張勤軍 朱志新

摘? 要：為探討新疆薩爾托海蛇綠巖形成的物化條件和大地構造環(huán)境，選取薩爾托海蛇綠巖中塊狀鉻鐵礦內(nèi)未蝕變的鉻尖晶石進行礦物學和礦物地球化學分析。結果表明，鉻鐵礦成分均一，不發(fā)育環(huán)帶結構;鉻鐵礦中的Cr2O3含量為33.68%～41.52%，Al2O3含量為2.82%～5.75%，TFeO含量為31.01%～47.59%，Cr#為82.56～90.24，Mg#為52.22～70.89，Yfe為30.65～50.09，F(xiàn)e2+#為29.11～47.78，為富鐵鉻鐵礦，其寄主巖石為蛇綠巖;鉻鐵礦結晶平均溫度為1 655.24℃，平均壓力4.44 GPa，推斷其形成深度約137.78 km;地幔氧逸度為FMQ +2.18～FMQ+2.63 log單位（平均值為FMQ+2.46log單位）;地幔熔融程度23.17%～23.55%（平均23.40%）。推測薩爾托海賦礦巖石原巖石榴石二輝橄欖巖形成于虧損地幔。薩爾托海蛇綠巖形成的大地構造環(huán)境為洋內(nèi)弧后盆地。

關鍵詞：鉻鐵礦;蛇綠巖;弧后盆地;薩爾托海

西準噶爾地區(qū)是中亞古生代俯沖-增生復合造山帶的主要組成部分，發(fā)育有唐巴勒、瑪依勒、達拉布特、白堿灘等多條蛇綠巖帶，中外學者有過較多研究[1-2]，其中，達拉布特蛇綠巖帶是西準地區(qū)最重要的蛇綠巖帶之一，其代表的洋盆演化歷史對揭示西準地區(qū)古生代以來的演化過程具重要意義。達拉布特蛇綠巖中輝長巖 Sm-Nd 等時線年齡為 395 Ma[3]，輝長巖鋯石 U-Pb 年齡為391 Ma[4]，基本可以確定達拉布特蛇綠巖帶形成于中泥盆世。但對達拉布特蛇綠巖帶的侵位時代目前還沒有明確的限定，有學者報道了達拉布特蛇綠巖帶中時代為 302 Ma 的 E-MOEB 型鎂鐵質巖，并將其解釋為蛇綠巖消亡階段由于擴張脊和俯沖帶碰撞作用形成的弧前海山，認為達拉布特蛇綠巖所代表的洋殼在晚石炭—早二疊世仍存在俯沖作用。目前對于達拉布特蛇綠巖帶的侵位時限和構造屬性還沒有明確限定。

鉻鐵礦相對于其他巖漿成因礦物更加穩(wěn)定，其特征參數(shù)Cr#，Mg#，F(xiàn)e3+#和Fe2+#的變化范圍，Al2O3，Cr2O3，MgO，F(xiàn)e2O3和TiO2等主要氧化物的含量、變化與鉻鐵礦形成所處構造環(huán)境密切相關，可為寄主巖石成因、地幔特征及鉻鐵礦形成的大地構造環(huán)境判斷提供可靠依據(jù)[5-9]。

本文選取產(chǎn)于西準地區(qū)達拉布特蛇綠巖中的薩爾托海鉻鐵礦床中塊狀礦石內(nèi)的鉻尖晶石為研究對象，以鉻鐵礦電子探針數(shù)據(jù)為基礎，從礦物地球化學特征的角度分析寄主橄欖巖形成環(huán)境，判定達拉布特蛇綠巖帶的構造屬性。

