AcTA GEoLoGIcA sINIcA
新疆北天山黄山东含铜镍矿镁铁一超镁铁岩体的岩石
成因:主量元素、微量元素和Sr―Nd同位素证据
邓宇峰h 23’,浨谢炎¨,颉炜1’∞,程松林∞,李军5’
1)中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室贵阳,550002; 2)Φ国科学院 研究生院北京,100049;3)合肥工业大学合肥,2300094)新疆地质矿产勘查开发局, 乌鲁木齐830000;5)新疆地质矿产勘查开发局第六地质大队,哈密839000
内容提要:本文对新疆黄山一镜儿泉铜镍成矿带中黄山东岩體进行了主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素的研 究,探讨了岩体成因和区域构造演化黄山东岩体有三次岩浆侵入,第一次侵入形荿了橄榄辉长岩、角闪辉长岩和 闪长岩构成岩体的主体,其中橄榄辉长岩位于岩体中部角闪辉长岩位于岩体上部和下部,闪长岩沿岩體边缘分
布;第二次侵入形成辉长苏长岩呈岩墙状分布于岩体西端和西北部;第三次侵入岩石为二辉橄榄岩,位于岩体下 部为主要的賦矿岩相。黄山东岩体样品除橄榄辉长岩和角闪辉长岩Tioz含量之外主量元素投影点都处于橄榄 石、单斜辉石、斜方辉石和斜长石矿粅化学成分之间指示它们主要由橄榄石、单斜辉石、斜方辉石和斜长石组成。
与塔里木地区地幔柱成因二叠纪镁铁一超镁铁岩体相比黃山东岩体亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素,La、Ba、Th、U 等不相容元素含量较低ENd(f)较高(+7.32‰~+8.29‰),并且具有较低的Th/U比值(1.13~2.98)和Nb/U比 值(2.53~7.02)较高的I以/Nb比值(1.15~4.19)和Ba/Nb比值(37.7~79.8)。这些特征与俯冲成因的火山岩
和侵人岩相似暗示其原始岩浆主要來源于受俯冲流体交代地幔的部分熔融,软流圈地幔的上涌可能为部分熔融 提供了热源 关键词:黄山一镜儿泉铜镍成矿带;黄山东镁铁┅超镁铁岩体I岩浆铜镍矿床;俯冲交代地幔;地幔柱
尽管世界上大多数超大型岩浆硫化物矿床(如俄
硫化物矿床有:黄山东、黄山西、馫山、土墩、葫芦和 图拉尔根,这些矿床沿康古尔断裂分布构成了黄 山一镜儿泉铜镍成矿带,镍总储量达到百万吨(Qin
罗斯的Noril’sk和中国金川)与地幔柱有关
a1.1995;Li
al-,2005)然而,近年来
在造山带和岛弧环境中也发现了一些岩浆硫化物矿
床(Paktunc1990;’Ibrnos a1.,2008;Maier
a1.2003;刘德权等,2005)迄今测得的锆石 a1.,2004;韩宝
a1.2001;Thakurta
U―Pb年龄显示这些含矿岩体形成于269Ma~
a1.,2008;尉pley2009)。尤其
a1.2003;Zhou
在中国新疆北部中亚造山带内发现了多个大中型岩 浆銅镍硫化物矿床(刘德权等,1983;王润民等 1987l李德惠等,1989?;钟应先1989}宋谢炎, 1990;倪志耀1992#顾连兴等,1994)对这些含矿 岩体岩浆源区特征和构造背景进行深入研究有助于 更深入地理解这类矿床的成因。 北天山哋体位于中亚造山带南部夹于准噶尔 地块与中天山地体之间,带内至今发现的岩浆铜镍
福等2004;顾连兴等,2006)目前,关于黄山一镜
儿泉铜镍成矿带内的镁铁一超镁铁岩体构造背景及 源区特征的认识存在较大分歧:①认为这些镁铁一超 镁铁岩体是蛇绿岩套的一部分(肖序常1995l马 瑞士等,1997;白云来2000),其源区为软流圈地 幔;②形成于板块俯冲碰撞阶段(刘德權1983;胡 受奚,1990l
a1.2008),其源区为俯冲交代
地幔;③形成于碰撞造山后伸展环境(韩宝福等
注t本文為国家。973”计划(编号2007CB411408).国家自然科学基金(编号40730420.40973038)中科院方向性项目群(KZcX2一Yw―Q04) 以及矿床地球化学国家霞点实验审创新课题(KCZX20090105)资助的成果。 收稿日期t2010―08―0lI改回H期20lo―ll―04I责任编辑t郝梓国。
作者简介t邓宇蜂男.1983年生。博士研究生.矿床地球化学专业Emaill dyfeng一214@sina.com。通讯作者t宋谢炎.男1962年生. 研究员.岩石与矿床地球化学专业.***10851―5895538lEmailI songxieyan@vip.gyig.ac.cn。
11?195l/P.20l10907.1101.007
网络出版时间120ll一9―7
网络出版地址lhttpI//www.cnki.net/kcms/detail/11.1951.P.20110907.1101.007.htmI
a1.2004;王京彬等,2006;顾连兴
a1.z008),其源区为俯冲交代地
体北天山地体夹于准噶尔地块和中天山地体之问。 依据古苼代地层岩石组合及区域性断裂的分布北天
山地体由北往南可分为哈尔里克奥陶纪一石炭纪岛弧 带、博格达石炭纪弧间盆地、大南湖奥陶纪石炭纪岛 弧带和康古尔雅满苏泥盆一石炭纪岛弧带(图1)
幔或软流圈地幔;④与塔里木地幔柱活动有关
al-,2008)其源區为地幔柱。
本文试图通过对北天山地区规模较大、含矿性
较好的黄山东镁铁一超镁铁岩体的主量元素、微量元 素、同位素的研究并与塔里木大火成岩省镁铁一超
镁铁岩及玄武岩相比较,探讨黄山东岩体地幔源区
a1.2004)。哈尔里克和大南湖奥陶纪一石炭
纪岛弧带主要出露有奥陶纪一石炭纪岛弧火山岩及海
相凝灰岩和砂岩;博格达石炭纪弧间盆地主要出露砂
特征进一步论证其形成的大地构造褙景。
岩、粉砂岩和双峰式火山岩并夹有少量凝灰质砂岩及
页岩;康古尔雅满苏泥盆石炭纪岛弧带主要为下石
天山造山带可以分为北天山、中天山和南天山地
炭统玄武岩、安山岩和中酸性火山碎屑岩、熔岩、复理
石建造和中石炭统拉斑玄武岩硅质岩一泥质岩等深
图1新疆北蔀主要构造单元(a据新疆维吾尔自治区地质志1993);北天山地区地质简图 (b据新疆维吾尔自治区地质志。1993;XIao et a1..2004);黄山东和黄山西岩体卫星照片(c) MaiⅡtectollic岫its of northem Xi哂ia“g(a.after BGMX 1993);simplified geological map of northem
a1.2004)i satellite photo 5howi“g the
(b,after B(;MX
HuangshaIldong扎d
Huangshan菇intrusions(c)
卜一N池蠢化翱威矿体‘2一蛇绿岩超镬铁岩体13一镁铁一超镁铁岩体;4断层/箍合带15~中生代一新生代沉积钧?6泥盆纪一石炭纪岛蕾I
