东天山黄山南镁铁-超镁铁岩体的岩浆演化过程:矿物学、Sr-Nd同位素特征的指示

引用本文

尤敏鑫, 李厚民, 王亚磊. 2018. 东天山黄山南镁铁-超镁铁岩体的岩浆演化过程:矿物学、Sr-Nd同位素特征的指示. 岩石学报, 34(11): 3422-3432

You MX, Li HM and Wang YL. 2018. Magma evolution of Huangshannan mafic-ultramafic intrusion in East Tianshan region: Indication from mineralogy and Sr, Nd isotopic characteristics. Acta Petrologica Sinica, 34(11): 3422-3432(in Chinese with English abstract)

东天山黄山南镁铁-超镁铁岩体的岩浆演化过程:矿物学、Sr-Nd同位素特征的指示

尤敏鑫 , 李厚民 , 王亚磊

中国地质科学院矿产资源研究所, 自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037

2018-03-18 收稿; 2018-08-23 改回.

基金项目: 本文受国土资源部公益性行业科研专项项目（201511020）和国家自然科学基金项目（41602094、41603050）联合资助

第一作者简介: 尤敏鑫, 男, 1989年生, 博士生, 助理研究员, 从事岩浆矿床成矿与找矿研究, E-mail:youminxin_cgs@163.com

摘要：黄山南镁铁-超镁铁质岩体位于东天山造山带觉罗塔格构造带内，属于土墩-黄山-图拉尔根镁铁-超镁铁质岩带。本文在前人研究的基础上，从橄榄石、辉石矿物学组成和全岩Sr、Nd同位素等方面对黄山南岩体进行了分析研究，并与黄山、黄山东、香山等典型含矿岩体作了对比，旨在进一步查明黄山南岩体的岩浆源区和母岩浆性质及其岩浆演化过程。Sr-Nd同位素特征表明黄山南岩体来自一个弱亏损的地幔源区，相较黄山、黄山东、香山等岩体的源区具有更加富集的特征。黄山南岩体中的橄榄石属于贵橄榄石，斜方辉石主要为古铜辉石，少数为紫苏辉石，单斜辉石主要为顽透辉石、普通辉石和少数的透辉石。单斜辉石和橄榄石的成分特征表明形成黄山南岩体的母岩浆为演化程度较低的拉斑玄武质岩浆，且母岩浆成分具有高Mg、高Ni的特点。计算得到黄山南岩体母岩浆的FeO^T=13.20%、MgO=16.96%、Ni=377.2×10^-6，且母岩浆在结晶分异过程中没有经历充分的硫化物熔离作用，这也是造成母岩浆中Ni含量较高以及岩体含矿性较差的主要因素。

关键词: 东天山黄山南镁铁-超镁铁岩岩浆演化

Magma evolution of Huangshannan mafic-ultramafic intrusion in East Tianshan region: Indication from mineralogy and Sr, Nd isotopic characteristics

YOU MinXin, LI HouMin, WANG YaLei

MNR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Resource Assessment, Institute of Mineral Resources, CAGS, Beijing 100037 China

Abstract: The Huangshannan mafic-ultramafic intrusion, located in the Jueluotage tectonic zone, East Tianshan orogenic belt, belongs to the Tudun-Huangshan-Tulaergen mafic-ultramafic rock belt. Based on previous research work, the mineral compositions of olivines and pyroxenes of this intrusion, as well as its whole rock Sr-Nd isotopic characteristics were studied in this paper. Further more, by comparison with typical intrusions in the same region, such as the Huangshan, the Huangshandong and the Xiangshan, we try to find its magma source, and to detect the properties and the evolutionary process of its parental magma. The results of Sr-Nd isotopic characteristics of the Huangshannan intrusion indicate that its source comes from a slightly depleted mantle, which is a more enriched mantle source compared with those for the Huangshan, the Huangshandong and the Xiangshan intrusions. All of the olivines from the Huangshannan intrusion are chrysolite. The orthopyroxenes are mainly composed of broncite, with small amount of amblystegite. The clinopyroxenes mainly consist of augite and diopside. The compositions of clinopyroxene and olivine indicate that the parental magma of the Huangshannan intrusion is tholeiitic basalt magma with a low evolution degree, with High Mg and Ni contents. The calculated contents of the parental magma of the Huangshannan intrusion is as follows:FeO^T=13.20%, MgO=16.96%, Ni=377.2×10^-6. We also realize that the parental magma doesn't experience a sufficient sulfide segregation process, which dominantly lead to the high Ni content in its parental magma and poor metallogenetic potentiality of the Huangshannan intrusion.

