新疆萨尔托海铬铁矿特征及大地构造环境

张勤军 朱志新

摘  要：为探讨新疆萨尔托海蛇绿岩形成的物化条件和大地构造环境，选取萨尔托海蛇绿岩中块状铬铁矿内未蚀变的铬尖晶石进行矿物学和矿物地球化学分析。结果表明，铬铁矿成分均一，不发育环带结构;铬铁矿中的Cr2O3含量为33.68%～41.52%，Al2O3含量为2.82%～5.75%，TFeO含量为31.01%～47.59%，Cr#为82.56～90.24，Mg#为52.22～70.89，Yfe为30.65～50.09，Fe2+#为29.11～47.78，为富铁铬铁矿，其寄主岩石为蛇绿岩;铬铁矿结晶平均温度为1 655.24℃，平均压力4.44 GPa，推断其形成深度约137.78 km;地幔氧逸度为FMQ +2.18～FMQ+2.63 log单位（平均值为FMQ+2.46log单位）;地幔熔融程度23.17%～23.55%（平均23.40%）。推测萨尔托海赋矿岩石原岩石榴石二辉橄榄岩形成于亏损地幔。萨尔托海蛇绿岩形成的大地构造环境为洋内弧后盆地。

关键词：铬铁矿;蛇绿岩;弧后盆地;萨尔托海

西准噶尔地区是中亚古生代俯冲-增生复合造山带的主要组成部分，发育有唐巴勒、玛依勒、达拉布特、白碱滩等多条蛇绿岩带，中外学者有过较多研究[1-2]，其中，达拉布特蛇绿岩带是西准地区最重要的蛇绿岩带之一，其代表的洋盆演化历史对揭示西准地区古生代以来的演化过程具重要意义。达拉布特蛇绿岩中辉长岩 Sm-Nd 等时线年龄为 395 Ma[3]，辉长岩锆石 U-Pb 年龄为391 Ma[4]，基本可以确定达拉布特蛇绿岩带形成于中泥盆世。但对达拉布特蛇绿岩带的侵位时代目前还没有明确的限定，有学者报道了达拉布特蛇绿岩带中时代为 302 Ma 的 E-MOEB 型镁铁质岩，并将其解释为蛇绿岩消亡阶段由于扩张脊和俯冲带碰撞作用形成的弧前海山，认为达拉布特蛇绿岩所代表的洋壳在晚石炭—早二叠世仍存在俯冲作用。目前对于达拉布特蛇绿岩带的侵位时限和构造属性还没有明确限定。

铬铁矿相对于其他岩浆成因矿物更加稳定，其特征参数Cr#，Mg#，Fe3+#和Fe2+#的变化范围，Al2O3，Cr2O3，MgO，Fe2O3和TiO2等主要氧化物的含量、变化与铬铁矿形成所处构造环境密切相关，可为寄主岩石成因、地幔特征及铬铁矿形成的大地构造环境判断提供可靠依据[5-9]。

本文选取产于西准地区达拉布特蛇绿岩中的萨尔托海铬铁矿床中块状矿石内的铬尖晶石为研究对象，以铬铁矿电子探针数据为基础，从矿物地球化学特征的角度分析寄主橄榄岩形成环境，判定达拉布特蛇绿岩带的构造属性。

1  地质背景

西准噶尔地区为中亚造山带重要组成部分，其大地构造归属存在争论，主要有4种观点，第一种认为以斋桑-卡拉麦里蛇绿岩和乌拉尔-南天山为界，把新疆北部划分为西伯利亚、哈萨克斯坦和中朝-塔里木古板块，同时将准噶尔西北缘地区连同中亚地区共同划分为哈萨克斯坦古板块[10]; 第二种以达拉布特-卡拉麦里缝合带为界将西准噶尔地区划分为西伯利亚板块和哈萨克斯坦板块两个一级构造单元[11]; 第三种认为准噶尔盆地连同东天山吐鲁番盆地均是哈萨克斯坦-准噶尔板块东部的一部分[12]; 第四种认为西准噶尔和中亚地区是古哈萨克斯坦板块的组成部分[1]。

