东天山垄西镁铁-超镁铁质岩地球化学特征及成矿潜力分析

工作中，在沙垄以西地区陆续发现白鑫滩、路北、月牙湾等铜镍矿[8-12]，规模达中型，大大拓宽了东天山铜镍矿的找矿空间。垄西岩体为新识别的镁铁-超镁铁质岩，具较高镍异常，研究工作尚属空白。本次在矿物学、岩石学和地球化学、同位素年代学等研究基础上，厘定成岩时代，分析岩浆源区性质和岩浆演化过程，并与区域上典型含矿岩体进行对比，初步探讨其成岩成矿作用过程及找矿前景，为东天山沙垄以西地区寻找铜镍硫化物矿床提供理论依据。

1  地质概况

垄西岩体位于新疆哈密市南湖乡西南侧，大地构造位置属康古尔-黄山韧性剪切带，位于康古尔大断裂南侧，原1∶5万地质图中标为二叠纪辉绿岩。该岩体处于地势相对低洼处，呈NW向展布，平面形态呈椭圆状，长约500 m，宽约400 m，出露面积约0.12 km2。岩体边部为灰色蚀变细粒辉长岩，主要矿物为斜长石和普通辉石，少量金属矿物和磷灰石。斜长石呈半自形板状，多被帘石化、绢云母化，部分可见聚片双晶，普通辉石呈半自形柱状，分布于斜长石间，次闪石化、绿泥石化明显;金属矿物呈半自形-他形粒状。中部为灰、灰绿色中细粒蚀变橄榄辉长岩，主要矿物为斜长石（81%），次为橄榄石（9%）、普通辉石（7%）和斜方辉石（2%），少量金属矿物和磷灰石，斜长石牌号为拉长石，呈自形-半自形板状、长板状，常见聚片双晶，部分泥化、绢云母化;普通辉石呈半自形柱状，斜方辉石呈半自形柱粒状，分布于普通辉石或橄榄石间;橄榄石为半自形粒状，多呈聚粒状分布于斜长石间。岩石总体具球形风化特征，地表呈残块状断续分布。

2  分析方法

橄榄石电子探针微区分析测试工作在新疆矿产实验研究所完成，使用仪器为日本电子JXA-8230型电子探针分析仪，重点开展了背散射电子成像观察及成分的定量分析。工作条件：加速电压15 kv，电子束流为1×10-8A，电子束半径1 μm。主量元素、稀土元素、微量元素分析在北京国家地质实验测试中心完成，其中主量元素采用X射线荧光光谱仪（PW4400），分析精度优于1%，检测方法据GB/T14506.28-2010;稀土和微量元素利用等离子质谱仪（PE300D）进行测定，分析精度优于5%～10%，检测方法据DZ/T0223-2001。LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年测试分析在中国地质科学院矿产资源研究所MC-ICP-MS实验室完成，定年分析仪器为Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及与之配套的Newwave UP 213激光剥蚀系统。激光剥蚀所用斑束直径为25 μm，以He为载气。对锆石标准的定年精度和准确度在1%（2σ）左右，锆石U-Pb定年以锆石GJ-1为外标，U，Th含量以锆石M127为外标进行校正。测试过程中每测定5～7个样品前后重复测定两个锆石GJ-1对样品进行校正，并测量一个锆石Plesovice，观察仪器状态以保证测试精确度。数据处理采用ICPSDataCal程序[13]，锆石年龄谐和图据Isoplot 3.0程序获得[14]。

3  测试结果

3.1  U-Pb年代学

垄西岩体橄榄辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年见表1。锆石以短柱及长柱状晶形为主，自形晶，具震荡环带结构（图2），Th/U比值1.4～6.2，具岩浆结晶锆石特征。普通铅校正后，橄榄辉长岩16个点均为有效数据。谐和年龄为（289.0±0.8）Ma （n=16，MSWD=5.1），206Pb/238U加权平均年龄为（288.9±1.8）Ma（n=16，MSWD=2.3）（图3），分析数据位于谐和线上，锆石年龄代表橄榄辉长岩结晶年龄。

3.2  矿物化学特征

垄西橄榄辉长岩中橄榄石多呈半自形粒状或浑圆粒状，晶体大小在0.2～0.5 mm，裂理较发育，有些已遭蛇纹石化蚀变。橄榄石中高Fo含量，表明其为原始岩浆在深部岩浆房中结晶产物，低Fo含量反映其为原始岩浆在深部岩浆房中经分离结晶作用后形成的演化岩浆产物。据电子探針分析结果（表2），垄西橄榄辉长岩中Fo介于63%～65%，橄榄石中NiO介于0.05%～0.21%。在Fo-NiO图解上（图4），部分点落在正常范围之外，说明可能深部发生过硫化物的熔离作用[15]。

3.3  主量元素

本次分析的6件样品岩石地球化学分析结果见表3。橄榄辉长岩与辉长岩具有相似的岩石地球化学特征，其中SiO2介于51.04%～51.63%，MgO为6.66%～7.63%，Al2O3为18.91%～19.70%，CaO为8.85%～9.38%，（Na2O+K2O）介于3.89%～4.45%。在岩石化学判别图解中（图5）[16-18]，数据点全部落入亚碱性系列，主要属铜镍硫化物系列，与区域上黄山、葫芦铜镍矿属铜镍系列、尾亚钒钛磁铁矿属钒钛系列的认识一致。

