《1 前言》

1 前言

甘肃金川铜镍矿床外围找矿，已成为久攻不下的科学难题，困扰着众多国内外矿业公司。金川矿床大地构造位置属于龙首山地块，其构造属性长期存在争议。一种观点认为龙首山地块属于阿拉善地块南缘与塔里木地块亲缘性较强 [1] ；另一种观点认为龙首山地块是阿拉善地块的一部分具有亲华北克拉通的构造属性 [2~5] ；也有观点认为发生在龙首山地块上800 Ma的 Rodinia超大陆裂解事件具亲华南板块的属性 [6] ；更有认为塔里木、阿拉善、中祁连地块和柴达木地块在古生代时期的克拉通划分为独立的西域板块 [7，8] 龙首山地块的构造属性划分直接影响找矿方向和工作部署。

本文在“金川铜镍矿集区科学钻探选址预研究”项目的实施过程中，对科学钻探岩芯中龙首山群白家嘴子组中部的一套含磁铁矿的斜长角闪岩和一套花岗片麻岩进行了岩石化学分析和锆石U-Pb同位素年龄测试，取得部分成果供研究者商榷。

《2 地质背景》

2 地质背景

龙首山地块位于中国西北甘肃省，西起甘肃省金塔县，向东南经高台县合黎山、山丹到金昌龙首山一带，呈北西向延伸的狭长带状展布。龙首山地块边界均为断裂所限，西以阿尔金断裂为界，东以巴彦乌拉山断裂为界，南、北边界分别为龙首山南缘断裂和北缘断裂所限（见图1）。龙首山地块的基底由龙首山岩群组成。龙首山岩群自下而上可划分为四个岩组。

《图1》

图1 龙首山地块地质图

Fig. 1 Geological map of Longshoushan block

1）麒麟沟岩组：该岩组在龙首山岩群的最下部，由条纹状、条带状、眼球状混合岩夹混合质斜长角闪岩，混合质片麻岩及薄层大理岩、蛇纹石化大理岩所组成，原岩属中基性火山岩-沉积岩建造的低角闪岩相变质岩系。

2) 白家嘴子岩组：本岩组主要由大理岩夹黑云母片麻岩、含石榴子石二云母石英片岩、斜长角闪岩组成。该岩组为海相陆源碎屑岩-富镁碳酸岩建造的低角闪岩相变质岩系。

3) 塔马沟岩组：该岩组在全区均有分布，金昌墩子沟剖面最具代表性。主要以二云母石英片岩、斜长角闪岩及斜长浅粒岩为主，夹大理岩或白云岩、黑云母斜长片麻岩、石英岩等组成。为原岩属海相碳酸盐岩-类复理石建造的高绿片岩相变质岩系；与白家嘴子组呈角度不整合接触。

4) 石井口岩组：本岩组主要分布于合黎山南部，高台县七坝泉剖面最具代表性，由下部浅粒岩、石英岩夹变质英安岩；中部为云母石英片岩夹片麻岩；上部为变粒岩夹片岩、结晶灰岩所组成，是原岩属海相沉积火山岩-陆源碎屑岩建造的低绿片岩相为主的变质岩系，与下伏塔马沟组呈平行不整合接触。上覆盖层为蓟县系墩子沟群是一套富硅质厚层碳酸盐岩夹板岩、千枚岩及硅质岩的浅变质岩系与龙首山岩群呈角度不整合接触。震旦系韩母山群为一套冰碛岩、薄层灰岩及变质基性火山岩与墩子沟群成角度不整合接触 [9] 。

《3 样品特征》

3 样品特征

《3.1 样品位置与岩石学特征》

3.1 样品位置与岩石学特征

样品采自金川科学钻探钻孔岩芯，地表地理坐标：N38°28′37″，E102°10′14″。本文共采用了19个样品，其中锆石样品采集了五个层位，分别是 JC1和JC2 采自地表，JC3 采自钻孔(576.30～576.60 m)，JC4采自钻孔(1 514.47～1 514.57 m)，JC5采自钻孔(1 603.50～1 604.00 m )。

