角閃石成分對東天山銅鎳礦床巖漿過程的指示意義*

方林茹 唐冬梅 秦克章 牛艷杰 毛亞晶 康珍

1. 中國科學院礦產資源研究重點實驗室，中國科學院地質與地球物理研究所，北京 1000292. 中國科學院地球科學研究院，北京 1000293. 中國科學院大學，北京 100049

角閃石成分能夠記錄巖漿演化的物理化學條件等重要信息(Marksetal., 2004; Molinaetal., 2009; El-Rahmanetal., 2012; Hsuetal., 2017)。相比于其他礦物，鈣質火成角閃石具有顯著的成分多樣性，常被用來定性或定量地推斷巖漿過程(Bachmann and Dungan, 2002; Browne and Gardner, 2006; Ridolfietal., 2008, 2010; Rutherford and Iii, 2008; Thornberetal., 2008; Turneretal., 2013; Erdmanetal., 2014)。在鎂鐵-超鎂鐵質巖中，角閃石常常作為橄欖石、單斜輝石、斜方輝石、長石和鉻鐵礦的填隙礦物或以上礦物的包裹體，記錄了巖漿演化，對地幔源區的含水性也有一定指示(Polat, 2014)。

角閃石能夠在寬泛的P-T范圍內穩定(Allen and Boettcher, 1983; Ulmer, 2007; Nandedkaretal., 2014)。姜常義和安三元(1984)指出鈣質角閃石主量元素的含量受溫度和壓力的控制，其化學成分或能指示巖漿的來源。角閃石作為溫度計使用已經得到廣泛的認可，作為壓力計還存在一些爭議(Blundy and Holland, 1990; Bachmann and Dungan, 2002; Rutherford and Devine, 2003; Shane and Smith, 2013; Erdmanetal., 2014)。Hammarstrom and Zen (1986)的實驗研究表明鈣角閃石的形成壓力與其全鋁含量呈線性正相關，Blundy and Holland (1990)卻認為角閃石中Al含量對溫度很敏感，故此關系基于一定的溫度范圍才能成立。Anderson and Smith (1995)用角閃石的結晶溫度校準壓力，然而其適用范圍十分受限(T<800℃, Fe/(Fe+Mg)<0.65)。最近，Ridolfietal. (2010)和Ridolfi and Renzulli (2012)發表了獨立的角閃石組分估算其形成壓力的經驗公式，適用于地幔到下地殼到上地殼的壓力范圍。另一方面，隨著氧逸度的增加，角閃石的Mg含量、Mg#、Fe3+/Fetotal會升高，Ti含量會降低(Otten, 1984; Anderson and Smith, 1995; Scaillet and Evans, 1999; Kingetal., 2000; El-Rahmanetal., 2012; Krawczynskietal., 2012; Shane and Smith, 2013)，且氧逸度的變化會影響角閃石陽離子晶格占位(Dalpé and Baker, 2000)。Ridolfietal. (2010)和Ridolfi and Renzulli (2012)同樣給出了通過角閃石的成分計算其結晶時巖漿氧逸度的經驗公式，Erdmannetal. (2014)的實驗證實前者的算法更具有說服力。此外，角閃石組分還受控于熔體的H2O含量，熔體中H2O含量升高會導致角閃石的Ti含量降低，Si含量、Altotal、K含量升高(Scaillet and Evans, 1999; Adametal., 2007; Shane and Smith, 2013)。Stoneetal. (2003)的研究表明，熔體中至少有2%～3%的H2O時，角閃石才能快速結晶，且角閃石在高溫下結晶時需要更高的熔體H2O含量(Bucholzetal., 2014)。角閃石的微量元素配分模式受控于晶體化學和巖漿成分，與產出環境和同化混染程度息息相關(Kleinetal., 1997; Bottazzietal., 1999; Hilyardetal., 2000; Tiepoloetal., 2007; Deményetal., 2012; Dessimozetal., 2012)。綜上所述，角閃石作為名義上的含水礦物，在鎂鐵-超鎂鐵質巖中能夠貫通出現，不同于早期結晶的橄欖石、單斜輝石和斜方輝石，在示蹤巖漿源區和過程方面有獨特的作用。因而，對比研究角閃石的成分變化能夠很好地指示巖漿演化過程中溫度壓力、氧逸度和水含量變化，從而示蹤巖漿源區、制約巖漿及成礦過程。