达拉布特蛇绿岩带地处新疆扎依尔山区达尔布特河流域，西端起自阿克巴斯套一带（NS向），向北经过苏鲁乔克逐渐转为NE向、再经库朗库朵克、坎土拜克、萨尔托海到木哈塔依一带尖灭。该带断续出露约70 km，宽约2～9 km，出露面积约50 km2，带内各岩块多以断裂为界混杂产出，总体呈网结状构造样式。该带最宽处（萨尔托海）为5～8 km，最窄处仅数10 m，甚至缺失（如达尔布特与科果拉之间），该带大致呈NE向分布，与现今西准噶尔区域构造线方向有明显夹角，在萨尔托海东侧，该相交关系尤为明显。该带内岩石组合包括蛇绿岩假层序中大多数岩石单元：橄榄岩、堆晶辉长岩、辉长岩、辉绿岩、玄武岩和硅质岩，其中橄榄岩多己蛇纹石化，辉长岩和辉绿岩多碎裂岩化。玄武岩多呈枕状构造。

萨尔托海超镁铁质岩属达拉布特蛇绿岩带的组成部分，产出有著名的萨尔托海铬铁矿。镁铁质-超镁铁质岩石受达拉布特深大断裂影响，呈NW向展布，其南部为下石炭统包古图组， 北部为中下泥盆统达拉布特组中基性火山岩、凝灰质粉砂岩、硅质岩及少量辉橄岩，均为断层接触（图1）。矿区内超镁铁质岩由斜辉辉橄岩、纯橄岩、斜辉橄榄岩和二辉橄榄岩组成，但以斜辉辉橄岩为主体。萨尔托海铬铁矿由26个矿群， 563个铬矿体组成， 主要赋矿岩石为纯橄榄岩和斜辉辉橄岩。矿体形态复杂， 主要有透镜状、似透镜状、囊状和脉状[13]。

2  岩石矿物学特征

萨尔托海超镁铁岩主要由方辉橄榄岩和少量纯橄岩、二辉橄榄岩组成。偶见超基性岩蚀变的滑石菱镁岩、菱镁岩，另有少量辉长辉绿岩。岩体西段也格孜卡拉地区，有花岗岩侵入于岩体中。

纯橄岩  岩石完全蚀变，偶见极少橄榄石残晶。主要矿物为蛇纹石、均质蛇纹石及叶蛇纹石。铬铁矿体附近的纯橄岩往往在蛇纹石的背景上進一步绿泥石化，含量30%～40%，最高达80%。部分纯橄岩还发育碳酸盐化。副矿物铬尖晶石呈半透明，棕黄-桔黄色，常因蚀变呈不透明，含量1%～2%，矿体附近含矿纯橄岩中，浸染状铬尖晶石部分达到矿化程度，具定向排列。

方辉橄榄岩  为萨尔托海一带蛇绿混杂岩中主要岩石类型，岩石多己蚀变，原生矿物罕见，主要矿物为利蛇纹石、均质蛇纹石、绢石。副矿物铬尖晶石呈他形或文象结构，半透明，黄棕色，常与绢石伴生，含量0.5%～2%。该类岩石除受蛇纹石化外，部分发育滑石碳酸盐化、绿泥石化。此外，混杂岩还有少量的橄长岩、橄榄辉长岩、辉长岩等岩块。

块状铬铁岩  赋矿围岩以纯橄岩为主、次为方辉橄榄岩，矿体与围岩间发育绿泥石包壳。铬尖晶石，棕黑色，自形-半自形中细粒，块状构造。脉石矿物主要为绿泥石和蛇纹石（图2）。铬尖晶石沿其裂隙及边缘部位普遍发生强烈的绿泥石化、蛇纹石化及磁铁矿化。

3  测试结果

本文选取萨尔托海块状铬铁矿石中新鲜无蚀变的造矿铬尖晶石进行电子探针分析，样品测试单位为中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室，测试仪器型号为JXA-8 100，分析条件为加速电压15 kV，束流100 nA，电子束径1 μm，工作精度达100×10-6。分析和计算结果见表1。

萨尔托海铬铁矿Cr2O3质量分数为33.68%～41.52%，均值37.40%;A12O3含量2.82%～5.75%，均值3.73%; TFeO含量31.01%～47.59%，均值40.67%（表1）;萨尔托海铬铁矿Cr#为82.56～90.24，均值87.10;Mg#为52.22～70.89，均值62.07;Yfe为30.65～50.09，均值40.57;Fe2+#为29.11～47.78，均值37.93（表2）。萨尔托海块状铬铁矿主要为富铁铬铁矿，少量高铁铬铁矿 [14]（图3）。

