2018, Vol. 34
2. 浙江省地矿勘察院, 杭州 310013;
3. 新疆地勘局第六地质大队, 哈密 839000
, DENG YuFeng1
, ZHOU TaoFa1, YUAN Feng1, ZHANG DaYu1, DENG Gang3, LI WeiDong3, LI Yue1
2. Mineral Exploration Institute of Zhejiang Province, Hangzhou 310013;
3. 6th Geological Party, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Hami 839000, China
东天山地区位于欧亚大陆腹地中亚造山带的东段，哈萨克斯坦-准噶尔板块与塔里木板块的结合部位，塔里木板块东北边缘(秦克章等, 2002)。区内发育大量与铜镍硫化物矿床有关的镁铁-超镁铁质岩体，包括黄山东、黄山西、香山、图拉尔根、葫芦、白石泉等，形成于274~300Ma之间(Qin et al., 2003; 韩宝福等, 2004; 顾连兴等, 2006; 毛启贵等, 2006; 孙涛等, 2010; 三金柱等, 2010)。目前对于区内镁铁-超镁铁岩体的岩浆源区与构造背景的研究还存在争议。部分学者研究发现这些镁铁-超镁铁岩体分布于混杂堆积之中，与之相关的基性火山岩为洋壳型岛弧火山岩或洋壳火山岩，则认为它们是蛇绿岩套的一部分(肖序常, 1995; 白云来, 2000)；毛启贵等(2006)利用白石泉含铜镍矿镁铁-超镁铁岩体具有岛弧或活动陆缘环境的地球化学特征，推断东天山地区在晚石炭-早二叠世依然存在俯冲作用，区内发育的镁铁-超镁铁岩体形成于板块俯冲碰撞阶段，岩浆源区可能为俯冲交代地幔(毛启贵等, 2006; Xiao et al., 2008; Han et al., 2010; Mao et al., 2014)；近年来，不少学者利用年代学和区域地质特征认为东天山地区俯冲碰撞作用在中-晚石炭世已经结束，二叠纪就已经进入板内环境，这些镁铁-超镁铁岩体应是形成于碰撞造山后伸展环境，源区为俯冲交代地幔或软流圈地幔(韩宝福等, 2004; Zhou et al., 2004; 王京彬和徐新, 2006; 顾连兴等, 2006; Mao et al., 2008; Song et al., 2013; Deng et al., 2015)；由于塔里木大火成岩省中岩浆上侵形成的镁铁-超镁铁岩体成岩年龄与东天山地区镁铁-超镁铁岩体相似，一些学者认为东天山地区镁铁-超镁铁岩体的形成与塔里木地幔柱活动有关，原始岩浆来源于地幔柱(Pirajno et al., 2008; Qin et al., 2011; Su et al., 2011, 2012)。
上述研究集中在黄山-镜儿泉成矿带和白石泉镁铁-超镁铁岩带，即库姆塔格沙垅以东区域，自20世纪70年代以来，库姆塔格沙垅以东地区发现了大量的岩浆铜镍硫化物矿床，镍储量超过80万吨，但沙垅以西地区岩浆铜镍硫化物矿床找矿工作没有重大突破。白鑫滩为近几年在沙垅以西发现的岩浆铜镍硫化物矿床，研究工作比较薄弱。王亚磊等(2015)测定白鑫滩含矿岩体成岩年龄为277.9±2.6Ma，年龄与黄山东、黄山西岩体一致，成矿岩浆遭受了轻度的地壳混染，来源于俯冲流体交代地幔。黄山东与黄山西矿床为东天山地区与镁铁-超镁铁岩有关的大型铜镍硫化物矿床，白鑫滩矿床作为东天山地区新发现的与镁铁-超镁铁岩体有关的铜镍硫化物矿床，是否具有与黄山东、黄山西铜镍硫化物矿床一样的成矿潜力，有待研究。本文对白鑫滩镁铁-超镁铁质岩体的岩石学、年代学、岩石地球化学、同位素地球化学进行详细研究的基础上，与黄山东、黄山西岩体对比，在划分白鑫滩岩体岩浆侵入期次的同时，探讨白鑫滩镁铁-超镁铁质岩体的岩浆源区与构造背景，为东天山地区含铜镍矿镁铁-超镁铁岩体的岩浆来源、区域构造演化提供新的证据，为进一步研究沙垅以西地区的成矿潜力提供初步资料。
1 区域地质背景东天山地区位于欧亚大陆腹地中亚造山带(图 1a)，准噶尔板块与塔里木板块之间(图 1b)。东天山地区主要包括三个构造单元，从北向南依次为博格达-哈尔里克构造带、觉罗塔格构造带和中天山地块(Qin et al., 2011)，广义的觉罗塔格构造带又分为梧桐窝子-小热泉子岛弧带、大南湖-头苏泉岛弧带、康古尔-黄山韧性剪切带和阿奇山-雅满苏岛弧带(王银宏等, 2014)。4条近东西向的大型断裂奠定了东天山造山带的基本构造格架，从北向南依次为大草滩断裂、康古尔塔格-黄山深大断裂、雅满苏断裂和阿奇库都克-沙泉子断裂。大草滩断裂以北为下泥盆统大南湖组火山岩和中泥盆统头苏泉组沉积岩；康古尔断裂以南的康古尔韧性剪切带则出露石炭系干墩组和梧桐窝子组，为一套复理石建造，后期叠加强烈韧性剪切变形；两条大断裂之间主要为石炭系企鹅山群，以中基性火山熔岩为主并夹少量碎屑岩(Yuan et al., 2007)；雅满苏断裂和阿齐克库都克断裂之间，出露地层为下石炭统雅满苏组中酸性火山岩、中石炭统土古土布拉克组钙质砾岩以及侏罗系煤窑沟组砂岩等；中天山地块位于阿齐克库都克断裂以南，由前寒武纪基底和奥陶纪岛弧火山岩组成(Zhou et al., 2004)。区内岩浆侵入活动剧烈，从超基性-酸性均有出露，以中酸性侵入岩为主，花岗岩出露最广，闪长岩次之，镁铁-超镁铁质岩体发育最少(王京彬和徐新, 2006; 周涛发等, 2010)。镁铁-超镁铁质岩体及相关的岩浆铜镍硫化物矿床主要集中在觉罗塔格构造带内，沿康古尔-黄山深大断裂呈串珠状分布，在北山裂谷带也有零星分布，如黄山东、黄山西和图拉尔根等大型岩浆铜镍硫化物矿床(图 1c)(秦克章等, 2002, 2007; 三金柱等, 2010; 邓宇峰等, 2011a, b; Deng et al., 2015)。
