镁铁质岩体论文:镁铁质岩体特点及意义

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本文作者：夏昭德1,2姜常义1,2卢荣辉1,3作者单位：1长安大学地球科学与资源学院2西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室3四川华源矿业勘查开发有限责任公司

岩相学及矿物晶体化学特征

辉长岩：灰绿、墨绿色，辉长结构、块状构造．岩石主要由普通辉石（35％～45％）、斜长石（35％～40％）、角闪石（5％～10％）等组成（表1）．辉石多发生次闪石化、阳起石化．斜长石为拉－倍长石，常见绿泥石、绿帘石化、绢云母化；金属矿物可见磁铁矿、磁黄铁矿、钛铁矿等，总含量＜5％．辉长苏长岩：灰绿、墨绿色，辉长结构、块状构造．岩石主要由普通辉石（25％～35％）、紫苏辉石（25％～35％）、斜长石（35％～40％）等组成．辉石多发生次闪石化、阳起石化．斜长石为拉－倍长石，常见绿泥石、绿帘石化、绢云母化，金属矿物可见磁铁矿、磁黄铁矿、钛铁矿等（图2d），总含量＜5％．含长辉石岩：灰黑色，岩石主要由单斜辉石（40％～50％）和斜方辉石（35％～45％）组成，并含有少量斜长石（＜5％），辉石多发生次闪石化、阳起石化．斜长石为拉－倍长石，常见绿泥石、绿帘石化、绢云母化．橄榄辉长岩：灰、灰褐、灰绿色，具包含结构、反应边结构、辉长结构．岩石主要由圆粒状橄榄石（10％～20％）、单斜辉石（30％～40％）、拉长石（40％～50％）以及少量磁黄铁矿等组成（图2b，2c）．橄长岩：灰褐色，包橄结构（图2a），岩石主要由橄榄石（20％～25％）、斜长石（70％～75％）及少量单斜辉石（＜5％）组成，其中橄榄石的Fo为77～79，属贵橄榄石．

岩石地球化学特征

1主量元素地球化学

哈拉乔拉岩体岩石的SiO2含量为42．33％～45．66％，多属超基性岩类．MgO（6．92％～19．53％）、Fe2O3T（7．84％～12．61％）、CaO（7．14％～194）和Al2O3（121％～228％）含量变化大（表2）．除两件样品的TiO2含量大于1外，其余样品的TiO2为0．09％～0．68％．Na2O、K2O、P2O5、MnO含量都很低．含长辉石岩、橄长岩、橄榄辉长岩样品的m／f值（m／f＝（Mg2＋＋Ni2＋）／（Fe2＋＋Fe3＋＋Mn2＋）原子数比值）介于2．48～38之间，属铁质超基性岩（吴利仁，1963），对形成铜镍矿有利．此外，辉长苏长岩和辉长岩样品的m／f为0．98～2．46，多小于2，多属铁质基性岩．在SiO2－FeOT＊／MgO图解（图3）上，样品均位于拉斑玄武岩系列区．

2稀土微量元素地球化学

稀土元素总量为6．42×10－6～21．37×10－6，为球粒陨石的2～5倍．（La／Yb）N＝1．74～44，（La／Sm）N＝1．43～2．78，（Gd／Yb）N＝0．98～1．71，相对富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，δEu＝1．04～2．28，多具有较明显的正铕异常（表3，图4）．在微量元素蛛网图上，相对富集大离子亲石元素而亏损高场强元素，具有较明显的Nb、Ta、Zr、Hf、P负异常．各岩类中，从橄长岩、橄榄辉长岩到含长辉石岩，再到辉长岩、辉长苏长岩，稀土元素、微量元素含量有增加的趋势（图4）．

3Nd－Sr－Pb同位素地球化学

哈拉乔拉岩体中橄榄辉长岩、辉长苏长岩和辉长岩样品的εNd（t）值分别为－2．39、－0．78、－2．62；εSr（t）值分别为37．49、45．28、498．从这些数据来看，该岩体的Nd、Sr同位素组成变化较小（表4），而且数据点在Nd－Sr同位素相关图（图5）上均位于第四象限，显示出Nd、Sr同位素的富集特征．橄榄辉长岩、辉长苏长岩和辉长岩样品的206Pb／204Pb、207Pb／204Pb和208Pb／204Pb值变化组成18．033～18．276，15．491～15．587，37．874～38．30样品的U／Pb、Th／Pb比值低（U／Pb＝0．02～0．08，Th／Pb＝0．04～0．13），岩体形成后放射成因Pb同位素积累少，Pb同位素的测试值与其初始值之间偏差小．在图6上，铅同位素组成位于MORB范围内或其附近，表明该岩体的Pb同位素组成具有MORB亲和性．