JC1为灰绿色中细粒斜长角闪岩，主要矿物由斜长石（40 %）和角闪石（50 %）组成，其次含少量黑云母（4 %）。显微镜下斜长石绢云母化和高岭土化强烈，局部发生绿泥石化，角闪石局部发生绿帘石化，可见不透明矿物可能为磁铁矿。

JC2样品岩性为花岗片麻岩，中粗粒不等粒变晶结构，条带状构造，主要由石英（40 %）和斜长石（55 %）组成，其次为黑云母（5 %）。显微镜下可见长石发生高岭土化，绢云母化；黑云母发生绿帘石化，石英呈港湾状镶嵌，细小的石英颗粒集合体弱定向排列 。

JC3、JC4和JC5样品岩性均为花岗片麻岩（见图2），条带状构造，中粗粒不等粒花岗变晶结构，主要矿物为石英（44 %）和钾长石（40 %），斜长石（10 %），黑云母（5 %），磷灰石和黄铁矿（1 %）。显微镜下可见钾长石发生高岭土化，黑云母发生绿泥石化。采样位置见表1。

《图2》

图2 花岗片麻岩显微照片（正交偏光）

Fig. 2 Microphotographs of Granite gneiss (orthogonal polarization)

《表1 》

表1 采样位置及岩性

Table 1 Sampling position and lithology

《3.2 变质原岩恢复》

3.2 变质原岩恢复

4个片麻岩样品通过(al+fm)-(c+alk)与si图解 [10]（见图3）和La/Yb-∑REE关系图 [11] （见图4），进行原岩恢复图解判定，除了JC2落入泥质沉积岩，其余全部落入火成岩中。15个斜长角闪岩在TiO2 -(FeO+Fe2O3 )/(FeO+Fe2O3 +MgO)判别图解分类图 [12] 中，样品全部都落入了正斜长角闪岩中（见图5）；对15个正变质的斜长角闪岩进行La/Yb-∑REE关系图判别，全部投入玄武岩中（见图6）。由此可见，除了样品 JC2 是副变质岩外，其余 18 个样品均为正变质岩。

《图3》

图3 (al+fm)-(c+alk)与si图解 [10]

Fig. 3 (al+fm)-(c+alk) versus si diagram of granitic gneiss[10]

《图4》

图4 花岗片麻岩 La/Yb-∑REE关系图 [11]

Fig. 4 La/Yb-∑REE diagram of granitic gneiss [11]

《图5》

图5 斜长角闪岩TiO2 -(FeO+Fe2O3 )/(FeO+Fe2O3 +MgO)判别图 [12]

Fig. 5 TiO2 -(FeO+Fe2O3 )/(FeO+Fe2O3 +MgO) diagram of amphibolites [12]

《图6》

图6 斜长角闪岩 La/Yb-∑REE关系图 [11]

Fig. 6 La/Yb-∑REE diagram of amphibolites [11]

《4 岩石地球化学特征》

4 岩石地球化学特征

《4.1 主量元素地球化学特征》

4.1 主量元素地球化学特征

斜长角闪岩和花岗片麻岩的主量元素成分分析结果见表2。其中15件斜长角闪岩样品的SiO2 含量为39.65 wt%～54.41 wt%(wt%为重量百分比)，平均值为48.74 wt%；TiO2 含量0.83 wt%～3.37 wt%，TFe2O3 含量为11.52 wt%～18.46 wt%；MgO含量较高，为2.05 wt%～9.31 wt%。 M/F < 0.5，为铁质基性岩。

