西南天山高壓－超高壓變質(zhì)巖的原巖判別

李拴成，徐永江，劉明博，劉曉鋒，張燕波

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710069;2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083;3.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊830049)

超高壓變質(zhì)巖石原巖大多為大陸地殼成分，大洋地殼的原巖非常少見，現(xiàn)今全球確切報(bào)道的只有西Apls的Zermatt－Saas帶、位于中亞的南天山造山帶和中國境內(nèi)的西南天山榴輝巖－藍(lán)片巖帶［5］。這是目前出露規(guī)模最大的洋殼巖石深俯沖超高壓變質(zhì)帶，并確定了其由南向北的俯沖帶極性［4］。在西南天山高壓－超高壓變質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)多種超高壓變質(zhì)證據(jù):榴輝巖中石榴石包體柯石英及其假象、綠輝石中出溶葉片狀石英、變質(zhì)成因的菱鎂礦礦物包體和硬柱石等超高壓變質(zhì)礦物。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

西南天山榴輝巖發(fā)現(xiàn)于1997年［1］，向西可能與吉爾吉斯斯坦阿特巴什南天山Atbashi藍(lán)閃榴輝巖帶及塔吉克斯坦Fan－Karategin藍(lán)片巖相連，向東則可能與庫米什銅花山藍(lán)片巖殘跡相連［3］，共同構(gòu)成中亞造山帶的一部分。西南天山高壓－超高壓(HP－UHP)變質(zhì)帶為NEE－SWW向延伸的古俯沖增生雜巖體［6，7］，沿中天山南緣斷裂東西長達(dá) 200 km，主要分布在新疆科克蘇河、阿克牙孜溝和長阿吾子溝地區(qū)［10，11］。該帶北以中天山南緣斷裂與中天山弧地體相隔，南以哈爾克山主脊斷裂與塔里木北側(cè)被動(dòng)陸緣相接，近似楔形夾持于兩大韌性剪切帶之間。

2 巖石學(xué)特征

西南天山阿坦塔義一帶高壓－超高壓變質(zhì)巖主要為榴輝巖、藍(lán)片巖以及石榴白云母片巖。榴輝巖大多為豆莢狀、薄層狀與藍(lán)片巖互層，部分榴輝巖呈透鏡體狀和巖枕狀產(chǎn)出。

西南天山南部哈布騰蘇和科布爾特一帶以榴輝巖、藍(lán)片巖為代表的高壓低溫變質(zhì)帶與北部木扎爾特以堇青石榴夕線石片麻巖、夕線石片麻巖、混合巖化片麻巖和混合巖化斜長角閃巖為代表的低壓高溫變質(zhì)帶共同構(gòu)成了洋殼俯沖特有的雙變質(zhì)帶［8，9］。

2.1 榴輝巖

榴輝巖為斑狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物由綠輝石(65% ～75%)，石榴子石(10% ～15%)，多硅白云母(5% ～10%)，藍(lán)閃石(1% ～2%)，石英(1% ～2%)組成，包括少量的金紅石，榍石，角閃石，少量的綠泥石化。部分樣品中含有一定數(shù)量的白云石。石榴子石為自形－半自形，粒徑較大(1.5～7 mm)，內(nèi)有石英，綠輝石，金紅石，多硅白云母，斜黝簾石等包體。石榴子石中的石英周邊多有放射狀裂紋，疑似柯石英假象(圖1)。石榴子石中的多硅白云母和斜黝簾石包體常常相鄰存在，疑似為硬柱石礦物的假象。

2.2 藍(lán)片巖

藍(lán)片巖為粒狀片狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。礦物主要有藍(lán)閃石(30% ～35%)，石英(20% ～25%)石榴子石(10% ～15%)，白云母(5% ～10%)，綠輝石(10%)，和 白 云石(5%)組成，少量的金紅石，榍石，黃鐵礦等。其中少量石榴子石礦物中可見硬柱石假象。

2.3 石榴石云母片巖

云母片巖為變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。主要礦物有石英(55% ～60%)，石榴子石(10% ～15%)，白云母(15%)和白云石(10%)等。其中石英，白云母和白云石呈片狀展布。石榴子石，粒徑小(0.1～0.3 mm)，半自形 －自形，其幔部也可見放射狀裂紋，大多數(shù)石榴子石有與白云母相接觸的反應(yīng)邊。