Key words: East Tianshan Huangshannan Mafic-ultramafic rocks Magma evolution

镁铁-超镁铁岩是岩浆型铜镍硫化物矿床的重要赋矿围岩，东天山造山带内分布了一系列镁铁-超镁铁质岩体，包括土墩、香山、黄山、黄山南、黄山东、葫芦、串珠、马蹄、图拉尔根等10多个岩体(图 1)。这些镁铁-超镁铁质岩体沿觉罗塔格构造带分布，构成了土墩-黄山-图拉尔根镁铁-超镁铁岩带，它们的普遍含矿使得东天山地区成为我国重要的铜镍资源产地之一，已探明镍金属量超过100万吨(王亚磊等，2016)。前人对该地区典型的含矿镁铁-超镁铁质岩体(如黄山、黄山东、香山、图拉尔根)的形成时代、成岩成矿过程及构造背景等问题做了大量的研究工作(Zhou et al., 2004; 韩宝福等, 2004; 三金柱等, 2010; Qin et al., 2011; Tang et al., 2013; Deng et al., 2014; 孙涛等, 2014)。与上述东天山地区典型的含矿镁铁-超镁铁质岩体相比，黄山南岩体的研究程度相对较低。近年来，陆续有学者对黄山南岩体的年代学、岩石学、岩石地球化学、矿物学等方面进行了研究(范亚洲等, 2014; Zhao et al., 2015, 2016; Mao et al., 2016; 尤敏鑫等, 2017)，认为黄山南岩体为多期岩浆活动的产物，且其在成岩成矿时代、岩浆源区、岩浆演化过程及构造背景等方面与黄山、黄山东等典型镁铁-超镁铁质岩体关系密切，其母岩浆在上升过程中经历了地壳混染作用(Mao et al., 2016; 尤敏鑫等, 2017)。本文在此基础上，通过对比研究黄山南和黄山、黄山东、香山等典型含矿岩体的矿物学和Sr、Nd同位素特征，阐述了黄山南岩体与其它典型岩体之间的差异，进一步探讨了黄山南岩体的源区性质、母岩浆成分及岩浆演化进程，以及其对成岩成矿作用可能造成的影响。

图 1 东天山地区构造简图及镁铁-超镁铁质岩体分布图(据Tang et al., 2013; 毛亚晶, 2014) Fig. 1 Tectonic framework of the East Tianshan region and the distribution of mafic-ultramafic intrusions in this region (after Tang et al., 2013; Mao, 2014)

1 区域及岩体地质

以康古尔黄山断裂和沙泉子断裂为界，东天山造山带从北向南可依次划分为大南湖岛弧带、觉罗塔格构造带和中天山地块三个构造单元(图 1)。黄山南含矿镁铁-超镁铁质岩体在大地构造位置上位于觉罗塔格构造带的次级构造单元康古尔-黄山韧性剪切带内。该剪切带是东天山区域内规模最大的断裂，是一条多期活动且持续时间很长的韧性剪切变形变质带，以强烈挤压、走滑兼韧性剪切为特征，其主体断裂上派生出一系列次级断裂构造控制了本区的火山喷发及岩浆侵入活动(毛亚晶，2014)。在觉罗塔格构造带内部及其两侧，分布有一系列含铜镍矿镁铁-超镁铁质岩体，如土墩、黄山、黄山东、香山、图拉尔根、天宇、白石泉等，构成了土墩-黄山-图拉尔根镁铁-超镁铁岩带，这些含矿镁铁-超镁铁质岩体受康古尔-黄山断裂及其次级断裂控制。东天山地区出露的地层主要为古生界下石炭统雅满苏组、中石炭统干墩组和梧桐窝子组。其中，中石炭统干墩组主要为一套厚度巨大的火山碎屑岩和含炭硅质岩沉积建造，以黑色、深灰色硅质岩及硅质凝灰岩、变质粉砂岩-细砂岩、砾岩夹结晶灰岩为主。

黄山南镁铁-超镁铁质岩体平面上呈透镜状，面积约4km²，侵位于中石炭统干墩组(C₂g)地层中，可见岩体与围岩明显的侵入接触关系，接触带围岩有明显的热接触变质作用。岩体由镁铁质岩相和超镁铁质岩相组成，其中镁铁质岩相在岩体东西两边都有分布，而超镁铁质岩相主要分布于岩体的东部，岩体的基性程度自西向东有增高的趋势(图 2)。岩体西北部出露较差，被第四系覆盖其中，超镁铁岩相包括橄榄辉石岩、橄榄辉石岩；镁铁质岩相包括辉长闪长岩、角闪辉长岩、辉长苏长岩等岩石类型。岩石岩相学特征详见尤敏鑫等(2017)。

图 2 黄山南镁铁-超镁铁质岩体地质图(据徐明星和李忠权, 1992；范亚洲等, 2014) 1-第四系；2-中石炭统干墩组；3-辉长闪长岩；4-角闪辉长岩；5-辉长苏长岩；6-橄榄辉石岩；7-辉石橄榄岩 Fig. 2 Geological map of the Huangshannan mafic-ultramafic intrusion (after Xu and Li, 1992; Fan et al., 2014) 1-Quaternary; 2-Gandun Formation of Middle Carboniferous; 3-gabbro diorite; 4-hornblende gabbro; 5-gabbronorite; 6-olivine pyroxenite; 7-lherzolite

