华北陆块西南缘镁铁-超镁铁岩形成时代

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力峥潘
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1 李文渊, 汤中立, 郭周平, 王伟阿拉善地块南缘镁铁 - 超镁铁岩形成时代及地球化学特征. 岩石矿物学杂志,23(2):117~126. 阿拉善地块南缘镁铁 - 超镁铁岩形成时代及地球化学特征 1,2 李文渊 3 汤中立 3 郭周平 1 王伟 (1. 西安地质矿产研究所陕西西安 ;2. 西北大学地质学系陕西西安 ; 3. 长安大学地球科学与国土资源学院陕西西安 ) 摘要 : 阿拉善地块南缘是镁铁 - 超镁铁岩体的重要分布区, 自北而南可分为北大山岩带龙首山岩带和北海子岩带北大山岩带以野芨里含长辉石橄榄岩侵入体为代表,Sm-Nd 岩石 - 矿物等时线定年为 Ma,ε Nd(t)=+0.8~+10.8,ΣREE 为 7.59~ ; 龙首山岩带以金川二辉橄榄岩体和藏布台单辉橄榄岩为典型代表,Sm-Nd 岩石 - 矿物等时线定年分别为 Ma 和 Ma, 基本为同时期幔源产物, 金川岩体平均 ΣREE 为 3.33~ , 但金川 εnd(t) =-1.9~-4.3, 藏布台 εnd(t) =+2.6~+2.9, 差异显著 ; 北海子岩带岩体分布有限, 北海子辉长岩体 Sm-Nd 岩石 - 矿物等时线定年为 Ma,εNd(t)>0,Σ REE 为 ~ 龙首山岩带和北海子岩带可能同为中元古代早期超地幔柱作用下地幔派生岩浆的产物,εNd(t) 值的差异反映了各自岩体其成岩过程的不同 ; 野芨里岩体形成于新元古代, 是亏损地幔的产物, 与金川等岩体的形成环境和物质来源有显著不同关键词 : 镁铁超镁铁岩成岩时代地球化学阿拉善地块南缘 Diagenetic Epoch and Geochemical Characteristics of Mafic-ultramafic Rocks on the Southern Margin of Alashan Massive in North China LI Wen-yuan 1,2 TANG Zhong-li 3 GUO Zhou-ping 3 WANG Wei 1 (1. Xian Institute of Geology and mineral Resources, Xian ,China 2. Northwest University, Xian ,China 3.School of Earth Science and Resources Managment,Chang'an University,Xi'an710054,China) Abstract: The Southwestern margin of Alashan massive in North China is one of the major distributive provinces of mafic-ultramafi rocks, which is divided into Beidashan, Longshoushan and Beihaizi rock zones. Generally, Beidashan rock zone is representative of Yejili feldsprar-bearing pyroxene peridotite, Sm-Nd rock-mineral isochron date is 77.3 ±10.8Ma.εNd(t)=+0.8~10.8, and ΣREE is 7.59~ ; Longshoushan rock zone is representative of Jinchuan lherzolite and Zangbutai pyroxene peridotite, of which Sm-Nd rock-mineral isochron date, in turn, are 1508±31Ma and 1511 ± 168Ma, and almost are the products of mantle origin on same time. Jinchuan intrusion Σ REE is 3033~ , but theεnd(t)=-1.9~-4.3, ZangbutaiεNd(t)=+2.6~+2.9, difference appear directly; Beihaizi rock zone spread limited, and the gabbro Sm-Nd rock-minera isochron date is 1440 ± 220Ma, ε Nd(t)>0, Σ REE ~ Longshoushan and Beihaizi rock zones all probably belong to the products of the early stage of Middle Proterozoic magma induced from lower mantle because of the funcation of superplume. Their εnd(t) difference indicates that every rock body has respectively diagenetic process. Yeliji rock body is the product of Later Proterozoic depleted mantle, whose formative settingt and origin are remarkably different from Jinchuan rock body. 基金项目 : 本文由国土资源部矿产资源补偿费矿产勘查项目 ( ) 资助作者简介 : 李文渊 (1962-), 男, 研究员, 主要从事矿床学及相关火成岩岩石地球化学研究工作 1