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图 1 中亚造山带地质简图(a, 据Hong et al., 2004)、新疆北部主要构造单元(b, 据新疆维吾尔自治区地质矿产局, 1993)和东天山区域地质简图(c, 据毛亚晶等, 2014) Fig. 1 Schematic geological map of the Central Asian belt (a, after Hong et al., 2004), main tectonic units of northern Xinjiang (b, after BGMRX, 1993) and simplified geological map of East Tianshan (c, after Mao et al., 2014) |
白鑫滩含铜镍矿镁铁-超镁铁岩体位于大南湖-头苏泉岛弧带内。大南湖-头苏泉岛弧位于吐哈盆地南缘，康古尔-黄山断裂以北，近东西向的大草滩断裂横穿岛弧，属于古生代岛弧带。区内奥陶系-石炭系主要出露火山岩-碎屑岩地层，由中-基性酸性火山岩、火山碎屑岩、碎屑岩、灰岩以及浊积岩等组成，火山岩属于岛弧拉斑系列和岛弧钙碱性系列；二叠系主要出露大热泉子组的砂岩和凝灰岩，阿其克布拉克组的砂岩和橄榄玄武岩夹火山凝灰岩(唐俊华等, 2006; 丁建华等, 2007; 毛启贵等, 2010)。大南湖-头苏泉岛弧带广泛发育古生代岛弧侵入岩，包括镁铁-超镁铁质岩和各类花岗质岩石，时代从奥陶纪一直持续到二叠纪，且头苏泉-大南湖成矿带是东天山地区重要的古生代多金属成矿带(陈富文等, 2005; 郭华春等, 2006; 毛启贵等, 2010; 冯延清等, 2017a, b)。早古生代侵入的基性-中酸性火山岩与块状硫化物成矿待有关，如小热泉子铜锌矿床、卡拉塔格铜多金属矿带(毛启贵等, 2010; 刘敏等, 2012)；石炭系侵入的中酸性岩与斑岩型Cu-Mo矿床的形成有关，如土屋-延东大型斑岩铜矿床、延西铜矿、赤湖和灵龙铜钼矿等(芮宗瑶等, 2001; 陈富文等, 2005; 张达玉等, 2010; 肖兵等, 2015)。二叠系侵入的镁铁-超镁铁质岩与岩浆型铜镍硫化物矿床有关，如白鑫滩铜镍硫化物矿床(李鑫等, 2014; 王亚磊等, 2015, 2016)。
2 白鑫滩岩体背景及岩石学特征含铜镍矿白鑫滩镁铁-超镁铁岩体位于东天山晚古生代大南湖-头苏泉泥盆纪岛弧内，大草滩断裂北侧(图 1c)。区内围岩地层为中奥陶统恰干布拉克组，岩体直接围岩为英安岩和火山角砾凝灰岩。岩体走向受区域构造线方向控制，平面上呈葫芦状，整体呈岩盆状分布，地表出露面积约为2.1km2。出露的主要岩石类型为辉长岩相，沿岩体走向，向南西方向岩石基性程度变大，主要岩石类型有辉长岩相、橄榄辉长岩相、斜长二辉橄榄岩相、含长橄榄二辉岩相，岩体西南方向有中酸性岩浆侵入，形成二长花岗岩和花岗闪长岩相(李鑫等, 2014; 王亚磊等, 2015, 2016)(图 2)。
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图 2 白鑫滩岩体地质简图及剖面图(据王亚磊等, 2015) 1-角闪辉长岩；2-橄榄辉长岩；3-斜长二辉橄榄岩；4-辉长岩；5-花岗闪长岩；6-二长花岗岩；7-英安斑岩；8-火山角砾凝灰岩；9-中奥陶统恰干布拉克组；10-铜镍矿体；11-地质界线及侵入界线；12-岩相界线；13-采样钻孔 Fig. 2 Simpfiled geological map and a cross section of the Baixintan intrusion rocks (after Wang et al., 2015) 1-hornblende gabbro; 2-olivine gabbro; 3-plagioclase lherzolite; 4-gabbro; 5-granodiorite; 6-monzogranite; 7-dacite porphyry; 8-volcanic breccia tuff; 9-Middle Ordovician Qiaganbulake Formation; 10-Cu-Ni sulfide ore body; 11-geological boundary and intrusive boundary; 12-transitional boundary; 13-sampling drilling |
