甘肃金川二矿区岩体橄榄石组构特征研究

王辰，刘建朝，王浩然，席志轩，冯伟，赵琳颍

(1.长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安 710054；2.河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南 郑州 450001)

超基性岩中原生矿物及围岩捕虏体在应力作用下定向排列或沿流动方向生长，形成原生流动构造(李金铭，1992)，这种现象可用来反映成岩过程中岩浆的流动方向和规律性(董显扬，1975；柴耀楚，1982)。自然界所形成的任何矿体都与岩石流变行为密不可分(许德如，2015)。橄榄石、长石、石英等矿物的组构特征可反映出一定条件下岩石所遭受的热动力学过程，并通过矿物结晶轴的优选定向(LPO)表现出来(许志琴，2006；XU et al., 2012; TAKAYOSHI et al., 2014)。实验与观测结果显示出，橄榄石A型或E型组构最易发生于地幔浅部低压、低应力、低含水量环境，C型主要发生于地幔深部高压环境(RATERRON P，2007；MAINPRICE D，2004)，而B型则发育在大洋俯冲带(ZHANG S，2000)。

位于中国甘肃省金昌市的金川矿床是世界第三大铜镍硫化物矿床，前人对金川超镁铁质岩体的成岩成矿年龄、岩浆源区、矿物成因等做了大量有意义的工作。在成岩成矿年龄方面，杨刚等(2005)对金川镍-铜-铂矿床块状硫化物矿石作的Re-Os(ICP-MS)定年等时线年龄为(833±35)Ma；LI et al.(2004)获得锆石SHRIMP U-Pb年龄为827Ma，说明金川铜镍硫化物矿床形成于新元古代。在矿床成因方面，汤中立等创造性的提出了“小岩体成大矿”理论体系(汤中立，2007，2015；李文渊，2012)，证明了金川矿床的深部熔离-多期成矿作用，丰富了铜镍硫化物矿床的找矿理论与方法。在显微组构方面，李金铭等(1992)认为龙首山地区橄榄岩类的变形组构多为壳成低温体系，并发现了金川岩体橄榄石组构由二矿区向一矿区做有规律的变化。但对金川二矿区镁铁-超镁铁岩体中橄榄石组构特征的研究仍有欠缺。笔通过对橄榄石显微组构特征研究，探讨岩浆上升侵位过程中所受的应力方向，以期对下一阶段的找矿工作起到一定的指导作用。

1 岩体地质特征

金川铜镍硫化物矿床所在的龙首山隆起位于华北地台阿拉善地块西南缘，南为祁连早古生代褶皱系，西接塔里木地台(李文渊，2006；焦建刚，2007)(图1A)。

矿区出露地层为前震旦系中深变质岩系(马佳虹，2012；贺宝林，2014)，岩石类型包括角砾状混合岩-均质混合岩，黑云斜长片麻岩，绿泥石英片岩、含榴二云片麻岩及蛇纹大理岩。超基性岩体由含二辉石橄榄岩、二辉橄榄岩、橄榄辉石岩、斜长二辉橄榄岩等组成(图1B)。岩层总走向为北西55°，倾向西南，倾角40°～70°。古生代及中生代地层缺失，第四系古河床砾石层分布于矿区东端将岩体覆盖。

根据野外调查及资料显示，二矿区超镁铁质岩体主体由中粗粒二辉橄榄岩、含二辉石橄榄岩、斜长二辉橄榄岩组成(汤中立，1990；焦建刚，2006；高亚林，2009；张宗清，2004)，各岩相界限清楚，并可见辉绿岩脉(图2a、图2b)。在实际观察中，橄榄石矿物颗粒具有明显的定向排列现象(图2c、图2d)。

2 分析方法

本次野外样品采集工作主要以中粗粒二辉橄榄岩、含二辉石橄榄岩、斜长二辉橄榄岩为主，采样点见图1。

本次研究样品处理及测试在长安大学西部矿产与地质教育部重点实验室显微镜实验室完成，使用费氏台对定向样品中矿物XZ面(X轴为拉伸线理方向，XY面为面理，Z轴垂直面理方向)(唐哲民，2005；韩国卿，2009)进行测试。笔者采用四轴台法进行光率体主对称轴的测定，详细方法见构造岩石学基础(何永年，1988)。

3 橄榄石流变构造研究

3.1 二辉橄榄岩中橄榄石组构特征

橄榄石有明显的组构优选方位，其Ng[100]，Np[010]和Nm[001]组构特征(陈柏林，2003；陈柏林，2013)见图3。

图1 (A)金川铜镍硫化物矿床大地构造位置示意图；(B)金川二矿区岩体地质简图Fig.1 (A)Sketch map of the geotectonic location of Jinchuan copper nickel sulfide deposit； (B)Geological map of Jinchuan mining area II

Ng[100]组构：JC-1为大圆环带型，环带平面与XZ面相平行，其背景上出现近平于行X轴和XY面的主极密，Ng[100]组构整体呈单斜对称型。JC-2号样品为点极密型，主极密与X轴及XY面近乎平行，整体呈单斜对称型。

Np[010]组构：JC-1号Np[010]组构为大圆环带型，环带面平行于XZ面。在此基础上出现近垂直于面理(XY面)的主极密。Np[010]组构整体呈单斜对称型。JC-2号为点极密部型，主极密轴与X轴相平行。

Nm[001]组构：JC-1、2均为点极密型，平行或近于平行Y轴。

3.2 含二辉石橄榄岩中橄榄石组构特征

橄榄石的Ng[100]、Np[010]和Nm[001]组构特征见图4。

Ng[100]组构：JC-3号样品为点极密型，主极密与X轴及XY面近乎平行，整体呈单斜对称型。JC-4为大圆环带型，环带平面与XZ面相平行，其背景上出现近平于行X轴和XY面的主极密，Ng[100]组构整体呈单斜对称型。

a.岩相界线；b.辉绿岩脉；c-f.岩体中橄榄石定向排列现象图2 金川二矿区橄榄石流动构造野外照片Fig.2 Jinchuan mining area II olivine flow structure field and the microscopic photographs

