塔里木大火成岩省瓦吉里塔格霞石岩稀有气体同位素特征及其地质意义

稀有气体被广泛用作地球化学示踪剂,本文对塔里木大火成岩省西北缘瓦吉里塔格霞石岩中的橄榄石和辉石单矿物进行了稀有气体同位素测定。结果表明,瓦吉里塔格霞石岩中的橄榄石和辉石单矿物具有较低的~3He/~4He值(分别为2.0~2.4 Ra和0.65~0.85 Ra)和略高于大气值的~(40)Ar/~(36)Ar值(342.3~651.7),反映了由古板块俯冲导致的较低的He、Ar同位素比值特征。研究表明,早中古生代南天山洋向南俯冲到塔里木板块之下,将富U或富~4He以及含有大气组分的流体带入到深部地幔,在塔里木地幔柱的作用下地幔源区发生低程度部分熔融产生霞石岩岩浆。     

塔里木大火成岩省瓦吉里塔格霞石岩铂族元素地球化学特征

作为塔里木大火成岩省形成最晚的火成岩,新疆巴楚瓦吉里塔格霞石岩的岩浆源区性质的确定对于揭示塔里木大火成岩省的深部地质过程具有重要的约束作用。对瓦吉里塔格霞石岩的铂族元素地球化学特征进行了研究,铂族元素(PGE)分析结果显示,原始地幔标准化的PGE呈正斜率型分布,且Pd/Ir值高于原始地幔比值,说明霞石岩的铂族元素发生了分异。霞石岩全岩的PGE与Mg O呈正相关,Pd/Ir、Cu/Pd与Mg O则呈负相关,说明PGE的分异主要受到橄榄石的结晶分异作用控制,也是其Cu/Pd值极高及岩浆S饱和的因素之一,同时Cu/Pd值说明霞石岩岩浆为硫饱和岩浆,但是没有因素导致岩浆S过饱和进而发生硫化物的熔离。与其他大火成岩省岩石相比,瓦吉里塔格霞石岩极度亏损PGE,SCSS(硫承载量)计算结果表明母岩浆在形成之初就发生S过饱和,主要是地幔低程度部分熔融造成的,据此认为地幔源区的部分熔融程度在塔里木大火成岩省Cu-Ni硫化物铂族元素矿床形成过程中起着至关重要的作用。     

甘肃北山黑山岩浆铜镍硫化物矿床橄榄石特征及成因意义

黑山铜镍硫化物矿床是近年在甘肃北山发现的大型岩浆铜镍硫化物矿床,含矿岩体主要由含矿橄榄岩相和南部边缘的角闪辉长岩相构成。研究发现含矿岩体中的橄榄石属贵橄榄石(Fo值为81.54~86.87),其w(Ni)介于(801.53~2 703.19)×10-6;利用橄榄辉长岩中最高Fo值和主量元素反演,表明原始岩浆属高镁玄武质岩浆,w(MgO)=11.65%,w(FeO)=10.12%;橄榄石分离结晶模拟计算结果表明,橄榄石结晶过程中伴随有0.12%~0.17%硫化物熔离,深部岩浆房中橄榄石分离结晶程度小于3%,橄榄石与硫化物最小质量比约14∶1;隙间硅酸盐熔浆和硫化物熔浆作用明显,是造成早期结晶橄榄石成分变化的重要原因。     

新疆东天山香山岩体橄榄石特征及其成因意义

新疆东天山香山镁铁-超镁铁杂岩体位于东天山镜儿泉-黄山镁铁-超镁铁质岩带的西段,由香山东、香山中、香山西3个岩体组成。其中香山中产出中型铜镍矿,香山西为小型铜镍-钒钛铁复合型矿床。香山岩体橄榄石为贵橄榄石,Fo值多为81.90~85.66,Ni含量为638×10^-6~2 283×10^-6。模拟计算得出香山岩体母岩浆w(MgO)=10.70%,w(FeO)=10.66%,属于高镁玄武质岩浆。香山岩体橄榄石中Ni含量的最大值为2 283×10^-6,母岩浆中Ni含量为326×10^-6,是由原始地幔发生14%的部分熔融而成。香山岩体在橄榄石结晶过程中伴随硫化物熔离,隙间硅酸盐和硫化物对橄榄石作用明显,造成早期结晶橄榄石成分改变。     