《表2》

表2 样品主量元素分析数据表（wt%）

Table 2 The data of major elements of all samples（wt%）

3 件正变质的片麻状花岗岩，岩石化学分析SiO2 含量为 66.69 wt%～69.85 wt%，全碱（K2O+Na2O）含量为 6.38 wt%～11.68 wt%，Al2O3 含量为12.57 wt%～15.61 wt%；A/CNK值0.87～1.04；属于准铝质-偏铝质。JC4、JC5样品的碱铝比值( Na2O+K2O)/Al2O3 分子数比值（NKA）>0.8，显示出A型花岗岩特征。

《4.2 稀土、微量元素地球化学特征》

4.2 稀土、微量元素地球化学特征

JC1—JC9样品稀土、微量元素分析结果见表3，JC10—JC19样品的稀土和微量元素的分析结果见表4。其中3件正变质的片麻状花岗岩样品的稀土元素球粒陨石标准化模式图（见图7a），显示轻、重稀土分馏明显，曲线整体呈右倾型，∑LREE/∑ HREE：4.58～7.28（平 均 值 5.77），(La/Yb)N ：14.54～26.14，平均值18.44，La/Sm：3.93～7.47，δEu值＜0.3表现出强烈的Eu负异常。微量元素原始地幔标准化蜘蛛图解(见图7b)，表现出Sr 、P、Ti亏损，Ba轻微亏损。

《图7》

图7 片麻状花岗岩稀土、微量元素标准化配分图 [13]

Fig. 7 Chondrite-normalized REE patterns and spidergrams of trace elements for gneissic granite [13]

另外15件基性变质火山岩的稀土元素球粒陨石标准化模式图（见图8a），呈轻稀土富集的右倾型配分特点，∑LREE/∑HREE：2.97～4.43（平均值3.72），(La/Yb)N ：14.54～26.14（平均值 18.44），La/Sm值为2.77～5.16 ，δEu具有轻微的Eu负异常。微量元素原始地幔标准化蛛网图 [13] （见图8b）Rb、Ba、La、Ce、Nd、Sm相对富集，Nb、Ta、Sr、Zr、Hf亏损。轻稀土富集具有板内玄武岩的稀土元素配分特征，Nb/Yb比值高显示大陆玄武岩的微量元素特征 [11] 。Th/Ta=1.7～5.63，Ta/Hf=0.10～0.21，显示大陆裂谷初期的玄武岩特征 [15，16] 。

《图8》

图8 基性火山变质岩稀土、微量元素标准化配分图[13]

Fig. 8 Chondrite-normalized REE patterns and spidergrams of trace elements for mafic volcanic metamorphic[13]

《表3》

表3 样品JC1—JC9 稀土、微量元素分析结果（×10-6 ）

Table 3 The REE，trace elements results of samples JC1—JC9（×10-6 ）

《表4》

表4 样品 JC10—JC19 稀土、微量元素分析结果（×10-6 ）

Table 4 The REE，trace elements results of samples JC10—JC19（×10-6 ）

《5 同位素年龄》

5 同位素年龄

《5.1 分析方法》

5.1 分析方法

锆石U-Pb同位素年代学是在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成，采用的是单颗粒锆石的激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)原位测试，该方法将激光剥蚀产生的干气溶胶按照1∶3的分配系数导入至Q-ICPMS，进行锆石U-Pb定年分析，实现了锆石U-Pb定年原位分析。锆石U-Pb年龄测定采用国际标准锆石91500作为外标校正 [17] ，元素含量釆用NIST610作为外标校正 [18] 。

《5.2 分析结果》

5.2 分析结果

五个样品中JC5 样品的锆石颗粒呈长柱状晶形完整，锆石阴极发光图像呈现出核-幔-边结构，并且具有亮白色震荡环，显示出岩浆锆石的特征 [19，20](见图9a)；JC4样品，锆石呈溶蚀状、碎裂浑圆状的碎屑(见图9b)，其余三个样品的锆石为短柱状，阴极发光图像呈云雾状暗色核幔结构，无震荡环的变质重结晶特征（见图9c，d，e）。

