胡朝斌，李培慶，辜平陽，陳銳明，查顯鋒，莊玉軍

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，西安 710054；2.中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083)

西南天山烏什縣晚三疊世鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)層狀雜巖體年代學(xué)及地球化學(xué)研究

胡朝斌1，李培慶2，辜平陽1，陳銳明1，查顯鋒1，莊玉軍1

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，西安 710054；2.中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083)

鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)層狀雜巖體被認為是巖石圈伸展的重要標志之一，攜帶有豐富的地幔信息，是研究地幔物質(zhì)組成、深部地質(zhì)作用的絕佳對象。西南天山烏什縣北巴勒的爾喀克溝地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體具有層狀雜巖特征，獲得輝長巖鋯石U-Pb年齡為224±4 Ma，屬于晚三疊世。巖石地球化學(xué)分析顯示富水、富堿、輕稀土富集、重稀土虧損以及明顯富集Th、U、Nb、Ta、La、Ce不相容元素等特征，指示其源自于含水的富集型地幔源區(qū)，是石榴石二輝橄欖巖較低程度部分熔融的產(chǎn)物。其原生巖漿可能為富鐵、鈦的高鎂玄武質(zhì)巖漿，巖石系列主要受分離結(jié)晶作用控制，同化混染作用影響小。該期巖漿活動于南天山洋盆閉合、板塊的碰撞造山活動之后的陸內(nèi)造山階段，代表了板塊拉伸背景下幔源巖漿演化的產(chǎn)物，指示西南天山地區(qū)在三疊紀末可能存在一期巖石圈伸展事件。

西南天山；鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)；層狀雜巖

0 引言

鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖攜帶有豐富的地幔信息，是研究地幔物質(zhì)組成、深部地質(zhì)作用的絕佳對象[1～2]。層狀巖體還具有獨特的層狀韻律旋回特征，被認為是研究巖漿分異、混合以及地殼混染的“最佳天然實驗室”[3]。研究表明，鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)層狀雜巖體主要與巖石圈的伸展有關(guān)，具體可以形成于不同的構(gòu)造環(huán)境，如大陸裂谷[4～5]、地幔柱活動有關(guān)的環(huán)境[1,6～7]以及造山后的伸展環(huán)境[8]。其地幔源區(qū)以及巖漿性質(zhì)也是多樣的，可以利用巖石地球化學(xué)區(qū)分和識別[9～10]。因此，通過對鎂鐵-超鎂鐵層狀雜巖體的巖石成因、巖漿作用過程的研究，可以了解地幔源區(qū)的特征、深部地質(zhì)作用的過程，并能為判斷區(qū)域構(gòu)造環(huán)境提供重要約束。

天山造山帶是中亞巨型復(fù)合造山系的組成部分，是古亞洲洋在形成、演化和消亡過程中伴隨著的陸殼增生、俯沖-消減-碰撞造山和拼合的產(chǎn)物[11～13]。多數(shù)學(xué)者認為古亞洲洋在天山地區(qū)復(fù)雜的增生造山作用晚古生代就已經(jīng)結(jié)束[14～18]，而天山地區(qū)中生代以來地幔特征、巖漿活動(印支期)、構(gòu)造演化過程及深部動力學(xué)機制一直模糊不清。一些學(xué)者通過花崗質(zhì)巖漿研究，認為區(qū)域上印支期巖漿事件依然受控于南天山洋消減閉合后的伸展體制[19～21]；劉暢等[22]則認為印支期的巖漿作用是早二疊世開始的陸內(nèi)裂谷的延續(xù)；還有學(xué)者認為印支期巖漿是特提斯洋于海西晚期—印支早期向北俯沖遠程效應(yīng)引起的陸內(nèi)巖漿活動[23～24]。與此同時，有學(xué)者通過對區(qū)域上三疊紀堿性巖、煌斑巖的研究，認為中生代以來的天山地區(qū)存在有富集型的地幔源區(qū)[21～22]。研究區(qū)所在的西南天山處于中亞造山帶和塔里木克拉通接壤部位，晚古生代以來主要以被動陸緣沉積為主[25～27]，巖漿巖零星出露，難以有效約束區(qū)域上該時期的地幔屬性及深部動力學(xué)機制。本研究團隊在西南天山烏什縣北新發(fā)現(xiàn)了晚三疊世堿性鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)層狀雜巖體，針對這些巖石開展詳細研究，可以為制約地幔源區(qū)特征、構(gòu)造屬性、深部動力學(xué)機制等問題提供一些關(guān)鍵的證據(jù)。

