甘肃省有色金属地质勘查局兰州矿产勘查院 甘肃兰州 730000
摘要：研究区在区域上与黄山-镜儿泉超镁铁岩成矿带相邻，前人对其形成年代和构造成因做了大量的研究工作，但始终没有统一的观点。通过作者在该区进行野外地质调查研究以及相关测年和化学元素数据分析，确定在该地区镁铁质-超镁铁质岩石侵位的时代为早石炭世，与黄山-镜儿泉超镁铁岩带非同期侵入。四顶黑山超镁铁岩石侵入型岩体，并非蛇绿岩套组成部分。岩浆演化过程中受到地壳物质的混染。从构造环境上可以判断四顶黑山超镁铁质岩体发育于造山后的伸展环境。
关键词：东天山；四顶黑山；超镁铁岩
1区域地质背景
研究区位于新疆东天山东段哈密地区东北部与甘肃接壤处，目前对研究区宏观大地构造分区较为一致的观点是：新疆东北边为西伯利亚陆壳板块，南部为塔里木板块，但其间是否可以独立划出一个向西与苏联相连的哈萨克斯坦板块，其范围如何，则有不同的认识。第一类观点认为不存在哈萨克斯坦板块；第二类观点认为存在哈萨克斯坦板块，北界以卡拉麦里缝合带为界与西伯利亚板块相邻，但其南侧与塔里木板块的界线仍存在争议：1）南界为库米什-卡瓦布拉克-红柳河深断裂；2）南界为康古尔-黄山深断裂；3）南界为南天山缝合线。研究区内主要出露的地层为早元古界长城系星星峡群、和志留系上统泥盆系下统红柳沟组、志留系中泥盆统大南湖组，以及新生界地层。
区内岩浆活动较为频繁，岩浆岩十分发育，从超基性—酸性岩均有出露，在时代上可分为元古代、早泥盆世、晚泥盆世、早石炭世、三叠纪等时期的侵入岩。结合野外地质调查，本区以及邻区出露的侵入岩以及脉岩共有六个系列，从早到晚依次为：1）元古代片麻状花岗质岩石；2）早泥盆晚志留世花岗岩；3）晚泥盆世花岗岩；4）早石炭世花岗岩；5）早石炭世镁铁质-超镁铁质岩；6）中三叠世碰撞后S型花岗岩。
2镁铁质-超镁铁质岩石的地质特征
研究区内的镁铁质-超镁铁质岩岩体主要分布在头苏泉地区的红岭图幅，岩体主要成线状、长条状、带状展布，延伸长度约5-13千米，宽约1-2千米，岩体延伸方向近北东东向，展布明显受控于北东东向展布的康古尔断裂带次级断裂；局部小型的岩体呈圆状，近圆状产出，体现小型侵入体的特征。岩体产状变化较大，倾向175-230°，倾角在45-85°之间。
岩体的围岩主要为早元古界长城系星星峡群一套浅灰-浅肉红色中细粒黑云二长片麻岩、斜长片麻岩、黑云石英片岩，浅灰-灰色细粒黑云石英片岩、黑云母、二云母片岩、千枚状片岩夹黑云石英岩及变粒岩，志留系上统-泥盆系下统红柳沟组浅变质凝灰质砂岩、粉砂岩，夹细碧岩、流纹岩及基酸性火山碎屑岩，晚泥盆世浅肉红色片麻状二长花岗岩。岩体与围岩呈侵入接触关系，侵入界限截然，在接触界限处可见强烈的劈理化和花岗质迷棱岩，同时在围岩中可见镁铁质-超镁铁质岩呈小型岩滴状产出。在围岩中发育与岩体相连的岩脉，在岩体边部出现了围岩的捕掳体。侵入岩与围岩都遭受到了后期的变质、变形作用，岩体中片麻理构造比较发育，其产状与围岩中的片理、片麻理的产状保持一致。矿物拉长定向排列，略显示线理构造。
暗色辉长岩侵入于辉长岩中，说明暗色辉长岩形成晚于辉长岩，橄榄辉长岩在暗色辉长岩的岩体内呈小型侵入体出现，其形成年代晚于暗色辉长岩。斜长花岗岩在暗色辉长岩，辉长岩岩体中均有出露，可见形成时代晚于暗色辉长岩。辉石岩只在辉长岩岩体中出露，在暗色辉长岩岩体和橄榄辉长岩岩体未发现，只能确定辉石岩的晚于辉长岩。闪长岩，闪长玢岩在整个岩体均有出露，呈脉状产出，可见为岩体形成后的脉状侵入体。因此，岩体内部单元形成的顺序最早为辉长岩，然后为暗色辉长岩，并有辉石岩的生成，然后是橄榄辉长岩和斜长花岗岩的产生，最后生成的闪长岩，闪长玢岩。