1? 地質背景

西準噶爾地區(qū)為中亞造山帶重要組成部分，其大地構造歸屬存在爭論，主要有4種觀點，第一種認為以齋桑-卡拉麥里蛇綠巖和烏拉爾-南天山為界，把新疆北部劃分為西伯利亞、哈薩克斯坦和中朝-塔里木古板塊，同時將準噶爾西北緣地區(qū)連同中亞地區(qū)共同劃分為哈薩克斯坦古板塊[10]; 第二種以達拉布特-卡拉麥里縫合帶為界將西準噶爾地區(qū)劃分為西伯利亞板塊和哈薩克斯坦板塊兩個一級構造單元[11]; 第三種認為準噶爾盆地連同東天山吐魯番盆地均是哈薩克斯坦-準噶爾板塊東部的一部分[12]; 第四種認為西準噶爾和中亞地區(qū)是古哈薩克斯坦板塊的組成部分[1]。

達拉布特蛇綠巖帶地處新疆扎依爾山區(qū)達爾布特河流域，西端起自阿克巴斯套一帶（NS向），向北經(jīng)過蘇魯喬克逐漸轉為NE向、再經(jīng)庫朗庫朵克、坎土拜克、薩爾托海到木哈塔依一帶尖滅。該帶斷續(xù)出露約70 km，寬約2～9 km，出露面積約50 km2，帶內(nèi)各巖塊多以斷裂為界混雜產(chǎn)出，總體呈網(wǎng)結狀構造樣式。該帶最寬處（薩爾托海）為5～8 km，最窄處僅數(shù)10 m，甚至缺失（如達爾布特與科果拉之間），該帶大致呈NE向分布，與現(xiàn)今西準噶爾區(qū)域構造線方向有明顯夾角，在薩爾托海東側，該相交關系尤為明顯。該帶內(nèi)巖石組合包括蛇綠巖假層序中大多數(shù)巖石單元：橄欖巖、堆晶輝長巖、輝長巖、輝綠巖、玄武巖和硅質巖，其中橄欖巖多己蛇紋石化，輝長巖和輝綠巖多碎裂巖化。玄武巖多呈枕狀構造。

薩爾托海超鎂鐵質巖屬達拉布特蛇綠巖帶的組成部分，產(chǎn)出有著名的薩爾托海鉻鐵礦。鎂鐵質-超鎂鐵質巖石受達拉布特深大斷裂影響，呈NW向展布，其南部為下石炭統(tǒng)包古圖組， 北部為中下泥盆統(tǒng)達拉布特組中基性火山巖、凝灰質粉砂巖、硅質巖及少量輝橄巖，均為斷層接觸（圖1）。礦區(qū)內(nèi)超鎂鐵質巖由斜輝輝橄巖、純橄巖、斜輝橄欖巖和二輝橄欖巖組成，但以斜輝輝橄巖為主體。薩爾托海鉻鐵礦由26個礦群， 563個鉻礦體組成， 主要賦礦巖石為純橄欖巖和斜輝輝橄巖。礦體形態(tài)復雜， 主要有透鏡狀、似透鏡狀、囊狀和脈狀[13]。

2? 巖石礦物學特征

薩爾托海超鎂鐵巖主要由方輝橄欖巖和少量純橄巖、二輝橄欖巖組成。偶見超基性巖蝕變的滑石菱鎂巖、菱鎂巖，另有少量輝長輝綠巖。巖體西段也格孜卡拉地區(qū)，有花崗巖侵入于巖體中。

純橄巖? 巖石完全蝕變，偶見極少橄欖石殘晶。主要礦物為蛇紋石、均質蛇紋石及葉蛇紋石。鉻鐵礦體附近的純橄巖往往在蛇紋石的背景上進一步綠泥石化，含量30%～40%，最高達80%。部分純橄巖還發(fā)育碳酸鹽化。副礦物鉻尖晶石呈半透明，棕黃-桔黃色，常因蝕變呈不透明，含量1%～2%，礦體附近含礦純橄巖中，浸染狀鉻尖晶石部分達到礦化程度，具定向排列。