2 Key words: mafic-ultramafic rocks; diagenetic Epoch; geochemical characteristic; southern margin of Alashan massive in North China. 镁铁 - 超镁铁岩体作为地幔物质的派生物是追溯壳幔演化的最重要指示剂之一, 对大陆地壳形成的研究具有重要意义同时由于其蕴藏铜镍铬和铂族金属等重要的金属矿床, 它的成岩时代和形成环境亦是区域找矿对比中的重要研究问题阿拉善地块南缘是中国重要的镁铁 - 镁铁岩体分布区, 其中龙首山岩带中的金川超镁铁岩赋存有世界级的超大型铜镍硫化物矿床, 以往的研究围绕矿床的形成主要集中于对赋矿超镁铁岩的岩石学和矿物学方面的研究 ( 甘肃省地矿局第六地质队,1984; 汤中立等,1995; 李文渊,1996;Chai et al.,1992;barnes et al.,1999; 汤中立等,1998), 对单个岩体的成岩时代也进行了较深入探索 ( 汤中立等, 1995), 但区域上广泛出露的镁铁 - 超镁铁岩体成岩时代及其演化, 以及以金川岩体为代表的龙首山镁铁 - 超镁铁岩带的物质来源演化和所代表的重要地质事件的认识 ( 李文渊等, 2003), 仍是值得关注的重要研究课题本文选取阿拉善地块南缘龙首山岩带中的金川藏布台和北大山岩带的野芨里北海子岩带的北海子等典型镁铁 - 超镁铁岩体, 在分析已有研究基础上, 重点对四个岩体的成岩时代和主要微量元素特征进行研究, 意在揭示该地区的壳幔物质演化历程, 对金川巨型矿床的成矿地质环境研究提供重要依据, 并对中国镍铂主要成矿事件发育时代作出判断 1 地质概况研究区位于阿拉善地块的西南部地区, 是北祁连加里东造山带的北邻, 是古元古代 - 太古代古老基底的裸露区自北而南构造上可划分为北大山隆起潮水凹陷龙首山隆起和走廊凹陷 ( 汤中立等,1995), 其中龙首山隆起是最重要的镁铁 - 超镁铁岩体分布区 ( 图 1) 通常将龙首山隆起作为为华北陆块 ( 地台 ) 的边缘, 而将出露北海子镁铁岩体的走廊凹陷北缘划归为秦祁昆造山系的北祁连造山带中 ( 任纪舜等,1980) 镁铁 - 超镁铁岩自北而南划分为 3 个岩带, 分别为北大山岩带龙首山岩带和北海子岩带 ( 图 1) 北大山岩带中的野芨里镁铁- 超镁铁岩, 产出于北大山隆起的北大山群古元古代变质基底中, 出露镁铁 - 超镁铁岩体 178 个, 最大岩体长 870m, 最宽 220m 岩体主要由斜长辉石橄榄岩含长辉石橄榄岩组成, 其次为辉石橄榄岩含长橄榄岩岩体分异差, 未发现工业铜镍和铂族金属矿体北海子岩带出露于变质砂岩板岩和千枚岩等变质沉积岩系中, 前人将该变质沉积岩系定为下古生界, 但侵入于其中的北海子岩体同位素定年 (1440±220Ma) 结果表明, 应为元古界的沉积地层北海子岩体主要由辉长岩组成, 长 200m 左右, 宽 40-60m, 有铜镍硫化物矿化龙首山岩带以产出金川镍矿而最为著名, 自东向西长约 300Km, 镁铁 - 超镁铁岩体 ( 群 ) 分布约 20 余处, 按岩石类型划分为两类 : 一类是以金川岩体为代表的二辉橄榄岩体 ( 群 ), 还有 Ⅴ 号异常隐伏岩体塔马子沟岩群和毛草泉岩群等, 主要分布于龙首山隆起的中东段, 其中金川岩体位于龙首山隆起北西向构造转向东西向构造的转折处 ( 图 1); 另一类以藏布台岩体为代表的单辉橄榄岩体 ( 群 ), 重要的还有青井子青石窑小口子等岩体 ( 群 ), 它们主要分布于龙首山隆起的西段和东端 2

3 金川岩体出露面积 1.34Km 2, 长约 6500m, 宽 m, 最大延深超过 1100m, 其侵位于龙首山隆起的基底龙首山群的下岩组白家咀子组中白家咀子组主要由混合岩片麻岩和蛇纹石化大理岩等组成, 也是金川岩体的主要围岩对金川 Ⅱ 矿区混合岩片麻岩中的红色花岗岩进行 Sm-Nd 同位素测年获得模式年龄为 Ma( 汤中立等,1995), 可见首山群白家咀子组至少是古元古代, 甚至晚太古代的产物岩体主体为二辉橄榄岩, 下部为纯橄岩, 岩体上部边部见橄榄辉石岩辉石岩等岩相 ( 甘肃省地质矿产局第六地质队,1984) 图 1 龙首山地区的砾状白云岩分布略图 Fig.1 Distributional map of the Sinian rudaceous dolomitites in the Longshou Mountains 1- 新生代沉积物 ;2- 中生代陆相碎屑岩 ;3 晚古生代陆相碎屑岩 ;4- 早古生代复理石建造 ;5- 新元代末砾状白岩 ;6- 新元代末基性火山岩 ;7- 中新元古代碳酸盐岩碎屑岩 ;8- 古元古代变质岩系 ;9- 花岗岩类 ;10- 镁铁 - 超镁铁岩 1-Cenozoic sediments; 2-Mesozoic contiental-fragmental rocks; 3-Late-palaeozoic contiental-fragmental rocks; 4-Early-palaeozoic flysch; rudaceous dolomite;5- Sinian rudaceous dolomitites; 6- Sinian basic volcanic rocks; 7-Middle-late proterozoic carbonate and fragmental rocks; 8- Early-proterozoic metamorphic rocks; 9-granides; 10-mafic-ultramafic rocks 藏布台岩体与围岩关系不清, 岩石蚀变强烈岩体断续长 2348m, 宽 m, 一般认为主要由单辉橄榄岩和单辉辉石岩组成, 也有人认为是喷出的科马提岩, 并发现有鬣刺结构, 岩石化学投图也主要落入科马提岩范围 ( 董显扬等,1990) 2 岩体 Sm-Nd 同位素测年 2.1 金川超镁铁岩体的同位素测年数据金川超镁铁岩体前人曾利用多种同位素方法测定其年龄 ( 汤中立等,1995), 其中利用斜长二辉橄榄岩二辉橄榄岩中黑云母 K-Ar 法测得 1509Ma 1525Ma 820Ma 713Ma 和 ±6.63Ma 等年龄数据, 利用二辉橄榄岩中锆石 U-Pb 法测得 308Ma 年龄, 全岩 Rb-Sr 法测得甘肃省地质局第六地质队, 北大山龙首山永昌南山地质矿产图说明书,1968( 内部 ) 3

