岩石学报  2018, Vol. 34 Issue (8): 2262-2274   PDF    
东昆仑志留纪辉长岩地球化学特征及与铜镍成矿关系探讨
张照伟1 , 王驰源2 , 钱兵1 , 李文渊1     
1. 国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室, 中国地质调查局西安地质调查中心, 西安 710054;
2. 成都理工大学地球科学学院, 成都 610059
摘要:东昆仑造山带新发现的夏日哈木超大型岩浆铜镍矿床、石头坑德大型岩浆铜镍矿床及冰沟南小型岩浆铜镍矿床,其矿体均赋存于橄榄辉石岩内,而辉长岩又是该含矿橄榄辉石岩的直接围岩,并且辉长岩的形成时代相近(夏日哈木辉长岩431Ma、石头坑德辉长岩425Ma、冰沟南辉长岩427Ma),产出位置属于同一大的构造单元,均邻近昆北及昆中断裂。通过对辉长岩的地球化学特征研究,发现明显富集轻稀土元素和明显的Nb-Ta负异常,亏损高场强元素。Sr-Nd同位素研究,表明东昆仑夏日哈木和石头坑德辉长岩岩体的母岩浆来自一个曾经被交代富集的地幔源区,可能揭示了由于从洋壳释放出的流体交代地幔楔的岩石成因。结合区域构造演化和辉长岩形成时代,认为东昆仑夏日哈木和石头坑德辉长岩形成于碰撞后伸展环境。辉长岩岩浆源区性质与赋矿辉石岩存在明显不同,并非同一岩浆活动的产物。辉长岩在东昆仑造山带地区直接充当了含矿辉石岩的直接围岩,与岩浆铜镍硫化物矿体的形成没有关系,富含橄榄石的超镁铁质岩石更有利于形成具有较大经济价值的铜镍矿体。这为指导东昆仑找矿实践和岩浆铜镍矿床成矿理论研究提供了基础。
关键词: 辉长岩     地球化学特征     Sr-Nd同位素组成     成矿关系     东昆仑造山带    
The geochemistry characteristics of Silurian gabbro in East Kunlun Orogenic Belt and its mineralization relationship with magmatic Ni-Cu sulfide deposit
ZHANG ZhaoWei1, WANG ChiYuan2, QIAN Bing1, LI WenYuan1     
1. MLR Key Laboratory for the Study of Focused Magmatism and Giant Ore Deposits, Xi'an Center of CGS, Xi'an 710054, China;
2. College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China
Abstract: The ore bodies of the magmatic sulfide deposits found in the East Kunlun Orogenic Belt, the Xiarihamu giant Ni-Cu sulfide deposit, Shitoukengde large Ni-Cu deposit, and the Binggounan small Ni-Cu deposit, are hosted in olivine-websterite surrounding by gabbro. The gabbro age of these three sulfide deposits almost is same (Xiarihamu gabbro was formed in 431Ma, Shitoukengde gabbro is 425Ma, and the Binggounan gabbro is 427Ma). Moreover, all these three deposits are adjacent to the North Kunlun Fault or the Central Kunlun Fault. The gabbros from these three magmatic sulfide deposits show the following features:(1) enriched in light rare earth elements; (2) depleted in high field strength elements; (3) obvious Nb-Ta negative anomaly. Based on the above features and the Sr-Nd isotopes, we suggest that the parent magma of gabbro from the Xiarihamu Ni-Cu sulfide deposit and the Shitoukengde were derived from an enriched mantle source, the mantle wedge metasomatized by the fluid released from the oceanic crust. Combined with the regional tectonic evolution and the gabbro U-Pb ages, we suggest that the gabbro from the Xiarihamu Ni-Cu sulfide deposit and the Shitoukengde were formed in a post-collisional setting. The age and the origin of the olivine websterite hosting the sulfide ore are very different from those of the gabbro. The olivine websterite and the gabbro were the products from different magmatism activities. The gabbro acts as a surrounding rock for the ore-bearing ultramafic lithofacies. We found that the ultramafic lithofacies containing olivine are more favorable for the formation of the magmatic sulfide ore body. This is of great significance for the magmatic sulfide Cu-Ni deposit prospecting in the East Kunlun Orogenic Belt.
Key words: Gabbro     Geochemistry characteristics     Sr-Nd isotopes     Mineralization     East Kunlun Orogenic Belt    

