阿尔金南缘长沙沟超镁铁岩岩石地球化学特征及构造环境分析

梁孝伟 毛红伟 王雪杰

摘   要：对阿尔金南缘长沙沟超镁铁岩进行野外地质调查、岩石学及岩石地球化学等方面研究，结果显示：长沙沟超镁铁岩已发生强烈蛇纹石化，基本已蚀变成蛇纹岩。主量元素具高Mg（MgO=36.98%～37.26%）、低Si（SiO2=39.90%～41.44%）、贫Al（Al2O3=1.81%～2.64%）、低Fe（FeOT=6.46%～7.48%）特征。Mg#值为89.80～91.08，m/f值为8.65～10.01，属典型镁质超镁铁岩，推测原岩为斜方辉石橄榄岩。稀土元素总量∑REE=4.49×10-6～5.06×10-6，分布模式为轻稀土微弱富集，近平坦型， （La/Yb）N=1.10～3.43， Eu异常不明显，δEu=0.86～0.93，具正的Ce异常，δCe=1.16～1.96。微量元素富集Ba，U，Ta，Pb，Zr，Hf，亏损Th，Nb。长沙沟超镁铁岩属变质橄榄岩，为“SSZ”型蛇绿岩底部组成单元，由原始地幔经2%～10%熔融形成的亏损地幔岩，形成于俯冲带环境中的洋内弧后盆地。

关键词：阿尔金;洋内弧后盆地;长沙沟超镁铁质岩;岩石地球化学

超镁铁岩按成因可分为热侵位岩浆岩和构造成因蛇绿岩。阿尔金山地处青藏高原北缘，由于自然地理和交通条件限制，工作程度较低。长沙沟镁铁质-超镁铁质岩处于阿帕-茫崖蛇绿岩带上[1-3]，至西向东依次划分为黄土泉、长沙沟和清水泉3个岩块（图1），成因上存在“蛇绿岩”和“热侵位”超基性岩的争议[1-6]，形成构造环境为洋脊、准洋脊、洋岛或洋盆环境[1-3]，为大陆裂谷环境侵入岩[4-6]。本文以长沙沟超镁铁岩块为研究对象，通过岩石学和和岩石地球化学研究，分析长沙沟超镁铁岩的岩石成因，探讨形成的大地构造环境，以期为恢复长沙沟地区构造演化历史和找矿勘查工作提供依据。

1  地质背景和岩石学特征

长沙沟镁铁质-超镁铁质岩构造位置处于南阿尔金地块南缘，主体由黄土泉、长沙沟和清水泉3个镁铁质-超镁铁质岩块组成（图1）。沿阿尔金南缘断裂带总体呈NE向展布，以构造岩片形式存在，目前已识别出超镁铁质岩、镁铁质堆晶岩、基性岩岩墙和基性火山岩等组成端元。

超镁铁质岩分布于混杂岩带中部，呈透镜状产出。单个岩片（块）面积小于1 km2，由变质橄榄岩、变质辉橄岩、变质橄辉岩和变质辉石岩组成，以辉橄岩或橄辉岩为主体，与围岩呈断层接触。镁铁质堆晶岩包括变辉石岩和变辉长岩，二者交替呈互层状构成典型堆晶结构。基性岩岩墙分布于构造混杂岩带中部，呈较密集岩墙群产于复理石岩片及基性火山岩片中。由橄榄辉长岩、辉长辉绿岩和辉绿岩组成，与围岩呈明显侵入接触。基性火山岩分布于构造混岩带中部黄土泉、岔沟泉等地，常与超镁铁质、镁铁质岩岩片相伴出现，为一套片岩组合，夹少量大理岩，与围岩呈断层接触。岩石遭强烈变形变质，原岩结构构造特征大多不存在，原岩恢复为玄武岩、安山玄武岩、玄武质凝灰岩及安山质沉凝灰岩等。

超镁铁质岩均发生强蛇纹石化，基本蚀变成蛇纹岩，镁铁质岩石类型为角闪岩（图2）。长沙沟蛇纹岩呈灰绿色，变余粒状结构、磷片变晶结构，块状构造，主要矿物为蛇纹石，残留少量橄榄石和辉石（图3）。蛇纹石为灰色，他形鳞片状，0.05～0.10 mm，含量95%以上。橄榄石呈自形-半自形粒状，多被纤维状蛇纹石取代。辉石为自形-半自形柱状，多被纤柱状透闪石取代，杂乱分布。副矿物主要为磁铁矿、尖晶石、白钛石和金红石等。

