内蒙古北山地区芨芨台子-小黄山蛇绿岩构造属性及与成矿关系：来自阿民乌素地幔橄榄岩印证

董洪凯，薛鹏远，刘 广，刘思林，于 龙

(河北省区域地质调查院，河北廊坊 065000)

0 引言

北山造山带处于哈萨克斯坦、塔里木和西伯利亚三大板块汇聚地带，地质构造复杂。该造山带经历了震旦纪-早古生代大陆裂解-会聚的洋陆转换和晚古生代碰撞造山及其之后的板内伸展作用，在古生代构造演化过程中形成了诸多蛇绿岩带，由南向北依次为辉铜山-帐房山蛇绿岩带、红柳河-洗肠井蛇绿岩带、芨芨台子-小黄山蛇绿岩带、红石山-蓬勃山蛇绿岩带(图1)。长期以来，众多学者对北山地区板块的缝合位置、形成时代进行了诸多研究，并且对其蛇绿岩的构造属性提出了不同的观点。一些学者认为红柳河-洗肠井蛇绿岩带为塔里木板块和哈萨克斯坦板块的缝合带(何世平等，2002，2005；侯青叶等，2012；李向民等，2012；杨合群等，2012；郑荣国等，2012；胡新茁等，2015；胡醒民等，2016)；一些学者认为芨芨台子-小黄山蛇绿岩带为塔里木板块和哈萨克斯坦板块的缝合带(龚全胜等，2002；左国朝等，2003)。

近年来，随着1:5万区域地质矿产调查项目的开展①～④，笔者有幸参与了红柳河-洗肠井(月牙山段)、芨芨台子-小黄山(阿民乌素段)两条蛇绿岩带的研究工作，并取得相当丰硕的研究成果。本文以最新1:5万填图资料为基础，将阿民乌素地幔橄榄岩与月牙山地幔橄榄岩进行岩石化学、地球化学对比分析，为芨芨台子-小黄山蛇绿岩构造属性提供新依据，并对阿民乌素蛇绿岩成矿潜力进行了分析研究。

图1 北山地区蛇绿岩分布简图(据杨合群等，2010)

1 地质特征

阿民乌素构造带位于测区南西部，出露规模较小，呈北西西向展布。其北西端延入邻区，南东端被全新世松散堆积物覆盖，区内出露长约22.0 km，南北宽0.5～4.5 km。该构造带由强片理化的古元古代北山岩群、奥陶-志留纪公婆泉组、中奥陶世基性岩、超基性岩、晚奥陶世、早志留世侵入岩及韧性剪切带组成(图2b)。南北两侧地质体无明显差异，如南北两侧均发育古元古代北山岩群、奥陶-志留纪公婆泉组和晚奥陶世、早志留世侵入岩，不论是岩石组合、时代归属，还是岩石化学、地球化学特征均无明显差异(刘威等，2015；徐旭明等，2017；张正平等，2017；董洪凯等，2018)，说明该构造带不具分界断裂的构造特征。

阿民乌素蛇绿岩出露于该构造带内，属芨芨台子-小黄山蛇绿岩带的一部分，为出露不完整的蛇绿岩，主要岩性为辉长岩，其边部或底部为少量强蛇纹石化超基性岩(图3a)，二者呈迅速过渡关系。侵入体长轴走向北西西向，与构造带走向一致，呈枝脉状侵入奥陶-志留纪公婆泉组，外接触带公婆泉组变质砂岩发育角岩化接触变质特征(图3b)，显示该构造带内变质辉长岩与奥陶-志留纪公婆泉组为热侵入接触关系，未见构造接触特征。

2 岩石学特征

岩石呈深灰色，粒状结构，块状构造。岩石由蛇纹石、残留橄榄石、不透明矿物组成。蛇纹石含量95%～100%，呈粒状结构，集合体主呈橄榄石假象。橄榄石假象具方向性排列，被蛇纹石及少量透闪石交代少见残留，另见较少量透闪石、滑石、绿泥石分布于橄榄石假象之间。不透明矿物含量2%～5%，呈黑色，粒状结构，集合体多呈条纹状分布，少量充填网孔间。岩石后期被少量碳酸盐、绿泥石、阳起石交代(图3c)。经光片鉴定，不透明矿物主要由磁铁矿、镍黄铁矿组成，磁铁矿含量3%±，呈它形粒状结构，粒径一般0.01～ 0.3 mm，多呈星散状分布，有的与透明矿物混杂在一起，少量集合体沿裂纹分布。较大颗粒的磁铁矿粒内有镍黄铁矿嵌布。镍黄铁矿含量0.3%±，呈它形粒状结构，粒径一般0.02～0.1 mm，主嵌布于磁铁矿粒内与磁铁矿共生，少量呈零星状分布(图3d)。