岩浆铜镍硫化物矿床多产于板内裂谷环境或大的地块边缘,亦或与大火成岩省密切相关,中生代以老的地质时期都有发育,主要是硫化物不混溶作用的结果(焦建刚等, 2012; Zhang et al., 2014; 张照伟等, 2015; Li et al., 2015)。但对于造山带背景中发育的岩浆铜镍硫化物矿床研究较少,此环境能否形成大型-超大型规模的岩浆铜镍矿床尚不清楚,其形成机制与成矿过程如何?这些都是造山带岩浆铜镍硫化物矿床研究方面必须面对的问题。柴达木南缘东昆仑造山带内夏日哈木岩浆铜镍硫化物矿床的发现,120万吨的镍金属储量,达超大型矿床规模,明确回答了上述造山带背景能否形成大型-超大型岩浆铜镍硫化物矿床的问题(Zhang et al., 2017; 张照伟等, 2017)。不仅如此,在东昆仑造山带,继夏日哈木超大型岩浆铜镍硫化物矿床发现之后,又发现了石头坑德大型岩浆铜镍硫化物矿床和冰沟南小型铜镍矿床。这些矿床的形成时代、成矿机制、形成背景、岩浆源区性质、岩浆深部过程等方面研究已取得系列进展和认识(Tseng et al., 2009; 李世金等, 2012; 李文渊, 2015; Li et al., 2015; 张照伟等, 2015, 2016, 2017; 姜常义等, 2015; Song et al., 2016; Peng et al., 2016; Zhang et al., 2017; 钱兵等, 2015, 2017; 段建华等, 2017; 董俊等, 2017; 王亚磊等, 2017)。但这3个岩浆铜镍硫化物矿床赋矿主岩的围岩都是辉长岩,并且辉长岩的产出规模比相应的赋矿辉石岩或橄榄岩的产出规模都要大,那么该辉长岩是否同期岩浆活动的结果呢,与含矿岩体是什么关系?这个问题的解决将直接关系到东昆仑造山带类似岩体的含矿性评价和进一步找矿方向。本文以东昆仑夏日哈木和石头坑德岩浆铜镍硫化物矿床的赋矿主岩和围岩辉长岩为重点,通过研究其地质特征及地球化学特点,探讨辉长岩形成时的构造背景及与岩浆铜镍硫化物矿床赋矿主岩的关系。旨在解决东昆仑造山带中类似岩体的含矿性评价和进一步找矿方向,为支撑服务区域找矿提供指导与基础。

1 区域地质背景

东昆仑造山带整体位于青藏高原的东北部、又属于柴达木盆地南缘(图 1a),其区域构造演化先后经历了五个阶段,分别是太古宙-古元古代古陆核形成阶段、中新元古代古大陆裂解与超大陆汇聚阶段、南华纪-早古生代洋陆转换阶段、晚古生代-早古生代洋陆转换阶段以及中新生代陆内造山阶段(校培喜等, 2014)。东昆仑造山带依据区域性大断裂划分了几个大的次级构造单元,昆北断裂带、黑山-那陵格勒断裂、昆中断裂带以及昆南断裂带将东昆仑自北而南分为祁漫塔格早古生代岩浆弧、中昆仑微陆块以及昆南增生楔杂岩带三个部分(图 1b)。昆仑造山带以阿尔金断裂为界分为西昆仑造山带和东昆仑造山带,东昆仑造山带延伸近500km,东部与西秦岭造山带接触,北面是柴达木克拉通和祁连微陆块,它们之间缝合带的榴辉岩年龄为441~457Ma(Song et al., 2006, 2009; Xiong et al., 2012)。而祁连陆块与阿拉善陆块之间缝合带榴辉岩的年龄为~464Ma(Xiong et al., 2012; Song et al., 2012, 2013),略微老于祁连地块与柴达木克拉通之间缝合带榴辉岩的年龄。在祁连缝合带北部阿拉善地块西南缘产有世界第三大金川岩浆铜镍硫化物矿床(图 1b)。在昆北造山带的东部,发现有榴辉岩约428Ma(图 1b)(Meng et al., 2013)。其他几处蛇绿混杂岩的年龄变化在467~518Ma,并且这些蛇绿混杂岩的玄武质岩石表现出了典型的MORB特征(Bian et al., 2004)。由此推测,昆北造山带地体大约于428Ma拼贴到柴达木克拉通的南部边缘。在昆北地体的北部边界和南部边界,产出了夏日哈木、冰沟南和石头坑德岩浆铜镍硫化物矿床(图 1b),尽管这3个矿床赋矿主岩的年龄差别较大(334~411Ma),但其围岩辉长岩的形成时代基本一致(425~431Ma)(Li et al., 2015; Song et al., 2016; 张照伟等, 2016, 2017)。