4  讨论

4.1  原岩性质判定

本文所测铬铁矿为富铁铬铁矿，成分均一，蚀变较弱，受后期构造改造较少，可用于本文后續分析论证 [15]。图4分析认为，萨尔托海橄榄岩同纽芬兰岛湾蛇绿岩及阿曼赛迈尔蛇绿岩相似，同典型的大洋上地幔物质和大陆上地幔成因差别较大。认为萨尔托海超镁铁岩属于蛇绿岩范畴。

4.2  地幔源区性质

据相关公式[18-20]，计算得出萨尔托海铬铁矿：结晶压力为4.39～4.50 GPa，平值04.44 GPa，形成深度约137.78 km。结晶温度t（T=-273.15）均值为1 655.24℃，与软流圈温度接近 [20]，认为铬铁矿寄主橄榄岩原岩为石榴石二辉橄榄岩（图5）。

联合利用多重公式 [19，23-25]，计算萨尔托海铬铁矿：相对氧逸度Δlog（fo2）FMQ为FMQ +2.18～FMQ+2.63log 单位，均值FMQ+2.46log 单位。部分熔融程度F为23.17%～23.55%，均值23.40%（表2）。

4.3  构造环境讨论

铬铁矿位于阿尔卑斯型地幔橄榄岩区域内（图4），显示铬铁矿落入玻安岩区域中（图6-a），铬铁矿主要位于高Ti弧形区域中（图6-b），少数位于现代弧后盆地区域。TiO2和Al2O3质量分数负相关性不明显，与MORB的铬尖晶石特征差别很大[27]。

前人对该带蛇绿岩岩石组合与形成环境进行过探讨，对达布达尔蛇绿混杂岩带形成构造环境的认识有：弧后盆地或边缘海盆、弧后盆地、大洋环境、弧后盆地或大陆边缘洋扩张脊、消减带之上的弧后盆地（SSZ型）[28-32]。结合本次研究认为，萨尔托海镁铁质岩为SSZ型蛇绿岩，形成于洋内弧后盆地。

5  结论

（1） 萨尔托海铬铁矿蚀变程度弱，为富铁铬铁矿。

（2） 萨尔托海铬铁矿的结晶温度为1 638.82℃～1 669.14℃，平均1655.24℃;结晶压力为4.39～4.50 GPa，平均4.44 GPa，推测其形成深度为137.78 km;所处地幔氧逸度为FMQ +2.18～FMQ+2.63log 单位， 平均FMQ+2.46log 单位; F为23.17%～23.55%， 均值23.40 %。

（3） 萨尔托海铬铁矿的寄主岩石属蛇绿岩范畴，原岩为石榴石二辉橄榄岩。

（4） 萨尔托海蛇绿岩为SSZ型蛇绿岩，形成于洋内弧后盆地。

参考文献

[1]    李锦轶，何国琦，徐新，等.新疆北部及邻区地壳构造格架及其形成过程的初步探讨.地质学报，2006，80（1） ： 148 -168.

[2]    肖文交，韩春明，袁超，等.新疆北部石炭纪-二叠纪独特的构造成矿作用： 对古亚洲洋构造域南部大地构造演化的制约.岩石学报，2006，22（5） ： 1062-1076.

[3]    张弛，黄萱.新疆西准噶尔蛇绿岩形成时代和环境的探讨.地质论评，1992，38（6） ： 509-524.

[4]    辜平阳，李永军，张兵，等.西准噶尔达拉布特蛇绿岩中辉长岩LA-ICP-MS 锆石U-Pb 测年.岩石学报，2009，25（6） ： 1364-1372.

[5]    Irvine T N. Chromian Spinel as a Petrogenetic Indicator： Part 2：Petrologic Applications[J]. Canadian Journal of Earth Sciences， 1967，4（1）： 71-103.

[6]    Dick H J B， Bullen T. Chromian Spinel as a Petrogenetic Indicator in Abyssal and Alpine-Type Peridotites and Spatially Associated Lavas[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology， 1984，86（1）： 54-76.

[7]   Kamenetsky V S， Crawford A J， Meffre S. Factors Controlling Chemistry of Magmatic Spinel： An Empirical Study of Associated Olivine， Cr-Spinel and Melt Inclusions from Primitive Rocks[J]. Journal of Petrology， 2001，42（4）： 655-671.

[8]    杨经绥，徐向珍，戎合，等.蛇绿岩地幔橄榄岩中的深部矿物：发现与研究进展[J].矿物岩石地球化学通报，2013，32（2）： 159-170.