玄武质岩石中橄榄石斑晶的NiO-Fo关系—原始岩浆组分的指示剂

橄榄石是幔源原始岩浆中最早结晶的一种矿物,而且其化学成分可以提供源区橄榄岩性质的信息。地幔橄榄岩中橄榄石的100Mg/(Mg+Fe)值(Fo)范围较宽,从94到85,而NiO的含量约为0.4％(wt,以下同)。橄榄石Fo值的微小差异导致对原始岩浆MgO含量估计的较大不同。例如,原始的洋中脊玄武岩中橄榄石的Fo值相当于92、90和88,而MgO的含量分别约为16、12.5和10％。因此,在估计原始岩浆组分时,关键在于得到源区中橄榄石Fo的精确值。     

一种改进的简单的估算原始岩浆的方法

利用橄榄石和熔浆的Fe—Mg分配系数,制作了MgO—FeO演化图解。根据MgO—FeO体系中Fo橄榄石的Fo值:Fo=n(Mg)÷n(Mg)+n(Fen(Mg)/n(Mg)+n(Fe))等值线与Fe—Mg演化曲线交点确定原始岩浆成分。该图解优点在于可以更简单、直观地判别原始岩浆成分,适用于橄榄石分离结晶体系。同时介绍了该图解的使用方法,并以峨眉山大火成岩省丽江地区的大具与仕满两个剖面的苦橄岩为例,说明如何应用该图解来恢复原始岩浆以及解释岩石的成因。研究结果表明,仕满地区原始岩浆MgO、FeO含量分别为23.5%和12.8%,部分熔融程度较高,SM-14和SM-15是由仕满原始岩浆经过轻度橄榄石分离结晶形成的,基本可以代表原始岩浆成分。大具地区原始岩浆可分为两类,一类部分熔融程度较低,MgO、FeO含量分别为19.8%和11.3%;另一类部分熔融程度较高,MgO、FeO含量分别为23%和13.3%,与仕满原始岩浆成分类似。大具地区的岩石样品成分均不能代表该地区的原始岩浆成分,而是经历了明显的橄榄石分离结晶作用。另外,峨眉山大火成岩省中绝大多数的玄武岩中CaO含量不符合橄榄石分离结晶关系,并且MgO含量一般都低于8%,以及岩石中普遍出现单斜辉石和斜长石矿物等都表明这些玄武岩不可能由地幔部分熔融形成的原始岩浆直接通过橄榄石分离结晶作用形成。     

塔里木东北缘坡十Ni矿化侵入体中橄榄石和铬尖晶石对成岩成矿及源区特征的约束

坡十Ni矿化超镁铁侵入体的矿化岩相主要为第二侵入期次的（斜长）单辉橄榄岩、（斜长）二辉橄榄岩、 纯橄岩等岩相。坡十超镁铁岩的橄榄石成分变化范围较大, 橄榄石的Fo值在76.8～89.6之间, Ni含量为767×10^-6～4 580×10^-6。铬尖晶石的Mg^#值和Cr^#值变化范围分别为19.4～41.9和49.8～64.8, 原生铬尖晶石中Cr₂O₃和Al₂O₃表现为负相关, 蚀变改造的铬尖晶石则表现为正相关。橄榄石成分剖面显示坡十母岩浆处于一个动态的岩浆系统中, 成分稳定的新鲜岩浆的补给、 持续向上的动力及浅部橄榄石快速分离结晶,造成了不同深度橄榄石成分的不同变化。坡十侵入体母岩浆估算结果为MgO=14.49％, FeO=10.01％,模拟结果显示橄榄石中Ni含量的变化主要受橄榄石结晶分异和硫化物不混溶作用共同控制,其中橄榄石与硫化物熔体发生明显的Fe-Ni交换反应。坡十母岩浆中橄榄石分离结晶造成的硫饱和,是坡十硫化物熔离的重要因素。橄榄石高Fo值、母岩浆高MgO、超镁铁岩中斜长石发育、矿物高结晶温度和铬尖晶石成分的弧岩浆特征显示,塔里木东北缘坡十侵入体是俯冲交代的岩石圈地幔部分熔融形成的母岩浆的产物,表现出低压高温的演化特征,其中源区熔融机制可能与塔里木二叠纪地幔柱提供的热源或该区大规模拆沉作用造成的软流圈上涌有关。     

