弧地殼深部巖漿結(jié)晶分異過程：來自中祁連西段哈馬爾達(dá)坂雜巖體的年代學(xué)、地球化學(xué)和熱力學(xué)模擬研究*

孫曉奎 王超 李航 郝江波 喻遵譜 張帥 馬得青 李雪

大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，西安 710069

由于安山質(zhì)弧巖漿與大陸地殼的平均成分一致，因此，學(xué)者們認(rèn)為顯生宙以來的大陸地殼主要形成于俯沖帶巖漿作用(Taylor and McLennan, 1985; Rudnick, 1995; Rudnick and Gao, 2003)。但是，來自俯沖帶地幔楔的原始巖漿通常為玄武質(zhì)熔體(Kay and Kay, 1985; Groveetal., 2003; Kelemenetal., 2014; Schmidt and Jagoutz, 2017)，那么初始玄武質(zhì)弧地殼如何轉(zhuǎn)變?yōu)榘采劫|(zhì)-長英質(zhì)地殼？一直是地學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)課題之一。

近年來，不同學(xué)者針對弧巖漿分異過程開展了大量研究工作，對弧巖漿演化過程和大陸地殼形成機(jī)制提出了不同認(rèn)識：(1)初始含水玄武質(zhì)弧巖漿主要通過分離結(jié)晶作用形成基性-超基性堆晶巖和衍生的中性-酸性熔體(Greeneetal., 2006; Müntener and Ulmer, 2006; Jagoutz, 2010, 2014)。由于密度差異，弧堆晶體通過拆沉作用返回地幔，促使弧地殼向中性組分變化(Kay and Kay, 1985; Kay and Kay, 1991, 1993; Jull and Kelemen, 2001; Kelemen and Behn, 2016)；(2)原始弧地殼的部分熔融、地殼混染和巖漿混合等過程之間的相互作用可以形成中性-酸性熔體和基性-超基性殘留體(Atherton and Petford, 1996; Sissonetal., 1996; Tatsumietal., 2008; Annenetal., 2006)。越來越多的研究表明，上述這些巖石學(xué)過程主要發(fā)生于弧地殼深部(DeBari and Greene, 2011; Tatsumietal., 2008; Jagoutz, 2014)。因此，現(xiàn)今剝露至地表的中下地殼弧侵入雜巖體可以為研究弧巖漿演化過程和機(jī)制提供良好的載體，如巴基斯坦東北部的Kohistan洋內(nèi)弧雜巖(Jagoutzetal., 2007; Dhuimeetal., 2007, 2009)、阿拉斯加的Talkeetna弧雜巖(DeBari and Coleman, 1989; Greeneetal., 2006)、北美白堊紀(jì)科迪勒拉弧(Saleebyetal., 2003; Leeetal., 2006; Duceaetal., 2015)和中國西藏中生代岡底斯弧基底雜巖(朱弟成等, 2018; 張澤明等, 2019; Guoetal., 2020)。

近年來在中祁連西段鹽池灣地區(qū)發(fā)現(xiàn)了大量的弧巖漿巖，記錄了大陸地殼形成演化的重要信息(Wangetal., 2017; Zhaoetal., 2020)。最近，本文作者在該地區(qū)的哈馬爾達(dá)坂發(fā)現(xiàn)了由輝石角閃石巖、角閃輝長巖、角閃石巖和閃長巖等侵入巖構(gòu)成的雜巖體。哈馬爾達(dá)坂雜巖體被同時期的島弧火山巖直接覆蓋，代表了隆升剝蝕后的深部弧巖漿侵入體，為研究弧巖漿演化過程提供了重要載體。

通過對哈馬爾達(dá)坂雜巖體開展系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)查、巖石學(xué)、地球化學(xué)和Sr-Nd-Hf同位素分析、鋯石U-Pb年代學(xué)、結(jié)晶溫壓條件估算和熱力學(xué)模擬等工作，本文揭示了巖漿結(jié)晶分異作用在弧巖漿演化過程中具有重要作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

祁連造山帶處于阿拉善地塊、塔里木地塊和柴達(dá)木地塊之間，是秦祁昆造山系的一部分(圖1a)。祁連造山帶可劃分為北祁連、中祁連和南祁連三個構(gòu)造帶(圖1a)。祁連造山帶出露的巖石記錄了從新元古代大陸裂解、洋盆打開、早古生代洋殼俯沖和溝-弧-弧后盆地體系的形成，再到大陸碰撞/俯沖和折返等一系列復(fù)雜的地質(zhì)演化過程(張建新等, 2015; Songetal., 2013; Xuetal., 2006; Xiaoetal., 2009; Wangetal., 2017; Yuetal., 2021)。

圖1 祁連造山帶地質(zhì)簡圖(a, Wang et al., 2017)、鹽池灣地區(qū)哈馬爾達(dá)坂雜巖體及采樣位置地質(zhì)圖(b)及哈馬爾達(dá)坂雜巖體地質(zhì)剖面圖(c)Fig.1 Simplified geological map of Qilian orogenic belt (a, after Wang et al., 2017), geological map of the Hamardaban Complex and sampling location in Yanchiwan (b) and geological section map of the Hamardaban Complex (c)

北祁連造山帶發(fā)育新元古代至早古生代蛇綠巖、榴輝巖和藍(lán)片巖、島弧火山巖、花崗質(zhì)雜巖體和志留紀(jì)復(fù)理石建造、泥盆紀(jì)磨拉石建造以及石炭紀(jì)-三疊紀(jì)沉積巖系等(張建新等, 1998; 左國朝等, 2002; 吳才來等, 2006, 2010; 夏林圻等, 2016; 宋述光等, 2009)。中祁連構(gòu)造帶主要由前寒武紀(jì)基底、早古生代巖漿巖(中酸性侵入巖、島弧火山巖、少量基性-超基性巖體) 和古生代沉積巖組成，其中的前寒武紀(jì)基底包括野馬南山群、湟源群、馬銜山群深變質(zhì)巖系和黨河群、湟中群、興隆山群淺變質(zhì)巖系，時代上主要集中在中-新元古代(張建新等, 2015; 夏林圻等, 2016)，古生代巖漿巖主要形成于530～410Ma之間(Wangetal., 2017; Zhaoetal., 2020)。南祁連構(gòu)造帶主要為新元古代-奧陶紀(jì)沉積巖系和古生代中-酸性侵入體，侵入體主要形成時代為460～445Ma(Lietal., 2019)。