4 712Ma 的年龄数据 ( 甘肃省地质矿产局第六地质队,1984) 普遍认为 1.5Ga 是金川岩体的成岩年龄, 全岩 - 单矿物 Sm-Nd 等时线测年结果 ( 汤中立等,1995) 亦证实了这种判断 820~ 712Ma ±6.63Ma 和 308Ma 三组年龄数据应是成岩后的地质改造事件的反映进行全岩 - 单矿物 Sm-Nd 同位素测定样品见表 1 JⅠ 号样品采自金川岩体东段 Ⅰ 矿区 19 线露天矿坑中剖面,JⅡ 和 73 号样品则采自金川岩体西段 Ⅱ 矿区 36 线地表及深部 1232m 和 1400m 中段的新鲜的岩石, 在南京大学现代分析中心由杨杰东陶仙聪在 VG354 高精度质谱仪上完成测试选取其中 JⅠ-9 JⅡ-50 JⅡ-66 和 JⅡ-69 四个样品的全样和单矿物测试结果进行 Sm-Nd 内部等时线计算, 分别获得 1510±45Ma 1534 ±62Ma 1488±77Ma 和 1515±97Ma 年龄值 ( 汤中立等,1995), 其误差范围一致, 并与由 J Ⅱ-50 JⅡ-66 和 JⅡ-69 共七个点构成的等时线年龄值 1508±31Ma( 图 2A) 相吻合, 故综合认为 1508±31Ma 可代表金川超镁铁岩体的成岩年龄同时算得金川岩体模式年龄 (TDM) 主要集中于 2.4Ga 左右, 稍晚于整个华北地台古元古代重要地壳增生期张本仁等 (2002) 研究结论,2.8~2.6Ga 期间是华北陆块古元古代的重要地壳增生期表 1 金川超镁铁岩全岩 - 单矿物 Sm-Nd 同位素测定数据 Table 1 Sm-Nd isotopic data of Jinchuan ultramafic rock body 147 样号采样位置岩性样点类型 Sm/ Nd Nd/ 144 Nd εnd T DM(Ma) T CHUR(Ma) JⅠ-2 Ⅰ 矿区露天矿 19 线纯橄岩全样 ± JⅠ-7 Ⅰ 矿区露天矿 19 线二辉橄榄岩全样 ± JⅠ-9a Ⅰ 矿区露天矿 19 线二辉橄榄岩全样 ± JⅠ-9a Ⅰ 矿区露天矿 19 线二辉橄榄岩辉石 ±9-2.8 JⅠ-9a Ⅰ 矿区露天矿 19 线二辉橄榄岩橄榄石 ± JⅠ-9b Ⅰ 矿区露天矿 19 线二辉橄榄岩全样 ± JⅠ-9c Ⅰ 矿区露天矿 19 线二辉橄榄岩全样 ± JⅠ-9d Ⅰ 矿区露天矿 19 线二辉橄榄岩全样 ± JⅡ-1 Ⅱ 矿区 36 线 1400 米水平二辉橄榄岩全样 ± JⅡ-36 Ⅱ 矿区 36 线 1232 米水平橄榄辉石岩全样 ± JⅡ-37 Ⅱ 矿区 36 线 1232 米水平辉石岩全样 ± JⅡ-50 Ⅱ 矿区 36 线 1400 米水平二辉橄榄岩全样 ± JⅡ-50 Ⅱ 矿区 36 线 1400 米水平二辉橄榄岩辉石 ±9-3.6 JⅡ-50 Ⅱ 矿区 36 线 1400 米水平二辉橄榄岩辉石 ± JⅡ-66 Ⅱ 矿区 36 线地表辉橄岩全样 ± JⅡ-66 Ⅱ 矿区 36 线地表辉橄岩辉石 ±7-3.6 JⅡ-66 Ⅱ 矿区 36 线地表辉橄岩辉石 ±9-3.8 JⅡ-69 Ⅱ 矿区 36 线地表含辉橄榄岩全样 ± JⅡ-69 Ⅱ 矿区 36 线地表含辉橄榄岩辉石 ± JⅡ-73 Ⅱ 矿区 36 线地表含辉橄榄岩全样 ± 样品测定单位 : 南京大学现代分析中心 ; 测定者 : 杨杰东陶仙聪等 ; 测试仪器 :VG 质谱仪注 :λ= yγ -1,( 143 Nd/ 144 Nd) CHUR = ,( 147 Sm/ 144 Nd) CHUR =0.1967, t=1.508ga 2.2 藏布台野芨里和北海子镁铁 - 超镁铁岩同位素测年数据藏布台岩体已往依据围岩地层时代定为加里东期 ( 甘肃省地质矿产局第六地质队, 1984), 但 Sm-Nd 同位素测年结果表明与金川岩体一样同为中元古代早期的产物对该岩体地表采取的蛇纹石化单辉橄榄岩 (Zh-12) 进行全岩 - 单矿物 Sm-Nd 同位素测定 ( 表 2 图 2B), 获得等时线年龄 1511±168Ma, 与金川超镁铁岩体的成岩年龄一致, 但 Sm/Nd 同位素组成特点有较大差别,εNd(t) 值大于零, 为 +2.6~+2.9, 而金川岩体均小于零, 为 -1.9~-4.3 反 4