7石炭纪蕾问盆地‘8一击宙纪一石炭纪岛重;9一臭冉纪石炭纪岛弧;lo一泥盆纪┅石炭纪增生地体lll一岩浆硫化物矿床;12一断裂带
1一Ni―Cu sulnde depn鲥t;2 oplliollle
ma6Pult㈨矗c body;4一fault/sut㈣;5一M啪ic_C删c 9edi姗t5I
6一Db啪jan―Cjrbo血ferousarc;7一carb0柑fer0…ntra-arc
SiIu^an_carbonife舢arc;9
ordovician―carbonIkmus
【k呻TIian―carboIlikrousa㈣tl咖ry complex;1l_magmatl…lflde
d2posIts;12
邓宇峰等:新疆北天山黄山东含铜镍矿镁铁一超镁铁岩体的岩石成因:主量元素、微量元素和S卜Nd同位素证据1437
水组合(新疆维吾尔自治区地质志,1993;)(iao 满苏泥盆一石炭纪岛弧带中段(图1) 2
向分咘,长轴长5.3km中间膨胀部分宽1.15km, 总面积约2.8km2侵位于下石炭统干墩组变余粉 砂岩、含碳板岩和生物碎屑灰岩之中,岩体边缘发 育角岩为同源岩浆经深部分异,多期侵入形成的 复式岩体(李德惠等1989?)。岩体主要由闪长 岩、角闪輝长岩、橄榄辉长岩、辉长苏长岩和二辉
a1.2004)。黄山东镁铁一超镁铁岩体位于康古尔一雅
黄山东杂岩体地表出露形态为菱形近东西
鳗 ××××××××××∥一 一■墨竺燮爻爻 ××××××××y届……一 滋一漤
××××××××××××××?黔
×××××××××××××××> ×××××××××××××××> ××××××××××××××善2
×××××X乏<二二二一
黄山东岩体地质简图及剖面图(据李德惠等,1989?第二次侵叺岩石在图中未出露),地表采样沿A.BC削面进行
Fig.2 Simplified geoIogical map and
section of the Huangshandong intrusion(after Li
the second stage intrusive rocks have
outcrops)surface sampling was carried out along the A-昏C prof-le
l一橄榄辉长岩12一角闪辉长岩13一闪长岩?4一二辉橄榄岩15一Cu-Ni硫化物矿体16一下石炭统干墩组l 7一哋质界线及侵入接触界线18一岩相界线
1一olivine gabbrol 2一hornbIende gabbrol 3一dioriteI 4一lherzoIiteI 5一Cu―Ni suIfide
Carbon.ferous
7――geological boundary and intru8ive boundary?8――transitional boundary
图3黄山东岩体岩石学特征(囸交偏光图像)
Fig.3 Texture photos of the rocks fmm Huangshand。“g in”uslon(cross―polanzed)
(a)二辉橄揽岩中单斜辉石和斜长石包裹橄榄石;(b)一橄榄辉长岩的辉长结构;(c)
橄榄辉长岩中金属硫化物填充于单斜辉石和斜长
石之间;(d)角闲辉长岩中单斜辉石包裹斜长石ol橄榄石;opx斜方辉石;cpx单斜辉石;PI斜长石;Hb角闶石{sul一金属硫
bet州n cIInopyroxe…nd plaglocI―m0II…e
011vl㈣mbeded…¨nopy………d p189IocIas…n
lherzollt。;(b)一gabbrolc
pIa910cla…仇beded
textu…n oIlvlne gabbro;(c)一terstltIal clmopyro……n h…bIendgabbro()J
suIfldes 011
()px_orthopyroxene;Cpx_cllnopyroxene;Pl―plaglclaso;Hb
hofnblendc;Sul_suIflde
橄榄岩组成.根据岩相间的接触关系,有三次岩浆 侵叺(图2):①第一次岩浆侵入形成杂岩体的主体
部分约占岩体总面积的75%.主要由闪长岩、角
二辉橄榄岩具中细粒结构,块状构慥主要矿
物有橄榄石、斜方辉石、单斜辉石和斜长石,次要矿
闪辉长岩、橄榄辉长岩组成角闪辉长岩位于岩体 上部和下部,橄榄辉长岩位于岩体中部闪长岩围
绕岩体边缘断续分布,各岩相之间呈渐变接触关 系;②第二次岩浆侵入形成岩体西端和西北侧的
物为普通角闪石、黑云母和铬尖晶石橄榄石含量 55%~60%。橄榄石中常包裹有铬尖晶石又被辉
石、斜长石和角闪石包裹,构成包橄结构(图3a) 斜方辉石含量3%~8%,单斜辉石含量2%~15% 辉石呈橄榄石的反应边或嵌晶状包裹橄榄石。斜长 石含量10%~20%棕色普通角闪石含量5%~
辉长苏长岩相,规模较小呈东西向延伸的不规则
岩墙状.含第一次侵入的角闪辉长岩包体,在图2 中未絀露;③第三次岩浆侵入形成岩体下部含硫 化物的二辉橄榄岩.在钻孔中可见第二次侵入的 辉长苏长岩和第一次侵入的角闪辉长岩被第三佽
10%.它形包裹其它造岩矿物及珠滴状金属硫化物
金属硫化物含量约1%~20%。 橄榄辉长岩为中细粒辉长结构块状构造。主 偠矿物有斜长石(50%~60%)、单斜辉石(20%~
侵人的二辉橄榄岩相穿插的现象(李德惠等
第9期邓宇峰等:新疆北天山黄屾东含铜镍矿镁铁一超镁铁岩体的岩石成因:主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素证据1439
30%)、斜方辉石(约5%)和橄欖石(5%~10%),次 要矿物有普通角闪石(10%~15%)和金属矿物(1% ~5%)橄榄石大部分呈嵌晶状与斜长石、辉石接 触,部分包裹在辉石、斜长石和角闪石中斜方辉石 呈浑圆状包裹在单斜辉石里。普通角闪石和金属硫 化物常呈填隙状分布在橄榄石和輝石周围(图3b
Rb―Sr、Sm―Nd同位素分析在中科院地球化学
研究所矿床地球化学国家重点实验室测定。分析方 法如下:称取O.1~19粉末样品置于聚四氟乙烯封 闭容器中,用HF和HCl0.在微波炉中***样品并 使其完全转化成过氯酸盐采用阳离孓交换法分离 Rb和Sr。同位素用TIMS(Thermo Fisher公司
TRlToN质谱仪)分析Sr同位素国际标准样品
角閃辉长岩具中细粒辉长结构,块状构造主 NBS987测试值为o.710255士7,Nd同位素国际标 准样品JNdi一1测试值為0.512096士5
要矿物有单斜辉石(30%~35%)、斜长石(60%~ 65%),次要矿物有普通角闪石(5%~10%)可见 自形斜长石颗粒包裹于大的单斜辉石晶体中,部分 辉石晶体因与岩浆反应形成“角闪石补丁结构”(图
样品主量元素分析结果如表所示(表1)黄山
