趙 民，賀永康，荊德龍，李 侃，隋清霖，趙曉健，周 凱，金謀順

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西西安 710054；2.自然資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710054；3.西北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心，陜西西安 710054；4.漢中西北有色七一一總隊(duì)有限公司，陜西漢中 723000)

0 引言

西昆侖造山帶地處青藏高原西北和中央造山帶最西段，位于特提斯和古亞洲兩大構(gòu)造域的匯集部位(任紀(jì)舜，1999;姜耀輝等，2000;姜春發(fā)等，2000)。潘裕生(1990,2000)、鄧萬明(1995)認(rèn)為西昆侖是顯生宙以來經(jīng)歷多次弧陸碰撞而形成的復(fù)合造山帶。部分西方學(xué)者認(rèn)為西昆侖主體為三疊紀(jì)形成的增生雜巖(Burtman and Molnar，1993;Robinson et al.，2007，2016;Rutte et al.，2017)。西昆侖造山帶西臨帕米爾高原,因其南部受印度洋板塊向北的俯沖擠壓,顯生宙以來經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造地質(zhì)演化,使西昆侖構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨捌錁?gòu)造演化存在較大爭議(Pan et a1.，1996；李榮社等，2008；Zhang et a1.，2007；劉敏等，2009；康磊等，2015)。尤其是西昆侖西段，復(fù)雜的構(gòu)造背景加上惡劣的自然環(huán)境致使西昆侖西段地質(zhì)構(gòu)造研究程度遠(yuǎn)低于東段。

鎂鐵-超鎂鐵巖不僅能有效追蹤地幔源區(qū)特征,而且很多鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體本身就賦存Cr、Fe、Ti、V、Ni、Cu和PGE等礦產(chǎn)資源，這使得鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖研究一直倍受關(guān)注(張旗，2014)。截至目前，西昆侖西北緣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查和研究程度仍較低，關(guān)于超鎂鐵巖體的研究更是鮮有報(bào)道。本次研究在西昆侖坑希維爾-阿托依那克一帶礦產(chǎn)調(diào)查的基礎(chǔ)上，以在西昆侖造山帶西北緣柯牙吾齊東側(cè)首次發(fā)現(xiàn)的超鎂鐵質(zhì)巖體為研究對象，對其進(jìn)行巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)研究，從而探討其形成時(shí)代、構(gòu)造環(huán)境及其成因，以期為區(qū)域上的構(gòu)造演化研究和銅鎳等相關(guān)找礦工作提供新的啟示。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

本文西昆侖造山帶構(gòu)造單元?jiǎng)澐謪⒄张嗽Ｉ?1990,2000)的劃分方案：從北到南分別以庫地-其曼于特蛇綠構(gòu)造混雜帶和麻扎-康西瓦蛇綠構(gòu)造混雜帶為界劃分為北昆侖地體、南昆侖地體和甜水海地體(圖1a，Xiao et al.，2002;袁超等，2003;方愛民等，2003;許志琴等，2011)。

圖1 西昆侖西北緣區(qū)域構(gòu)造簡圖(a,據(jù)魏小鵬，2018)和研究區(qū)地質(zhì)簡圖(b)

