山东招远苏家庄子超基性岩地球化学特征及地质意义

陈莉，王敏，王海芹

(山东省地质科学研究院，自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室，山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，山东 济南 250013)

0 引言

山东胶北地体前寒武纪结晶基底是华北克拉通东部陆块的组成部分，处于华北板块南缘东部，具有独特的构造样式及自身演化过程[1]，由太古宙表壳岩、TTG岩系和古元古代变质杂岩构成。李洪奎研究了胶东太古宙大陆陆壳的形成和增生过程，认为是岛弧环境下初始不成熟陆壳向成熟陆壳的增生，新太古代至古元古代早期的地质信息记录了鲁东大陆地壳形成的完整地质演化过程[2,3]，其间分布的超基性岩代表了初始地壳的幔源岩浆物质。古元古代变质杂岩(荆山群和粉子山群)中尚有少量的超基性岩和代表基性火山喷发相的斜长角闪岩类，反映了古元古代初板块碰撞后拉张阶段的裂陷盆地环境[4]。李旭平等结合区域大地构造背景分析认为胶北超基性岩具有岛弧拉斑玄武岩的特征，它们可能形成与岛弧相关的构造背景，是弧后盆地环境的产物而非大陆裂谷环境[5]。胶北地区基底岩系超基性岩包括中--新太古代的超基性岩和古元古代的超基性岩，前者主要分布在莱西马连庄、唐家庄、莱阳西留、栖霞杨础、谭格庄和招远苏家庄子等地，原岩岩性为纯橄岩、橄榄岩和辉石岩为主，伴有辉长岩，经多期变质为变辉橄岩、变橄榄辉石岩和变辉长岩等，为幔源岩浆作用产物，属扩张洋脊和幔隆区裂缝带的构造环境;后者分布在莱阳鹤山泊、莱西南墅、莱州西水夼、海阳通海等地(图1)，属弧后盆地环境[5]。

1—新生界；2—白垩系；3—元古宙变质表壳岩；4—太古宙变质表壳岩+TTG；5—中生代花岗岩；6—古元古代花岗岩；7—超基性岩；8—地质界线；9—断裂/推断断裂图1 胶东地区超基性岩分布略图

前人对胶北结晶基底的研究成果颇丰，主要集中在对早前寒武纪地质和金矿矿源层的研究，陆松年[6]、徐金芳[7]、厉子龙[8]、卢冰[9]、翟明国[10]、李永刚[11]、孙景贵[12]等对有关变质地体、年代学、岩石学、地球化学、构造环境以及陆壳演化等做过深入的研究，但对于胶北地区超基性岩的研究资料较少，尤其是在超基性岩构造环境与矿产的关系方面。本文将在前人研究基础上，以招远苏家庄子超基性岩为例，进一步研究超基性岩的岩相学、岩石化学、微量元素、稀土元素等地球化学特征，追溯胶北地体中超基性岩的原岩性质、形成环境及其所经历的地质作用过程，利用超基性岩的主微量元素地球化学特征，探讨幔源岩浆对基底岩系形成环境的制约和对金矿成矿的前期富集作用。

1 地质背景

胶北地体位于华北板块东南端，因盛产金矿而吸引国内外众多地质学者和专家来此进行地质研究。在大地构造位置上，该区地跨华北板块和苏鲁造山带两个Ⅰ级大地构造单元[1,13-15]。胶北地体前寒武纪基底主要包括中—新太古代表壳岩(唐家庄岩群和胶东岩群)、TTG质与花岗质片麻岩和古元古代荆山群和粉子山群孔兹岩系以及少量的高压基性麻粒岩、斜长角闪岩和中—高级变质超镁铁质岩。