方輝橄欖巖? 為薩爾托海一帶蛇綠混雜巖中主要巖石類型，巖石多己蝕變，原生礦物罕見，主要礦物為利蛇紋石、均質蛇紋石、絹石。副礦物鉻尖晶石呈他形或文象結構，半透明，黃棕色，常與絹石伴生，含量0.5%～2%。該類巖石除受蛇紋石化外，部分發(fā)育滑石碳酸鹽化、綠泥石化。此外，混雜巖還有少量的橄長巖、橄欖輝長巖、輝長巖等巖塊。

塊狀鉻鐵巖? 賦礦圍巖以純橄巖為主、次為方輝橄欖巖，礦體與圍巖間發(fā)育綠泥石包殼。鉻尖晶石，棕黑色，自形-半自形中細粒，塊狀構造。脈石礦物主要為綠泥石和蛇紋石（圖2）。鉻尖晶石沿其裂隙及邊緣部位普遍發(fā)生強烈的綠泥石化、蛇紋石化及磁鐵礦化。

3? 測試結果

本文選取薩爾托海塊狀鉻鐵礦石中新鮮無蝕變的造礦鉻尖晶石進行電子探針分析，樣品測試單位為中國地質大學（武漢）地質過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室，測試儀器型號為JXA-8 100，分析條件為加速電壓15 kV，束流100 nA，電子束徑1 μm，工作精度達100×10-6。分析和計算結果見表1。

薩爾托海鉻鐵礦Cr2O3質量分數(shù)為33.68%～41.52%，均值37.40%;A12O3含量2.82%～5.75%，均值3.73%; TFeO含量31.01%～47.59%，均值40.67%（表1）;薩爾托海鉻鐵礦Cr#為82.56～90.24，均值87.10;Mg#為52.22～70.89，均值62.07;Yfe為30.65～50.09，均值40.57;Fe2+#為29.11～47.78，均值37.93（表2）。薩爾托海塊狀鉻鐵礦主要為富鐵鉻鐵礦，少量高鐵鉻鐵礦 [14]（圖3）。

4? 討論

4.1? 原巖性質判定

本文所測鉻鐵礦為富鐵鉻鐵礦，成分均一，蝕變較弱，受后期構造改造較少，可用于本文后續(xù)分析論證 [15]。圖4分析認為，薩爾托海橄欖巖同紐芬蘭島灣蛇綠巖及阿曼賽邁爾蛇綠巖相似，同典型的大洋上地幔物質和大陸上地幔成因差別較大。認為薩爾托海超鎂鐵巖屬于蛇綠巖范疇。

4.2? 地幔源區(qū)性質

據(jù)相關公式[18-20]，計算得出薩爾托海鉻鐵礦：結晶壓力為4.39～4.50 GPa，平值04.44 GPa，形成深度約137.78 km。結晶溫度t（T=-273.15）均值為1 655.24℃，與軟流圈溫度接近 [20]，認為鉻鐵礦寄主橄欖巖原巖為石榴石二輝橄欖巖（圖5）。

聯(lián)合利用多重公式 [19，23-25]，計算薩爾托海鉻鐵礦：相對氧逸度Δlog（fo2）FMQ為FMQ +2.18～FMQ+2.63log 單位，均值FMQ+2.46log 單位。部分熔融程度F為23.17%～23.55%，均值23.40%（表2）。

4.3? 構造環(huán)境討論

鉻鐵礦位于阿爾卑斯型地幔橄欖巖區(qū)域內(nèi)（圖4），顯示鉻鐵礦落入玻安巖區(qū)域中（圖6-a），鉻鐵礦主要位于高Ti弧形區(qū)域中（圖6-b），少數(shù)位于現(xiàn)代弧后盆地區(qū)域。TiO2和Al2O3質量分數(shù)負相關性不明顯，與MORB的鉻尖晶石特征差別很大[27]。