研究區(qū)屬于南昆侖地體，位于麻扎-康西瓦蛇綠構(gòu)造混雜帶北側(cè)，靠近于北側(cè)的庫地-其曼于特蛇綠構(gòu)造混雜帶(圖1a)。出露地層主要包括長城系賽圖拉巖群(ChST.)絹云石英片巖、黑云斜長角閃片巖夾條帶狀大理巖，總體受緩傾的逆沖推覆構(gòu)造控制(孫寶生等,2003)，以飛來峰的形式呈不規(guī)則斑塊狀覆蓋在石炭紀(jì)-二疊紀(jì)地層及部分侵入巖之上(圖1b)；上泥盆統(tǒng)奇自拉夫組(D3q)分布于研究區(qū)南部，主要巖性為灰紅色中粗粒巖屑砂巖、紫紅色薄層細(xì)粒長石石英砂巖、灰色絹云母變質(zhì)中細(xì)粒石英砂巖、淺灰綠色薄層泥質(zhì)粉砂巖等；下石炭統(tǒng)烏魯阿特組(C1w)為一套海相火山巖，主要由塊狀玄武巖、枕狀玄武巖組成；下二疊統(tǒng)瑪爾坎雀庫塞山組(P1m)巖石組合主要為雜色火山碎屑巖、熔巖夾碳酸鹽巖；中二疊統(tǒng)昆蓋依套組(P2k)主體為灰?guī)r夾碎屑巖，局部可見火山巖。各地層間多以斷裂接觸，局部為不整合接觸。研究區(qū)NW向斷裂構(gòu)造發(fā)育，斷裂性質(zhì)復(fù)雜、規(guī)模懸殊，區(qū)域性斷裂具多期次活動(dòng)特點(diǎn)，順斷裂帶普遍發(fā)育韌性動(dòng)力變質(zhì)巖。位于研究區(qū)西南部的吐于克特勒斷裂為二疊系昆蓋依套組(P2k)與泥盆系奇自拉夫組(D3q)的邊界斷裂(圖1a)，走向北西，傾向北東，呈弧形彎曲，該斷裂西部與區(qū)域塔什庫爾干斷裂交匯。研究區(qū)侵入巖主要有晚石炭世波斯坦鐵列克巖體、喀什喀蘇巖體，晚三疊世薩落依巖體、阿克薩依巖體等，分別呈巖基、巖株、巖枝和巖脈侵入到不同時(shí)代地層中，巖性以英云閃長巖、石英閃長巖和花崗斑巖等中酸性侵入巖為主(圖1b)，次為蛇紋石化輝橄巖、輝長巖、輝綠巖。

2 宏觀地質(zhì)特征

柯牙吾齊超鎂鐵質(zhì)巖位于吐于克特勒斷裂北側(cè)，波斯坦鐵列克巖體西南側(cè)，在地表呈不連續(xù)脈狀產(chǎn)出，寬2～10 m，長從幾十米到1 km不等，侵位于中二疊統(tǒng)昆蓋依套組和長城紀(jì)賽圖拉巖群之中，其中有一巖脈侵入于晚石炭世波斯坦鐵列克巖體中，主要呈NW-SE向展布，與區(qū)域構(gòu)造線走向一致(圖1b)。該巖脈西部由于被積雪覆蓋，延伸情況不明。

3 巖相學(xué)特征

柯牙吾齊超鎂鐵質(zhì)巖巖性為蛇紋石化輝橄巖，巖石呈灰色-深灰綠色，塊狀構(gòu)造，變余粒狀結(jié)構(gòu)、交代殘留結(jié)構(gòu)、堆晶結(jié)構(gòu)(圖2a，b)。巖石主要由橄欖石(40%～45%，少量可達(dá)60%以上)、輝石(45%)和金屬礦物(10%±)組成，鎂鐵質(zhì)礦物含量大于90%。金屬礦物以磁鐵礦為主。橄欖石呈粒狀，粒徑多在0.2～3 mm。橄欖石多被蛇紋石交代呈變余環(huán)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。蛇紋石種屬為膠蛇紋石，少量纖維蛇紋石，少部分也被角閃石、菱鎂礦交代。有時(shí)可見橄欖石殘留體呈交代殘留結(jié)構(gòu)。輝石晶體常被角閃石交代，有些呈交代假象結(jié)構(gòu)。巖石中還見少量方解石，不規(guī)則狀沿粒狀橄欖石邊部交代。巖石中金屬礦物呈粒狀，粒徑大小一般在0.1～0.5 mm，星點(diǎn)狀分布(圖2b～c)。

