东昆仑水仙南地区基性—超基性杂岩体岩石地球化学特征及其形成环境探讨

吴树宽，张金玲，张 元，顾红彬，王有斌，马吉雄

(青海省第五地质矿产勘查院，青海 西宁 810000)

东昆仑是中央造山系的组成部分，是一条特征显著的构造—岩浆岩带[1-3]，多年来，东昆仑也是一直找矿的优选区域，但是以往工作中着重寻找铜多金属等矿产，自2011-2013年青海省第五地质矿产勘查院在东昆仑中段发现的超大型与基性—超基性杂岩体有关的岩浆熔离型铜镍硫化物矿床，打破了东昆仑无镍矿的历史，同时也引起了在东昆仑探寻铜镍硫化物的找矿热潮。水仙南地区基性—超基性杂岩体位于东昆仑造山带西段，本文旨在对该岩体从岩石地球化学方面进行研究，进而与夏日哈木岩体相对比，为水仙南地区找矿及找矿意义探讨提供帮助。

1 地质背景

中央造山系是中国南、北两大陆块群拼合形成的一条十分醒目而又极其重要的巨型(长达4 000 km)构造带。东昆仑地处中央造山系西段，西隔阿尔金断裂与西昆仑造山带为邻，东隔秦祁昆岔口(共和盆地)与西秦岭相接，北侧为柴达木地块，南侧为布青山—阿尼玛卿构造混杂岩带[4]。东昆仑由北到南可划分为东昆北构造带、东昆中蛇绿混杂岩带、东昆南构造带、阿尼玛卿—布青山构造混杂岩带等4个构造单元[5]。

研究区水仙南地区行政区划隶属格尔木市乌图美仁乡管辖，位于柴达木盆地西南缘那陵郭勒河上游南岸，位于昆中断裂以北，昆北断裂以南。区内出露的地层主要为古元古界金水口岩群白沙河岩组黑云斜长片麻岩、花岗片麻岩、长英质片岩、大理岩，基性—超基性杂岩体侵位于该套岩层中,另外分布少量第四系冲、洪积物。区内断裂构造发育，构造线总体方向为近东西向，局部发育北北西向断层，研究区内西侧发育一组段层，在中部、东侧发育两组韧性剪切带；区内侵入岩发育较少，以三叠世侵入岩最为发育,少量发育中泥盆世侵入岩，侵入体零星分布于研究区内，并以岩基形式产出。其中早三叠世侵入岩岩石类型主要为角闪黑云母花岗闪长岩，侵入体以脉岩形式北北东向展布，仅在研究区东部发育，出露面积约0.3 km2，侵入于古元古界金水口岩群白沙河岩组；中三叠世侵入岩岩石类型主要有灰白色细粒石英闪长岩、灰白色中细粒黑云母花岗闪长岩等，以成分演化为主，暗色包体发育是该侵入体的重要特征，侵入体以岩基形式近东西向展布，并对组成陆块的基底岩系古元古界金水口岩群白沙河岩组造成强烈的吞噬和肢解。中泥盆世侵入岩主要代表岩性为辉长岩—辉石岩岩体，辉长岩岩体在研究区共发育3处，呈近东西向串珠状排列。从西向东编号为：I号岩体、II号岩体、III号岩体。其中II号岩体、III号岩体出露面积较小，岩体地表规模不大，而I号岩体出露规模较大，岩石组合复杂，另外青海省第五地质矿产勘查院对该岩体开展了地质找矿工作，发现矿化线索，故I号岩体为本文所研究的对象。

2 岩体特征

2.1 岩体特征

岩体呈长条状侵入于金水口群变质岩系中，宽约0.45 km，长约0.65 km，面积约0.32 km2。岩体呈中粗粒结构，主要以辉石岩、角闪辉石岩、辉长岩为主，局部发育少量苏长岩、闪长岩，岩体与上部金水口岩群白沙河岩组呈侵入接触关系(图1)。