辉长岩相分为顶部的角闪辉长岩和辉长岩。角闪辉长岩呈粗粒结构，块状构造，侵位于岩体顶部。主要由颗粒较大的斜长石(60%~65%)、辉石(15%~20%)和角闪石(10%~15%)组成，次要矿物为黑云母、白云母，斜长石双晶因为高岭土化而不明显(图 3a, g)。辉长岩具有细粒结构，块状构造，侵位于岩体底部。主要矿物有辉石(20%~30%)和基性斜长石(60%~70%)，次要矿物有角闪石和黑云母。他形的辉石包裹颗粒较小的板状长石，长石双晶发育明显，少具或不具环带，可发生绢云母化或帘石化使得颗粒变得浑浊(图 3e, h)。辉石多为单斜辉石，会发生一些纤维化的角闪石、绿泥石的蚀变。
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图 3 白鑫滩岩体岩相学特征 (a)角闪辉长岩，粗粒结构(正交偏光)；(b)橄榄辉长岩中辉石包裹橄榄石，辉长结构(正交偏光)；(c)斜长二辉橄榄岩中辉石与长石均可包裹橄榄石，包橄结构(正交偏光)；(d)含长橄榄二辉岩中金属硫化物充填在矿物颗粒间隙中(正交偏光)；(e)辉长岩中辉石包裹较小的长石颗粒(正交偏光)；(f)斜长二辉橄榄岩中的金属硫化物(反射光)；(g)橄榄辉长岩包裹浅部的角闪辉长岩包体；(h)底部的辉长岩脉穿插含长橄榄二辉岩.矿物缩写：Pl-斜长石；Hb-角闪石；Px-辉石；Ol-橄榄石；Sul-金属硫化物; Ccp-黄铜矿；Po-磁黄铁矿；Pn-镍黄铁矿；Mt-磁铁矿 Fig. 3 Texture photos of the rocks from Baixintan intrusion rocks (a) hornblende gabbro, coarse grained texture (crossed polars); (b) olivine embeded in pyroxene in olivine gabbro, gabbro texture (crossed polars); (c) olivine embeded in pyroxenes and plagioclases in plagioclase lherzolite, package throws structure (crossed polars); (d) interstitial sulfides between mineral grains clearance in Pl-lherzolite (crossed polars); (e) smaller plagioclase embeded in pyroxenes in gabbro (crossed polars); (f) interstitial sulfides in plagioclase lherzolite (reflected light); (g) the shallow hornblende gabbro enclaves in olivine gabbro; (h) the bottom gabbro interspersed Pl-lherzolite. Mineral abbreviations: Pl-plagioclase; Hb-hornblende; Px-pyroxene; Ol-olivine; Sul-sulfide; Ccp-copper pyrites; Po-pyrrhotite; Pn-pentlandite; Mt-magnetite |
橄榄辉长岩具有典型的辉长结构、包橄结构，块状构造。主要矿物有斜长石(40%~50%)、辉石(25%~30%)和橄榄石(15%~20%)。次要矿物有他形的角闪石和少量金属矿物。矿物通常发生较强蚀变。斜长石呈长条状、板状，有聚片双晶，部分长石发生了高岭土化。橄榄石大部分被镶嵌或包裹在斜长石、辉石中，橄榄石通常沿裂理和边缘发生蛇纹石化、滑石化，并且有铁质析出形成网状，有些表面因发生胶蛇纹石化，蚀变较强者仅保留其外形假象。辉石多呈他形晶，粒度大者常镶有浑圆状的橄榄石及斜长石存在(图 3b)。部分辉石发生滑石化、绿泥石化、纤闪石化等蚀变。
斜长二辉橄榄岩呈包橄结构，块状构造。主要矿物有辉石(25%~35%)和橄榄石(30%~40%)，次要矿物有斜长石(5%~10%)、暗色矿物(5%~10%)和一些金属硫化物(图 3c)。相较于橄榄辉长岩长石含量减少，橄榄石含量增加。橄榄石沿裂理及边缘发生蛇纹石化，并有铁质析出，呈黑色，蚀变较强者仅保留其外形假象。辉石相对较新鲜，常见辉石包裹浑圆状橄榄石颗粒。金属硫化物主要有磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿(图 3f)。
含长橄榄二辉岩呈包橄结构，块状构造。长石含量变化较大，靠近底部辉长岩的部分长石含量逐渐增多。主要矿物有辉石(30%~40%)、橄榄石(25%~35%)和长石(5%~20%)，次要矿物角闪石(5%~15%)。还有少量黑云母和金属硫化物。辉石常呈他形，单偏光下为微弱的淡绿至淡红色，可见一组完全解理，Ⅰ级紫红干涉色，正高突起，橄榄石呈浑圆状，单偏光下无色，无解理，Ⅱ级蓝绿干涉色，正高突起。角闪石呈他形，多色性明显，单偏光下呈红棕色，一般包裹有辉石和橄榄石颗粒(图 3d)。
岩体中主要含矿部位为斜长二辉橄榄岩相(图 2)，此次研究还发现底部的辉长岩中发育有星点状金属矿化。目前地表已圈定11个矿体，为中型铜镍硫化物矿床。以最大4号矿体为例，铜平均品位0.24%~0.73%，铜最高品位1.36%，镍平均品位0.27%~0.43%，镍最高品位0.78%。矿床主要矿石类型为浸染状矿石，局部见块状矿石，矿石矿物主要为磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿，有少量的紫硫镍矿(李鑫等, 2014)。