圖2 柯牙吾齊超鎂鐵質(zhì)巖野外和顯微照片

4 巖石地球化學(xué)特征

本次選取在柯牙吾齊巖體東邊巖脈采集的JD-H7～9、中間巖脈采集的JD-H11～12和西邊巖脈采集的17YQ-5～6共7件新鮮樣品進(jìn)行主量及微量元素分析，樣品位置見圖1b。巖石的主量元素、稀土元素和微量元素分析均在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)測試中心完成。主量元素用熒光光譜儀(XRF)進(jìn)行測試，分析精度優(yōu)于5%;稀土元素和微量元素采用美國熱電公司SeriesⅡ型SX50型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)進(jìn)行分析，分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%～10%。全巖地球化學(xué)分析結(jié)果見表1。

4.1 主量元素

結(jié)果顯示輝橄巖樣品SiO2含量為42.14%～47.43%，平均44.43%，具有低的Al2O3(1.41%～3.69%，均值2.51%)、CaO(0.28%～6.59%，均值3.28%)、K2O+Na2O(0.55%～0.88%，均值0.70%)和TiO2(0.03%～0.24%,均值0.11%)，富MgO(24.69%～31.22%，平均26.76%)，F(xiàn)eOT(7.05%～11.65%，均值9.82%)。結(jié)果顯示各主量元素含量分布于一個(gè)相對較大的范圍，這反映了不同樣品中不同礦物的堆積過程。如JD-H12、17YQ-5和17YQ-6三個(gè)樣品Al2O3含量明顯較其它樣品含量小，而MgO含量較其它樣品含量大，說明這三件樣品單斜輝石和斜長石的結(jié)晶分異作用相對較弱，而存在一定程度的橄欖石結(jié)晶分異。

Mg#值是鑒別原始巖漿的重要參數(shù)(孫濤，2011；尤敏鑫等，2017)。柯牙吾齊輝橄巖樣品Mg#值為79.98～86.70，分布相對集中，平均值為81.62，大于原生巖漿的Mg#值(68～75；Wilson，1989)，反映柯牙吾齊輝橄巖經(jīng)歷了橄欖石與輝石的分離結(jié)晶和堆晶作用，處于一個(gè)相對低的演化過程；m/f比值除了一個(gè)樣品(JD-12)為7.82，為鎂質(zhì)超基性巖類，其余樣品均在3～6.5，屬于鐵質(zhì)超基性巖類(吳利仁，1963)，比較有利于形成銅鎳硫化物礦床。

主量元素?zé)Я?LOI)值較高(6.9%～15.9%)，主要與樣品蛇紋石化蝕變有關(guān)，這反映了柯牙吾齊輝橄巖經(jīng)歷了后期不同程度的改造。此后涉及主量元素的投圖中，是剔除燒失量之后重新百分化后進(jìn)行投圖。在TAS圖解上，所有樣品均落在亞堿性系列區(qū)域(圖3a)，在AFM圖解中，樣品均落于拉斑系列的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)堆晶巖區(qū)域(圖3b)，反映巖石具有堆晶成因。綜合判斷柯牙吾齊輝橄巖為拉斑玄武巖系列。

表1 柯牙吾齊超鎂鐵巖主量元素(%)和微量元素(10-6)分析結(jié)果

續(xù)表1

圖3 柯牙吾齊超鎂鐵巖(K2O+Na2O)-SiO2圖解(a,底圖據(jù)Irvine and Baragaer,1971)和AFM圖解(b,底圖據(jù)Coleman,1977)