2 样品及分析测试方法

本次所分析样品主要采集于黄山南岩体地表较新鲜镁铁-超镁铁质岩石，样品主要岩石类型为橄榄辉石岩，辉石橄榄岩和角闪辉长岩等。造岩矿物成分分析在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验完成，使用仪器为JXI-8100型电子探针，加速电压15kV，束电流为1.0×10^-8A，束斑直径1μm。

Sr、Nd分离方法见宗春蕾等(2012)。Sr、Nd同位素测试在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成，分析仪器为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。该仪器测量标样AGV-2的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值为0.703909±11, ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值为1.502799±4；标样BHVO-2的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值为0.703442±9, ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值为0.512970±4，与标样的推荐值在误差范围内一致。测试方法及具体参数见王亚磊等(2016)。

3 分析结果 3.1 橄榄石成分分析结果

橄榄石电子探针分析结果见表 1。黄山南岩体中橄榄石的Fo值介于74.27~88.42之间，均属贵橄榄石。其中基性程度较高的辉石橄榄岩的橄榄石Fo值介于85.80~88.21，平均为86.90；橄榄辉石岩的橄榄石Fo值介于74.27~88.42之间，平均为84.98；基性程度较低的角闪辉长岩的橄榄石Fo值为介于82.39~83.74之间，平均为83.09。橄榄石Ni含量具有较大的变化范围：542×10^-6~3104×10^-6。其中，辉石橄榄岩中橄榄石的Ni含量相对较高，为684×10^-6~2892×10^-6，平均为1694×10^-6；橄榄辉石岩中橄榄石Ni含量介于542×10^-6~3104×10^-6，平均值为1948×10^-6；角闪辉长岩中橄榄石Ni含量为974×10^-6~1988×10^-6，平均为1544×10^-6。具有最高Ni含量的橄榄石出现在橄榄辉石岩中，其Ni含量高达3104×10^-6。

表 1 黄山南岩体橄榄石电子探针分析结果 Table 1 Electron microprobe analysis results of olivines from the Huangshannan intrusion