图1 水仙南地区I号岩体实测地质剖面

2.2 岩相学特征

角闪辉石岩：岩石主要由紫苏辉石、角闪石及黑云母等矿物组成(图2)。紫苏辉石呈自形—半自形柱状，解理发育，简单双晶及聚片双晶，粒径一般0.8 mm×1.6 mm～1.6 mm×3.2 mm左右，弱方解石化，颗粒常与淡绿色角闪石形成连晶，边部呈环带结构，颗粒之间以较弯曲边缘紧密镶嵌。黑云母呈片状，具浅黄褐色—浅褐色强多色性，强绿泥石化，片径一般0.25 mm左右，均匀分布于岩石中。

图2 角闪辉石岩

角闪辉长岩：岩石主要由普通辉石、角闪石、黑云母及斜长石等矿物组成(图3)。普通辉石呈自形—半自形柱状，解理发育，可见简单双晶，粒径一般1 mm×1.6 mm～1.4 mm×4 mm左右，颗粒常与淡绿色角闪石形成连晶，边部呈环带结构，相互之间以较平直边缘紧密镶嵌。黑云母呈片状，沿解理缝发生强绿泥石化，局部可见原矿物残留，颗粒内部及边部常包裹有较多细小榍石微粒，片径一般0.3 mm以上。斜长石呈半自形—它形板条状，聚片双晶发育，发生强绢云母化现象，粒径一般0.6 mm以上，较粗者颗粒内常包裹多颗较细粒普通辉石，且以较弯曲边缘紧密镶嵌于其它矿物颗粒之间。

图3 角闪辉长岩

角闪苏长岩：岩石主要由紫苏辉石、角闪石、黑云母及斜长石等矿物组成。紫苏辉石呈半自形—它形柱粒状，解理发育，简单双晶，粒径一般1.2～2.8 mm左右，弱方解石化，颗粒常与淡绿色角闪石形成连晶，均匀分布于岩石中。黑云母呈片状，具浅黄褐色—浅褐色强多色性，弱绿泥石化，颗粒内部及边部分布有较多微粒状榍石及铁质微粒，片径一般0.5 mm以上。斜长石呈半自形—它形粒状，发生较强的绢云母化及弱方解石化现象，粒径一般0.4～0.8 mm左右，以弯曲边缘与其它矿物紧密镶嵌。

辉石角闪石岩：岩石主要由普通辉石及角闪石等矿物组成。普通辉石呈半自形柱粒状，解理发育，可见简单双晶，颗粒常与淡绿色角闪石形成连晶，边部呈环带结构，并发生不同程度的方解石化现象，部分颗粒边部发生弱黑云母化，粒径一般1.2～1.8 mm左右，相互之间以较平直边缘紧密镶嵌。角闪石除与普通辉石呈连晶部分外，独立矿物为普通角闪石，呈自形—半自形柱状，具浅绿色—浅褐色多色性，解理发育，发生不同程度黑云母化，并析出少量铁质微粒，部分颗粒仅残余可见原角闪石晶型假象，粒径为0.3 mm×0.8 mm～0.6 mm×1.4 mm左右，均匀分布于岩石中。

3 分析方法

主量元素和微量元素数据由青海省第五地质矿产勘查院与吉林大学孙丰月老师团队合作项目所获得，分析结果见表1。主量元素使用X-射线荧光光谱仪(XRF-1500)法测试。采用0.6 g样品与6 g四硼酸锂制成的玻璃片在Shimadzu XRF-1500上测定氧化物的含量，精度优于2%～3%。微量元素及稀土元素利用酸溶法制备样品再使用ICP-MS(ElementⅡ)测试，分析精度为：按照GSR-1和GSR-2国家标准，当元素含量大于10×10-6时，其精度优于5%，当含量小于10×10-6时，其精度优于100%。

