哈拉乔拉岩体橄榄石与辉石成分对阿尔泰 造山带铜镍成矿潜力的指示

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  摘   要:哈拉乔拉基性-超基性岩体于431 Ma侵位于阿尔泰造山带南缘,以辉长岩和橄榄辉长岩为主,类比于基性岩含矿的喀拉通克和黄山东矿床。本文通过哈拉乔拉岩体的矿物成分探讨该岩体的硫化物熔离过程。哈拉乔拉橄榄辉长岩中橄榄石Fo值为75~83 mol%,类似于黄山东与喀拉通克,但Ni含量更为亏损(小于100×10-6~840×10-6),明显低于这两个矿床Fo值相近的橄榄石。单斜辉石成分(Mg#为0.75~0.81)对比也表明哈拉乔拉岩体与喀拉通克岩体具有相似的母岩浆成分与演化过程。哈拉乔拉橄榄石和单斜辉石的成分指示岩浆侵位之前曾经历橄榄石分异结晶作用,Ni严重亏损指示深部橄榄石分异过程中还伴随着硫化物熔离作用。但目前地表及有限的钻孔并未见大量硫化物,暗示硫化物可能堆积在岩体深部或深部岩浆房。经以上分析,认为志留—石炭纪侵位的基性-超基性岩也具形成铜镍矿床的潜力,其成矿潜力评价可综合地球化学-地质-地球物理-成矿过程研究等多方面信息。
  关键词:阿尔泰;哈拉乔拉;基性-超基性岩;橄榄石;铜镍矿
  新疆北部地区(北疆)是一个复杂的古生代造山带,地质历史时期存在多期次的洋-陆俯冲及弧-陆碰撞事件,伴随着这一系列构造事件,与幔源岩浆相关的基性-超基性岩体发育,从东、西天山到东、西准噶尔均有分布,是形成岩浆型铜镍(铂族元素)矿床的有利地区[1-6]。喀拉通克、黄山、黄山东、图拉尔根、坡十、坡一等铜镍矿床的发现和深部勘查突破,使北疆成为最具铜镍矿找矿前景的地区之一。东天山地区矿床最为密集,规模也最大[5,7]。阿尔泰-东准噶尔地区也是重要的铜镍矿产地,产出喀拉通克铜镍矿床[8,9]。从铜镍矿床分布特征来看,阿尔泰-东准噶尔与东天山两个构造带的铜镍矿床均呈线状产出,产于与深大断裂相交的次级断裂中[10-13]。近年在东天山构造带黄山-镜儿泉断裂的东西两侧延伸还发现多个铜镍矿化体,有的已初具规模[14-16];在阿尔泰-东准噶尔构造带也发现多个与喀拉通克矿床基性程度相似的岩体,如克默孜巴依和科克别克提岩体[17,18]。阿尔泰造山带基性-超基性岩的铜镍成矿性研究相对薄弱,其成矿潜力仍缺少系统论证。
  阿尔泰-东准噶尔地区基性-超基性侵入岩形成时代从志留纪到二叠纪均有产出,有分布于额尔齐斯构造带以北的阿尔泰造山带内,也有分布于准噶尔北缘及喀尔齐斯构造带内,成型铜镍矿以后者为主,前者见矿化[17-19]。哈拉乔拉岩体以辉长岩和橄榄辉长岩为主,其时代为431 Ma[19],早于喀拉通克铜镍矿床,但其岩性与喀拉通克和黄山东铜镍矿床的赋矿岩性具可比性[8,20]。本文以哈拉乔拉岩体为对象,通过橄榄石与辉石主要氧化物成分探讨哈拉乔拉岩体硫化物熔离过程,并开展哈拉乔拉岩体、黄山东和喀拉通克矿床橄榄石和辉石成分对比,探讨哈拉乔拉及阿尔泰地区其他早古生代侵位的基性-超基性岩体的成矿潜力。
  1  北疆的基性-超基性岩分布概况
  北疆在大地构造位置上处于中亚造山带南缘,是西伯利亚板块和塔里木板块的聚合地区。北疆的构造演化经历了复杂而漫长的过程[2,5,21-23]。北疆古生代铜镍矿床主要集中分布在5个构造-岩浆带上:①阿尔泰南缘额尔齐斯断裂带(喀拉通克岩带),发育喀拉通克铜镍矿床;②西南天山菁布拉克基性-超基性岩带,发育菁布拉克铜镍硫化物矿床;  ③东天山黄山-镜儿泉基性-超基岩带,发育香山、黄山、黄山东、黄山南、葫芦、图拉尔根等众多铜镍矿床;④位于中天山地块的沙泉子断裂南缘基性-超基性杂岩群,产出白石泉和天宇铜镍矿;⑤新疆北山基性-超基性杂岩群,产出坡一、坡十、罗东、红石山、漩涡岭、笔架山等铜镍矿化岩体(图1)[24]。北疆古生代基性-超基性岩还与甘肃北山岩体群相连,发育黑山铜镍矿床。这些成矿带中产出的岩体,除菁布拉克岩体时代较早外,其它成岩成矿时代均为(晚石炭世末—)早二叠世。阿尔泰-东准噶尔地区基性-超基性侵入岩主要有两期:一为志留纪—中泥盆世;一为石炭纪末—早二叠世,前者主要分布于额尔齐斯构造带以北的阿尔泰造山带内,后者分布于准噶尔北缘及喀尔齐斯构造带内,成型铜镍矿以后者为主,前者见矿化[22-23]。