图3 二辉橄榄岩中橄榄石显微组构图Fig.3 Lherzolite microstructure

Np[010]组构：JC-3、4号Np[010]组构为大圆环带型，环带面平行于XZ面。在此基础上出现近垂直于面理(XY面)的主极密。Np[010]组构整体呈单斜对称型。

Nm[001]组构：JC-3、4均为点极密型，平行或近于平行Y轴。

3.3 斜长二辉橄榄岩中橄榄石组构特征

橄榄石的Ng[100]、Np[010]和Nm[001]组构特征(金振民，1989；董云鹏，1996；许志琴，2005)见图5。

图4 含二辉石橄榄岩中橄榄石显微组构图Fig.4 Pyroxene dunite microstructure

Ng[100]组构：JC-5号为点极密部型，组构要素投影点聚集在一个小区域中，形成一个明显的点极密；JC-6、7号为较完整的大圆环带型，XZ面与环带面相平行，主极密在其背景上近平于行X轴和XY面，Ng[100]组构整体呈单斜对称型，特征是只有一个对称面和垂直于对称面的二次轴。

Np[010]组构：JC-5 Np[010]组构为大圆环带型，环带面平行于XZ面。在此基础上出现近垂直于面理(XY面)的主极密。Np[010]组构整体呈单斜对称型。JC-6为点极密部型，而JC-7极密不明显。

Nm[001]组构：JC-5、6、7为点极密型，平行或近于平行Y轴，呈轴对称型式。

4 讨论

4.1 橄榄石组构类型

从图3、图4、图5中可以看出，Ng[100]形成一个在面理(XY面)上的极密部，表明[100]是滑移方向。Np[010]出现与面理成高角度的极密，表明滑移面是(010)面，反映组构滑移系为(010)[100](许志琴，2009)。Nm[001]亦表现为在面理上的点极密，表明其滑移方向为[001]。结合Ng[100]、Np[010]组构特征，其滑移面应为(100)和(010)，反映低温组构滑移系为(100)[001]或(010)[001]。

图5 斜长二辉橄榄岩中橄榄石显微组构图Fig.5 Plagioclase lherzolite microstructure

从二矿区岩体组构测量结果中可以看出，橄榄石具有一定的结晶优选方位(CPO)，其滑移面为(010)，滑移方向[100]。徐梦倩等(2010)对西藏罗布莎地区地幔橄榄岩中橄榄石通过EBSD研究，发现其滑移方向[100]，滑移面为(010)，属“A”型组构；干微等(2011)通过华北克拉通东北部边缘吉林辉南地区幔源橄榄岩流变学与组构特征研究发现，其橄榄石总体具有A型组构，均类似于本区橄榄石组构类型特征。由此可知，本区橄榄石均发育“A”型组构，表明二矿区岩体橄榄石形成于地壳浅部低压、低应力状态下。

4.2 橄榄石组构成因研究

金川含矿岩体为至少经历了3期岩浆上升侵位所形成的复式侵入体。第一期岩浆产物为中细粒岩石；中粗粒岩石则代表了第二期岩浆侵位产物，组成了二矿区岩体主体；第三期岩浆产物主要以纯橄榄岩为主，各岩相间界限清楚，突变接触(汤中立，1990)。本次研究以二矿区中粗粒二辉橄榄岩、含二辉石橄榄岩、斜长二辉橄榄岩为主，均属于第二期岩浆侵位产物(乔富贵，2005)。前人研究表明，金川地区构造应力场主应力方向应分为3期6个阶段，经历了由南北至北东—南西到南北的方向转变。成矿前应力场早期以南北向压性应力场为主，晚期以东西向挤压活动为主，产生塑性流动褶曲、压扭断裂及褶皱构造；成矿期构造应力场则由早期的北东—南西向渐变为南北向，产生近东西向断裂、韧性剪切变形等，多断裂切割超基性岩(汤中立，1995；刘高，2002；廖文建，2016)。从图6中可以看到，JC-4、JC-5、JC-6号样品的光轴极密分布于北东—南西向，而JC-1、2、3、7号样品中橄榄石光轴Ng[100]极密则偏向于北西—南东向。结合岩体所受的构造应力场的变化特征，可初步认定二矿区岩体中橄榄石定向排列的现象为成矿期构造的反映，且橄榄石光轴发生了自西向东的旋转，这也与李金铭等(1992)对阿拉善地区组构特征的研究结果相一致。由于二矿区含矿岩体为金川矿床第二期含矿岩浆上侵产物(汤中立，1990)，橄榄石的定向排列现象可作为成矿期岩体的找矿标志。

图6 金川二矿区超基性岩体流动构造略图Fig.6 Jinchuan No.2 mine area ultrabasic rock mass flow structure sketch

5 结论

(1)通过对金川地区二辉橄榄岩、斜长二辉橄榄岩及含二辉橄榄岩中橄榄石组构特征研究，可知橄榄石均具有“A”型组构特征，表明岩体形成于地壳浅部低压、低应力的环境中。

(2)由于二矿区岩体为金川矿床第二期含矿岩浆上侵产物(汤中立，1990)，结合岩体所受的构造应力场的变化特征及橄榄石光轴极密分布于北东—南西、北西—南东向，可初步认定二矿区岩体中橄榄石定向排列的现象为成矿期构造的反映，且橄榄石光轴发生了自西向东的旋转。

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