图2 研究区构造格架简图(a)及地质简图(b)

图3 阿民乌素蛇绿岩野外地质特征及镜下特征

3 地球化学特征

3.1 主量元素特征

阿民乌素地幔橄榄岩岩石化学分析结果见表1。其SiO2=37.08%～40.53%，属于超基性岩类。镁值Mg#=89.66～90.90，显示地幔楔橄榄岩源区特征。镁铁指数MF=16.43～18.54，岩浆分离结晶作用程度较低，镁铁比值m/f=8.32～9.40，>6.5，属镁质超基性岩。分异指数DI=1.61～2.08，固结指数SI=81.12～83.19，岩浆分异程度极低。与月牙山地幔橄榄岩岩石化学参数对比，均说明两类岩石岩浆分异程度极低或未发生分异作用。

表1 阿民乌素、月牙山地幔橄榄岩岩石化学成分及特征参数一览表

续表1

3.2 稀土元素特征

阿民乌素地幔橄榄岩稀土元素含量及特征参数见表2。稀土总量ΣREE=1.33×10-6～4.41×10-6，轻重稀土之比LREE/HREE=1.63～3.68，(La/Yb)N=0.72～3.43，(La/Sm)N=1.70～6.92，(Gd/Yb)N=0.36～0.52，表明岩石轻稀土略富集，轻稀土分馏较重稀土分馏略明显。在地幔橄榄岩稀土配分模式图中(图4)，阿民乌素地幔橄榄岩配分曲线呈不规则“U”型，而月牙山超基性岩配分曲线整体向左缓倾。由于HREE在俯冲过程中不受影响，所以可以较好地反映原始地幔岩的部分熔融程度。根据 Melcher et al.(2002)的原始地幔岩的分离熔融模式估算，月牙山的熔融程度集中在6%～10%之间，而阿民乌素地幔橄榄岩熔融程度集中在10%～20%之间。

表2 阿民乌素、月牙山地幔橄榄岩稀土元素含量及特征参数一览表

图4 地幔橄榄岩稀土配分模式图(据Sun and Mcdonough,1989；Melcher et al.,2002)

3.3 微量元素特征

阿民乌素地幔橄榄岩微量元素含量及特征参数见表3，其活动性元素Rb、Ba、K含量高于月牙山地幔橄榄岩和Sun and Mcdonough(1989)统计的地幔橄榄岩值。在地幔橄榄岩标准化蛛网图中(图5)，阿民乌素地幔橄榄岩富集高场强元素U、Zr、Hf、Yb和大离子亲石元素Rb、Sr，亏损高场强元素Nb、Ti和大离子亲石元素Ba。与月牙山地幔橄榄岩标准化蛛网图对比，最大区别在于前者明显亏损高场强元素Ti。

表3 阿民乌素、月牙山地幔橄榄岩微量元素含量一览表

图5 地幔橄榄岩标准化微量蛛网图(据Sun and Mcdonough，1989)

4 含矿性及成矿潜力分析

4.1 含矿性

阿民乌素蛇绿岩带Ni、Cr、Co异常特征明显，辉长岩发育，其边部或底部为少量蛇纹石化橄榄岩，矿化与蛇纹石化橄榄岩关系密切。项目组共发现矿化体14条，呈不规则透镜状或枝脉状产出，长轴走向北西向或近东西向。与辉长岩为迅速过渡关系，矿化岩石为强蛇纹石化纯橄岩，主要发育磁铁矿化和镍矿化，光片鉴定可见磁铁矿粒内有镍黄铁矿嵌布或呈单晶状零星分布。通过探槽揭露，采集了28件刻槽化学样，其中TC10H27采样位置属该蛇绿岩带的下部层位，Ni含量0.20%，达边界品位，伴生Cr、Co等有益矿种，成矿类型属岩浆分异型。分析结果见表4。

表4 阿民乌素地幔橄榄岩化学样分析结果表

4.2 成矿潜力分析

前人(戈德列夫斯基，1982)按照侵入岩中MgO的含量把超基性岩浆及其结晶产物分为3类：(1)无硫化物的镁铁质岩石(≤8%)；(2)含铜镍中等镁铁质岩石(8%～30%)；(3)无硫化物的超镁铁质岩石(>30%)。孙小攀等(2018)、王永等(2020)的研究证实了第二类超基性岩浆具有一定的含矿性，而无硫化物的第一类和第三类岩浆铜镍矿化很弱甚至无矿化。此次研究的蛇纹石化橄榄岩(MgO=36.90%～37.44%)属于无硫化物的超基性岩，不具Cu-Ni 硫化物矿床的成矿潜力。