新疆東天山地區沿康古爾斷裂及其邊緣分布了一系列早二疊世賦存銅鎳硫化物礦床的鎂鐵-超鎂鐵質雜巖體，例如圖拉爾根、香山、黃山東、黃山南、黃山、天宇和白石泉巖體等，其成巖成礦過程研究資料十分詳實(秦克章等, 2002, 2006, 2007; Zhouetal., 2004; 姜常義等, 2004; Chaietal., 2008; Maoetal., 2008, 2014, 2016, 2017; Qinetal., 2011; 鄧宇峰等, 2011; Tangetal., 2011, 2012, 2013; Sunetal., 2013; Zhaoetal., 2017; Shietal., 2018)，主要的礦物學研究集中在橄欖石和輝石(Lietal., 2007; 孫赫等, 2007; 鄧宇峰等, 2011; Suetal., 2012; Sunetal., 2013; Maoetal., 2014; 薛勝超等, 2015)，而這些礦床角閃石的種屬、成分特征、成因意義以及區域變化等方面的研究仍相對薄弱。角閃石的化學成分與母巖漿物理化學條件和演化過程的關系也缺乏系統的厘定。本研究通過對東天山地區覺羅塔格帶和中天山地塊兩個構造單元內四個鎂鐵-超鎂鐵質雜巖體中的角閃石進行了系統的研究工作，尋找其內在規律，制約不同構造單元的巖漿過程，并分析了它們對于巖漿型銅鎳礦床形成的指示意義。

圖1 東疆地區大地構造位置及鎂鐵-超鎂鐵巖體分布圖(據 Su et al., 2012修改)Fig.1 Geologic map of the eastern Xinjiang and distribution of mafic-ultramafic complexes (modified after Su et al., 2012)

1 區域地質和礦床地質

以沙泉子斷裂為界，東天山分為覺羅塔格構造帶和中天山地塊兩個構造單元，屬于中亞造山帶銅鎳礦的主要產地(圖1)。這兩個構造單元內分布著許多鎂鐵-超鎂鐵質雜巖體。如覺羅塔格構造帶內的圖拉爾根、串珠、馬蹄、葫蘆、香山、黃山、黃山東雜巖體，中天山地塊的天宇、白石泉雜巖體。本文的研究對象選取為覺羅塔格構造帶內的圖拉爾根和香山雜巖體以及中天山地塊中的天宇和白石泉雜巖體。圖拉爾根巖體和香山巖體受NEE向展布的康古爾塔格—黃山-鏡兒泉韌性剪切帶控制的，大地構造背景為碰撞造山后的弛張(孫赫等, 2008)。天宇和白石泉巖體北部為阿齊庫都克-沙泉子斷裂帶，該斷裂帶被認為是中天山與覺羅塔格島弧帶的縫合帶(馬瑞士等, 1993; Xiaoetal., 2004; 毛啟貴等, 2006)。天宇和白石泉巖體形成于后碰撞伸展背景下，與經歷過早期俯沖板片改造作用的軟流圈地幔的部分熔融和上涌密切相關(柴鳳梅等, 2006; Chaietal., 2008; 唐冬梅等, 2009)。

圖拉爾根鎂鐵-超鎂鐵質巖體位于覺羅塔格構造帶的東北部，圍巖是中泥盆統變質火山碎屑沉積建造(秦克章等, 2002)。礦區出露三個雜巖體，I號巖體為成礦巖體，其巖相對稱分異特征明顯，從兩側到中間分別是角閃輝長巖、角閃輝橄巖和角閃橄欖巖(三金柱等, 2010)，是多期巖侵位的結果(劉艷榮等, 2012)。礦化主要位于橄欖巖相和橄輝巖相，礦體形態為透鏡狀，脈狀等(孫赫等, 2006)。主要金屬礦物是磁黃鐵礦、黃銅礦、鎳黃鐵礦(三金柱等, 2010)。

香山鎂鐵-超鎂鐵質巖體位于覺羅塔格構造帶的西部，圍巖是下石炭統的火山碎屑沉積建造(孫赫等, 2008)。雜巖體以具有同期多次侵位的輝長巖為主，也含有一定的角閃輝石巖和單輝橄欖巖，主要賦礦巖相為橄欖巖相、輝石巖相和輝長巖相，礦體形態為似層狀、透鏡狀等(竺國強等, 1995; 秦全新, 2003; 孫赫等, 2008)。

天宇鎂鐵-超鎂鐵質巖體位于中天山地塊的北部，圍巖是中元古界的變質巖，雜巖體主要由輝長巖、輝石巖、橄輝巖、輝橄巖和橄欖巖組成，賦礦巖相巖為橄輝巖相、輝橄巖相及橄欖巖相，金屬礦物以磁黃鐵礦為主，鎳黃鐵礦、黃銅礦、紫硫鎳礦、輝銅礦次之(唐冬梅等, 2009)。

