甘肃柳园三个井镁铁－超镁铁岩体矿物学研究

陈宏骏

（长安大学地球科学与资源学院，陕西西安 710064）

作者简介：陈宏骏（1992－），男，长安大学地球科学与资源学院硕士研究生，矿物学、岩石学、矿床学专业。

摘 要：甘肃北山三个井岩体的规模属于典型的小岩体，超镁铁岩发育。已有研究证明本区与岩浆硫化物矿床有关的镁铁质－超镁铁质岩体和矿化岩体均形成于泥盆纪，不同于东天山黄山岩带以及新疆北山地区（二叠纪）。三个井岩体与同一构造带的大山头、黑山和怪石山岩体时代一致，为晚泥盆纪，构造背景应为活动大陆边缘环境。岩体在岩浆演化过程中矿物结晶的顺序是：橄榄石－斜方辉石＋斜长石－单斜辉石（角闪石）；金属矿物形成顺序为：磁黄铁矿→黄铁矿→磁铁矿。

关键词：岩体地质特征；岩石学；矿物学；三个井；北山

Abstract：the size of Sangejin rock is a typical small ultramafic rock，It has been proved that this magmatic sulphide deposits associated with mafic－ultramafic rock and mineralized rock were formed during the Devonian period，unlike the East Tians－han and Huangshan rockbandand Beishan area（Permian）．Sangejin rock has the same structural belt time with“Dashantou”、“Heishan”and“Guaishishan”as the late Devonian，tectonic setting should be the active continental margin environment．Mag－matic evolution of rock in the order of mineral crystals are：olivine－clinopyroxene＋plagioclase－clinopyroxene（amphibole ）；metallic mineral formation order：pyrite→pyrrhotite→magnetite．

Key words：Geological characteristics of rock mass；Petrology；Mineralogy；Sangejing；Beishan

1 引 言

甘肃北山地区因黑山大型铜镍硫化物矿床的发现，使得该区镁铁质－超镁铁质岩体的研究成为热点［1］。本区镁铁质－超镁铁质岩体众多，自西向东分布有玉石山、大山头、三个井、黑山、怪石山、锡林柯博等大小不等近二十处镁铁质－超镁铁质杂岩体（群），岩体规模较小，一般＜1km2。其中，黑山岩体已证实是含矿岩体，另外，怪石山岩体、大山头岩体均有矿化显示。本文选择与黑山、怪石山和大山头岩体处于同一构造带的三个井岩体进行地质特征、岩石学和矿物学研究。在充分收集和总结前人研究成果的基础上，开展野外调研与室内研究相结合，通过对三个井镁铁—超镁铁质岩体进行系统的岩石学、矿物学以及详细的岩相学研究，确定三个井岩体中岩石类型、岩石结构与构造、矿物共生组合及生成顺序，为此区镁铁质－超镁铁质岩体研究积累基础资料。

2 地质概况

北山地区北邻中亚造山带南缘，处于塔里木板块东北部（图1b），整体构造形态平面上为由一系列近东西向的向北凸出的弧形大断裂分割的断块系统，主构造线走向近东西向，局部可向NNW或NNE向偏离，形成弧形构造线（图1c）。前人对北山地区构造格局划分进行了系统研究，但至今仍没有统一的认识，绝大多数学者认为北山地区处于塔里木板块和哈萨克斯坦板块的结合部位（图1a），具有多期“开合”历史［1－3］。

图1

1－板块界线；2－区域断裂；3－居民点；4－研究区；I－塔里木板块；I1－敦煌地块，I2－磁海－红柳园－白山堂晚古生代陆内裂谷带；I3－花牛山早古生代陆缘裂谷带；I4－方山口－营毛沱－鹰咀红山早古生代陆缘带；II－哈萨克斯坦板块；II1－白玉山南－公婆泉－东七一山早古生代活动陆缘带；II2－星星峡－明水－旱山地块；①－柳园大奇山深大断裂；②－明金沟－红山断裂；③－黑山－碱泉子深大断裂；④－红柳河－牛圈子－洗肠井深大断裂；⑤明水－石板井－小黄山深大断裂。

3 岩体地质特征

3．1 岩体地质

三个井岩体位于北山地区方山口－营毛沱－鹰咀红山古生代陆缘带，黑山矿床以西35km，呈透镜状产出，走向150°，倾向175°。区域宏观地质特征显示，三个井镁铁－超镁铁质岩体与北侧大山头辉长岩体相距3km，二者之间大面积出露石英闪长岩（图2）。