圖1 石榴子石的放射圖

3 地球化學(xué)特征

榴輝巖 TiO2=0.87 ～1.71，圍巖藍(lán)片巖有最高的 Ti，(TiO2=1.52 ～2.13)，(石英)云母片巖為 0.52 ～0.81。榴輝巖有低的 Si含量(SiO2=46.44～52.98)，(石英)云母片巖最高(47.49～69.66)，其中樣品 TSO2－8(綠泥石化含石榴石云母片巖)中SiO2(47.49)明顯小于其它的云母片巖含量(59.55～69.66)，指示出樣品 TSO2－8可能在壓力升高時(shí)發(fā)生部分 Si元素?fù)p失。藍(lán)片巖SiO2含量介于兩者之間，為 44.62 ～50.89。

地球化學(xué)分析結(jié)果顯示其原巖成分主要為玄武巖以及部分堿性玄武巖。榴輝巖原巖細(xì)分有兩類類型，分別為EMORB類型(ATT－7－A)和 N－MORB類型(TSO2－17b，TSO2－32A)，藍(lán)片巖原巖介于OIB和E－MORB之間。第一類榴輝巖具有較高的 LREE/HREE(0.99)、(La/Yb)N(2.10)比值，具有E－MORB特征，暗示其原巖來自于虧損地幔源區(qū)。第二類榴輝巖具有低的 LREE/HREE(0.44～0.57)、(La/Yb)N(0.52～0.61)比值等特征，具有 N －MORB屬性。榴輝巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土圖顯示出，ATT－7－A為右傾型，重稀土平坦，TSO2－17b，TSO2－32A為左傾型。榴輝巖無明顯的Eu異常。

圖2 榴輝巖、藍(lán)片巖稀土配分曲線和微量元素蛛網(wǎng)圖

藍(lán)片巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土圖為明顯右傾型，LREE/HREE(1.55～3.31)介于 E －MORB(1.02)與 OIB(3.58)之間。其∑REE(79.01－143.48×10－6)位于 E－MORB(71.09×10－6)與 OIB(227.69 ×10－6)之間。且(La/Yb)N(3.84－11.13)處于 E －MORB(1.91)和 OIB(12.29)之間。無Eu異常。這些數(shù)據(jù)表明，藍(lán)片巖原巖產(chǎn)生于靠近洋島的大洋中。Sr虧損，Cs略富集。根據(jù)圖2分析可知，其榴輝巖原巖為兩類類型:E－MORB和N－MORB，藍(lán)片巖原巖介于E－MORB和OIB之間。

分析結(jié)果顯示，原巖為E－MORB類型榴輝巖(ATT－7－A)具有更多的 Na2O，而 TFe2O3，MgO，TiO2，P2O5相對(duì)較低。而N－MORB型榴輝巖(TSO2－17b，TSO2－32A)則有較高的 TFe2O3，MgO，TiO2，P2O5，而低 Na2O。云母片巖的 SiO2變化較大(47.49－69.66)，TSO2－8(綠泥石化含石榴石云母片巖)具有極高的TiO2，TFe2O3和P2O5，以及較低的MgO。而在云母片巖樣品中，TSO2－8是唯一一個(gè)含有石榴子石礦物的片巖。石榴子石與共生礦物間的元素分配可作為有效的礦物溫壓計(jì)，鈣系石榴子石形成于壓力不大的巖漿巖、接觸變質(zhì)巖和熱液脈中;隨壓力升高依次是區(qū)域變質(zhì)巖中鋁系的錳鋁榴石、鐵鋁榴石、鎂鋁榴石及金伯利巖中。因此，樣品可能是壓力升高造成的。

圖3–a SiO2－Zr/TiO2巖石分類圖解(據(jù) Winchester and Floyd，1977)

圖3－b Zr/TiO2－Nb/Y巖石分類圖解(據(jù) Winchester and Floyd，1976)

SiO2－Zr/TiO2巖石分類圖解投圖，多數(shù)為拉斑玄武巖，兩個(gè)樣品投到堿性玄武巖中。Zr/TiO2－Nb/Y投圖多數(shù)為拉斑玄武巖，三個(gè)樣品為安山巖/玄武巖，一個(gè)樣品投到堿性玄武巖中。地球化學(xué)分析結(jié)果顯示，本文的樣品在SiO2－Zr/TiO2(圖 3－a;Winchester and Floyd，1977)和Zr/TiO2－Nb/Y圖解中 (圖3－b;Winchester and Floyd，1976)，樣品主體為拉斑玄武巖和堿性玄武巖。

4 結(jié)語

西南天山哈布騰蘇一帶榴輝巖原巖成分主要為玄武巖以及部分堿性玄武巖，原巖有兩類類型 E－MORB和 NMORB，藍(lán)片巖的原巖介于E－MORB與OIB之間。其構(gòu)造環(huán)境為近洋島的大洋環(huán)境。藍(lán)片巖中Sr虧損，Cs略富集。云母片巖中主量元素差異較大，初步估計(jì)為壓力升高時(shí)所造成。

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