西南天山高壓-超高壓變質巖特征研究

徐永江，李拴成，劉明博

(大陸動力學國家重點實驗室，西北大學地質學系，陜西 西安 710069)

西南天山高壓-超高壓變質帶是繼西阿爾卑斯Zermat-Saas地區之后，目前已發現的全球第2例洋殼物質深俯沖經歷超高壓變質之后折返而出露地表的區域性變質帶[1]，變質帶內出露一套以榴輝巖、藍片巖和長英質片巖為主的高壓-超高壓變質巖石，被認為是在洋盆俯沖-折返過程中形成的變質雜巖體[2]。下面，筆者對西南天山高壓-超高壓變質巖特征進行了研究。

1 區域地質概況

西南天山高壓-超高壓變質帶是南天山造山帶的組成部分之一。南天山造山帶自我國新疆北部一直向西延伸至烏茲別克斯坦境內，是塔里木板塊與伊犁-中天山板塊間的俯沖碰撞造山帶，其碰撞閉合時間已被確定為晚古生代[3]。該變質帶呈楔形以近北東東-南西西向延伸，我國境內長約200km，北部與中天山地塊以南天山斷裂相隔，南部相鄰于早古生代碳酸鹽巖。變質帶內主要出露巖石類型為榴輝巖、藍片巖、泥質-長英質片巖和大理巖等，其中泥質-長英質片巖在變質帶內分布范圍最廣，榴輝巖只在新疆昭蘇縣境內的阿克牙孜河流域附近有零星出露。此外，有關發現柯石英的報道指示其經歷了超過2.5GPa的峰期變質作用[3]。

2 巖石學特征

研究時選取的高壓-超高壓變質巖石樣品采集自阿克牙孜河流域附近，分別為榴輝巖、藍片巖和石榴石白云母片巖。榴輝巖在野外露頭以透鏡狀產出，礦物構成非常典型，表面新鮮，無明顯風化痕跡。主要礦物構成為綠輝石和石榴石，具斑狀變晶結構和塊狀構造，石榴石以變斑晶形式存在，綠輝石為主要的細粒基質，其余礦物為少量的綠簾石、白云母、角閃石和榍石等。藍片巖在野外露頭以條帶狀或透鏡狀產出，具塊狀構造和斑狀變晶結構，主要礦物構成為藍閃石、石榴石、白云母、鈉長石，還有少量的簾石和綠輝石等。石榴石白云母片巖在野外廣泛產出，發育片狀構造和斑狀變晶結構，主要礦物構成為石榴石、白云母、石英、鈉長石，內有豐富的包體，如簾石、白云母和石英等。

3 地球化學特征

在巖石學研究基礎上，對西南天山高壓-超高壓變質帶榴輝巖、藍片巖和石榴石白云母片巖進行了主量元素、微量元素和稀土元素測定。將巖石樣品研磨至200目，通過熔融制樣法將樣品粉末制成熔融玻璃片，使用X射線熒光光譜儀(XRF)測定主量元素；通過酸溶法對樣品粉末進行充分溶解后制成溶液，使用等離子體質譜儀(ICP-MS)測定微量元素和稀土元素[4]。

3.1 主量元素特征

注：橫坐標上化學元素以不相容性排序，自左向右化學元素不相容性降低。 圖1 榴輝巖、藍片巖和石榴石白云母片巖的N-MORB標準化微量元素配分圖

圖2 榴輝巖、藍片巖和石榴石白云母片巖的球粒隕石標準化稀土元素配分圖

主量元素分析結果表明，榴輝巖和藍片巖樣品的SiO2含量低，分別為50.31%、49.51%，石榴石白云母片巖樣品SiO2含量高，為64.05%。榴輝巖、藍片巖和石榴石白云母片巖樣品中Na2O+K2O的含量分別為5.09%、4.72%、6.57%，MgO含量分別為6.12%、5.25%、3.03%；CaO含量分別為11.76%、9.73%、2.63%，較高的MgO和CaO含量顯示西南天山高壓-超高壓變質帶巖石可能屬于基性巖[5]。