图2 柳园北部地区地质简图

1－第四系；2－中、下奥陶统罗雅楚山组（变长石石英砂岩）；3－青白口系大豁落山组含燧石条带（白云质大理岩）；4－蓟县系平头山组（白云岩、灰岩）；5－华力西晚期花岗岩；6－华力西中期斜长花岗岩；7－石英闪长岩；8－暗色辉长岩；9－断层及推测断层／逆断层；10－产状；11－地质界线／岩相分界。

前人将大山头岩体与三个井岩体视为同一岩体，岩石地球化学特征也表明二者岩浆演化趋势具有很好的一致性。野外观察显示，大山头暗色

辉长岩体与石英闪长岩呈明显的侵入接触，暗色 辉长岩体的岩枝伸入到石英闪长岩之中，并且石英闪长岩有被烘烤痕迹；三个井超镁铁岩侵入到暗色辉长岩中，二者又都侵入到石英闪长岩中（图4a～d）。因此可见，石英闪长岩形成较早，而暗色辉长岩和超镁铁岩较晚。据此推断，三个井岩体与大山头岩体应为同期形成，只是三个井岩体发育超镁铁质岩，且晚于暗色辉长岩。

对比大山头基性杂岩体，三个井岩体超镁铁质岩发育，超镁铁岩主要发育在岩体西部及北部边缘（图3），并且规模较小（约0．96km2），具有典型的小岩体特征。

图3 三个井岩体地质简图

3．2 岩石特征

岩体主要由镁铁－超镁铁质岩构成，主要岩石类型有单辉橄榄榄岩、方辉橄榄岩、橄榄二辉辉石岩、二辉辉石岩、辉长岩、角闪辉长岩，岩石普遍蚀变较强。可见到橄榄辉石岩侵入到石英闪长岩中。各个不同岩相之间呈现出渐变过渡的关系［3］。

单辉橄榄岩：岩石呈黑褐色，半自形－它形粒状结构，堆晶结构，包橄结构，块状构造。由橄榄石（85％±）、单斜辉石（10％±）、黑云母（5％±）、角闪石（3％±）及磁铁矿组成。橄榄石呈它形粒状，普遍发生强烈的蛇纹石化，整体呈镶嵌状分布，沿其裂隙及边缘发生铁质析出，形成粉尘状磁铁矿；单斜辉石呈半自形—它形短柱状或粒状，发生较强的透闪石化（图5c）。黑云母呈现它形粒状或脉状产出，可见其经过水化作用蚀变为白云母后从裂隙中析出磁铁矿等铁质矿物（图5a）以及白云母鲜艳干涉色现象（图6d）。少量角闪石呈它形粒状或长柱状并且包裹蛇纹石化的橄榄石（图5b）。

方辉橄榄岩：岩石呈灰黑色，具堆晶结构，包橄结构（图5d），块状构造。由橄榄石（55％～70％）、斜方辉石（10％～25％）、角闪石（5％±）及少量白云母组成。橄榄石（堆晶相），呈它形粒状，普遍发生强烈的蛇纹石化（图5g），辉石主要为斜方辉石（填隙相），半自形－他形短柱状，具有红褐色角闪石反应边（图5e），其包含橄榄石形成包橄结构（图5h）并发生弱的纤闪石化、绿泥石化，可见沿辉石裂隙析出铁质矿物（图5f）。少量角闪石（填隙相）呈它形粒状或长柱状，包含斜方辉石并沿其边缘发育。白云母以纤维状集合体产出，闪突起明显，干涉色鲜艳（图5g）。

橄榄二辉辉石岩：岩石呈灰黑色，具包橄结构，反应边结构，块状构造。由橄榄石（20％±）、斜方辉石（40％±）、单斜辉石（25％±）组成。可见橄榄石与辉石结晶较好，橄榄石呈半自形粒状，粒径为0．6～1mm，少量橄榄石边缘可见斜方辉石反应边结构。单斜辉石呈半自形—它形，普遍发生纤闪石化、阳起石化。斜方辉石呈半自形结构，粒径1mm左右，较为新鲜，周围具有微弱的绿泥石化现象（图6e）。

二辉辉石岩：岩石呈灰黑色，为半自形－它形粒状结构，块状构造。由单斜辉石（40％±）、斜方辉石（40％±）、角闪石（5％±）组成，蚀变较强，可见其已经遭受强烈的滑石化蚀变现象（图4g）。单斜辉石为半自形—它形短柱状或粒状，发生纤闪石化、绿泥石化；斜方辉石呈它形粒状，较为新鲜，局部可见其发生较强的滑石化（图6f）。次要矿物为角闪石，角闪石呈它形粒状，可见其多发生绿泥石化，并且局部包含阳起石化辉石（图6f）。