4.2 微量元素

輝橄巖樣品稀土元素含量普遍不高，稀土元素總量(∑REE)多小于17.84×10-6(11.41×10-6～17.84×10-6，平均14.08×10-6)，含量為原始地幔的1～10倍。輕重稀土比LREE/HREE為2.81～5.69，平均為4.46，(La/Yb)N為2.05～3.69，平均為2.9，屬于輕稀土富集型。(La/Sm)N為1.92～4.29，(Gd/Yb)N為1.21～1.79，表明輕稀土元素之間各元素分餾程度比重稀土元素稍強(qiáng)。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線圖總體呈現(xiàn)出輕稀土相對富集，重稀土平坦的略右傾的配分模式，Ce、Eu和Er顯示明顯富集(圖4a)。δEu為1.50～3.15，平均為2.34，顯示弱的Eu正異常，表明可能存在斜長石堆積作用。相容元素Ni、Cr和Co含量高，分別為1183×10-6～2346×10-6，1169×10-6～2356×10-6，84.55×10-6～152.00×10-6。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖解上(圖4b)，輝橄巖樣品微量元素總體呈現(xiàn)富集大離子親石元素(Rb、Ba、U、Sr)和Pb，相對虧損高場強(qiáng)元素Nb、P、Zr、Hf、Ti以及虧損K、Sm元素，顯示具有弧巖漿的特征。無論是各樣品的配分曲線還是原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖，各樣品曲線近似一致，基本平行，均顯示出具有同源巖漿演化的特征。

圖4 柯牙吾齊超鎂鐵巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(a)及微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough,1989)

5 討論

5.1 巖漿源區(qū)特征

許多學(xué)者通過大量研究指出原生巖漿的鑒別與地幔橄欖巖平衡巖石地球化學(xué)標(biāo)志：Green(1975)，Mg#=63～73;Sato(1977),Ni=235×10-6～400×10-6;Hess(1992),Mg#>0.68,Ni=300×10-6～400×10-6。柯牙吾齊超鎂鐵巖Mg#=79.98～86.70，Ni=1183×10-6～2346×10-6，均在原生巖漿范圍之外。由此推斷形成柯牙吾齊超鎂鐵巖的巖漿已不是原生巖漿。

柯牙吾齊超鎂鐵巖Zr/Nb介于20.70～45.18，而富集地幔和過渡型地幔Zr/Nb<18，虧損地幔Zr/Nb>18(Le Roex et al.,1983)，這表明柯牙吾齊超鎂鐵巖由虧損地幔部分熔融形成。國外學(xué)者研究認(rèn)為高La/Sm(>4.5)值也能反映地殼物質(zhì)的混染(Lassiter and Depaolo，1997)。由表1可知，JD-H7、JD-H9、JD-H11、JD-H12的La/Sm(2.98～4.17)<4.5，JD-H8、17YQ-5、17YQ-6的La/Sm(6.05～6.65)>4.5，這也指示源區(qū)巖漿可能經(jīng)歷了一定程度的地殼物質(zhì)混染。

輝橄巖樣品在Th/Yb-Nb/Yb圖解中偏離MORB-OIB演化線，大部分落在島弧火山巖區(qū)域(圖5a)，說明其形成受到了俯沖組分的影響(Pearce and Peate，1995)，可能有富水沉積物或者玄武巖所產(chǎn)生的富水熔體進(jìn)入地幔源區(qū)。在SiO2-Nb/Y圖解上(圖5b)，所有樣品均落在低壓、高度部分熔融的拉斑玄武巖漿區(qū)域內(nèi)，暗示巖漿經(jīng)過高度部分熔融形成。

綜上，柯牙吾齊超鎂鐵巖源區(qū)主要為受俯沖流體或者熔體交代的虧損地幔，并經(jīng)歷了一定程度的地殼混染。

5.2 構(gòu)造環(huán)境分析

研究區(qū)內(nèi)超鎂鐵巖普遍發(fā)生了蛇紋石化,蛇紋石化蝕變對稀土元素(REE)和Th、以及高場強(qiáng)元素(HFSE)等流體不活動(dòng)元素不會造成大的影響(Day et al.,2008)。為進(jìn)一步探討柯牙吾齊輝橄巖形成的構(gòu)造環(huán)境，筆者選取這些抗蝕變元素對其形成環(huán)境進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境判別。在Zr/117-Th-Nb/16判別圖上(圖6a)，樣品均投在破壞板塊邊緣玄武巖范圍；在Hf/3-Th-Nb/16圖解上(圖6b)，巖石表現(xiàn)出巖漿弧的特征,暗示柯牙吾齊超鎂鐵巖是俯沖作用引起的巖漿上涌侵位形成的島弧巖漿巖。