1 地質(zhì)特征

本研究團隊在西南天山烏什縣北巴勒的爾喀克溝地區(qū)發(fā)現(xiàn)鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)層狀雜巖體，其大地構(gòu)造位置屬于前人厘定的西南天山晚古生代構(gòu)造巖漿巖帶(見圖1a)。該層狀雜巖體整體呈北東—南西向侵位于下石炭統(tǒng)甘草湖組鈣質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)板巖中。目前已厘定出數(shù)十條枝狀(脈狀)產(chǎn)出的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體(見圖1b)，并伴隨有鎂鐵質(zhì)細脈，產(chǎn)狀主要受層間裂隙控制。巖體厚度變化于100～200 m之間，延伸約1 km。巖體與圍巖接觸帶上可見明顯的冷凝邊(圖2a)，而其內(nèi)部則有明顯的層狀分異特征，可見橄欖輝石巖-輝石巖-輝長巖-輝石閃長巖(閃長巖)層狀韻律(圖2c—2e)，不同的巖性層厚度變化大，主體以輝石巖層、輝長巖層為主，厚5～10 m，橄欖輝石巖層厚度一般1～2 m，閃長巖層或者輝石閃長巖層厚度通常小于1 m。不同巖性層之間界線漸變過渡，表現(xiàn)為礦物種類(主要為橄欖石和輝石)、含量以及結(jié)晶程度的連續(xù)變化(見圖2d)。此外，相伴產(chǎn)出的基性巖脈(見圖2b)與層狀巖體產(chǎn)狀一致，厚度1～3 m，延伸小于300 m。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)示意圖(a，底圖修改自楊樹鋒等[28])及研究區(qū)地質(zhì)簡圖(b)Fig.1 Regional geological map and geological sketch map of study area

巖石鏡下特征見圖3。橄輝巖、輝石巖具有正堆晶結(jié)構(gòu)、似斑狀結(jié)構(gòu)、嵌晶結(jié)構(gòu)，主要堆晶相為橄欖石、單斜輝石，其次為斜方輝石，基質(zhì)富含角閃石(見圖3a—3c)。橄欖石多蛇紋石化，少量保存完好，輝石多透閃石(纖閃石)化；輝長巖(輝石閃長巖)為輝長-輝綠結(jié)構(gòu)，斜長石自型—半自型，輝石以普通輝石為主，半自型，局部透閃石化。角閃石為自型、長柱狀，長軸略定向。此外，可見少量的鈦鐵礦(圖3d、3e)；閃長巖中角閃石呈自型、短柱狀，表面黏土化，但仍保留有六邊形輪廓。長石呈它型充填，此外可見較多的長柱狀、針狀磷灰石(圖3f)。

2 鋯石同位素年齡

2.1 樣品采集與測試分析方法

測試樣品采自于層狀雜巖體中的輝長巖，去除風(fēng)化面，選取蝕變程度低、結(jié)晶較好的巖石樣品(5004-3)進行分析測試工作。樣品碎樣和鋯石挑選工作在河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成，鋯石的制靶和陰極發(fā)光(CL)顯微照相在西北大學(xué)大陸動力學(xué)教育部重點實驗室完成，鋯石U-Pb年代學(xué)分析測試在國土資源部巖漿作用成礦與找礦重點實驗室利用LA-ICP-MS完成。應(yīng)用Glitter(Ver 4)程序?qū)Λ@得的鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)進行計算分析，利用208Pb矯正法對普通Pb進行校正，利用NIST610作為外標、Si29作為內(nèi)標校正鋯石微量元素，采用Isoplot(ver 3)繪制鋯石U-Pb年齡諧和圖、計算MSWD值，具體步驟參考相關(guān)文獻[29～30]。