  2  哈拉乔拉岩体地质特征与岩相学特     征
  哈拉乔拉岩体位于阿尔泰山东南缘,南邻额尔齐斯大断裂,位于喀拉通克铜镍矿的北东20 km处。虽然两个岩体相距甚近,但以额尔齐斯断裂为界,分处于两个不同的构造单元。东准噶尔地区主要出露晚古生代地层,以泥盆系和石炭系火山沉积岩为主,阿尔泰造山带则以元古界和早古生代地层为主(图2-a)1。哈拉乔拉岩体的围岩主要为奥陶系哈巴河群中亚群的一套浅变质岩,岩性有灰绿色薄层状变质粉砂岩、细砂岩、千枚岩、绢云母绿泥石片岩等。岩体南西侧被古近—新近系渐新世陆相喷发橄榄玄武岩覆盖,玄武岩K-Ar年龄为10~ 20 Ma,中部被古近—新近系和第四系沉积物覆盖               (图2-a,b)[25]。岩体周围还有大量中酸性侵入岩分布,以花岗闪长岩、黑云母花岗岩及花岗岩为主,岩体规模较大。华力西晚期侵入活动不强烈,出露少量橄榄辉长苏长岩、辉长岩、辉长闪长岩、花岗闪长岩、肉红色斜长花岗岩和灰色混合花岗岩、片麻状花岗岩等。燕山早期侵入少量小岩株,以斜长花岗岩、黑云花岗岩为主。
  哈拉乔拉岩体地表形态呈不规则状,长轴近NS向,长约3 km,东西最宽处1.2 km,面积约1.6 km2         (图2-b)。被玄武岩覆盖的岩体形态不清,若在深部相连,该岩体南北长4 km,东西最宽可达2.5 km。据岩体地表出露面积,该岩体属于小岩体[7,10]。
  哈拉乔拉岩体基性程度最高的岩相为橄榄辉长岩,分布于岩体东南侧,呈水滴状,占岩体出露面积的20%,主要矿物为橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、角闪石、斜长石。橄榄石分布不均匀,局部橄榄石密集堆晶部位,可定名為含长辉橄岩(图3-a),橄榄石占10%~20%,单斜辉石~20%,斜方辉石10%~20%,斜长石约占40%~70%,还发育少量磁铁矿、磁黄铁矿等。橄榄辉长岩中堆晶结构发育,堆晶矿物以橄榄石、斜方辉石、长石和少量单斜辉石为主       (图3-b,c),部分单斜辉石、长石和几乎全部的角闪石均呈填隙结构,局部可见包橄、包长等包含结构   (图3-c)。辉长岩是哈拉乔拉岩体最主要的岩相,出露面积约占岩体总出露面积的70%,不同部位的晶形、粒度等变化较大,可见粗晶,东侧局部地段可见少量硫化物。岩石主要由单斜辉石、斜方辉石、斜长石、角闪石等组成。辉石含量35%~45%,以斜方辉石为主(图3-d,f),斜长石占35%~70%,部分绿帘石和绢云母化、角闪石10%~20%,长石和辉石以堆晶相为主,角闪石为主要填隙矿物,其他矿物有磁铁矿、钛铁矿、磷灰石等。辉长岩在薄片尺度可见截然的粒度差异(图3-e),中粒辉长岩中见不规则状细粒辉长岩,细粒辉长岩与中粒辉长岩的矿物组成基本一致,指示岩浆冷却过程中的不均一性(图3-e,f)。前人研究还发现该岩体与围岩接触处局部形成浅色角闪石二长岩,宽数米,在岩体西侧不连续分布,受挤压作用,多呈片理状、片麻状[26]。   3  橄榄石和辉石矿物成分分析方法
  本次研究选取哈拉乔拉岩体地表出露和钻孔揭露的新鲜样品。矿物的镜下观测在ZEISS显微镜下完成,选择多个薄片和多个视域开展矿物相对百分含量估计。在详细的镜下观察和系统对比之后,对橄榄辉长岩和辉长岩中的橄榄石和辉石开展了电子探针分析。电子探针分析在中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室和长安大学的JXA8100仪器上完成,其工作电压为15 kV,电流20 nA,束斑大小为3~5 ?m。使用的标准样品为天然样品和人工合成氧化物。
  4  橄榄石和单斜辉石成分