3 样品采集及分析方法样品采自白鑫滩岩体8号勘探线钻孔ZK0802和ZK0803的新鲜岩石，主要岩相有辉长岩相、橄榄辉长岩、斜长二辉橄榄岩和含长橄榄二辉岩。
测年样品为橄榄辉长岩。锆石制靶及阴极发光显微照相(CL图)是在廊坊市宏信地质勘查服务公司完成。制靶时选用的锆石为浅黄的-无色透明呈正方双锥状的自形晶体，晶形完好，透明度和色泽较好。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析在合肥工业大学资源与环境工程学院LA-ICP-MS实验室完成，锆石LA-ICP-MS U-Pb分析测试前分别用酒精和稀硝酸(5%)轻擦样品表面，以除去可能的污染。采用仪器为Agilent 7500a ICP-MS，采用He作为剥蚀物质载气，用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器最佳化。锆石年龄分析采用的光斑直径为30μm，并采用国际标准锆石91500作为外标标准物质，并每隔5个样品分析点测一次标准，每隔10个点进行仪器最佳化，确保标准和样品的仪器条件完全一致。样品的同位素数据处理采用ICPMS Data Cal(V8.6版)软件进行，普通铅校正采用的Andersen的方法(Andersen, 2004)，年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot(2.49版)进行(Ludwig, 2001)，实验过程中误差为1σ。
电子探针样品采自钻孔中新鲜的基性-超基性岩石。此次矿物化学分析主要是针对岩石中的橄榄石、辉石、长石和铬铁矿等矿物进行。矿物成分测试由合肥工业大学资源与环境工程学院电子探针实验室完成，仪器型号为JEOLJAX-8230，实验条件为:加速电压15kV，电子束流20nA，电子束斑为3μm。
主量元素和微量元素测试分析在广州澳实矿物实验室中心完成，其中主量元素使用ME-XRF06X荧光光谱仪进行X-射线荧光光谱法(XRF)测定，氧化物总量分析误差为1%~3%。其大致过程为：首先称取0.7g样品，然后加入适量硼酸高温熔融成玻璃片，最后在XRF上用外标法测定氧化物含量。微量元素的测定采用四酸消解法电感耦合等离子体质谱(ME-MS81)法，稀土元素的测定采用熔融法电感耦合等离子体质谱(ME-MS81)法，准确度控制相对误差(RE)%小于10%，精密度控制相对偏差(RD)%小于10%。
Rb-Sr、Sm-Nd同位素分析在核工业北京地质研究院分析测试研究中心测定。测试方法如下：准确称取0.1~0.2g粉末样品于低压密闭溶样罐中，准确加入铷锶或钐钕稀释剂，用混合酸(HF+HNO3+HClO4)溶解24h。待样品完全溶解后，蒸干，加入6mol/L的盐酸转为氯化物蒸干。用0.5mol/L的盐酸溶液溶解，离心分离，清液加入阳离子交换柱(φ0.5cm×15cm，AG50W×8(H+) 100~200目)，用1.75mol/L的盐酸溶液淋洗铷，用2.5mol/L的盐酸溶液淋洗锶。蒸干，质谱分析。同位素分析采用ISOPROBE-T热电离质谱计，单带，M+，可调多法拉第接收器接收。质量分馏用86Sr/88Sr=0.1194或146Nd/144Nd=0.7219校正，Rb-Sr标准测量结果：NBS987为0.710250±7实验室流程本底：Rb 2×10-10g Sr 2×10-10g。Sm-Nd标准测量结果：JMC为143Nd/144Nd=0.512109±3。全流程本底Sm、Nd小于50pg。
4 分析结果 4.1 锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄阴极发光图像显示，白鑫滩岩体橄榄辉长岩锆石外形特征主要以自形柱状晶体为主，颗粒长100~200μm，宽50~100μm，边界清晰、平直，柱面发育。生长环带多不清晰，和大多数镁铁-超镁铁岩体中锆石特征一致。对橄榄辉长岩中26个锆石分别进行了LA-ICP-MS U-Pb年龄测试，分析结果见表 1。样品锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄谐和图见图 4，得到橄榄辉长岩的206Pb/238U加权平均年龄为287.3±3.1Ma。锆石的形态，CL图像特征和Th/Ub比值表明白鑫滩岩体橄榄辉长岩的锆石均为岩浆结晶的产物，其锆石U-Pb谐和年龄(287.3±3.1Ma)可以代表成岩年龄。因此，白鑫滩岩体橄榄辉长岩成岩时代应为早二叠世，早于黄山东岩体(274±3Ma, 韩宝福等, 2004)和黄山西岩体(284±2.5Ma, Qin et al., 2003)。
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表 1 白鑫滩镁铁-超镁铁岩体橄榄辉长岩LA-ICP-MS U-Pb年龄分析结果 Table 1 LA-ICP-MS U-Pb data for zircon of the olivine gabbro of the Baixintan mafic-ultramafic intrusion rocks |