2.2 鋯石U-Pb測試分析結(jié)果

在輝長巖樣品中挑選了約400粒鋯石，用LA-ICP-MS方法對具有典型巖漿鋯石特征(陰極發(fā)光圖像具典型震蕩生長環(huán)帶，鋯石粒徑50～150 μm，為柱狀自形晶體，長寬比1.5～3之間)的鋯石(見圖4)進行分析測試，獲得了17個有效年齡數(shù)據(jù)(見表1)。17個測點Th、U含量高，Th/U比值為0.29～1.63，平均值0.64(>0.4)，與巖漿鋯石特征[31]一致。所測得的206Pb/238U年齡值十分集中，在 (216±3)～(231±6) Ma之間，206Pb/238U的加權(quán)平均年齡為224±4 Ma(見圖4，MSWD=1.25，N=17)。根據(jù)2015年國際地質(zhì)年代表，該年齡屬于晚三疊世諾利期。

a—巖體侵入邊界；b—巖脈；c—橄輝巖；d—輝石巖與輝長巖；e—層狀韻律特征圖2 巴勒的爾喀克溝巖體野外宏觀特征Fig.2 Outcrop photos of the layered Mafic-ultramafic intrusions

a—橄輝巖(-)；b—蛇紋石化、透閃石化橄輝巖(+)；c—含橄欖輝石巖(+)；d—輝長巖(+)；e—輝石閃長巖(+)；f—閃長巖(-)；Ol—橄欖石；Opx—斜方輝石；Cpx—單斜輝石；Tr—透閃石；Ser—蛇紋石；Hb—角閃石；Pl—斜長石；Mt—磁鐵礦；Ilm—鈦鐵礦；Ap—磷灰石圖3 巴勒的爾喀克溝巖體巖石鏡下特征Fig.3 Microscope characteristics of the Baladikagou pluton

圖4 輝長巖鋯石陰極發(fā)光圖像、U-Pb年齡協(xié)和圖Fig.4 CL images of zircons, U-Pb concordia diagram

分析號Pb/10-6Th/10-6U/10-6Th/U年齡/Ma比值207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ協(xié)和度5004/3/11051725950.29487.2122.49244.312.18219.73.690.05690.0030.27200.0150.034670.00060.115004/3/2361161980.59328.9157.34237.115.14227.84.340.05300.0040.26310.0190.035970.00070.045004/3/329911610.56325.5227.15234.322.01225.15.640.05290.0060.25960.0270.035540.00090.045004/3/4801944430.44221.7155.43229.814.21230.44.300.05060.0040.25400.0180.036390.000705004/3/517732810570.31575.780.48249.88.24216.32.980.05920.0020.27890.0100.034120.00050.155004/3/6512302700.85269.6173.93221.815.63217.14.460.05160.0040.24420.0190.034250.00070.025004/3/7472352510.94174.0188.49214.516.22218.04.620.04960.0040.23530.0200.034390.0007-0.025004/3/81122656320.42467.5120.60251.112.21228.13.810.05640.0030.28050.0150.036020.00060.15004/3/91506638110.82220.1142.26229.012.90229.64.050.05050.0030.25300.0160.036250.000705004/3/101086135461.12339.5114.16237.710.86227.23.590.05330.0030.26380.0140.035870.00060.055004/3/1153254332930.16468.577.53245.77.68222.93.150.05640.0020.27380.0100.035180.00050.15004/3/12631173540.33253.6323.41221.330.24218.27.910.05130.0080.24350.0370.034430.00130.015004/3/13796193791.63253.6368.79233.536.71231.66.550.05130.0090.25850.0460.036580.00150.015004/3/14502092640.79435.0178.48246.318.10227.25.100.05560.0050.27460.0230.035880.00080.085004/3/151123066530.47382.1115.05239.111.14225.13.770.05430.0030.26550.0140.035530.00060.065004/3/16842174650.47595.1137.03263.614.93228.14.410.05980.0040.29640.0190.036020.00070.165004/3/17702753970.69238.6165.99224.314.95223.34.530.05100.0040.24720.0180.035250.00070

