新疆塔什库尔干祖母绿(绿柱石)成矿区域地质背景研究

禹秀艳,李甲平,汪立今,石玉君,罗卫东,陈 勇

1)新疆大学地质与勘查工程学院,新疆乌鲁木齐 830046;

2)新疆地质矿产勘查开发局第二地质大队,新疆喀什 844000

新疆塔什库尔干祖母绿(绿柱石)成矿区域地质背景研究

禹秀艳1),李甲平1),汪立今1),石玉君2),罗卫东2),陈 勇2)

1)新疆大学地质与勘查工程学院,新疆乌鲁木齐 830046;

2)新疆地质矿产勘查开发局第二地质大队,新疆喀什 844000

本文通过对新疆祖母绿(绿柱石)成矿区域地质背景研究,主要对新疆祖母绿矿床产出地层——温泉沟组地层的火山岩的岩石地球化学特征进行了一系列研究、测试、分析,包括岩石化学特征,微量元素特征,稀土元素特征等,确定其构造环境为消减带活动大陆边缘,洋壳向陆壳俯冲形成岛弧之后的弧后拉张环境。总体上为大陆一侧的活动陆缘(或大陆弧)环境,具有由岛弧向大陆过渡的迹象。

祖母绿;新疆;地质背景;地球化学

祖母绿是与钻石、红宝石、蓝宝石并称为世界四大珍贵宝石,其矿物名称为绿柱石,是一种含微量铬元素的铍铝硅酸盐矿物,其化学分子式为Be3Al2Si6O18。绿柱石因含有各种不同的致色离子而形成多种美丽的颜色,祖母绿、海蓝宝石、艳绿柱石、红绿柱石、金绿柱石等是其中的名贵品种。由于其产出特征的特殊性,目前我国仅在云南、新疆等地有所发现,但能够作为宝石资源开发利用的矿体却很少。所以此次新疆某绿柱石矿的发现不仅有着极大的经济意义,也有着重要的地质意义。关于新疆祖母绿的宝石学特征及地质特征很多学者已做了一定论述(陈哲夫等,1986),但对其主要岩石地球化学特征及区域成矿环境还未作详细研究。

因新疆祖母绿(绿柱石)矿床产于早志留世温泉沟组地层中(德秀 A,1997;王东安等,1995),本文将着重对温泉沟组火山岩进行分析研究,目的是能更好地了解新疆祖母绿(绿柱石)的成矿环境及背景。

1 区域地质

1.1 区域构造单元划分

新疆塔什库尔干祖母绿(绿柱石)在区域构造上位于西昆仑、喀喇昆仑和帕米尔构造单元的结合处。东北部属塔里木板块南缘活动带公格尔—卡拉塔什中间地块的西北段;西南部属华南板块羌塘微板块的一部分。

该区域祖母绿(绿柱石)多产在碳酸盐岩脉中,碳酸盐岩脉主要以斜交脉、顺层脉产于片岩、片麻岩、炭质页岩中,以脉状、透镜状、雁行状为主,走向以北西向为主。

构造单元的划分原则主要从两方面考虑。首先从构造边界特征方面,根据其组成特征、活动特征及规模历史、地球物理特征等确定其大地构造属性;其次考虑被构造边界所分割的各个地质块体内部在构造环境、构造岩浆活动和变质变形等方面的差异程度。

根据这两个方面,区域构造单元划分如下:区域内以科岗结合带和康西瓦-瓦恰结合带为界,区内自北东至南西可分别划分为塔里木板块、西昆仑构造带和喀喇昆仑构造带3个一级大地构造单元。其中,喀喇昆仑构造带又以塔阿西结合带为界,又划分为塔什库尔干陆块和明铁盖陆块两个二级大地构造单元(图1,表1)。

1.2 区域地质

域内经历了多次构造运动,具有漫长而又复杂的地质演化过程(新疆维吾尔自治区地质矿产局,1993;德秀 A,1997;潘裕生,2000)。区内地层发育齐全,从元古界到新生界地层都有出露,但大多都经历了后期岩浆侵入;沉积地层分布广泛(王东安等,1995;丁孝忠等,2002;路彦明等,2010;张英志等,2006),多数呈 SE-NW 向展布,它们主要出露在元古界变质岩之上,属于下古生界和中生界海相沉积层;地层普遍经受了区域变质作用(程裕淇,1994;汪玉珍,1985),变质程度不一,多为深变质,具有复杂的变质变形特征;区内构造比较复杂,广泛发育深大断裂及其次级断裂,且岩浆活动频繁,在地壳结构上呈现为被区域断裂所分割的一个个相对独立且变形复杂的构造块体(见图1～2)(河南省地质调查院,2004)。