图 1 东昆仑岩浆铜镍硫化物矿床区域地质构造简图(据孟繁聪等, 2017; 张照伟等, 2017修编) Fig. 1 The sketch regional geological map of magmatic Ni-Cu sulfide deposits in eastern Kunlun (after Meng et al., 2017; Zhang et al., 2017)

夏日哈木、冰沟南及石头坑德岩浆铜镍硫化物矿床均位于昆北地体的边界位置,其北部邻近昆北断裂,其南部邻近昆中断裂,夏日哈木、冰沟南邻近昆北断裂位于昆北地体的北缘,而石头坑德邻近昆中断裂位于昆北地体的南缘(图 1b)。上述铜镍矿床的产出位置,同属一个构造单元,区域性大断裂及其次级断裂的发育,为深部岩浆上涌及成矿作用提供了条件。

2 矿床地质特征 2.1 夏日哈木铜镍矿床

夏日哈木铜镍矿床主要赋存于夏日哈木岩体的辉石岩及橄榄岩内,该岩体长约1.5km,宽约0.8km,长轴方向近东西向,西段略向南偏转(图 2a)。岩体顶界面东高西低,东段出露于地表,西段隐伏于地下,且越向西埋藏越深(图 2b),总体形态为向西倾伏的岩床(图 2)。夏日哈木岩体在地表有氧化蚀变带及铁帽出露,主要集中在0号勘探线东西两侧(图 2a)。从钻孔勘探线剖面图(图 2b)看,夏日哈木岩体的岩性主要是辉石岩、橄榄岩、辉长岩及少量的花岗岩脉,并且橄榄岩越向西橄榄石含量逐渐增多,同时埋深加大,围岩地层厚度增厚。沿着NM线248°方向,岩石基性程度变深、岩体埋深增大、橄榄石含量增多、矿体增厚变富(图 2b)。

图 2 东昆仑夏日哈木岩浆铜镍硫化物矿床平面(a)及剖面(b)图 Fig. 2 Plan view (a) and cross section (b) of the Xiarihamu magmatic Ni-Cu sulfide deposit in eastern Kunlun

夏日哈木铜镍矿体主要赋存于辉石岩与橄榄岩内。不含矿的辉长岩与含矿的辉石岩及橄榄岩明显不是同时期的产物(图 2b),岩体形成时代也说明了这一点,无矿辉长岩形成时代为431Ma,含矿辉石岩形成年龄为411Ma(Li et al., 2015; 张照伟等, 2015, 2016; Song et al., 2016; Zhang et al., 2017)。夏日哈木主矿体多位于2号勘探线以西,在9号和11号勘探线的位置,铜镍矿体达到了最厚(超过300m)(图 2b)(Li et al., 2015; 张照伟等, 2015; Zhang et al., 2017)。矿石类型以稠密浸染状(图 3a)和团块状(图 3b)为主,矿石矿物主要是镍黄铁矿、磁黄铁矿及少量的黄铜矿,结构构造中可见明显的橄榄石被辉石包裹的包橄结构(图 3c, d)。

图 3 东昆仑造山带岩浆铜镍硫化物矿床矿石类型及显微照片 (a)夏日哈木稠密浸染状矿石;(b)夏日哈木团块状矿石;(c、d)夏日哈木矿石显微照片;(e)石头坑德浸染状矿石;(f)石头坑德贯入状矿石;(g)石头坑德矿石显微照片;(h)石头坑德稠密浸染状矿石;(i)石头坑德稀疏浸染状矿石.Cp-黄铜矿;Po-磁黄铁矿;Pn-镍黄铁矿;Ol-橄榄石 Fig. 3 Microphotographs of rocks and ore minerals from magmatic Ni-Cu sulfide deposits in eastern Kunlun Cp-chalcopyrite; Ol-olivine; Pn-pentlandite; Po-pyrrhotite
2.2 石头坑德铜镍矿床