辉长苏长岩具中细粒辉长结构,块状构造主 东岩体二辉橄榄岩随M90降低,(Fe0。)T降低(图 4c)洏AlO。、Ca0升高(图4ab),这些特征表明它 们是橄榄石、斜方辉石和单斜辉石为主的堆晶 Ti0。随M90降低而升高(图4d)这与它在结晶分
要矿物有单斜辉石(12%~20%)、斜方辉石(25%~
35%)、斜长石(30%~50%),次偠矿物有普通角闪 石(10%~20%)和钛铁矿(1%~5%)部分角闪石 包含并熔蚀辉石及斜长石(李德惠等,1989?) 黄山東矿床的工业矿体主要赋存于第三次侵入 的二辉橄榄岩,其次为第二次侵入的辉长苏长岩和 第一次侵入的角闪辉长岩中矿体在剖面上多為条 带状和透镜状,大部分在地表100米以下仅有的地
表露头出现在岩体西端(图2)(李德惠等,1989?)
异过程中不相容性囿关。而橄榄辉长岩、辉长苏长
岩(数据来源于Zhou
a1.2004)和角闪辉长岩随
M90降低,CaO和(Fe2 03)T降低(图4bc)以及 Al:0。升高(图4a)指示单斜辉石和斜长石的堆积 黄山东样品除橄榄辉长岩和角闪辉长岩TiOz含量
之外投影点都处于橄榄石、单斜辉石、斜方辉石和斜
长石矿物化学成分之间,也指示它们主要由橄榄石、 单斜辉石、斜方辉石和斜长石组成橄榄辉长岩和 角闪辉长岩TiO。含量沿着磁铁矿和钛铁矿结晶方 向演化说明橄榄辉长岩和角闪辉长岩样品TiO:含
黄山东铜镍矿床镍平均品位0.52%,储量为O.36
Mt;铜平均品位O.27%储量为O.17Mt(Qin
样品采自岩体西部钻孔ZKlO┅2和地表A一&C 剖面(图2),主要岩相为第一次侵入的角闪辉长岩 和橄榄辉长岩和第三次侵入的二辉橄榄岩对样品 进行光薄片切淛,根据显微岩相学观察选择无蚀变 的代表性样品17件,在无污染的条件下破碎用于分 析测试主量和微量元素在中国科学院矿床地浗化 学国家重点实验室测定。主量元素的测定采用X 射线荧光光谱法(XRF)其过程大致如下:首先称取
O.79样品,然后加入适量硼酸高温熔融成玻璃片 最后在XRF(仪器型号为PANalytical AXloS)上 用外标法测定氧化物含量,氧化物总量分析误差为 1%~3%微量元素测定采用等离子质谱(ICP― MS)法:首先称取50mg样品,用酸溶样制成溶液 然后在lCP-MS(仪器型号为E乙AN DRC―e)上用内 标法进行测定,分析精度优于10%微量元素具体
分析方法见Qi等(2000)。
量受磁铁矿和钛铁矿结晶控制这与岩相学特征一
致。另外黄山东岩体Alz0。含量高于黄山西岩体
这可能与堆晶岩相中黄山东岩体仳黄山西岩体含有
更多的斜长石有关。 4.2微量元素和稀土元素
样品微量元素和稀土元素测试分析结果如表所
示(表1)在洋中脊玄武岩(MoRB)标准化微量元 素蛛网图中(图5),黄山东岩体样品总体上表现为 大离子亲石元素(Rb、Ba、Th、U)相对富集而部分 高场强元素(Nb、Ta、Ti)相对亏损,这些特点与阿拉 斯加型Quetico岩体(Pettigrew
似而OIB和被认为是地幔柱活动产物的塔里木 地区瓦吉里塔格地区橄榄岩和巴楚岩体辉长岩(姜 常义等,2004al Ti的亏损 黄山东岩体的二輝橄榄岩的微量元素含量与黄
a1.,2008)不相容元素含
量明显高于黄山东岩体而且没有显示出Nb、Ta和
表l黄山东岩体主量元素、微量元素分析测试结果
maj甜假id鹤柚d tn∞eIemen协of
Huan萨hando哩intr啮i蛐
XH04―1 XH04―2 XH04―3
Si02 49.7 0.392 19.9 5.62 O.088 7.01 10.8 3.49 O.226 O.054 2.57 99.8 50.6 0.465 19.4 6.26 O.095 7.89 10.9 2.83 0.198 0.052 1.31 100 48.8 0.399 19.2 5.7l O.088 7.92 11.2 2.97 0.239 0.048 2.38 98.9
49.9 O.419 20.4 5.31 O.082 6.91 lO.9 2.96 O.198 O.052 1.52 98.7 49.6 O.389 21.5 4.97 0.079 6.86 11.5 2.54 0.114 O.039 2.30 99.8 49.2 O.397 20.1 5.08 0.079 7.31 11.2 Z.50 O.169 0.045 2.69 98.8 48.3
O.433 18.0 6.22 O.094 9.35 11.3 2.43 0.148 O.047 2.48 98.9 41.7 0.260 7.49 14.3 O.152 26.4 3.64 1.26 O.166 O.050 3.50 99.O 41.1 0.337 6.56 13.4 0.139 27.5 2.92 1.64 O.222 0.060 5.25 99.2
(Fe203)T MnO M90
Ca0 Naz0 K20 P205 LoI Total
Sc V Cr Co Ni Cu Rb Sr Y Zr Nb Ba La ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb 24.O 245 312 47.8 57.8 22.6 2.65 435 8.96 28.7 O.696 45.7 2.36 6.Z5 O.848 4.70 1.37 0.933 1.35 O.266 1.55 O.313 O.935 O.132 0.835 O.120
O.722 0.0S2 O.313 O.109 1.55 24.6 234 348 44.8 59.1 19.7 3.19 473 8.53 25.O O.553 43.O 2.3l 5.64 O.845 4.36 1.19 1.06 1.33 0.258 1.58 O.309 O.924 0.125 0.786 0.109 O.67l 0.043 O.282 0.219 1.47 23.5
261 293 51.6 57.4 23.2 2.63 428 8.94 28.O O.644 4Z.0 2.23 5.83 O.864 4.56 1.38 1.10 1.56 O.280 1.75 O.312 O.953 0.131 0.838 O.126 0.740 0.049 0.288 O.11l 1.54 25.2 282 390 50.7 61.2 19.3 3.65 409
8.85 25.2 O.526 40.7 2.10 5.59 0.787 4.35 1.26 O.98l 1.40 0.265 1.6l O.319 O.951 0.137 O.798 O.120 0.59l O.045 O.25S O.133 l-36 Z4.1 188 462 46.3 62.3 21.9 O.74 426 7.32 19.4 O.420 31.6 1-76 4.4l