中祁連構(gòu)造帶中的早古生代巖漿巖較為發(fā)育，巖石類型豐富。近年來，在中祁連南緣東段拉脊山地區(qū)識別出534～500Ma的洋底海山和490～440Ma的由玻安巖、洋島玄武巖和島弧火山巖組成的洋內(nèi)弧盆體系(Songetal., 2013, 2017)，在木里地區(qū)報道了520～492Ma的輝長巖(Yanetal., 2019)和453～444Ma的埃達(dá)克質(zhì)島弧火山巖(Yangetal., 2019)；在中祁連西段鹽池灣地區(qū)多諾若爾群中發(fā)現(xiàn)具有弧后盆地巖漿性質(zhì)的高鉀-鉀玄質(zhì)島弧火山巖(HKSV)、似MORB型玄武巖、OIB型玄武巖以及玻安巖組成的中基性火山巖組合(約475Ma；Zhaoetal., 2020)。這些地區(qū)的巖漿巖構(gòu)成的弧巖漿巖帶，它們共同記錄了俯沖帶不同階段的演化歷史。

與在中祁連地塊西段鹽池灣弧后盆地火山巖緊密伴生著一鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)雜巖體。該雜巖體位于鹽池灣地區(qū)北部的哈馬爾達(dá)坂。哈馬爾達(dá)坂雜巖體主要由輝石角閃石巖、角閃輝長巖、角閃石巖和閃長巖組成(圖1b, c)。輝石角閃石巖、角閃輝長巖和角閃石巖主要分布在巖體的北部，而閃長巖類分布在巖體的南部。南部的閃長巖中主要礦物為角閃石和長英質(zhì)礦物，北部的鎂鐵質(zhì)巖石中角閃石等礦物的顆粒較大，堆晶現(xiàn)象發(fā)育。二者呈漸變過渡接觸(圖1c)。該雜巖體南側(cè)毗鄰約475Ma的玄武巖和玄武安山巖(Zhaoetal., 2020)。

本文對該雜巖體中的不同巖石類型進(jìn)行了巖石學(xué)、全巖地球化學(xué)和同位素分析研究。詳細(xì)的巖石類型及礦物組合見表1。

表1 哈馬爾達(dá)坂雜巖體主要巖石類型及礦物組合

2 巖石學(xué)特征

2.1 鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石

角閃輝長巖具有中-粗粒狀結(jié)構(gòu)，主要礦物組成為角閃石(55%～60%)、單斜輝石(10%～15%)、斜長石(20%～25%)以及絹云母(Se)、透閃石(Tr)等蝕變礦物(圖2a, b)。單斜輝石呈自形粒狀，發(fā)育次角閃石化現(xiàn)象。角閃石為自形-半自形的粒狀堆晶結(jié)構(gòu)，礦物顆粒邊界明顯，粒徑介于2～10mm之間。粒間他形斜長石存在于角閃石之間的縫隙中，發(fā)生了較明顯的絹云母化蝕變現(xiàn)象。同時，存在自形角閃石包裹殘余單斜輝石的包含結(jié)構(gòu)(圖2b)及磁鐵礦出溶現(xiàn)象。

圖2 哈馬爾達(dá)坂雜巖體代表性樣品的野外及顯微鏡下照片(a)角閃輝長巖；(b)角閃輝長巖，可見堆晶角閃石中有單斜輝石殘余及磁鐵礦出溶；(c)輝石角閃石巖；(d)角閃石巖，可見120°三聯(lián)點(diǎn)的角閃石粒狀鑲嵌接觸；(e)石英閃長巖；(f)閃長巖. 礦物縮寫：Hb-角閃石；Cpx-單斜輝石；Pl-斜長石；Q-石英；Bt-黑云母；Mt-磁鐵礦；Ep-綠簾石；Tr-透閃石Fig.2 Field photos and photomicrographs of representative samples of the Hamardaban Complex(a) hornblende gabbro; (b) hornblende gabbro shows clinopyroxene residues and magnetite exsolution in cumulate hornblende; (c) pyroxene hornblendite; (d) hornblendite with 120° triangles of granular contact of hornblende; (e) quartz diorite; (f) diorite. Mineral abbreviation: Hb-hornblende; Cpx-clinopyroxene; Pl-plagioclase; Q-quartz; Bt-biotite; Mt-magnetite; Ep-epidote; Tr-tremolite

輝石角閃石巖具有中等粒狀結(jié)構(gòu)，主要礦物組成為角閃石(70%～75%)、單斜輝石(5%～10%)、斜長石(15%～20%)以及滑石(Tlc)、綠泥石(Chl)等蝕變礦物(圖2c)。角閃石呈自形-半自形，礦物顆粒邊界平直，粒徑介于2～3.0mm之間，部分蝕變?yōu)橥搁W石。輝石主要為單斜輝石，呈半自形，礦物顆粒有綠泥石化現(xiàn)象。

角閃石巖呈粒狀堆晶結(jié)構(gòu)，主要由角閃石(85%～90%)、斜長石(10%～15%)以及少量黑云母、磷灰石(Ap)和磁鐵礦等礦物組成?？梢娮孕谓情W石的再生長、且被較晚期粒間他形斜長石充填的正堆晶結(jié)構(gòu)(Orthocumulate texture)(圖2d)。角閃石顆粒呈粒狀，多為自形晶，粒徑大小在0.2～0.5mm，彼此以直線鑲嵌接觸，可看到120°三聯(lián)點(diǎn)接觸。斜長石多為半自形-他形，且發(fā)育絹云母化蝕變。輝石角閃石巖和角閃石巖中的角閃石主要以堆晶礦物相的形式產(chǎn)出。

2.2 閃長巖類

石英閃長巖主要由角閃石(65%～70%)、斜長石(20%～25%)、石英(10%～15%)等礦物組成(圖2e)。角閃石多為自形晶，礦物邊界平直。石英與斜長石呈他形存在于角閃石之間的空隙中，斜長石發(fā)育絹云母化。

