超基性岩类的成因

基性、超基性侵入岩~

（一）火石山西岩体（拾金滩）
分布于火石山西4～6km 处，由长约400m、宽40～50m 的两个岩体或岩块组成，呈近东西向透镜体状产出。围岩为中上志留统公婆泉群，两者为断层接触。岩体由蛇纹石化纯橄岩、蛇纹石化橄榄岩和蛇纹石化紫苏辉石岩组成。显微镜下：
纯橄岩：已全蛇纹石化，但仍保留有网环状结构。由纤维蛇纹石、叶蛇纹石、较少量菱镁矿和金属矿物磁铁矿组成。在个别较大颗粒磁铁矿中可见铬铁矿蚀变残晶，部分还有水镁石脉等。
橄榄岩：鳞片－纤维变晶结构、变余网环状构造，由滑石、次闪石，蛇纹石与蚀变矿物构成，部分可见橄榄石残晶。金属矿物为磁铁矿，产态有尘点状和自形 半自形晶体两类，前者主要沿橄榄石蚀变后的网环产出。
紫苏辉石岩：呈变余粒状和纤维变晶结构。岩石已强烈次闪石化和滑石化，据部分辉石残晶的突起、大2V 角和负光性等特征判断属紫苏辉石类，金属矿物主要有磁铁矿，含量约5%～6%。
岩体的岩石化学成分见表1-1-4。所见岩石相对富铁而低磷、钛，m/f比值在0.75～0.85 间，基性度（B/S）相对较高，为0.87～1.27间（图1-1-16），属铁质系列的超基性岩类。稀土元素以轻稀土相对富集、重稀土相对亏损的右倾模式为特点。各岩石间，包括相关地段的玄武岩，除丰度差异外，其分配模式基本相似，为纯橄岩－橄榄岩－辉石岩－磁铁矿化玄武岩，呈一种结晶分异的过渡关系（图1-1-17）。但在微量元素蛛网图中，玄武岩同纯橄岩、橄榄岩和辉石岩间却出现一种峰谷反向对应关系（图1-1-18），可能隐示着玄武岩与超基性岩类尚存在成因上的某些内在差别。
表1-1-4 基性－超基性岩类岩石化学成分　单位：wt%



图1-1-16 甘肃营毛沱地区基性超基性岩、火山岩m/f-B/s图解


图1-1-17 火石山西超基性岩岩石REE分配模式


图1-1-18 火石山西超基性岩岩石微量元素蛛网图

对该类岩体的形成时代，目前还缺少可靠的年代学资料。据龚全胜等（2001）、何世平等（2001）在牛圈子获得的镁铁杂岩Rb-Sr等时线法年龄486±18Ma、白墩子辉长岩468±16Ma的同位素年龄资料，将形成时代归于中奥陶世。在火石山西拾金滩获得玄武岩锆石U-Pb迅谱年龄为385.4M a～333.1Ma（图1-1-19），时代有所偏新，这可能是铅丢失的原因，如按玄武岩所在时代地层中－上志留统公婆泉群，以及与岩体的产出关系，岩体的实际年龄起码应同公婆泉群相当，或早于公婆泉群。这似乎可以从玄武岩与超基性岩类岩间的微量元素蛛网图上的峰谷互补平衡关系反映出来。亦即前者的源区可能与后者成分相似。

图1-1-19 火石山西玄武岩锆石U﹣Ph法年龄

该类岩体目前尚未发现重要的矿化。
（二）怪石山岩体
位于红山铁矿南东，出露于北西向倾伏背斜构造的近轴部，呈岩株状侵入于蓟县系中，长260m，宽20～50m，走向北310°西，倾向南西，倾角80°。岩体分异良好，略具垂直分异现象。从北往南可分伟晶辉长岩、角闪辉长岩、橄榄辉石岩和橄榄二辉岩4个岩相带。各岩相间互为过渡，为一基性超基性杂岩体。显微镜下：
橄榄二辉岩：块状构造，变余网环一鳞片变晶结构和嵌晶包含结构，矿物有榄榄石、辉石和少量磁铁矿。橄榄石多已蛇纹石、滑石、伊丁石和菱镁矿化，并常呈浑状包裹于粗大颗粒辉石中，含量35%～40%。辉石分顽火辉石和紫苏辉石两种，呈他形粗大颗粒，含量约55%，多遭蛇纹石、绿泥石和滑石化次生蚀变。除此之外，含硫化物橄榄二辉岩中的嵌晶状橄榄石与辉石还多呈反应边结构和橄榄石本身的熔蚀结构，硫化物多为不规则状集合体散布于辉石颗粒间，矿物有镍黄铁矿（1%）、磁黄铁矿（1%）、黄铜矿（≈2%）和磷铁矿等，并常呈连生体产出。
橄榄辉石岩：块状构造，变余网环状结构和嵌晶包含结构。特征与橄榄二辉岩基本相同，辉石亦为顽火辉石和紫苏辉石两种，金属矿物主要为尘点状磁铁矿。
角闪辉长岩：辉长结构，块状构造。由辉石、角闪石和斜长石矿物组成。副矿物有榍石、磷灰石、钛铁矿和磁铁矿。辉石主要为透辉石、次为顽火辉石，含量约40%。角闪石为普通角闪石类，含量约15%，斜长石为他形—半自形板状晶体，多具环带状构造、含量约45%。岩石遭轻微纤闪石、黝帘石和碳酸盐化等。
岩体的岩石化学成分也较富铁而贫磷、钛（表1-1-4），m/f和B/S比值较火石山西岩体低，m/f值集中于0.8左右，B/S一般小于0.8（图1-1-16），亦属铁质系列的基性超基性岩类。各岩石稀土元素配分呈现一种较一致的平坦富集型模式，充分展现出一种岩浆结晶分异的成因关系（图1-1-20）。这点在微量元素蛛网图上也较清楚地反映出来，与火石山西岩体比较，二者有较明显差别（图1-1-21）。

