新疆白杨河地区辉绿岩岩石地球化学特征及其构造意义

陈奋雄， 张晓军， 努力江

(1.东华理工大学，江西 南昌 330013;2.核工业二一六大队，新疆 乌鲁木齐 830011;3.中国地质大学资源学院，湖北 武汉 430074)

新疆白杨河地区辉绿岩岩石地球化学特征及其构造意义

陈奋雄1,2， 张晓军3， 努力江3

(1.东华理工大学，江西 南昌 330013;2.核工业二一六大队，新疆 乌鲁木齐 830011;3.中国地质大学资源学院，湖北 武汉 430074)

新疆西准噶尔地区发育有大量的中基性岩墙群，是区域构造演化研究的重要对象。通过对发育于白杨河地区辉绿岩墙的研究，认为其属于碱性系列，具富钛，低Mg，Cr，Ni，大离子亲石元素相对富集和高场强元素相对亏损的特征，稀土元素总量较高，轻重稀土分馏较明显，轻稀土富集的右倾型配分模式，δEu显示正异常，说明该区辉绿岩为地幔玄武质岩浆经一定程度分异的产物，原始岩浆主要经历了橄榄石和辉石的分离结晶，而斜长石主要进入熔体相。构造环境投图和碱性特征显示该区辉绿岩形成于板内拉张环境，为区域伸展体制的产物，由此说明晚二叠世时期，白杨河地区已经完成了碰撞和拼合并转入陆内演化阶段。

碱性系列；板内拉张环境；微量元素；辉绿岩；白杨河

陈奋雄，张晓军，努力江.新疆白杨河地区辉绿岩岩石地球化学特征及其构造意义[J].东华理工大学学报：自然科学版，40(2)：101-108.

Chen Fen-xiong, Zhang Xiao-jun， Nu Li-jiang.2017.Petrogeochemical features and tectonic setting significances of diabase dyke in the Baiyanghe district, West Junggar Xinjiang[J].Journal of East China University of Technology (Natural Science), 40(2)：101-108.

西准噶尔作为中亚造山带的一部分，夹持于西伯利亚板块、哈萨克斯坦和塔里木板块，在古生代期间经历了洋内俯冲增生，残留多条蛇绿混杂岩带和古大陆边缘增生体系。在古生代洋陆转化过程中和后期陆内演化阶段，形成复杂的岩浆体系，包括古洋盆、洋岛、岛弧、后碰撞等多种不同类型构造背景下的岩浆活动。蛇绿混杂岩带、花岗岩、中基性岩墙在本地区广泛出现，表明西准噶尔晚古生代构造演化极为复杂(高睿等，2013)。

基性岩墙群是岩石圈(地壳)伸展的重要标志，作为一种特殊的构造岩浆类型，在大陆地壳演化研究中具有重要意义。西准噶尔地区出露有大量晚古生代中基性岩墙，是了解该区成矿背景和构造演化的重要窗口(李辛子等，2004，2005；尹继元等，2012)。前人对西准噶尔地区中基性岩墙开展过年代学和地球化学研究， 认为这些岩墙由高Mg闪长玢岩、低Mg闪长玢岩、辉绿岩岩墙组成，形成于241～271 Ma，是后碰撞作用的产物(韩宝福等,2006)。发育在雪米斯坦火山岩带西段白杨河地区的基性辉绿岩墙是西准噶尔地区基性岩墙的重要组成部分，但到目前为止还缺乏系统的地质和地球化学特征的研究， 这在很大程度上限制了该区成矿规律和构造演化的研究。本文以白杨河地区的辉绿岩墙为研究对象，讨论其地质地球化学特征及其对区域构造的指示意义。

1 地质概况

研究区位于新疆西北部三条重要火山岩带之一的雪米斯坦火山岩带。该带呈东西向带状分布，古生代火山岩厚度大，岩性复杂，岩浆演化系列完全，从基性到酸性的各类火山碎屑岩和熔岩均很发育，是火山岩型铀矿化及其它金属成矿的有利部位(图1)。研究区辉绿岩发育在该带重要的白杨河铀铍矿区内，区域近东西向查干陶勒盖-巴音布拉克大断裂(F1)为该矿床的区域控制性断层(王谋，2012；修晓茜等，2011)。