閃長巖呈塊狀構(gòu)造，中-細(xì)粒半自形結(jié)構(gòu)，主要由角閃石(60%～65%)、斜長石(30%～35%)、輝石(5%～10%)、石英(5%～10%)等礦物組成。副礦物有綠簾石、磷灰石、磁鐵礦等(圖2f)。角閃石多為自形晶，礦物邊界平直。輝石有綠泥石化現(xiàn)象。石英與斜長石呈他形存在于角閃石、輝石之間的空隙中。閃長巖類中的角閃石顆粒多為半自形到自形晶，較鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石中的角閃石含量少。

3 分析方法

本文對代表性樣品進(jìn)行了全巖主微量元素、全巖Sr-Nd-Hf同位素、鋯石U-Pb年代學(xué)及單礦物電子探針主量元素分析。巖石地球化學(xué)分析在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。根據(jù)樣品巖性選擇不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)完成細(xì)碎過程，獲得直徑小于200目、用于全巖地球化學(xué)分析的粉末。主量元素分析在XRF(Rugaku RIX 2100) 儀上測定。微量元素分析在Elan 6100 DRC型ICP-MS上完成，樣品測試中用標(biāo)樣BCR-2、BHVO-1和AGV-1進(jìn)行監(jiān)控。

全巖Sr-Nd-Hf同位素測試是在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成的。Sr-Nd-Hf同位素分析采用德國Thermo Fisher Scientific公司的MC-ICP-MS(Neptune Plus)。BCR-2(玄武巖)和RGM-2(流紋巖)(USGS)選擇作為流程監(jiān)控標(biāo)樣。兩個監(jiān)控標(biāo)樣的同位素分析測試值與推薦值(Lietal., 2012) 在誤差范圍內(nèi)一致。分析準(zhǔn)確度和精密度滿足高精度的Sr-Nd-Hf同位素分析要求。

鋯石的分選在廊坊市宇能巖礦技術(shù)服務(wù)有限公司利用重磁分離法完成，鋯石的制靶過程在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。在雙目鏡顯微鏡下對分離出來的鋯石進(jìn)行挑選，選出結(jié)晶好、無裂隙及包裹體的鋯石，固定于環(huán)氧樹脂上并拋光至鋯石顆粒核部露出。鋯石的陰極發(fā)光(CL)分析在裝有Mono CL3+陰極發(fā)光裝置系統(tǒng)的掃描電鏡上完成，而U-Pb年齡測定及微量元素分析均在連接Geolas 2005激光剝蝕系統(tǒng)的 Agilient 7500a型ICP-MS上進(jìn)行。測定過程中激光剝蝕斑束直徑為24μm，每測定6個樣品點(diǎn)測定1次91500、GJ-1和NIST610。分析方法及測試流程見Yuanetal.(2008)。對分析數(shù)據(jù)的處理使用Glitter 4.0，年齡數(shù)據(jù)計算、諧和圖使用Isoplot R制作完成。

電子探針分析(EPMA)在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。礦物化學(xué)成分測試?yán)肑EOL JXA-8230電子探針分析(EPMA)完成。加速電壓15kV，電流10nA，測定的主要礦物為角閃石，分析束斑設(shè)定為2μm。

4 分析結(jié)果

4.1 巖石地球化學(xué)特征

全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)果見表2，主量元素二元圖解是在無水基礎(chǔ)上重新計算進(jìn)行分析的。

4.1.1 鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石

輝石角閃石巖與角閃輝長巖樣品具有低的SiO2含量，介于39.34%～46.48%。輝石角閃石巖具有較低的Mg#值(52.3～54.6)、MgO(6.19%～6.93%)和高的CaO(12.74%～13.73%)、Al2O3(19.04%～20.26%)、Fe2O3T(11.98%～14.64%)、TiO2(0.81%～1.00%)和變化較大的P2O5含量(圖3a-g)。角閃輝長巖具有高的Mg#值(70.5～74.6)、MgO(10.82%～14.29%)、Fe2O3T(10.53%～11.35%)和CaO含量，其Al2O3和TiO2含量比輝石角閃石巖和角閃石巖略低(圖3c, f)。角閃石巖的SiO2含量為50.56%～53.88%，MgO含量為7.21%～8.52%，與高鉀島弧玄武巖(18CQL-18)類似。從輝石角閃石巖、角閃輝長巖到角閃石巖，CaO、Fe2O3T、TiO2的含量依次降低(圖3b, e, f)。

圖3 哈馬爾達(dá)坂雜巖體的主量元素二元圖解圖中黑色與灰色虛線分別為以玄武巖(18CQL-18)為初始巖漿成分，利用熱力學(xué)模擬軟件MCS(Magma Chamber Simulator)計算的堆晶演化線(Cumulate Lines of Descent, CLD)與熔體演化線(Liquid Lines of Descent, LLD). 圖a中黑色與灰色實(shí)線分別代表實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)模擬下的Kohistan弧的CLD與LLD(據(jù)Müntener et al. 2018). 文獻(xiàn)數(shù)據(jù)中的玄武巖(18CQL-18)作為初始巖漿成分，HKSV為與該雜巖體毗鄰的高鉀島弧玄武巖，數(shù)據(jù)均引自Zhao et al. (2020)Fig.3 Binary diagrams of major elements against SiO2 of Hamardaban ComplexIn the figure, the black and gray dotted lines are the Cumulate Lines of Descent (CLD) and Liquid Lines of Descent (LLD) calculated by the thermodynamic simulation software MCS (Magma Chamber Simulator) with basalt (18CQL-18) as the initial magmatic composition. The black and gray solid lines in figure a represent the CLD and LLD of Kohistan arc under experimental petrological simulation, respectively (according to Müntener et al. 2018). Basalt (18CQL-18) in the literature data is the initial magmatic component, and HKSV is the high-k basalt adjacent to the complex. The data quoted from Zhao et al. (2020)

角閃輝長巖和輝石角閃石巖虧損輕稀土，與N-MORB稀土配分特征相似，但比N-MORB稀土含量低(圖4a)。角閃石巖略富集輕稀土，呈右傾型稀土配分模式(圖4a)。在微量元素組成上，所有樣品均富集大離子親石元素(LILE)(如Rb、Ba、Pb、Sr)，并虧損高場強(qiáng)元素(HFSE)(如Nb、Ta、Zr和Hf)，具有弧巖漿的特征。與鹽池灣高鉀島弧玄武巖相似，但其總體含量略低(圖4b)。

