西昆侖西段庫爾干退變榴輝巖地球化學(xué)特征及大地構(gòu)造意義

杜保峰 張榮臻 胡紅雷 何玉良 劉品德 程興國

摘? ? 要：西昆侖西段庫爾干一帶新識別出退變榴輝巖，呈透鏡狀、團(tuán)塊狀被三疊紀(jì)花崗巖包裹，巖石中發(fā)育石榴子石+輝石+金紅石+石英的高壓變質(zhì)礦物組合，可見減壓分解結(jié)構(gòu)和“白眼圈”結(jié)構(gòu)。巖石地球化學(xué)顯示，退變榴輝巖SiO2含量45.19%～48.23%，Na2O+K2O為1.44%～3.82%，Al2O3為14.0%～17.19%，TiO2為0.48%～1.94%，原巖屬拉斑玄武巖系列。稀土分布模式具輕稀土富集的弱Eu異常、右傾斜特征，微量元素Th，U明顯富集，Ti，Nb呈虧損，具島弧玄武巖特征。原巖為基性火山巖或侵入巖，形成于大陸邊緣環(huán)境，經(jīng)地殼物質(zhì)混染。退變榴輝巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分為兩組：429 Ma左右限制了西昆侖地區(qū)原特提斯洋閉合后陸殼深俯沖-碰撞時代不晚于中志留世;228.4 Ma左右代表三疊紀(jì)古特提斯洋閉合后的一次強(qiáng)烈構(gòu)造-巖漿活動事件。該認(rèn)識對深入探索西昆侖造山帶構(gòu)造演化具重要意義。

關(guān)鍵詞：西昆侖西段;退變榴輝巖;巖石地球化學(xué);年代學(xué);構(gòu)造意義

榴輝巖是一種高壓-超高壓環(huán)境下形成的特殊巖石，Carswell將其定義為經(jīng)高壓變質(zhì)作用，折返至地表形成的一種特殊巖石[1]，主要賦存于板塊間俯沖-碰撞帶中。20世紀(jì)90年代，在青藏高原及周邊陸續(xù)發(fā)現(xiàn)榴輝巖[2-10]。近年來在東昆侖夏日哈木、浪木日上游、宗加、加當(dāng)?shù)鹊匕l(fā)現(xiàn)多處加里東期榴輝巖（榴閃巖），構(gòu)成斷續(xù)延長530 km的高壓變質(zhì)帶[11-16]。榴輝巖高壓變質(zhì)年齡為451～428 Ma，形成于原特提斯洋俯沖碰撞的大陸邊緣環(huán)境[12-14，17-18]。

筆者等在西昆侖西段開展1∶5萬托依魯布隆幅等三幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目時，在庫爾干一帶發(fā)現(xiàn)數(shù)處已發(fā)生退變質(zhì)的榴輝巖。經(jīng)野外調(diào)研，認(rèn)為西昆侖造山帶西段昆北構(gòu)造帶內(nèi)存在高壓變質(zhì)形成的榴輝巖。經(jīng)主微量元素分析和LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，推測其形成可能與西昆侖造山帶加里東期俯沖碰撞有關(guān)。

1? 地質(zhì)背景

西昆侖造山帶由北昆侖地體、南昆侖地體和甜水海地體3個構(gòu)造單元組成（圖1-a）[19-20]。北昆侖地體與南昆侖地體間的庫地蛇綠巖帶為早古生代原特提斯洋縫合帶，南昆侖地體與甜水海地體間的麻扎-康西瓦斷裂構(gòu)造帶為古特提斯洋縫合帶[21-23]。