3岩石地球化学特征
本研究对早石炭世镁铁质一超镁铁质岩的10个样品进行了系统的岩石化学和地球化学测试，主量元素由湖北省岩矿测试中心使用X—光萤光光谱仪（XRF）进行测定，稀土元素和微量元素分析由中国地质大学（武汉）地质过程和矿产资源国家重点实验室的ICP—MS仪器上完成。主要特征：SiO2含量较低（41.88-51.35%），K2O与Na2O总体含量较低，对于镁铁质岩石样品，闪长岩MgO含量较低（2.18-3.3%），超镁铁质岩石MgO含量较高（20.18-21.53%），Al2O3含量相对较高，大于15%，高于辉长岩平均值9%，具低钾、贫钙特征。
通过研究区超镁铁-镁铁岩微量元素含量及原始地幔标准化微量元素蛛网图图解，岩体总体上显示出相容元素如Ni、Co、Cr、V、Ti含量高，不相容元素如Zr、Rb、Ce、Th等含量低的特点。因为两相平衡时，相容元素优先进入结晶矿物相或残留相。不相容元素优先进入熔体相。
在多元素原始地慢标准化图解上，总体显示出较为一致的分布模式，均表现出大离子亲石元素（Rb，Sr，Ba）富集和高场强元素（Nb，Ta，Zr，Hf）的相对亏损。Nb/Ta的比值在9.60-14.82之间，平均值为11.88；Zr/Hf比值在23.33-45.47之间，平均值为32.47，与原始地幔（17.8与37）不同，接近于地壳的相应值（11和33），表明岩浆演化的过程中受到地壳物质的混染。推断研究区岩体的源岩为地幔岩，经过岛弧环境的改造后发生部分熔融作用形成的。
4讨论
4.1四顶黑山超镁铁-镁铁质岩体并非蛇绿岩带
该处超镁铁-镁铁质岩体并非蛇绿岩带，主要有以下三个方面的证据：
在侵位方式上，代表洋壳的蛇绿岩，其形成与侵位是两个过程。形成于扩张洋脊的蛇绿岩中的镁铁一超镁铁岩各组分原始侵位时，因其高温岩浆作用，会在洋脊部位产生热变质作用，但这种变质作用通常只出现在蛇绿岩各组分之间以及与深海沉积物之间，一般不会产生于蛇绿岩与大陆边缘沉积物之间。而当洋壳消亡于海沟被铲刮下来，即构造侵位时，蛇绿岩与大陆边缘沉积物之间一定呈断层接触关系，而不会产生热变质作用。黄山一镜儿泉地区的镁铁一超镁铁岩，不仅各岩相之间相互侵人穿插，而且岩体与围岩之间亦呈热接触变质关系，围岩为早元古界长城系星星峡群一套片麻岩，以及志留系上统-泥盆系下统红柳沟组浅变质的凝灰质砂岩，接触带上有闪长岩脉穿插围岩现象，地球化学研究表明，闪长岩与镁铁一超镁铁岩皆为同源岩浆的产物，岩体边缘见有围岩捕虏体，围岩有热接触变质现象，发生角岩化，存在边缘冷凝带及边缘混染带。可见岩体的侵位方式是热侵位，而不同于蛇绿岩的构造侵位。
蛇绿岩被认为是洋壳和上地慢的一部分，具有层状结构特征，底部是具变质结构的橄榄岩到辉长岩的堆积岩系，再向上是枕状熔岩及其伴生的补给岩体，最上部是包括放射虫硅质岩在内的深海沉积物。但是黄山一镜儿泉镁铁一超镁铁岩却不具有蛇绿岩这种层状的结构特征，堆晶条带构造仅在局部区域断续发育，岩体内部单元呈条带状分布，各个岩性单元之间界限清晰。
四顶黑山超镁铁杂岩的稀土元素球粒陨石标准化分配曲线主要变现为较平坦的缓右倾型，明显区别于大多数蛇绿岩套中岩石的LREE亏损的分配模式。另外，研究区超镁铁-镁铁质岩石的m/f在0.46-0.82之间，小于残留地幔Mg#=0.89-0.92，在这一特征上与含镁质高的蛇绿岩中的超镁铁岩截然不同。
4.2岩浆物源和演化
4.2.1母岩浆来源
岩体样品的稀土元素特征及相容微量元素特征表明，它们来源于地幔，但不是由超镁铁质岩浆结晶形成，因为超镁铁质岩浆形成于地幔岩的高度部分熔融，具有重稀土富集或平坦的稀土配分型式，而样品稀土元素特征表现出轻稀土富集的稀土配分型式。通过与E-MORB稀土分配模式对比，可以证明岩体的母岩浆来源于略为富集的地幔源区。