圖4 哈馬爾達(dá)坂雜巖體的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a、c)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b、d)E-MORB與N-MORB數(shù)據(jù)及球粒隕石和原始地幔值引自Sun and McDonough (1989).鹽池灣高鉀島弧玄武巖(HKSV)數(shù)據(jù)引自Zhao et al. (2020)Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns (a, c) and primitive-mantle normalized spider diagrams (b, d) of the Hamardaban ComplexE-MORB, N-MORB data and normalization values from Sun and McDonough (1989). The Yanchiwan High-K basalt (HKSV) from Zhao et al. (2020)

圖5 哈馬爾達(dá)坂雜巖體輝石角閃石巖(樣品18NQL-11)代表性鋯石CL圖像及鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.5 Typical zircon CL image and zircon U-Pb age concordia diagrams of pyroxene hornblendite (Sample 18NQL-11)

4.1.2 閃長巖類

閃長巖類樣品具有稍高的SiO2含量(53.81%～59.94%)和K2O含量(2.10%～3.47%)，屬于高鉀鈣堿性系列巖石(圖3i)。閃長巖類樣品的Mg#(42.3～53.0)、MgO(2.42%～3.25%)、CaO、Fe2O3T、TiO2含量較低，而Al2O3(17.31%～18.37%) 和Na2O與K2O含量高。其中CaO、Al2O3、MgO、Fe2O3T、TiO2和P2O5的含量均有隨SiO2含量的升高而降低的變化趨勢(圖3b-g)。Na2O與K2O有隨著SiO2含量的增加而升高的變化趨勢(圖3h, i)。變化范圍基本在鹽池灣高鉀島弧玄武巖區(qū)域內(nèi)。與鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石相比，閃長巖類樣品具有低的MgO、CaO、Fe2O3T、TiO2，表明其具有更演化的特征。

閃長巖類巖石∑REE在43.8×10-6～45.9×10-6，LREE/HREE比值在3.35～3.97之間，具有右傾的稀土元素配分曲線，中稀土呈凹型的配分型式(圖4c)。在微量元素組成上，所有樣品均富集LREE和LILE以及虧損HFSE，表現(xiàn)出與弧巖漿巖類似的微量元素地球化學(xué)特征，與鹽池灣高鉀島弧玄武巖特征一致(圖4d)。

4.2 鋯石U-Pb年齡

本文對哈馬爾達(dá)坂雜巖體中的輝石角閃石巖進(jìn)行了鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年，數(shù)據(jù)結(jié)果見表3。鋯石呈現(xiàn)自形-半自形，大部分呈板狀，弱的生長條環(huán)帶(圖5)。結(jié)合CL圖像、透射光、反射光圖像，本文選取22個點(diǎn)進(jìn)行U-Pb同位素分析，鋯石的Th/U比值在0.39～2.15之間。所有的測點(diǎn)均落在諧和線上，輝石角閃石巖加權(quán)平均年齡為473±1Ma(MSWD=2.23)(圖5)，代表了該雜巖體侵位的年齡，其形成時代為中奧陶世，與相鄰的高鉀島弧玄武巖(HKSV)的形成時代(475Ma)幾乎一致(Zhaoetal., 2020)。

表3 哈馬爾達(dá)坂雜巖體輝石角閃石巖(樣品18NQL-11)鋯石U-Pb定年結(jié)果表

圖6 哈馬爾達(dá)坂雜巖體Sr-Nd-Hf同位素組分圖解(a) εNd(t)-(87Sr/86Sr)i圖解；(b) εNd(t)-εHf(t)圖解；(c)全巖εNd(t)值-全巖MgO；(d) (87Sr/86Sr)i值-全巖MgO圖解. 圖a、b中不同端元混合曲線采用據(jù)Tao et al. (2018)Fig.6 Diagrams of Sr-Nd-Hf isotopic composition of the Hamardaban Complex(a) εNd(t) vs. (87Sr/86Sr)i; (b) εNd(t) vs. εHf(t) (b); (c) whole rock MgO vs. whole rock εNd(t) value; (d) whole rock MgO vs. (87Sr/86Sr)i. The mixing curves in Fig.6a, b from Tao et al. (2018)

4.3 Sr-Nd-Hf同位素地球化學(xué)特征

本文對哈馬爾達(dá)坂雜巖體中的角閃輝長巖、角閃石巖、石英閃長巖和毗鄰的原始島弧玄武巖樣品進(jìn)行了全巖Sr-Nd-Hf同位素分析(表4)。樣品的初始Sr同位素組成(即(87Sr/86Sr)i)、εNd(t)與εHf(t)值采用巖體的鋯石U-Pb年齡(t=473Ma)進(jìn)行計算。

巖石樣品的初始Sr-Nd同位素組成較為均一，(87Sr/86Sr)i比值介于0.7035～0.7053之間，εNd(t)=+3.9～+5.1。其中有一件玄武巖樣品(18CQ-15)具有高的(87Sr/86Sr)i比值(0.7061)，εNd(t)=+1.2?？傮w來說，哈馬爾達(dá)坂雜巖體與相鄰的原始島弧玄武巖具有一致的Sr-Nd同位素組成，εNd(t)值為+3.9～+5.1，表明其巖漿源區(qū)具有虧損特征。Hf同位素只有兩個樣品測出數(shù)據(jù)，分別為玄武巖(18CQ-15)εHf(t)=+10.8和角閃石巖(20CQL-3)εHf(t)=+13.1(圖6)。

4.4 角閃石溫度-壓力-氧逸度計算

為了確定哈馬爾達(dá)坂雜巖體的形成條件，本文對輝石角閃石巖和閃長巖中的角閃石進(jìn)行了礦物溫壓及氧逸度計算。角閃石的主量元素組成見表5。依據(jù)Leakeetal.(1997)的命名方法，輝石角閃石巖中的角閃石為韭閃石和少量淺閃石(圖7a)，閃長巖中的角閃石均為鎂角閃石(圖7b)。

圖7 哈馬爾達(dá)坂雜巖體中角閃石Mg/(Mg+Fe2+)-Si分類圖解(a、b)、P-T圖解(c)及T-logfO2圖解(d)Fig.7 Mg/(Mg+Fe2+) vs. Si classification diagram (a, b), P vs. T diagram (c) and T vs. logfO2 diagram (d) of hornblende from the Hamardaban Complex