3 地球化學(xué)特征

3.1 樣品采集和分析方法

選取較為新鮮的樣品，去除風(fēng)化面后分裝、標號。樣品的主量、微量、稀土元素測試在國土資源部研究作用成礦與找礦重點實驗室完成，主量元素氧化物測定采用X熒光光譜，微量元素、稀土元素測試通過電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)進行。測試結(jié)果見表2、表3。

表2 樣品全巖主量(%)及微量元素(10-6)分析結(jié)果

Table 2 Major elements and trace elements analysis data

表3 樣品全巖主量(%)及微量(10-6)元素分析結(jié)果

Table 3 Major elements and trace elements analysis data

3.2 主量元素特征

樣品去除揮發(fā)分后的標準化值顯示，橄輝巖、輝石巖SiO2含量較高(43.93%～47.21%)，多數(shù)與基性巖相當，根據(jù)暗色礦物含量歸為超鎂鐵質(zhì)巖。MgO、FeOt、TiO2、Al2O3、CaO含量高，K2O、Na2O、P2O5含量低，其中橄輝巖MgO平均19.25%，F(xiàn)eOt平均11.92%，TiO2平均2.13%；輝石巖MgO平均15.33%，F(xiàn)eOt平均12.54%，TiO2平均3.08%。橄輝巖Mg#值平均為77.12，輝石巖Mg#值平均為74.29均高于地幔原始巖漿值，具有堆晶巖的特征。

輝長巖(層狀)SiO2含量46.62%～50.81%，MgO(平均10.75%)、FeOt(平均12.26%)、TiO2(平均3.23%), Mg#值平均為64.69，富Al2O3(平均12.68%)、CaO(平均7.77%)。基性巖脈具有與輝長巖一致的SiO2含量，MgO相對較高，平均為13.29%，Mg#值平均為67.7，接近地幔原始巖漿值。閃長巖與輝石閃長巖SiO2含量46.94%～54.36%，富Al2O3(平均12.68%)、CaO(平均7.77%)，TiO2(平均3.48%)，F(xiàn)eOt(平均10.99%)，全堿含量高(K2O+Na2O平均為6.11%)，MgO含量較低(輝石閃長巖平均6.11%，閃長巖平均4.70%)，Mg#值分別平均為52.7、48.6，明顯低于原始巖漿值，具有分異殘留巖漿特征。在Zr/TiO2*0.0001-Nb/Y分類圖解(見圖5)中，所有巖石樣品均位于堿性系列區(qū)域內(nèi)。

3.3 稀土、微量元素特征

從超鎂鐵質(zhì)巖到鎂鐵質(zhì)巖巖石稀土元素總量(∑REE)逐漸增加(橄輝巖159.03×10-6，輝石巖251.48×10-6，輝長巖(基性巖脈)251.73×10-6，輝石閃長巖351.38×10-6，閃長巖399.67×10-6)。所有巖石樣品稀土元素粒隕石標準化后配分模式圖中均表現(xiàn)為輕稀土富集、重稀土虧損的配分模式(見圖6)。輕重稀土分異明顯，LREE/HREE(輕重稀土元素比值)為3.95～6.06，LaN/YbN值為12.00～20.76，Eu平坦或弱負異常(δEu=0.74～1.05)，與OIB特征一致。在原始地幔標準化的微量元素蛛網(wǎng)圖(圖6)中，不同巖性特征總體相似，指示其為同源巖漿演化的產(chǎn)物。Th、U、Nb、Ta、La、Ce等不相容元素明顯富集，具有OIB特征。Rb、Ba、Sr等活潑大離子親石元素豐度具有不同程度的虧損或富集，其中Sr的貧化與δEu值的變化無明顯相關(guān)性，因而不應(yīng)該由斜長石分離結(jié)晶作用所致，可能與這些元素抗蝕變能力較弱有關(guān)。