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图 4 白鑫滩镁铁-超镁铁岩体橄榄辉长岩锆石阴极发光照片和LA-ICP-MS U-Pb年龄谐和图 Fig. 4 CL images and LA-ICP-MS concordia U-Pb diagrams of zircons from the olivine gabbro of the Baixintan mafic-ultramafic intrusion |
单斜辉石普遍赋存在辉长岩、橄榄辉长岩、斜长二辉橄榄岩、含长橄榄二辉岩中，此次研究主要选取白鑫滩岩体中的单斜辉石矿物成分与黄山东、黄山西岩体中的单斜辉石矿物成分进行对比，具体电子探针分析结果见表 2，SiO2含量为51.41%~54.22%，Al2O3含量为1.39%~3.62%，TiO2含量变化明显为0.10%~1.12%，集中在0.55%~0.65%，Cr2O3含量为0.24%~0.68%，通过公式AlZ=Al(Ⅳ)×100/[Si+Al(Ⅳ)]计算得到AlZ的值为1.28~5.12，En的值为43.90~48.24。
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表 2 白鑫滩岩体单斜辉石成分特征(wt%) Table 2 Major elements content from Clinopyroxene of Baixintan intrusion (wt%) |
样品的主量元素分析结果见表 3，样品的SiO2含量集中在41.6%~47.9%，极个别大于50%，MgO含量为8.34%~27.5%，极个别低于8%，属于镁铁-超镁铁岩石范畴。在主量元素相关性图解中，白鑫滩岩体中的辉长岩、橄榄辉长岩、斜长二辉橄榄岩和含长橄榄二辉岩随着MgO含量的升高，Fe2O3T含量逐渐升高，SiO2、Al2O3、CaO含量有下降的趋势，这些特征表明它们是橄榄石、斜方辉石、单斜辉石为主的堆积相。与黄山东和黄山西岩体相比，白鑫滩岩体具有较低的SiO2含量和略高的Al2O3含量，可能为该岩体斜长石含量更多导致(图 5)。
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表 3 白鑫滩岩体主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析测试结果 Table 3 Contents of major oxides (wt%) and trace elements (×10-6) of the Baixintan intrusion |
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图 5 白鑫滩岩体主要氧化物相关关系图 数据来源：黄山东据邓宇峰等(2011a)；黄山西据邓宇峰等(2011b)；图 6、图 7、图 10-图 12同. 1-橄榄辉长岩；2-斜长二辉橄榄岩；3-含长橄榄二辉岩；4-辉长岩；图 10-图 12同 Fig. 5 The relevant figure of main composition in mineral from Baixintan pluton Data sources: the Huangshandong intrusions from Deng et al. (2011a); the Huangshanxi intrusions from Deng et al. (2011b); also in Fig. 6, Fig. 7, Fig. 10-Fig. 12. 1-olivine gabbro; 2-plagioclase lherzolite; 3-Pl-lherzolite; 4-gabbro; also in Fig. 10-Fig. 12 |
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图 6 白鑫滩岩体岩石原始地幔标准化微量元素蛛网图(a、c、e)和球粒陨石标准化稀土元素分布型式图(b、d、f)(标准化值据Sun and McDonough, 1989) (a、b)白鑫滩斜长二辉橄榄岩与黄山东二辉橄榄岩、黄山西二辉橄榄岩；(c、d)白鑫滩含长橄榄二辉岩与黄山东二辉橄榄岩、黄山西含长二辉岩和橄榄二辉岩；(e、f)白鑫滩辉长岩和橄榄辉长岩与黄山东角闪辉长岩和橄榄辉长岩、黄山西二辉橄榄岩. 