白石泉鎂鐵-超鎂鐵質雜巖體位于中天山地塊的北部，直接圍巖是中元古界的變質巖(毛啟貴等, 2006)。雜巖體具有2個侵入階段、7個巖相帶，主要巖相為閃長巖相、輝長巖相、蘇長巖相、角閃石巖相、橄欖巖相、橄長巖相和輝石巖相(柴鳳梅等, 2006)。主要賦礦巖相為輝石巖相及部分橄欖巖相。

2 樣品采集及分析方法

本研究選取了圖拉爾根、香山、天宇、白石泉鉆孔及地表相對新鮮的樣品，圖拉爾根的樣品巖性為含長橄欖巖、角閃輝石橄欖巖和角閃橄欖巖，香山的樣品均為輝石橄欖巖，天宇和白石泉的樣品巖性分別為含長角閃輝石橄欖巖和橄欖輝石巖。對樣品進行了0.05mm光薄片的磨制，鏡下挑選了新鮮的角閃石顆粒進行主量和微量元素的分析。

角閃石的主量元素分析在中國科學院地質與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室的電子探針JXA8100上完成，其工作電壓為15kV，電流20nA，束斑大小為3～5μm。使用的標準樣品為天然樣品和人工合成氧化物，分析精確度優于2.0%。

角閃石的微量元素分析在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源研究重點實驗室的LA-ICP-MS 上測試完成，工作原理和數據處理過程詳見Liuetal. (2008)。激光剝蝕系統是配備Agilent 7500a激光器的GeoLas 2005，激光剝蝕半徑為44μm，激光脈沖為8Hz，檢測限小于46×10-6。

圖2 東天山銅鎳礦床角閃石結構的顯微照片(a)自形角閃石；(b、c)嵌晶結構/包橄結構角閃石；(d)不同成因角閃石. (a、b)于正交偏光下拍攝；(c、d)于單偏光下拍攝. Amp-角閃石；Ol-橄欖石；Cpx-單斜輝石；Opx-斜方輝石；Pl-斜長石；Phl-金云母；Bi-黑云母；Par-韭閃石；Ede-淺閃石；Sul-硫化物Fig.2 Microphotographs of textures of amphiboles in magmatic Ni-Cu sulfide deposits in eastern Tianshan(a) euhedral amphibole; (b, c) poikilitic texture; (d) amphibole with different origins. (a, b) were taken by transmitted light microscope; (c, d) were taken by polarized light microscope. Amp-amphibole; Ol-olivine; Cpx-clinopyroxene; Opx-orthopyroxene; Pl-plagioclase; Phl-phlogopite; Bi-biotite; Par-pargasite; Ede-edenite; Sul-sulifide

圖3 圖拉爾根、香山、天宇、白石泉礦床的鈣角閃石種類Fig.3 The species of calcic amphiboles of Tulaergen, Xiangshan, Tianyu and Baishiquan

3 結果

顯微鏡下觀察得知東天山四個礦床大多數的角閃石均自形程度較好(圖2a-c)，多呈嵌晶結構(圖2b, c)，粒徑在0.5～2mm之間。本文使用WinAmphcal軟件(Yavuz, 2007)，基于23(O)對角閃石數據進行了陽離子數和配位的計算(表1)。按照國際礦物學協會角閃石專業委員會提出的命名原則，角閃石(Ca+Na)B≥1.0時為鈣角閃石，通常情況下，鈣角閃石的CaB≥1.5。東天山四個礦床的角閃石樣品中，除天宇礦床的1400-3-6樣品CaB=1.38外，其他都屬于鈣角閃石。對于這些鈣角閃石，以(Na+K)A、Ti和CaA原子數作為參數，根據其硅原子數和鎂值進行投圖(Leakeetal., 1997)，進一步對其進行分類，得出這四個礦區鈣角閃石分別是韭閃石、鎂綠鈣閃石、鈦閃石、淺閃石、鈣鎂閃石和鎂閃石(圖3)。而1400-3-6的成分特征屬于鈉-鈣角閃石中的凍藍閃石亞類。