图1 白杨河地质简图及取样位置图Fig.1 Geological sketch and sampling location 1.老第三系褐色砂质粘土岩；2.下石炭统黑山头组；3.下石炭统和布克河组；4.上泥盆统塔尔巴哈台组；5.花岗斑岩；6.白岗岩； 7.辉石闪长岩；8.辉绿岩；9.闪长斑岩；10. 断层及编号；11. 地质界线；12. 勘探线及其编号；13.样品及编号；14.工作 区位置；Ⅰ.萨吾尔山火山岩带；Ⅱ.雪米斯坦火山岩带；Ⅲ.加依尔火山岩带

研究区地层主要发育上泥盆统塔尔巴哈台组(D3t)陆相中酸性火山岩及火山碎屑岩建造，下石炭统黑山头组的含角砾凝灰岩、和布克河组的含煤碎屑岩、新近系杂色碎屑岩等及第四系。

研究区构造发育，其中褶皱主要发育在石炭系地层中，断裂则以东西向为主。区域F1(杨庄大断裂)为花岗斑岩体南界；F3断层位于杨庄岩体北，全长约6 km，走向近于东西，倾向南、倾角45°～60°；F14断层位于花岗斑岩北缘，沿岩体与地层接触发育，全长约9 km，走向近于东西，倾向南、倾角45°～55°，向东延伸至六号工区附近即转入岩体内而消失，向西延至小白杨河与F1合并。在后期南北向和北西-南东向挤压作用下，花岗斑岩内部北东、北西、北北东、北北西四组剪切节理极为发育，使地表岩体呈菱形状碎片状产出。

研究区侵入岩主要为浅成微晶花岗斑岩(杨庄岩体)。岩体呈近东西向展布，两侧呈岩枝状向东、西两个方向延长，东西长约10 km，向南缓倾斜状产出，中部平面形态大致呈平行四边形，南北宽变化较大，最宽达1.8 km，最窄0.1 km，面积约6.9 km2，岩体北界南倾，南界北倾，倾角45°～75°，直接与区域深大断裂接触，接触面平直。岩体侵入方向总体由南东向北西，剖面图上呈向北偏态的 “岩镰状”产出。

研究区辉绿岩墙主要发育在花岗斑岩体内部，少量在花岗斑岩体北部火山岩地层中。岩体内的辉绿岩墙主要是沿NE和NW两组节理侵入(图2a, b)。辉绿岩墙总体呈NNW350°左右展布，少量近SN向，倾向北东为主，少量倾向南西，倾角50°～80°；地表出露规模走向上一般几十到几百米，最大可达1.5 km，宽度一般0.2～20 m不等。研究人员对白杨河新西工地ZK2304-2318孔辉绿岩中选出的斜长石进行测年，辉绿岩的Ar-Ar坪年龄为(254.2±1.9)Ma*马汉峰,衣龙升,修晓茜.2010.雪米斯坦地区铀铍资源潜力评价研究(内部资料)：40-41.，这说明白杨河矿区的辉绿岩成岩年龄为二叠纪晚期。这与区域上西准噶尔地区克拉玛依辉长和辉绿岩墙年龄研究结果相近(李辛子等，2004；徐芹芹等，2008；周晶等，2008)。