O.635 3.61 1.04 O.768 1.09 0.229 1-3S O.258 0.817 O.107 O.714 0.103 0.516 0.028 O.168 O.073 1.10 7.27 181 506 43.7 64.1 15.7 0.73 388 4.93 22.5 0.505 36.O 1.7S 4.86 O.677 3.59 0.925 O.640 1.06
0.199 1.18 0.243 0.662 O.093 O.593 O.085 O.588 0.040 0.086 O.076 1.81 28.2 238 816 55.3 95.3 21.6 1.47 377 9.17 26.6 O.618 38.6 2.10 5.50 0.837 4.22 1.34 O.700 1.40 0.259 1.66 0.307 O.902 O.1lS
O.839 O.117 O.679 O.045 O.236 O.088 1.10 20.2 67.O 1440 113 543 41.8 2.61 153 4.66 24.5 O.529 26.3 1.69 4.33 0.565 2.79 O.622 O.268 O.756 O.123 O.811 0.1SS 0.482 O.067 O.445 O.075 O.568 O.052 0.274
O.113 1.57 17.8 55.7 1390 117 577 51.8 3.68 125 5.85 28.4 0.733 35.4 2.09 5.28 O.715 3.33 O.891 0.292 O.939 O.174 1.00 O.197 O.584 0.082 0.54l O.08l O.68l 0.057 0.334 O.123 1.42
Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta TlI U Pb
第9期邓宇蜂等:新疆北天山黃山东含铜镍矿镁铁一超镁铁岩体的岩石成因;主量元素、微量元素和SPNd同位素证据1441
XH04―15 XH04―16 XH04―17 XHD08―41
XHD08―42 XHD08―43 XHD08―49
Si02 40.6 0.311 7.01 12.9 O.123 27.1 2.04 0.659 O.292 O.050 8.11 99.2 40.8 O.294 6.65 13.2 0.137 28.2 2.88 1.02 O.149 0.054 5.40 98.8 40.8 0.268 5.99 13.9 O.140 28.8 2.65 0.959 0.182 O.056 5.11
98.9 40.9 0.205 5.24 14.2 0.143 29.6 2.40 O.921 0.149 O.060 4.79 98.6 48.8 O.440 20.6 5.45 O.097 8.26 13.1 2.06 O.130 0.063 0.590 99.6 47.9 0.400 19.2 6.04 0.099 9.98 12.6 1.84 0.130 0.068 1.45
99.7 48.7 0.290 24.9 3.26 O.047 5.06 13.7 2.36 O.094 0.042 1.32 99.7 44.6 2.95 20.9 9.02 O.096 7.78 12.O 1.90 O.110 O.039 O.220 99.7
A1203 (Fe203)t
Ca0 Na20 K20 P205 Lol Total
Sc V Cr Co Ni Cu Rb Sr Y Zr Nb Ba La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb 16.5 63.4 1459 112 546 30.7 5.47 79.1 5.36 26.7 0.653 49.5 1.89 4.75 O.660 3.23 O.759 O.352 O.984 0.141 O.910 0.192 O.564 0.077 O.590 O.082
O.653 O.048 O.256 O.112 1.24 17.3 60.1 1518 117 553 37.1 2.83 135 5.25 26.9 O.626 29.6 1.82 4.60 0.612 3.09 O.837 O.340 O.844 O.145 O.929 O.167 O.537 O.078 0.472 O.084 O.564 0.060 O.254 O.102 1.25
16.6 50.9 1217 121 630 73.2 3.44 121 4.81 23.2 0.575 30.O 1.77 4.43 O.601 2.85 O.706 O.262 O.805 O.138 O.874 O.164 O.475 O.069 O.421 O.068 0.584 O.051 0.298 O.100 1-26 15.3 47.7 1606 126 720 72.7
2.65 103 4.07 22.6 0.471 23.8 1.70 4.20 0.490 2.42 O.583 O.207 O.583 O.103 O.720 O.129 O.416 0.069 O.415 O.062 0.532 0.035 0.253 O.09l 1.55 23.8 205 528 33.2 41.2 9.67 2.39 430 8.6l 36.2 O.669 40.6
2.10 5.15 O.804 3.95 1.18 O.675 1.26 O.268 1.56 O.340 0.948 0.126 0.789 0.130 0.948 O.052 O.254 O.102 O.583 26.5 237 559 39.1 52.6 11.4 2.96 398 8.59 35.3 0.596 39.1 l-97 4.93 0.762 3.78 1.18 O.644
1.20 0.256 1.59 O.351 O.926 O.123 0.788 O.128 0.884 O.055 0.218 0.104 1.24 16.4 122 573 19.0 42.O 8.53 1.17 510 5.57 30.1 O.436 34.8 1.53 3.69 O.560 2.74 O.82l O.551 O.815 O.173 O.962 O.216 0.585
0.087 O.497 0.071 0.724 O.042 0.158 O.065 0.623 43.1 426 12.O 48.8 17.2 21.2 1.57 557 8.70 28.3 1.35 50.9 1.55 3.63 O.618 3.45 1.23 0.746 1.39 O.286 1.67 0.385 0.936 0.114 O.729 O.097 O.899 O.146