這四個地區中的角閃石均具有富鎂、富鈣、貧鉀、富鈉的特征(表1)。 覺羅塔格帶內，圖拉爾根巖體角閃石：MgO含量在14.9%～17.3%之間，CaO含量在10.4%～11.8%之間，K2O含量在0.3%～1.0%之間，Na2O含量在2.8%～3.4%之間，TiO2含量在1.7%～4.7%之間，Al2O3含量在10.7%～12.2%之間。香山巖體角閃石的TiO2變化范圍更大，在1.0%～5.5%之間，其他主量元素含量與圖拉爾根角閃石的相似(MgO：14.9%～17.1%，CaO：10.4%～11.9%，K2O：0.5%～0.8%，Na2O：2.7%～3.4%，Al2O3：10.7%～12.2%)。中天山地塊鎂鐵-超鎂鐵質巖體中角閃石主量元素含量變化范圍較覺羅塔格帶內的大。對于天宇巖體角閃石來說：MgO含量在13.3%～18.0%之間，CaO含量在9.2%～12.2%之間，K2O含量在0.2%～1.2%之間，Na2O含量在1.9%～3.7%之間，TiO2含量在0.4%～5.8%之間，Al2O3含量在9.4%～13.4%之間。白石泉巖體中角閃石的MgO、Na2O、TiO2含量與天宇巖體的相似，分別在13.7%～19.2%、1.3%～3.7%、0.1%～5.6%之間。白石泉巖體角閃石的CaO、K2O、Al2O3含量變化范圍比天宇的更大一些，分別在9.9%～20.0%、0.02%～0.8%和5.1%～13.4%之間。

圖5 圖拉爾根、香山、天宇、白石泉礦床角閃石的原始地幔標準化微量元素圖解(標準化值據Sun and McDonough, 1989)Fig.5 Primitive mantle-normalized trace elements patterns of amphiboles from Tulaergen, Xiangshan, Tianyu and Baishiquan deposits (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

圖6 圖拉爾根、香山、天宇、白石泉礦床角閃石TiO2 (%)-Al (T)相關性圖(趨勢線據Molina et al., 2009修改)Fig.6 Plot of TiO2 (%) vs. Al (T) of amphiboles from Tulaergen, Xiangshan, Tianyu and Baishiquan deposits (the trend of primitive and secondary amphiboles modified after Molina et al., 2009)

就稀土元素而言，圖拉爾根和香山角閃石中稀土元素總的平均含量(分別為144.5×10-6、110.1×10-6)要低于天宇和白石泉角閃石中的(分別為203.4×10-6、165.4×10-6)(表2)。根據是否存在Eu負異常，可將這四個礦床的角閃石分為兩類。分別對這四個礦床的角閃石的稀土元素進行球粒隕石標準化之后進行投圖(圖4)可見，所有的角閃石稀土配分都呈‘M’型，相對于中稀土，略微虧損輕稀土，虧損重稀土，此特征受控于平衡熔體的成分和角閃石與熔體之間的平衡配分系數。其中，圖拉爾根、天宇、香山和白石泉角閃石的La/Sm平均值分別為0.53、0.80、0.67和0.96；Gd/Yb平均值分別為1.53、1.44、2.08和2.26；La/Yb平均值分別為0.98、1.30、1.88和3.19，可見相較于圖拉爾根和香山，天宇和白石泉角閃石中重稀土的虧損程度更大。除此之外，天宇和白石泉角閃石的重稀土含量隨著元素不相容程度的增加而降低，圖拉爾根和香山則無此現象。

角閃石的原始地幔標準化微量元素蛛網圖見圖5。由數據和圖解可見，這四個礦區的微量元素特征比較一致，除香山地區無Eu異常的角閃石中相對富集高場強元素Zr(103×10-6～350×10-6，平均為180×10-6)和Hf(4×10-6～8×10-6，平均為5.4×10-6)外，其他樣品都具有Zr、Hf的弱負異常。所有樣品的Nb、Ta均無異常，說明這些元素地球化學行為發生了解耦。相較于圖拉爾根和香山角閃石的大離子親石元素Rb(0.72×10-6～3.59×10-6，平均為1.73×10-6)、Ba(31.57×10-6～125.3×10-6，平均為91.74×10-6)和Th(0.04×10-6～0.55×10-6，平均為0.17×10-6)的含量，天宇和白石泉這些元素的變化范圍大的多，且其平均含量要高(Rb：0.31×10-6～5.98×10-6，平均為2.65×10-6；Ba：15.88×10-6～288.5×10-6，平均為166.04×10-6；Th：0.02×10-6～2.26×10-6，平均為0.35×10-6)。