Ridolfietal.(2010)通過對鈣堿性巖漿中的天然角閃石和合成角閃石的測試，基于結(jié)構(gòu)和礦物化學(xué)提出了角閃石溫度、壓力、fO2和熔體H2O含量的計算公式。Erdmannetal.(2014)利用不同類型的角閃石成分去驗(yàn)證Ridolfietal.(2010)的公式，認(rèn)為他們提供的角閃石結(jié)晶溫度和fO2的計算公式是合理的。因此，本文利用Ridolfietal.(2010)的公式計算了哈馬爾達(dá)坂雜巖體不同巖性中角閃石結(jié)晶時的溫度和氧逸度(表5)。計算結(jié)果顯示，哈馬爾達(dá)坂雜巖體中鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石中的角閃石結(jié)晶溫度高(887～978℃)，閃長巖類中的角閃石結(jié)晶溫度相對較低(814～844℃)(圖7c)，鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石和閃長巖類中的角閃石具有相似的氧逸度(NNO+0.7～NNO+1.4，大多數(shù)為NNO+1.0)(圖7d)。

前人利用石英+堿性長石+斜長石+角閃石+黑云母+鈦-鐵氧化物+磁鐵礦+熔體+流體體系進(jìn)行了多次的校正，得到了許多壓力計模型(Schmidt, 1992; Larocque and Canil, 2010; Ridolfietal., 2010; Krawczynskietal., 2012; Mutchetal., 2016)。但是哈馬爾達(dá)坂雜巖體缺失利用角閃石全Al壓力計的寄主巖石的上述特定礦物組合。因此，本文選擇Krawczynskietal.(2012)基于火成角閃石AlⅥ含量和結(jié)晶壓力相關(guān)性經(jīng)驗(yàn)公式來計算哈馬爾達(dá)坂雜巖體中不同巖性的角閃石結(jié)晶壓力，并結(jié)合Schmidt (1992)提出的角閃石Al壓力計來輔助確定它們的結(jié)晶壓力(表5)。計算結(jié)果表明利用不同壓力計計算的結(jié)果誤差很小(平均誤差η=0.05GPa)。因此，我們選用Krawczynskietal.(2012)的溫壓計結(jié)果，結(jié)果顯示輝石角閃石巖(18NQL-11)的結(jié)晶壓力為0.47～0.72GPa，閃長巖的結(jié)晶壓力為0.25～0.43GPa(圖7c)。按照1GPa相當(dāng)于33km的條件估算，輝石角閃石巖的形成深度在16～24km之間，閃長巖的形成深度在9～14km之間，表明該雜巖體形成于中下地殼深度。

5 討論

5.1 巖石成因

5.1.1 巖漿源區(qū)

哈馬爾達(dá)坂雜巖體和伴生的原始島弧玄武巖具有相似的全巖Sr-Nd-Hf同位素組成，結(jié)合該雜巖體與玄武巖形成的時代一致，表明它們來自于同一巖漿源區(qū)(圖6)。本文選擇與哈馬爾達(dá)坂雜巖體緊密伴生的高鉀原始島弧玄武巖(18CQL-18，Zhaoetal., 2020)作為哈馬爾達(dá)坂雜巖體的初始巖漿，即起始成分(C0)。該樣品Mg#>67，MgO>8%，具有高Cr(>200×10-6)和Ni(>80×10-6)的特征，與原始弧熔體接近(Kelemenetal., 2014; Schmidt and Jagoutz, 2017)。為估算原始弧玄武巖源區(qū)的部分熔融程度，本文分別以尖晶石二輝橄欖巖和石榴子石二輝橄欖巖為源巖，利用Shaw (1970)的非模式批次部分熔融方程來進(jìn)行評估計算。在La/Sm-Sm/Yb與Sm/Nd-Sm/Yb的對比圖中(圖8)，顯示其源區(qū)與尖晶石二輝橄欖巖虧損地幔約1%～5%熔融產(chǎn)生的巖漿相似。結(jié)合Sr-Nd-Hf同位素數(shù)據(jù)，采用兩端元(虧損地幔+沉積物熔體)混合模型來進(jìn)行模擬計算(Taoetal., 2018)，顯示原始弧巖漿大約有0.5%～1.0%的沉積物熔體加入地幔源區(qū)(圖6a, b)。據(jù)Zhaoetal.(2020)對高鉀原始島弧玄武巖的巖漿源區(qū)的溫度和壓力進(jìn)行計算，其形成溫度為1250～1420℃，壓力介于1.8～2.0GPa(40～65km)之間。因此，我們推斷該原始弧巖漿來源于受到0.5%～1.0%的沉積物熔體交代的虧損地幔源區(qū)，是在40～65km的深度下的尖晶石二輝橄欖巖虧損地幔經(jīng)歷約1%～5%熔融產(chǎn)生的玄武質(zhì)巖漿，來自加厚的弧下巖石圈地幔熔融的產(chǎn)物。原始玄武質(zhì)巖漿在上升侵位過程中，與圍巖混染會造成熔體(87Sr/86Sr)i和MgO的負(fù)相關(guān)以及εNd(t)和MgO的正相關(guān)趨勢。哈馬爾達(dá)坂雜巖體樣品的(87Sr/86Sr)i、εNd(t)值均不隨MgO含量變化，表明地殼混染作用不明顯(圖6c, d)。

5.1.2 分離結(jié)晶作用

圖8 哈馬爾達(dá)坂雜巖體鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石Sm/Yb-La/Sm (a)和Sm/Yb-Sm/Nd (b)圖解圖中曲線是利用Shaw (1970)的非模式批次部分熔融(Non-modal batch melting)方程得到的熔體曲線，分別代表在石榴石和尖晶石二輝橄欖巖條件下虧損地幔(DM)和原始地幔(PM)的部分熔融曲線(底圖據(jù)Aldanmaz et al., 2000)，DM和PM的成分來自于Sun and McDonough (1989)Fig.8 Diagrams of Sm/Yb vs. La/Sm (a) and Sm/Yb vs. Sm/Nd (b) for mafic-ultramafic rocks of the Hamardaban ComplexThe curves in figures show the melt curves by using the Non-modal batch melting equation of Shaw (1970), which are the partial melting curves of depleted mantle (DM) and primitive mantle (PM) under the conditions of garnet and spinel-lherzolite respectively (according to Aldanmaz et al., 2000). The components of DM and PM from Sun and McDonough (1989)

鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖主要由巖漿早期結(jié)晶的礦物堆積形成，呈現(xiàn)角閃石核部含有早期單斜輝石的包含結(jié)構(gòu)(圖2b)、自形角閃石被他形斜長石充填的堆晶結(jié)構(gòu)(圖2d)。在地球化學(xué)成分上，鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖富鐵貧硅，具有較高的MgO含量(6.19%～14.29%，Mg#=52.3～74.6)。鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖具有隨著SiO2減少，Mg#的強(qiáng)烈減少和Al2O3的強(qiáng)烈增加的特征，與實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)資料中含水弧巖漿形成的堆晶巖Mg#-SiO2中的“Z”型趨勢的第二段具有類似特征(圖3a, Dessimozetal., 2012; Chinetal., 2018; Müntener and Ulmer, 2018; Tassaraetal., 2021; Jagoutz and Klein, 2018)。相容元素Cr和Ni的含量從角閃輝長巖至輝石角閃石巖是逐漸降低的，反映了輝石和/或角閃石的分離結(jié)晶作用，上述礦物的分離結(jié)晶導(dǎo)致了巖漿不斷朝富集Al2O3的方向演化，形成演化的閃長巖類巖石。輝石角閃巖比角閃輝長巖和角閃石巖具有高的Al2O3含量(圖3c)，說明巖漿結(jié)晶早期斜長石未發(fā)生結(jié)晶。角閃輝長巖中發(fā)現(xiàn)角閃石包裹他形的單斜輝石包含結(jié)構(gòu)(圖2b)，說明原始弧巖漿中角閃石的形成可能是以早期單斜輝石和熔體的反應(yīng)置換出現(xiàn)的，即角閃石的形成可以通過殘余熔體與早期形成的單斜輝石反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)(Smith, 2014中的圖2d)。角閃石巖和輝石角閃石巖中的角閃石大多是自形的(圖2c, d)，表明其是從巖漿熔體中直接堆晶形成的(Smith, 2014)。同時所有鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)堆晶巖具有高的Fe2O3T和TiO2含量(圖3e, f)，指示了Ti-Fe氧化物的堆晶。Ti-Fe氧化物(磁鐵礦、鈦鐵礦等)充填于角閃石顆粒間(圖2b)，說明Ti-Fe氧化物的結(jié)晶晚于角閃石。角閃石巖可見自形角閃石適度再生長且被較晚期粒間他形斜長石充填的正堆晶結(jié)構(gòu)(Orthocumulate texture)，表明斜長石的結(jié)晶晚于角閃石(圖2d)。上述現(xiàn)象進(jìn)一步說明原始弧巖漿在富H2O的環(huán)境下能促進(jìn)高鈣單斜輝石結(jié)晶，抑制斜方輝石和斜長石結(jié)晶，并在中下地殼壓力下促使早期角閃石和Ti-Fe氧化物結(jié)晶，使巖漿向低Mg、高Al、Si的方向演化。鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)堆晶巖的礦物結(jié)晶序列可歸結(jié)為單斜輝石→角閃石+副礦物(鐵-鈦氧化物)→斜長石，這與深部富H2O(飽和)原始弧巖漿的分離結(jié)晶實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致(Krawczynskietal., 2012; Ulmeretal., 2018)。

表5 哈馬爾達(dá)坂雜巖體的角閃石主量元素(wt%)數(shù)據(jù)及溫度-壓力-氧逸度計算表

閃長巖類為中細(xì)粒半自形結(jié)構(gòu)，在礦物組成上，主要由半自形的角閃石和斜長石組成，含少量細(xì)粒的磷灰石、磁鐵礦、綠簾石等。含水礦物角閃石為主要的礦物相，反映了其母巖漿具有富水的特征。在地球化學(xué)成分上，閃長巖類是一套向富硅貧鐵方向演化的鈣堿性系列巖石。閃長巖類的SiO2與Mg#及其他主量元素具有結(jié)晶分異的線性關(guān)系(圖3)，且具有低MgO(2.42%～3.25%)、低Cr(4.0×10-6～9.1×10-6)和Ni(3.9×10-6～5.7×10-6)含量，表明其是原始玄武質(zhì)熔體在中下地殼經(jīng)歷以角閃石為主的結(jié)晶分異形成的。

綜合巖相學(xué)和地球化學(xué)特征，鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)堆晶巖與閃長巖類具有相似的礦物結(jié)晶順序、全巖同位素組成，說明二者代表了分離結(jié)晶過程中的互補(bǔ)成分。鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖是在基性巖漿房內(nèi)由單斜輝石、角閃石、斜長石、Ti-Fe氧化物和磷灰石等堆晶礦物構(gòu)成的堆晶巖，主要由巖漿早期結(jié)晶的礦物聚集而成，而閃長巖類是從基性巖漿房內(nèi)抽離的富硅的熔體在中下地殼經(jīng)歷以角閃石為主的結(jié)晶分異的產(chǎn)物。

在中壓條件下，角閃石是控制含水玄武巖分離結(jié)晶的重要礦物相(Groveetal., 2002, 2003; Sissonetal., 2005)，弧下富含角閃石的堆晶巖的生成和穩(wěn)定對弧巖漿產(chǎn)物演化起著重要的控制作用(Davidsonetal., 2007; Kratzmannetal., 2010; Smith, 2014; Velázquez Santanaetal., 2020)。巖相學(xué)觀察表明哈馬爾達(dá)坂雜巖體中角閃石的含量從鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖(輝石角閃石巖、角閃輝長巖、角閃石巖)到閃長巖和石英閃長巖逐漸減少，證明角閃石是重要的分離結(jié)晶相。角閃輝長巖中自形-半自形的粒狀堆晶結(jié)構(gòu)(圖2a, b)，角閃石巖中粒狀自形角閃石被他形斜長石充填的堆晶結(jié)構(gòu)(圖2d)，也表明該巖體中存在顯著的角閃石結(jié)晶分異作用。與HREE相比，角閃石中富集MREE，而石榴石中優(yōu)先富集HREE(Tiepoloetal., 2007)。因此，熔體中的石榴石和角閃石分異都會產(chǎn)生增加的(La/Yb)N比，但石榴石分異會產(chǎn)生增加的(Dy/Yb)N比值，而角閃石分異則產(chǎn)生穩(wěn)定或降低的(Dy/Yb)N比值(Davidsonetal., 2007)。哈馬爾達(dá)坂雜巖體中閃長巖類巖石具有下凹型稀土配分型式(圖4c)，并且隨著SiO2含量的增加，(La/Yb)N比值增加，(Dy/Yb)N比值降低(圖9a, b)，說明角閃石的分異作用有效地生成了富SiO2的熔體，該富SiO2熔體從巖漿房內(nèi)抽離出來，使原始島弧巖漿向富硅的方向發(fā)展，形成了閃長巖。