测点号	岩性	Na₂O	K₂O	MnO	SiO₂	CaO	FeO	MgO	TiO₂	Cr₂O₃	Al₂O₃	P₂O₅	NiO	Total	Fo	Ni	Mn
测点号	岩性	(wt%)													Fo	(×10^-6)
HSN-17-1	辉石橄榄岩	0.061	0.008	0.13	40.75	0.013	13.46	47.16	0.018	0.052	—	0.009	0.31	101.96	86.32	2436	1007
HSN-17-1		—	—	0.206	41.17	0.003	12.34	47.87	0.012	—	—	0.026	0.205	101.83	87.47	1611	1595
HSN-17-3		0.047	0.005	0.227	40.63	0.004	13.74	46.12	0.008	—	0.014	—	0.178	100.98	85.80	1399	1758
HSN-17-4		—	0.003	0.195	38.16	0.023	11.45	47.56	—	0.052	0.012	—	0.308	97.77	88.21	2420	1510
HSN-17-5		0.003	0.009	0.022	40.99	0.025	11.97	47.75	—	0.146	0.038	0.017	0.368	101.35	87.77	2892	170.4
HSN-17-7		0.001	0.006	0.076	41.06	0.008	12.99	46.71	—	—	0.005	0.02	0.226	101.10	86.62	1776	588.6
HSN-17-8		0.027	0.004	0.162	41.07	—	12.35	47.40	0.005	0.042	0.019	0.023	0.347	101.44	87.36	2727	1255
HSN-19-1		0.015	—	0.032	41.98	1.614	12.10	45.64	—	0.042	0.003	0.026	0.253	101.70	87.16	1988	247.8
HSN-19-1		0.039	—	0.238	37.74	0.02	12.93	48.04	0.022	—	0.023	0.031	0.154	99.23	86.99	1210	1843
HSN-19-1		0.003	—	0.151	40.39	0.011	13.46	46.57	0.039	—	0.02	0.014	0.214	100.87	86.16	1682	1169
HSN-19-1		—	—	0.173	40.06	0.047	12.77	46.42	0.001	—	0.009	0.054	0.166	99.71	86.74	1304	1340
HSN-19-2		0.016	0.017	—	41.31	0.007	12.96	46.77	0.015	—	0.009	0.031	0.232	101.37	86.66	1823	—
HSN-19-3		0.001	0.019	0.238	40.81	0.002	12.61	46.62	0.022	—	0.034	—	0.178	100.53	86.93	1399	1843
HSN-19-4		—	—	0.065	40.28	—	12.82	46.54	—	—	0.014	0.003	0.157	99.87	86.73	1234	503.4
HSN-19-5		0.027	—	0.043	40.59	—	12.46	46.25	—	—	0.001	0.066	0.169	99.61	86.98	1328	333.0
HSN-19-6		—	—	0.249	41.05	0.016	13.05	47.39	—	—	0.001	—	0.087	101.86	86.73	683.6	1928
HSN-19-7		—	0.008	0.108	40.90	0.005	12.66	46.76	—	0.052	0.007	0.051	0.172	100.72	86.92	1352	836.4
HSN-19-8		0.006	—	0.065	40.01	—	12.99	46.74	—	0.094	0.017	—	0.13	100.05	86.62	1022	503.4
HSN-19-9		0.013	—	0.184	40.27	0.002	12.67	47.08	0.005	0.052	—	0.014	0.241	100.53	87.00	1894	1425
HSN-01-3	橄榄辉石岩	—	—	0.331	38.84	0.135	23.26	38.45	0.031	—	0.01	0.034	0.111	101.20	74.84	872.2	2563
HSN-01-5		—	0.01	0.235	38.05	0.637	25.40	37.26	0.013	0.08	0.027	0.008	0.075	101.81	72.53	589.3	1820
HSN-01-7		—	—	0.235	39.06	0.145	23.54	38.65	0.027	—	0.022	0.059	0.165	101.90	74.72	1297	1820
HSN-02-1		0.033	0.03	0.173	39.28	0.004	14.57	41.45	—	1.286	0.041	—	0.223	97.08	83.66	1752	1340
HSN-02-2		0.015	0.014	—	40.59	0.01	13.15	47.62	—	0.021	0.026	0.069	0.287	101.80	86.70	2255	—
HSN-02-3		0.032	0.004	0.065	38.50	0.132	14.03	44.76	0.032	0.405	0.046	0.026	0.208	98.23	85.17	1634	503.4
HSN-02-4		0.038	0.008	0.173	40.75	0.044	11.91	47.80	—	—	0.093	0.003	0.395	101.21	87.84	3104	1340
HSN-05-1		0.018	0.006	0.299	39.13	0.122	24.23	38.85	0.011	—	0.019	0.073	0.069	102.83	74.27	542.2	2316
HSN-32-1		0.026	—	0.097	39.63	—	12.30	46.24	—	—	0.033	0.077	0.339	98.74	87.13	2664	751.2
HSN-32-1		0.01	—	0.086	40.73	0.007	11.94	48.05	0.012	—	0.025	0.011	0.219	101.09	87.87	1721	666.0
HSN-32-2		0.055	0.001	0.226	40.51	0.005	12.30	48.16	—	0.042	0.007	0.04	0.219	101.57	87.57	1721	1750
HSN-32-3		—	0.001	0.108	39.79	0.006	11.42	47.36	0.007	—	0.016	0.017	0.3	99.04	88.18	2357	836.4
HSN-32-4		0.024	—	0.011	40.93	—	11.39	47.68	0.004	—	—	0.037	0.288	100.37	88.28	2263	85.19
HSN-32-5		0.035	0.002	0.064	40.86	—	12.39	47.49	—	0.062	0.032	—	0.368	101.30	87.34	2892	495.7
HSN-32-6		—	—	0.097	41.52	0.023	11.81	48.71	0.036	0.104	—	—	0.282	102.59	88.13	2216	751.2
HSN-32-7		0.008	—	0.194	40.70	—	10.95	46.42	—	0.136	0.004	0.02	0.336	98.77	88.42	2640	1502
HSN-32-8		0.008	—	0.194	40.70	—	10.95	46.42	—	0.136	0.004	0.02	0.336	98.77	88.42	2640	1502
HSN-32-9		0.011	0.002	0.151	41.09	—	12.37	47.54	0.04	0.042	0.002	—	0.258	101.50	87.37	2027	1169
HSN-26-1	角闪辉长岩	—	—	0.173	40.05	—	15.76	44.02	0.016	0.062	0.016	—	0.124	100.23	83.41	974.4	1340
HSN-26-9		—	—	0.313	40.61	0.003	16.70	44.73	0.003	—	0.038	0.003	0.172	102.57	82.82	1352	2424
HSN-27-2		0.072	0.002	0.151	39.76	—	17.01	44.21	0.026	0.031	—	—	0.202	101.46	82.39	1587	1169
HSN-27-3		0.012	—	0.227	39.83	0.001	16.04	44.62	—	—	0.016	—	0.178	100.92	83.36	1399	1758
HSN-27-6		—	0.003	0.054	40.25	0.001	15.61	44.64	0.015	0.021	—	—	0.253	100.84	83.74	1988	418.2
HSN-27-7		0.036	0.009	0.043	38.26	0.033	15.82	42.38	0.015	0.392	0.055	0.037	0.25	97.33	82.83	1964	333.0

表 1 黄山南岩体橄榄石电子探针分析结果 Table 1 Electron microprobe analysis results of olivines from the Huangshannan intrusion