2 区域火山岩特征

2.1 区域火山岩概述

区域内火山岩主要为早志留世温泉沟组火山岩、晚石炭世火山岩、中二叠世恰迪尔塔什沟火山岩和中生代侏罗纪龙山组火山岩。

1)温泉沟组火山岩

出露于明铁盖陆块罗布盖子河下游温泉沟组粉砂质泥板岩中。为灰白色英安岩,厚度约 40 m,与上下层均为整合接触关系,横向上不太稳定。该层火山岩受构造影响与围岩一起发生褶皱,但变质较弱。另外,在大卡拉吉勒尕沟温泉沟组硅质板岩中见有厚度＜1 m的灰绿色安山岩夹层。

2)晚石炭世火山岩

与周围地层呈断层接触或不整合于较老地层之上,并被白垩纪地层不整合覆盖,局部被后期侵入岩侵入。受构造影响,岩石局部片理发育,为一套中基性的玄武岩、安山岩及安山质凝灰岩及少量英安岩。

3)中二叠世恰迪尔塔什沟火山岩

呈多层夹层出露于二叠纪灰岩、泥质板岩和砂岩中,延伸长度约20km,宽度由几十米到2km,最宽处为轴向呈北西—南东向的中等倾斜的背斜,出露面积约30km2。岩性主要为灰绿色安山质晶屑凝灰岩并伴有少量杏仁状玄武安山岩。

图1 塔什库尔干县达布达祖母绿矿区域地质图(据河南省地质调查院,2004)Fig.1 Regional geological map of the Dabuda emerald mine in Taxkorgan County (after Henan Institute of Geological Survey,2004)

4)中生代侏罗纪龙山组火山岩

出露于龙山组中上部,其北部、西部被穷陶木太克岩体侵入,南部、东部与穷陶木太克岩体及温泉沟组均呈断层接触,该套火山岩下部与大理岩、硅质岩为整合接触,上未见顶。岩性为一套中酸性火山熔岩、火山碎屑熔岩,顶部为紫红色火山碎屑岩。因新疆祖母绿矿产于早志留世温泉沟组地层中,本文仅对温泉沟组火山岩进行分析。

2.2 岩石化学特征

2.2.1 岩石化学特征

温泉沟组英安岩岩石化学分析结果见表2,与中国英安岩(黎彤等,1963)相比,高SiO2而低TiO2、Fe2O3、MnO、MgO 和 P2O5,其它成分相当。FeO含 量 远 小 于 CaO 含 量,K/Na=0.60,δ=1.01;A/NCK=1.93,加上其低TiO2、MgO和P2O5等特征,与消减带钙碱性火山岩的特征一致。

温泉沟组英安岩化学分类全碱-硅(TAS)图解(图2)上,样品落入英安岩区。

在 SiO2+Na2O+K2O 图解(图3)上,样品落入亚碱性区。

在F-A-M三角图解(图4)上,样品落入钙碱性区内,显示温泉沟组英安岩属钙碱性系列岩石。

温泉沟组英安岩呈夹层产出,岩性以英安岩为主,区域上见有安山岩,为一套中酸性钙碱性系列岩石;SiO2=71.77%,Fe2O3+FeO=2.04%,属贫铁英安岩。MgO含量为0.69%,低于英安岩的世界平均值和中国平均值。

Na2O/K2O=1.67＞1.5,属 富 Na 英 安 岩 。CaO=3.6%,Na2O+K2O=5.39%,CaO＜(Na2O+K2O),钙质相对较贫。里特曼指数(δ)为1.01,属钙碱性英安岩。在 Lgτ-Lgδ环境判别图上样品落在消减带火山岩区(图5),同时,其岩石地球化学也显示有向大陆过渡的迹象。