圖9 哈馬爾達(dá)坂雜巖體SiO2-(La/Yb)N(a)和SiO2-(Dy/Yb)N(b)圖解Fig.9 Diagrams of SiO2 vs. (La/Yb)N (a) and SiO2 vs. (Dy/Yb)N (b) of the Hamardaban Complex

圖10 使用瑞利分餾公式(a、b)和EME-AFC軟件(c、d)模擬閃長巖的微量元素蛛網(wǎng)圖與REE配分模式圖(球粒隕石和原始地幔值引自Sun and McDonough, 1989)圖中初始巖漿(C0)選用玄武巖(18CQL-18)作為起始成分. 圖a、b為利用瑞利分餾(Rayleigh fractionation)公式計算的閃長巖類的分離結(jié)晶程度；圖c、d中顯示閃長巖(16BD-11-4)與模擬值具有很好的擬合程度Fig.10 Trace element spider diagrams and REE pattern diagrams of diorite simulated by Rayleigh fractionation (a, b) and EME-AFC (c, d) (normalization values after Sun and McDonough, 1989)The initial magma component (C0) is sample 18CQL-18 (basalt). Fig.10a, b show the fractional crystallization degree of diorite calculated by Rayleigh fractionation formula. The simulation results show that diorite has a good fit with the simulation value in Fig.10c, d

圖11 利用EME-AFC與MCS模擬巖漿分離結(jié)晶過程圖解圖中初始巖漿(C0)選用玄武巖(18CQL-18)作為起始成分，利用EME-AFC模擬了玄武質(zhì)巖漿分離結(jié)晶過程中的LLD(黑色虛線)及CLD(灰色實(shí)線)，用MCS模擬了玄武質(zhì)巖漿的LLD(灰色虛線). 類比數(shù)據(jù)為本次研究數(shù)據(jù). 實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)熔體和堆晶巖文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來自Nandedkar et al. (2014)(0.7GPa)，高鉀島弧玄武巖(HKSV)數(shù)據(jù)引自Zhao et al. (2020)Fig.11 Diagrams of simulating magma fractional crystallization process by EME-AFC and MCSThe initial magma component (C0) is sample 18CQL-18 (basalt). The LLD (black dotted line) and CLD (gray solid line) in the fractional crystallization process of basaltic magma are simulated by EME-AFC, and the LLD (gray dotted line) of basaltic magma is simulated by MCS. Data of experimental petrological melt and cumulate from Nandedkar et al. (2014) (0.7GPa). The high-K basalts (HKSV) from Zhao et al. (2020)

5.2 巖漿結(jié)晶分異過程模擬

為評估含水原始玄武質(zhì)熔體分離結(jié)晶形成閃長質(zhì)(安山質(zhì))巖漿過程中母巖漿的分離結(jié)晶程度，本文利用微量元素模擬其巖漿演化過程。如上文所述，鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石與閃長巖類分別代表堆晶體和分異的熔體，不能代表原始的母巖漿。因此，本文選取與該巖體毗鄰的高鉀原始島弧玄武巖(18CQL-18，Zhaoetal., 2020) 作為該巖體的母巖漿，即起始成分(C0)，模擬其巖漿演化過程與結(jié)晶分異程度。

本文使用瑞利分餾(Rayleigh fractionation)公式Cliq/C0=F(D-1)模擬閃長巖類巖石在地殼中發(fā)生的相對分離結(jié)晶程度，其中Cliq是殘余熔體中元素的含量，C0是初始成分中元素的含量，F(xiàn)是殘余熔體部分以及D是分配系數(shù)。本次主要模擬了在薄片中觀察到的主要硅酸鹽造巖礦物(即角閃石、單斜輝石、黑云母和斜長石)和副礦物(磷灰石、磁鐵礦、鈦鐵礦)的分異過程。該模型結(jié)果合理地再現(xiàn)了閃長巖類的微量元素及REE模式的演化，如富集LILE和LREE，虧損HFSE，稀土元素表現(xiàn)出右傾配分型式，中稀土呈凹型配分型式等特征。模擬結(jié)果與閃長巖類具有較好的契合程度，表明該閃長巖類巖石可以通過原始巖漿45%～67%分離結(jié)晶形成(圖10a, b)。

本文進(jìn)一步利用熱力學(xué)軟件(EME-AFC：Burton-Johnsonetal., 2019與MCS：Bohrsonetal., 2020)模擬了哈馬爾達(dá)坂雜巖體的堆晶演化線(Cumulate Lines of Descent, CLD)與熔體演化線(Liquid Lines of Descent, LLD)，并與實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)在0.7GPa下分離結(jié)晶實(shí)驗(yàn)的結(jié)果(Nandedkaretal., 2014)進(jìn)行了類比(圖11)。與現(xiàn)有的AFC模型相比，EME-AFC能夠模擬長英質(zhì)巖漿體系和以含水礦物相(角閃石和黑云母)分異為主的巖漿體系。在合理的參數(shù)范圍內(nèi)，模擬采用的分離結(jié)晶的礦物組合及含量為：單斜輝石(5.5%)、角閃石(67%)、斜長石(20%)、黑云母(5%)及少量的副礦物磷灰石(0.45%)、磁鐵礦(1.5%)、鈦鐵礦(0.5%)，來提供與閃長巖類巖石最接近的礦物組合與擬合程度。