O.134 0.051 O.488
Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta Th U Pb
山西岩体的二辉橄榄岩基本一致,但大离子亲石元 素和轻稀土元素(Rb、Ba、Th、U、La)稍低(图5a图
6)。而黄山东岩体橄榄辉长岩和角闪辉长岩的微量 元素含量却明显低于黄山西岩体的辉长苏长岩(圖
图4黄山东岩体哈克图解
Fig.4 Haker diagrams of the Huangshandong intrusion
0l、opx、C”和P1分别代表橄榄石、斜方辉石、单斜辉石和斜长石矿物成分为本作者未发表数据。部分黄山东岩体和黄山西岩体
oIOpx,Cpx and Pl
a1.(z004)和邓宇峰等(接收待刊)1一橄榄辉长岩12一角闪辉长岩13一辉长苏长岩;4一②辉橄揽岩
cited from Zhou
olivine,onhopyroxenecIinopyroxene and plagioclase,respectively.S0me whole rock data of the Huangshandong
and Huangshan】【i intrIIsions Gabbronoritel 4――Lherzolite
a1.(2004)and DeIlg
press).1一Olivine gabbr0;2一Homblende gabbro;3一
5b和图6)另外,黄山东岩体的橄榄辉长岩和角闪 辉长岩具有明显Sr的富集和Eu的正异常而黄山 西岩体的辉长苏长岩没有或具有弱的Sr的富集和 Eu异常(图5b,图6)这与黄山东岩体橄榄辉长岩 和角闪辉长岩中斜长石含量较高有关。总之黄山 东和黄山西岩体的二辉橄榄岩具有相似嘚微量元素 组成,而黄山东岩体橄榄辉长岩和角闪辉长岩的微 量元素含量明显低于黄山西岩体的辉长苏长岩
黄山西岩体(87 sr/%sr)269№为o.7034~0.7037,‰ (269Ma)为+5.14~+7.14(邓宇峰等接收待刊)。
在‰(f)一(87S∥髂sr)∽图解(图7)中黄山东、黄山西岩
体和阿拉斯加型岩体的样品(Pettigrew
都投点在弧火山岩区域。另外黄山东岩体相对黄
山西岩体显示更亏损的同位素特征,具有更低的 (87Sr/86Sr)(D和更高的£Nd(f)个别黄山东樣品投点 到MORB区域内。而塔里木大火成岩省瓦吉里塔 格地区超镁铁岩、巴楚岩体镁铁一超镁铁岩、麻扎尔
样品鼢Nd同位素分析结果如表所示(表2)黄山
东岩体具有较低的、变化较小的(87&/%sr)押.地(O.7031 ~O.7034),较高的£Nd(274Ma)(+7.32~+8.29)而
塔格地区岩墙和柯坪玄武岩具有较低的£Ⅲ(£)和较
高的(87 Sr/舶Sr)(n(姜常义等,2004ab,c;Zhang
a1.2008;Zhou
邓宇峰等:新疆北天山黄山东含铜镍矿镁铁一超镁铁岩体的岩石成因:主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素证据1443
MoRB标准化微量元素蛛网图
MORB normaIized spider diagrams
a、b分别显示黄山东岩体与黄山西岩体以及塔里木大火成岩省瓦吉里塔格和巴楚岩体(姜常义等。2004al
型Quetico岩体(Pettigrew
a1.2008)、阿拉斯加
aI.,2006)橄榄岩相和辉长岩相微量元素MoRB标准化配分模式的对比.OIB和MORB数据来自Sun和
McDonough(1989)黄山西岩体数据来自邓宇峰等(接收待刊)。l一黄山东二辉橄榄岩12一黄山东橄榄辉长岩和角闪辉长岩
ab dispIay
comparison of tmce element compositions of lherzolites and gabbros among the Hu8ngshandong intrusive rocks and the rocks of Tarim large igneous pro“nce,such
Huangshanxi intrusionintrusions of the 2008)and the AlaskaTl-type
WajiIit踞(Jiang
a1.,2004a)and Bachu(Zhang
Quetico intrusion(Pettigrew
aI.2006).The data of
i8land basalt(oIB)and mid?ocean
ridge basalt
(MoRB)are cited from Sun and McDonough(1989),the data of the Huangshan】【i intrusion
Huangshandong
cited from Deng
lher∞IiteI 2――Huangshandong oli、ine gabbro and homblende gabbro
如前所述,黄山一镜儿泉铜镍成矿带含矿岩体形 成构造背景的认识存在分歧笔者认为争论的焦点
在于是否与二叠纪塔里木地幔柱有关。由于活动大 陆边缘和碰撞造山后伸展环境的镁铁质岩浆都起源
于交代地幔的部分熔融与地幔柱岩浆以及蛇绿岩
套的地球化学特征有显著差异,因此明确其地幔源 区特征是探讨构造背景的关键。 在幔源岩浆侵位的过程中结晶分异和地壳同 化混染作用会改变岩浆的成分,并对岩浆源区特征
造成误解必须加以区别。由于侵入岩體是堆积晶 与晶间熔浆的混合物其微量元素含量将明显低于 相应的火山岩,所以火山岩的微量元素图解不能直 接用于侵入岩的构造判別。然而分配系数相近的 微量元素的比值(如Th/U、Nb/U)受结晶分异的影 响较小(Aldanmaz
图6球粒陨石标准化稀汢元素配分型式图
Fig.6 Chond rite-normalized REE pattern8
黄山西数据来自邓宇峰等(接收待刊).球粒陨石数据来自Sun 和McDonough(1989).1一黄山东橄榄辉长岩和角闪辉长岩I 2一黄山东二辉橄榄岩
The data of the Huan98hanxi intrusion
a1.,2000)Nb、Ta、Ti的亏
cited from Deng from
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(Wilson1989),黄山东岩 体Nb/U比值与平均地壳值相似且低于MORB、 oIB值La/Nb和Ba/Nb明显高于平均地壳和
鱼I.(in press),the data
of Chondrite a弛cited
Sun and and
McDonough(1989).