北昆侖地體在研究區(qū)內(nèi)出露薊縣系桑株塔格群、下—中奧陶統(tǒng)瑪列茲肯群和上石炭統(tǒng)他龍群（圖1-b）。桑株塔格群主要巖性為厚層狀大理巖和石英片巖、絹云千枚巖等;瑪列茲肯群主要巖性為變長石砂巖和板巖、千枚巖;他龍群主要巖性為含碳質(zhì)泥巖、粉砂巖夾粉砂質(zhì)灰?guī)r、含礫砂巖等。區(qū)內(nèi)南昆侖地體被三疊紀(jì)巖體掩蓋，西側(cè)零星見古元古界庫浪那古巖群殘留體，巖性為條帶狀片麻巖、片巖和角閃質(zhì)巖類。研究區(qū)主要經(jīng)加里東期、印支期及喜山期不同規(guī)模和類型的構(gòu)造-巖漿活動，發(fā)育多期次韌性-脆性斷裂及小型褶皺，總體走向NW-NNW向。沿區(qū)內(nèi)東側(cè)斷續(xù)出露有晚寒武—早奧陶世基性-超基性巖，巖石類型為輝長巖、（橄欖）輝石巖等，以殘留巖塊形式分布于三疊紀(jì)巖體中，被認(rèn)為是區(qū)域庫地-柯崗蛇綠巖帶在研究區(qū)內(nèi)的原特提斯洋殘片。區(qū)內(nèi)巖漿活動集中于奧陶紀(jì)和三疊紀(jì)。奧陶紀(jì)侵入巖為石英二長巖體，分布于東側(cè);三疊紀(jì)侵入巖廣泛分布，屬原慕士塔格復(fù)式巖體組成部分，主體巖性為二長花崗巖，次為花崗閃長巖、正長花崗巖等。

2? 地質(zhì)與巖相學(xué)特征

本次發(fā)現(xiàn)的退變榴輝巖分布于區(qū)內(nèi)庫爾干、戈爾吉勒尕和木扎靈等地，構(gòu)造位置處于北昆侖地體和南昆侖地體交界處的蛇綠巖殘片帶周圍，呈大小不同的殘留塊體大致沿NNW向斷續(xù)出露，長約20 km，目前已發(fā)現(xiàn)4處。退變榴輝巖呈透鏡狀、團(tuán)塊狀賦存于三疊紀(jì)花崗巖體中，長3～40 m，寬0.2～3.5 m（圖2-a，b），被花崗巖枝穿插包裹。退變榴輝巖具石榴子石+輝石+石英+金紅石等礦物組合，部分定向較強(qiáng)，少量退變質(zhì)較徹底構(gòu)成榴閃巖（圖2-c）。

2.1? 退變榴輝巖

退變榴輝巖呈紅綠色，具中細(xì)粒粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀和條紋狀構(gòu)造。主要礦物為石榴石（28%～56%）和單斜輝石（36%～45%），次為石英（5%～12%）、斜長石（3%～8%）和金紅石（1%～3%）。石榴石呈紅褐、玫紅色，不規(guī)則多邊形粒狀變晶，0.05～2.0 mm，常含有不規(guī)則狀斜長石、石英、輝石和金紅石包裹體（圖2-d），代表早期峰期變質(zhì)階段礦物共生組合。少量變斑晶中石英包裹體周圍伴有放射狀裂紋（圖2-e），推測可能為原始柯石英折返減壓早期退變形成的石英[24]，可見石榴子石邊部多為斜長石或綠簾石包圍的冠狀反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)（圖2-f）;單斜輝石呈草綠色，短柱狀-他形變晶粒狀，主要為普通輝石和透輝石，0.1～3 mm，可見針狀石英出熔體的綠輝石典型減壓分解結(jié)構(gòu)（圖2-g），為綠輝石退變質(zhì)產(chǎn)物，形成于構(gòu)造折返初期減壓階段[25];斜長石以中長石為主，他形變晶粒狀，0.1～0.3 mm，零散分布于石榴石和輝石邊緣;石英呈他形變晶粒狀，0.05～0.2 mm，零散分布，少量呈包裹體形式分布于變斑晶石榴石和輝石中;金紅石呈他形不規(guī)則粒狀，褐紅色，小于0.02 mm，以包裹體形式賦存于石榴石和輝石中。