石头坑德镁铁-超镁铁质岩体主要由Ⅰ号、Ⅱ号及南部的Ⅲ号岩体组成,岩性为辉石岩、橄辉岩、橄榄岩、辉长岩等,岩体整体侵位于金水口群白沙河岩组及万保沟大理岩凝灰岩中(图 4a)。区域内岩浆构造发育,闪长岩、花岗岩及后期脉岩均有不同程度出露。岩浆铜镍矿体基本赋存于Ⅰ号岩体的辉石岩及橄榄岩内。Ⅰ号岩体出露面积约5.8km2,其超镁铁质岩呈不规则形状侵位于早期辉长岩中,出露面积不等,其中最大者可达1.4km2。地表主要出露了4个规模较大的超镁铁质岩,呈岩株状产出(图 4a)。岩体整体倾向南东,倾角变化较大。镁铁质、超镁铁质岩均有发育,表明岩浆分异较充分,野外观察各岩相间的侵位先后顺序为辉长岩→超镁铁质岩(多期次侵位)→中酸性岩脉(张照伟等, 2017; 董俊等, 2017)。

图 4 东昆仑石头坑德岩浆铜镍硫化物矿床平面图(a)及剖面图(b) Fig. 4 Plan view (a) and cross section (b) of the Shitoukengde magmatic Ni-Cu sulfide deposit in eastern Kunlun

辉长岩呈灰色,中-细粒结构,块状构造。主要由斜长石(50%~60%),单斜辉石(30%~45%),斜方辉石(10%~15%)及少量不透明矿物(1%)组成。岩石总体为辉长结构,在局部范围内可见牌号较低的斜长石包裹辉石,形成包辉结构。不透明矿物主要为磁黄铁矿,镍黄铁矿等,它们经常生长于造岩矿物的粒间或晶内(张照伟等, 2017; 董俊等, 2017)。

辉石岩主要表现为深灰色,中-细粒结构,块状构造。主要由斜方辉石(40%~50%)、单斜辉石(30%~40%)、斜长石(5%~10%)及少量不透明矿物(3%~5%)构成。斜方辉石多为自形-半自形短柱状,单斜辉石为半自形短柱状。岩石中局部可见堆晶结构,斜方辉石和大部分单斜辉石为堆晶相,斜长石和少部分单斜辉石为填隙相。各矿物均较新鲜,在斜长石较集中部位可见大颗粒斜长石包裹斜方辉石,形成包辉结构(张照伟等, 2017; 董俊等, 2017)。

石头坑德铜镍矿体基本赋存于中-粗粒辉石岩和含长橄辉岩内,属于Ⅰ号岩体北西部,多为贯入式矿体,两侧围岩为中-细粒橄辉岩(图 4b)。该矿体长约1150m,宽约4~30m,走向近25°,倾向约115°,倾角约75°,地表Ni平均品位1.21%,深部钻孔Ni品位变化在0.31%~1.91%之间,变化较大。矿石类型主要为团块状和浸染状(图 3e, h, i),矿体与围岩接触界线较为清楚,具有典型的贯入式矿体特征(图 3f)。磁黄铁矿呈金黄色,强金属光泽,半自形-他形粒状,多呈细粒状、粒状集合体分布,主要为浸染状和细脉状。镍黄铁矿属于等轴晶系硫化矿物,在偏光镜下呈淡黄色和乳黄色,无多色性,无内反射,正交偏光镜下呈均质性,镍黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿多为共生关系(图 3g)。

石头坑德岩体中无矿辉长岩形成年龄约为425Ma(闫佳铭等, 2016),含矿辉石岩形成年龄约为334Ma(Zhang et al., 2018),二者相差约91Ma,可能不是一期岩浆活动的结果,从石头坑德岩体野外接触关系及钻孔剖面图中也表现出了相同特点(图 4)。