2 样品及测试分析

研究区辉绿岩露头较好，用于测试的7件样品全部取自发育在杨庄岩体内的NNW向辉绿岩墙，岩石样品有弱蚀变但比较新鲜，样品采集位置见图1。

野外辉绿岩新鲜面呈灰黑色，风化呈黄绿色，辉绿结构(图2c, d)，致密块状构造。主要成分为斜长石(55%～70%)、普通辉石(20%～35%)，副矿物主要为磁铁矿(3%～8%)、磷灰石(1%～2%)等，斜长石呈较自形板条状，平均粒度为0.5 mm×1.5 mm，可见聚片双晶；普通辉石多为不规则粒状，少为半自形短柱状，粒度大者达0.5 mm×1.2 mm，辉石式解理，正高突起，褐绿色调，不显多色性，Ⅱ级干涉色，消光角近于40°，(+)2V中等；多数普通辉石充填在斜长石架间，受斜长石限制，少数者粒度较大，不受斜长石限制。蚀变矿物有绿泥石、绿帘石。

岩石主微量在澳实分析检测(广州)有限公司测定，全岩主量分析采用ME-XRF06方法，微量元素分析采用ME-MS81方法，其中Li，Be，Sc，Co，Ni，Cu，Zn，Mo，Pb使用ME-MS61方法，加测Fe-VOL05(亚铁分析)及Fe-CAL01。样品主微量元素测试结果见表1。

图2 辉绿岩墙野外及镜下特征Fig.2 Field and microscopic characteristics of diabase a. 辉绿岩野外产状特征；b. 辉绿岩沿NE、NW向两组节理充填; c. 辉绿 岩辉绿结构(正交光)；d. 辉绿岩中较大普通辉石(正交光)

3 测试结果分析

3.1 主量元素分析

从表1可以看出，SiO2含量为48.70%～50.20%，平均为49.44%，全碱-硅图解(TAS)上(图3a)，样品投影在二长辉长岩区和IR 界限之上的碱性系列。AR-SiO2(%)图解显示(图3b)，样品均属于碱性系列，辉绿岩样品的里特曼指数(σ)为 3.63～5.59，平均为4.47，大于4，也表明辉绿岩属于碱性系列的特征。岩石富碱，高钛，Na2O+K2O 含量在 5.19%～6.51%之间，平均为5.85%，辉绿岩TiO2含量较高，为2.91%～3.01%，平均为2.95%； Na2O/K2O在1.83～2.56之间，平均为2.22，属钠质类型；Al2O3含量为13.92%～14.10%，平均为14.0%；MgO 的含量较低，为 3.62%～4.52%，平均为4.24%。镁指数(Mg#)为0.37～0.42，平均为0.41，明显小于原始玄武岩浆0.67～0.73的镁指数；分异指数为43.97～51.53，平均48.03,固结指数(SI)为17.67～20.99，平均为19.69，小于原始玄武质岩浆40±的固结指数(路凤香等，2002)，说明辉绿岩是经历了分离结晶作用的派生岩浆的产物。

图3 辉绿岩全碱-硅图解(TAS)(a)和 AR-SiO2(%)图解(b) Fig.3 Full Alkali-Silica diagram (TAS) (a)and AR-SiO2(%) diagram of diabase(b)

3.2 微量元素分析

图4 辉绿岩微量元素原始地幔标准化蛛网图 (原始地幔标准值据文献 Sun et al.，1989)Fig.4 The spider diagram of trace elements in primitive mantle (primitive mantle diabase standard value according to the Sun et al., 1989)

微量元素特征显示，辉绿岩具有一致的含量分布特征和蛛网图分布形式(图 4)。辉绿岩具低Cr，Ni，大离子亲石元素相对富集和高场强元素相对亏损的特征。其中Cr含量为10～40 μg/g，Ni含量为3.2～12.9 μg/g的特征，远低于原始玄武岩浆的Cr(300～500 μg/g)和Ni(300～400 μg/g)(Frey et al.，1978)，与低镁特征一致，说明岩浆可能经过橄榄石和辉石的结晶分离作用，大离子亲石元素除 Rb较相邻元素有弱亏损外， Ba，U，K，La等相对富集，高场强元素(HFSE，如Nb，Ta，Zr，Hf等)相对亏损。 蛛网图Nb，Ta具有显著的负异常，说明岩浆上侵过程中有地壳混染或源区地幔受到过俯冲板片脱水流体的交代。