圖5 柯牙吾齊超鎂鐵巖樣品源區(qū)性質(zhì)判別圖解(a,據(jù)Pearce,2008;b,據(jù)Greenough et al.,2005)

圖6 柯牙吾齊超鎂鐵巖樣品構(gòu)造環(huán)境判別圖解(a,據(jù)Wood et al.,1979；b,據(jù)Metzger et al.,2002)

5.3 巖石成因

超鎂鐵質(zhì)巖石是研究地幔物質(zhì)組成和演化的重要載體。根據(jù)其產(chǎn)出的構(gòu)造背景、巖石組合、伴生礦產(chǎn)大體可分為5類,即蛇綠巖、義敦型巖體、阿拉斯加型巖體、層狀侵入體和橄欖巖一閃長巖型巖體(張旗，2014)。研究區(qū)內(nèi)出露的超鎂鐵巖如果僅從巖石地球化學(xué)特征分析是類似于阿拉斯加型巖體，但綜合巖體產(chǎn)出的區(qū)域構(gòu)造環(huán)境、巖石組合以及巖石地化特征，柯牙吾齊超鎂鐵巖又與上述5類典型超鎂鐵質(zhì)巖石均不相同。為查明柯牙吾齊超鎂鐵巖成因，筆者在前述巖石地化分析基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景對其進(jìn)行初步探討。

在研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的柯牙吾齊超鎂鐵巖未能采到理想的年齡樣品，本次僅從該巖體與圍巖關(guān)系以及與之相關(guān)已有測試年齡的巖體對其形成時(shí)代進(jìn)行了初步約束。柯牙吾齊超鎂鐵巖侵入的最新地層為中二疊統(tǒng)昆蓋依套組，河南省地質(zhì)調(diào)查院(2012)根據(jù)該套地層中大量的古生物化石年代多為中二疊世，并結(jié)合該套地層中多處采獲中二疊世的標(biāo)準(zhǔn)蜓化石(似紡錘蜓Parafusulinasp.)確定昆蓋依套組地層時(shí)代為中二疊世①，這說明柯牙吾齊超鎂鐵巖巖漿活動(dòng)不早于中二疊世。同時(shí)，從宏觀分布特征看該巖體又被阿克薩依巖體錯(cuò)斷(圖1b)，說明柯牙吾齊超鎂鐵巖侵入形成時(shí)代應(yīng)晚于阿克薩依巖體形成時(shí)代。阿克薩依巖體巖性主要為閃長花崗巖，已測得鋯石U-Pb同位素年齡值為213.2±1.2 Ma(另文發(fā)表)，屬于晚三疊世晚期。據(jù)此推斷柯牙吾齊超鎂鐵巖形成時(shí)代應(yīng)介于中二疊世-晚三疊世晚期之間。

而前人對于西昆侖造山帶中二疊世-晚三疊世做了大量的研究工作：畢華等(1999)在西昆侖造山帶已發(fā)表的同位素年齡數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上,認(rèn)為224.70～211.39 Ma西昆侖仍存在島弧構(gòu)造環(huán)境;計(jì)文化(2005)通過西昆侖造山帶沉積巖研究推測，在中二疊世晚期，古特提斯開始碰撞造山;張傳林等(2005)根據(jù)西昆侖北部兩類花崗巖研究,認(rèn)為(240.5±1.8) Ma處于同碰撞造山環(huán)境,(228.2±1.5) Ma則為后碰撞伸展拉張環(huán)境;李榮社等(2008)通過西昆侖地層對比研究推測碰撞發(fā)生在晚二疊世-中三疊世,晚三疊世為后碰撞階段;Yang et al.(2011)則對麻扎-康西瓦斷裂西段變質(zhì)事件研究后推測碰撞造山發(fā)生在中-晚三疊世；康磊等(2015)通過對西昆侖西段晚古生代-中生代花崗巖綜合研究認(rèn)為258～241 Ma為碰撞造山階段，234～210 Ma為后碰撞伸展階段。綜合前人研究發(fā)現(xiàn)在晚三疊世(234～210 Ma)西昆侖西段處在一個(gè)后碰撞伸展的拉張環(huán)境。

