新疆西南天山礦物變質(zhì)特征研究

王 磊

（西北大學(xué)，陜西 西安 710069）

西南天山造山帶是塔里木板塊和伊犁中天山板塊間的古生代造山帶，為古亞洲洋演化史上的一個(gè)重要構(gòu)造域，對該造山帶的研究對中國西北地區(qū)的構(gòu)造演化、金屬礦產(chǎn)資源、能源及地震信息收集等方面有重要意義。沿造山帶北部展布有一條近東西向的早古生代縫合帶，即中天山南緣斷裂帶。縫合帶南側(cè)為由綠片巖、藍(lán)片巖、少量大理巖化灰?guī)r夾層和少量蛇綠巖推覆殘片等變質(zhì)俯沖雜巖構(gòu)成的早古生代晚期增生楔(高俊，1997)。

1 礦物學(xué)特征

關(guān)于西南天山礦物變質(zhì)帶的研究，最早上從上個(gè)世紀(jì)90年代開始的。高俊等（1997）在在昭蘇縣阿克牙孜河上游中天山南緣斷裂帶南側(cè)的增生楔中發(fā)現(xiàn)了榴輝巖。該榴輝巖呈薄層狀、透鏡狀產(chǎn)出于礦層中。張立飛等（2002）把西天山的礦物種類分為了3種：第一類為與基性藍(lán)片巖、碳酸巖榴輝巖互層的榴輝巖；第二類為具枕狀構(gòu)造的榴輝巖；第三類為大理巖中呈夾層的含碳酸巖的榴輝巖。在這3種類型的榴輝巖中均發(fā)現(xiàn)了超高壓變質(zhì)礦物，說明新疆西天山地區(qū)礦石礦物經(jīng)歷了變質(zhì)作用。對榴輝巖中礦石的SHRIMP分析結(jié)果顯示天山榴輝巖的變質(zhì)年齡小于310Ma±5Ma，這說明南天山造山帶可能是世界上由洋殼俯沖形成的最大的UHP變質(zhì)帶。

研究發(fā)現(xiàn)新疆西南天山地區(qū)礦物變質(zhì)為NEE-SWW向延伸的古俯沖增生復(fù)雜礦體.新疆西南天山地區(qū)礦物的地球化學(xué)特征表明它們是來源于兩種不同的大地構(gòu)造背景下的玄武質(zhì)巖石：形成于海山環(huán)境下的大洋玄武巖和陸緣島弧環(huán)境下的島弧玄武巖。高壓條件下的變質(zhì)礦物可以分為4種成因類型：①具OIB特點(diǎn)的變堿性玄武巖，源于富集地幔源區(qū)。②具N-MORB特點(diǎn)的洋中脊玄武巖，源于虧損地幔源區(qū)。③具E-MORB特點(diǎn)的洋中脊玄武巖。④具有更富集地慢源區(qū)特征的島弧玄武巖。新疆西南天山礦物變質(zhì)帶屬于典型的洋殼礦石發(fā)生超高壓變質(zhì)地區(qū)，但在古天山洋消減過程中有部分島弧火山物質(zhì)參與了深俯沖作用（艾永亮等，2005）。

2 變質(zhì)作用階段劃分

張立飛等（2005）將超高壓變質(zhì)作用劃分為3個(gè)階段：①峰期榴輝巖階段(560℃～60℃，4.95GPa～5.07GPa)、②主期榴輝巖階段(598℃～496℃，25.72kbar～26.6±1kbar)和③退變綠簾石藍(lán)片巖相階段。峰期榴輝巖相階段推測柯石英的出溶的壓力條件可能在5.0GaP以上。主期UHP榴輝巖相階段溫壓條件為：溫度T=598℃～496℃；壓力變化于25.72kbar～26.6±1kbar。

張立飛認(rèn)為西南天山超高壓變質(zhì)作用峰期變質(zhì)時(shí)代為320Ma±3.7Ma，抬升折返過程中溫度升高約100℃，其抬升退變質(zhì)過程持續(xù)了約60Ma～80Ma。同時(shí)認(rèn)為抬升折返過程可能是由于大面積低密度的泥質(zhì)片巖浮力抬升過程中把密度較大的榴輝巖一起攜帶到地表（張立飛，2013）。