5 映了龙首山镁铁 - 超镁铁岩带中近乎同时形成的金川和藏布台两典型岩体, 却在成岩物质来源或演化历程上存在很大差别, 这也可能是金川岩体成巨型镍矿床, 而藏布台岩体不成矿的原因所在表 2 藏布台野芨里和北海子镁铁 - 超镁铁岩 Sm-Nd 同位素测定数据 Table 2 Sm-Nd isotopic data of Yejili, Zangbutai and Beihaizi mafic-ultramafic rock bodies 岩体样号采样位置岩性样点类型 147 Sm/ 144 Nd 143 Nd/ 144 Nd ΕNd(t) Zh-12 藏布太岩体操 4 线地表蚀变橄辉岩全样 ± 藏布太 Zh-12 藏布太岩体操 4 线地表蚀变橄辉岩橄榄石 ± Zh-12 藏布太岩体操 4 线地表蚀变橄辉岩辉石 ± Y-1 野芨里北岩体东端辉橄岩全样 ± Y-2 野芨里北岩体东端辉长岩全样 ± Y-2 野芨里北岩体东端辉长岩斜长石 ± Y-2 野芨里北岩体东端辉长岩辉石 ± 野芨里 Y-2 野芨里北岩体东端辉长岩斜长石 ± Y-2 野芨里北岩体东端辉长岩辉石 ± Y-4 野芨里北岩体东端二辉橄榄岩全样 ± Y-6 野芨里南岩体 2 勘查线辉长岩全样 ± Y-14 野芨里南岩体 2 勘查线辉长岩全样 ± Y-19 野芨里南岩体 2 勘查线辉橄岩全样 ± B-1 岩体北部 2 线 ZK5 孔辉长岩全样 ± B-1 岩体北部 2 线 ZK5 孔辉长岩斜长石 ± 北海子 B-1 岩体北部 2 线 ZK5 孔辉长岩辉石 ± B-2 岩体北部 2 线 ZK5 孔辉长岩全样 ± B-9 岩体 8 线地表辉长岩全样 ± B17 岩体 TC-12 探槽辉长岩全样 ± 样品测定单位 : 南京大学现代分析中心 ; 测定者 : 杨杰东陶仙聪等 ; 测试仪器 :VG 质谱仪注 :λ= yγ -1,( 143 Nd/ 144 Nd) CHUR = ,( 147 Sm/ 144 Nd) CHUR =0.1967, 藏布太 t=1.511ga, 野芨里 t= ga, 北海子 t=1.440ga 图 2 金川藏布台野芨里和北海子镁铁 - 超镁铁岩 Sm-Nd 等时线年龄 Fig.2 Sm-Nd isotopic diagram of Jinchuan, Yejili, Zangbutai and Beihaizi mafic-ultramafic rock bodies 5

野芨里岩体采取 6 个辉长岩和辉橄岩样品进行全岩 - 单矿物 Sm-Nd 同位素测定 ( 表 2 图 2C), 获得良好的等时线年龄 773.1±10.

藏布台岩体是同一地质事件的产物 3 岩体稀土元素地球化学特征 3.1 金川超镁铁岩稀土元素分布金川超镁铁岩稀土元素总量 (ΣREE) 在 3.39~55.87 10-6 之间, 平均 21.90 10-6 岩体整体轻稀土 (LREE) 富集 ( 表 3 4, 图 3), 表现在 (La/Yb)N 为 5.39~79.15 之间, 平均值 15.

50, 而东段 (La/Yb)N7.02~79.15, 平均值 23.52 岩体东西段 LREE 富集程度上的差异, 似乎与矿化关系不大, 例如海绵陨铁状矿石 ( 纯橄岩 ) 的 JⅠ-2 JⅠ-2a 样的 (La/Yb)N 值分别为 5.39 和 8.76, 但无矿化的二辉橄榄岩 JⅡ-36 JⅡ-69 样的 (La/Yb)N 值分别为 7.