辉长岩：灰绿色，具辉长结构、半自形中粒结构，块状构造。岩石主要由斜长石（40％～50％）、辉石（35％～40％）以及少量不透明矿物组成，含有少量的角闪石（5％～10％）、磷灰石（1％～2％）、榍石（1％±），斜长石多呈半自形－自形板柱状，多发生黝帘石化，碳酸盐化；辉石呈半自形—它形短柱状或粒状，多发生阳起石化与透闪石化（图6b）。

图4 三个井岩体野外及镜下照片

a、b－三个井岩体辉石岩与石英闪长岩界线；c－三个井岩石发生孔雀石化；d－三个井岩体接触破碎带；e－角闪辉长岩中角闪石包裹长石；f－角闪辉长岩中长石聚片双晶发育；g－二辉辉石岩中强烈的滑石化蚀变；h－角闪辉长岩中角闪石劈理化现象并析出铁质矿物

（注：Ol－橄榄石；Opx－斜方辉石；Cpx－单斜辉石；Pl－斜长石；Hbl－角闪石；Ep－绿帘石Srp－蛇纹石；Tlc－滑石；Bt－黑云母；Ms－白云母；Chl－绿泥石；Tr－透闪石；Qtz－石英）

角闪辉长岩：岩石呈灰绿色，具半自形粒状结构，中细粒结构，辉长结构，块状构造。岩石蚀变强烈。由斜长石（25％～50％）、辉石（25％～35％）、角闪石（10％～25％）以及极少量石英（2％±）组成，斜长石呈半自形板柱状，粒径多为0．5～1mm，发育聚片双晶（图4f），双晶带宽且清楚。单偏光镜下无色，突起等级从负低－正低不等，干涉色一级灰白，也可见少量一级黄白干涉色。在其表面可以看到有很明显的钠黝帘石化（图6h），构成辉长结构。辉石普遍发生较强的绿泥石化（图6c）、阳起石化；角闪石呈它形粒状，粒径介于0．5mm×1mm～2mm×3mm。偶可见角闪石包裹斜长石（图4e）。此外在镜下可见其具有明显的劈理化（图4h），并且岩劈理缝析出铁质矿物。石英为他形矿物分布于其中，正低突起，无解理，表面干净，Ⅰ级黄白干涉色（图6a），属于稳定矿物，不易发生蚀变。粒径大约为0．1～0．6mm，含量较少。

图5 三个井岩石显微照片（正交偏光）

a－橄榄岩中黑云母蚀变为白云母析出铁质矿物；b橄榄岩中角闪石包含蛇纹石化橄榄石；c－橄榄岩中辉石发生透闪石化；d－方辉橄榄岩中斜方辉石包含橄榄石；e－方辉橄榄岩中斜方辉石具红褐色角闪石反应边；f–方辉橄榄岩中斜方辉石析出铁质矿物；g－方辉橄榄岩中的白云母化以及蛇纹石化；h－方辉橄榄岩中斜方辉石包含蛇纹石化的橄榄石

4 矿物学特征

4．1 主要造岩矿物成分特征

橄榄石：橄榄石主要见于橄榄岩、方辉橄榄岩、橄榄二辉石岩中，多为贵橄榄石，呈自形－半自形，常呈浑圆粒状被辉石包裹，形成包橄结构（图5d），蚀变较强，多发生蛇纹石、滑石、纤闪石、绿泥石化。粒径从0．5×2mm～2×5mm。被蛇纹石交代时，可见点状磁铁矿沿橄榄石裂纹或边缘分布，部分橄榄石被蚀变呈蛇纹石假像。含量从5％～85％。电子探针分析显示橄榄石Si O2含量为39．43％～40．12％，Mg O含量为41．82％～43．97％，Fe O含量为16．05％～17．93％，Fo值介于80～83之间，成分变化不大，均为贵橄榄石。

图6 三个井岩体显微照片（正交偏光）

a－角闪辉长岩中石英颗粒（呈现一级黄白干涉色）；b辉长岩中辉石发生透闪石化；c－角闪辉长岩中黑云母被绿泥石交代；d－橄榄岩中白云母鲜艳干涉色；e－橄榄二辉辉石岩中斜方辉石具有微弱的绿泥石化现象；f－二辉辉石岩中斜方辉石滑石化以及角闪石包含阳起石化的辉石；g－角闪辉长岩中斜长石发生黝帘石化；h－角闪辉长岩中斜长石发生绿帘石化