胶北地体的核部主要有中—新太古代的唐家庄岩群、胶东岩群变质火山岩系列、栖霞TTG质片麻岩和古元古代超基性—基性侵入岩[13]。唐家庄岩群为磁铁石英岩、黑云变粒岩、磁铁紫苏斜长麻粒岩等，麻粒岩相变质。胶东岩群分苗家岩组(斜长角闪岩夹黑云变粒岩)和郭格庄岩组(磁铁石英岩、黑云变粒岩)，为一套中基性火山岩、碎屑岩夹硅铁建造，变质程度达高角闪岩相。荆山群和粉子山群为同时异相的两套相似的沉积建造。荆山群为海相泥质岩、碎屑岩、碳酸盐岩及钙镁硅酸盐沉积，分布于莱阳、平度等地，由下而上分为禄格庄组、野头组和陡崖组，低角闪岩相--低压麻粒岩相变质，富产石墨矿。粉子山群为陆缘环境碎屑岩、碳酸盐岩建造，分布于莱州、福山等地，由下而上为小宋组、祝家夼组、张格庄组、巨屯组及岗嵛组，绿片岩相--角闪岩相变质，产菱镁矿。该区TTG质片麻岩属广义的新太古代灰色片麻岩，其原岩形成时代从～2.9Ga到～2.5Ga[16-18]，而花岗质片麻岩的原岩时代主要为～2.5Ga和～2.1Ga[18]。胶北基性--超基性岩以变形岩墙和不规则透镜体形式赋存于TTG质片麻岩或花岗质片麻岩之中;还与条带状铁建造、超镁铁质岩、变质表壳岩等一起构成高级变质杂岩，并以透镜体的形式分布在新太古代TTG质与花岗质片麻岩之中[19]。与古元古代浅海相荆山群沉积和大陆边缘滨海--浅海相粉子山群沉积相伴随的一套变质基性--超基性岩，其207Pb/206Pb变质年龄为1956±41Ma和1884±24Ma[20]，与这一带的变质表壳岩、条带状磁铁石英岩等一起构成高级变质杂岩透镜体，并常以不规则透镜体出现在表壳岩和花岗质或TTG质片麻岩中[18]，有时野外统称为基性--超基性岩透镜体。

研究区位于招远市南约9km、道头镇北2.5km处苏家庄子一带(图2)，超基性岩呈小岩瘤状产于新太古代英云闪长岩中(图2A)，可形成蛇纹岩矿。其原岩为橄榄岩(蛇纹岩)，灰黑色、暗绿色，叶片状、纤维状变晶结构、变余粒状结构,块状构造。对于其产状和时代尚存有分歧，一种认为呈包体状产于新太古代英云闪长岩[21-24]，另一种认为是侵入于新太古代英云闪长岩中，应属古元古代的产物[14]，本文将其形成时代划为新太古代。

1—第四系；2—晚侏罗世二长花岗岩；3—角闪闪长岩；4—斜长角闪岩；5—角闪石岩；6—变辉石橄榄岩；7—新太古代奥长花岗岩；8—新太古代英云闪长岩；9—石英闪长玢岩/闪长玢岩；10—伟晶岩；11—煌斑岩/石英脉；12—实测/推测地质界线；13—实测/推测断层；14—取样位置及编号图2 苏家庄子超基性岩分布图

2 样品采集与分析

2.1 样品采集与分析方法

本文超基性岩样品采自招远南部道头镇北苏家庄子村，来自采坑中挖出的0.5～1.3m大小的大岩块和古采矿坑(20世纪60年代晚期至80年代早期曾在此采过石棉矿)之坑壁部，与其直接接触的围岩是新太古代TTG质片麻岩(图2B)。矿物化学成分分析在济南矿产资源监督检测中心进行，控制编号：GJJZ--JL69--07--2016。硅酸盐岩石分析依据为DZ/T 0279--2016区域地球化学化学样品分析方法之标准。主元素和微量元素分析采用全谱直读等离子体发射光谱仪，仪器型号为IRIS IntrepidⅡ和双道原子荧光光谱仪AFS-820进行分析。分析条件:加速电压15kV、束流20An、修正方法依据PHRZ。稀土元素采用电感耦合等离子体质谱仪，仪器型号为XSERIES2分析。

2.2 分析结果

本次对超基性岩岩相学进行了鉴定，对岩石化学成分、微量元素、稀土元素进行了分析，同时收集了前人对苏家庄子超基性岩做的岩石化学成分资料，分别列于表1、表2和表3中。

3 超基性岩地球化学研究

3.1 矿物学特征

岩石类型以变橄榄岩—变辉长岩为主，多成群呈带状展布，呈岩株状、岩瘤状侵入栖霞序列英云闪长质片麻岩中，侵入体长约230m,宽约75m。由于经多期变质作用，其原岩已蚀变为蛇纹岩(图3)。

PG001具网脉(格)状结构，块状构造，薄片中岩石主要矿物为蛇纹石，次要矿物有碳酸盐矿物、绿泥石，副矿物为磁铁矿等不透明矿物。蛇纹石：含量74%±，呈纤维集合体状；颜色主要无色透明；干涉色一级灰白，可能交代橄榄石而成，在交代过程中沿着橄榄石晶形，析出的磁铁矿等不透明矿物和部分碳酸盐矿物混合，构成多边形的网格(脉)结构，纤维状蛇纹石大部分垂直于网格边缘。碳酸盐矿物含量20%±，呈不规则集合体状，主要充填在网格中，少数在网格内部可见。绿泥石含量1%±，留有原矿物假象，呈柱状、片状集合体，具有墨水蓝异常干涉色，可能交代辉石而成，岩矿鉴定为碳酸盐蛇纹岩，其原岩为辉橄岩类。

