揚子地塊南緣桂北元寶山地區(qū)新元古代超基性巖石中鉻尖晶石特征及(地質(zhì)意義*

曹 雨，周 翊，許嘉樂

（西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都610500）

揚子地塊南緣桂北元寶山地區(qū)超基性巖體記錄了新元古代基性巖漿事件，因而是華南前寒武紀(jì)地質(zhì)演化的研究熱點。近年來，由于本區(qū)構(gòu)造位置的重要性，使其成為了Rodinia超大陸相關(guān)研究的焦點，但該區(qū)大地構(gòu)造背景尚存在島弧環(huán)境和地幔柱環(huán)境之爭。鉻尖晶石作為基性巖漿早期結(jié)晶的礦物，具有形成溫度高、對構(gòu)造環(huán)境變化敏感且抗風(fēng)化能力較強等特點，可作為研究巖石成因和判斷構(gòu)造環(huán)境的重要工具。針對揚子地塊南緣元寶山地區(qū)新元古代超基性巖體中鉻尖晶石的研究，有望從礦物學(xué)的角度進(jìn)一步厘定該巖體的成因和構(gòu)造背景，為華南前寒武紀(jì)地質(zhì)演化和Rodinia超大陸等相關(guān)研究提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景與巖體基本特征

桂北元寶山地區(qū)出露的地層主要有元古代四堡群、丹洲群以及震旦系。寶壇-元寶山地區(qū)基性-超基性巖主要侵位于四堡群中，與本洞、三防和平英等花崗巖體共同被丹洲群角度不整合覆蓋[1]。本區(qū)出露數(shù)量眾多的基性巖脈、堆晶的基性-超基性巖以及分異的閃長質(zhì)侵入體等，主要分布在寶壇的何家灣、中魁、界排及元寶山等地區(qū)（圖1）。

圖1 （a）研究區(qū)位置圖；（b）桂北地區(qū)寶壇-元寶山地區(qū)地質(zhì)簡圖

元寶山地區(qū)基性-超基性侵入巖主要為橄輝巖、輝橄巖、輝石巖和輝長巖等。其中，超基性巖的原生礦物主要為橄欖石、單斜輝石和不透明金屬礦物等，鏡下可見部分橄欖石或輝石發(fā)生蛇紋石化、簾石化和綠泥石化等蝕變作用。Yao等[2]報道元寶山基性-超基性巖的鋯石U-Pb年齡為854.7±5.3Ma，確認(rèn)其侵位時代為新元古代。

2 分析方法

本次研究主要利用掃描電鏡（儀器型號FEI Quanta 650 FEG）觀察并鑒別鉻尖晶石包裹體，并對鉻尖晶石核部及其寄主礦物橄欖石、單斜輝石等礦物的化學(xué)成分組成進(jìn)行能譜分析。研究樣品采自廣西北部元寶山超基性巖體，樣品巖性為橄欖輝石巖和單斜輝石橄欖巖。巖石樣品經(jīng)過薄片磨制之后，在鏡下仔細(xì)觀察了巖石的造巖礦物組成及各礦物之間相互關(guān)系。礦物的形貌觀察和化學(xué)組成分析在西南石油大學(xué)掃描電鏡實驗室完成。

3 鉻尖晶石形貌及成分特征

3.1 鉻尖晶石形貌特征

元寶山地區(qū)新元古代超基性巖石中的鉻尖晶石主要以包裹體形式出現(xiàn)，含量1%～2%。通過掃描電鏡對鉻尖晶石進(jìn)行系統(tǒng)觀察，發(fā)現(xiàn)鉻尖晶石有以下賦存特征：鉻尖晶石顆粒一般以包裹體形式賦存于單斜輝石和橄欖石礦物之中，整體以渾圓狀或較自形的四邊形、六邊形為主，在背散射照片中其亮度相對硅酸鹽礦物更亮，但不及鉻鐵礦的亮度；鉻尖晶石常常孤立出現(xiàn)在寄主礦物（橄欖石和單斜輝石）之中，而鉻鐵礦多以集合體形式產(chǎn)出（圖2）。