3.3 稀土元素特征

稀土元素特征显示(表1)，辉绿岩具有较高的稀土总量，为270.82×10-6～307.36×10-6，平均为290.55×10-6，∑LREE/∑HREE 为5.74～6.44，(Ce/Yb)N值为5.18～7.5，平均为6.07，(La/Yb)N值为5.72～6.81，平均为6.23，显示轻稀土富集特征， (La/Sm)N值为1.71～1.96，平均为1.87,δEu值在 1.10～1.45 之间，平均为1.29，具有正异常特征。这与岩石主要为含钙造岩矿物(斜长石、普通辉石)组成有关，也暗示了原始岩浆早期缺乏斜长石的分离结晶。δCe 值在0.99～1.21之间，平均为1.06，稀土元素球粒陨石标准化配分曲线显示出一致的配分模式(图5)，均为轻稀土富集右倾型的配分模式，显示大陆玄武岩的特征。

图5 辉绿岩稀土元素球粒陨石标准化配 分图解(球粒陨石标准值据 Boynton，1984)Fig.5 Diagram of REE in diabase normalized by chondrite (chondrite standard value according to Boynton, 1984)

4 讨论

辉绿岩全碱-硅图解投图或者里特曼指数(平均4.47)和其高Ti(平均2.95%)的特征，都显示辉绿岩具有碱性系列的特征，说明岩浆来源于伸展构造环境。镁指数(Mg#)低(平均0.41)，分异指数(平均48.03)较高，以及固结指数(SI)低(平均19.69)的特征都显示辉绿岩经历过一定的分离结晶作用。Eu含量的变化主要和含钙斜长石的结晶有关，辉绿岩中δEu的正异常反应原始岩浆分离结晶过程中斜长石主要留在熔浆中，某些元素的含量和比值可以来指示部分熔融程度和残留矿物相。(La/Yb)N比值越大，表明熔融程度越低，白杨河地区辉绿岩(La/Yb)N比值不大，代表经过一定的部分熔融作用。实验研究表明，辉石等矿物重稀土元素之间的分配系数相差不大，只有在部分熔融比例极小的情况下才能使重稀土元素之间发生明显分异，因此这些矿物残留通常不会造成重稀土元素之间的明显分异。因此，白杨河地区辉绿岩低Mg，Cr，Ni，也可能存在部分熔融过程中的辉石、橄榄石残留于源区的影响(方磊等，2015)。

图6 构造环境判别Zr-Ti/ Y(据Pearce et al., 1979)(a)及Zr-Ti图解(转引自Hugh，2000)(b)Fig.6 Discrimination of tectonic environment graphic of Zr-Ti/ Y (according to Pearce et al., 1979)(a)and Zr-Ti (adapted from Hugh, 2000)(b) WPB.板内玄武岩；MORB.洋中脊玄武岩；IAB.岛弧玄武岩； VAB.火山弧玄武岩

辉绿岩与原始地幔相比富集大离子亲石元素，相对亏损高场强元素。Nb和Ta，Zr和Hf 这两对元素由于具有相近的离子半径和电负性，而具有相似的地球化学性质，因此 Nb/Ta 和 Zr/Hf 值很难随着分离结晶和部分熔融等岩浆过程改变，可以反映源区的特征。本区辉绿岩 Nb/Ta 比值为15.38～17.64，平均为16.31，接近于原始地幔值17.5±2.0( Jochum，et al.，1989)，预示着岩浆可能主要来源于原始地幔。Zr/Hf比值为41.96～46.46，平均为43.31，较接近于原始地幔值的 36.27±2.0(Weaver，1991)，两个值都远大于陆壳值 11 和 33(Taylor et al.，1985)，对于 Zr/Hf值来说，通常认为偏高的Zr/Hf值同小体积的碳酸盐流体交代富集过程有关(Taylor et al.，1985；Furman et al.，1999)。白杨河地区辉绿岩 Nb/Ta 和 Zr/Hf 值反映出岩浆主要来源于受到富集流体交代原始地幔的特点。