图1﹣1-20 怪石山基性超基性岩岩石REE分配模式


图1-1-21 怪石山基性超基性岩岩石微量元素蛛网图

本次所获角闪辉长岩锆石U -Pb迅谱年龄数据线性较差，相对集中于405～353Ma（图1-1-22）。不过，结合相邻地段基性岩和中基性侵入岩的同位年龄资料，如平头山西中酸性侵入岩的Rb-Sr法等时线年龄351Ma,U-Pb法年龄379Ma、389Ma（龚全胜等，2001），白头山南超单元中的辉长辉绿岩Rb-Sr法等时线年龄403Ma(1:5万云母头幅），该组年龄数据仍较可信的。岩体的形成时代为泥盆至早石炭世。
该岩体已见良好的岩浆熔离型硫化物铜镍矿化。

图1-1-22 怪石山角闪辉长岩锆石U-Pb法年龄

（三）黑山岩体
位于铁矿2矿区南，1:5万沙井幅中部的西侧边界处，属塔里木古陆陆缘裂陷带的基性超基性岩侵入体。岩体侵入于一倒转背斜的近轴部，长625m、宽270m，面积0.25km2，地表呈鸭梨状沿北310° 西方向展布。主要由角闪橄榄岩和少量辉长岩构成。岩石组合为角闪辉长岩－石英正长岩－含云母斜长角闪橄榄岩－含云母角闪橄榄岩－辉石岩－辉长岩。按岩相组合和相互产出关系，可分两次侵入：一次为角闪辉长岩相，二次为角闪橄榄岩相。
该岩体已具中型规模的铜镍矿床，有较多报导资料，不再评述。不过，同怪石山和拾金滩岩体比较，大部分岩石含长石和黑云母是其特征或区别之一。岩石的m/f和B/S比值一般较火石山岩体低，某些方面与怪石山岩体相近。这也包括稀土和微量元素地球化学特征方面（图1-1-23.图1-1-24）。

图1-1-23 黑山岩体橄榄辉石岩REE分配模式


图1-1-24 黑山岩体橄榄二辉岩微量元素蛛网图

据白云来等（2004）资料，该岩体角闪橄榄辉长岩Sm-Nd法年龄为1026±30Ma和1212±19Ma，时代为蓟县纪，但从岩体围岩为青白口系和寒武系以及其间的侵入关系看，该年龄数据的可靠性仍待进一步商榷，推测时代为古生代。