4 討論

4.1 東天山銅鎳礦床角閃石的成因

四個礦床巖石樣品中大多數角閃石自形程度較好，具有良好的長柱狀或菱形晶形(圖2a-c)，呈嵌晶結構或包橄結構(圖2b, c)，未見反應邊，具有均一的干涉色，指示這些角閃石都是從巖漿中結晶形成。天宇和白石泉礦床巖石樣品的存在少量自形程度較差的角閃石(包括天宇1400-3-6的凍藍閃石)，干涉色不均一，可能為熱液交代成因。部分角閃石核部是韭閃石，邊部是淺閃石(圖2d)，同一樣品不同產狀的角閃石具有不同的地球化學特征。自形程度良好、呈嵌晶結構或包橄結構的角閃石SiO2含量范圍是41.5%～45%，Al2O3含量范圍是11%～13%，Nb含量在5×10-6～30×10-6之間；而自形程度較差、干涉色不均一的角閃石具有更高的SiO2含量(45%～47%)、更低的Al2O3含量(6.5%～10%)且其微量元素Nb含量小于1×10-6，Ta含量也較前者低一個數量級，這些角閃石結晶溫度較低，低于實驗巖石學測定的低壓下含水玄武質體系中角閃石的液相線溫度(～900℃; Spulber and Rutherford, 1983)。低溫下平衡的顆粒可能最初是巖漿成因的，但它們的主量元素在亞固相、熱液改造和變形等過程中被重置(Gillis and Meyer, 2001)，干涉色不均一也很可能是角閃石受到后期熱液改造所致。Gillisetal. (2003)提出角閃石中Nb含量可以用來判斷角閃石類型，因為Nb在熱液改造過程中活動性低，更傾向于留在硅酸鹽礦物中，因而高Nb(>1×10-6)可能指示了角閃石是巖漿成因的。根據Molinaetal. (2009)的研究，我們將角閃石的TiO2含量與四次配位的Al原子數投圖(圖6)。經過綜合的比對，天宇和白石泉礦區顯微鏡下所見的自形程度較差、干涉色不均一的角閃石具有較低的形成溫度、其Nb含量均小于1×10-6且落在TiO2-Al圖解的次生趨勢線上，故認為天宇和白石泉兩個礦區確實存在少量后期熱液交代成因的次生角閃石(如圖2d中淺閃石)。圖6中顯示了大部分天宇巖體角閃石的TiO2含量要高于圖拉爾根和香山的，這可能與母巖漿的Ti含量有關。這與前人的研究顯示的天宇母巖漿中的Ti含量要略高于圖拉爾根和香山巖體母巖漿中的Ti含量一致(肖慶華等, 2010; 唐冬梅等, 2009; 孫赫等, 2008)。

Molinaetal. (2009)提出，角閃石中TiO2的含量是建立巖漿堿度的有用參數，根據TiO2和K2O的相關性圖解(圖7)，我們可以看出，圖拉爾根、香山和白石泉這三個礦區的角閃石結晶是巖漿的堿度變化范圍較大，從堿性到亞堿性都有，說明天宇的巖漿更偏堿性而另三個礦床的巖漿隨著結晶分異作用從亞堿性到堿性變化。

4.2 東天山銅鎳礦床角閃石的結晶溫度和壓力

Putirka (2016)的研究表明，角閃石的結晶溫度與其Si原子數和Mg#值具有負相關關系，與其Al原子數、Na原子數和Ti原子數具有正相關關系，據此，他提出角閃石的結晶溫度與其組分的關系式：

T(℃)=1781-132.74[SiAmp]+116.6[TiAmp]-69.41[FetotalAmp]+101.62[NaAmp]

(1)

公式(1)中，SiAmp、TiAmp、NaAmp分別代表了基于23個氧原子所計算出的角閃石的陽離子個數，FetotalAmp代表了鐵離子的總數，此公式的誤差范圍是±30℃。表3總結了不同礦區角閃石結晶的溫度范圍和平均值。根據公式(1)計算得出圖拉爾根和香山原生角閃石結晶溫度分別在997～1065℃和982～1062℃之間。天宇原生角閃石結晶溫度略高，在990～1081℃之間，平均為1054℃，白石泉原生角閃石的結晶溫度在939～1065℃之間，平均為1026℃(圖8)。圖拉爾根、香山、天宇和白石泉成礦巖體的角閃石結晶溫度的方差分別為311、652、410和881。由此可以看出，覺羅塔格構造帶內香山角閃石結晶溫度(平均值為1013℃)和圖拉爾根角閃石結晶溫度(平均值為1027℃)雖然在誤差范圍內不存在明顯差別，但香山角閃石結晶溫度分布更為離散，大多樣品的估算溫度也相對更低。這可能是因為圖拉爾根賦礦巖相為角閃橄欖巖，而香山的巖相為角閃輝石橄欖巖，圖拉爾根賦礦巖相較為單一且結晶相對較早，其溫度也略高。這與馮延清等(2017)使用橄欖石尖晶石Al溫度計計算得出黃山巖體群(包括黃山、香山、黃山東等)內成礦巖體母巖漿的結晶溫度介于1143～1257℃之間，略低于白鑫灘和圖拉爾根巖體群(1283～1301℃)的結論一致。柴鳳梅等(2006)根據玄武巖中MgO與橄欖石的結晶溫度關系計算出白石泉巖體橄欖石開始的結晶溫度為1295℃，根據斜方輝石中Ca離子數計算得出輝石的結晶溫度范圍在1058～1163℃之間，本文中計算的白石泉巖體原生角閃石的結晶溫度在939～1065℃之間，說明此巖體橄欖石最先結晶，輝石次之，然后是角閃石，這與鏡下觀察的、巖相學特征相吻合(圖2a-c)，也符合鮑文反應序列中鎂鐵質礦物的結晶順序。天宇和白石泉的角閃石結晶溫度變化范圍都較大，這可能由于巖漿侵位過程中遭受了不同強度的混染作用，相對較晚結晶的角閃石，其主量成分反映了混染作用后巖漿系統的溫度變化。