表1 苏家庄子超基性岩岩石化学成分(wt.%)

表2 苏家庄子超基性岩微量元素分析结果

表3 苏家庄子超基性岩稀土元素分析结果(×10-6)

a—PG001样品；b—PG002样品；c—PG003样品图3 苏家庄子超基性岩镜下照片

PG002具网脉(格)状结构，块状构造。薄片中岩石主要矿物蛇纹石97%±，副矿物磁铁矿等不透明矿物3%。蛇纹石呈纤维状、鳞片状集合体；颜色主要无色透明；干涉色一级灰至一级黄白，主要是交代橄榄石而成，沿晶体边部、裂纹向中心进行，析出的磁铁矿质点等不透明矿物与纤维状蛇纹石混合，构成多边形的小网格。岩矿鉴定为蛇纹岩，其原岩为橄榄岩类。

PG003具网脉(格)状结构，块状构造。薄片中岩石主要矿物蛇纹石80%±，次要矿物有碳酸盐矿物15%±，副矿物为磁铁矿等不透明矿物5%±。蛇纹石呈纤维状，聚集呈集合体状；颜色主要无色透明；干涉色一级灰白，可能交代橄榄石而成，在交代过程中沿着橄榄石晶形，析出的磁铁矿等不透明矿物和部分碳酸盐矿物混合，构成多边形的网格(脉)结构，纤维状蛇纹石大部分垂直于网格边缘。碳酸盐矿物呈不规则集合体状，主要充填在网格中，少数在网格内部可见。岩矿鉴定为碳酸盐蛇纹岩，其原岩为辉橄岩类。

3.2 主元素地球化学

苏家庄子超基性岩的主元素地球化学中(表1)，所研究的岩石样品的SiO2含量介于31.40%～41.54%之间，平均38.55%，与中国纯橄榄岩和戴里纯橄榄岩相比，研究区岩石MgO含量明显偏低，而Al2O3含量偏高。超基性岩样品中K2O和Na2O含量偏低，Fe2O3含量则较高。在FAM和FeO-MgO-Al2O3图解中，分别落于拉斑玄武岩系列区域(图4)和大洋区，指示其源区属于岛弧拉斑质玄武岩和洋中脊玄武岩，与太古宙高热流值及薄的洋壳有关。研究区岩石Fe2O3含量高，与高铁拉斑质基性岩类相似[25]，具有玄武质岩石的演化特征。里特曼指数反映为钙性系列，固结指数显示为幔源原生岩浆直接结晶的产物，氧化率反映岩体就位于相对氧化环境。

图4 苏家庄子超基性岩AFM和FeO-MgO-Al2O3图解

总之，研究区超基性岩具有高铝低镁高铁之特点，较中国纯橄榄岩基性程度更高，SiO2含量更低，蚀变后为纯蛇纹岩。

3.3 微量元素地球化学

微量元素特征(表2)与世界超基性岩平均值相比，亲石元素Ba，Sr，V偏高，Cr，Zr偏低；亲铜元素Cu，Pb，Zn，As明显偏高，Ag，Au，W偏低；亲铁元素Co，Ni偏高，Mo偏低，以富亲石元素和亲铜元素为特征(图5)。

1—PG001；2—PG002；3—PG003；4—Pt101；5—Pt102图5 苏家庄子超基性岩主要成矿元素含量直方图

从超基性岩中微量元素丰减图(图6)中可以看出：Ag，As，Bi，As，Sr元素在超基性岩中呈较明显的减幅，而Zr少量减少，其他元素在同一数量级内稍有增加，但幅度不大。这可能与超基性岩经后期强烈的蚀变作用有关，并不能真正代表原岩的各微量元素的丰减情况。

1—PG001；2—PG002；3—PG003；4—Pt101；5—Pt102图6 苏家庄子超基性岩微量元素含量丰减图(注：序号与表2同)

总体上，区内超基性岩与中国平均橄榄岩的微量元素相当，以富亲石元素和亲硫元素为特征。

3.4 稀土元素地球化学

超基性岩的稀土元素地球化学特征见表3，其球粒陨石标准化稀土配分模式属LREE富集右顷型(图7)，稀土总量∑REE为(1.350～2.022)×10-6，低于通常的洋脊玄武岩，类似岛弧玄武岩的配分模式[26]，稀土曲线平缓右倾，轻、重稀土元素分馏程度均较低。HREE部分曲线平坦，PG002具有较低的Tm含量，可能与后期蚀变析出有关。理论上讲，稀土元素被认为是最少溶解的微量元素，并且能够在低级风化和热液交代作用中稳定[25]。胶北地体招远苏家庄子超基性岩退变和Mg质交代作用形成的蛇纹岩，其REE的分布形态尽管与中国超基性岩基本一致，但其含量却大大降低，这与后期橄榄岩、辉石转变成蛇纹石有关。超基性岩样品的Eu表现为无异常到弱正异常(δEu=0.8～1.21)，受蛇纹石化的影响明显，流体的次生交代[27]、特别是与蛇纹石化的过程中经历了一定的氧化作用相关。