[9]   Arai S. Characterization of Spinel Peridotites by Olivine-Spinel             Compositional Relationships： Review and            Interpretation[J]. Chemical Geology， 1994，113（3-4）： 191-204.

[10]  李春昱，王荃，劉雪亚，等.亚洲构造图说明书[M].北京：地图出版社，1982，49

[11]  朱宝清，冯益民. 新疆西准噶尔板块构造及演化.新疆地质[J].1994，12（ 2） ： 91-105

[12]  何国琦，李茂松，刘德权.等.中国新疆古生代地壳演化及成矿[M].乌鲁木齐： 新疆人民出版社，1994，1-437

[13]  张建，徐海山，王登红，等.新疆萨尔托海铬铁矿造矿铬尖晶石蚀变特征及指示意义[J].地球学报，2009，30（5）：599-606.

[14]  索科洛夫.乌拉尔铬铁矿[M].北京： 地质出版社，1958，1-12.

[15] Barnes S J. Chromite in Komatiites：Ⅱ： Modification During Greenschist to Mid-Amphibolite Facies Metamorphism[J]. Journal of Petrology， 2000， 41（3）： 387-409.

[16]  朱云海，张克信，王国灿，等.东昆仑复合造山带蛇绿岩、岩浆岩及构造岩浆演化[M].武汉：中国地质大学出版社， 2002，32-33.

[17]  孔凡梅，李旭平，李守军，等.西南天山东德沟镁铁-超镁铁岩中尖晶石的矿物学特征及其地质意义[J].岩石矿物学杂志， 2011，30（5）： 951-960.

[18]  ONeill H S C. The Transition between Spinel Lherzolite and Garnet Lherzolite， and Its Use As A Geobarometer[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology， 1981，77（2）： 185-194.

[19]  Fabriès J. Spinel-Olivine Geothermometry in Peridotites from Ultramafic Complexes[J].Contributions to Mineralogy and Petrology， 1979，69（4）： 329-336.

[20]  McKenzie D， Bickle M J. The Volume and Composition of Melt Generated by Extension of the Lithosphere[J]. Journal of Petrology， 1988，29（3）： 625-679.

[21]  Klemme S， O'Neill H S C. The Near-Solidus Transition from Garnet Lherzolite to Spinel Lherzolite[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology， 2000，138（3）： 237-248.

[22]  张招崇，王福生，郝艳丽，等.峨眉山大火成岩省中苦橄岩与其共生岩石的地球化学特征及其对源区的约束[J].地质学报， 2004，78（2）： 171-180.

[23]  Irvine T N. Chromian Spinel as a Petrogenetic Indicator： Part 1：Theory[J]. Canadian Journal of Earth Sciences， 1965，2（6）： 648-672.

[24]  Fudali R F. Oxygen Fugacities of Basaltic and Andesitic Magmas[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta， 1965，29（9）： 1063-1075.

[25]  Hellebrand E， Snow J E， Dick H J B， et al. Coupled Major and Trace Elements as Indicators of the Extent of Melting in Mid-Ocean-Ridge Peridotites[J]. Nature， 2001， 410（8）： 677-681.

[26]  Pal T， Mitra S. P-T-fO2 controls on A Partly Inverse Chromite-Bearing Ultramafic Intrusive： An Evaluation from the Sukinda Massif， India[J]. Journal of Asian Earth Sciences， 2004，22（5）： 483-493.

[27]  Blanco G，Rajesh H M，Germs G J B， et al. Chemical Composition and Tectonic Setting of Chromian Spinels from the Ediacaran-Early Paleozoic Nama Group，Namibia[J]. The Journal of Geology，2009，117（3） ： 325-341.

[28]  新疆维吾尔自治区地质矿产局.新疆维吾尔自治区区域地质志[M].北京：地质出版社，1993，843.

[29]  涂光炽.新疆北部固体地球科学新进展[M].北京：地质出版社，1993，53-78.

[30]  雷敏，赵志丹，侯青叶，等.新疆达拉布特蛇绿岩带玄武岩地球化学特征：特提斯洋的对比[J].岩石学报，2008， 24（4）： 661-672.

[31]  姜勇，李少贞，郑启之，等.西准噶尔达拉布特超镁铁岩岩石化             学特征及形成环境[J].新疆地质，2003， 21（2）： 260-261.

[32]  辜平阳，李永军，王晓刚，等.西准噶尔达尔布特SSZ型蛇绿杂岩的地球化学证据及构造意义[J].地质论评，2011， 57（5）： 36-44.