表3四個礦區角閃石成分限定的地化特征參數總結和對比

Table 3 The summary and comparison of geochemical parameters of Tulaergen, Xiangshan, Tianyu and Baishiquan deposits constrained by the composition of amphiboles

成礦巖體圖拉爾根香山天宇白石泉T(℃)997～1065982～1062990～1081939～1065AveragevalueofT(℃)1027101310541026P(MPa)250～374274～374274～452269～452AverageP(MPa)318313361370H2OcontentinMelt(wt%)3.4～5.14.1～5.12.8～6.72.9～5.8AveragevaluesofH2OcontentsinMelt(wt%)4.44.63.74.5Oxygenfugacity(ΔNNO)0.2～1.60～1.7-0.6～1.7-0.4～1.8Averageoxygenfugacity(ΔNNO)0.81.00.10.7

圖7 圖拉爾根、香山、天宇、白石泉礦床角閃石TiO2-K2O相關性圖(底圖據Molina et al., 2009)Fig.7 Plot of TiO2 vs. K2O of amphiboles from Tulaergen, Xiangshan, Tianyu and Baishiquan deposits (base map after Molina et al., 2009)

圖8 圖拉爾根、香山、天宇和白石泉礦床原生角閃石的結晶溫度和壓力Fig.8 The crystallizing temperature and pressure of primary amphiboles from Tulaergen, Xiangshan, Tianyu and Baishiquan

Ridolfi and Renzulli (2012)指出Ridolfietal. (2010)給出的壓力計算公式在P≤500MPa時是可以參考的，誤差小于±44MPa：

P=19.209e[1.438Altotal]

(3)

利用公式(3)，計算得到覺羅塔格構造帶內圖拉爾根角閃石結晶壓力在250～374MPa之間，平均為318MPa，香山角閃石結晶壓力在274～374MPa之間，平均為313MPa(表3)，這與前人(馮延清等, 2017)使用單斜輝石壓力計計算的此區巖體結晶壓力(310～330MPa)一致。中天山地塊天宇和白石泉角閃石結晶壓力普遍高于覺羅塔格帶內角閃石的結晶壓力，分別在274～452MPa和269～452MPa之間，平均為361MPa和370MPa(表3、圖8)。根據壓力計算深度可以得出，圖拉爾根和香山的侵位深度在11～12km之間，天宇和白石泉的侵位深度在12～15km之間，這可能是巖漿上升侵位時所處的構造背景的差異導致的。覺羅塔格構造帶是晚古生代溝弧帶，由康古爾裂谷帶和雅滿蘇島弧帶組成 (蘇春乾等, 2008)，中天山地塊由前寒武基底巖石組成(黃博濤等, 2014)，前者深大斷裂和相對伸展的構造普遍要比后者發育，具有更多的巖漿向上遷移的空間，利于巖漿快速向淺表的位置侵位。

4.3 巖漿水含量和氧逸度估算

根據Ridolfietal. (2010)提出的公式，我們同樣計算了這四個礦床角閃石結晶時巖漿的水含量(公式4)和氧逸度(公式5)。

H2Omelt=5.215[6]Al*+12.28

(4)

其中，[6]Al*=[6]Al+[4]Al/13.9-(Si+[6]Ti)/5-CFe2+/3-Mg/1.7+(BCa+A[])/1.2+ANa/2.7-1.56K-Fe#/1.6，Fe#=Fe3+/(Fetotal+Mg+Mn)，此公式的誤差為±0.41%。

ΔNNO(log units)=1.644Mg*-4.01

(5)

其中，Mg*=Mg+Si/47-[6]Al/9-1.3[6]Ti+Fe3+/3.7+Fe2+/5.2-BCa/20-ANa/2.8+A[]/9.5，此公式的誤差為±0.22(log units)。壓力，母巖漿的氧逸度和水含量計算均通過Ridolfietal. (2010)給出的計算excel表格‘Amp-TB’實現。

圖9 圖拉爾根、香山、天宇和白石泉礦床角閃石結晶時熔體的水含量變化范圍圖解Fig.9 Plot of H2O in melts when amphiboles crystallized in Tulaergen, Xiangshan, Tianyu and Baishiquan