《图9》

图9 锆石阴极发光图像

Fig. 9 CL images of the zircons

三件变质锆石样品 测得52个有地质意义的年龄，其中核部26个数据，年龄集中在1868～1928Ma ，加权平均年龄为（1 900±11）Ma(MSWD=1.16)，在锆石边部获得26个年龄在1 864～1 901 Ma ，加权平均年龄为（1884±12）Ma(MSWD=0.20，见图10)，1.9～1.8 Ga的峰值可以确定为变质事件年龄 (见图11) 。

《图10》

图10 JC1、JC2 U-Pb锆石年龄谐和图

Fig. 10 Zircon U-Pb concordia diagrams of samples JC1 and JC2

《图11》

图11 JC3、JC5锆石年龄谐和图

Fig. 11 Zircon U-Pb concordia diagrams of sample JC3 and JC5

《6 讨论》

6 讨论

《6.1 构造背景》

6.1 构造背景

从微量元素 Ti-Zr 构造环境判别图解[21]（见图 12）和Zr/Y-Zr构造环境判别图解 [22] （见图13）可以看出，样品几乎全部落入板内玄武岩区域，暗示白家嘴子组基性火山岩形成时的构造背景为板内环境；微量元素 Nb/Yb 比值高显示大陆玄武岩特点，Th/Ta、Ta/Hf比值特征显示出大陆初期裂谷特征。此外，正片麻岩的岩石化学特征显示为A型花岗岩，其源区是处于一种地壳伸展减薄的构造背景。综合两类岩石反映的构造背景，推断白家嘴子组地层形成时龙首山地区处于陆内地壳伸展减薄的大陆裂谷初期的构造背景。

《图12》

图12 斜长角闪岩Ti-Zr图解 [21]

Fig. 12 The Ti-Zr diagrams of amphibolite [21]

《图13》

图13 斜长角闪岩Zr-Zr/Y图解 [22]

Fig. 13 The Zr-Zr/Y diagrams of amphibolite [22]

《6.2 龙首山岩群的变质过程及热事件》

6.2 龙首山岩群的变质过程及热事件

本文所测的变质锆石年龄为 1.90 Ga 和1.85 Ga，而1.90 Ga为碎屑锆石核部的年龄，代表龙首山岩群变质岩系物源区变质碎屑的年龄是成岩前的变质事件；在五个样品中26个锆石暗色变质增生边部（Th/U＜0.1），获得的1.85 Ga年龄峰值数据，特别是黑云斜长片麻岩副变质岩中的变质锆石变质年龄1.88 Ga，由此推断龙首山岩群的变质时代为古元古代。样品JC4碎屑锆石的核部为岩浆锆石碎屑，24个为核部锆石测试数据，年龄集中在2 027～2 127 Ma，加权平均年龄为（2 072±37）Ma(MSWD=6.0，见图14），代表了该花岗质片麻岩物源区的原岩年龄；由此可见龙首山地块的构造演化经历了两次明显的变质热事件（1.9 Ga和1.8 Ga）其物源的年龄应该大于碎屑锆石核部的锆石年龄（2072±37）Ma。

《图14》

图14 JC4 U-Pb锆石年龄谐和图

Fig. 14 Zircon U-Pb concordia diagrams of samples JC4

《6.3 不同板块地层结构与构造热事件对比》

6.3 不同板块地层结构与构造热事件对比

6.3.1 华北克拉通构造演化

古太古代-冥古代陆核的形成 [23~25] ，中太古代(2.9～2.7 Ga)广泛的大陆地壳生长 [26~28] ，-2.5 Ga局部的地壳生长和克拉通化[29，30] ；古元古代(1.95～1.82 Ga)的俯冲-增生-碰撞造山及华北克拉通的最终形成 [31] ，其中-2.5 Ga岩浆变质事件与-1.85 Ga变质事件是华北克拉通区别于其他克拉通最显著的特征。