讨论

1原生岩浆与分离结晶

Mg＃（Mg＃＝Mg／（Mg＋Fe））是鉴别原生岩浆的重要标志之一．Green（1975）认为，与地幔橄榄岩平衡的原生岩浆的Mg＃＝0．63～0．73；Sato（1977）指出原生岩浆的Ni＝235×10－6～400×10－6；Freyetal．（1978）认为，Mg＃＝0．68～0．73；Hess（1992）认为Mg＃＞0．68，Ni＝300×10－6～400×10－6．该岩体有5件样品的Mg＃＝0．71～0．73，这5件样品的MgO平均值为11．4％，表明形成该岩体的岩浆为高镁的拉斑玄武质岩浆，但这几件样品的Ni含量（31．51×10－6～159．1×10－6）普遍偏低，这可能是由于其源区中含有相当数量的再循环洋壳物质．哈拉乔拉岩体岩石中的包橄结构、反应边结构、含长结构以及辉长结构等，表明岩浆结晶过程中橄榄石是最早结晶的矿物，辉石、斜长石在其后结晶，部分斜长石结晶早于辉石（图2）．在图7上，橄长岩、橄榄辉长岩和含长辉石岩样品的MgO与SiO2成明显的负相关关系，MgO与FeO、Ni、Co成明显的正相关关系，反映了岩浆演化过程中主要发生了橄榄石的分离结晶．MgO与CaO、Al2O3、Na2O呈明显的负相关性反映了单斜辉石或斜长石的结晶作用．CaO与Al2O3的相关性较好地反映了单斜辉石的结晶，因为单斜辉石的晶出可以导致岩浆中CaO和CaO／Al2O3比值的降低（Geistetal．，1998）．岩石样品的δEu均大于1，表明存在斜长石的聚集或堆晶作用．在图6上，辉长苏长岩和辉长岩样品的MgO与FeO、TiO2呈负相关关系，反映了岩浆结晶过程中有钛铁矿的析出，这与岩相学的观察是一致的（图2d）．岩相学和地球化学特征表明，哈拉乔拉岩体在岩浆演化过程中早期有橄榄石的结晶，其后主要是单斜辉石和斜长石的分离结晶／堆晶，后期有钛铁矿的析出．

2同化混染与源区性质

一般来说，总分配系数相同或很相近的元素比值不会因结晶作用而改变．因此，根据总分配系数相同或很相近、对同化混染作用又敏感的元素比值（例如Ce／Pb、Th／Yb、Nb／Ta、Ta／Yb、K2O／P2O5、Ti／Yb、Zr／Nb等）间的协变关系，可以用来检验同化混染作用的存在与否，并判断混染程度（CampbellandGriffiths，1993；Bakeretal．，1997；Macdonaldetal．，2001）．Th／Yb－Ce／Pb、Nb／U－Ta／Yb、Th／Zr－TiO2／Yb相关性均较弱，表明岩浆演化过程中同化混染作用弱．Nb与U、Ce与Pb具有相似的总分配系数，因此，Nb与U、Ce与Pb在地幔部分熔融过程中不发生明显分异，可以反映岩浆源区的地球化学特征．洋中脊玄武岩（MORB）和洋岛玄武岩（OIB）的Nb／U比值47±10，原始地幔中Nb／U比值约为34，大陆地壳的Nb／U比值（约9～12）．典型地幔的Ce／Pb比值（25±5）和地壳Ce／Pb比值（＜15）（SunandMcDonough，1989；Hofmann，1988）．哈拉乔拉岩体样品的Nb／U值为0．59～9．20；Ce／Pb值为0．41～5．41，这些特征显示出地壳物质的印记，但在相关元素比值构成的直角坐标图上，往往没有明显的趋势性变化规律．这种特征反映了源区的性质而非地壳混染作用的结果，这是因为同化混染作用的本质属性之一是化学不均匀性，受到不同混染程度的岩浆具有不同的元素比值．因此，不同批次、受混染程度不同的岩浆在上述元素比值构成的直角坐标图上自然就会表现出协变关系．因交代作用而富集的岩石圈地幔，其源区必然存在化学不均匀性．但是，在同一部位同期生成的岩浆，会因为低熔组分的优先萃取作用和在岩浆源区及上升通道中的混合作用而达到化学上的均匀性．此外，基于同样的原因，若为同化混染，大离子亲石元素的微量元素配分曲线会产生不规则波动；若为源区富集，则微量元素配分曲线相对平滑且大体平行，本区岩石显示出这种特征（姜常义等，2007）．此外，同位素地球化学方面，哈拉乔拉岩体的Nd、Sr同位素组成变化较小且均位于第四象限，这应该反映了源区性质，说明其源区属富集型地幔．由于该岩体的同化混染作用较弱，其陆壳物质印记应源自于源区富集．哈拉乔拉岩体岩石化学组成部分属拉斑玄武岩系列，样品富集大离子亲石元素和轻稀土元素、有明显的Nb、Ta亏损，（Nb／La）N比值介于0．24～0．56，远小于1，Th／Ta（31～37．33）、Th／Nb（0．30～87）比值较高，表明地幔源区含有被消减板片脱水和／或部分熔融而交代的地幔楔物质（Wilson，1989；Elliottetal．，1997）．由于La、Ba、Th、Zr和Nb具有相近的分配系数，分离结晶作用不会影响岩浆中La／Nb、La／Ba、Ba／Nb比值，而且岩浆演化过程中发生的同化混染作用不是十分强烈，因此，这些元素对比值的显著不同可以指示源区特征（Woodheadetal．，2001）．La／Ba－La／Nb以及Nb／Zr－Th／Zr之间的关系指示岩浆源区存在交代改造的富集型岩石圈地幔（图8）．同时，初始Sr、Nd同位素组成变化范围小而且均属富集型，所以哈拉乔拉岩体的地幔源区为被交代改造的富集型岩石圈地幔．

结论

（1）哈拉乔拉岩体主要由辉长岩、辉长苏长岩、含长辉石岩、橄榄辉长岩、橄长岩组成．岩石化学组成属拉斑玄武岩系列．岩石普遍富集大离子亲石元素和轻稀土元素，亏损不相容元素，具有明显的Nb、Ta异常．（2）岩体的Nd、Sr同位素组成属富集型．元素地球化学和Nd、Sr同位素地球化学证明，岩浆源区为被消减板片交代改造过的富集型岩石圈地幔．（3）原生岩浆为高镁拉斑玄武质岩浆．岩浆演化过程中主要发生了橄榄石、单斜辉石以及斜长石的分离结晶／堆晶，后期有钛铁矿的析出．