圖拉爾根角閃石結晶時，熔體的含水量變化范圍是3.4%～5.1%，平均為4.4%，香山角閃石結晶時，熔體的含水量變化范圍是4.1%～5.1%，平均為4.6%，天宇和白石泉角閃石結晶時的熔體含水量普遍更高，分別在2.8%～6.7%和2.9%～5.8%之間，熔體平均水含量分別為3.7%和4.5%(表3)。由圖9也可以看出，這四個地區，角閃石開始結晶時，熔體的水含量普遍比較高并且變化范圍大，說明角閃石的結晶離不開共存的富水熔體。富水熔體的產生可能是由于原始巖漿相對富水，也可能是原始巖漿經過結晶分異作用結晶出橄欖石、輝石，使得角閃石晶出時熔體的水含量升高。原始巖漿的水含量與其所處的構造背景息息相關。中天山地塊在新元古代和早志留世分別受到了南天山洋向北的俯沖作用和準噶爾洋向南的俯沖作用，覺羅塔格構造帶在早志留世受到了準噶爾洋向南的俯沖作用(Suetal., 2011)。水對于俯沖帶巖漿的形成具有重要的意義(Cervantes and Wallace, 2003; Groveetal., 2012)，Sobolev and Chaussidon (1996)的實驗表明，俯沖帶產生的初始巖漿含水量在1.0%～2.9%之間，Planketal. (2013)認為基性弧巖漿的初始含水量在4%左右。然而這四個礦床成礦巖體均形成于晚二疊世，處于后碰撞伸展背景下(孫赫等, 2008; Chaietal., 2008; 唐冬梅等, 2009)，其母巖漿初始含水量理應低于俯沖帶背景下母巖漿的含水量。而玄武質熔體通過分離結晶作用可以使熔體中的水含量由0.6%上升至3.5%～6.7%(Xuetal., 2014)。研究區角閃石開始結晶時，熔體的含水量已高達4%左右，這可能是地幔源區早期經受過俯沖作用，其含水量本身較高且角閃石的結晶相對較晚共同作用的結果。

圖10 圖拉爾根、香山、天宇和白石泉礦床角閃石結晶時巖漿的溫度和氧逸度相關性圖(底圖據Ridolfi et al., 2010)Fig.10 Plot of the temperature and the oxygen fugacity of the magma when amphiboles crystallized in Tulaergen, Xiangshan, Tianyu and Baishiquan (base map after Ridolfi et al., 2010)

圖11 圖拉爾根、香山、天宇和白石泉礦床巖漿角閃石計算的巖漿氧逸度(ΔNNO)和角閃石鎂值(Mg#)相關性圖Fig.11 Plot of the oxygen fugacity of the magma and the Mg# values of amphiboles from Tulaergen, Xiangshan, Tianyu and Baishiquan

圖12 圖拉爾根、香山、天宇和白石泉礦床角閃石計算的巖漿ΔNNO和角閃石Fe3+/Fetotal相關性圖Fig.12 Plot of the oxygen fugacity of the magma and the Fe3+/Fetotal values of amphibole from Tulaergen, Xiangshan, Tianyu and Baishiquan

Brenan and Caciagli (2000)與Barnesetal. (2013)的研究表明，硫化物熔體和橄欖石飽和的硅酸鹽熔體之間的交換系數KD[(XNiS/XFeS)sulfide/(XNiO/XFeO)olivine]與硫化物熔體中Ni含量、巖漿的氧逸度之間存在相關性。根據此關系，前人計算出世界上部分Ni-Cu硫化物礦床的鎂鐵-超鎂鐵質雜巖體巖漿氧逸度范圍，發現其并不如我們想象的那么還原(Barnesetal., 2013; Duanetal., 2016; Maoetal., 2018; 馮延清等, 2017)，雖然Voisey’s Bay巖體的氧逸度普遍

4.4 角閃石中微量元素特征及指示

圖拉爾根、香山、天宇和白石泉礦區角閃石的稀土配分模式都有兩種，其一不存在Eu異常，其二存在弱Eu負異常。其中，不存在Eu異常的角閃石的輕稀土含量略高(圖4)，Murphyetal. (2012)認為這類角閃石可能是堆晶相橄欖石和輝石與囿于其中的間隙熔體發生反應形成的，其結晶早于斜長石并繼承了間隙熔體富LREE的特征，即這些角閃石開始結晶于深部，是被富水巖漿帶上來的(Pitcher, 1997)；而El-Rahmanetal. (2012)則認為這類角閃石是較晚結晶的，從而造成LREE富集和高場強元素的虧損，但是其不能解釋無負Eu異常。本研究中剔除了熱液成因的角閃石，所有巖漿成因的角閃石均呈嵌晶結構或包橄結構，無反應邊，并不是早期結晶相和粒間熔體反應所成，且賦礦巖體的斜長石含量都較低。因而，本區具有弱負Eu異常可能是少量斜長石較早的分離結晶所致，受控于斜長石晶出；不具有負Eu異常的角閃石可能結晶較晚，隨著巖漿的演化和后期地殼物質混染增強，巖漿中輕稀土的總含量較高，且其受斜長石晶出的影響變小，角閃石中弱的負Eu異常亦被抹去。