2  岩石地球化学特征

在长沙沟超镁铁质岩块中采集4件具代表性样品进行测试分析。测试单位为中国科学院广州地球化学研究所。首先进行样品风化面切除，酸淋滤等预处理，減少岩石形成后期蚀变作用对元素的影响，保证测试具准确性和代表性。主量元素采用熔片X-射线荧光光谱法（XRF）测定，相对误差小于5%，微量元素用ICP-MS法测定。微量元素含量超过10×10-6时，相对误差小于5%，低于10×10-6时，相对误差小于10%。

2.1  主量

样品烧失量普遍较高，为11.72%～11.86%，平均11.81%（表1），将其扣除后将主量元素折算成100%，再进行讨论。在标准矿物图解中（图4），样品处于斜方辉石橄榄岩区。长沙沟超镁铁岩SiO2=39.90%～41.44%，平均40.62%;Al2O3=1.81%～2.64%，平均2.23%;MgO=36.98%～37.26%，平均37.07%;MnO=0.11%～0.13%，平均0.12%;FeOT=6.46%～7.48%，平均7.07%。Mg#=89.80～91.08，m/f=8.65～10.01（>6.5），属镁质超镁铁岩（图5）。Mg#和m/f值较高，普遍大于世界同类岩石的值，与国内值接近（表2）。长沙沟超镁铁岩属镁质超镁铁岩，总体表现出高Mg、低Si和贫Al特征。

2.2  稀土和微量

测试分析数据表明（表1），长沙沟稀土总量ΣREE=4.49×10-6～5.06×10-6，平均4.85×10-6，（La/Yb）N=1.10～3.43，平均2.03，分布模式呈近平坦型（图6），具一定程度轻稀土富集;δEu=0.86～0.93，平均0.90，负铕异常不明显;δCe=1.16～1.96，平均1.49，具正铈异常特征。微量元素富集Ba，U，Ta，Pb，Zr，Hf，亏损Th，Nb（图6-1）。

3  讨论

3.1  岩石成因

在FeOT-MgO-（Na2O+K2O）图解中，样品位于镁铁-超镁铁堆积蛇绿岩区（图7-a），在MgO-CaO-Al2O3图解中样品位于变质橄榄岩区（图7-b），因此认为长沙沟超镁铁岩为变质橄榄岩，属蛇绿岩套范畴，为底部组成部分。

超镁铁岩中MgO含量和Mg#值两项指标，对研究部分熔融和亏损程度十分重要[11]。一般而言，岩石中Mg#、MgO含量与易熔组分CaO、Al2O3、SiO2等呈负相关， Mg#值越大或MgO含量越高，CaO、Al2O3、SiO2等含量则越低，说明岩石铁镁质暗色矿物越多，岩石越基性，岩石熔融程度越高，亏损越强烈。长沙沟超镁铁岩MgO平均含量37.07%，与模拟地幔岩 （37.67%）接近[12]。Al2O3平均2.23%，CaO平均0.26%，远低于原始地幔岩的值（4.45%，3.55%）[13]。长沙沟超镁铁岩镍、铬含量较高（表1）。表明长沙沟超镁铁岩为地幔橄榄岩，属原始地幔的地幔残余（图8）[14-15]。一定程度上，橄榄岩全岩地球化学可示踪部分熔融[16]，地幔熔融过程可通过微量元素间的协变关系精准模拟[17]。定量模拟过程关键在于选择不受后期蚀变和俯冲交代作用影响或影响较弱的元素，一般不采用熔体渗透及熔体-残体相互作用过程中活动性较强的元素，如强不相容元素Zr，Hf，Nb，Ta等[18]。重稀土元素迁移和分配仅受部分熔融影响，在后期板块俯冲和蚀变作用过程中仍保持性质稳定，能有效指示部分熔融程度[19-20]。从部分熔融模式图中看出（图5），长沙沟超镁铁岩稀土分布模式类似E-MORB型，具轻稀土略富集特征，为后期大洋岩石圈俯冲消减过程中流体交代作用的结果。长沙沟超镁铁质岩为原始地幔经2%～10%程度部分熔融后的地幔残余。微量元素Nb亏损明显，可能是后期板块俯冲作用的结果。因此认为长沙沟超镁铁岩同时经历了早期原始地幔部分熔融和后期俯冲消减作用中流体交代过程。D29D2B94-AE6C-4A5D-B46D-560E633E5A64