前人對該帶蛇綠巖巖石組合與形成環(huán)境進行過探討，對達布達爾蛇綠混雜巖帶形成構造環(huán)境的認識有：弧后盆地或邊緣海盆、弧后盆地、大洋環(huán)境、弧后盆地或大陸邊緣洋擴張脊、消減帶之上的弧后盆地（SSZ型）[28-32]。結合本次研究認為，薩爾托海鎂鐵質巖為SSZ型蛇綠巖，形成于洋內(nèi)弧后盆地。

5? 結論

（1） 薩爾托海鉻鐵礦蝕變程度弱，為富鐵鉻鐵礦。

（2） 薩爾托海鉻鐵礦的結晶溫度為1 638.82℃～1 669.14℃，平均1655.24℃;結晶壓力為4.39～4.50 GPa，平均4.44 GPa，推測其形成深度為137.78 km;所處地幔氧逸度為FMQ +2.18～FMQ+2.63log 單位， 平均FMQ+2.46log 單位; F為23.17%～23.55%， 均值23.40 %。

（3） 薩爾托海鉻鐵礦的寄主巖石屬蛇綠巖范疇，原巖為石榴石二輝橄欖巖。

（4） 薩爾托海蛇綠巖為SSZ型蛇綠巖，形成于洋內(nèi)弧后盆地。

參考文獻

[1]? ? 李錦軼，何國琦，徐新，等.新疆北部及鄰區(qū)地殼構造格架及其形成過程的初步探討.地質學報，2006，80（1） ： 148 -168.

[2]? ? 肖文交，韓春明，袁超，等.新疆北部石炭紀-二疊紀獨特的構造成礦作用： 對古亞洲洋構造域南部大地構造演化的制約.巖石學報，2006，22（5） ： 1062-1076.

[3]? ? 張弛，黃萱.新疆西準噶爾蛇綠巖形成時代和環(huán)境的探討.地質論評，1992，38（6） ： 509-524.

[4]? ? 辜平陽，李永軍，張兵，等.西準噶爾達拉布特蛇綠巖中輝長巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 測年.巖石學報，2009，25（6） ： 1364-1372.

[5]? ? Irvine T N. Chromian Spinel as a Petrogenetic Indicator： Part 2：Petrologic Applications[J]. Canadian Journal of Earth Sciences， 1967，4（1）： 71-103.

[6]? ? Dick H J B， Bullen T. Chromian Spinel as a Petrogenetic Indicator in Abyssal and Alpine-Type Peridotites and Spatially Associated Lavas[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology， 1984，86（1）： 54-76.

[7]? ?Kamenetsky V S， Crawford A J， Meffre S. Factors Controlling Chemistry of Magmatic Spinel： An Empirical Study of Associated Olivine， Cr-Spinel and Melt Inclusions from Primitive Rocks[J]. Journal of Petrology， 2001，42（4）： 655-671.

[8]? ? 楊經(jīng)綏，徐向珍，戎合，等.蛇綠巖地幔橄欖巖中的深部礦物：發(fā)現(xiàn)與研究進展[J].礦物巖石地球化學通報，2013，32（2）： 159-170.

[9]? ?Arai S. Characterization of Spinel Peridotites by Olivine-Spinel? ? ? ? ? ? ?Compositional Relationships： Review and? ? ? ? ? ? Interpretation[J]. Chemical Geology， 1994，113（3-4）： 191-204.

[10]? 李春昱，王荃，劉雪亞，等.亞洲構造圖說明書[M].北京：地圖出版社，1982，49

[11]? 朱寶清，馮益民. 新疆西準噶爾板塊構造及演化.新疆地質[J].1994，12（ 2） ： 91-105

[12]? 何國琦，李茂松，劉德權.等.中國新疆古生代地殼演化及成礦[M].烏魯木齊： 新疆人民出版社，1994，1-437

[13]? 張建，徐海山，王登紅，等.新疆薩爾托海鉻鐵礦造礦鉻尖晶石蝕變特征及指示意義[J].地球學報，2009，30（5）：599-606.