6 野芨里岩体采取 6 个辉长岩和辉橄岩样品进行全岩 - 单矿物 Sm-Nd 同位素测定 ( 表 2 图 2C), 获得良好的等时线年龄 773.1±10.8Ma, 表明野芨里岩带完全不同于金川等代表龙首山岩带, 是新元古代时期的产物, 其形成构造环境和演化路径亦不同于龙首山岩带北海子岩体对其中 B-1 辉长岩样品 ( 表 2) 进行全岩 - 单矿物 Sm-Nd 同位素测定 ( 图 2D), 获得等时线年龄 1440±220Ma, 由于样品蚀变明显, 测年误差较大, 但仍表明北海子岩体与金川藏布台岩体是同一地质事件的产物 3 岩体稀土元素地球化学特征 3.1 金川超镁铁岩稀土元素分布金川超镁铁岩稀土元素总量 (ΣREE) 在 3.39~ 之间, 平均岩体整体轻稀土 (LREE) 富集 ( 表 3 4, 图 3), 表现在 (La/Yb)N 为 5.39~79.15 之间, 平均值岩体东西段对比有明显差异岩体西段 ΣREE 要显著高于东段, 西段变化在 3.39~ 之间, 平均值 , 后者变化于 15.25~ 之间, 平均达且岩体东段 LREE 富集强度要高于西段, 西段 (La/Yb)N5.39~14.01, 平均值 7.50, 而东段 (La/Yb)N7.02~79.15, 平均值岩体东西段 LREE 富集程度上的差异, 似乎与矿化关系不大, 例如海绵陨铁状矿石 ( 纯橄岩 ) 的 JⅠ-2 JⅠ-2a 样的 (La/Yb)N 值分别为 5.39 和 8.76, 但无矿化的二辉橄榄岩 JⅡ-36 JⅡ-69 样的 (La/Yb)N 值分别为 7.02 和表明金川岩体东西段物质组成上存在差异, 这种差异作者等曾认为是不同端元岩浆所致 ( 李文渊,1996;Gang Chai 等,1992) 图 3 金川野芨里和北海子镁铁 - 超镁铁岩稀土元素配分图解 ( 球粒陨石数据据 Sun & McDonough,1989) Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns of Jinchuan, Yejili and Beihaizi mafic-ultramafic rock bodies(after Sun & McDonough,1989) 6

7 A- 金川岩体西段 ;B- 金川岩体东段 ;C- 野芨里岩体 ;D- 北海子岩体 A-western part of Jinchuan intrusion;b- eastern part of Jinchuan intrusion;c- Yejili intrusion;d- Beihaizi intrusion 3.2 野芨里北海子镁铁 - 超镁铁岩稀土元素分布野芨里岩体 ΣREE 在 7.45~ 之间, 平均 LREE 富集 ( 表 4, 图 3),(La/Yb) N4.64~63.71, 平均值 δeu 值 0.84~2.13, 平均 1.34 北海子岩体 ΣREE 为 ~ , 平均 LREE 富集 ( 表 4, 图 3),(La/Yb) N9.52~22.69, 平均值 δeu 值 0.77~0.85, 平均金川野芨里北海子镁铁 - 超镁铁岩稀土元素地球化学对比稀土元素总量平均北海子岩体最高, 达 , 其次为金川超镁铁岩, 平均 , 野芨里岩体最低, 平均仅轻稀土 (LREE) 富集程度以野芨里岩体最高, (La/Yb) N 平均值 19.17, 金川岩体与北海子岩体近乎相同,(La/Yb)N 平均值分别为和但金川岩体的离差显著大于北海子岩体, 金川 (La/Yb)N 为 5.39~79.15, 北海子 (La/Yb)N9.52~ 成岩演化讨论与结论 4.1 龙首山镁铁 - 超镁铁岩带形成时代及其物质来源位于华北陆块西南缘的龙首山镁铁 - 超镁铁岩带, 其形成时代的研究早在上个世纪 60 年代 1 即已开始了在以往的 1/20 万区域地质调查中, 将龙首山岩带总体上确定为加里东期的产物, 但一直存在争议 ( 汤中立等,1995) 前人曾利用 K-Ar 法锆石 U-Pb 法和全岩 Rb-Sr 法等多种同位素测年方法仅对仅川岩体进行定年, 得到 1525~1509Ma 820~712Ma ± 6.63Ma 和 308Ma 等四组年龄数据, 分别为三组年龄数据应是成岩后的地质改造事件的反映通过金川藏布太两代表性岩体的全岩 - 单矿物 Sm-Nd 等时线测年结果表明,1.5Ga 左右的中元古代早期应是龙首山镁铁 - 超镁铁岩带的形成时代与 Rogers 和 Santosh(2002) 提出的古 - 中元古代 Columbia 超大陆在 1.5Ga 开始裂解作用的认识相吻合, 稍晚于华北古大陆总体趋向 1.8~1.6Ga 大规模裂解的时间 (Lu 等,2002) 说明华北古陆西南缘在 1.5Ga 时期的确存在重要的裂解事件 ( 汤中立等,1995; 李文渊,1996), 同时也反映了龙首山镁铁 - 超镁铁岩带的形成环境金川镁铁 - 超镁铁岩侵入体的模式年龄 TDM 主要集中于 2.4Ga 左右, 而 TCHUR 则趋于 1.8Ga 以上 ( 表 1) 似乎将 2.4Ga 的模式年龄解释为龙首山镁铁 - 超镁铁岩源岩岩浆脱离地幔时期过于长久, 利用球粒陨石均一储库模型计算的 1.8Ga 模式年龄, 可能更能反映幔源岩浆脱离地幔底侵作用 (underplating) 进入地壳的时期 (Windley,1995) 金川岩体 εnd(t) 为 -1.9~- 4.3( 表 1) 的特点示踪了其可能来源于富集地幔的特征, 但也可能代表了 Sm-Nd 同位素体系有地壳物质的混染信息金川岩体的 Rb-Sr 同位素成分测定结果 ( 表 5),( 87 Sr/ 86 Sr)i 在 ~ 之间, 且 εsr(t) 多大于零, 甚至高达数值特点, 似乎更多的提供了金川岩体遭受地壳污染的证据 1 河西堡幅 1/20 万区域地质调查报告 ( 地质部分 ), 甘肃省地质局第一区测队,1966( 内部 ) 7