表1 水仙南I号杂岩体主量元素和微量元素参数

4 岩石地球化学特征

4.1 主量元素

由5件样品的全岩地球化学分析结果可见，其SiO2含量为48.44%～59.88，平均值为52.05%，其中1件样品SiO2含量位于53%～66%参考范围内，为中性岩，其他都位于基性岩的范畴之内；Al2O3含量为6.12%～18.04，平均值为14.0%，整体含量较高，TiO2含量为0.28%～1.10%，平均值为0.72%，与岛弧拉斑玄武岩的0.84%较为接近[6]；GaO含量为6.04%～14.45%，平均值为11.11%；MgO含量为2.79%～17.25%，平均值为9.01%，略高于中国火成岩中辉长岩的平均值6.47%[7]，与大西洋洋中脊玄武岩平均含量9.04%较为接近；K2O+Na2O含量为0.98%～5.36%，平均值为3.34%；K2O/Na2O值为1.55 ～3.41，显示富钠贫钾特征。里特曼指数(σ)为0.18～2.04，小于3.3，在TAS图解(图4)中除SXN-Y2样品落入闪长岩区域外，其他样品均落入辉长岩和辉长闪长岩区域内，为亚碱性系列。

图4 岩石系列TAS分类图解

4.2 稀土元素特征

在岩石稀土元素配分图(图5)中，水仙南岩浆杂岩总体呈REE平坦型，总体呈现出轻微的右倾分配模式，具有轻稀土略富集、重稀土略亏损的特征，类似于壳源岩浆的稀土元素分配形式。稀土元素总量∑REE=66.58×10-6～169.65×10-6，均值为117.94×10-6，∑LREE=54.86×10-6～151.87×10-6，∑HREE=11.72×10-6～28.36×10-6，∑LREE/∑HREE=3.78～8.54，(La/Yb)N=3.48～10.34，(La/Sm)N=1.27～3.55，显示轻、重稀元素之间分馏不显著。δEu=0.42～1.04，呈弱负异常，说明存在一定程度的斜长石分异结晶作用。

张照伟等[8]指出夏日哈木超基性岩体岩石稀土总量元素均较低，∑REE=7.62×10-6～51.63×10-6，大多数超镁铁质岩石没有明显的Eu异常。夏日哈木杂岩体(La/Yb)N=1.67～11.35，(La/Sm)N=1.21～3.76，Sm/Nd=0.19～0.26，显示岩石源于亏损地幔源的特征。水仙南杂岩体(La/Sm)N=1.27～3.55，(La/Yb)N=3.48～10.34，Sm/Nd=0.19～0.26，这些特征与夏日哈木杂岩体相似，说明水仙南杂岩体岩石也源于亏损地幔。

图5 水仙南杂岩体稀土元素球粒陨石标准化配分图

4.3 微量元素特征

水仙南岩浆杂岩中的过渡族元素含量相对较高，其中Cr、Co和Ni的含量分别为4.99～592、16.1～77.8和4.08～430，这暗示了岩石未发生明显的分离结晶作用。

在微量元素原始地幔标准化蛛网图上(图6)，样品数据点的分布形式总体相似，岩石富集大离子亲石元素Rb、Th、U，相对亏损K和高场强元素La、Nb、P、Ta、Ti显示同源岩浆的演化成因特征，同时TNT亏损特征表现出一定的弧岩浆岩的特征。Sr的富集可能是由于陆壳中Sr含量高造成的，表明该岩体在上升过程中遭受了一定程度的陆壳物质混染, 但是样品中Sr=173×10-6～1 610×10-6，平均值为801×10-6，远高于大陆地壳Sr的平均值(325×10-6)，说明样品中的Sr不可能来自地壳，主要继承区源区特征。岩石P的强烈亏损，可能与源区残留有大量的磷灰石或磷灰石的分离结晶有关[9-10]。岩浆杂岩的Zr/Y值(1.11～6.11)与岛弧玄武岩接近。