圖2 元寶山超基性巖石中尖晶石礦物背散射照片

3.2 鉻尖晶石成分特征

用掃描電鏡能譜儀分析測試尖晶石化學(xué)元素含量，并利用化學(xué)元素與其氧化物含量之間的關(guān)系，計算得到尖晶石中各氧化物含量（表1）。元寶山地區(qū)新元古代超基性巖體中尖晶石的平均Cr2O3含量為37.42%，平均MgO為2.75%，平均FeO為48.26%，平均Al2O3為8.17%。尖晶石的Cr#介于66.25%～77.74%之間，平均值為74.01，屬于富鉻型尖晶石。Mg#介于4.73%～9.59%之間，平均值為6.57。TiO2介于0.8%～1.24%之間，含量較低。

表1 元寶山超基性巖石中的尖晶石礦物化學(xué)組成

總體上看，本次研究中的尖晶石成分相對富Cr、Fe，貧Al、Mg和Ti，可見元寶山超基性巖中的尖晶石屬于鉻尖晶石亞類。鉻尖晶石中的Cr2O3含量與Al2O3、MgO呈負(fù)相關(guān)，而Cr2O3與FeO呈正相關(guān)，呈現(xiàn)基性巖漿結(jié)晶產(chǎn)出的尖晶石的成分特征。

4 討論與分析

4.1 母巖漿成分特點

鉻尖晶石被認(rèn)為是研究基性-超基性巖石演化的較為敏感的特征礦物之一，可用于反演母巖漿成分。前人研究表明，尖晶石及其平衡熔漿的Al2O3、TiO2含量分別有如下關(guān)系：

據(jù)此，以本次研究中所獲得Cr2O3含量最高的鉻尖晶石（樣品點位編號：1822-3，見表1）作為其巖漿分離結(jié)晶的最初產(chǎn)物，計算得到其母巖漿的Al2O3含量為10.18%，與拉斑玄武巖中Al2O3含量相當(dāng)，而其母巖漿的TiO2含量僅為1.49%。基于此，推斷元寶山超基性巖的母巖漿為低鈦的拉斑玄武質(zhì)巖漿。

4.2 構(gòu)造環(huán)境探討

元寶山地區(qū)超基性巖體賦存的鉻尖晶石化學(xué)成分在TiO2-Al2O3及Al2O3-Cr2O3圖解（圖3a和3b）中大體均落在島弧環(huán)境范圍內(nèi)，明顯區(qū)別于地幔柱-裂谷環(huán)境。這也與周金城等[5]研究認(rèn)為桂北地區(qū)基性-超基性巖石為島弧巖漿產(chǎn)物的結(jié)論一致。此外，在Fe3+-Cr-Al三角圖解（圖3c）中，元寶山超基性巖體中的鉻尖晶石成分與阿拉斯加型巖體中鉻尖晶石的成分較為吻合，且明顯區(qū)別于大陸溢流玄武巖等其他巖石中的尖晶石。阿拉斯加型巖體被認(rèn)為是典型島弧構(gòu)造環(huán)境下的產(chǎn)物，該巖體以貧斜方輝石為特征，主要造巖礦物為橄欖石、單斜輝石和角閃石[6]。元寶山地區(qū)超基性巖石的造巖礦物主要為橄欖石、單斜輝石，斜方輝石較為少見，這也與阿拉斯加型巖體的礦物組合特征類似。結(jié)合元寶山地區(qū)巖石的主要造巖礦物組合特征以及巖體中鉻尖晶石的成分特征，推斷元寶山地區(qū)超基性巖石為島弧構(gòu)造環(huán)境下的產(chǎn)物。

圖3 尖晶石TiO2-Al2O3圖解、Al2O3-Cr2O3圖解、Fe3+-Cr-Al圖解

5 結(jié)論

（1）元寶山地區(qū)超基性巖體中的鉻尖晶石主要以渾圓狀、自形-半自形粒狀包裹體的形式賦存于單斜輝石和橄欖石礦物之中，且具有相對富Cr、Fe，貧Al、Mg和Ti的成分特征。

（2）根據(jù)鉻尖晶石化學(xué)成分反演計算得到元寶山超基性巖體母巖漿的Al2O3和TiO2含量分別為10.18%和1.49%，其母巖漿具有低鈦拉斑玄武質(zhì)巖漿的特點。

（3）結(jié)合元寶山地區(qū)超基性巖石中鉻尖晶石包裹體成分特征以及超基性巖石中主要造巖礦物組合特征，推斷元寶山地區(qū)超基性巖石形成于島弧環(huán)境而非地幔柱環(huán)境。