从构造环境判别Zr-Zr/ Y图解和Zr-TiO2图解(图6a，b)可以看出，白杨河地区辉绿岩样品落在板内玄武岩区(WPB)内，白杨河地区辉绿岩墙主要形成于板内环境。稀土元素球粒陨石标准化配分曲线显示出一致的配分模式，均为轻稀土富集右倾型的配分模式，也显示大陆玄武岩的特征(李昌年，1992)。

前人对西准噶尔地区的构造演化研究显示，中奥陶世-早泥盆世，西准噶尔处于洋盆阶段(Wang et al.，2003；Yang et al.，2012)，在早石炭世，西准噶尔发生俯冲-增生作用(Xiao et al.，2008；Geng et al.，2009)，晚石炭世后期，西准噶尔已经进入后碰撞环境，且该构造背景一直持续到早二叠世(韩宝福等，2006；陈家富等，2010)，这说明西准噶尔地区在石炭纪晚期可能已经形成统一的大陆。徐学义等(2005)认为晚石炭世中亚造山带已拼合。也有人认为晚古生代，新疆北部已经进入陆内演化过程，现代地壳结构的轮廓在二叠纪基本奠定格局(李锦轶等，1999)，中亚造山带的拼合发生于晚石炭世-早二叠世，从碰撞后环境转变为板内环境(Pirajno et al.，2010；Zhang et al.，2010)。本文辉绿岩所具有的板内大陆玄武岩的特征也反映晚二叠世，白杨河地区已完全转为板内环境。

5 结论

根据以上分析，可以得出以下初步结论：

(1)白杨河辉绿岩属于碱性系列，具低镁、富钛，低Cr，Ni，大离子亲石元素相对富集和高场强元素相对亏损，轻稀土富集，δEu值为正异常，轻稀土富集的右倾型配分模式等特征，是地幔玄武质岩浆经一定程度结晶分离作用的产物。

(2)白杨河地区辉绿岩形成的构造环境为板内拉张环境，为区域伸展体制的产物，由此说明晚二叠世时，白杨河地区应该已经完成了碰撞和拼合后转入陆内演化阶段。

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Petrogeochemical Features and Tectonic Setting Significances of DiabaseDyke in the Baiyanghe District, West Junggar Xinjiang

CHEN Fen-xiong1,2, ZHANG Xiao-jun3， NU Li-jiang3

(1. East China University of Technology，Nanchang, JX,330013, China；2. Geologic Party No.216,CNNC, Urumqi, XJ, 830011, China;3．Faculty of Earth Resource, China Universityof Geosciences, Wuhan,HB 430074, China)

Mafic dyke swarms, which developed in the west Junggar, record critical information regarding the processes of regional tectonic evoluation. Based on the geological and geochemical researches, the diabase dykes, mafic dyke swarm occur in the Baiyanghe district, west Junggar Xinjiang, share characteristics of high Ti, low Mg, Cr, Ni, enriched in LILE and depleted in HFSE, belong to alkaline series, and have high REE, enrichment in LREE relative to HREE, and positive δEu. The tectonic discrimination diagrams show that the alkaline diabase dykes formed in the regional extension mechanism developed inner plate. These characteristics indicate the diabase dykes were produced by a process of fractional crystallization during the emplacement of mantle-derived magma, and the collision had finished and the intracontinental evolution stage was begin in Baiyanghe district of west Junggar in late Permian.

alkaline series; extension setting of inner-plate; major and trace elements; diabase; Baiyanghe

2016-03-17

国家重点基础研究发展规划(973项目)“中国北方砂岩型铀矿流体成矿过程研究”(2015CB453002)

陈奋雄(1972—)，男，博士研究生，研究员高级工程师，从事铀矿地质勘查研究工作。E-mail：216chenfenxiong@163.com *通信作者:张晓军(1974— )，男，博士，副教授，从事矿床学和矿产勘查评价等方面的教学和研究工作。E-mail: zhxj_p@sina.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2017.02.001

P619.22+4

A

1674-3504(2017)02-0101-08