整体上讲，黄山南岩体橄榄石的Fo值与SiO₂、NiO含量呈正相关(图 3a, b)，而与MnO、CaO含量呈负相关(图 3c, d)。样品橄榄石Fo值和Ni含量具有明显的正相关关系(图 3b)，随着岩石基性程度的降低，其橄榄石Fo值和Ni含量也具有随之降低的趋势。橄榄石Fo与氧化物之间较好的相关性表明橄榄石应为同一母岩浆结晶的产物(徐刚等，2012；王博林等，2017)。橄榄辉石岩中具有较低Fo值的橄榄石可能是原始岩浆在深部岩浆房中经过结晶分异作用后形成的残余岩浆的产物。

图 3 黄山南岩体橄榄石成分相关性图解 Fig. 3 Compositional correlation diagrams of olivine from the Huangshannan mafic-ultramafic intrusion

3.2 辉石成分分析结果

黄山南岩体的辉石主要为斜方辉石(Opx)和单斜辉石(Cpx)，电子探针分析结果见表 2、表 3。

表 2 黄山南岩体斜方辉石电子探针分析结果(wt%) Table 2 Electron microprobe analysis results of orthopyroxenes from the Huangshannan intrusion (wt%)

测点号	岩性	Na₂O	K₂O	MnO	SiO₂	CaO	FeO	MgO	TiO₂	Cr₂O₃	Al₂O₃	P₂O₅	NiO	Total
HSN-17-6	辉石橄榄岩	0.053	0.013	0.12	55.61	1.38	7.04	32.42	0.142	0.267	2.43	0.02	0.16	99.66
HSN-17-9		0.076	0.009	0.207	56.14	1.41	7.06	32.67	0.116	0.278	1.48	—	0.097	99.55
HSN-17-1		0.025	0.002	0.272	55.87	1.38	7.11	32.18	0.182	0.352	2.20	0.017	0.073	99.66
HSN-05-1	橄榄辉石岩	0.075	0.007	0.356	56.33	1.07	12.64	28.83	0.202	0.021	1.16	—	—	100.69
HSN-05-2		0.045	0.003	0.227	55.53	0.69	12.74	29.34	0.233	—	1.29	—	0.024	100.12
HSN-05-3		0.05	—	0.302	54.67	0.63	12.98	29.32	0.191	0.031	1.19	—	0.072	99.43
HSN-05-6		0.063	0.024	0.119	55.02	2.53	12.58	27.95	0.162	0.146	1.21	0.04	—	99.83
HSN-05-8		0.009	—	0.227	53.53	1.25	13.33	28.38	0.214	0.177	1.28	0.011	—	98.42
HSN-27-1	角闪辉长岩	0.076	0.001	0.206	54.29	1.28	10.81	30.43	0.278	0.137	3.25	—	0.057	100.81
HSN-27-4		0.005	0.009	0.174	54.46	1.35	9.60	30.08	0.223	0.296	3.21	0.035	0.109	99.55
HSN-27-5		0.15	0.009	—	55.12	1.79	9.43	30.40	0.151	0.244	2.69	—	—	99.99
HSN-27-8		0.147	0.009	0.152	55.42	0.97	9.98	30.26	0.095	0.085	2.48	0.026	0.057	99.68
HSN-27-9		0.081	0.002	0.13	54.27	1.11	10.44	29.80	0.212	0.317	3.25	0.009	0.082	99.71
HSN-27-1		—	0.011	0.261	55.03	1.43	9.60	30.04	0.19	0.106	2.49	—	0.091	99.24
HSN-26-1		0.059	—	0.011	55.17	1.58	9.63	30.16	0.228	0.212	2.87	0.02	0.042	99.98
HSN-26-2		0.079	0.017	0.076	54.30	0.86	10.23	30.11	0.203	0.37	2.71	—	0.024	98.98
HSN-26-3		0.071	0.003	0.054	55.26	1.46	9.66	31.03	0.202	0.297	2.53	—	0.024	100.59
HSN-26-4		0.01	0.008	0.076	54.46	1.37	9.58	29.85	0.189	0.244	2.53	—	0.057	98.37
HSN-26-5		0.065	0.007	0.12	55.35	1.35	9.76	30.83	0.224	0.244	2.55	0.006	0.015	100.52
HSN-26-6		0.081	0.021	0.239	55.04	1.72	10.16	29.63	0.176	0.138	2.35	0.014	—	99.57
HSN-26-7		0.029	0.003	0.054	54.80	1.38	10.14	30.36	0.229	0.095	2.82	0.038	0.006	99.95
HSN-26-8		0.091	0.011	0.141	55.17	1.58	10.02	30.59	0.16	0.18	2.76	0.032	0.094	100.82

表 2 黄山南岩体斜方辉石电子探针分析结果(wt%) Table 2 Electron microprobe analysis results of orthopyroxenes from the Huangshannan intrusion (wt%)

表 3 黄山南岩体单斜辉石电子探针分析结果(wt%) Table 3 Electron microprobe analysis results of clinopyroxenes from the Huangshannan intrusion (wt%)