新疆北山二叠纪大型镁铁-超镁铁质岩体的动力学背景及成矿潜力

新疆北山地区聚集着坡北、罗东、红石山、漩涡岭和笔架山等众多的二叠纪大型镁铁-超镁铁质杂岩体,主要由橄榄岩、辉石岩和辉长岩组成,具有堆晶韵律层,其形成年龄(260.7~289 Ma)与塔里木大火成岩省年龄接近。岩体橄榄石Fo值与Ni含量正相关;与原始地幔相比,微量元素富集Rb、Sr和Pb,亏损Nb、Ta、Ti、Zr和Hf;稀土元素具LREE亏损-平坦型球粒陨石标准化配分曲线。岩石PGE含量低、具IPGE亏损型原始地幔标准化配分型式。SrNd同位素位于亏损地幔(DM)与OIB范围之间,Re-Os同位素组成与地幔柱岩浆作用形成的Noril'sk铜镍硫化物矿床和峨眉山溢流玄武岩重叠。模拟计算表明,母岩浆Mg O含量高,岩浆初始液相线温度及结晶温度高,岩浆演化过程中经历了分离结晶作用、地壳混染以及早期的硫化物熔离。由此推断北山大型镁铁-超镁铁杂岩体可能是在后碰撞伸展环境叠加地幔柱作用,诱发软流圈上涌、岩石圈底侵,导致俯冲流体交代的岩石圈地幔在高温条件下高程度部分熔融形成的,具有较大的岩浆矿床成矿潜力。     

新疆北山地区红石山岩体橄榄石与铬尖晶石成分特征及成因意义

红石山镁铁质-超镁铁质岩体,位于塔里木板块东北部的新疆北山地区,岩体平面为长条状,出露面积大于100 km2。岩体的堆晶韵律和堆晶旋回发育,属典型的层状岩体,每个旋回之间为突变接触关系,旋回内部为迅速或渐变过渡关系。岩石类型丰富,主要有纯橄岩、(含长)单辉橄榄岩、橄长岩、橄榄辉长岩、辉长岩和少量辉石岩。橄榄石和铬尖晶石是重要的早期结晶矿物。通过电子探针分析证明:橄榄石的Fo值为76~90.2,总体上随基性程度的降低,Fo降低。铬尖晶石Cr#为54~69,变化范围较小,落于典型层状岩体的铬尖晶石组成范围。模拟计算表明,形成红石山岩体的地幔部分熔融程度高(17.29%~18.92%,平均为18.41%)、原生岩浆为高温(1 290℃~1 330℃)、高镁(Mg O=13.63%)的苦橄质岩浆,这为塔里木二叠纪地幔柱活动提供了新的证据。     

中天山地块科马提质超镁铁岩体的发现：新疆峡东岩体

新疆和甘肃交界处的峡东岩体是以纯橄岩为主的超镁铁质杂岩体,经过全岩主量元素分析和橄榄石的探针分析,发现纯橄岩具有很高的MgO含量(36%~39%),橄榄石的镁值（Fo值）在90~96之间。通过反演原始岩浆成分的方法得到原始岩浆中MgO=28%、FeO=9%,属于科马提质岩浆。通过模拟初始岩浆的结晶分异过程,峡东岩体是科马提质岩浆发生高程度结晶分异的产物。利用MELTS软件计算原始岩浆的演化过程,得到初始岩浆的液态温度为1703℃,在1649℃和1555℃时分别开始结晶铬尖晶石和橄榄石,在1093℃开始结晶单斜辉石,这一结晶顺序与峡东岩体的矿物组合是一致的,也说明峡东岩体是科马提质岩浆高度结晶分异的产物。通过计算得到初始岩浆为原始地幔发生24%的高度部分熔融形成,如此高程度的部分熔融是否与地幔柱有关还有待进一步研究。鉴于橄榄石中的Ni含量未发现有与硫化物发生交换反应的证据,因此对于其铜镍硫化物成矿条件是不利因素,其他控制硫化物熔离的因素还需要进一步探讨,但铬尖晶石充分结晶分异为发育铬铁矿矿化提供了有利的条件。