1-斜长二辉橄榄岩；2-含长橄榄二辉岩；3-辉长岩和橄榄辉长岩 Fig. 6 Primitive mantle-normalized trace element diagram (a, c, e) and chondrite-normalized REE patterns (b, d, f) of the Baixintan pluton (normalization values from Sun and McDonough, 1989) (a, b) Baixintan plagioclase lherzolite, lherzolite of the Huangshandong intrusion and the Hangshanxi intrusion; (c, d) Baixintan Pl-lherzolite, lherzolite of the Huangshandong intrusion, plagioclase-bearing websterite, lherzolite of the Hangshanxi intrusion; (e, f) Baixintan gabbro and olivine gabbro, hornblende gabbro, olivine gabbro of the Huangshandong intrusion, lherzolite of the Hangshanxi intrusion. 1-plagioclase lherzolite; 2-Pl-lherzolite; 3-gobbro and olivine gabbro |
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图 7 εNd(t)-(87Sr/86Sr)(t)相关图 弧火山岩及深海沉积物数据来自Kesworth (1982)、Hickey et al. (1986)和Wilson (1989). 1-斜长二辉橄榄岩；2-含长橄榄二辉岩；3-辉长岩和橄榄辉长岩 Fig. 7 Diagram of εNd(t) vs. (87Sr/86Sr)(t) The data of the arc lavas and marine sediments from Kesworth (1982), Hickey et al. (1986) and Wilson (1989). 1-plagioclase lherzolite; 2-Pl-lherzolite; 3-gobbro and olivine gabbro |
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图 10 Al2O3-(TiO2+Cr2O3)相关图(a, 据Moghadam et al., 2010)和Ba/Nb-εNd(t)相关图(b, 据Li, 1995) Fig. 10 Diagram of Al2O3 vs. TiO2+Cr2O3 (a, after Moghadam et al., 2010) and diagram of Ba/Nb vs. εNd(t) (b, after Li, 1995) |
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图 11 La/Nb-La/Ba相关图(a, 据Fitton et al., 1991; 王亚磊等, 2015)和εNd(t)-(87Sr/86Sr)(t)相关图(b, 据Davies and von Blanckenburg, 1995) Fig. 11 Diagram of La/Nb vs. La/Ba (a, after Fitton et al., 1991; after Wang et al., 2015) and diagram of εNd(t) vs. (87Sr/86Sr)(t) (b, after Davies and von Blanckenburg, 1995) |
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图 12 白鑫滩岩体单斜辉石AlZ-TiO2图(据Loucks, 1990) Fig. 12 Diagram of clinopyroxene AlZ vs. TiO2 from Baixintan intrusion rocks (after Loucks, 1990) |
样品的微量元素和稀土元素分析结果见表 3，在原始地幔标准化蛛网图中(图 6a, c, e)，白鑫滩镁铁-超镁铁质岩总体上表现为大离子亲石元素(Rb、Ba、U、K)相对富集，而部分高场强元素(Nb、Ta、Ti)相对亏损。样品的球粒陨石标准化稀土元素图解显示(图 6b, d, f)，样品呈轻稀土略微富集的右倾样式，轻重稀土分馏程度较弱，Eu负异常不明显。这些特征与黄山东、黄山西岩体的分布特征相似，但白鑫滩岩体的微量与稀土元素总量要高于黄山东和黄山西岩体。
4.5 Sr-Nd同位素白鑫滩岩体的Sr-Nd同位素分析结果见表 4，样品中(87Sr/86Sr)i为0.704113~0.705682，εNd(287Ma)变化范围较小为2.84~5.05。在εNd(t)-(87Sr/86Sr)(t)图解中(图 7)白鑫滩岩体的样品投点大部分落在弧火山岩的区域。相对于黄山东、黄山西岩体显示更富集的同位素特征，即随着成岩年龄的增加，岩体具有更低的εNd(t)，较高的(87Sr/86Sr)(t)值。
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表 4 白鑫滩岩体Sr、Nd同位素分析数据 Table 4 Sr, Nd isotope data of the Baixintan intrusion |