圖13 圖拉爾根、香山、天宇和白石泉礦床角閃石中Nb-Ce/Pb (a)和Ce/Pb-Nb/U (b)的相關性圖Fig.13 Plots of Ce/Pb vs. Nb (a) and Ce/Pb vs. Nb/U (b) of amphiboles from Tulaergen, Xiangshan, Tianyu and Baishiquan

根據是否存在弱負Eu異常，將四個礦床角閃石的微量元素也分為兩組(圖5)。其中，白石泉和天宇礦區的角閃石微量元素含量總體要大于圖拉爾根和香山的，這可能是因為圖拉爾根和香山的角閃石結晶分異作用發生的更早或其母巖漿微量元素含量本身就較低。天宇和白石泉角閃石中大離子親石元素Rb、Ba和Th的含量變化范圍較圖拉爾根和香山角閃石大的多，且其平均含量要高，即中天山地塊中巖體角閃石的不相容元素更為富集，變化范圍更大，這可能是母巖漿侵位過程中所受的地殼混染作用更強的緣故，也可能是母巖漿遭受了俯沖交代的結果。這與Tangetal. (2012)根據多種地質現象、微量元素特征和Re-Os同位素數據同樣得出的這四個礦區都曾遭到地殼混染和俯沖交代作用，且天宇和白石泉受到的混染作用更強的結論相一致。

Ce比Pb更不相容，Nb和U的不相容性相似，但Nb的不相容性略大于U(Sun and McDonough, 1989)。將Ce/Pb-Nb和Nb/U-Ce/Pb進行投圖(圖13)可見，天宇和白石泉礦區的Ce/Pb比值總體上要低于圖拉爾根和香山礦區的，且圖拉爾根和白石泉礦區的角閃石Ce/Pb值可以明顯地區分成兩部分。角閃石中減小的Ce/Pb值指示了殼源物質的混染(Deményetal., 2012)，由此可見，中天山地塊的天宇和白石泉地區遭受的混染強于覺羅塔格帶內的。這與大離子親石元素含量特征和計算得出的氧逸度所反映的混染情況是一致的。

5 結論

東天山圖拉爾根、香山、天宇和白石泉礦區的角閃石均為鈣角閃石，主要由韭閃石、鎂綠鈣閃石、淺閃石、鈦閃石、鎂角閃石和鎂鈣閃石組成。覺羅塔格帶內圖拉爾根和香山的角閃石結晶溫度和壓力均低于天宇和白石泉的(平均分別為1027℃/318MPa、1013℃/313MPa、1054℃/361MPa和1026℃/370MPa)，說明前二者巖漿的侵位深度較淺，可能與覺羅塔格構造帶斷裂構造更為發育，有利于巖漿遷移到淺處結晶有關。東天山銅鎳礦區角閃石結晶時巖漿的含水量較高(4%左右)，可能是地幔源區曾受到俯沖交代作用故保留了部分俯沖弧巖漿的特征，且角閃石結晶較晚，二者共同作用導致角閃石結晶時共存熔體水含量較高。東天山銅鎳礦的形成或與富水的交代地幔源區息息相關。這四個礦床越演化的巖漿，還原程度越高，這可能是因為巖漿演化過程中受還原地殼混染作用變強，此過程或對成礦有著積極的作用。白石泉和天宇礦區角閃石的更低的氧逸度(最低可達ΔNNO=-0.4)以及較低的微量元素Ce/Pb比值指示了巖漿遷移過程中受到了更強烈的古老還原地殼的混染作用。由此可見，角閃石成分能夠從多個方面提供銅鎳礦床的巖漿結晶溫度壓力、共存熔體水含量、氧逸度及地殼還原物質混染等方面的重要信息，進而揭示成礦作用。

致謝研究工作中，與中國地質大學(北京)薛勝超博士進行了多次討論，獲益良多，十分感謝。此外，感謝新疆有色地勘局三金柱總工程師、新疆地礦局第六大隊鄧剛總工程師和多位技術人員在野外工作中給予的支持和幫助。稿件承蒙刊物主編及兩位審稿專家悉心審理，提出建設性的寶貴意見，在此致以衷心感謝。