3.4  稀土和微量元素

岩石稀土总量变化较小，ΣREE介于53.16×10-6～60.62×10-6，平均56.99×10-6，具有较高的轻重稀土元素比值（LREE/HREE=3.13～3.50），LaN/YbN=3.12～3.61，表明轻重稀土元素分馏较强，δEu值变化于1.18～1.24，具有弱的铕正异常。稀土元素分布模式总体呈平行簇状分布，暗示为同源岩浆演化结果（图6-a）。蛛网图分布模式为平行簇状（图6-b），富集大离子亲石元素Cs，Rb，Ba，Sr，高场强元素Nb，Ta，Ti等明显亏损。

4  讨论

4.1  成岩年龄及意义

东天山地区与二叠纪镁铁-超镁铁质岩体有关的大中型岩浆铜镍硫化物型矿床主要为黄山、黄山东、黄山南、图拉尔根、香山和葫芦等，成岩成矿时代主要集中在270～285 Ma[2-5，7-11]，即早二叠世，个别矿区辉长岩为晚石炭世[6]。本次研究获得垄西橄榄辉长岩的成岩年龄为（288.9±1.8）Ma，表明成岩时代为早二叠世。从成岩年龄来看，垄西岩体与区域上已知大中型铜镍矿床的成岩成矿时代一致，该时期继晚石炭世碰撞造山挤压环境之后，由于构造应力释放，在碰撞后弛张伸展构造事件作用下，上地幔含铜镍镁铁质岩浆沿区域性张性断裂上涌，在分离结晶作用和同化混染作用下达到岩浆硫饱和，使铜镍从硅酸熔浆中熔离出，在岩浆底部或边部成矿，岩浆作用晚期部分会形成贯入式矿体。

4.2  源区特征

不同元素在不同矿物中相容性不同，随结晶作用的进行，残余岩浆逐渐富集早期结晶相中的不相容元素，亏损早期结晶相中的相容元素，即岩浆在结晶过程中元素丰度会随之变化，但总分配系数相同或很相近的元素比值不会因结晶作用改变。因此，总分配系数相同或很相近、对同化混染作用敏感的元素比值间的协变关系，可检验同化混染作用是否存在。在Zr-Nb相关性图中，垄西岩体样品落入亏损型地幔和过渡型地幔交界区（图7-a），说明岩浆源区为亏损地幔，可能遭地壳物质的混染。Nb/Zr-Th/Zr相关图显示，岩浆源区可能存在流体俯冲改造作用（图7-b）。由此可见，垄西岩体源区主体为亏损地幔，可能遭少量俯冲流体改造的富集岩石圈地幔组分加入或地壳物质的混染。

4.3  成矿潜力分析

通常世界上重要的岩浆铜镍硫化物矿床的含矿岩体都经历了较高的分异作用，分异较弱的岩体往往不成矿或贫矿[20]。垄西岩体地表出露面积较小，岩体以辉长岩相为主，岩浆分异差。此外，形成岩浆铜镍硫化物矿床岩体的原生岩浆均为高镁拉斑玄武质岩浆，在岩浆演化过程中普遍受到一定程度的同化混染，而垄西岩体原生岩浆为普通拉斑玄武岩，且岩浆上升过程中同化混染作用较弱，因此，可能在深部经历了部分硫化物熔离作用。据岩体分布特征、岩石组合、地球化学等，判断垄西岩体与该带典型含矿岩体，关键成矿指标存在明显差异，这可能不同程度制约了成矿潜力，加大了岩体浅部找矿难度。

5  结论

（1） 垄西橄榄辉长岩成岩年龄为（288.9±1.8）Ma，与东天山典型铜镍矿成岩成矿时代一致。

（2） 垄西岩体源区主体为亏损地幔，可能遭少量俯冲流体改造的富集岩石圈地幔组分加入或地壳物质混染作用。

（3） 垄西岩体原生岩浆为普通拉斑玄武岩，岩浆上升过程中同化混染作用较弱，可能在深部经部分硫化物熔离作用。关键成矿指标与区域上典型铜镍矿存在明显差异，不同程度制约了成矿潜力，使岩体浅部找矿难度加大。

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Geochemical Characteristics and Metallogenic Potential of the Mafic-ultramafic Rocks Form Longxi in the Eastern Tianshan Mountains

Mi Baoxin1， Li Ping2， Jin Liuyuan2

（1.The Geological Society of Xinjiang，Urumqi，Xinjiang，830046，China;2.Geological Survey Academy of Xinjiang，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract： The Permian mafic-ultramafic rocks in the eastern Tianshan Mountains have developed a series of copper-nickel sulphide deposits，especially the discovery of copper-nickel deposits in Longxi area in recent years， which greatly improved the attention of the mafic-ultramafic rocks in this area.The Longxi rocks mainly consist of olive gabbro and gabbro.The diagenetic age of olive gabbro tested on zircon by LA-ICP-MS is （288.9±1.8）Ma （n=16，MSWD=2.3），which is consistent with the diagenesis and mineralization age of the typical copper-nickel deposit in the eastern Tianshan Mountains.The geochemical characteristics of the Longxi rocks indicate that the source is dominated by the depleted mantle，which may be affected by the mixing of crustal materials. Because of the assimilation and mixing effect is weak，it is possible that only part of sulfide is melted away in the deep part.The key metallogenic indicators are significantly different from the typical copper-nickel deposits in the region，which in varying degrees restricts the metallogenic potential and makes it difficult to find ore in the shallow part of the rocks.

Key words： Eastern Tianshan Mountains;Chronology;Mafic-ultramafic rocks;Metallogenic potential

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