2.2.2 稀土元素特征

温泉沟组火山岩稀土元素分析结果见表3,ΣREE=19.352×10-6,LREE/HREE=9.83,(La/Yb)N=9.43,(La/Sm)N=4.34＞1,δEu=0.66,为LREE 富集型,并出现弱的Eu负异常,推断成岩方式可能是结晶分异作用。稀土配分曲线为向右微倾的具不明显的“V”字型(图6)。轻稀土元素相对富集,分馏较明显,重稀土元素分馏不明显;含钙造岩矿物偏贫,指示英安质熔浆的物源主要为地壳物质(但也可能兼有少量地幔物质扰动的影响);相比重稀土元素,造岩矿物对轻稀土元素的接纳能力较好;稀土元素分配模式与活动大陆边缘英安岩的稀土元素分配模式基本一致,但又不完全同于典型的岛弧安山岩,说明其具向大陆过渡的特征。

表2 区内火山岩常量元素含量(%)Table 2 Major element content of volcanic rocks in the study area (%)

图2 火山岩化学分类全碱-硅(TAS)图解(据Le Maitre et al.,1989)Fig.2 Diagram of chemical classification of volcanic rocks(TAS)(after Le Maitre et al.,1989)

图3 SiO2+Na2O+K2O图解(据Irvine et al.,1971)Fig.3 Diagram of SiO2+Na2O+K2O(after Irvine et al.,1971)

2.2.3 微量元素特征

(1)从微量元素球粒陨石标准化蛛网图(图7)可以看出,总体上显示出“隆起”的特征,结合表4微量元素分析结果,与陆壳元素丰度值相比,相对富集 K、Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素及 Zr、Th、Hf等高场强元素,亏损 Ni、Co、Cr、Ta、Nb等相容元素,显示岛弧火山岩的特点。其中Ba、Sr、Th的含量较高,说明可能存在大陆地壳混染,表示温泉沟组英安岩具有从岛弧区向大陆一侧过渡的特征。

(2)样 品 中 La=38.78 × 10−6,Yb=2.39 × 10−6,La/Yb=16.23×10−6,Sc=7.0×10−6,Ni=7.2 ×10−6,Sc/Ni=0.97×10−6。安山岩的La/Yb-Sc/Ni判别图显示,温泉沟组英安岩具有安第斯型(活动大陆边缘)安山岩的特征。

图4 F-A-M图解(据Irvine et al.,1971)Fig.4 Diagram of F-A-M(after Irvine et al.,1971)

图5 火山岩 lgτ-lgδ(δ25×100)图(据 Rittmann,1973)Fig.5 lgτ-lgδ diagram of volcanic rocks (δ25×100)(after Rittmann,1973)

图6 温泉沟组火山岩稀土配分曲线Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns of volcanic rocks of Wenquangou Formation

(3)样品中Sr=335×10-6,Y=21.7×10-6,具有 Sr和Y含量均较高的特征,且Sr和Y比值Sr/Y=15.44较低,火山岩 Sr/Y-Y判别图解显示,其不具有埃达克岩的特征,只具有岛弧火山岩的特征。

3 结论

通过对区域内温泉沟组英安岩岩石化学、稀土元素及微量元素进行分析,发现其岩石化学特征为高 SiO2而低 TiO2、Fe2O3、MnO、MgO、P2O5,SiO2=71.77%,Fe2O3+FeO=2.04%,属贫铁英安岩。MgO含量为0.69%,低于英安岩的世界平均值和中国平均值。Na2O/K2O=1.67＞1.5,属富 Na英安岩;CaO=3.6%,Na2O+K2O=5.39%,CaO＜(Na2O+K2O),钙质相对较贫。里特曼指数(δ)为1.01,属钙碱性英安岩。在Lgτ-Lgδ环境判别图上样品落在消减带火山岩区(图5),同时,其岩石地球化学也显示有向大陆过渡的迹象。

由稀土元素分析结果(表3)可知,温泉沟组英安岩为LREE富集型,并出现弱的Eu负异常,稀土配分曲线为向右微倾的具不明显的“V”字型(图6),轻稀土元素相对富集,分馏较明显,重稀土元素分馏不明显;含钙造岩矿物偏贫,指示英安质熔浆的物源主要为地壳物质(但也可能兼有少量地幔物质扰动的影响);稀土元素分配模式与活动大陆边缘英安岩的稀土元素分配模式基本一致,但又不完全同于典型的岛弧安山岩,说明其具向大陆过渡的特征,成岩方式可能是结晶分异作用。