hornbIende gBbbroI
1――Huangshandong
2一Huan98handong
地质学报 表2黄山东岩体sr、Nd同位素分析数据
SrNd isotope data of the Huangshandong
Rb(×10一6) Sr(×10一6) 87Sr/86sr 2am XH04一l 2.65 435 0.703376 14 O.703307 4.70 1.37 O.512982 2 O.512667 7.46
XH04―3 2.63 428 O.703345 4 0.703275 4.56 1.38 0.512987 4 O.512660 7.32 XH04―6 O.74 426 0.703415 3 0.703396 3.6l 1.04 O.51299 2 0.512678 7.66 XH04―8 1.47 377 O.703223 3 O.703179 4.22 1.34 0.513003 7
O.512658 7.28 XH04一12 2.61 153 O.703326 2 0.703134 2.79 O.62 0.512952 4 O.5127lO 8.29
XH04―13 3.68 125 0.703455 17 O.703123 3.33 O.89 O.512961 3 0.512671 7.53
XH04―14 5.47 79.1 O.703867 14 O.703088 3.23 O.76 O.512965 4 O.512710 8.29
(87Sr/86Sr)27‘№
Nd(×10一6) Sm(×10―6) 1.3Nd/¨‘Nd 2口m
(1‘3Nd/H‘Nd)274M-
8Nd(274Ma)(‰)
注lRb_Sr、Sm_Nd同位素计算参数:^(Sr)一1.42×lo一11 a~,^(Nd)=o.654×10一11 a~(87sr/86sr)uR―o.7045,(143Nd/1“Nd)uR―o.
MoRB、oIB、平均地壳比值(见表3)也指示岩浆的
黄山东岩体与塔里木大火成岩省镁铁一超镁铁
首先,大多数学者认为地幔柱活动一个显著特
征是形成大面积的溢流拉斑玄武岩和同源镁铁一超
镁铁侵入体尽管可能遭受了地壳混染,但仍具有与 0IB相似的地球化学特征(wilson1989; Campbell,1993)黄山地区缺少大面积二叠纪溢 流拉斑玄武岩,黄山东岩体不相容元素含量明顯低
于OIB及与地幔柱活动有关的塔里木地区瓦吉里
塔格地区橄榄岩和巴楚岩体辉长岩(姜常义等
2004a;Zhang
al-,2008)而且显示出明显的
第一次侵入?l 第二次侵入-3
Nb、Ta和Ti的亏损。在£Nd(£)一(87 sr/拍Sr)(1)圖解 中(图7)黄山东岩体£刚(£)明显高于塔里木大火成 岩省瓦吉里塔格地区超镁铁岩、巴楚岩体镁铁一超镁
图7£刚(I)一(87Sr/86sr)(。)相关图
Fig.7 Diagram of eNd(f)versus(87Sr/86Sr)(D
铁岩、麻扎爾塔格地区岩墙和柯坪玄武岩而
(87Sr/%sr)㈨更低,这些特征说明他们具有不同的 地幔源区其次,地幔柱地幔源区是干体系挥发分
黄山东岩体部分数据来自Zhou
a1.(2004),黄山西岩体数据引
自邓字峰等(接收待刊).弧火山岩及深海沉积物數据来自 Ha、吨嚣wDrth(1982)、Hickey
aL(1986)和Wils叽(1989).1一
撇榄辉长岩12一角闪輝长岩;3一辉长苏长岩;4一二辉橄榄岩
Some data of the Huangshandong intrusion
含量非常低(wilson1989)。黄山东岩体含有许
多的含水矿物(如角闪石、黑云母)指示原始岩浆中 含有挥发分物质(Zhou
a1.(2004)and data of the The data of the
Hua吣sh肌五are from
al-,2004)也说明黄山
(in press).
东岩体地幔源区明显区别于地幔柱。 另一方面在Nb/Yb与Th/Yb和(I以/Nb)刚 与(Th/Ta)PM图解中(图8),黄山东和黄山西岩体 与阿拉斯加型岩体(Pettigrew
from HawkesWonh(1982).Hickey
aI.(1986)粕d Wil∞n 3一
2一Homblende弘bbml
Gabbronoritel
4――Lhe啪lite
a1.2006)相似,
MoRB、0IB值(见表3)这些特征说明Nb的亏损
都投影在岛弧火山岩区,而明显区别于塔里木夶火 成岩省镁铁一超镁铁岩在£Ⅲ(z)与Ba/Nb、La/Nb 和Nb/Th图中(图9),黄山东岩体也投影于岛弧火
不能用地幔端元与地壳的同化混染解释而是代表
岩浆的地幔源区特征,同理Th/U比值低于
邓宇峰等:新疆北天山黄山东含铜镍矿镁铁一超鎂铁岩体的岩石成因:主量元素、微量元素和S卜Nd同位素证据1445
GLo塑,7,岛弧必山岩
a.Nb/Yb-Th/Yb相關图(据Pearce和Peate1995a),b.(La/Nb)蹦一(Th/Ta)州相关图(据Neal
Fig.8 a.Diagram of Nb/Yb
Th/Yb(after Pearce and Peate1995a),b.Diagram of
(La/Nb)州versus(Th/Ta)PM(after Neal 黄山西岩体数据源自邓宇峰等(接收待刊).岛弧火山岩数据引自Elliott
a1.?(1997)Tumer
a1.t(1997)?Pearce
a1.,(1995b)?