6.3.2 扬子克拉通构造演化

基底形成于晋宁期或扬子期(约800 Ma前)，并经历了3个重要的构造期：即吕梁期(约1 700 Ma前)、四堡期(约1 000 Ma前)和晋宁期或扬子期(约800 Ma前)。不同时期的洋壳俯冲及岛弧带的形成使分散的陆核、孤岛增长连在了一起，最终形成了克拉通(地台)的统一褶皱基底。扬子克拉通基底形成后，自震旦纪开始就进入相对稳定的发展阶段，即进入了相对稳定的克拉通发展阶段 [32] 。

6.3.3 “西域克拉通”构造演化

“西域克拉通”包括我国西北地区南天山—中蒙边界以南、昆仑山以北、贺兰山以西的广袤区域，即通常意义的塔里木、阿拉善、中祁连和柴达木地块，并将这个古生代期间的“西域克拉通”称之为西域板块。主要岩浆构造热事件有：2.5 Ga 构造热事件形成了以麻粒岩相为主的深层片麻岩、孔兹岩、奥长花岗岩（trondhjemite）、英云闪长岩（tonalite）、花岗闪长岩（granodiorite）岩系（TTG）构成的晚太古宙克拉通化基底；1.8 Ga 构造热事件形成了以角闪岩-高绿片岩相为主的早元古宙克拉通化基底；0.9～0.8 Ga 大陆拼合的构造热事件形成了以低绿片岩相为主的新元古代早期克拉通化基底和一条值得注意的早新元古代大陆缝合带 [7] 。

6.3.4 塔里木板块构造演化

塔里木板块是一个具有完整的前寒武纪结晶基底和并发育了良好的新元古代盖层的大陆块体[33~35] 。主要的岩浆构造热事件有：2.8～2.6 Ga形成了以TTG为主的初始大陆地壳，古元古代早期可能经历了一次裂解事件，在1.9～1.8 Ga发生造山事件；在漫长的中元古代发育了类似被动大陆边缘的沉积建造，1.0～0.9 Ga发生了造山事件，形成Rodinia 超大陆；760～820 Ma，塔里木存在洋壳俯冲；740 Ma开始，塔里木与澳大亚分离，表明Rodinina超大陆解体 [36] 。

6.3.5 龙首山地块

最近研究表明龙首山地块经历了三期古元古代岩浆事件(-2.04 Ga、-2.17 Ga、-2.33 Ga)和两期古元古代晚期变质事件(-1.95～1.90Ga)和1.85Ga [37] ，并在龙首山杂岩中获得了一个（2 468±9）Ma年龄，在金川地区花岗岩测的2 233 Ma年龄 [38] ，反映龙首山地块很可能存在太古宙基底。

《7 结语》

7 结语

本次对白家嘴子组变质岩系的同位素年龄的剖析和岩石地球化学研究表明，龙首山地区在古元古代时期就已经是一个相对稳定的大陆块，它们经历了2.1 Ga、1.9 Ga和1.85 Ga三期强烈的构造岩浆变质事件。

不同板块热事件和地层结构 [39，40] 对比（见表5）可以看出，龙首山地块经历的三期强烈的构造岩浆变质事件在华北板块和西域克拉通内部广泛存在。

《表5》

表5 龙首山地块地层结构对比表

Table 5 The constrast of stratigraphic structure between Longshoushan block and the other cratons

续表

而龙首山地块上发生的0.8 Ga的岩浆事件，反映出非华北克拉通的属性；与华南板块和西域克拉通表现出的 Rodinia 超大陆裂解事件较为吻合。然而龙首山地块的基底存在大于2.4～2.3 Ga热事件，具有更多的亲华北板块的演化事件。由此可见，龙首山地块在古元古代与华北板块更具亲缘性，而在中新元古代时期与华南板块更具亲缘性；从整体来看它与西域板块更具有相似性。因此，今后寻找金川型 [41] 铜镍硫化物矿床的方向应着眼于整个西域板块。