  哈拉乔拉橄榄石Fo值(100×Mg/(Mg+Fe))在74.4 mol%和82.5 mol%之间,Ni含量小于100×10-6到840×10-6之间,Mn含量为1 500×10-6~3 600×10-6        (表1)。值得注意的是,Fo-Ni投图分布于两个不同区域,并非连续变化,且Fo值与Ni含量之间也没有相关性(图4-a),表明两组橄榄石并非由结晶分异作用形成,更可能与多期岩浆作用相关[27]。另外,哈拉乔拉橄榄石Fo值与喀拉通克和黄山东铜镍矿床橄榄石的Fo值相似,但相同Fo值的橄榄石Ni含量明显低于喀拉通克和黄山东矿床(图4-a)。3个岩体Mn含量差别不大,但在相似Fo值变化范围内,哈拉乔拉岩体橄榄石的Mn含量变化较大(图4-b)[13,28]。
  哈拉乔拉岩体单斜辉石的Mg#值(Mg/(Mg+Fe))为0.75~0.81,En值为0.41~0.45,Fs值为0.10~0.14,Wo值为0.42~0.46,TiO2含量0.16%~0.62%(表2)。哈拉乔拉单斜辉石的Mg#值与橄榄石Fo值的变化范围相近,指示橄榄石与单斜辉石之间达到了Mg-Fe平衡(图5-a)[13,28]。哈拉乔拉单斜辉石经计算后的Ti与AlIV含量投图表明,哈拉乔拉与黄山东与喀拉通克矿床单斜辉石AlIV含量相近,但哈拉乔拉岩体Ti含量略低。3个岩体在AlIV与Ti图解中均投到钙碱性区域(图5-b)。需要注意的是,该图解限定的岩浆性质很大程度上受Ti含量控制,基性岩浆随着结晶分异进行,岩浆中Ti含量也随之升高,从而使演化的拉斑质岩浆也投到钙碱性区域。单斜辉石成分最重要的指示是哈拉乔拉和黄山东、喀拉通克岩体可能具相似的母岩浆成分与演化过程。
  5  哈拉乔拉岩体岩浆性质与硫化物熔     离过程
  橄榄石Fo 值和Ni 含量的变化趋势受岩浆结晶过程和冷却过程中固液相交换等多种因素控          制[27,29-31]。橄榄石结晶分异会使Ni含量随着Fo值下降而缓慢下降,硫化物熔离则使Ni含量随着Fo值下降而迅速下降。冷却过程中,硫化物与橄榄石之间的Fe-Ni交换则使橄榄石的Ni含量随着Fo值降低而升高;橄榄石与熔体的亚固相平衡使原有橄榄石Fo值下降[32]。哈拉乔拉岩体中橄榄石Fo值与Ni含量并无明显的相关性(图4),指示这些浅部样品在浅部岩浆房结晶过程中并未与硫化物发生Fe-Ni交换反应。值得注意的是,哈拉乔拉岩体橄榄石Ni含量小于840×10-6,在相同的Fo值下,橄榄石Ni含量明显低于黄山东与喀拉通克两个成矿岩体。根据区域上基性超基性岩的橄榄石成分[24],哈拉乔拉岩体在深部极有可能经历大量Ni丢失,若Ni丢失是橄榄石在深部堆晶造成,岩浆的Mg#也将明显降低,使浅部结晶的橄榄石也具极低的Fo值,但哈拉乔拉橄榄石较高的Fo值指示哈拉乔拉岩体深部并未发生大量(大于20%)橄榄石的分离结晶[13],因此,哈拉乔拉橄榄石亏损Ni可能由深部橄榄石堆晶伴随硫化物熔离引起。如果深部岩浆房或岩体深部有足够多的含硫化物岩浆流过(相对开放的体系),深部橄榄岩相很有可能赋存硫化物矿体。哈拉乔拉与喀拉通克和黄山东矿床具相似岩相特征(辉长岩与橄榄辉长岩为主)和矿物成分[10,11,28,33],表明哈拉乔拉岩体局部很有可能含铜镍矿体。早期结晶的橄榄石和熔离出的硫化物可能堆积在深部岩浆房,也可能聚集在浅部岩浆房底部,前者勘查难度大,而查明浅部岩浆房底部是否存在橄榄石与硫化物的富集是进一步评价该岩体铜镍含矿性的重点。
  6  阿尔泰地区志留—石炭纪基性-超        基性岩的铜镍成矿潜力初探
  北疆地区铜镍矿床在东天山-中天山-北山地区密集产出(图1)[34-36],但阿尔泰-东准噶尔地区目前仅发现喀拉通克一个铜镍矿床,喀拉通克北西20 km处出露具铜镍矿化的克默孜巴依岩体,两个岩体的形成时代均为二叠纪[17,37],与东天山-中天山-北山的铜镍矿床形成时代一致。但北疆地区也存在多个形成时代为志留—泥盆纪的铜镍矿床和矿化点,如北山的黑山矿床[38]。地幔柱与铜镍成矿关系密      切[39-41],东天山-北山二叠纪的矿床被认为可能与塔里木地幔柱活动密切相关[34,35,42],而二叠纪之前的矿床则是和俯冲、碰撞过程中局部伸展密切相关。志留纪哈拉乔拉岩体的橄榄石和辉石成分特征指示该岩体岩浆具形成铜镍矿床的潜力(图4,5)。石炭纪科克别克提岩体(321 Ma)也具一定的铜镍矿化显示[18]。因此,虽然北疆地区二叠纪形成的岩体是铜镍矿床勘查最有利的对象,但志留—石炭纪侵位的基性-超基性巖仍具有形成铜镍矿床的潜力。
