祁连山玉石沟橄榄岩岩浆作用的记录和铬铁矿的成因

第４８卷第ｌ期　２０１５年（总１９５期）　西　北　地　质　

ＮｏＲＴＨＷＥＳＴＥＲＮ　ＧＥＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１．４８　Ｎｏ．１　２０１５（Ｓｕｍｌ９５）　

祁连山玉石沟橄榄岩岩浆作用的记录　

和铬铁矿的成因　

胡振兴　，牛耀龄　，刘益　，孙文礼　，陈硕。，李继永。，张国瑞　

（１．兰州大学地质科学与矿产资源学院，甘肃兰州　７３００００；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｄｕｒｈａｍ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄｕｒｈａｍ　ＤＨ１　３Ｉ　Ｅ，ＵＫ；３．中国科学院海洋研究所，山东青岛　２６６０７１；４．中国地质大学地球科学与资源学院，北京　１０００８３）　

摘　要：祁连山玉石沟蛇绿岩型铬铁矿是典型的高铬型铬铁矿床。通过对玉石沟铬铁矿和橄榄岩　

围岩进行原位定距离采样研究表明：全岩高的ＭｇＯ和低的Ｓｉ０ｚ含量指示这些蛇纹石化橄榄岩不　

是简单的部分熔融残余，而是经历了后期的熔体再富集作用。玉石沟近矿橄榄岩尖晶石（Ｃｒ　＞　６５）和铬铁矿尖晶石的矿物包裹体化学特征反映矿体和围岩形成于俯冲带上覆岩石圈地幔。距离　

矿体由近及远，赋矿围岩尖晶石化学成分（Ｃｒ　一４３．９～７７．２，ＴｉＯ　一０．０６　～０．３４　）无规律变　化。这说明高铬型铬铁矿体成矿所需铬并非来源于围岩，而是与玻安质熔体渗滤有关。尖晶石含　水矿物包裹体仅赋存在玉石沟铬铁矿尖晶石与硅酸盐矿物接触部位附近可能揭示了玉石沟铬铁矿　体的成因：成矿铬尖晶石在上侵的含水熔体与周围方辉橄榄岩的反应过程中形成聚集。　

关键词：豆荚状铬铁矿；包裹体；玻安质熔体；水；玉石沟　

中图分类号：Ｐ５１】．４　文献标志码：Ａ　文章编号：１００９—６２４８（２０１５）０１—０００１—１５　

Ｔｈｅ　Ｍａｇｍａｔｉｃ　Ｒｅｃｏｒｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｐｅｒｉｄｏｔｉｔｅｓ　ｆｒｏｍ　Ｙｕｓｈｉｇｏｕ，　

Ｑｉｌｉａｎ　Ｏｒｏｇｅｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｐｅｔｒｏｇｅｎｅｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｏｐｈｉｏｌｉｔｅ—Ｔｙｐｅ　Ｃｈｒｏｍｉｔｉｔｅｓ　

ＨＵ　Ｚｈｅｎｘｉｎｇ　，ＮＩＵ　Ｙａｏｌｉｎｇ　’。一，ＬＩＵ　Ｙｉ　，ＳＵＮ　Ｗｅｎｌｉ　，ＣＨＥＮ　Ｓｕｏ。，ＬＩ　Ｊｉｙｏｎｇ。，ＺＨＡＮＧ　Ｇｕｏｒｕｉ　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７　３００００，Ｇａｎｓｕ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，　Ｄｕｒｈａｍ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄｍ’ｈａｍ　ＤＨ１　３ＬＥ，ＵＫ；３．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｏｃｅａｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０７１，　Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ；４．Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００８３，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎ　ｏｆ　ｏｐｈｉｏｌｉｔｅ—ｔｙｐｅ　ｃｈｒｏｍｉｔｅｓ　ｒｅｍａｉｎ　ｐｏｏｒｌｙ　ｕｎｄｅｒｓｔｏｏｄ　ｄｅｓｐｉｔｅ　ｔｈｅ　ｇｒｅａｔ　ｅｆｆｏｒｔ　