3.2  構造环境

长沙沟镁铁质-超镁铁质岩块面积较小，主要呈透镜状或椭圆状岩片或微岩片产出，发生强蛇纹石化，与赋存中型铜镍矿路北-云海镁铁质-超镁铁质岩石特征明显不同[21-24]。岩块与围岩呈断裂接触，整体呈构造侵位。长沙沟超镁铁岩轻稀土微弱富集，而洋中脊型蛇绿岩明显亏损轻稀土元素[25]，亏损的Ti元素指示为俯冲带岛弧环境[26]。同大洋中脊地幔TiO2含量（0.1%～0.4%）相比[27]，长沙沟超镁铁岩（TiO2=0.04%～0.06%）明显偏低，与消减带蛇绿岩（SSZ）中超镁铁岩接近（TiO2<0.1%）。微量元素上，富集Ba，U，Ta，Pb，Zr，Hf，亏损Th，Nb。Nb的亏损表明长沙沟超镁铁岩的形成环境明显区别于典型大洋中脊环境，与岛弧环境类似。形成于洋内弧后盆地环境的蛇绿岩兼具大洋中脊和岛弧特征[28]。综上所述，长沙沟超镁铁岩块属蛇绿岩，为“SSZ”型蛇绿岩下部变质橄榄岩组成部分，形成于俯冲带环境中洋内弧后盆地。

4  结论

（1） 长沙沟超镁铁岩出露规模较小，受构造改造强烈，蛇纹石化十分发育，基本已蚀变成蛇纹岩。据地球化学相关图解，推测原岩为斜方辉石橄榄岩。

（2） 长沙沟超镁铁岩m/f值大于6.5，m/f=8.65～10.01。稀土元素总含量较低，ΣREE为4.49×10-6～5.06×10-6，分布模式为轻稀土弱富集的近平坦型，（La/Yb）N=3.09～5.49，具Eu异常不明显，δEu=0.86-0.93，平均0.90及正Ce异常，δCe=1.16-1.96，平均1.49的特征。微量元素富集Ba，U，Ta，Pb，Zr，Hf，亏损Th，Nb。为原始地幔经2%～10%部分熔融后的地幔残余。

（3） 长沙沟超镁铁岩属蛇绿岩，为“SSZ”型蛇绿岩下部变质橄榄岩组成部分，形成于俯冲带环境中洋内弧后盆地。

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Petrogeochemical Characteristics and Tectonic Setting Analysis of Changshagou Ultramafic Rocks in the Southern Margin of Altyn

Liang Xiaowei ， Mao Hongwei， Wang Xuejie

（XinJiang Geological Explration institute，China Metallurgical Geology Bureau，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract：Field investigation， petrological and geochemical study on the ultramafic rock occurred in the Changshagou ， the southern margin of Altyn， The results show that the Ultramafic Rock have subjected to strong serpentinization and turned into serpentinite. Geochemical analysis shows that the main elements of the rock are characteristic of high Mg （MgO=36.98%～37.26%） ，low Si（SiO2=39.90%～41.44%）， poor Al（Al2O3=1.81%～2.64%）and low Fe（FeOT=6.46%～7.48%）， with Mg# value of 89.80～91.08 and m/f value of 8.65～10.01， belong to typical magnesium ultra basic rock，whose primary rock may be harzburgite. Rare earth element analysis indicates that the ∑REE is extremely low（∑REE=4.49-5.06ppm） and the normalized rare earth element partition pattern is characterized by a weak enrichment of near flat type pattern. （La/Yb）N is 1.10～3.43， with slight negative Eu anomalies （δEu=0.86～0.93） and significant negative Ce anomalies （δCe=1.16～1.96）. Trace elements are enriched in Ba，U，Ta，Pb，Zr，Hf and depleted in Nb，Ti. It is considered that the Changshagou ultra-basic rocks are metamorphic peridotites and belong to the bottom unit of SSZ type ophiolite and to the lossy mantle rocks resulted from the partial melting （2%～10%） of original mantle. These ultra basic rocks formed in the intra-oceanic back-arc basin setting in the subduction zone.

Key words： Altyn;Intra-oceanic back-arc basin ;Changshagou u ltramafic rocks;PetrogeochemistryD29D2B94-AE6C-4A5D-B46D-560E633E5A64