斜方辉石在辉石橄榄岩、橄榄辉石岩、角闪辉长岩中均有出现。斜方辉石SiO₂含量为53.53%~56.33%，MgO含量为27.95%~32.67%，FeO含量为7.04%~13.33%，CaO含量为0.63%~2.53%，Al₂O₃含量为1.16%~3.25%；Cr₂O₃和TiO₂含量均较低，分别介于0.02%~0.37%和0.10%~0.28%之间(表 2)。

单斜辉石主要来自于橄榄辉石岩中。而单斜辉石的SiO₂含量为52.65%~55.05%，MgO含量为15.57%~20.07%，FeO含量为4.42%~6.79%，CaO含量为11.92%~22.55%，Al₂O₃含量为1.54%~5.05%，Cr₂O₃含量为0.04%~0.14%，TiO₂含量为0.29%~0.62% (表 3)。

从黄山南岩体辉石组分相关性图解中可以看出，斜方辉石和单斜辉石的Al₂O₃和TiO₂含量存在明显的正相关关系(图 4a, b)，Al₂O₃和Cr₂O₃之间具有明显的负相关关系(图 4c, d)；MgO和CaO含量之间总体呈负相关(图 4e, f)。

图 4 黄山南岩体辉石组分相关性图解 Fig. 4 Compositional correlation diagrams of pyroxenes from the Huangshannan mafic-ultramafic intrusion

如图 5所示，按照Morimoto (1988)的分类方案，黄山南镁铁-超镁铁质岩体中斜方辉石的种属主要为古铜辉石，少数为紫苏辉石(Wo=1.21~4.92，En=75.60~86.47，Fs=10.70~20.55)；单斜辉石主要为顽透辉石、普通辉石和少数的透辉石(Wo=25.62~46.62，En=44.80~60.06，Fs=7.27~11.52)。

图 5 黄山南岩体辉石Wo-En-Fs单元组分分类图(底图据Morimoto, 1988) Fig. 5 The Wo-En-Fs diagram of pyroxenites of the Huangshannan intrusion (base map after Morimoto, 1988)

3.3 Sr-Nd同位素分析结果

黄山南镁铁-超镁铁质岩体全岩Rb-Sr、Sm-Nd同位素分析结果列于表 4中。计算得出的ε_Nd(t)值介于1.85~5.72之间，均为正值，平均值为3.91；初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值介于0.702215~0.704114之间，平均值为0.703125；初始¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值介于0.512355~0.512553之间，平均值为0.512461。Rb、Sr同位素数据更加分散，相对于Sm、Nd同位素数据具有更大的变化范围，这是因为Rb和Sr更不稳定，且更容易受到后期改造的影响(Zhang et al., 2011)。

表 4 黄山南岩体Sr、Nd同位素数据表 Table 4 Sr-Nd isotopic contents of the Huangshannan intrusion

样品号	HSN-01	HSN-05	HSN-19	HSN-23	HSN-26	HSN-27
岩性	橄榄辉石岩		辉石橄榄岩		角闪辉长岩
Rb(×10^-6)	13.16	18.77	14.93	16.10	11.50	9.47
Sr(×10^-6)	65.38	71.27	47.26	79.73	50.76	51.63
⁸⁷Rb/⁸⁶Sr	0.582329	0.761908	0.914224	0.583974	0.655125	0.530359
⁸⁷Sr/⁸⁶Sr	0.706547	0.705619	0.706036	0.706209	0.705682	0.705489
2σ	0.000009	0.000006	0.000010	0.000007	0.000008	0.000008
(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i	0.704114	0.702435	0.702215	0.703768	0.702944	0.703272
Sm(×10^-6)	1.23	0.94	0.88	0.77	0.74	0.67
Nd(×10^-6)	4.84	3.52	3.86	3.27	2.90	2.45
¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd	0.153955	0.161629	0.137434	0.142389	0.154246	0.164306
¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd	0.512802	0.512863	0.512733	0.512747	0.512708	0.512671
2σ	0.000009	0.000006	0.000010	0.000007	0.000008	0.000008
(¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)_i	0.512506	0.512553	0.512469	0.512473	0.512412	0.512355
ε_Nd(t)	4.80	5.72	4.08	4.17	2.96	1.85
Age (Ma)	293
注：计算参数：λ_(Sr)=1.42×10^-11a^-1，λ_(Nd)=0.654×10^-11a^-1，(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_CHUR=0.7045，(¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)_CHUR=0.512638

表 4 黄山南岩体Sr、Nd同位素数据表 Table 4 Sr-Nd isotopic contents of the Huangshannan intrusion