表3 稀土元素分析结果(×10-6)及有关参数Table 3 REE analyses (×10-6)and relevant parameters

图7 微量元素球粒陨石标准化蛛网图Fig.7 Chondrite-normalized trace elements spider diagram

根据微量元素分析结果(表4)和球粒陨石标准化蛛网图(图7),温泉沟组英安岩相对富集K、Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素及Zr、Th、Hf等高场强元素,亏损Ni、Co、Cr、Ta、Nb等相容元素,显示岛弧火山岩的特点。其中Ba、Sr、Th的含量较高,说明可能存在大陆地壳混染。La=38.78×10-6,Yb=2.39×10-6,La/Yb=16.23×10-6,Sc=7×10-6,Ni=7.2×10-6,Sc/Ni=0.97×10-6。Sr=335×10-6,Y=21.7×10-6,具有Sr和 Y含量均较高的特征,且 Sr和 Y比值Sr/Y=15.44×10-6较低,由安山岩 La/Yb-Sc/Ni判别图(图8)和火山岩 Sr/Y-Y判别图(图9)显示,温泉沟组英安岩不具有埃达克岩的特征,具有活动大陆边缘安山岩的特征,是岛弧区向大陆一侧的过渡类型。

图8 安山岩的La/Yb-Sc/Ni判别图解(据Bailey,1981)Fig.8 La/Yb-Sc/Ni discrimination diagram of andesite(after Bailey,1981)

图9 火山岩的Sr/Y-Y判别图解(据Defant et al.,1993)Fig.9 Sr/Y-Y discrimination diagram of volcanic rocks(after Defant et al.,1993)

综合分析,笔者认为温泉沟组英安岩属于中酸性钙碱性系列岩石,是在消减带活动大陆边缘,洋壳向陆壳俯冲形成岛弧之后的弧后拉张环境,由于拉张作用和俯冲板片的脱水,导致陆壳岩石发生部分熔融形成中酸性岩浆,在岩浆上升过程中,有陆壳物质的混染,并且可能发生过结晶分异作用。总体上为大陆一侧的活动陆缘(或大陆弧)环境,具有由岛弧向大陆过渡的迹象。新疆祖母绿(绿柱石)主要产于这种区域地质背景条件下,其成矿环境特殊。这一研究对该区进一步找矿提供一定的依据。

表4 区内火山岩微量元素分析结果(×10-6)Table 4 Trace element analyses of volcanic rocks in the study area (×10-6)

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Research on Metallogenic Geological Background of Emerald in Taxkorgan,Xinjiang

YU Xiu-yan1),LI Jia-ping1),WANG Li-jin1),SHI Yu-jun2),LUO Wei-dong2),CHEN Yong2)
1)College of Engineering and Geological Prospecting,Xinjiang University,Urumqi,Xinjiang830046;
2)No.2 geological Party of Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources,Kashi,Xinjiang844000

Based on research on regional metallogenic background of emerald (beryl)in Xinjiang,the authors made a systematic study,test and analysis of petrologic geochemical characteristics of volcanic rocks in strata of Wenquangou Fomration,the strata that produced emerald deposits,which included its petrologic chemical characteristics,trace elements and REE,and determined that its tectonic environment was an active epicontinental subduction zone,i.e.,a back-arc pull-apart environment formed after the formation of island arc resulting from the subduction of the ocean crust towards the continental crust.It was generally an active epicontinental environment on the side of the continent,and somewhat had characteristics of the transition from the island arc to the continent.

emerald;Xinjiang;geological setting;geochemistry

P619.281;P56

A

10.3975/cagsb.2011.04.05

本文由国家自然科学基金项目(编号:40862004)、新疆维吾尔自治区自然科学基金项目(编号:2011211A018)和新疆维吾尔自治区“矿产普查与勘探”重点学科建设项目联合资助。

2011-05-11;改回日期:2011-06-13。责任编辑:闫立娟。

禹秀艳,女,1986年生。硕士研究生。主要从事环境、材料及成因矿物学研究。通讯地址:830047,乌鲁木齐市天山区延安路新疆大学南校区地质与勘查工程学院09研。E-mail:Fishyuxiuyan_2009@163.com。

汪立今,男,1958年生。教授。主要从事矿物学与地质学的教学和科研工作。E-mail:1w668w@yahoo.com.cn。