柴北缘开屏沟超基性杂岩体地质、地球化学特征及对找矿的指示

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超基性杂岩是指具有不同岩相和不同化学成分组成且与地幔相关的岩石。超基性杂岩的岩石学和地球化学特征能够很好地反应地幔岩浆的形成机制与其演化的过程,同时能够用于揭示其岩石成因模式。此外,超基性杂岩是大陆环境下独特的地幔岩浆作用、金属聚集的产物,与铜镍硫化物矿床和铬铁矿床密切相关,也是对地幔的组构、壳幔作用、及其流体反应及相关元素迁移和富化等深部作用的重要研究对象,对于相关矿床的成因(岩浆镍铜硫化物矿床和铬铁矿)解释及其矿产的勘查等具有相当重要意义。柴北缘超高压变质带位于我国西部的青海省境内,青藏高原的东北缘,沿柴达木盆地的北缘呈NWW-SEE向展布。北侧是祁连地体,南侧为柴达木地体,东接秦岭造山带,其西端被阿尔金断裂所切割,是一个形成于早古生代的洋壳俯冲到陆壳俯冲碰撞复合型造山带。柴北缘内的超基性岩主要可以划分为3个类型:造山带石榴橄榄岩(胜利口),大洋蛇绿岩型橄榄岩(都兰),以及碰撞后岩浆结晶侵入型(冷湖、牛鼻子粱)。开屏沟超基性岩位于柴北缘鱼卡地体与绿梁山地体之间,且具有镍矿化显示,目前对该区超基性岩研究资料很少,它的岩石成因与矿化关系是什么?有趣的是,它西北部落凤坡超基性岩还含有铬铁矿床,这两个超基性岩之间的关系又是什么?对这些岩体与成矿之间的许多科学问题尚需系统研究或论证。本文主要探讨俯冲带壳幔混合作用与超基性质杂岩的成矿作用之间的关联。通过锆石U-Pb定年、微量元素、Hf同位素,全岩主微量、PGE元素,单矿物电子探针、LA-ICP-MS微量,包裹体激光拉曼等实验手段。确定了柴北缘开屏沟纯橄榄全岩具有高的Mg#、Mg/Si和Ni值,同时具有相对难熔的HREE和HFSE微弱亏损特征,以及与流体活动性相关的LREE和LILE的轻微富集;橄榄石具有较高的Fo值(90.1192.77)与NiO含量(0.320.45wt.%)、低的CaO(<0.02wt.%);PGEs的原始地幔标准化与交代橄榄岩和残留橄榄岩近似;两组变质锆石年龄为459.5±3.6Ma和417.5±2.7Ma,对应εHf(t)为-0.719.45和-11.96-1.2,分别反映了洋壳流体(或早期大陆俯冲板片流体)和陆壳流体交代的性质和时限。证实了开屏沟橄榄岩来源于俯冲带上覆地幔楔,遭受不同来源流体不同程度的交代作用而获得地壳特征。开屏沟纯橄榄内铬铁矿具有明显核边结构,核部为铝铬铁矿,具有相对高Al2O3,低FeOT、TiO2、Cr#特点,也指示寄主原岩形成于SSZ(俯冲带)环境,是地幔橄揽岩与具有MORB(洋中脊玄武岩)亲缘性的熔体相互反应形成产物。核部铝铬铁矿为岩浆型铬铁矿,通过计算得到其结晶温度平均为1372℃,结晶压力平均为2.96GPa,ΔlogfO2平均为-1.42,表明其形成于地幔软流圈。边部为高铁铬铁矿,具有低Al2O3,高FeOT、TiO2、Cr#特征,指示铬铁矿边部受到蛇纹石化蚀变作与富Fe流体的共同作用。铬铁矿由核到边部Fe3+/Fe2+比值升高,Ni硫化物包裹体增多,同时NiO组分增加,都指示了Ni随着氧逸度的升高而发生迁移并富集,也证实了地壳流体作用会导致橄榄岩中镍的富集。此外,对落凤坡超基性杂岩研究发现,落凤坡铬铁矿的环带结构,具有富含Al贫Fe的核部。其核部具有高Cr#(81.54-85.72)和低Mg#(25.27-36.00)的特征。这些特征及其微量元素特征指示其是典型的蛇绿岩铬铁矿。此外,铬铁矿核心中的Cr-Mg-Ti-Al关系表明,主岩应该来自俯冲带环境(SSZ)中的前弧岩石圈。含铬铁矿角闪辉石岩中的岩浆锆石的年龄为483.1±3.5 Ma,而变质锆石的年龄为434.2±2.1 Ma。岩浆锆石和变质锆石的εHf(t)分别为-6.35至2.94和-7.96至2.58。全岩原始地幔标准化的微量元素蛛网图显示负Nb,Ta和Ti异常,这与CAA-OAB(CAA:大陆弧安山岩,OAB:海洋弧玄武岩)的模式一致。铬铁矿具有低的总铂族元素(PGE),但它们具有高IPGE/PPGE(IPGE:Os,Ir,Ru;PPGE:Pt Pd,Rh)比率。此外,铬铁矿中含有地壳硅酸盐,氯化物和碳酸盐包裹体(顽辉石,镁方解石,水氯镁石和白云石)和较高的变质级夹杂物(如刚玉和菱镁矿)指示了壳物质的循环作用。总之,落凤坡铬铁矿提供了关于柴达木地块和祁连地块之间海洋中发生的弧的证据。确定了落凤坡铬铁矿具有深部循环成因,早期(480Ma)形成于弧前SSZ蛇绿岩环境,铬铁矿在434Ma时发生了变质作用。落凤坡铬铁矿的核部形成于高压(3.3-3.5GPa)和高温(1283-1294℃)条件,指示在上地幔条件下发生了含有铬铁矿的超基性岩的结晶和再平衡。铬铁矿中的壳源矿物包裹体也表明向上迁移的岩浆穿过平板窗口,它们会同化俯冲物质(地壳)而促进铬铁矿结晶。通过总结收集现有资料,确定了(1)有利铜镍矿成矿的基性-超基性岩m/f为1.58.5,而有利铬铁矿成矿的基性-超基性岩m/f为6.512.5。同时,含铬铁矿的基性-超基性岩具有高MgO,低Cao,K2O,TiO2,Al2O3,Na2O,P2O3特征,而含铜镍矿的基性-超基性岩则相反。(2)铜镍矿基性-超基性岩全岩具有高的PPGE/IPGE比值(0.06343.75,平均16),Pd/Ir>1,铬铁矿基性-超基性岩全岩具有低的PPGE/IPGE比值(0.000420.34,平均0.55),Pd/Ir<1。(3)铜镍矿基性-超基性岩内铬铁矿尖晶石具有高TiO2,高Fe#,和Cr#与Mg#较大变化范围的特征;而铬铁矿基性-超基性岩铬铁矿尖晶石则具有低TiO2,低Fe#,低Mg#与高Cr#特征。利用上述判别指标,指示开屏沟超基性岩具有镍成矿潜力。
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