ｏｖｅｒ　ｔｈｅ　ｙｅａｒｓ．Ｗｅ　ｈａｖｅ　ｓａｍｐｌｅｄ　ｐｏｄｉｆｏｒｍ　ｃｈｒｏｍｉｔｅｓ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｈｏｓｔ　ｐｅｒｉｄｏｔｉｔｅｓ　ａｔ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｉｎｔｅｒｖａｌｓ　

ｉｎ　Ｙｕｓｈｉｇｏｕ　ｏｐｈｉｏｌｉｔｅ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｗｅｌｌ—ｋｎｏｗｎ　ｆｏｒ　ｉｔｓ　ｈｉｇｈ—Ｃｒ　ｃｈｒｏｍｉｔｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｅａｒｌｙ　Ｐａｌｅｏｚｏｉｃ　Ｑｉｌｉａｎ　

ｓｕｔｕｒｅ　ｚｏｎｅ．Ｔｈｅ　ｖｅｒｙ　ｈｉｇｈ　ＭｇＯ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ＳｉＯ２　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｉｚｅｄ　ｐｅｒｉｄｏｔｉｔｅｓ　ｒｅｆｌｅｃｔ　

ｔｈａｔ　ｔｈｅｙ　ａｒｅ　ｔｏｏ　ｄｅｐｌｅｔｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｒｅｓｉｄｕｅｓ　ｏｆ　ｐａｒｔｉａｌ　ｍｅｌｔｉｎｇ．Ｂｏｔｈ　ｔｈｅ　ｃｈｒｏｍｉｔｅｓ　ａｎｄ　ｐｅｒｉｄｏｔｉｔｅｓ　

ｍａｙ　ｈａｖｅ　ｕｎｄｅｒｇｏｎｅ　ｍｕｌｔｉ—ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｏｆ　ｍｅｌｔ　ｒｅｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｇｌｏｂａｌ　ａｂｙｓｓａｌ　ｐｅｒｉｄｏ～　

ｔｉｔｅｓ，ｔｈｅｉｒ　ｓｐｉｎｅｌｓ　ｈａｖｅ　ｖｅｒｙ　ｈｉｇｈ　Ｃｒ　（＞６５）．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ　ｕｎｉｆｏｒｍ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ～　

收稿日期：２０１４—０９—１０；修回日期：２０１５—０２　０９　基金项目：中国地质调查局地质调查项目“新疆北部晚古生代大规模岩浆作用与成矿藕合关系研究”（１２１２０１１１２１０９２），中国　大型一超大型矿床成矿地球动力学背景、过程和定量评价综合研究（１２１２０１１２２０９２８）　作者简介：胡振兴（１９８９一），男，硕士，矿物、岩石、矿床学专业。Ｅｍａｉｌ：ｈｕｚｈｘ１２＠ｌｚｕ．ｃ

ｎ　西　北　地　质　Ｎ０ＲＴＨＷＥＳＴＥＲＮ　ＧＥ０Ｌ０ＧＹ　

ｔｉｃｓ　ｏｆ　ｃｈｒｏｍｉｔｅ—ｈｏｓｔｅｄ　ｓｉｌｉｃａｔｅ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ　ｓｕｇｇｅｓｔ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｏｒｅｂｏｄｙ　ｍａｙ　ｈａｖｅ　ｆｏｒｍｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　

ｓｕｐｒａｓｕｂｄｕｃｔｉｏｎ　ｚｏｎｅｓ　ｓｅｔｔｉｎｇ．Ｗｉｔｈ　ｉｒｒｅｇｕｌａｒ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆ　ｓｐａｔｉａｌ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｃｒ＃ｆｒｏｍ　７７．２　ｔＯ　４３．９　ａｎｄ　ＴｉＯ２　ｆｒｏｍ　０．３４　９／６　ｔｏ　０．０６　，ｔｈｅ　ｓｐｉｎｅｌｓ　ｉｎ　ｈｏｓｔ　ｐｅｒｉｄｏｔｉｔｅｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　

ｈｉｇｈ—Ｃｒ　ｃｈｒｏｍｉｔｅｓ　ｈａｖｅ　ａ　ｂｏｎｉｎｉｔｉｃ　ｍｅｌｔ　ａｆｆｉｎｉｔｙ　ｉｎｓｔｅａｄ　ｏｆ　ｏｒｉｇｉｎａｔｉｎｇ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｈｏｓｔ　ｐｅｒｉｄｏｔｉｔｅｓ．　

Ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｕｓ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ　ｏｎｌｙ　ｏｃｃｕｒ　ｎｅａｒ　ｔｈｅ　ｏｕｔｅｒ　ｅｄｇｅ　ｏｆ　ｃｈｒｏｍｉａｎ　ｓｐｉｎｅｌｓ　ａｎｄ　ｓｉｌｉｃａｔｅ　

ｍｉｎｅｒａｌｓ　ｍａｙ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｅｖｉｄｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｏｕｒ　ｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓ：ｃｈｒｏｍｉｔｅ　ｏｒｅ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｆｒｏｍ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｕｓ　ｍｅｌｔ　ｗｉｔｈ　ｈａｒｚｂｕｒｇｉｔｉｃ　ａｍｂｉｅｎｃｅ　ｄｕｒｉｎｇ　ａｓｃｅｎｔ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｄｉｆｏｒｍ　ｃｈｒｏｍｉｔｅ；ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ；ｂｏｎｉｎｉｔｉｃ　ｍｅｌｔ；ｗａｔｅｒ；Ｙｕｓｈｉｇｏｕ　

蛇绿岩型铬铁矿因矿体形似豆荚又称豆荚状铬　铁矿，矿体外围常被一层薄薄的纯橄岩包围。这类　纯橄岩常被解释为熔一岩反应的产物（Ｂａｃｈｌ　ｅｔ　ａ１．，　２００４；Ｚｈｏｕ　ｅｔ　ａ１．，２００５）。近年来，通过对太平洋、　大西洋和印度洋洋中脊的直接深海钻探（Ｌｅｇ１４７，　Ｌｅｇ２０９等），发现了一些小的豆荚状矿石，厚度约１　

４４　ｃｍ。一些学者将其作为洋中脊能够提供形成豆　荚状铬铁矿环境的直接证据（Ｍａｔｓｕｋａｇｅ　ｅｔ　ａ１．，　１９９８；Ａｂｅ，２０１１；Ｐａｙｏｔ　ｅｔ　ａ１．，２０１３）。此外，罗布　莎等豆荚状铬铁矿中原位金刚石包裹体的存在指示　豆荚状铬铁矿可能来源于深部地幔（Ｙａｎｇ　ｅｔ　ａ１．，　２０１４）。熔一岩反应、熔体不混溶、含水流体相与硅酸　盐相的分离是目前用来解释豆荚状铬铁矿成因的流　行假说（Ｇｏｎｚｄｌｅｚ—Ｊｉｍ６ｎｅｚ　ｅｔ　ａ１．，２０１４），但并未解　答铬铁矿为什么会在一定部位集中结晶这一关键问　题（胡振兴等，２０１４）。　祁连玉石沟蛇绿岩套赋存着典型的高铬型豆荚　状铬铁矿床。认为玉石沟地幔橄榄岩经历了熔体再　富集作用（Ｓｏｎｇ　ｅｔ　ａ１．，２００９；饶万祥等，２０１２）；玉石　沟铬铁矿与地幔橄榄岩的高程度部分熔融有关（周　会武等，１９９５；童海奎等，２０１２）。通过对玉石沟铬铁　矿及其橄榄岩围岩的岩相学和地球化学特征研究，　提出一个铬铁矿成因假设；并获得对此类铬铁矿体　赋存围岩的进一步认识，这有助于在实际找矿工作　中对矿体进行更准确的定位。　

１　区域地质背景　

玉石沟蛇绿岩体位于青海省祁连县野牛沟乡，　认为其代表了早古生代祁连洋洋壳的残体（图ｌａ；　肖序常等，１９７８；Ｓｏｎｇ　ｅｔ　ａ１．，２０１３）。玉石沟蛇绿岩　岩石组合发育较完整，有变质橄榄岩、堆晶岩、枕状　熔岩和硅质岩等。南北均以断裂为界（冯益民等，　１９９６）。前人对该岩体周围地层与古生物化石及枕　状熔岩全岩Ｒｂ—Ｓｒ（肖序常等，１９７８）、辉长岩锆石　Ｕ—Ｐｂ同位素年代学研究（史仁灯等，２００４；Ｓｏｎｇ　ｅｔ　ａ１．，２０１３）指出玉石沟蛇绿岩年龄约５５０～５２１　Ｍａ。　