田作林等（2016）根據(jù)礦石礦物學(xué)特征和相平衡模擬的結(jié)果，認(rèn)為含柯石英泥質(zhì)片巖經(jīng)歷了3期變質(zhì)演化階段：①壓力峰期之前的進(jìn)變質(zhì)階段。②壓力峰期之后的升溫降壓至溫度峰期階段。③溫度峰期之后的近等溫降壓階段。階②強(qiáng)烈的連續(xù)脫水過程十分利于礦物組合的再平衡，導(dǎo)致絕大多數(shù)壓力峰期的礦石發(fā)生轉(zhuǎn)變，僅有極少數(shù)因包裹在剛性石榴石中而得以保存。

3 變質(zhì)礦物的恢復(fù)

施建榮等（2013）對哈不騰蘇一帶礦物變質(zhì)性質(zhì)（榴輝巖和藍(lán)片巖）進(jìn)行地球化學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)其原礦成分主要為拉斑玄武巖和少量堿性玄武巖。原礦可進(jìn)一步劃分為N-MORB(正常洋中脊玄武巖，其原礦可能來源于虧損的地幔源區(qū)，形成于大洋環(huán)境)，E-MORB(富集洋中脊玄武巖)和OIB(洋島玄武巖，其原巖可能來源于富集地幔源區(qū))三種類型，而藍(lán)片巖為OIB型（與OIB型榴輝巖類似，可能具有共同的地質(zhì)礦物源區(qū)）。

4 俯沖折返機(jī)制的討論

李繼磊等采用沉積礦物類型“俯沖隧道折返模式”來概括西南天山高壓-超高壓變質(zhì)帶的形成和演化（2017）。部分經(jīng)歷多期變質(zhì)作用的榴輝巖記錄了多期俯沖-折返循環(huán)，反映了俯沖隧道內(nèi)的上下環(huán)流運(yùn)動，有力證明了俯沖隧道的存在。根據(jù)西南天地區(qū)礦物變質(zhì)礦石的野外混雜狀態(tài)，迥異的峰期變質(zhì)溫壓條件和差異的峰期變質(zhì)年齡，結(jié)合典型的俯沖隧道折返礦石的特點(diǎn),在俯沖隧道中，部分經(jīng)歷多期變質(zhì)作用與礦物生長的礦物記錄了多期俯沖-折返循環(huán)，反映了俯沖隧道內(nèi)的環(huán)流運(yùn)動。浮力作用和隧道流在折返過程中起主要作用，另外板片后撤和斷離等構(gòu)造環(huán)境對礦石折返都起到促進(jìn)作用。但是，西南天山俯沖隧道折返模式也有其自身的特點(diǎn)，它不同于早期提出的主要由沉積礦物組成的增生楔式的淺俯沖隧道(一般小于40km)，西南天山俯沖隧道的深度要明顯加大，最多可能達(dá)到90km深度；它也不同于目前流行的主要由低密度低粘度蛇紋巖組成的蛇紋石化俯沖隧道，西南天山俯沖隧道的物質(zhì)主要為變質(zhì)沉積礦物，蛇紋狀礦物非常少，屬于“沉積礦物型俯沖隧道”。

經(jīng)過前人幾十年的研究，西南天山高壓-超高壓變質(zhì)帶已經(jīng)得到了重分的認(rèn)識，從礦物學(xué)到變質(zhì)帶的劃分，變質(zhì)其次的劃分，俯沖折返機(jī)制，以及磷灰石、金紅石等副礦物的研究，都得到了重分的展開。但是還有一些工作需要進(jìn)一步研究，如：西南天山礦物變質(zhì)帶俯沖折返侵位的動力學(xué)過程，為什么在洋殼俯沖的早期和中期未出現(xiàn)礦物的折返，只集中在俯沖晚期折返，浮力和構(gòu)造力(比如隧道環(huán)流)哪個(gè)更起著主要的作用，隨著時(shí)間演化、位置改變它們的主次關(guān)系是否有變化?等等，高壓環(huán)境下礦物變質(zhì)加大工作難度，需要后人進(jìn)一步的工作。