北侧陆块（东天山古陆系统）内的基性超基性岩已在前述和讨论过。而在南侧塔里木古陆系统中的基性超基性岩类，主要岩体包括辉铜山、花牛山、蛇跃区、玉石山、、东大泉，帐房山岩体（群）等。有关形成时代，前二者依据其内的辉长岩与基性火山岩熔岩类的过渡接触关系，属早古生代火山作用的同期侵入产物；后四者为早二叠世，并与红柳园－大奇山晚古生代大陆裂谷构造事件相关的幔源岩浆作用侵入体一致。侵入地层为早二叠世哲斯组。岩体的岩石类型为蛇纹岩、纯橄岩、辉橄岩、橄榄岩，二辉橄榄岩、单辉橄榄岩；基性岩类有二辉岩、辉长岩、堆晶辉长岩和浅色辉长岩等。
与北侧东天山古陆系统中的基性超基性岩比较，在岩石化学成分上，南侧塔里木古陆系统中的基性超基性岩成分主要是镁质系列的（图2-6-13），而东天山古陆系统岩体的岩石成分却是铁质系列的。按基性岩的稀土元素分配图式.不仅南北两陆块的稀土元素丰度和图式各不相同，而且在源区的关系上也完全不一样。北侧东天山古陆系统的基性岩类似乎有一种相似源岩的一致性稀土元素分配图式，而塔里木古陆系统中不同时代的基性岩的稀土元素分配图式各异，相互间不存在相似源区的成因关系（图2-6-14，图2-6-15）。这同样反映出两陆块大陆壳之下的上地幔成分有所不同，或者说它们分别源于不同地幔成分区的部分熔融。
综上，由表壳岩系沉积、基底变质岩系、中酸性－基性超基性岩的岩浆源区物性结构等多种资料揭示，分界断裂南北两陆块的大陆地壳岩石圈物性结构完全是两样的，具体说（图2-6-16），除上地幔化学成分存在的差异外，就下地壳的物性层来说：北侧东天山古陆系统是辉长质的，南侧塔里木古陆系统可能是榴辉岩或基性麻粒岩相的。下－中地壳物性结构：北侧在辉长质下地壳之上应存在一层中－低钾钙碱性的安山质或闪长质、石英闪长质过渡区；其上或上部主体由晚太古－早元古代敦煌群的一套TTG组合和富铝孔兹岩系构成。而塔里木古陆系统的中－下地壳，除同样存在一层低－中钾钙碱性的安山质或闪长质物性层外，还有一层中－高钙碱性的安山质或石英二长闪长质物性层.上部敦煌群为一套区域热动力变质的角闪岩－麻粒岩相的火山岩－碎屑岩和碳酸盐岩深变质岩系。它们是构成高钾钙碱性Ⅰ－A型花岗岩的物性层部分。上地壳表壳岩系部分，北侧东天山古陆系统中元古界长城系为一种被动陆缘相对稳定型环境的碎屑岩沉积；蓟县系为一套镁质碳酸盐岩台地相沉积，青白口缺失；早古生代（寒武－志留纪）为浅海或大陆裂谷相火山沉积建造；其上又缺失泥盆－石炭纪沉积：二叠系为海陆交互相的坳拉地槽环境。南侧塔里木古陆系统的表壳岩系，最早的中元古界长城系铅炉子群表现为克拉通化完成后的初始大陆裂解环境的火山沉积建造；青白口－奥陶统则以一套陆棚－大陆架相镁质碳酸盐岩、冰碛岩和含锰磷、矾、铀矿的黑色岩系沉积为典型标志，且地域仅限大陆系统北缘靠分界断裂南侧的狭长地带，其间似乎缺少蓟县系的含铁建造，到晚古生代（泥盆－二叠纪）大体也变为一套海陆交互相的碎屑岩、火山岩、火山碎屑岩的磨拉石建造。似乎此时才表明南北两陆已拼贴为同一古陆系统。

图2-6-13 东天山古陆断系统与塔里木古陆中系统基性－超基性岩m/f-B/S比值对比图


图2-6-14 东天山古陆系统与塔里木古陆系统中部基性岩类REE分配模式对比


图2-6-15 东天山古陆系统中酸性侵入岩、火山岩Na-Ca-K成分分解图


图2-6-16 北山古陆系统划分及陆壳物性分层结构示意图

据此，笔者提出：庙庙井－碱泉子大断裂应是一条陆块间的重要分界线，具有分割板块拼合带的性质。另一方面，据邱瑞照等（2008）资料，位于分界断裂北侧陆块的陆壳结构与东天山地区相似并与准噶尔和塔里木两盆地的基底完全不同（图2-6-17），并提出“东天山－北山地区的地壳厚度大（50～55km），内有低速层（在18～35km 不同深度范围），符合造山结构模型，并属具有山根的造山带，而准噶尔和塔里木的陆壳结构为正梯度，内无低速层，有大陆根属大陆克拉通型岩石圈结构”。这样也就说明，庙庙井－碱泉子断裂以北的古陆系统本身就是东天山古陆系统的东延部分，可称东天山－北山古陆系统，以南为塔里木古陆系统（陆块）范围。

图2-6-17 西北地区不同块体陆壳速度结构（据邱瑞照等，2008)

关于超基性岩的成因，观点较多。近年比较流行的观点认为，超基性岩是由于上地幔物质熔出玄武质岩浆后，残留的难熔组分因构造挤压作用而底辟上升到地壳某一部位，从而形成这一类型的超基性岩体。这种侵入方式也被称为“冷侵入”。因为这种侵入不是岩浆侵入，所以岩体边部围岩中无接触变质现象。现在还有人认为，分布在褶皱断裂带中的这种超基性岩，是由俯冲到毕鸟夫带下面塑变的超基性大洋壳物质挤入构造带中形成的。关于某些层状基性超基性－基性岩类的成因，争论不大，公认是由原生玄武岩浆经分离结晶作用的结果，常见于稳定的构造环境中，重力因素起了重要作用。早期结晶出富镁铁的矿物沉降在岩浆的底部堆积成富铁镁矿物的超基性岩，上部为基性以至中性的岩石。通常具有较好的韵律层，垂直分带明显，底部多为各种橄榄岩和辉石岩，中部多为辉长岩，上部为浅色辉长岩和富铁闪长岩。关于金伯利岩的成因，也有较多的争论。一种意见认为，金伯利岩是由某种地幔岩成分部分熔融形成金伯利岩浆后形成的；另一种意见则认为，是由复合岩浆经结晶分异作用生成的。呈包体产出的超基性岩主要是作为碱性玄武岩和部分金伯利岩中的包体产出，岩石主要是二辉橄榄岩。目前多数人认为，这种超基性岩是上地幔碎块在玄武质岩浆喷发时带到地表形成的。

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