標準化值、OIB值據(jù)Sun[33]圖6 稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖(左)、微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(右)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (left) and Spider plot of trace element of samples (right)

4 討論

4.1 巖漿源區(qū)及原生巖漿

鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)層狀雜巖體的地幔源區(qū)也是多樣的?；顒哟箨戇吘壓驮焐胶笊煺弓h(huán)境的鎂鐵質(zhì)巖漿主要起源于交代地幔的部分熔融[34-35]，裂谷或者地幔柱活動環(huán)境的巖漿活動則與軟流圈地幔上涌有關(guān)，主要源自于富集型的地幔源區(qū)[36-37]，同時也可能有巖石圈地幔的參與[38]。本研究所獲得巖石樣品地球化學(xué)特征均虧損重稀土，明顯富集LREE以及Th、U、Nb、Ta等不相容元素，接近OIB。利用Zr、La、Ba、Nb等具有相近分配系數(shù)的元素的比值可以指示源區(qū)[39]。本研究樣品Zr/Nb值平均為5.78，明顯低于原始地幔(～14.8)與虧損地幔(～30)。在Nb-Zr和Y-Zr判別圖(見圖7a、7b)上，樣品也遠離虧損地幔與過渡地幔區(qū)，全部落在了靠近富集地幔的區(qū)域[40]。

該巖石輕、重稀土分餾明顯，指示源區(qū)可能存在殘留的石榴石；而在 (Tb/Yb)N-(La/Sm)N圖解(見圖8a)中，巖石均落在了石榴石穩(wěn)定區(qū)，說明該巖漿部分熔融主要發(fā)生于石榴石區(qū)，深度>80 km[41]。Ce/Y-Zr/Nb圖解投圖結(jié)果表明該巖漿可能源自虧損-原始石榴石二輝橄欖巖較低程度(0.5%～3%)的部分熔融(見圖8b)[42]。此外，樣品中的H2O+含量高(2.18%～5.12%)，一般認為水在橄欖石、輝石以及斜長石中為不相容組分，且所有的樣品(包括早期結(jié)晶相)均可見到巖漿成因的角閃石，部分還可見黑云母，指示其巖漿源區(qū)富水，水的加入會降低液相線，這可能是導(dǎo)致地幔發(fā)生部分熔融的因素之一。

圖7 Zr-Nb和Zr-Y圖解[40](圖例同圖6)Fig.7 Diagrams of Zr-Nb and Zr-Y

圖8 球粒隕石標準化(Tb/Yb)N-(La/Sm)N[41]和Ce/Y-Zr/Nb[42]圖解(圖例同圖6)Fig.8 The chondrite-normalized (Tb/Yb)N-(La/Sm)N and Ce/Y-Zr/Nb diagrams

對層狀巖體原生巖漿成分的確認是分析其巖石成因、源區(qū)性質(zhì)、部分熔融物理化學(xué)條件的關(guān)鍵。但目前對層狀巖體原生巖漿的確認并沒有很好的手段與方法，主要基于礦物與巖漿之間的平衡，通過堆晶的成分以及堆晶礦物的出現(xiàn)順序來估算。該方法只能最大程度地接近原生巖漿，并不能直接代表原生巖漿成分。而層狀雜巖體的外接觸帶細粒冷凝邊或者同時期形成的小巖體、巖脈或巖墻，在巖漿形成之后受分異作用影響小，在沒有巖漿混合的情況下其成分可能直接代表了原生巖漿[43]。同時還可以利用Mg#加以鑒別(與地幔橄欖巖平衡的原生巖漿的 Mg#=0.65～0.75)[44～46]。巴勒的爾喀克溝巖體伴隨發(fā)育有若干基性巖脈，其出露產(chǎn)狀、主微量元素、稀土元素特征均與層狀巖體保持一致，表明具有同源性。Mg#值平均為67.7，與地幔橄欖巖平衡的原生巖漿一致，因而這些巖脈巖石成分大體可以代表原始巖漿，其SiO2含量平均為48.1%(去除揮發(fā)分，下同)，MgO含量平均為13.29%，TiO2含量平均為3.08%，F(xiàn)eOt含量平均為13.30%，為富鐵、鈦的高鎂玄武質(zhì)巖漿。