黄山东、黄山西矿床是东天山库姆塔格沙垅以东地区产于镁铁-超镁铁岩体中的大型岩浆铜镍硫化物矿床，黄山东、黄山西岩体为同源岩浆经过多次深部分异多期侵入形成的复式岩体，原始岩浆来源于俯冲流体交代地幔，形成于碰撞后伸展环境(Xiao et al., 2008, 2009; 邓宇峰等, 2011a, b)。白鑫滩岩浆铜镍硫化物矿床成矿作用与镁铁-超镁铁岩体关系密切，目前对于白鑫滩岩体的岩浆侵入期次尚未明确划分，岩浆源区与构造背景有待深入，因此系统解释白鑫滩岩体的岩石成因，并与黄山东、黄山西岩体对比，可以深化对东天山沙垅以西地区含铜镍矿的镁铁-超镁铁质岩体的形成机制和成岩背景的认识。
5.1 白鑫滩岩体多期岩浆作用有研究表明，含岩浆铜镍硫化物矿床的镁铁-超镁铁侵入岩往往由多期次(阶段)岩浆侵位形成(Tao et al., 2008; 秦克章等, 2002; Mao et al., 2014)，如高辉等(2009)认为金川岩浆铜镍硫化物矿床的含矿岩体为一复式侵入体，至少存在四期岩浆侵入，是“小岩体成大矿”的重要因素；前人通过岩石学和岩相学特征将黄山东岩浆铜镍硫化物矿床分为四期岩浆侵入，工业矿体赋存在第一次、第二次、第三次侵入的岩石中，多期的岩浆侵入大大提高了矿石储量(李德惠等, 1989①)；毛亚晶等(2015)根据不同岩相中橄榄石、辉石(粒径、成分)的垂向和平面剖面变化，认为黄山西镁铁-超镁铁岩体由多期岩浆侵位形成，矿体主要赋存在第三期次底部，为区域找矿提供可靠的依据；Wang et al. (2010)利用亲铜元素地球化学研究认为峨眉山的金宝山铜镍硫化物矿床由多期岩浆作用形成，早期岩浆在上升过程中达到硫饱和并在深部发生硫化物熔离，晚期硫不饱和岩浆在上升过程中溶解了早期的硫化物，形成PGE亏损的母岩浆。多期岩浆作用可以提高Cu、Ni等金属元素含量，为岩浆铜镍硫化物矿床的形成提供物质基础，铜镍矿体可以赋存于其中一期或者多期岩相中，因此划分岩浆侵入期次可以为成矿作用研究提供重要依据。
① 李德惠等. 1989.黄山铜镍成矿带地质、地球物理和地球化学综合研究及找矿靶区优选报告.新疆305项目组报告, 1-418
白鑫滩岩体不同岩相之间呈渐变过渡或截然的侵入接触关系，截然的接触界线表明白鑫滩岩体中不同岩相之间不是由一期岩浆作用形成，而是由不同期次的岩浆侵入形成。通过对钻孔ZK0803的编录及岩相学鉴定可知白鑫滩岩体的主要岩相有角闪辉长岩、橄榄辉长岩、斜长二辉橄榄岩、含长橄榄二辉岩和辉长岩。顶部的角闪辉长岩与橄榄辉长岩矿物含量变化明显(图 3g、图 8)，并且矿物颗粒明显大于其它岩相(图 3a)，橄榄辉长岩中发育有角闪辉长岩包体(图 3g)，因此将角闪辉长岩化分为第一期次。橄榄辉长岩、斜长二辉橄榄岩和含长橄榄二辉岩中橄榄石和斜长石含量呈渐变式变化(图 8)，镜下矿物形态相似，均具有包橄结构，表明三者之间呈渐变过渡的接触关系，存在结晶分异作用，因此将其划分为第二期次。底部的辉长岩与含长橄榄二辉岩截然的接触关系及矿物成分和含量突变说明了两者属于不同的期次(图 8)，因此将底部的辉长岩单独划分为一个期次，钻孔观察发现辉长岩手标本中发育斜长辉石橄榄岩的包体，以及辉长岩脉穿插含长橄榄辉石岩(图 3h)，结合地质剖面图、不同岩相的包裹关系及手标本的穿插方式可以推断底部辉长岩为最后一期岩浆侵入形成。综上所得白鑫滩岩体初步划分为三期，即第一期为顶部的角闪辉长岩，第二期的橄榄辉长岩、斜长二辉橄榄岩和含长橄榄二辉岩，第三期为侵入到岩体底部的辉长岩。
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图 8 ZK0803钻孔柱状图及各岩相主要矿物含量统计 Fig. 8 Drilling histogram of ZK0803 and the main mineral content statistics of lithofacies |
近年来，关于东天山地区含铜镍矿的镁铁-超镁铁岩体的岩浆起源主要争论在是与塔里木地幔柱相关(Pirajno et al., 2008; Qin et al., 2011; 李文渊等, 2012; Su et al., 2011, 2012)，还是来自俯冲流体交代地幔(王京彬和徐新, 2006; Mao et al., 2008; Xiao et al., 2009; Deng et al., 2015)。白鑫滩岩体中微量元素Nb、Ta、Ti的亏损可以指示原始岩浆源于俯冲流体交代地幔，也可能与地壳同化混染有关(Wilson, 1989)。同位素含量也易受地壳同化混染的影响。从SiO2-εNd(t)相关图和La/Sm-εNd(t)相关图(图 9)中白鑫滩岩体εNd(t)值随着SiO2和La/Sm的变化没有呈线性分布关系，指示了地壳同化混染并没有影响白鑫滩岩体的同位素比值，因此白鑫滩岩体同位素能反应该岩体的岩浆源区特征。微量元素和同位素组成都表明白鑫滩岩体与黄山东-黄山西岩体具有相似的地球化学特征，均与俯冲有关的弧火山岩岩浆有相似的地球化学特征(图 6、图 7)。在单斜辉石Al2O3-(TiO2+Cr2O3)相关图中可以看出白鑫滩岩体与黄山东-黄山西岩体均都落入N-MORB和弧后玄武岩区域中(图 10a)，并且在Ba/Nb-εNd(t)相关图中，白鑫滩与黄山东和黄山西岩体一样落入到岛弧火山岩区域(图 10b)，岛弧火山岩岩浆与俯冲作用有关，暗示白鑫滩岩体也是和黄山东-黄山西岩体的原始岩浆一样源于受俯冲改造过的交代地幔，即来自岩石圈与软流圈物质相互作用的产物。