2.3 冰沟南铜镍矿床

冰沟南镁铁-超镁铁质岩体主要由斜长橄榄辉石岩、辉长岩、辉长辉绿岩脉等构成,整体侵位于蓟县系狼牙山组大理岩及石英片岩中。区内岩浆构造发育,闪长岩、花岗闪长岩及后期脉岩均有不同程度出露。辉长岩呈不规则状产出,与狼牙山组地层呈侵入接触,岩石呈灰绿色,主要由斜长石、单斜辉石组成。斜长石半自形板状,单斜辉石半自形柱状,被绿帘石、黝帘石、绿泥石、阳起石交代,少部分为假象。岩石较碎裂,沿裂隙有黝帘石、绿帘石充填交代(张照伟等, 2017)。含长橄榄辉石岩呈脉状,北西向展布,侵入到辉长岩内,也是主要的含矿岩相。岩石呈深灰绿色,细粒结构,块状构造,主要由单斜辉石、橄榄石及少量角闪石、斜长石构成。浅绿色橄榄石半自形粒状,杂乱分布。被滑石、蛇纹石交代,部分残留橄榄石假象,表现了绢云母化、黄铁矿化及磁黄铁矿化等特征(张照伟等, 2017)。

冰沟南铜镍矿体赋存于含长橄榄辉石岩内,呈岩脉产出,该岩脉呈北西向展布,侵入到辉长岩内。该岩脉长约800m,厚17~30m不等,倾向北,倾角35°~45°。经钻探验证,在岩脉内圈定一条铜镍矿体,矿体长约300m,厚3.57~5.47m,平均4.20m。Ni品位变化在0.26%~0.53%之间,平均0.36%;Cu品位变化在0.19%~0.36%之间,平均0.28%。矿石类型主要呈浸染状或稀疏浸染状。铜镍矿化主要为磁黄铁矿化、镍黄铁矿化和黄铜矿化。

东昆仑冰沟南区域内古元古代形成结晶基底,蓟县系狼牙山组为浅海陆棚相建造,中元古代地层成矿元素的预富集作用对矿床的形成具有重要影响(刘建楠等, 2016)。早古生代造山旋回时期,寒武纪至奥陶纪为东昆仑洋盆形成及扩张阶段,本区处于弧后拉张裂陷环境,发育海相喷流-沉积地层—滩间山群(刘志伟等, 2016)。晚奥陶世本区开始俯冲,早-中泥盆世柴达木陆块与昆中微陆块碰撞,布喀达坂幅发现的二云母花岗岩类(380Ma)及喀雅克登塔格岩浆混合花岗岩类及底侵辉长岩类(386~402Ma)代表了碰撞-后碰撞环境,晚泥盆世发育磨拉石建造和强烈陆相火山喷发,代表了早古生代造山结束和晚古生代-早中生代造山旋回的开始(张爱奎等, 2015)。冰沟南铜镍矿床含矿辉石岩形成年龄约为378Ma(陈能松等,2002; 张照伟等, 2017),无矿辉长岩形成年龄约为427Ma(闫佳铭等, 2016),二者相差约50Ma,不太可能是同期岩浆活动的结果。由此推测,东昆仑冰沟南岩浆铜镍硫化物矿床也是碰撞后伸展背景岩浆活动的产物。

3 样品采集与分析方法

夏日哈木岩体中辉长岩样品采自地表和钻孔,石头坑德岩体中辉长岩样品全部采自钻孔,通过详细的观察,选择新鲜的样品进行了相关的分析测试工作。

全岩主量和稀土微量元素分析均在武汉上谱分析科技有限公司完成。主量元素分析采用X荧光光谱仪(XRF-ZSXPrimusⅡ)完成,分析误差优于1%~3%。稀土和微量元素分析采用Agilent7700e型ICP-MS完成,分析精度优于10%。全岩Sr-Nd同位素分析工作在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成,测试仪器为Nu Plasma HR型多接受等离子质谱仪,全流程空白Sr < 1.5ng,Nd < 1.1ng,对样品的影响可以忽略不计。标样AGV-2的87Sr/86Sr比值为0.703975±2,143Nd/144Nd比值为0.512829±5;标样BCR-2的87Sr/86Sr比值为0.704983±4,143Nd/144Nd比值为0.512603±7,与标样的推荐值在误差范围内一致。

4 岩石地球化学特征 4.1 主量元素

夏日哈木和石头坑德辉长岩主量元素分析结果见表 1。9件夏日哈木辉长岩样品SiO2含量介于49.66%~51.94%之间,MgO含量介于6.69%~8.32%之间,Fe2O3含量介于5.44%~7.75%之间,Al2O3含量介于17.36%~19.29%之间,CaO含量介于9.17%~12.61%之间,TiO2含量介于0.40%~1.41%之间,各矿物的变化范围都较小。5件石头坑德辉长岩样品SiO2含量介于50.49%~51.67%之间,MgO含量介于9.32%~13.47%之间,Fe2O3含量介于4%~4.85%之间,Al2O3含量介于14.5%~19.74%之间,CaO含量介于11.51%~12.65%之间,TiO2含量介于0.23%~0.29%之间,各矿物的变化范围略小于夏日哈木辉长岩。在主量元素相关性图解上,SiO2、Al2O3、CaO、Na2O+K2O、TiO2与MgO之间呈一定的正相关性,FeO与MgO之间呈较明显的负相关性(图 5)。

