馬玉霞 李寧波

摘 ? 要：西天山阿吾拉勒地區(qū)東部鞏乃斯附近晚石炭世大哈拉軍山組中分布著典型的橄欖玄粗巖，該巖石具高K2O（3.09%～4.26%）、K2O/Na2O（0.67～1.20）和高Al2O3 （20.30%～20.50%）特征，但是其成因還沒有得到很好的限制。鞏乃斯橄欖玄粗巖由具較富集的Sr-Nd同位素組成 （（87Sr/86Sr）I =0.704 471～0.704 784;εNd （t）=3.76～3.83），說明其源自于富集地幔源區(qū)。通過地球化學(xué)數(shù)據(jù)模擬發(fā)現(xiàn)該橄欖玄粗巖起源于尖晶石二輝橄欖地幔，相對于巖石圈地幔具較低的Ba/Rb和高Rb/Sr，結(jié)合其較高Th/Nb （1.93～1.99） 比值和Th （11.63×10-6～12.18×10-6） 含量，指示巖石富鉀的特征很可能與再循環(huán)俯沖沉積物的加入有關(guān);該巖石的高鋁含量特征是由于巖漿中水含量較高導(dǎo)致斜長石結(jié)晶較晚形成的，而巖漿富水的特征可能與俯沖板片后撤導(dǎo)致板片脫水加強(qiáng)有關(guān)。結(jié)合該巖石地球化學(xué)特征和區(qū)域地質(zhì)背景，認(rèn)為鞏乃斯橄欖玄粗巖形成于俯沖-碰撞轉(zhuǎn)換階段，是西天山地區(qū)構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換階段巖漿作用的產(chǎn)物。

關(guān)鍵詞：阿吾拉勒;鞏乃斯林場;橄欖玄粗巖;俯沖沉積物;構(gòu)造背景

橄欖玄粗巖最初是在美國黃石公園發(fā)現(xiàn)的一種含大量鉀長石的玄武質(zhì)巖石，Morrison（1980）系統(tǒng)總結(jié)了該類巖石的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征[1]，指出該類巖石以中基性巖為主，基性端元含有橄欖石、單斜輝石和斜長石等礦物斑晶，而在偏酸性端元的巖石中可見角閃石、黑云母等礦物;在化學(xué)組成上其主要地球化學(xué)特征包括富堿（K2O+Na2O>5%）、富鉀（K2O/Na2O>0.6）、貧鈦（TiO2<1.3%）、鋁含量高且變化范圍較大，同時富集輕稀土和大離子親石元素。橄欖玄粗巖之所以受到地質(zhì)學(xué)家廣泛關(guān)注，是因?yàn)槠洳坏咧匾臉?gòu)造指示意義，被作為地球動力學(xué)研究的重要“巖石探針”，而且是銅-金礦床的重要賦礦巖石。