2.2? 榴閃巖

榴閃巖呈深灰綠色，中細(xì)粒粒狀柱狀變晶結(jié)構(gòu)，定向構(gòu)造。主要礦物為角閃石（42%～55%）、石榴石（13%～25%）、單斜輝石（4%～12%）、斜長石（10%～16%）和黑云母（4%～8%），副礦物為微量磁鐵礦和磷灰石。角閃石呈半自形-他形變晶柱狀，0.3～2.4 mm，與斜長石構(gòu)成退變質(zhì)反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)，角閃石顆粒內(nèi)可見少量輝石殘留，反映其應(yīng)為綠輝石后期進(jìn)一步退變形成;石榴石呈不規(guī)則變晶粒狀-渾圓狀，0.1～0.8 mm，少量被斜長石和綠簾石包圍，形成后成合晶冠狀邊結(jié)構(gòu)（圖2-h），即“白眼圈”結(jié)構(gòu);單斜輝石呈灰綠色，0.3～0.8 mm，多發(fā)生退變質(zhì)，呈殘留狀分布在角閃石集合體中;斜長石呈他形粒狀，0.2～1.2 mm;黑云母呈褐色片狀，0.5～2.2 mm。5B65C9AF-E5D3-47E8-BA69-4F5E7B211259

3? 分析測試方法

本次退變榴輝巖巖石主量、微量元素分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心完成。主量元素采用X射線熒光光譜法（XRF）測定，精度優(yōu)于1%;微量元素采用高分辨電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）測定，相對誤差小于5%。退變榴輝巖鋯石U-Pb測年樣品采自庫爾干北，樣品編號為1306/1。樣品破碎和挑選由河北廊坊區(qū)域地礦研究所實驗室完成，鋯石制靶和陰極發(fā)光（CL）照相在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石U-Pb測年在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室完成，儀器為ICP-MS（Agilent7500a），激光剝蝕系統(tǒng)為德國MicroLas公司生產(chǎn)Geolas200M，剝蝕斑束直徑為30 μm，剝蝕深度為20～40 μm。鋯石年齡采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，元素含量采用NIST SRM610為外標(biāo)，29Si為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行校正。鋯石U-Pb數(shù)據(jù)處理使用GLITTER4.0軟件完成，采用3D坐標(biāo)法對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行普通鉛校正[35]，年齡計算及圖件采用Isoplot3.0軟件完成。

4? 巖石地球化學(xué)特征

4.1? 主量元素特征

退變榴輝巖SiO2含量45.19%～48.23%，顯示基性巖類特征（表1）;總堿偏低，Na2O+K2O含量1.44%～3.82%;具略高的Al2O3（14.0%～17.19%）和CaO（8.88%～15.74%）;FeO含量9.61%～11.63%，MgO含量4.29%～6.90%;TiO2含量0.48%～1.94%，基本介于洋中脊拉斑玄武巖（1.55%）和島弧玄武巖（0.52%）之間[27]。Nb/Y-Zr/TiO2圖解顯示（圖3-a），樣品均落在亞堿性玄武巖區(qū)，反映其原巖屬亞堿性巖石系列;在SiO2-FeO*/MgO圖解上（圖3-b），投影點總體屬拉斑玄武巖系列。