[14]? 索科洛夫.烏拉爾鉻鐵礦[M].北京： 地質出版社，1958，1-12.

[15] Barnes S J. Chromite in Komatiites：Ⅱ： Modification During Greenschist to Mid-Amphibolite Facies Metamorphism[J]. Journal of Petrology， 2000， 41（3）： 387-409.

[16]? 朱云海，張克信，王國燦，等.東昆侖復合造山帶蛇綠巖、巖漿巖及構造巖漿演化[M].武漢：中國地質大學出版社， 2002，32-33.

[17]? 孔凡梅，李旭平，李守軍，等.西南天山東德溝鎂鐵-超鎂鐵巖中尖晶石的礦物學特征及其地質意義[J].巖石礦物學雜志， 2011，30（5）： 951-960.

[18]? ONeill H S C. The Transition between Spinel Lherzolite and Garnet Lherzolite， and Its Use As A Geobarometer[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology， 1981，77（2）： 185-194.

[19]? Fabriès J. Spinel-Olivine Geothermometry in Peridotites from Ultramafic Complexes[J].Contributions to Mineralogy and Petrology， 1979，69（4）： 329-336.

[20]? McKenzie D， Bickle M J. The Volume and Composition of Melt Generated by Extension of the Lithosphere[J]. Journal of Petrology， 1988，29（3）： 625-679.

[21]? Klemme S， O'Neill H S C. The Near-Solidus Transition from Garnet Lherzolite to Spinel Lherzolite[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology， 2000，138（3）： 237-248.

[22]? 張招崇，王福生，郝艷麗，等.峨眉山大火成巖省中苦橄巖與其共生巖石的地球化學特征及其對源區(qū)的約束[J].地質學報， 2004，78（2）： 171-180.

[23]? Irvine T N. Chromian Spinel as a Petrogenetic Indicator： Part 1：Theory[J]. Canadian Journal of Earth Sciences， 1965，2（6）： 648-672.

[24]? Fudali R F. Oxygen Fugacities of Basaltic and Andesitic Magmas[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta， 1965，29（9）： 1063-1075.

[25]? Hellebrand E， Snow J E， Dick H J B， et al. Coupled Major and Trace Elements as Indicators of the Extent of Melting in Mid-Ocean-Ridge Peridotites[J]. Nature， 2001， 410（8）： 677-681.

[26]? Pal T， Mitra S. P-T-fO2 controls on A Partly Inverse Chromite-Bearing Ultramafic Intrusive： An Evaluation from the Sukinda Massif， India[J]. Journal of Asian Earth Sciences， 2004，22（5）： 483-493.

[27]? Blanco G，Rajesh H M，Germs G J B， et al. Chemical Composition and Tectonic Setting of Chromian Spinels from the Ediacaran-Early Paleozoic Nama Group，Namibia[J]. The Journal of Geology，2009，117（3） ： 325-341.

[28]? 新疆維吾爾自治區(qū)地質礦產(chǎn)局.新疆維吾爾自治區(qū)區(qū)域地質志[M].北京：地質出版社，1993，843.

[29]? 涂光熾.新疆北部固體地球科學新進展[M].北京：地質出版社，1993，53-78.

[30]? 雷敏，趙志丹，侯青葉，等.新疆達拉布特蛇綠巖帶玄武巖地球化學特征：特提斯洋的對比[J].巖石學報，2008， 24（4）： 661-672.

[31]? 姜勇，李少貞，鄭啟之，等.西準噶爾達拉布特超鎂鐵巖巖石化? ? ? ? ? ? ?學特征及形成環(huán)境[J].新疆地質，2003， 21（2）： 260-261.

[32]? 辜平陽，李永軍，王曉剛，等.西準噶爾達爾布特SSZ型蛇綠雜巖的地球化學證據(jù)及構造意義[J].地質論評，2011， 57（5）： 36-44.