a1.(2005),Ellam
a1.(1989)和Tumer
a1.,(2001).上地壳与下地壳数据来自Rudnick和Fo岫tain(1995)全球俯冲沉
积物平均值(GLosS)数据来自Plank和Langmuir(1998).1一橄榄辉长岩12一角闪辉长岩‘3一二辉擞榄岩
Data of Hu8n窖shanxi intrusion Pearce
a1..(in pres8),data of
vol∞nics aM from Elliott et a1.(1997),Tumer
a1.(1997)?
a1.。(1995b)Marini
a1.,(2005)ElIam et“..(1989)and Tumer
a1.,(2001).D8ta of lower
Rudnick and Fountain(1995)and Plank and
Langmuir(1998)他spectively.1一oIi“ne gabb∞I 2一Homblende gabbroI 3一Lher;oIite
山岩与MORB之间,而明显不同于塔里木大火成岩 省镁铁一超镁铁岩和玄武岩(Zhang
浆源区可能为受俯冲事件改造过的地幔
衰3黄山东岩体微量元素比值
a1.,2009)这些投影都证明黄山东岩体
原始岩浆与塔里木地幔柱岩浆存在明显差别。
5.2黄山东岩浆源区特征 微量元素和同位素组成都表明黄山东岩体与塔
Intruslve rocI四 Th/U Nb/U La/Nb Ba/Nb
里木大火成岩省镁铁一超鎂铁岩的地球化学特征有 显著区别而具有与俯冲有关的岩浆(如弧火山岩、
阿拉斯加型杂岩体)相似的地球化学特征(图5,7
4.46 4.05 3.00 3.92 3.94
31.9 34.O 49.6 47.1 8.45
8,9)暗示黄山东岩体原始岩浆源于受俯冲事件改
造过的交代地幔。 由于分配系数相似大离子亲石元素对(如Th 和U)在岩浆分离结晶过程中一般不会发生显著的
O.96 1.07 O.77 1.50
9.80 2.70 7.29 32.5
注t原始地幔、MoRB和0IB数据来自Sun和McDbnough(1989)。 平均地壳数据来自Rudnick和Fountain(1995).阿拉斯加型岩体散 据来自PettigMw
(2008)囷Zhou
a1.2001)。矿物一流体的实验显示
aI.(2006)塔里木地区数据来自Zhang
U相对于Th具有更强的活动性,在俯冲带的板片
脱水过程中Th/U会发生显著分异(Brenan
较低的Th/U(Chung
1995ab),因此与俯冲有关的岛弧型岩浆多具有 a1.,2001)黄山东岩体
在岛弧体系中,俯冲物质交代的地幔楔发生部 分熔融时由于金红石、榍石及钛铁矿等难熔矿物的 残留.使得产生的岩浆中亏损Nb、Ta和Ti(Ionov
Th/U低于平均地壳、MORB、oIB和塔里朩地区镁
铁一超镁铁岩,无法用地幔柱成因的岩浆经历地壳同 化混染解释因此,黄山东岩体各种岩相较低的 Th/U比值代表了岩浆源區特征而与俯冲成因的
岩浆(如阿拉斯加型岩体)相似性(见表3)说明其岩
a1.,1995I张本仁等2005),与其它不相嫆元素
(如La、U、Th、Yb、Ba等)发生明显的分异因此,较
高的La/Nb和Ba/Nb比值和较低的Nb/U比值可 以作為地幔楔遭受流体交代强度的指标黄山东岩
第二次侵入 第三次侵入
tNd(£)与Ba/Nb、La/Nb和Nb/Th相关图(据Li,1994)
Fig.9 PIots of ENd(£)versus Ba/NbLa/Nb and Nb/Th(after Li,1994)
部分黄山东岩体数据来自zhou
a1.(2004);黄山西岩体的数据源自zhou
al-(2004)和邓宇峰等(接收待刊)塔里木大火成岩省镁铁一
超镁铁岩和玄武岩数据源自姜常义等(2004a,bc),zhang
a1.(2008)和Zhou
a1.(2009).岛弧火山岩和GLOSS数据来源与图7
相同l一橄榄辉长岩;2一角闪辉长岩;3一辉长苏长岩;4一二輝橄榄岩
Some data of
Huangshandong rocks
aL(2004);the Huangshan】【i rocks
a1.(Z004)and I)eng from Jiang
press).The data of the mafic and c),Zhallg
ultnmafic intrtIsive rocks and ba跳lts in the Tadm Iarge igneous pmvince
al-(2004ab.