4.2? 稀土和微量元素特征

從表1可看出，退變榴輝巖稀土元素總量相對較高，∑REE=167.92×10-6～346.01×10-6，其中∑LREE=142.09×10-6～324.53×10-6，屬輕稀土富集型;（La/Yb）N值為4.74～22.10，（La/Sm）N值為2.01～6.68，輕重稀土元素分餾明顯;δEu=0.62～1.21，平均0.85，稀土分布模式呈弱Eu異常、右傾斜曲線特征（圖4-a），總體特征與島弧玄武巖（IAB）類似。微量元素方面，退變榴輝巖中Rb，K，Ba等大離子親石元素（LILE）變化范圍較大（圖4-b），可能與榴輝巖在經(jīng)脫水、重結(jié)晶、交代等一系列變質(zhì)過程中，部分LILE元素在含水熱流體條件下的較強(qiáng)活動性有關(guān)。Zr，Hf，Ta不具有明顯虧損和富集，Th，U明顯富集，Ti，Nb則表現(xiàn)為虧損，反映它們可能受到部分地殼物質(zhì)混染。此外，Nb/La比值低（0.09～0.51），Th/Ta比值高（4.6～19.1），與島弧拉斑玄武巖特征相似，但與洋中脊玄武巖（MORB）和洋島玄武巖（OIB）明顯不同。

5? 鋯石U-Pb年齡

從陰極發(fā)光圖（CL）上可看出（圖5-a），鋯石多呈不規(guī)則狀和渾圓狀，無色-淡黃色，為60～130 μm，部分鋯石保留有殘核，鋯石顆粒間明暗強(qiáng)度有變化，個別鋯石邊部見較亮的次生邊，推測為后期熱蝕變所致。總體上鋯石內(nèi)部環(huán)帶不明顯，大多具面狀分帶、扇形分帶或“杉樹葉”結(jié)構(gòu)，具典型變質(zhì)鋯石特征[31]。

本次采用LA-ICP-MS法共測試鋯石37個點，退變榴輝巖變質(zhì)鋯石打點時因信號極差，使年齡結(jié)果較雜亂（206Pb/238U年齡最高2 153 Ma，最低7 Ma）（表2），且誤差很大，不能獲得有效協(xié)和曲線。據(jù)信號足夠且可靠的5個206Pb/238U年齡可分為兩組（圖5-b）：第一組2個點（16和25），處于鋯石核部或次核部，CL圖像顯示可能為變質(zhì)殘核，206Pb/238U年齡為428～430 Ma，加權(quán)平均年齡（429±11） Ma（MSWD=0.016），屬中志留世早期，可代表榴輝巖相峰期變質(zhì)時代;第二組3個點（8、11和26），處于次核部和核邊過渡，206Pb/238U年齡變化于226～234 Ma，加權(quán)平均年齡（228.4±5.2） Ma（MSWD=0.105），屬晚三疊世早期，可能為遭后期構(gòu)造-巖漿熱事件影響發(fā)生變質(zhì)結(jié)果。

6? 討論

6.1? 原巖及形成環(huán)境分析

主量元素特征顯示，退變榴輝巖原巖屬拉斑玄武質(zhì)巖石系列，稀土和微量元素特征反映其特征與島弧玄武巖相似。在TFeO/MgO-TiO2圖解中（圖6-a），樣品主要落在島弧拉斑玄武巖區(qū)域;在基性巖微量元素V-Ti和Zr/Y-Zr構(gòu)造環(huán)境判別圖解上（圖6-b，-c），投點多落入島弧拉斑玄武巖和洋中脊玄武巖重合區(qū)域，總體顯示與島弧玄武巖具有親緣性;Th/Yb-Ta/Yb構(gòu)造環(huán)境圖解上（圖6-d），投點均落入活動大陸邊緣或島弧玄武巖區(qū)（IAB）。退變榴輝巖屬輕稀土富集型（LREE/HREE=5.5～15.1），大多學(xué)者認(rèn)為輕稀土元素富集型的榴輝巖原巖形成于大陸邊緣環(huán)境[10，36-37]，且混染有陸殼成分，其原巖可能為巖石圈地幔的巖漿在向上侵入地殼過程中遭受了陸殼物質(zhì)的混染[38]。