  1∶20万区域地质资料显示,阿尔泰地区出露众多基性-超基性岩侵入体,地表以辉长岩为主(图2),部分岩体含较大比例的橄榄辉长岩相,有的岩体还发育含长橄辉岩。这些岩体的铜镍矿床成矿潜力有待进一步分析。这些岩体地表出露面积往往较小(小于0.05 km2),类似于图拉尔根[14]。铜镍矿床的大小与岩体体积、赋矿岩石比例密切相关,若这些小岩体深部没有膨大部位,其容矿能力相对有限。因此,深部的延伸及产状变化是小岩体铜镍成矿潜力评价的重点[43-46]。结合图拉尔根铜镍矿床发现过程,认为阿尔泰造山带铜镍调查工作可从以下4方面层层深入:①区域化探数据分析,以Ni,Cu,Co等地球化学异常定位铜镍成矿潜力区并开展野外异常查证;②对基性岩出露的异常区开展有针对性地地质填图并查明岩体的地表形态与岩石组合;③在此基础上,可开展相应的年代学、岩石学和矿物学研究,进一步明确成矿潜力并划分异常区的成矿潜力等级;④对于超基性岩比例较高且具有硫化物熔离作用的岩体,可应用重磁电等地球物理方法查明其深部延伸与体积,全面并准确地评价岩体的铜镍矿成矿潜力。   7  结论
  (1) 二叠纪是阿尔泰乃至北疆铜镍矿床形成的峰期,是铜镍矿床勘查的重要对象。但志留—石炭纪侵位的基性-超基性岩也具一定的成矿潜力显示,例如哈拉乔拉、科克别克提等岩体,需进一步工作与系统对比评价。
  (2) 哈拉乔拉岩体的矿物成分表明,该岩体具有与黄山东和喀拉通克成矿岩体类似的岩相和矿物成分特征,指示其深部可能发生了橄榄石分离结晶并伴随硫化物熔离。早期堆晶形成的富含硫化物的橄榄岩相是该岩体乃至阿尔泰-东准噶尔地区基性-超基性岩体含矿性评价的重要对象。
  (3) 阿尔泰地区出露较多的基性-超基性小岩体,其铜镍成矿潜力可通过地球化学异常分析→野外地质查证→室内研究工作→地球物理测深等工作进行逐步深入评价。
  致谢:感谢新疆维吾尔自治区有色地质勘查局七0一队同事一直以来的支持。中国科学院地质与地球物理研究所张迪和长安大学刘民武协助开展电子探针分析,康珍、方林茹和牛艳杰帮助处理并分析样品,野外工作中与丁汝褔老师进行了有益的交流,秦克章研究员在成文过程进行了指导,编辑和审稿人仔细审查了全文,并提供了建设性的建议,在此一并致谢。
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  Mineral Composition of the Halaqiaola Mafic-ultramafic Intrusion and Implications for Ni-Cu Exploration in the Altay Orogenic Belt   Ding Jiangang1,Mao Yajing2,3,Tang Dongmei2,3,Zhou Qifeng2,3,Sun Zhenghao2,3
   (1.No.701 Geological Team,Xinjiang Geological Exploration Bureau for Nonferrous Metals,Changji,Xinjiang,831100,China;2.Key                Laboratory of Mineral Resources,Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,Beijing,100029,China;                     3.Institutions of Earth Science, Chinese Academy of Sciences,Beijing,100029,China)