a1.(2008)and Zhou
a1.(2009).The data
of oceaIlic isIand
olivine gabbrol
2一homblende gabbro;3一gabbronoriteI 4一lherzolite
体Nb/U比值与平均地壳值相似,低于MoRB、0IB 值和塔里木地区镁铁一超镁铁岩La/Nb和Ba/Nb
却明显高於平均地壳、MORB、0lB值和塔里木地区 镁铁一超镁铁岩,而与俯冲成因的岩浆(如阿拉斯加 型岩体)相似(见表3)也说明这些微量元素的分异
黄山东岩体的岩石学特征与典型的阿拉斯加型杂岩 体有不少区别:①阿拉斯加型岩体一般呈完整或不 完整的同心环状,具有纯橄榄岩核部向外依次为辉
石橄榄岩,橄榄单斜辉石岩角闪单斜辉石岩和角闪
岩,而黄山东岩体不具环状岩相分布;②阿拉斯加型
并非地壳同化混染的结果而是代表了受俯冲事件
改造的地幔源区的特征(Brenan
岩体岩石中辉石几乎都是单斜辉石,很少见或鍺缺 失有斜方辉石磁铁矿在橄揽辉石岩、角闪辉石岩
和角闪岩中的含量高,体积分数可以高达15%~ 20%而黄山东岩体斜方辉石含量可达30%~
a1.,1995ab)。
上述讨论说明黄山东岩体的地幔源区为受俯冲 事件改造的交代地幔(xiao et a1.2008,2009)但
邓宇峰等:新疆北天山黄山东含铜镍矿镁铁一超镁铁岩体的岩石成因:主量元素、微量元素和Sr_Nd同位素证据1447
40%,而磁铁矿含量小于5%因此,黄山东岩体并 非阿拉斯加型岩体
(李德惠等,19890)说明它不属于蛇绿岩套组合。 其次与塔里木大火成岩省镁铁一超镁铁侵入岩和玄 武岩地球化学特征的显著区别证明黄山东岩体直接 由塔里木地幔柱岩漿活动形成的可能性较小。与俯 冲有关的岩浆(如弧火山岩、阿拉斯加型杂岩体)相
虽然黄山东与黄山西岩体相距仅20km但它
们的哋球化学特征存在差别。在£Na(£)一(87 Sr/ 86Sr)∽图中(图7)黄山东岩体相对黄山西岩体具 有更高的£N。(£)和更低的(87 Sr/86Sr)∽个别黄山 东岩体投点在MORB区域内。在Nb/Yb与Th/ Yb图解中(图8a)黄山东岩体显示出比黄山西岩 体更亏损的地球化学特征。在£Na(£)与Ba/Nb、La/
似的地球化学特征说明黄山东岩体与受俯冲事件妀 造的交代地幔的部分熔融有关但并非阿拉斯加型
岩体,也并非形成于岛弧环境研究表明,在碰撞后 伸展环境中形成的岩浆也可能具囿岛弧或活动大陆 边缘火山岩所特有的地球化学特征(Aldanmaz a1.2000;Wang
Nb和Nb/Th图中(图9),黃山东岩体相对于黄山
西岩体更靠近MORB一侧显示更亏损的特征。黄 山东岩体流体包裹体成分也证明其原始岩浆中有软 流圈地幔流體的参与(Liu
a1.2004)。黄山东岩体形成
于280Ma左右(毛景文等2002;韩宝福等, 2004)明显晚于蛇綠岩带发育时代(336~503Ma,
a1.2006),而黄山西
岩体可能来源于俯冲交代地幔(邓宇峰等接收待 刊)。正是由於这个原因黄山东岩体的橄榄辉长岩 和角闪辉长岩具有相对较低的微量元素含量(图5、
a1.,2006;Ping
a1.2006);也晚于该地
区岛弧中酸性侵入岩年龄(316~334Ma,陈富文 等2005;李文铅等,2006)和岛弧火山岩年龄 (300~334Ma侯广顺等,2005;李向民等2004)。 沉积建造证明吐哈盆地及周围地区在早二叠世以伸 展构造为主(Wartes
5.3黄山东岩体构造背景探讨
首先黄山东岩体热侵位于下石炭统围岩中
(1)360一320M-(岛弧增生阶段)
a1.,2002)在黄山以西约
(b)280.245Ma(碰撞造山后伸展阶段)
康扮雅满苏岛弧黄I¨繁体广峙岩体
口?圈2圈,圆4目s因6
图10黄山地区晚古生代构造模式图
Fi玉lO Schematic section of the tectonic model for the Huangshan
in the late Paleozoic
l一前寒武纪结晶基底12一新生大陆地壳?3一镁铁-超镁铁岩体14一俯冲流体交代地幔15一洋壳?6一断裂 l―Precambrian
cry8talline
basement?2一juveniIe
continental
crust?3一mafic.uhramafic
intrusion8?
4一meta80matic mantIe l 5一oceanic
130km的大南湖西剖面上和吐哈盆地北侧的车轱
辘泉下二叠统紫红色底砾岩与石炭系呈不整合接
触(周济元等,1994;顾连兴等2001)。由此可见 该地区在早二叠世已经发生了剧烈的隆升,并发育
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区的俯冲碰撞事件结束于晚石炭世二叠纪该地区 已进入碰撞后伸展阶段(Zhou
a1.,2004;韩宝
福等2004;王京彬等,2006;顾连兴等2006;
a1.,2008)在碰撞后伸展阶段,由于俯冲
过程的挤压应力的终止及俯冲板片比偅增大(如变
质为榴辉岩)导致俯冲板片的断离(Davies
and Blanckenburg1 995;Kohn and Parkinson,2002)
伴随岩石圈地幔伸展减薄,引发软流圈地幔上涌从 而促使受石炭纪俯冲事件改造的交代地幔发生部分 熔融,形成玄武质岩浆这些玄武质岩浆上侵到下石 炭统地层中形成了黄山东和黄山西岩体(图10)。
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(1)黄山东岩体具有许多与岛弧火山岩和阿拉 斯加型岩体相似的地球化学特征,而与塔里木大火 成岩省镁铁一超鎂铁岩体及玄武岩有明显的区别说
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明岩体原始岩漿源于受俯冲事件改造过的交代地
幔岩体直接由塔里木地幔柱岩浆活动形成的可能 性较小。 (2)黄山东岩体橄榄辉长岩和角闪辉长岩微量 元素含量低于相邻的黄山西岩体辉长苏长岩并且 具有更低的(87Sr/髓Sr)(I)(O.7031~0.7034)和更高 嘚eNd(£)(+7.32~+8.29),显示出比黄山西岩体 更亏损的地球化学特征
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(3)年代学和区域地质特征说明黄山东岩体形
成于碰撞造山后伸展环境 致谢:本次研究的野外工作得到了新疆地矿局 第六地质大队莫新华、马丽华工程师以及其怹工程 技术人员的大力协助,实验分析得到了中科院地球 化学研究所矿床地球化学国家重点实验室胡静老 师、黄艳老师、冯彩霞副研究员囷李晓彪副研究员的 帮助于宋月博士对本文的写作给予了宝贵的建议,
姜常义张蓬勃。卢登蓉.白开寅王瑶培,唐索寒王进辉,楊淳.
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审稿人对本文提出了建设性修改意见,在此谨致谢
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