3.2 微量元素配分模式

榴輝巖、藍片巖和石榴石白云母片巖的N-MORB(普通洋中脊玄武巖)標準化微量元素配分圖如圖1所示。由圖1可知，榴輝巖樣品中大離子親石元素(LILEs)Ba和U富集，高場強元素(HFSEs)和輕稀土元素(LREE)顯著虧損，其高場強元素和稀土元素的含量與N-MORB接近；藍片巖樣品表現出明顯的Ba富集，未見高場強元素虧損，微量元素配分模式與洋島玄武巖(OIB)接近；石榴石白云母片巖樣品中大離子親石元素Rb、Ba、Th和U的富集，輕微的Nb、Ta虧損，微量元素配分模式與平均大陸上地殼相吻合。另外，榴輝巖、藍片巖和石榴石白云母片巖樣品均表現出明顯的Pb富集。

3.3 稀土元素配分模式

榴輝巖、藍片巖和石榴石白云母片巖的球粒隕石標準化稀土元素配分圖如圖2所示。由圖2可知，榴輝巖樣品的稀土元素配分模式為平坦型，指示輕-重稀土元素分異程度的元素比值La/Yb=1.24，可見弱的Ce負異常。藍片巖樣品輕稀土明顯富集，具右傾型的稀土元素配分模式，La/Yb=7.65。石榴石白云母片巖輕重稀土元素強烈分異， La/Yb=9.81，并伴隨有弱的Eu負異常，其稀土配分模式與平均大陸上地殼的特征相符合。

4 原巖類型

在微量元素中，高場強元素和稀土元素因離子半徑較小、電價較高，故離子勢較大，在變質作用中能夠保持化學惰性，具有相對不活動性，因而常被用作判斷變質原巖類型的重要依據[6]。西南天山高壓-超高壓變質帶巖石樣品中，榴輝巖樣品虧損高場強元素和輕稀土元素，稀土元素配分模式為平坦型，以上特征與N-MORB十分接近，故認為其原巖為N-MORB[4]。藍片巖樣品同樣顯示出較低的SiO2含量，但其大離子親石元素和輕稀土元素富集和右傾型的稀土元素配分模式，與洋島玄武巖(OIB)的地球化學特征相似，故認為其原巖為洋島玄武巖[4]。石榴石白云母片巖樣品中SiO2含量明顯偏高，并且虧損高場強元素Nb和Ta，輕稀土元素富集，Eu呈弱負異常，這些特征與平均大陸上地殼特征吻合，故認為其原巖為陸源沉積巖[5]。

5 結論

1)西南天山地區的高壓-超高壓變質帶中榴輝巖、藍片巖和石榴石白云母片巖的地球化學特征具明顯差異，榴輝巖以SiO2含量低、Ba和U富集、高場強元素虧損和輕稀土元素虧損為特征；藍片巖以SiO2含量低、Ba和輕稀土元素富集為特征，石榴石白云母片巖以SiO2含量高、大離子親石元素和輕稀土元素富集、Eu呈弱負異常為特征。

2)榴輝巖的原巖為N-MORB，藍片巖的原巖為OIB，石榴石白云母片巖的原巖為陸源沉積巖。

[參考文獻]

[1]張立飛, 艾永亮, 李強, 等. 新疆西南天山超高壓變質帶的形成與演化[J].巖石學報, 2005, 20(4): 98-101.

[2]高俊. 西南天山板塊構造及造山運動動力學[D].北京：中國地質科學院, 1993.

[3]呂增, 張立飛.西南天山阿坦塔義一帶片巖和榴輝巖中的柯石英[J].科學通報,2012,57(9):683-688.

[4]Sun S S, McDonough W F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes[J].Geological Society, 1989, 42(1): 313-345.

[5]Rudnick R L, Gao S. Composition of the continental crust[J].Treatise on geochemistry,2003, 33: 1-14.

[6]Floyd P A, Winchester J A. Identification and discrimination of altered and metamorphosed volcanic rocks using immobile elements[J].Chemical Geology, 1978, 21(3): 291-306.