位于新疆西天山中部的阿吾拉勒巖漿巖帶是重要的鐵-銅多金屬成礦帶，該成礦帶的礦化元素有明顯的時空分帶。東部分布有與石炭紀(jì)巖漿巖有關(guān)的大型鐵礦床，包括智博、查崗諾爾、敦德和霧嶺等;西部則分布著眾多與二疊紀(jì)巖漿活動有關(guān)的銅礦床（點(diǎn)），規(guī)模較大的有瓊布拉克、群集和努拉塞等。因此，研究該地區(qū)巖漿-構(gòu)造演化對于闡明相關(guān)礦床的成因具有重要意義。阿吾拉勒地區(qū)晚古生代橄欖玄粗巖的成因受到較為廣泛的關(guān)注，Yang等認(rèn)為該地區(qū)石炭紀(jì)和二疊紀(jì)橄欖玄粗巖形成在不同構(gòu)造環(huán)境中，是交代地幔熔融的產(chǎn)物[2]。Yang等則認(rèn)為該地區(qū)石炭紀(jì)橄欖玄粗巖的形成與地幔受到俯沖再循環(huán)的碳酸巖交代有密切關(guān)系[3]。羅勇等認(rèn)為阿吾拉勒西部地區(qū)二疊紀(jì)橄欖玄粗巖形成與后碰撞弧環(huán)境有關(guān)，是交代地幔熔融的產(chǎn)物[4]。陳根文等認(rèn)為阿吾拉勒地區(qū)二疊紀(jì)橄欖玄粗巖與同時代流紋巖組成雙峰式巖漿組合，是后碰撞伸展階段受到拆沉地殼混染的虧損地幔熔融的產(chǎn)物[5]。顯然，該地區(qū)橄欖玄粗巖的成因還存在爭議。另外，阿吾拉勒地區(qū)在晚古生代的構(gòu)造體制發(fā)生了重大轉(zhuǎn)折，但關(guān)于其時限和地球動力學(xué)環(huán)境仍存在不同認(rèn)識：一些學(xué)者認(rèn)為該地區(qū)石炭紀(jì)至二疊紀(jì)為裂谷環(huán)境[6-9]，也有學(xué)者認(rèn)為該時期的巖漿活動與地幔柱有關(guān)[9]。此外，有學(xué)者認(rèn)為石炭紀(jì)屬島弧環(huán)境，而二疊紀(jì)的巖漿巖則主要與板內(nèi)碰撞或伸展有關(guān)[10， 11]。因此，通過對該巖漿巖帶橄欖玄粗巖的研究可有效限定其構(gòu)造背景，為重建阿吾拉勒乃至西天山晚古生代地球動力學(xué)過程提供新的約束。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

西天山位于我國新疆中部，是中亞造山帶的重要組成部分，通常被分為3個次級構(gòu)造單元，包括北天山構(gòu)造增生帶，伊犁-中天山板塊（也被稱作伊犁-中天山?。┖湍咸焐綐?gòu)造增生帶。本文研究的阿吾拉勒地區(qū)位于伊犁-中天山板塊中部，是西天山的核心部位。阿吾拉勒地區(qū)地層出露較為復(fù)雜，主要為石炭紀(jì)和二疊系，以及沿喀什河和鞏乃斯河河谷兩側(cè)分布的第四節(jié)碎屑沉積物，另有少量侏羅系分布。石炭系與二疊系有較大差異，石炭系巖石包括海相碳酸巖、玄武巖、安山巖以及少量的火山碎屑巖和砂巖等。二疊系則以火山碎屑巖、角礫巖、玄武巖、流紋巖以及砂巖為主。最新研究成果表明，在阿吾拉勒西部出露著少量元古代特克斯群地層[8]。帶內(nèi)的侵入巖主要形成于晚古生代，包括“A”型花崗巖[13]、埃達(dá)克巖[14]、輝長巖[15]和輝綠巖[16]等，其中部分巖石發(fā)生了不同程度的鐵、銅礦化。

2 巖石學(xué)特征

鞏乃斯林場橄欖玄粗巖分布在阿吾拉勒東部，地層上屬石炭紀(jì)大哈拉軍山組。大哈拉軍山組在西天山分布非常廣泛，從昭蘇到鞏乃斯一帶均有分布，其巖石組合復(fù)雜且具穿時特征，但總體上其火山巖呈島弧巖漿巖特征，明顯的虧損Nb，Ta和Ti等高場強(qiáng)元素。阿吾拉勒東部地區(qū)的大哈拉軍山組是西天山最重要的查崗諾爾-智博鐵礦的賦礦圍巖，形成年齡約310～320 Ma，屬晚石炭世地層[17，18]。鞏乃斯林場橄欖玄粗巖產(chǎn)于鞏乃斯鎮(zhèn)以西約8.5 km處，巖石呈噴出相產(chǎn)出，灰黑色、具斑狀結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造（圖1c），斑晶以長石為主（超過95%），另有少量單斜輝石斑晶。大多長石斑晶晶體大于5 mm，甚至可以達(dá)到50 mm，長石表面粗糙，發(fā)生綠泥石化和高嶺土化等次生蝕變。單斜輝石則較為新鮮，粒度約1～2 mm，呈較為渾圓的狀態(tài)（圖1-d），少量輝石發(fā)生了綠泥石化和皂石化?；|(zhì)以長石和少量輝石為主，另有一些不透明礦物。巖石的副礦物以不透明的鐵鈦氧化物、硫化物為主，含少量磷灰石。