4.2 巖漿分異和演化過程

從野外特征而言，巖漿多順圍巖層系界面侵入，接觸界線較為平直，發(fā)育明顯的冷凝邊、烘烤邊，但巖體內(nèi)未發(fā)現(xiàn)圍巖捕擄體，巖漿與圍巖物質(zhì)交換特征不顯著。巖石地球化學(xué)研究證明，鎂鐵質(zhì)巖漿同化地殼物質(zhì)會導(dǎo)致SiO2、K2O以及Zr、Hf、Rb、Ba等大離子親石元素富集，并升高La/Nb、Zr/Nb比值，降低Ti/Yb、Ce/Yb比值[46]。分離結(jié)晶作用不會影響巖漿中Ce、Pb以及Zr、La、Nb、U等具有相近分配系數(shù)的元素的比值[47]，因此可以用Nb/U和Ce/Pb等比值識別大陸地殼的混染作用。大陸地殼的Nb/U和Ce/Pb比值較低(Ce/Pb值小于15，Nb/U值9～12)，而具有較高的Zr/Nb、La/Nb、Rb/Nb、Th/La比值(Zr/Nb約16.2，La/Nb約2.2，Rb/Nb約4.7，Th/La約0.2)[47～48]。本研究樣品的Nb/U值約35.12，Ce/Pb約23.98，Zr/Nb約5.78，La/Nb約1.07，Rb/Nb約0.83，Th/La約0.11，均未體現(xiàn)大陸地殼的特征，在圖9a—9c中，Th/Nb、Nb/La、K2O/TiO2比值與SiO2之間也沒有表現(xiàn)出協(xié)同變化關(guān)系，這些特征顯示同化混染作用影響小。

圖9 Th/Nb-SiO2、Nb/La-SiO2、K2O/TiO2-SiO2、La/Sm-La圖解(圖例同圖6)Fig.9 Diagrams of Th/Nb-SiO2, Nb/La-SiO2, K2O/TiO2-SiO2 and La/Sm-La

研究表明,用固液相分配系數(shù)低的微量元素(超巖漿元素，如Th、Ta、La、Ce等)與固液相分配系數(shù)中等的微量元素(親巖漿元素，如Zr、Hf、HREE等)的濃度比值對固液相分配系數(shù)低的微量元素(超巖漿元素)濃度作圖時，平衡部分熔融的軌跡是傾斜的直線，而分離結(jié)晶作用則構(gòu)成水平線[49]。圖解La/Sm-La(見圖9d)中樣品主要顯示了分離結(jié)晶作用趨勢，部分熔融作用影響小，指示該巖石系列主要受分離結(jié)晶作用控制。

相對于Cu，Ni更相容于橄欖石，隨著橄欖石的分異結(jié)晶，殘余巖漿會虧損Ni而具有較高的Cu/Ni比值[50]。本研究樣品具有較高的Cu/Ni比值(0.13～6.65)，而原生地幔的Cu/Ni比值為0.01，暗示其母巖漿可能經(jīng)歷了橄欖石的分異結(jié)晶。

在哈克圖解(見圖10)中，各主要氧化物以及微量元素(Cr、Co、Ni)與MgO變化具有較好的相關(guān)性。當MgO大于～14%，隨著MgO含量的降低，Cr、Co、Ni含量迅速降低，Al2O3、TiO2含量迅速增加，而SiO2、CaO、FeOt含量無明顯變化，指示富Mg、相對貧Fe、Ca礦物(鎂橄欖石、頑火輝石)的分離結(jié)晶。隨著MgO含量進一步降低至～7.5%，Cr、Co、Ni含量進一步降低，但斜率略有減緩，同時CaO、FeOt 亦有明顯的降低，指示單斜輝石的分離結(jié)晶作用。MgO含量在～7.5%時，TiO2含量達到峰值(>4%)，當巖漿中TiO2含量高于4%時，鈦鐵礦會與赤鐵礦、單斜輝石同時結(jié)晶[51]，導(dǎo)致TiO2、FeOt含量迅速降低。P2O5含量迅速增加，說明MgO<7.5%時存在明顯的磷灰石的結(jié)晶作用，這與輝石閃長巖(閃長巖)顯微鏡下特征一致。此外，Sc含量隨MgO含量減少而減小，而Sm含量變化不大，指示角閃石分離結(jié)晶作用不明顯(Sc的分配系數(shù)在輝石和角閃石中較高，Sm的分配系數(shù)在角閃石中較高)。相對較小的Sr、Eu變化特征，表明斜長石的分離結(jié)晶作用也不顯著。