4 讨论 4.1 源区性质

黄山南岩体全岩ε_Nd(t)值介于1.85~5.72之间，均为正值，平均值为3.91；初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值介于0.702215~0.704114之间，平均值为0.703125；初始¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值介于0.512355~0.512553之间，平均值为0.512461。在(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i-ε_Nd(t)图解(图 6)中，黄山南岩体的样品都位于第一象限中，由于样品的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值的范围较大，部分样品脱离了地幔演化线，相较于黄山、黄山东、香山等东天山区域其它几个典型含矿镁铁-超镁铁质岩体，黄山南岩体更加靠近原始地幔区域，可能是因为具有相对较富集的一个源区特征，也可能是因为经历了较高程度的地壳混染所致。微量元素地球化学研究表明，黄山南岩体的母岩浆可能来自一个较富集的地幔源区，且受到了俯冲板片和流体的影响(尤敏鑫等，2017)。这一结果也与微量元素地球化学研究所获认识一致。

图 6 黄山南及东天山典型镁铁-超镁铁质岩体(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i-ε_Nd(t)图解(底图据Tang et al., 2013修改) 数据来源：黄山岩体引自Zhou et al. (2004)，Zhang et al. (2011)；黄山东岩体引自Zhou et al. (2004)，夏明哲等(2010); 香山岩体引自Tang et al. (2013) Fig. 6 The (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i vs. ε_Nd(t) diagram of the Huangshannan and the typical mafic-ultramafic intrusions in East Tianshan region (base map modified after Tang et al., 2013) Data sources: the Huangshan intrusion from Zhou et al. (2004) and Zhang et al. (2011); the Huangshandong intrusion from Zhou et al. (2004) and Xia et al. (2010); the Xiangshan intrusion from Tang et al. (2013)

4.2 母岩浆性质

依据橄榄石成分所计算的黄山南岩体母岩浆最低Mg^#值为0.70，介于原生岩浆范围之内，演化程度较低(尤敏鑫等，2017)。单斜辉石的主量元素成分可以从一定程度上限定母岩浆的成分特点，利用电子探针测定单斜辉石(Cpx)的化学成分可以确定玄武岩的系列(Leterrier et al., 1982; 邱家骧和廖群安，1996；张志炳等, 2017)。在单斜辉石SiO₂-Al₂O₃图解(图 7a)上，黄山南岩体的所有样品都处于亚碱性区域，表明其母岩浆属于亚碱性系列。在单斜辉石SiO₂-Na₂O-TiO₂三角图解(图 7b)上，黄山南岩体的样品都位于拉斑玄武岩系列的范围内，表明形成黄山南岩体的母岩浆为演化程度较低的拉斑玄武质岩浆。

图 7 黄山南岩体单斜辉石Al₂O₃-SiO₂图解(a)和SiO₂-Na₂O-TiO₂三角图解(b, 据邱家骧和廖群安1996) Fig. 7 The Al₂O₃ vs. SiO₂ diagram (a) and SiO₂-Na₂O-TiO₂ diagram (b, after Qiu and Liao, 1996) of clinopyroxenes from the Huangshannan intrusion

根据橄榄石的最高Fo值估算，可得黄山南岩体母岩浆的MgO/FeO=1.285(尤敏鑫等，2017)，结合对应样品主量元素分析结果(尤敏鑫等，2017)，根据Chai and Naldrett (1992)的方法计算可得母岩浆的FeO^T=13.20%、MgO=16.96%、Ni=377.2×10^-6。

此外，橄榄石成分也能够反映母岩浆的成分信息(李士彬等，2008)，母岩浆中的MgO及Ni含量高，那么结晶形成的橄榄石的Fo值及Ni含量也相对较高。如图 8中可以看到，黄山南岩体相较其附近的黄山、黄山东、香山岩体，其橄榄石中Ni含量和Fo值均明显较高，显示形成黄山南岩体的母岩浆具有高Ni、高Mg的特点，这也与黄山南岩体母岩浆具有较高的Mg^#值和MgO/FeO^T值相对应。

图 8 黄山南及东天山典型镁铁-超镁铁质岩体橄榄石成分对比图数据来源：黄山引自Zhang et al. (2011); 黄山东邓宇峰等(2012); 香山王博林等(2017) Fig. 8 The Fo-Ni diagram of olivines from the Huangshannan and the typical mafic-ultramafic intrusions in East Tianshan region Data sources: the Huangshan from Zhang et al. (2011); the Huangshandong from Deng et al. (2012); Xiangshan from Wang et al. (2017)

4.3 岩浆演化及成矿

除母岩浆成分(特别是Ni含量)之外，岩浆结晶分异作用和硫化物熔离作用、橄榄石与后期的晶间硅酸盐岩浆以及硫化物熔体发生反应也是影响橄榄石成分的因素(李士彬等，2008)。本文利用Li et al.(2003, 2007)、李士彬等(2008)所提方法，使用计算所得到的黄山南岩体的母岩浆成分，假设Ni元素在橄榄石和玄武质岩浆中的分配系数为7，对黄山南岩体母岩浆进行封闭岩浆房中橄榄石分离结晶过程中Ni含量进行模拟计算，包括分离结晶过程中无硫化物熔离以及始终伴随硫化物熔离两种情况，同时设定封闭岩浆房中结晶的橄榄石与因结晶而出熔的硫化物熔体之间的质量比为25：1。计算结果如图 9所示。