辉石：呈它形粒状分布，分为单斜辉石和斜方辉石两大类。单斜辉石在各岩相中均有分布，常包裹橄榄石晶体。斜方辉石主要分布在二辉橄榄岩和橄榄辉石岩中，多呈半自形，粒径从0．3×0．5mm～1×3mm，并且只有斜方辉石才能出现滑石化蚀变，大多为顽火辉石。含量从10％～80％。电子探针分析结果表明斜方辉石En为75．3～82．7，平均为80．8；Fs为14．96～18．09，平均为16．67；Wo为1．2～5．9，平均为2．4，均为古铜辉石。单斜辉石En为42．18～52．62，平均为45．92；Fs为6．90～28．06，平均为10．66；Wo为27～46．29，平均为41．62，均属Ca－Mg－Fe辉石族，在Wo－En－Fs图中（图7），主要位于透辉石区域。在单斜辉石Si O2－Al2O3图解中（图8），均位于亚碱性系列区域，在Si O2－Na2O－Ti O2均图解中位于拉斑玄武岩系列范围（图8）。

图7 辉石Wo－En－Fs图解（Morimoto，1988）

角闪石：主要出现在角闪辉长岩相当中，长柱状—短柱状，呈浅褐色粒状不均匀分布，有较强的多色性和吸收性，多色性有两种，一种为深绿色到浅黄绿色，一种为红暗褐色到浅褐色。正中－高突起，干涉色二级中部，斜消光。粒径从0．5mm×1mm～2mm×3mm。含量从10％～45％。电子探针分析表明角闪石Si／（Si＋Ti＋A1）值介于0．62～0．74。一般而言，随着温度和压力的增高，钙质角闪石的Si含量有规律地降低，角闪石的Si／（Si＋Ti＋A1）值在壳源区和幔源区之间出现间断，壳源角闪石Si／（Si＋Ti＋A1）值＞0．775，而幔源角闪石则＜0．765。三个井岩体中角闪石Si／（Si＋Ti＋A1）＜0．765，均属于幔源角闪石［9，10］。

三个井岩体结合岩相学特征可知，矿物结晶的顺序应该是：橄榄石－斜方辉石＋斜长石－单斜辉石（角闪石）。

4．2 金属矿物

三个井岩体橄榄二辉辉石岩和方辉橄榄岩中可见星点状黄铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿。磁铁矿形成时间相对较晚，其交代早期形成的黄铁矿和磁黄铁矿，而黄铁矿则又交代磁黄铁矿，根据金属矿物之间的交代关系可知金属矿物形成顺序为：磁黄铁矿→黄铁矿→磁铁矿（图9a～d）。三个井岩体磁黄铁矿等高温硫化物矿物的出现，暗示该岩体在岩浆演化过程的早期可能出现硫化物的熔离作用，具有形成铜镍硫化物矿床的条件。磁铁矿在该岩体中的普遍出现一方面可能是由于岩浆演化过程的晚期，岩浆中的氧逸度的增加，致使岩浆中铁的氧化物的富集；另一方面更可能由于橄榄石的后期蚀变所产生粉尘状磁铁矿。

图8 单斜辉石Si O2－Al2O3（张旗，1992）；Si O2－Na2O－Ti O2图解（邱家骧，1996）

5 结 论

（1）三个井岩体规模较小，属于小型杂岩体，岩浆分异充分，超镁铁岩发育，基性程度较高，主要岩石类型为橄榄岩、方辉橄榄岩、橄榄二辉辉石岩、二辉辉石岩、辉长岩和角闪辉长岩等，岩石蚀变较强。

（2）三个井岩体主要原生矿物为橄榄石，角闪石，辉石，斜长石（基性斜长石），黑云母。经过后期蚀变所生成的矿物有蛇纹石，透闪石，滑石，黝帘石，绿帘石，绿泥石，阳起石，纤闪石。结合岩相学特征可知，三个井岩体在岩浆演化过程中矿物结晶的顺序是：橄榄石－斜方辉石＋基性斜长石－单斜辉石（角闪石）。

（3）三个井岩体中可见星点状黄铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿。磁铁矿形成时间相对较晚，其交代早期形成的黄铁矿和磁黄铁矿，而黄铁矿则又交代磁黄铁矿，根据金属矿物之间的交代关系可以知道金属矿物形成顺序为：磁黄铁矿→黄铁矿→磁铁矿。

图9 三个井金属矿物特征

a－黄铁矿交代溶蚀磁黄铁矿；b－磁铁矿交代黄铁矿，黄铁矿交代磁黄铁矿；

c－橄榄石裂理粉尘状磁铁矿；d－磁铁矿交代溶蚀黄铁矿

（注：Py－黄铁矿；Po－磁黄铁矿；Mt－磁铁矿）

参考文献

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