8 表 3 金川野芨里和北海子镁铁 - 超镁铁岩稀土元素测定数据 Table 3 REE analyses of Jinchuan, Yejili and Beihaizi mafic-ultramafic rock bodies 岩体样号位置岩性 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y REE δeu (La/Yb) N JⅠ-2 Ⅰ 矿区露天矿 19 线纯橄岩 JⅠ-2a Ⅰ 矿区露天矿 19 线纯橄岩 JⅠ-3 Ⅰ 矿区露天矿 19 线二辉橄榄岩金川 JⅠ-7 Ⅰ 矿区露天矿 19 线二辉橄榄岩岩体 JⅠ-7a Ⅰ 矿区露天矿 19 线二辉橄榄岩西段 JⅠ-9 Ⅰ 矿区露天矿 19 线二辉橄榄岩 JⅠ-9b Ⅰ 矿区露天矿 19 线二辉橄榄岩 JⅠ-9c Ⅰ 矿区露天矿 19 线二辉橄榄岩 JⅠ-9d Ⅰ 矿区露天矿 19 线二辉橄榄岩 JⅡ-1 Ⅱ 矿区 36 线 1400 米段二辉橄榄岩 JⅡ-15 Ⅱ 矿区 36 线 1400 米段橄榄辉石岩 JⅡ-36 Ⅱ 矿区 36 线 1232 米段橄榄辉石岩金川 JⅡ-37 Ⅱ 矿区 36 线 1232 米段辉石岩岩体 JⅡ-50 Ⅱ 矿区 36 线 1400 米段二辉橄榄岩东段 JⅡ-66 Ⅱ 矿区 36 线地表辉橄岩 JⅡ-69 Ⅱ 矿区 36 线地表含辉橄榄岩 JⅡ-73 Ⅱ 矿区 36 线地表含辉橄榄岩 B-1 岩体北部 2 线 ZK5 孔辉长岩北海 B-2 岩体北部 2 线 ZK5 孔辉长岩子岩 B-9 岩体 8 线地表辉长岩体 B17 岩体 TC-12 探槽辉长岩 Y-1 野芨里北岩体东端辉橄岩 Y-2 野芨里北岩体东端辉长岩野芨 Y-4 野芨里北岩体东端二辉橄榄岩里岩 Y-6 野芨里南岩体 2 勘查线辉长岩体 Y-14 野芨里南岩体 2 勘查线辉长岩 Y-19 野芨里南岩体 2 勘查线辉橄岩球粒陨石 (Sun & McDonough, 1989) 样品测定单位 : 南京大学现代分析中心 ; 测定者 : 杨杰东陶仙聪等 ; 测试仪器 :X 射线荧光光谱 (XRF) 8

9 根据岩石化学判别图, 金川岩体系苦橄质拉斑玄武岩系列 ( 汤中立等,1995;Chai et al.,1994), 藏布太岩体则落入科马提质玄武岩的范围 ( 董显扬等,1990), 二者造岩矿物亦明显差异, 金川岩体以斜方辉石和单斜辉石均存为特点, 藏布太岩体仅见单斜辉石尤其值得注意的是, 藏布太岩体的 εnd(t) 值与金川岩体相异, 为 +2.6~+2.9( 表 2) 的特点, 至少表明藏布太岩体没有遭受地壳混染同位素特征记录金川岩体和藏布太岩体的差异特征, 反映了龙首山岩带, 在中元古代早期 1.5Ga 时期的岩浆作用事件中, 存在不同演化或不同源区的幔源岩浆作用这是可能的, 世界上与大陆裂谷有关的重要岩浆铜镍硫化物矿床研究表明, 大规模的镍硫化物成矿作用, 肯定是多次岩浆作用不断补给吸收壳源硫, 发生硫化物液相不混溶并萃取岩浆中镍而大规模成矿的 (Naldrett,1989; 张招崇等,2003a 等 ) 金川岩体的部分样品有落入科马提质玄武岩范围的特点, 推测金川岩体可能存在两种以上岩浆系列的岩浆混合 ( 汤中立等,1995; 李文渊 1996), 支持了这种认识金川岩体稀土元素的配分分布特点, 前已述记岩体东西段对比有明显差异岩体东段 ΣREE 要显著高于西段, 西段平均值 , 东段达 ; 且东段 LREE 富集强度要高于于西段, 西段 (La/Yb)N 平均 7.50, 东段为可能反映了不同端元岩浆混合的痕迹(Lambert 等,1989), 东段可能更多反映了较高部分熔融程度的苦橄质端元岩浆或科马提质端元岩浆的特点, 而西段则主要保留了拉斑玄武质端元岩浆的信息, 相对较低的程度地幔部分熔融产物,PGE 含量较高 ( 李文渊,1996) 表 5 金川超镁铁岩 Rb-Sr 同位素测定数据 Table 5 Rb-Sr isotopic data of Jinchuan ultramafic rock body 样号采样位置岩性类型 87 Rb/ 86 Sr 87 Sr/ 86 Sr ( 87 Sr/ 86 Sr) 0 εsr JⅠ-2 Ⅰ 矿区 19 线纯橄岩全样 ± JⅠ-9a Ⅰ 矿区 19 线二辉橄榄岩全样 ± JⅡ-36 Ⅱ 矿区 36 线橄榄辉石岩全样 ± JⅡ-50 Ⅱ 矿区 36 线二辉橄榄岩全样 ± JⅡ-66 Ⅱ 矿区 36 线辉橄岩全样 ± JⅡ-69 Ⅱ 矿区 36 线含辉石橄榄岩全样 ± JⅡ-73 Ⅱ 矿区 36 线含辉石橄榄岩全样 ± 样品测定单位 : 南京大学现代分析中心 ; 测定者 : 杨杰东陶仙聪等 ; 测试仪器 :VG 质谱仪注 :λ= yγ,( Sr/ Sr) CHUR =0.7047,( Rb/ Sr) CHUR =0.0847,t=1.508Ga 金川岩体整体稀土元素 La/Sm-La 图解表明其属于地幔部分熔融的来源, 并认为是地幔柱作用的结果 ( 李文渊,1996) C0ffi n 等 (1994) 认为科马提岩和苦橄岩是地幔柱最热部位的熔融产物, 暗示其超地幔柱源区较高部分熔融程度的来源, 金川岩体岩石化学倾向科马提质岩浆和苦橄质岩浆的特征, 并有金川大规模镍的聚集成矿事件 Keays et al.(1997) 认为大规模的岩浆铜镍硫化物矿床的成矿必然要伴随大规模的岩浆作用事件的发生才有可能形成, 陆壳上这种大规模岩浆事件主要应表现为大火成岩省 (LIPs) 的特点, 并且往往是地质历史上超地幔柱作用的结果 ( 张招崇,2003b) 龙首山中元古代早期镁铁- 超镁铁岩侵入体群是否为大火成岩省作用的结果值得探讨一般说来, 经过强烈分异的亏损的上地幔不可能有大规模镍的聚集成矿, 这也是 MORB 不见大规模镍矿的原因 (Craig,,1979) 但仍被质疑的是, 如果华北陆块西南缘 1.5Ga 时期超地幔柱作用存在的话, 应有大规模大陆溢流玄武岩的存在来佐证 (Coffin,1994 ;Richards et al.,1991;keays et al.,1997) 夏林圻等(2000) 等对龙首山 10