  Abstract:The Ni-Cu mineralization potential of the mafic-ultramafic complexes in this Altay area is still unclear.The Halaqiaola mafic-ultramafic complex is located in the southern margin of the Altay region,with an age of about 431 Ma.Gabbro and olive gabbro are the dominated rocks in the outcrops,which is analogous to the rocks from the Kalatongke and Huangshandong deposits.The Fo value in olivine in the Halaqiaola olivine gabbro vary from 75 to 83 mol%, similar to that of the Huangshandong and Kalatongke,but the Ni content of olivine (100×10-6~800×10-6) is significantly lower than that of the two deposits. The comparison of the Mg# in clinopyroxene in the same rocks also indicates that the Halaqiaola rock mass is relatively evolved (Mg# is 75~83),similar to the Kalatongke rocks.The composition of olivine and clinopyroxene compositions indicate the olivine crystallization before magma emplacement at the Halaqiaola chamber,probably accompanied by sulfide segregation and removal from the magma, but the current surface and borehole show that no large amounts of sulfide enrichment were observed,suggesting that sulfides may accumulate in the deep of the current intrusion or at deeper magma chambers.Although the age of the mafic-ultramafic rocks in the Altay region is earlier than the ore-forming age of the Kalatongke deposit in the adjacent area,the mineral composition of the Halaqiaola rocks indicates the complexes earlier than the Permian regionally still have the potential for Ni-Cu mineralization.
  Keywords:Altay orogen;Halaqiaola;Mafic-ultramafic rocks;Olivine;Ni-Cu deposit
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