吴利仁(1963)、王永等(2020)研究认为：m/f值为6.5～14的超基性岩具有形成铬铁矿的潜力。本次研究的蛇纹石化橄榄岩m/f值为8.32～9.40，属于与铬铁矿有关的镁质超基性岩，并且阿民乌素蛇绿岩带Ni、Cr、Co异常特征明显，具有寻找铬铁矿的成矿潜力。

世界上大型的铬铁矿床均产在SSZ型的地幔橄榄岩中(Pearce et al.，1984b)，如西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带，该蛇绿岩带具有深海地幔橄榄岩和岛弧地幔橄榄岩两者的特点，属SSZ型地幔橄榄岩(熊发挥等，2015)。该地区已探明有罗布莎大型铬铁矿床和香嘎山中型铬铁矿床。

综上分析，阿民乌素蛇绿岩带是探寻铬铁矿的有利部位，具有一定的铬铁矿成矿潜力，但形成岩浆型铜镍硫化物矿床的潜力不大。

5 形成时代

区内地幔橄榄岩出露于辉长岩下部，二者呈快速过渡接触关系，沿石板井构造带分布，侵入最新地层为奥陶-志留纪公婆泉组，后期被晚奥陶世花岗岩侵入。小黄山一带基性岩(辉长岩、辉长闪长岩)锆石U-Pb年龄分别为472±1 Ma 、472.1±4.4 Ma①。孟庆涛等(2021)在阿民乌素辉长岩中获得锆石U-Pb年龄为462.5±3.2 Ma。结合野外地质接触关系和前人同位素年龄，将其侵位时代划归中奥陶世。

6 构造环境分析

Pearce et al.(1984b)根据蛇绿岩上部火山岩形成的构造背景分为俯冲带型(SSZ)和洋中脊型(MOR)两种。Vysotsky(1992)、Dilek and Furnes(2011)根据蛇绿岩形成的物理条件分为：高压型和低压型。高压型和低压型分别是SSZ型和MOR型蛇绿岩形成的压力条件。通常情况下，高压型地幔橄榄岩熔融程度要高于低压型地幔橄榄岩。

一般认为，Ti越低，熔融残留物的熔融程度越高(Coryell et al.，1963；Rollinson，1993；Parkinson and Pearce，1998)，阿民乌素地幔橄榄岩的Ti为54.19×10-6～137.97×10-6，明显低于月牙山洋中脊地幔橄榄岩的119.52×10-6～289.47×10-6(胡新茁等，2015)，且标准化蛛网图上明显亏损Ti，说明阿民乌素地幔橄榄岩熔融程度更高，属高压型(SSZ型)地幔橄榄岩特征。由于HREE在俯冲过程中不受影响，所以可以较好地反映原始地幔岩的部分熔融程度(Wood，1979；Melcher et al.，2002)。根据 Melcher et al.(2002)的原始地幔岩的分离熔融模式估算，月牙山地幔橄榄岩的熔融程度集中在6%～10%之间，而阿民乌素地幔橄榄岩熔融程度集中在10%～20%之间，同样能说明阿民乌素地幔橄榄岩熔融程度较月牙山地幔橄榄岩的高。

阿民乌素强蛇纹石化橄榄岩具较高的MgO(36.90%～37.44%)，Mg#(89.66～90.90)，与南祁连大道尔吉SSZ型地幔橄榄岩相当(MgO=40.41%～40.90%，Mg#=90～91，黄增保等，2016)。较低的TiO2(0.01%～0.02%)与南祁连大道尔吉(TiO2=0.03%～0.04%，黄增保等，2016)、西藏日喀则SSZ 型地幔橄榄岩(TiO2=0.00%～0.03%，佘宇伟等，2017)相当。与小黄山SSZ型蛇纹岩具有相同的MgO(37. 03%)、TiO2(0.01%)含量(宋泰忠等，2008)。