10 相邻北祁连山西段中元古代朱龙关群中变质基性岩的大陆溢流玄武岩的判定, 或许提供了初步证据, 但仍需进一步深入研究 4.2 阿拉善地块南缘镁铁 - 超镁铁岩形成演化通过阿拉善地块南缘金川藏布台野芨里和北海子等四个典型镁铁 - 超镁铁岩 Sm-Nd 同位素定年和 REE 配分特征研究表明, 中元古代早期 (1.5Ga) 和新元古代早期 (773Ma) 是华北陆块西南缘两期最为重要的幔源镁铁 - 超镁铁岩浆作用的时期, 即两期重要的幔源基性岩浆底侵作用增生地壳的时期 1.5Ga 的中元古代早期岩浆作用主要表现在华北陆块西南缘边缘龙首山隆起中, 但成岩岩浆源区和演化过程可能存在显著差异董显扬等 (1990) 认为龙首山西段的藏布台等岩体, 岩体与上下地层呈整合接触产出, 是一套镁铁 - 超镁铁质喷出岩, 是具有硅酸盐玻璃基质和鬣刺结构的科马提岩这一认识还需进一步证实, 但岩石地球化学特征与龙首山中东段的金川等岩体的差异是显著的应用 AFM 图解, 金川等岩体化学成分投图落在拉斑玄武岩区, 且靠近 M-F 一边, 具富铁镁的特点, 镁质 - 铁质超镁铁岩图解落入铁镁质亚区 ( 汤中立等,1995), 藏布台等岩体部分样品则落入钙碱性区, 且镁铁质铁镁质铁质亚区均有样点分布 ( 李文渊,1996);εNd(t) 值也明显不同, 反映了不同源岩浆来源和不同的岩浆演化的产物北海子岩体, 主要为闪长岩辉长岩组成的中 - 基性岩体, 其中辉长岩中有 Cu-Ni 硫化物矿化体其 LREE 富集和 ΣREE 平均高达的特点, 可能表明北海子岩体不仅从地幔侵入地壳中有壳源物质的污染, 使其 Sm-Nd 同位系体系已呈现出明显的地壳物质的特征,Sm/Nd 量高, 超出一般镁铁 - 超镁铁岩的范围其岩浆演化可能为幔源岩浆与壳源岩浆相混的结果, 与金川藏布台野芨里岩体均不同新元古代早期 (773Ma) 岩浆作用则主要发生在华北陆块西南缘的北大山隆起中, 以形成野芨里岩体为代表, 主要由辉长辉绿岩橄榄辉石岩和二辉橄榄岩等组成的镁铁 - 超镁铁层状杂岩其成岩时代岩石化学成分与龙首山岩带不同其 m/f 比值为 0.85~6.41, 且多落入铁质系列的镁质亚区和镁铁质亚区但野芨里 ΣREE 平均值较低仅低于金川和北海子岩体,εNd(t) 值均大于零, 与金川岩体不同中元古代早期 (1.5Ga) 和新元古代早期 (773Ma) 两期幔源岩浆作用事件, 分别代表了华北地陆块早期的两期构造裂解事件前者为 Columbia 超大陆裂解作用在华北陆块西南部的响应 (Rogers 和 Santosh,2002), 构造作用强烈, 岩浆作用规模大而来源多样, 推测在龙首山地区曾是古超地幔柱作用的地区, 伴随有大规模的岩浆铜镍硫化物矿床形成 ; 后者为 Rodinia 超大陆裂解的响应 (Hoffman,1991), 但岩浆作用相对单一, 无岩浆铜镍硫化物矿床形成感谢审稿人辛勤而严谨的工作和对论文初稿的详尽审稿意见 References Barnes S J and Tang Zhongli Chrome Spinels from the Jinchuan Ni-Cu Sulphide Deposit, Gansu Province, Peoples' Republic of China[J]. Economic Geology, 94(3): 343~356 Chhai Gang, Naldrett A J The Jinchuan ultramafic intrusion: Cumulate of a high-mg Basalic magma[j]. Journal of Petrology, 44(2): 2775~