表 1 夏日哈木和石头坑德岩体辉长岩主量(wt%)和微量元素(×10-6)分析数据 Table 1 The major elements (wt%) and trace elements (×10-6) of gabbro in Xiarhamu and Shitoukengde intrusions

图 5 夏日哈木和石头坑德岩体主量元素相关性图解 夏日哈木超镁铁质岩数据引自Li et al., 2015; 石头坑德超镁铁质岩数据为项目未刊数据 Fig. 5 Variations of whole rocks composition in Xiarihamu and Shitoukengde intrusions Xiarihamu ultramafic rock data from Li et al., 2015; Shitoukede ultramafic rock data are unpublished
4.2 微量元素

夏日哈木辉长岩样品中稀土元素含量相对较高,∑REE=18.54×10-6~39.19×10-6,平均值为28.62×10-6。岩石的(La/Sm)N值为0.94~1.64,(Gd/Yb)N值为1.35~1.59,(La/Yb)N值为1.81~2.78,表明轻、重稀土元素内部的分馏程度较小,而轻重稀土元素之间分馏程度相对较大。5件石头坑德辉长岩样品的∑REE=10.99×10-6~15.96×10-6,平均值为13.19×10-6,略小于夏日哈木辉长岩。岩石的(La/Sm)N值为0.92~1.48,(Gd/Yb)N值为1.25~1.43,(La/Yb)N值为1.06~2.28,也表明其轻、重稀土元素内部的分馏程度较小,而轻重稀土元素之间分馏程度相对较大,表现了与夏日哈木辉长岩相似的特征。在球粒陨石标准化稀土元素图解上,所有辉长岩样品均呈轻稀土略富集的右倾型,且具有明显的正铕异常,与相应的超镁铁质岩相比,辉长岩的稀土元素总量明显偏高(图 6a)。

图 6 夏日哈木和石头坑德岩体辉长岩球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图(a, 标准化值据Anders and Grevesse, 1989)及原始地幔标准化微量元素蛛网图(b, 标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 6 Chondrite-normalized rare earth element patterns (a, normalization values after Anders and Grevesse, 1989) and primitive mantle-normalized alteration-resistant trace element patterns (b, normalization values after Sun and McDonough, 1989) of gabbro in Xiarhamu and Shitoukengde intrusions

在原始地幔标准化微量元素图解上,岩石相对富集大离子亲石元素、具有明显的Nb、Ta、Zr、Hf的负异常。夏日哈木辉长岩样品中,除两件具有较弱的Ti正异常外,其余样品都具有明显的Ti负异常(图 6b)。岩石的微量元素特征可能说明在岩浆演化过程中有弧物质的卷入。

4.3 Sr-Nd同位素特征

夏日哈木和石头坑德辉长岩全岩Sr-Nd同位素组成如表 2所示。(87Sr/86Sr)iεNd值根据辉长岩锆石U-Pb年龄计算,夏日哈木辉长岩εNd(t)值变化范围为-3.35~-2.65,(87Sr/86Sr)i值为0.71076~0.71246;石头坑德辉长岩的εNd(t)值变化范围为-2.59~+0.08,(87Sr/86Sr)i值为0.70855~0.70925。在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i相关性图解上(图 7),夏日哈木辉长岩的εNd(t)值的变化范围与其超镁铁质岩相似,但其(87Sr/86Sr)i值则明显大于其相应值;石头坑德岩体中辉长岩的εNd(t)值较其超镁铁质岩明显偏大,(87Sr/86Sr)i则落入超镁铁岩的变化范围内。

图 7 夏日哈木和石头坑德辉长岩(87Sr/86Sr)i-εNd(t)相关性图解 Fig. 7 Diagram of (87Sr/86Sr)i vs. εNd(t) of the gabbro in Xiarihamu and Shitoukengde intrusions
5 讨论 5.1 岩浆源区