２矿体地质及岩石学特征　

玉石沟蛇绿岩超基性岩体群主要由北、中、　小、南４个岩体组成（图１ｂ），较大的铬铁矿体多　集中在南岩体。铬铁矿矿体多呈雁行式排列，以　透镜体状赋存在蛇纹石化纯橄岩中（姚培慧，　１　９９６）。所研究的铬铁矿矿体位于南岩体中，矿　体长轴方向与水平面夹角约４５。。矿体与围岩界　线明显（图２ａ）；矿石主要为致密块状矿石，围岩　为蛇纹石化橄榄岩。距离矿体约２０　ｍ处可见一　稀疏浸染状铬铁矿脉。　对玉石沟铬铁矿体及其围岩进行了原位采样：　致密块状矿石、稠密浸染状矿石、稀疏浸染状矿石共　１２个，矿石直接围岩（图２ａ）、与矿体距离小于１　ｍ　的近矿围岩（沿矿体长轴方向）、按距离矿体由近及　远一定间隔（５～１０　ｍ）采得的远矿围岩共２１个。　围岩橄榄岩中的矿物已严重蛇纹石化，尖晶石与蛇　纹石等蚀变矿物接触截然（图２ｂ）。铬铁矿和橄榄　岩尖晶石都有橄榄石、单斜辉石等硅酸盐矿物包裹　体，其中铬铁矿尖晶石中的硅酸盐包裹体以单斜辉　石为主，这些包裹体矿物粒径为２～１００　ｕｍ不等　（图２ｃ，图２ｄ）。　

３样品分析方法　

全岩主量元素在中国地质大学（武汉）地质过程　第１期　胡振兴等：祁连山玉石沟橄榄岩岩浆作用的记录和铬铁矿的成因　５　

尖晶石（０。０６　～０．３４　，ＡＶＥ　４—０．１８　）小（图　４ｂ）。距离致密铬铁矿矿体由近及远，围岩尖晶石　ＴｉＯ　含量不规则波动，无逐渐增大趋势（表２）。　对铬铁矿尖晶石母熔体化学成分模拟计算显　示：母熔体Ｔ　Ｏ　含量为０．１３　～０．３０　，ＡＩ　Ｏ。含　量为１３．７６　～１５．１６　。玉石沟铬铁矿尖晶石母　熔体具有类似的化学成分（图４ｃ）。　４．３尖晶石包裹体特征　玉石沟铬铁矿和围岩尖晶石都有橄榄石、单斜　辉石等硅酸盐矿物包裹体（图５），但化学成分有明　显差别（表４）。后期包裹体矿物与尖晶石发生亚固　相线的Ｍｇ—Ｆｅ交换（Ｍｅｌｃｈｅｒ　ｅｔ　ａ１．，１９９７），导致　橄榄石、单斜辉石、斜方辉石包裹体的Ｆｏ值高达　９３．０ｈ９７．４。相对于玉石沟新鲜橄榄岩相应单矿物　（Ｓｏｎｇ　ｅｔ　ａ１．，２００９）和铬铁矿围岩尖晶石的矿物包　裹体中铬铁矿尖晶石的矿物包裹体：橄榄石具有高　的ＮｉＯ（Ｏ．４Ｏ　～１．Ｏ３　，图６ａ），辉石具有低的Ａｌ　Ｏ　（Ｃｐｘ＝０．５２　～１．５２％，图６ｂ；Ｏｐｘ一０．３１　～　０．５７％，图６ｃ），这与全球蛇绿岩型高铬值铬铁矿和　橄榄岩尖晶石硅酸盐矿物包裹体化学特征一致　（Ｍｃｅｌｄｕｆｆ　ｅｔ　ａ１．，１９９１；Ａｈｍｅｄ　ｅｔ　ａ１．，２００１；Ｚｈｏｕ　ｅｔ　ａｌ＿，２Ｏ１４）。　值得指出的是玉石沟铬铁矿尖晶石还有角闪　石、云母含水矿物包裹体（图７）。角闪石为韭闪石