11 Craig, J R Geochemical aspects of the origins of ore deposits,review of research on modern problems in geochemistry[j],earth sciences 16,225~272. Coffin M, Eldholm O Large igneous provinces: crustal structure, dimensions, and external consequences[j]. Rev Geophys,,32: 1~36. Dong Xianyang, Zeng Heqing,Wang Laisheng The komatiite is found in western Lonshoushan, China[J]. Bulletin of the Xian Institute of Geology and Mineral Resources, CAGS, 30: 136~139. Hoffman P F Did the breakout of Laurentia turn Gondwanaland inside-out[j]. Science, 252: 409~412. Keays R R. Requirements for the formation of giant Ni-Cu-PGE sulfide deposits: The role of magma generation[j]. Transactions of the American Geophysical Union (EOS), 1997, 78: F799. Li Wenyuan Main assemblages of mineral deposits and their metallogenetic dynamics in the Qilian Mountains[J]. Acta Geoscientia Sinica (in Press). Li Wenyuan Metallogenic series and geochemistry of nickel-copper sulfide deposits in China[M]. Xi an : Xi an Cartographic Publishing House,:1~228 (in Chinese with English abstract). Lu S N, Yang C L, Li H K et al A group of rifting events in the terminal Paleoproterozoic in the North China Craton[J]. Gondwana Research, 5(1):, 123~131. Naldrett, A.J., 1989, Magmatic sulfide deposits[m]. New York, Oxford University Press, 186 p. No.6 unit of Gans Breau of Geology and Mineral Resources Geology of Baijiazzuizi sulfide nickel deposit[m]. Bejing: Geological Publishing House, 11~17(in Chinese). Ren Jishun,Jiang Chunfa, Zhang Zhengkun, et al The Geotectonic Evolution of China[M]. Beijing: Science Press, 1~124(in Chinese). Richards M A, Jones D L, Duncan R A, et al A mantle plume initiation model for the Wrangellia flood basalt and other oceanic plateaus[j]. Science. 254: 263~267. Rogers J J W, Santosh M Cofnfiguration of Columbia, a Mesoproterozoic Supercontinent[J]. Gondwana Research, 5(1):, 5~22. Sun S S & McDonough W F Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts : implications for mantle composition and processes[a]. Saunders A D & Norry M J. Magmatism in the Ocean Basins [C]. Geological Society. London, Special Publication, 42: 313~345. Tang Zhongli, Li Wenyuan. Nickel-copper sulfide ( platinum-bearing) mineral deposit and geologic contrast[m]. Bejing: Geological Publishing House, 1~209(in Chinese). Tang Zhongli, Barnes S J Mineralization mechanism of magmatic sulfide deposits[m]. Bejing: Geological Publishing House, 1~70(in Chinese with English abstract). Xia Linqi, Xia Zuchun, Xu Xueyi Proterozoic continental flood basalts from Qilian Mountains[J]. Geologica Review, 45(Sup.): 1028~1037 (in Chinese with English abstract). Xu Yigang Mantle plummes, large igneous provinces and their geologic consequences[j]. Earth Science Frontiers, 9(4): 1~70(in Chinese with English abstract). Wilson M Igneous petrogenesis[m]. London: Unwin Hyman,120~168. Windley B F The evolving continents[m]. New York: John Wiley, 1~526. Zhang Benren, Gao Shan, Zhang Hongfei et al Geochemistry of Qinling Orogen[M]. Bejing: Science Publishing House, 155~161(in Chinese). Zhang Zhao-chong, Hao Yan-li, Wang Fu-sheng. 2003a. Picrites in lqrge igneous provinces and their implications[j]. Earth Science Frontiers, 10(3):105 ~114(in Chinese with English abstract). Zhang Zhao-chong, Yan Sheng-hao, Chen Bai-lin et al. 2003b. Geochemistry of the Kalatongke basic complex in Xinjiang and its constraints on genesis of the deposit[j]. Acta Petrologica et Mineralogica, 22(3):217~224. 附中文参考文献 12

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km 5 km Pt 2 x 2 1 Au 65 ~ ~ km 5 km 10 km 2 Au Au

km 5 km Pt 2 x 2 1 Au 65 ~ ~ km 5 km 10 km 2 Au Au 38 1 2015 3 JOURNAL OF EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY Vol. 38 No. 1 Mar. 2015 doi 10. 3969 /j. issn. 1674-3504. 2015. 01. 002 1 2 1 2 3 1. 471000 2. 471000 3. 510640 9 P618. 51 A 1674-3504 2015 01-0012-11.