綜上認(rèn)為，退變榴輝巖原巖具有島弧拉斑玄武巖特征，原巖為基性火山巖或侵入巖，形成于大陸邊緣環(huán)境，并經(jīng)地殼物質(zhì)的混染。隨著洋殼消失，兩個大陸塊體發(fā)生閉合碰撞，消失的洋殼會拖曳大陸地殼俯沖至地幔深部，發(fā)生高壓-超高壓變質(zhì)作用，形成與陸殼深俯沖有關(guān)的榴輝巖。后期又經(jīng)構(gòu)造折返發(fā)生退變，形成現(xiàn)今退變榴輝巖及榴閃巖。

6.2? 大地構(gòu)造意義

西昆侖地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，主要經(jīng)新太古—古元古代、中元古代、新元古—早古生代、晚古生—早中生代和中—新生代5個主要階段或旋回[23，39]，其中早古生代為原特提斯洋在西昆侖整個構(gòu)造演化中進(jìn)入重要轉(zhuǎn)折期。西昆侖地區(qū)出露多處蛇綠巖，從北往南發(fā)育奧依塔格、柯崗、庫地、他龍及蘇巴什等蛇綠巖，這些蛇綠巖組成青藏高原“第五縫合帶”[40]，該蛇綠巖帶是原特提斯洋俯沖消亡的一條重要構(gòu)造拼接帶[23，41]，其形成時代存在較大爭議，主要認(rèn)為從震旦紀(jì)至奧陶紀(jì)（800～450 Ma）[42-45]。研究表明，晚寒武—早奧陶世為原特提斯洋洋盆收縮階段，洋殼向西昆侖地塊之下消減，西昆侖地塊北側(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)榛顒雨懢?，形成一套寒武—奧陶系碎屑巖和基-中酸性火山巖建造，并伴有加里東期早期火山弧花崗巖類（507～470 Ma）侵入[41，46-47]。中—晚奧陶世，原特提斯洋逐步消亡，兩側(cè)大陸發(fā)生碰撞和造山作用[48]，使南昆侖地體與北昆侖地體焊接到一起，形成大規(guī)模中酸性同碰撞和后碰撞花崗巖類（470～404 Ma）[47，49-51]，隨擠壓抬升成陸，缺失志留系沉積。進(jìn)入晚古生代，西昆侖地區(qū)受古特提斯洋演化影響，至三疊紀(jì)時古特提斯洋閉合，西昆侖地塊和甜水海地塊沿麻扎-康西瓦構(gòu)造結(jié)合帶碰撞拼合，形成一系列印支期碰撞型花崗巖類（240～210 Ma）[52-55]。5B65C9AF-E5D3-47E8-BA69-4F5E7B211259

本次在西昆侖西段庫爾干一帶發(fā)現(xiàn)的退變榴輝巖等高壓變質(zhì)巖，其形成可能與區(qū)內(nèi)曾發(fā)生大規(guī)模的陸-陸碰撞事件有關(guān)。結(jié)合出露的早奧陶世輝長巖、（橄欖）輝石巖等蛇綠巖殘片，推斷區(qū)內(nèi)存在一條規(guī)模較大的構(gòu)造拼合帶，但被大面積分布的三疊紀(jì)巖體吞噬掩蓋，這進(jìn)一步佐證了庫地-柯崗蛇綠巖帶存在一條規(guī)模巨大的俯沖帶，洋殼的俯沖消亡應(yīng)發(fā)生在榴輝巖形成之前，表明西昆侖早古生代洋盆到晚奧陶—志留紀(jì)已關(guān)閉。本次429 Ma左右的變質(zhì)年齡與東昆侖榴輝巖高壓變質(zhì)年齡451～428 Ma一致[12-14，18]。因此，429 Ma左右限制了西昆侖地區(qū)原特提斯洋閉合后陸殼深俯沖-碰撞時代不晚于中志留世，即至少在中志留世時昆侖造山帶從西往東均曾發(fā)生過大規(guī)模的陸-陸碰撞事件。后期的228.4 Ma左右代表三疊紀(jì)古特提斯洋閉合后一次強(qiáng)烈的構(gòu)造-巖漿活動事件，同時大規(guī)模中酸性巖漿上侵過程中攜帶捕獲的退變榴輝巖至地殼淺部。