图6 水仙南杂岩体原始地幔标准化蛛网图

5 探 讨

5.1 源区探讨及成因

地球化学特征显示，水仙南岩浆杂岩具有岛弧玄武岩的特征，Nb/U和Nb/La值与源区物质有关，而与岩浆过程无关，样品的Nb/U值为3.19～7.58，平均值为5.74，接近于大陆壳(中国东部地壳Nb/U值为9.6)；原始地幔和MORB的Nb/La大于1.0，而大陆地壳Nb/La平均值为0.7左右；样品的Nb/La值为0.10～0.41，低于大陆地壳平均值，且结晶分异不会导致Nb/La值降低(Nb比La更不相容)，再次说明地壳混染不是主导因素，应主要是由地幔源区受到俯冲流体的交待所致[11-12]。

Th/Ta比值来判断中基性岩是否发生地壳混染[13]。水仙南杂岩体样品的Th/Ta比值为9.80～26.57，平均值为15.93，远高于原始地幔Th/Ta比值(2.2)。另外，源于软流圈地幔的玄武岩La/Nb<1.5，La/Ta小于22，岩石圈地幔来源的玄武岩则与之相反。水仙南杂岩体的La/Nb值介于2.4～9.3之间、La/Ta值介于28～158之间，两者比值分别大于1.5和22。上述特征显示岩石圈地幔源区的特征。

5.2 构造环境

对于不同的大地构造环境的地幔源区，在玄武质岩浆作用过程中，同一种元素Th(或Nb、Zr)的不相容程度并非完全相同，Th、Nb、Zr不同元素之间的不相容性的差异更为明显。因此，不同大地构造环境的玄武岩，其岩浆源区的Th、Nb、Zr成分不同，正是由于这一原因，使其可以用来作为构造环境判别的特征元素[14]。岩浆杂岩的地球化学特征显示所有样品具有大离子亲石元素富集、高场强元素亏损的特征，与岛弧火山岩的特征类似。同时岩浆杂岩Th/Ta比值最小值为9.80，通常认为Th/Ta比值大于3为岛弧环境的特征[6]。在基性火山岩构造环境判别图中，岩浆杂岩样品数据点均落入火山弧玄武岩区域。在(Y+Nb)-Rb判别图中，岩浆杂岩样品数据点均落入VAG区域，在Y-Nb判别图上样品数据点落入VAG+Syn-COLG区域(图7)，显示岩浆杂岩形成于岛弧环境。

图7 水仙南岩浆杂岩体构造环境判别图

岩石TiO2的含量较低，含量范围为0.28～1.10%，低于MORB和OIB(平均大于1.5%和大于2.0%)，与岛弧岩浆岩的含量接近。在氧化物变异图解中，所有样品数据点具有一定的线性关系，显示岩浆杂岩经历了良好的结晶分异作用。在稀土元素中，具有弱的负Eu异常，暗示有程度较弱的斜长石的结晶分异作用，其配分形式与岛弧火山岩的稀土元素配分形式相似。

刘战庆等[4]认为，在晚寒武世—早志留世期间，原特提斯洋向北俯冲消减，东昆仑地区在此时限内转化为沟—弧—盆体系。位于东昆中清水泉—可可沙—科科可特一线发育的岛弧型中酸性侵入岩[15-16](515～427 Ma)，可能就是该时期洋壳俯冲事件的相应。据孙丰月老师团队口述水仙南岩浆杂岩形成年龄约430 Ma，略夏日哈木杂岩体的年龄略有接近，但略早于夏日哈木杂岩体的成岩年龄。说明水仙南杂岩体形成于原特提斯洋洋壳向北俯冲的岛弧环境。

6 结 论

1)水仙南基型—超基型杂岩体形态呈长条状，岩石类型主要以辉石岩、角闪辉石岩、辉长岩为主。

2)岩体除个别样品外，均落入辉长岩与辉长闪长岩区域，属亚碱型系列；岩体具有右倾型稀土配分模式，δEu具有弱的负异常，说明岩浆在演化过程中经历了一定程度的分离结晶作用。

3)杂岩体具有岩石圈幔源特征，形成的构造环境为岛弧环境。