圖10 哈克圖解(圖例同圖6)Fig.10 Harker variation diagram

4.3 形成機制

根據(jù)巴勒的爾喀克溝層狀雜巖體與下石炭統(tǒng)甘草湖組鈣質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)板巖的侵入接觸關(guān)系(可見到烘烤、冷凝邊)，判斷其形成時代應(yīng)晚于早石炭世。對層狀巖體中的輝長巖進行鋯石U-Pb測年，獲得其年齡為224±4 Ma(見圖4)，認為該層狀雜巖體形成于晚三疊世。目前，西南天山造山帶內(nèi)并沒有同期的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖的報道，研究區(qū)相鄰的塔里木中西緣地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的鎂鐵-超鎂鐵雜巖體(皮羌、瓦吉里塔格、麻扎爾塔格巖體等，見圖1a)形成時代集中于距今274～277 Ma[52～54]，多數(shù)學(xué)者認為其與塔里木內(nèi)部規(guī)模巨大的玄武巖(面積可達25 km2，厚度可達數(shù)百米)、輝長巖、輝綠巖、花崗巖等共同構(gòu)成了塔里木早二疊世大火成巖省，可能與地幔柱活動有關(guān)[55～56]。而巴勒的爾喀克溝層狀雜巖體形成于晚三疊世(224±4 Ma)，這與塔里木大火成巖省時代差別較大，因此該巖體不屬于早二疊世大火成巖省的組成部分，但其是否與塔里木地幔柱活動有關(guān)，有待進一步研究。

對層狀巖體部分鎂鐵質(zhì)巖以及伴生巖脈的巖石化學(xué)分析結(jié)果顯示，層狀巖體中各巖類巖石的SiO2含量37.2%～51.7%，Mg#值47.9～78.8；脈巖SiO2含量46.2%～50.1%，Mg#值61.7～68.7。主微量元素特征指示它們均屬于堿性巖系列(見圖5)，還具有一致的微量元素變化特征，相對虧損HFSE而富集LILE、LREE(見圖6)，說明其來自同源巖漿演化，并指示了富集型地幔源區(qū)。層狀雜巖體總體均與伸展背景有關(guān)，脈狀(墻狀)的產(chǎn)出形態(tài)也指示了巖石圈的伸展作用[57～58]，而堿性巖漿亦主要形成于巖石圈的伸展環(huán)境[59]。

考慮到對天山造山帶構(gòu)造演化歷史的不同認識[61～63]，該期巖漿活動可能是二疊紀巖漿巖的延續(xù)，與南天山洋盆的俯沖、碰撞或者后碰撞伸展有關(guān)。但俯沖板片脫水作用導(dǎo)致地幔楔部分熔融形成的巖漿具有富LILE和LREE，貧Nb、Ta和其他HFSE(Ti、P、Zr、Hf)的特征，且該巖漿部分熔融一般都發(fā)生在尖晶石穩(wěn)定區(qū)[64]，顯然與本研究巖體特征(富集Nb、Ta，無Zr、Ti、Hf等虧損，且部分熔融主要發(fā)生于石榴石穩(wěn)定區(qū))不符。后碰撞階段，隨著巖石圈根部因轉(zhuǎn)變?yōu)榱褫x巖相重力失穩(wěn)而拆成，軟流圈地幔物質(zhì)填補向上運移而發(fā)生減壓熔融，但這種熔融作用也主要發(fā)生在尖晶石穩(wěn)定區(qū)[41]。