东昆仑夏日哈木和石头坑德辉长岩样品中SiO2含量介于49.66%~51.94%之间,微量元素蛛网图表现了富集大离子亲石元素(LILE)的特征。镁铁质岩浆在演化过程中普遍会发生分离结晶作用,这也是镁铁质岩浆分异演化最重要的机制(Tao et al., 2015)。东昆仑夏日哈木和石头坑德辉长岩相容元素Cr和Ni的含量远低于原生玄武质岩浆中相应元素含量的范围(Cr=300×10-6~500×10-6,Ni=300×10-6~400×10-6),说明其不是原始的地幔橄榄岩部分熔融的产物,属于演化的岩浆(Zhang et al., 2017)。岩体以富集轻稀土元素、贫重稀土元素以及亏损Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素为特征。这一特征可以有两种形成机制,一是强烈的地壳混染;二是由于俯冲带流体/熔体交代作用而形成的富集地幔的部分熔融。东昆仑夏日哈木和石头坑德辉长岩的Nd和Sr同位素组成变化较小,这暗示岩浆体系在演化过程中可能是封闭的。微量元素普遍存在的Nb、Ta亏损,说明可能也与地壳混染有关。

如前所述,东昆仑夏日哈木和石头坑德辉长岩适度演化的岩浆具有轻稀土元素富集型配分曲线,同时富集大离子亲石元素(Rb、Th、Ba、Sr等),亏损高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf等),这些特征表明辉长岩的母岩浆可能来自一个曾被交代富集的地幔源区。东昆仑夏日哈木和石头坑德辉长岩的εNd(t)值(表 2),与岩体富集LREE和大离子亲石元素的特征不一致,暗示其母岩浆可能来自一个在岩浆生成前不久被交代富集的岩石圈地幔。这些证据从不同侧面表明,其岩浆源区应该位于软流圈地幔,并混有一部分被俯冲板片交代的地幔楔物质,而这种交代富集作用可能与东昆仑早古生代期间大规模的板片俯冲有关(Zhang et al., 2017)。东昆仑夏日哈木和石头坑德辉长岩低Ti,及其亏损的Nb、Ta地球化学特征,明显不同于熔体交代地幔楔形成的岩石。而富集大离子亲石元素(LILE)和轻稀土元素(LREE)且亏损高场强元素(HFSE)的特征,可能是由于从洋壳释放出的流体交代地幔楔的结果(Sun and McDonough, 1989)。由于俯冲带熔/流体对地幔楔交代富集作用的时间与该富集地幔发生熔融的时间相隔较近,致使东昆仑该类岩体虽然具有富集的微量元素特征,但未遭受同化混染的样品却基本保持了亏损地幔的同位素性质。

表 2 夏日哈木和石头坑德辉长岩全岩Sr-Nd同位素组成 Table 2 The isotopic compositions of Sr and Nd of the gabbro in Xiarihamu and Shitoukengde intrusion
5.2 构造背景

东昆仑夏日哈木辉长岩形成年龄约431Ma(Li et al., 2015),邻近昆北断裂位于昆北地体的北缘,冰沟南辉长岩形成年龄约427Ma(闫佳铭等, 2016),同样邻近于昆北断裂,位于昆北断裂的北部;而石头坑德辉长岩形成时代约为425Ma(Zhang et al., 2018),邻近昆中断裂位于昆北地体的南缘。可以看出这些年龄数据正逐步揭示东昆仑志留纪的镁铁-超镁铁质岩的侵入事件,以及与之相关的岩浆成矿作用。

根据研究,原特提斯洋在加里东早期,开始沿现今的昆中断裂附近由南而北向柴达木地块俯冲,在昆中断裂处形成海沟,随着俯冲的加剧,在昆北断裂以北形成弧后裂陷槽,局部扩张为小洋盆并接受滩间山群的沉积,昆中断裂以南的大洋环境主要为万宝沟群大洋玄武岩高原(莫宣学等, 2007)。在对加里东造山旋回进行研究的过程中,莫宣学等(2007)通过对阿拉克湖岩体、德拉托郭勒岩体和万宝沟岩体的研究发现,东昆仑东部在早寒武世为洋盆形成及扩张阶段,中寒武世开始俯冲,持续到晚奥陶世,西部地区形成洋盆的时间稍晚。

