣品（02-3）稀土含量稍高外，其余4件樣品稀土含量低且變化不大，輕重稀土分餾較弱（LREE/HREE=1.82.9;L

9、aN/YbN=1.02.0）。Eu正異常較輝長巖明顯（Eu=1.201.60），表現(xiàn)為稍向右傾的平坦分布型式。所有巖性均顯示明顯的Ba，Nb負(fù)異常和Pb，Sr正異常（圖2）。4 討論4.1 結(jié)晶分異與同化混染羅東巖體具典型的層狀巖體和堆晶特征，常見橄欖石和斜長石的單礦物堆晶紋層。超鎂鐵質(zhì)巖相如純橄巖、輝橄巖產(chǎn)于巖體底部和深部，淺部則多是輝長巖等鎂鐵質(zhì)巖相。這些現(xiàn)象表明發(fā)生了分離結(jié)晶和重力分異作用。此外，MgO與主要氧化物含量的線性關(guān)系明顯，全巖稀土分布模式表現(xiàn)出明顯的Sr和Eu正異常（圖2），可能由斜長石發(fā)生分離結(jié)晶和堆晶作用引起。橄欖巖和部分橄輝巖樣品沿著橄欖石與斜方輝石結(jié)晶控制線分布，部分

10、橄輝巖樣品位于斜方輝石與單斜輝石結(jié)晶控制線之間，而輝長巖樣品位于單斜輝石與斜長石結(jié)晶控制線之間，表明分離結(jié)晶過程受橄欖石、輝石和斜長石控制（圖3）。羅東巖體成巖過程中經(jīng)歷了明顯的同化混染作用，輝長巖中常見圍巖捕虜體和殘留頂蓋。一些微量元素含量及比值的協(xié)變關(guān)系也可作為同化混染作用的指示，通常認(rèn)為，La/Sm4.5指示地殼物質(zhì)混染，La/Sm4.2 巖漿源區(qū)和母巖漿性質(zhì)巖體 Nd（t）為7.037.67，（87Sr/86Sr）i為0.703 70.704 0，二者大致呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，Hf（t）亦顯示正值，暗示了羅東巖體起源于受俯沖流體交代改造的虧損地幔21。Cao et al.和Ruan et al

11、.認(rèn)為30-32，中亞造山帶南緣二疊紀(jì)雜巖體的地幔源區(qū)氧逸度明顯高于MORB，相對高氧逸度來源于俯沖板片中的氧化成分的交代改造。羅東巖體低（La/Yb）N值（0.573.35，平均1.18）暗示了部分熔融程度相對較高，尖晶石作為源區(qū)主要的殘留相33。吳建亮等和阮班曉等亦通過鉻鐵礦成分和PGE含量推測北山地區(qū)巖體的部分熔融程度為17%18%1-9。前人據(jù)Mg-Fe在橄欖石-熔體之間穩(wěn)定的分配系數(shù)，橄欖石最高Fo值（91）及全巖主量成分，估算出與之平衡的熔體MgO=14.7%，這近似代表母巖漿的MgO含量21， 23。巖石中常見角閃石、金云母等含水礦物，且蝕變嚴(yán)重，強(qiáng)烈的蛇紋石化和透閃石化顯示母巖

12、漿含水（圖5-ac）。鉻尖晶石和橄欖石共生礦物對成分可計算其共生結(jié)晶溫度，凌錦蘭等據(jù)此計算出母巖漿液相線溫度為1 41221，與坡一巖體母巖漿液相線溫度基本一致（1 3401 411）9，顯示高溫屬性。綜上，羅東巖體起源于受俯沖流體交代改造的虧損地幔，高程度部分熔融產(chǎn)生的母巖漿具高溫、高鎂、含水和氧化特征。4.3 硫化物熔離作用羅東母巖漿具高溫、高鎂，部分熔融程度較高的特征，有利于母巖漿從地幔源區(qū)中熔融出足夠的成礦元素34，且較高的氧逸度增加了巖漿中的硫溶解度，母巖漿理應(yīng)是富含親硫元素而容易成礦的30。但羅東鎳礦化主要呈稀疏浸染狀低品位硫化物產(chǎn)于橄欖巖相中，筆者認(rèn)為這是由于深部發(fā)生了早期硫化物