多數(shù)學(xué)者認為古亞洲洋在天山地區(qū)復(fù)雜的增生造山作用晚古生代就已經(jīng)結(jié)束[14～18]，該期巖漿活動更可能形成于陸內(nèi)造山階段，與洋盆閉合、板塊的碰撞造山活動無關(guān)，代表了板塊拉伸背景下幔源巖漿演化的產(chǎn)物。但其深部的動力學(xué)機制仍有待進一步研究。值得注意的是，羅金海等[65]在塔里木盆地西緣發(fā)現(xiàn)有形成于晚三疊世—早侏羅世(距今235.6～203.7 Ma)的輝綠巖脈，并認為其具有地幔柱的成因特征。因此該期巖漿活動可能是塔里木地區(qū)二疊紀(也可能是一個更新的，三疊紀)地幔柱或者局部熱點活動的產(chǎn)物。

5 結(jié)論

巴勒的爾喀克溝層狀雜巖體中輝長巖鋯石U-Pb測年為224±4 Ma，認為該層狀雜巖體形成于晚三疊世。巴勒的爾喀克溝層狀雜巖體源自于含水的富集型地幔源區(qū)，是石榴石二輝橄欖巖較低程度部分熔融的產(chǎn)物。其原生巖漿為富鐵、鈦的高鎂玄武質(zhì)巖漿，同化混染作用影響小，巖石系列主要受分離結(jié)晶作用控制。該巖漿活動于南天山洋盆閉合、板塊碰撞造山活動之后的陸內(nèi)造山階段，代表了板塊拉伸背景下幔源巖漿演化的產(chǎn)物，指示西南天山地區(qū)在三疊紀末可能存在一期巖石圈伸展事件。

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GEOCHRONOOGICAL AND GEOCHEMICAL STUDY OF THE LATE TRIASSIC LAYERED MAFIC-ULTRAMFIC INTRUSIONS IN BEISHAN AREA OF WUSHI COUNTY, SOUTHWEST TIANSHAN

HU Chao-bin1, LI Pei-qing2, GU Ping-yang1, CHEN Rui-ming1,ZHA Xian-feng1, ZHUANG Yu-jun1

(1.Xi’anCenterofGeologicalSurvey,Xi’an710054,China;2.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)

Layered Mafic-ultramafic intrusions, which carry abundant information of mantle and provide an excellent approach to probe the mantle material composition, plate tectonic and deep geological process, are generally considered to be an important symbol of lithosphere extension, We discovered a suit of layered Mafic-ultramafic intrusions in Southwest Tianshan area, and obtained the zircon U-Pb age of gabbros of 224±4 Ma. These rocks are characterized by the enrichment of LREE, H2O, Na2O+K2O and incompatible elements such as Th, U, Nb, Ta, etc., and depleted in HREE. They might be derived from enriched mantle, which is formed by low degree partial melting of garnet lherzolite. The primary magma may be high Mg basaltic magma which was rich in iron and titanium and mainly controlled by the fractional crystallization. This magam in the continental orogenic stage was actived in the environment of intracontinent orogen after the closure of the South Tianshan ocean and post collisional orogeny, which derived from mantle in the envirnment of extensional environment. We can concluded that the Southwest Tianshan area was under an extensional tectonic seting during late Triassic.

Southwest Tianshan area; mafic-ultramafic; layered intrusions

1006-6616(2016)04-1015-17

2016-09-12

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目“特殊地質(zhì)地貌區(qū)填圖試點”(DD20160060)、“新疆1∶5萬喀伊車山口等3幅艱險區(qū)試點項目”(12120114042701)、“東昆侖成礦帶木孜塔格鉛鋅銅金多金屬礦調(diào)查評價區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”(DD20160002)

胡朝斌(1990-)，男，助理工程師，巖石地球化學(xué)專業(yè)。E-mail：405825740@qq.com

P595；P597

A