图7 苏家庄子超基性岩稀土元素球粒陨石标准化模式图

4 讨论

4.1 关于超基性岩的构造环境

胶北早前寒武纪基底属华北克拉通基底的组成部分[2,13]，由不成熟陆壳向成熟陆壳转化及各微陆块之间(包括与华北克拉通其他微陆块之间)的碰撞拼合，基底固结并逐渐克拉通化。在太古宙时期，胶北地体存在有中太古代唐家庄古陆核，唐家庄岩群火山沉积岩有较多的富集大离子亲石元素的富铁拉斑玄武岩质基性火山岩，指示当时的大地构造环境类似于现代岛弧环境[2,13]。新太古代是胶北重要的地壳增生期，形成了由一套中—基性火山沉积夹碎屑沉积建造的胶东岩群，并有二期TTG花岗岩系，为T1T2G1的灰色片麻岩组合，显示了从不成熟洋内岛弧向半成熟的大陆化岛弧转化的特点，代表了从初始的玄武质地壳转化为半成熟的大陆化地壳的演化过程[2]。在这一过程中，幔源超基性岩浆侵位，代表太古宙高热流不成熟初始陆壳的拉张环境。

苏家庄子超基性岩FAM和FeO-MgO-Al2O3图解均代表了高热流值的拉张洋壳环境，与太古宙地质体的幔源来源相一致。但由于后期变质改造和蛇纹石化作用，某些元素的地球化学性质在变质和交代作用过程中可以发生迁移，尤其是活动元素，如K，Na，Ca等主元素。然而有些元素却相对稳定，特别是某些微量元素如Zr，Y，Ti，Nb等高场强元素，很可能保留了原岩的性质。对于超基性岩，在多方面的分析和研究中仍可追踪原岩产出的构造信息，而退变与交代作用尽管可以改变原岩成分或抹煞原岩的信息，有时却也可以追踪混染物源区的性质[13,28-29]。

4.2 超基性岩与金矿关系

如果把胶北地区基性—超基性岩类岩石组合与其形成的构造环境、陆壳成熟度相对应的结合起来便可知，作为胶东地区金矿具有花岗—绿岩地体性质的前寒武纪变质岩系，其中的超基性岩是原始地幔岩的证明，苏家庄子超基性岩Au平均含量为1.13×10-9，而与金矿关系密切的玲珑花岗岩Au平均含量为1.62×10-9[13]，属同一数量级，代表超基性岩在漫长的地质构造演化过程中析出更多的金质而参与成矿，铅源亦显示胶东金矿的金质来源与古老铅有关[13]。

5 结论

(1)胶北地体中的苏家庄子超基性岩是太古宙不成熟地壳在拉张环境下侵位的幔源岩浆，其形成环境为洋壳拉张环境。

(2)苏家庄子超基性岩原岩为橄榄辉石岩或辉橄岩，后期经强烈热液交代或蚀变形成蛇纹岩，构成矿物以蛇纹石为主，具有典型的蛇纹网脉状结构。

(3)超基性岩相学、岩石地球化学特征指示其源区属于岛弧拉斑质玄武岩和洋中脊玄武岩，与太古宙高热流值及薄的洋壳有关。

(4)超基性岩微量元素显示与中国平均橄榄岩的微量元素相当，亲石元素Ba，Sr，V偏高；Cr，Zr偏低；亲铜元素Cu，Pb，Zn，As明显偏高；Ag，Au，W偏低；亲铁元素Co，Ni偏高；Mo偏低，以富亲石元素和亲硫元素为特征。稀土元素球粒陨石标准化稀土配分模式属LREE富集右倾型，类似岛弧玄武岩的配分模式，轻、重稀土元素分馏程度均较低，记录了受蛇纹石化的影响明显，流体的次生交代与蛇纹石化的过程中经历了一定的氧化作用相关。

(5)胶北地体早前寒武纪基底中超基性岩构成了地壳早期演化由不成熟陆壳向成熟陆壳转化中幔源富大离子亲石元素的超基性岩特点，它与太古宙基底构成花岗—绿岩地体胶东金矿初始矿源层特征，参与了胶东金矿成矿过程。