晚寒武世-早志留世期间,原特提斯洋向北俯冲消减,东昆仑地区在此时限内转化为沟-弧-盆体系(刘战庆等, 2011)。位于东昆中清水泉-可可沙-科科可特一线发育的岛弧型中酸性侵入岩(515~427Ma),可能就是对该时期洋壳俯冲事件的响应(张亚峰等, 2010)。昆中缝合带出露的胡晓钦角闪辉绿岩(438Ma, 刘彬等, 2013)、清水泉辉绿岩(436Ma, 任军虎等, 2009)等镁铁质岩石和基性岩脉可能代表了早古生代原特提斯洋俯冲最晚的岩浆记录(刘彬等, 2013)。高压榴辉岩相变质年龄428Ma(Meng et al., 2013),中压(绿帘)角闪岩相变质峰期年龄427Ma(Song et al., 2009),可能反映了特提斯洋的最终关闭。400~423Ma磨拉石建造的出现则标志着洋盆最终关闭(陆露等, 2010; Song et al., 2013)。早泥盆世之后,东昆南大洋板块与东昆中带发生碰撞-拼贴,随后昆北弧后裂陷槽关闭,以夏日哈木为代表的431~411Ma的基性-超基性杂岩的大量出现,暗示该时期东昆仑地区的构造体制发生了重大转变,由洋壳俯冲体制转变为碰撞拼贴后的伸展体制(何书跃等, 2017)。综合以上认为,东昆仑夏日哈木和石头坑德辉长岩形成于碰撞后伸展环境。

5.3 成矿关系探讨

东昆仑夏日哈木辉长岩形成时代约为431Ma,含矿辉石岩形成时代约为411Ma (Li et al., 2015);石头坑德辉长岩形成年龄约为425Ma(闫佳铭等, 2016),含矿辉石岩形成年龄约为334Ma(Zhang et al., 2018);冰沟南辉长岩形成时代约为427Ma(何书跃等, 2017),含矿辉石岩形成年龄约为378Ma(张照伟等, 2017)。上述3个铜镍矿床产出位置均邻近昆北及昆中断裂(图 1)。就形成时代而言,这3处辉长岩基本属于同一时期,但含矿辉石岩年龄相差97Ma,可见辉长岩与岩浆铜镍硫化物矿床的形成没有直接关系。辉长岩的岩浆源区性质、构造背景及地球化学特征一致表明,与含矿辉石岩非同期次岩浆活动的产物,辉长岩在这里基本充当了含矿辉石岩的围岩(图 2b图 3b)。在东昆仑夏日哈木岩浆铜镍硫化物矿床及石头坑德岩浆铜镍硫化物矿床中,含矿辉石岩的岩浆源区与无矿辉长岩的岩浆源区存在本质不同(Li et al., 2015; Song et al., 2016; Zhang et al., 2017, 2018),进一步说明它们不是同源岩浆活动的产物。

岩浆铜镍硫化物矿床的形成基本与镁铁-超镁铁质岩密切相关,尤其是超镁铁质岩石,是深部岩浆上涌硫化物发生不混溶作用并在地壳浅部局部富集的结果(Naldrett, 2011)。富含橄榄石的超镁铁质岩更有利于岩浆铜镍硫化物矿体的形成,辉长岩的形成与成矿基本没有关系(Li et al., 2015)。

6 结论

(1) 东昆仑夏日哈木辉长岩和石头坑德辉长岩以富集轻稀土元素、贫重稀土元素以及Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素的亏损为特征,暗示由于从洋壳释放出的流体交代地幔楔的结果。结合区域构造演化和辉长岩形成时代,认为东昆仑夏日哈木和石头坑德辉长岩形成于碰撞后伸展环境。

(2) 东昆仑夏日哈木辉长岩和石头坑德辉长岩与铜镍成矿没有关系,与含矿辉石岩的岩浆源区性质也存在明显不同,基本充当了含矿辉石岩的直接围岩,富含橄榄石的超镁铁质岩更有利于岩浆铜镍硫化物矿床的形成。

致谢      野外地质工作得到青海省地质调查局李世金教授级高工、四川省地矿局108地质队尹建华高级工程师、董俊高级工程师等的关心与帮助;在研究和成文过程中得到了长安大学焦建刚教授、美国印第安纳大学李楚思教授及西安地质矿产研究所陈隽璐研究员的指导与帮助;论文评审专家及编辑部老师给予了很好的建议和具体修改意见;在此一并深表感谢。

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