結(jié)合巖漿形成的溫-壓條件與模擬數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，在中等壓力、800～1000℃和氧逸度為NNO+1的條件下，EME-AFC能夠合理的再現(xiàn)玄武質(zhì)熔體在結(jié)晶分異過程中的CLD與LLD。模擬結(jié)果顯示，閃長巖類巖石與模擬的LLD具有較好的擬合程度，如MgO、FeOT、Al2O3、Na2O、K2O(圖11a-c, e, f)等主量元素。但是TiO2、MnO與SiO2(圖11g, h)的變化稍有偏差，可能與鈦鐵礦等副礦物的早期結(jié)晶有關(guān)。同樣微量元素顯示模擬結(jié)果與目標(biāo)成分(閃長巖類)一致，具有富集LILE(如Cs、Rb、Ba、K)和LREE，虧損HFSE(如Nb、Ta、Zr、Hf)，中稀土呈凹型配分型式等特征(圖10c, d)。同時閃長巖類巖石與MCS模擬的LLD及實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)在0.7GPa條件下分離結(jié)晶形成的熔體也具有良好的擬合程度。利用MCS模擬的結(jié)果顯示(圖11a, d-g)，閃長巖類巖石可以通過原始弧熔體體積的50%～67%分離結(jié)晶形成。鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石與EME-AFC模擬的CLD和實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)在0.7GPa條件下分離結(jié)晶形成的堆晶巖特征基本一致。但與實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)結(jié)果類比顯示，鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)堆晶巖具有相對較高的K2O和P2O5含量(圖11f, i)，這可能是自然界堆晶巖內(nèi)磷灰石的選擇性堆晶以及粒間熔體導(dǎo)致的(Xuetal., 2019)。雖然角閃石巖具有堆晶巖的特征，但是其地球化學(xué)特征與作為初始巖漿的高鉀島弧玄武巖相似，且根據(jù)巖相學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)堆晶角閃石巖中的角閃石的顆粒粒徑比其他類型的堆晶巖都要小，推測該角閃石巖是巖漿房結(jié)晶分異晚期堆晶的產(chǎn)物。此外，本文也不能排除熔體和堆晶體的混合或者反應(yīng)作用的影響。如閃長巖也可能是先期堆晶體和熔體混合形成的晶粥，這也解釋了閃長巖具有高Al2O3和弱正Eu異常的原因。另外，角閃石巖也可以是早期堆晶體和熔體反應(yīng)后再堆晶的產(chǎn)物(Smith, 2014)，這些復(fù)雜的成因過程還需要后續(xù)的進(jìn)一步研究。

綜上所述，哈馬爾達(dá)坂雜巖體的地球化學(xué)特征與熱力學(xué)模擬軟件模擬的分離結(jié)晶結(jié)果和實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)(在0.7GPa條件下)含水玄武質(zhì)熔體的分離結(jié)晶的結(jié)果一致，說明該巖體是原始玄武質(zhì)島弧巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物。在沒有地殼同化混染的情況下，閃長巖類巖石是原始玄武質(zhì)熔體體積的50%～67%分離結(jié)晶生成的熔體組分，而鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)堆晶巖代表了結(jié)晶分異作用殘留的堆晶物(圖11)。結(jié)合巖相學(xué)和地球化學(xué)特征，進(jìn)一步說明鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)堆晶巖和閃長巖類是互補(bǔ)的，分別代表相似幔源玄武質(zhì)巖漿結(jié)晶分異的堆晶演化線(CLD)和熔體演化線(LLD)。

圖12 哈馬爾達(dá)坂雜巖體的殼內(nèi)分異及成因模式示意圖(據(jù)Lee et al., 2006修改)Fig.12 Schematic diagram of crustal differentiation and petrogenetic model of the Hamardaban Complex (modified after Lee et al., 2006)

5.3 巖石成因模式

在地幔楔中，俯沖洋殼和相關(guān)的沉積物會發(fā)生脫水熔融作用、并釋放富集不相容元素的含水熔/流體，從而引起受交代的地幔橄欖巖發(fā)生部分熔融形成玄武質(zhì)熔體(Elliottetal., 1997)。含水原始玄武質(zhì)熔體會侵入下地殼，經(jīng)歷中壓(約0.7GPa)條件下的結(jié)晶分異，并在50%～70%的結(jié)晶分異程度時可以形成演化的安山質(zhì)-英安質(zhì)熔體和成分互補(bǔ)的基性-超基性堆晶巖(Nandedkaretal., 2014)。本文研究結(jié)果表明，哈馬爾達(dá)坂雜巖體是含水的幔源玄武質(zhì)熔體經(jīng)歷結(jié)晶分異的產(chǎn)物，其結(jié)晶分異歷史為含水原始玄武質(zhì)熔體在中下地殼經(jīng)歷以角閃石為主的結(jié)晶分異形成演化的具有安山質(zhì)成分的閃長巖類，并殘留下鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)堆晶巖(輝石角閃石巖，角閃輝長巖，角閃石巖)(圖12)。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)資料與熱力學(xué)模擬計算表明，含水原始玄武質(zhì)熔體至少需要50%～67%結(jié)晶分異程度才能形成中性閃長巖類。研究結(jié)果進(jìn)一步說明角閃石分異在俯沖帶弧巖漿深部演化過程中起重要作用。角閃石的結(jié)晶分異作用導(dǎo)致熔體中的SiO2含量增加，從而有效地生成了富硅熔體，推動巖漿向富硅的方向演變，從而形成新生的安山質(zhì)地殼。

6 結(jié)論

(1)野外地質(zhì)和巖石地球化學(xué)特征表明哈馬爾達(dá)坂雜巖體主要有兩類巖石類型：鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)堆晶巖和中性的閃長巖類。鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示該雜巖體的形成時代為473±1Ma，與相鄰高鉀島弧玄武巖的形成時代一致。

(2)哈馬爾達(dá)坂雜巖體中的閃長巖類是受沉積物熔體交代的地幔楔橄欖巖部分熔融形成的原始玄武質(zhì)熔體，在中下地殼經(jīng)歷以角閃石為主的結(jié)晶分異形成的。鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石代表分離結(jié)晶過程形成的堆晶體。角閃石主導(dǎo)下的結(jié)晶分異作用產(chǎn)生富SiO2的衍生熔體，形成新生的安山質(zhì)(地殼)巖漿。

(3)通過熱力學(xué)模擬計算與實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)對比可見，哈馬爾達(dá)坂雜巖體是含水的幔源玄武質(zhì)熔體在中壓(約0.7GPa)和氧逸度接近NNO+1的條件下、經(jīng)歷50%～67%的分離結(jié)晶作用而形成的產(chǎn)物。鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)堆晶巖與閃長巖類具有相似的礦物結(jié)晶順序與全巖同位素組成，表明它們是結(jié)晶分異的互補(bǔ)成分，分別代表了相似幔源玄武質(zhì)巖漿的CLD和LLD。

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