13、熔離。鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦呈他形填隙在橄欖石等硅酸鹽礦物粒間（圖5-e），顯示硫化物熔離伴隨著橄欖石的結(jié)晶分異。羅東巖體的PGE含量較低（PGE 2.210-918.710-9），顯示虧損特征（圖6）。超鎂鐵質(zhì)巖中PGE虧損一般認(rèn)為是地幔部分熔融程度較低，地幔中的PGE未能熔融進(jìn)入原始巖漿，或巖漿在深部發(fā)生了早期熔離34-36。前已述及，羅東原始巖漿是高程度部分熔融的產(chǎn)物，高溫高鎂苦橄質(zhì)巖漿通常富含PGE，其虧損更可能是早期熔離的結(jié)果。親硫元素之間的協(xié)變關(guān)系亦支持早期熔離，Pd在硫化物和硅酸鹽間的分配系數(shù)相對于Cu高一個數(shù)量級，因此，早期深部熔離會導(dǎo)致Pd比Cu更快速的進(jìn)入硫化物，而殘余熔體具有

14、顯著高的Cu/Pd比值，且該比值與Pd含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系12， 32， 36。羅東6件浸染狀低品位礦石樣品中，4件樣品的Cu/Pd隨Pd含量的降低而升高，呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明巖漿在深部可能發(fā)生了早期熔離作用（圖6）。坡一的脈狀高品位礦石具負(fù)相關(guān)線性關(guān)系，表明其是早期熔離晚期貫入的產(chǎn)物。Ruan et al.對紅石山鎳礦床的PGE研究亦認(rèn)為有早期熔離12。在坡一和紅石山巖體中的原生鉻鐵礦中發(fā)現(xiàn)了一系列含鎳硫化物包裹體，如鎳黃鐵礦、希茲硫鎳礦等，這些硫化物包體暗示了在巖漿早期有硫化物生成9，12。羅東巖體早期深部熔離造成了PGE虧損，低品位浸染狀硫化物是晚期熔離的產(chǎn)物。4.4 找礦潛力分析羅東巖體

15、巖相分異良好，且超鎂鐵質(zhì)巖相比例較高，母巖漿高溫高鎂含水，且相對氧化，這些均為形成銅鎳礦化的有利條件。馮京等認(rèn)為東天山-北山含礦巖體m/f比值平均值為3.973，并將m/f化探資料顯示，11萬土壤地球化學(xué)異常與巖體套合較好，其中，Cu，Ni，Cr，Co元素的極大值分別為269.310-6、1 125.4610-6、1 167.7210-6和96.410-6。11萬重力、高精度磁法及瞬變電磁法綜合剖面結(jié)果顯示，巖體對應(yīng)高重力異常，g曲線寬緩，向北異常未封閉，巖體呈北傾，T曲線呈不規(guī)則變化，高的磁異常對應(yīng)超基性巖，巖體與南部長城系古硐井巖群視電阻率有較明顯的差異，巖體整體表現(xiàn)出低阻異常，DBz/D

16、t異常呈橢圓狀和串珠狀向北深部延伸。這些綜合剖面顯示，礦體具厚度大、深部延伸長等特點，礦體有繼續(xù)向深部延伸的趨勢。綜合上述地質(zhì)、巖石化學(xué)和物化探特征的分析，羅東巖體具良好的銅鎳礦找礦前景，高品位富礦是下一步找礦的重點。5 結(jié)論（1）羅東巖體起源于受俯沖流體交代改造的虧損地幔，高程度部分熔融產(chǎn)生的母巖漿具高溫、高鎂、含水和氧化特征。（2）巖體是結(jié)晶分異的產(chǎn)物，成巖過程中經(jīng)歷了顯著的地殼混染。（3）早期深部熔離造成了PGE虧損，低品位浸染狀硫化物是晚期熔離的產(chǎn)物。（4）羅東巖體具良好的銅鎳礦找礦前景，高品位富礦是下一步找礦的重點。Reference1 阮班曉，呂新彪，俞穎敏，等. 新疆北山二疊紀(jì)鎂

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