扬子地块南缘桂北元宝山地区新元古代超基性岩石中铬尖晶石特征及(地质意义*

曹 雨，周 翊，许嘉乐

（西南石油大学 地球科学与技术学院，四川 成都610500）

扬子地块南缘桂北元宝山地区超基性岩体记录了新元古代基性岩浆事件，因而是华南前寒武纪地质演化的研究热点。近年来，由于本区构造位置的重要性，使其成为了Rodinia超大陆相关研究的焦点，但该区大地构造背景尚存在岛弧环境和地幔柱环境之争。铬尖晶石作为基性岩浆早期结晶的矿物，具有形成温度高、对构造环境变化敏感且抗风化能力较强等特点，可作为研究岩石成因和判断构造环境的重要工具。针对扬子地块南缘元宝山地区新元古代超基性岩体中铬尖晶石的研究，有望从矿物学的角度进一步厘定该岩体的成因和构造背景，为华南前寒武纪地质演化和Rodinia超大陆等相关研究提供依据。

1 地质背景与岩体基本特征

桂北元宝山地区出露的地层主要有元古代四堡群、丹洲群以及震旦系。宝坛-元宝山地区基性-超基性岩主要侵位于四堡群中，与本洞、三防和平英等花岗岩体共同被丹洲群角度不整合覆盖[1]。本区出露数量众多的基性岩脉、堆晶的基性-超基性岩以及分异的闪长质侵入体等，主要分布在宝坛的何家湾、中魁、界排及元宝山等地区（图1）。

图1 （a）研究区位置图；（b）桂北地区宝坛-元宝山地区地质简图

元宝山地区基性-超基性侵入岩主要为橄辉岩、辉橄岩、辉石岩和辉长岩等。其中，超基性岩的原生矿物主要为橄榄石、单斜辉石和不透明金属矿物等，镜下可见部分橄榄石或辉石发生蛇纹石化、帘石化和绿泥石化等蚀变作用。Yao等[2]报道元宝山基性-超基性岩的锆石U-Pb年龄为854.7±5.3Ma，确认其侵位时代为新元古代。

2 分析方法

本次研究主要利用扫描电镜（仪器型号FEI Quanta 650 FEG）观察并鉴别铬尖晶石包裹体，并对铬尖晶石核部及其寄主矿物橄榄石、单斜辉石等矿物的化学成分组成进行能谱分析。研究样品采自广西北部元宝山超基性岩体，样品岩性为橄榄辉石岩和单斜辉石橄榄岩。岩石样品经过薄片磨制之后，在镜下仔细观察了岩石的造岩矿物组成及各矿物之间相互关系。矿物的形貌观察和化学组成分析在西南石油大学扫描电镜实验室完成。

3 铬尖晶石形貌及成分特征

3.1 铬尖晶石形貌特征

元宝山地区新元古代超基性岩石中的铬尖晶石主要以包裹体形式出现，含量1%～2%。通过扫描电镜对铬尖晶石进行系统观察，发现铬尖晶石有以下赋存特征：铬尖晶石颗粒一般以包裹体形式赋存于单斜辉石和橄榄石矿物之中，整体以浑圆状或较自形的四边形、六边形为主，在背散射照片中其亮度相对硅酸盐矿物更亮，但不及铬铁矿的亮度；铬尖晶石常常孤立出现在寄主矿物（橄榄石和单斜辉石）之中，而铬铁矿多以集合体形式产出（图2）。

图2 元宝山超基性岩石中尖晶石矿物背散射照片

3.2 铬尖晶石成分特征

用扫描电镜能谱仪分析测试尖晶石化学元素含量，并利用化学元素与其氧化物含量之间的关系，计算得到尖晶石中各氧化物含量（表1）。元宝山地区新元古代超基性岩体中尖晶石的平均Cr2O3含量为37.42%，平均MgO为2.75%，平均FeO为48.26%，平均Al2O3为8.17%。尖晶石的Cr#介于66.25%～77.74%之间，平均值为74.01，属于富铬型尖晶石。Mg#介于4.73%～9.59%之间，平均值为6.57。TiO2介于0.8%～1.24%之间，含量较低。

表1 元宝山超基性岩石中的尖晶石矿物化学组成

总体上看，本次研究中的尖晶石成分相对富Cr、Fe，贫Al、Mg和Ti，可见元宝山超基性岩中的尖晶石属于铬尖晶石亚类。铬尖晶石中的Cr2O3含量与Al2O3、MgO呈负相关，而Cr2O3与FeO呈正相关，呈现基性岩浆结晶产出的尖晶石的成分特征。

4 讨论与分析

4.1 母岩浆成分特点

铬尖晶石被认为是研究基性-超基性岩石演化的较为敏感的特征矿物之一，可用于反演母岩浆成分。前人研究表明，尖晶石及其平衡熔浆的Al2O3、TiO2含量分别有如下关系：

据此，以本次研究中所获得Cr2O3含量最高的铬尖晶石（样品点位编号：1822-3，见表1）作为其岩浆分离结晶的最初产物，计算得到其母岩浆的Al2O3含量为10.18%，与拉斑玄武岩中Al2O3含量相当，而其母岩浆的TiO2含量仅为1.49%。基于此，推断元宝山超基性岩的母岩浆为低钛的拉斑玄武质岩浆。

4.2 构造环境探讨

元宝山地区超基性岩体赋存的铬尖晶石化学成分在TiO2-Al2O3及Al2O3-Cr2O3图解（图3a和3b）中大体均落在岛弧环境范围内，明显区别于地幔柱-裂谷环境。这也与周金城等[5]研究认为桂北地区基性-超基性岩石为岛弧岩浆产物的结论一致。此外，在Fe3+-Cr-Al三角图解（图3c）中，元宝山超基性岩体中的铬尖晶石成分与阿拉斯加型岩体中铬尖晶石的成分较为吻合，且明显区别于大陆溢流玄武岩等其他岩石中的尖晶石。阿拉斯加型岩体被认为是典型岛弧构造环境下的产物，该岩体以贫斜方辉石为特征，主要造岩矿物为橄榄石、单斜辉石和角闪石[6]。元宝山地区超基性岩石的造岩矿物主要为橄榄石、单斜辉石，斜方辉石较为少见，这也与阿拉斯加型岩体的矿物组合特征类似。结合元宝山地区岩石的主要造岩矿物组合特征以及岩体中铬尖晶石的成分特征，推断元宝山地区超基性岩石为岛弧构造环境下的产物。

图3 尖晶石TiO2-Al2O3图解、Al2O3-Cr2O3图解、Fe3+-Cr-Al图解

5 结论

（1）元宝山地区超基性岩体中的铬尖晶石主要以浑圆状、自形-半自形粒状包裹体的形式赋存于单斜辉石和橄榄石矿物之中，且具有相对富Cr、Fe，贫Al、Mg和Ti的成分特征。

（2）根据铬尖晶石化学成分反演计算得到元宝山超基性岩体母岩浆的Al2O3和TiO2含量分别为10.18%和1.49%，其母岩浆具有低钛拉斑玄武质岩浆的特点。

（3）结合元宝山地区超基性岩石中铬尖晶石包裹体成分特征以及超基性岩石中主要造岩矿物组合特征，推断元宝山地区超基性岩石形成于岛弧环境而非地幔柱环境。