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图 9 SiO2-εNd(t)相关图(a)和La/Sm-εNd(t)相关图(b) 1-斜长二辉橄榄岩；2-含长橄榄二辉岩；3-辉长岩 Fig. 9 Diagram of SiO2 vs. εNd(t) (a) and diagram of La/Sm vs. εNd(t) (b) 1-plagioclase lherzolite; 2-Pl-lherzolite; 3-gobbro |
但是从白鑫滩岩体岩石微量元素原始地幔标准化蛛网图和稀土元素球粒陨石标准化分布型式图(图 6)中可以看出白鑫滩岩体的微量与稀土元素总量要高于黄山东和黄山西岩体，相对更加富集不相容元素。在εNd(t)-(87Sr/86Sr)(t)图解中白鑫滩岩体相对于黄山东-黄山西岩体更加远离MORB，并且白鑫滩岩体的成岩年龄要略大于黄山东-黄山西岩体，随着成岩年龄的增加，岩体具有更低的εNd(t)，较高的(87Sr/86Sr)(t)值(图 7)，这些特征都说明黄山东与黄山西岩体更接近亏损地幔，指示二者具有更多的软流圈地幔物质，白鑫滩岩体则具有更多的岩石圈地幔的性质。研究表明La、Ba和Nb之间由于具有相似的分配系数，分离结晶作用不会影响岩浆中La/Nb和La/Ba的比值，且岩浆演化过程中同化混染作用较弱，故利用这些元素的比值可以指示其岩浆源区性质(Saunders et al., 1992; Woodhead et al., 2001)。结合上述讨论，La/Nb-La/Ba相关图表明白鑫滩岩体岩浆主要来源于俯冲交代的岩石圈地幔，而软流圈地幔可能有少量的参与(图 11a)。图 11b说明白鑫滩岩体与黄山东、黄山西岩体相比原始岩浆中具有更多的岩石圈物质加入。综上可知白鑫滩岩体原始岩浆来源于岩石圈地幔与软流圈地幔相互作用的产物，软流圈物质加入相对黄山东和黄山西岩体较少。
5.3 白鑫滩岩体构造背景笔者测得白鑫滩岩体橄榄辉长岩年龄为287.3±3.1Ma，岩体侵位于早二叠世。早于黄山东岩体(274±3Ma)与黄山西岩体(284±2.5Ma)年龄，晚于该地区岛弧火山岩(320~322Ma)、岛弧花岗岩(316~328Ma)和含矿斑岩侵入体(326~334Ma)的年龄，与A型花岗岩和双峰式火山岩(284~294Ma)的年龄基本一致(表 5)。一些学者利用地球化学特征证实东天山地区含铜矿化的玄武岩的形成于晚石炭世的后碰撞伸展阶段，与玄武岩对应的镁铁-超镁铁质岩石可能形成于同样的背景下(袁峰等, 2007, 2010)。
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表 5 东天山地区成岩年龄统计表 Table 5 Statistics of diagenesis age in East Tianshan |
并且有研究表明，碰撞后伸展环境下的形成的岩浆与岛弧火山岩具有相似的地球化学特征(Aldanmaz et al., 2000; Wang et al., 2004)。从白鑫滩岩体单斜辉石的Alz-TiO2相关图中可以看出白鑫滩岩体并不具有岛弧堆晶岩的趋势，而是与黄山东岩体一致，具有裂谷和蛇绿岩的堆晶趋势(图 12)。东天山地区蛇绿岩发育时代约336~503Ma(肖文交等, 2006)，且白鑫滩岩体不具有蛇绿岩的岩相学特征，所以白鑫滩岩体是拉张应力下形成的裂谷环境。张达玉(2012)认为东天山地区觉罗塔格造山带的演化过程不是两大板块(西伯利亚板块与塔里木板块)之间强烈汇聚的陆-陆碰撞造山过程，而是两个板块之间存在的多个地块的增生造山过程。其中与觉罗塔格造山带有关的微陆块为中天山地块与准噶尔地块，在晚泥盆世觉罗塔格地区为北部洋壳和中天山陆壳缝合带，大南湖-头苏泉岛弧等岛弧体系初步形成；早石炭世处于弧后盆地环境；晚石炭世-早二叠世为后碰撞环境(韩宝福等, 2004; 王京彬和徐新, 2006; 顾连兴等, 2006; Mao et al., 2008)。在早二叠世的后碰撞阶段觉罗塔格地区经历了短暂的岩石圈加厚拆沉，此时在拉张环境下，软流圈地幔物质上涌，岩石圈地幔物质发生部分熔融，从而形成众多的镁铁-超镁铁岩体(邓宇峰等, 2011a)，其中白鑫滩岩体就在此构造背景下形成。综上，白鑫滩岩体形成于后碰撞拉张环境。
6 结论(1) 白鑫滩镁铁-超镁铁质岩体主要由早期的角闪辉长岩，中期的橄榄辉长岩、斜长二辉橄榄岩和含长橄榄二辉岩及晚期的辉长岩三期岩浆侵入形成。
(2) 白鑫滩岩体的原始岩浆为岩石圈地幔与软流圈地幔相互作用的产物，相对于成岩年龄较小的黄山东和黄山西岩体，白鑫滩岩体地幔源区中软流圈地幔物质的参与相对较少。
(3) 白鑫滩岩体橄榄辉长岩形成于287.3±3.1Ma，构造背景为后碰撞拉张环境。
致谢 本文的研究得到了新疆地矿局第一区域地质大队工程技术人员的大力支持，河海大学颉炜副教授的野外指导，合肥工业大学资源与环境工程学院矿床成因与勘查技术研究中心(ODEC)汪方跃副研究员和锆石LA-ICP-MS测年实验室李全忠副研究员的帮助以及匿名审稿人对本文提出的宝贵修改意见，在此作者表示衷心感谢！
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