阿民乌素地幔橄榄岩(La/Sm)N=1.70～6.92，(Gd/Yb)N=0.36～0.52，稀土配分曲线呈不规则“U”型，而月牙山地幔橄榄岩配分曲线整体向左缓倾。Pearce et al.(1984a，1992)研究认为N-MORB型地幔橄榄岩LREE是亏损的，稀土配分曲线为左倾特征，代表原始地幔岩的特征，SSZ型地幔橄榄岩稀土配分曲线呈LREE富集的U型配分模式，可能与俯冲过程中受到熔体的交代作用有关。所以阿民乌素地幔橄榄岩属SSZ型，与月牙山正常洋中脊型地幔橄榄岩差异明显。

刘威等(2015)及最新区调成果表明①，③～④，公婆泉组中出露的基性火山岩为岛弧拉斑玄武岩，时代为416～474 Ma，与阿民乌素地幔橄榄岩形成时代较为接近。通常认为形成于俯冲带的SSZ型蛇绿岩的上部火山岩为岛弧拉斑玄武岩和玻安岩等(Pearce et al.，1984b；Hess，1992；Gorton and Schandl，2000)。

此外，阿民乌素蛇绿岩带南北两侧地质体无明显差异，如南北两侧均发育古元古代北山岩群、奥陶-志留纪公婆泉组和晚奥陶世、早志留世岛弧型侵入岩，不论是岩石组合、时代归属，还是岩石化学、地球化学特征均无明显差异(董洪凯等，2018)，说明该构造带不具分界断裂的构造特征。

综上所述，将阿民乌素蛇绿岩定义为SSZ型蛇绿岩较为可信。SSZ(Supra-Subduction Zone)的构造环境可划分为岛弧、弧前和弧后盆地等(Pearce et al.，1984b；Robertson，2002；Pearce，2003)，由于阿民乌素蛇绿岩南北两侧均见公婆泉组岛弧拉斑玄武岩，且辉长岩侵入公婆泉组，所以该期蛇绿岩产于岛弧裂谷的构造环境更为符合事实。

区域上，红柳河-月牙山-洗肠井一线已经形成正常洋中脊(胡新茁等，2015；胡醒民等，2016)，奥陶纪初期洋壳向北俯冲，洋盆进入俯冲-汇聚阶段。在此背景下，北山地区公婆泉-石板井-阿民乌素-涌珠泉一带发生中基性海相火山岩(公婆泉组岛弧拉斑玄武岩)喷发，形成区域公婆泉早古生代火山弧(阿民乌素奥陶-志留纪公婆泉组基性火山岩)，中奥陶世随着洋壳俯冲作用的加剧，由于俯冲下降洋壳板片对软流圈的黏性拖拽作用，造成地幔发生补充性对称循环，导致地幔上隆，引起岛弧裂谷化。在此背景下，北山地区沿芨芨台子-石板井-阿民乌素-小黄山一线，岛弧裂谷扩张，导致芨芨台子、阿民乌素、小黄山基性、超基性岩侵位，形成北山地区芨芨台子-阿民乌苏-小黄山蛇绿岩带。本区阿民乌素地幔橄榄岩是该蛇绿岩带的组成部分(图6)。

图6 阿民乌素SSZ型蛇绿岩的形成构造背景示意图

7 结论

(1)阿民乌素蛇绿岩带南北两侧地质体无明显差异，不具分界断裂的构造特征，其上盖层发育岛弧拉斑玄武岩。蛇纹石化橄榄岩具高MgO、低TiO2的特征，(La/Sm)N=1.70～6.92，(Gd/Yb)N=0.36～0.52，稀土配分曲线呈不规则“U”型，标准化蛛网图上明显亏损Ti，源岩熔融程度较高，属高压型、SSZ型地幔橄榄岩，是岛弧裂谷的产物。

(2)阿民乌素蛇绿岩带Ni、Cr、Co异常特征明显，具有形成大型铬铁矿的成矿构造背景。该蛇绿岩带是探寻蛇绿岩型铬铁矿的有利部位，具有一定的成矿潜力，为该地区深部找矿提供了理论基础。

[注 释]

① 河北省区域地质矿产调查研究所. 2015. 内蒙古1:5万旱山、小尘包、望京山、涌珠泉幅区域地质矿产调查报告[R]．

② 天津市地质调查研究院、河北省区域地质矿产调查研究所. 2015. 内蒙古1:5万1524.6高地、二龙包西、1580.8高地、炮台山西幅区域地质矿产调查报告[R]．

③ 河北省区域地质矿产调查研究所. 2016. 内蒙古1:5万标山、咸味井、骨头井、化石山幅区域地质矿产调查报告[R]．

④ 河北省区域地质矿产调查研究所. 2017. 内蒙古1:5万西林陶勒、梧桐井、石桩子井、石板井幅区域地质矿产调查报告[R]．