图 9 黄山南岩体橄榄石成分模拟计算实线(AB)为无硫化物熔离的结晶趋势线，虚线(AC)为伴随硫化物熔离的结晶趋势线 Fig. 9 Model calculation of Fo in olivine from the Huangshannan intrusion Solid line (AB) represents the trend of crystallization without sulfide segregation, dotted line (AC) represents the trend of crystallization together with sulfide segregation

如图 9所示，黄山南岩体的橄榄石除少部分位于无硫化物熔离曲线(AB)下方或者始终伴随硫化物熔离曲线(AC)上之外，大部分位于AB的上方或沿AB线分布。而且，位于AC线上的橄榄石均出现在岩浆分离结晶过程的早期，表明仅仅在岩浆分离结晶作用刚开始有硫化物熔离，随着分离结晶过程的进行，硫化物熔离逐渐减弱至停止。橄榄石中的Ni含量随Fo值的减小而减小，整体上呈正相关关系，并没有出现Ni急剧亏损的现象。这一现象表明，黄山南岩体的母岩浆在结晶分异过程中没有经历持续和充分的硫化物熔离作用，母岩浆中的Ni没有被大量萃取到硫化物熔体中，导致其结晶形成的橄榄石具有较高的Ni含量。大部分位于AB曲线右上方的点可能是橄榄石晶体局部与分离结晶刚开始时熔离出的硫化物熔体之间发生Fe-Ni交换过程而造成(李士彬等，2008)。橄榄石的成分，特别是Ni含量，主要受岩浆分离结晶作用的控制。

硫化物熔离是与镁铁-超镁铁质岩体有关的岩浆硫化物矿床形成的最根本成因机制(Naldrett, 1989, 1999)，而硫化物熔离的关键在于岩浆达到硫饱和。黄山南岩体位于东天山铜镍成矿带内，具有和黄山、黄山东、香山等含矿岩体相似的地质背景与成矿环境，且具有相对较富集的地幔源区性质或经历了更强烈的地壳混染作用，这些都是能够形成铜镍矿的有利条件。然而对于该区域其它几个典型含矿镁铁-超镁铁质岩体来说，黄山南岩体中形成的铜镍矿床相Ni品位较低(0.20%≤Ni＜0.30%，代玉财等，2013)，规模较小，其原因可能在于母岩浆在演化过程中只在分离结晶刚开始的时期达到了硫饱和，导致少量硫化物熔离的发生，继而岩浆便不满足硫饱和条件，硫化物熔离进程即停止。

原始岩浆从源区地幔源经部分熔融作用开始发生、到迁移至岩浆房、再到最终喷出地表，是一个不断结晶分异、物质不断带出或带入、岩浆和矿物间平衡和再平衡的过程(张柳毅等，2016)。黄山南岩体与黄山东、黄山、香山等东天山典型含铜镍矿镁铁-超镁铁质岩体处于同一区域，具有相同的高镁拉斑玄武质母岩浆(唐冬梅等, 2009; 范亚洲等, 2014; 尤敏鑫等, 2017)。黄山南岩体锆石U-Pb测年所获得的较早的年龄(293.7±3.1Ma，尤敏鑫等，2017)说明黄山南岩体形成时间相对较早。组成黄山南岩体的岩石具有相对较高的PGE含量(Zhao et al., 2015)，说明黄山南岩体的岩石相对于该区域内其它岩体，是相同性质的母岩浆较早结晶形成的产物，因为含PGE的母岩浆在上升过程中达到硫饱和发生硫化物熔离，萃取出PGE，使残余岩浆亏损PGE。因而，黄山南岩体可能代表了该区域内玄武质岩浆演化过程中较早期阶段的产物。

5 结论

(1) 黄山南岩体的母岩浆为一演化程度较低的拉斑玄武质岩浆，母岩浆成分还具有高Mg、高Ni的特征，计算得到母岩浆成分为：FeO^T=13.20%、MgO=16.96%、Ni=377.2×10^-6；Sr、Nd同位素分析表明其岩浆源区比黄山、黄山东、香山等岩体来说更加富集或者经历了更加强烈的地壳混染作用。

(2) 矿物学研究表明，黄山南岩体中橄榄石均为贵橄榄石，且橄榄石具有相对较高的Fo值和Ni含量。橄榄石Ni含量模拟计算表明，黄山南岩体的母岩浆在结晶分异过程中没有经历足够充分且持续的硫化物熔离作用，这可能是造成黄山南岩体含矿性较差的一个因素。

(3) 黄山南岩体可能代表了该区域内玄武质岩浆演化过程中较早期阶段的产物。

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岩石学报 2018, Vol. 34 Issue (11): 3422-3432	PDF