另外，研究區(qū)內(nèi)缺失晚二疊世-晚三疊世沉積，可能是古特提斯中二疊世晚期發(fā)生碰撞抬升所致。新疆地質(zhì)調(diào)查院在位于研究區(qū)北部的薩羅依花崗斑巖體中獲得的Rb-Sr等時(shí)線年齡為222±14 Ma②，屬晚三疊世；本次對錯(cuò)斷柯牙吾齊超鎂鐵巖脈的阿克薩依糜棱巖化石英閃長巖體進(jìn)行了鋯石U-Pb年代學(xué)研究，獲得其形成時(shí)代為213.2±1.2 Ma(另文發(fā)表)。這些均表明，西昆侖西段在三疊紀(jì)晚期發(fā)生了地幔巖漿底侵和強(qiáng)烈的殼幔巖漿相互作用，處于后碰撞伸展環(huán)境(康磊等，2015；Jiang et al.，2013)。

在后碰撞伸展環(huán)境中形成的巖漿巖也可能具有島弧或活動(dòng)大陸邊緣巖漿巖所特有的地球化學(xué)特征(Elliott et al. 1997；Aldanmaz et al. 2000；Wang et al. 2004)。前文主微量元素地球化學(xué)特征分析顯示柯牙吾齊超鎂鐵巖具有俯沖作用引起巖漿上涌侵位形成的島弧巖漿巖的特征。

綜上判斷，具有島弧巖漿巖地球化學(xué)特征的柯牙吾齊超鎂鐵巖形成時(shí)代最大可能是晚三疊世,在古特提斯洋閉合引起碰撞后伸展的構(gòu)造環(huán)境下，巖漿沿著深斷裂上侵形成，其形成年齡略早于阿克薩依巖體(213.2±1.2 Ma)，源區(qū)主要為虧損地幔，受早期俯沖流體或者熔體改造并經(jīng)歷了一定程度的地殼混染。

6 結(jié)論

(1)柯牙吾齊超鎂鐵巖位于西昆侖西北緣、麻扎-康西瓦蛇綠構(gòu)造混雜帶北側(cè)，呈不連續(xù)脈狀產(chǎn)出，侵位于中二疊統(tǒng)昆蓋依套組、長城紀(jì)賽圖拉巖群和石炭紀(jì)波斯坦鐵列克巖體中。

(2)柯牙吾齊超鎂鐵巖具有低硅、低鈦、高鎂、貧堿的特征，屬鐵質(zhì)、鎂質(zhì)超基性巖，拉斑玄武系列。巖石富集大離子親石元素，相對虧損高場強(qiáng)元素，略富集輕稀土元素，具有弱的Eu正異常。

(3)柯牙吾齊超鎂鐵巖形成于晚三疊世，其形成與古特提斯洋閉合引起的碰撞后伸展背景有關(guān)。

致謝自然資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室校培喜教授級高工在成文過程中給予了悉心指導(dǎo)，審稿專家及編輯同志對本文也提出了許多寶貴的修改意見，在此一并致謝！

[注 釋]

① 河南地質(zhì)調(diào)查院.2012.新疆1:5萬昆蓋山等5幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R].

② 新疆地質(zhì)調(diào)查院.1998.新疆1:5萬喔爾托克幅等5幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R].