7? 結(jié)論

（1） 西昆侖西段昆北構(gòu)造帶發(fā)現(xiàn)的經(jīng)高壓變質(zhì)作用形成的退變榴輝巖，呈透鏡狀、團(tuán)塊狀被三疊紀(jì)花崗巖包裹，巖石中發(fā)育石榴子石+輝石+金紅石+石英等高壓變質(zhì)礦物組合，并可見減壓分解結(jié)構(gòu)和“白眼圈”結(jié)構(gòu)。

（2） 退變榴輝巖巖石地球化學(xué)特征顯示，原巖屬拉斑玄武巖系列，具島弧玄武巖特征，為基性火山巖或侵入巖，形成于大陸邊緣環(huán)境，并經(jīng)歷地殼物質(zhì)混染。

（3） 退變榴輝巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分為兩組：429 Ma左右限制了西昆侖地區(qū)原特提斯洋閉合后陸殼深俯沖-碰撞時代不晚于中志留世;228.4 Ma左右應(yīng)代表三疊紀(jì)古特提斯洋閉合后一次強(qiáng)烈構(gòu)造-巖漿活動事件。

致謝： 審稿專家提出了寶貴、有益的建議，本次調(diào)查過程中得到河南省地質(zhì)調(diào)查院的王世炎和曾憲友教授級高級工程師、裴玉華高級工程師等人的指導(dǎo)，在此一并表示感謝！

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Geochemistry and Tectonic Significance of Degraded Eclogites in Kuergan Area，Western Part of the West Kunlun5B65C9AF-E5D3-47E8-BA69-4F5E7B211259

Du Baofeng1，2，Zhang Rongzhen1，2，Hu Honglei1，2，He Yuliang1，2，Liu Pinde1，Cheng Xingguo3

（1.Henan Institute of Geological Survey， Zhengzhou，henan，450001，China; 2.Henan Key Laboratory of Metal Mineral Mineralization Geological Processes and Resource Utilization， Zhengzhou，henan，450001，China;3.Henan Institute

of Geological Sciences， Zhengzhou，henan，450001，China;）

Abstract： Several degraded eclogites were recently recognized in the Kurgan area，in western part of West Kunlun. In the field，Degraded eclogites occurs in lenticular and massive surrounded by granites in Triassic. Typical high-pressure metamorphic mineral assemblage in the eclogites consists of garnets+clinopyroxene+rutile+quartz， and also decompression texture and "white eye" texture can be seen.The degraded eclogites geochemistry analyses shows that SiO2 contents range from 45.19% to 48.23%，Na2O+K2O contents range from 1.44% to 3.82%，Al2O3 contents range from 14.0% to 17.19%，TiO2 contents range from 0.48% to 1.94%，and their protolith are tholeiitic basalt. The REE distribution patterns mainly shows the weak Eu anomaly and right-leaning characteristics of LREE enrichment. Th and U of trace elements are obviously enriched， but Ti and Nb are depleted. The degraded eclogites should be the characteristics of IAB in the continental marginal setting，and protolith may be basic intrusive or volcanic rock and contaminated with crustal material. The LA-ICP-MS zircon U-Pb age of degraded eclogite is divided into two groups： 429 Ma limits that the deep –subduction or collision of the continental crust was not later than Middle-Silurian after the closure of the Proto-Tethys Ocean in the West Kunlun. Approximately 228.4 Ma represents a powerful tectonic-magma thermal events following the closure of the Paleo-Tethys Ocean in Triassic. This achievement has been a important significance for the subsequent study of the tectonic evolution in the West Kunlun Orogenic Belt.

Key words： Western part of West Kunlun ;Degraded eclogites;Geochemistry;Geochronology;Tectonic significance5B65C9AF-E5D3-47E8-BA69-4F5E7B211259