在微量元素蛛网图中，总体显示出较为一致的分布模式，均表现出大离子亲石元素（Rb，Sr，Ba）富集和高场强元素（Nb，Ta，Zr，Hf）的相对亏损。Nb，Ta的亏损暗示着有大陆地壳物质的混染，或源区存在俯冲的洋壳物质。研究表明，Nb，Ta，与Zr，Hf，与是地球化学性质相近的不相容元素对，在岩浆部分熔融及结晶过程中不发生分异，但在遭受来自俯冲消减板片脱水或熔融形成的流体或熔体改造的地慢，其Nb与Ta，Zr与Hf将发生明显的分异。四顶黑山岩体Nb/Ta的比值在9.60-14.82之间，平均值为11.88；Zr/Hf比值在23.33-45.47之间，平均值为32.47，与原始地幔（17.8与37）不同，表明这些元素发生了分异，而在岩体各岩石单元中均少见岩浆角闪石和黑云母，表明岩浆演化的过程中受到地壳物质的混染而不能确定与俯冲作用有关。
对于判断混染物是上地壳还是下地壳，一般而言，上地壳具有高的SiO2含量，而下地壳的成分往往和玄武岩相当，所以对于基性一超基性岩浆而言，当其遭受到上地壳物质的混染时，被混染岩浆的SiO2含量将会大大升高，而遭受下地壳物质混染的岩浆的SiO2含量提高的幅度不会太大。所有样品的SiO2含量均不高，因此从这点来看，混染物可能是下地壳。
4.2.2岩浆演化过程
各主量元素与MgO均具有较好的相关性关系，微量元素蛛网图和稀土元素球粒陨石标准化图解，各样品的微量和稀土元素分配模式具有相似性，因此，样品为同源岩浆演化的产物。随着MgO的降低，CaO、Al2O3、TiO2升高，Ni则和MgO呈良好的正相关，表明发生了橄榄石的分离结晶作用，并且可能还有斜方辉石的分离结晶。而FeO和MgO总体上为正相关关系，局部为负相关关系，这暗示了伴随橄榄石的分离结晶作用，可能还有磁铁矿的分离结晶作用，但局部发生过磁铁矿的熔离作用。此外，MgO和Cao、Al2O3呈负相关，说明没有发生单斜辉石和斜长石的分离结晶作用。稀土元素球粒陨石标准化曲线中不存在负Eu异常，也说明没有斜长石的分离结晶。这一点和岩相学特征完全一致，即岩石主要以橄榄石和斜方辉石为主，自形程度较高，而单斜辉石和斜长石含量很少，且充填于前两种矿物之间。另外Nb和Ta的负异常说明岩浆可能发生了钛铁矿的分离结晶作用，从而导致残余岩浆发生Nb和Ta的亏损，因为钛铁矿具有富集Nb和Ta的特征。然而，通过图4-1可以看出，TiO2和Nb的含量并没有正相关关系说明Nb的负异常不是由钛铁矿的分离结晶作用引起的。
由稀土元素球粒陨石标准化曲线表明，闪长岩—角闪辉长岩岩—辉长岩—辉石岩均表现为LREE富集的特点，表明岩体源于富集地幔源区、岩浆分离结晶作用、有较强的陆壳混染作用或形成于源区较大程度的部分熔融。通过部分熔融作用与分离结晶作用轨迹图解可以判别，四顶黑山岩体成岩过程以源区平衡部分熔融作用为主，但局部也有分离结晶作用的发生。
参考文献：
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[2]李锦轶，王克卓，孙桂华，et al.东天山吐哈盆地南缘古生代活动陆缘残片：中亚地区古亚洲洋板块俯冲的地质记录[J].岩石学报.2006，22（05）：1087-1102.
[3]秦克章，方同辉，王书来.等.东天山板块构造分区、演化与成矿地质背景研究.新疆地质.2002年第4期.P302-308.
作者简介：
郭东宝，男，（1985.10-），汉族，河北衡水人，工程师，硕士研究生学历，主要从事矿床学及地质勘探工作。