3 分析方法

主量和微量元素含量及Sr-Nd同位素組成均在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素分析用Rigaku RIX 2000型熒光光譜儀（XRF）測試。微量元素的分析則采用Perkin-Elmer Sciex ELAN 6000 型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）。主量元素分析相對偏差一般小于或等于5%，微量元素分析相對偏差一般小于或等于10%。Sr-Nd同位素分析利用Neptune Plus多接受器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（MC-ICPMS）進(jìn)行，Sr-Nd同位素計(jì)算參數(shù)以及步驟見[2， 19]。

4 分析結(jié)果

鞏乃斯林場橄欖玄粗巖具有穩(wěn)定的地球化學(xué)組成（表1），本次4個樣品的主量元素變化范圍為：SiO2為51.30%～52.84%，TiO2為0.69%～0.74%，CaO為5.97%～7.61%，Al2O3為20.30%～21.24%，Na2O為3.48%～4.59%，K2O為3.09%～4.26%，F(xiàn)e2O3T為5.37%～6.03%，MgO為0.90%～2.22%，Mg#為26～49，P2O5為0.45%～0.49%。同時，巖石具較高全堿含量（K2O+Na2O =7.65～8.10）和K2O/Na2O比值（0.67～1.20）。在TAS圖解中，巖石均落在堿性線以上（圖2-a），而在SiO2-K2O圖解中則全部屬橄欖玄粗巖系列（圖2-b）。

鞏乃斯林場橄欖玄粗巖的Cr、Co和Ni含量均較低，分別為36.3×10-6～50.3×10-6、11.9×10-6～16.1×10-6和14.6×10-6～16.4×10-6，結(jié)合其較低的MgO含量，說明巖石并非地幔直接熔融的產(chǎn)物。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖顯示（圖2-c），鞏乃斯林場橄欖玄粗巖明顯虧損Nb，Ta和Ti，但富集Rb，Th，U，Pb和Sr。巖石輕重稀土分異強(qiáng)烈（圖2-d），其（La/Yb）N=8.57～9.01，但重稀土分異不明顯（Dy/Yb）N=1.18～1.23），暗示石榴子石不是源區(qū)主要?dú)埩舻V物。此外，該巖石具較弱Eu負(fù)異常（δEu=0.87～0.90），表明斜長石的分離結(jié)晶作用并不明顯。鞏乃斯橄欖玄粗巖具相對富集的Sr-Nd同位素組成，其（87Sr/86Sr）i值為0.704 471～0.704 784，（143Nd/144Nd）i值為0.512 418～0.512 422，對應(yīng)的εNd （t）為3.76～3.83，其組成與I型富集地幔類似，明顯不同于洋殼的組成，較西天山最為基性的哈拉達(dá)拉巖體（由基性-超基性巖石組成，（87Sr/86Sr）i= 0.703 8～0.705，（143Nd/144Nd）i= 0.512 542～0.512 482）略微富集[15，21，22]（圖3）。

5 巖石成因

鞏乃斯橄欖玄粗巖具高Al2O3（20.30%～21.24%）特征，屬高鋁玄武巖系列 （Al2O3大于16%）[23]。高鋁玄武巖是在島弧環(huán)境中較為常見的巖石類型[24]。目前普遍認(rèn)為抑制斜長石分離結(jié)晶是形成高鋁玄武巖的關(guān)鍵，而抑制斜長石分離結(jié)晶的途徑主要有兩種：①巖漿具較高的壓力;②巖漿的高H2O含量[24]。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究顯示，斜長石存在的穩(wěn)定壓力一般小于1.2 GPa，而在這個壓力下石榴子石將成為主要礦物相之一[25]。石榴子石對稀土元素具很強(qiáng)的分異能力，會導(dǎo)致明顯的重稀土分餾，但該橄欖玄粗巖重稀土分異并不明顯（Dy/Yb）N=1.18～1.23，說明鞏乃斯橄欖玄粗巖形成過程中石榴子石并非源區(qū)的主要?dú)埩粝嗷蚍蛛x結(jié)晶相，暗示高壓環(huán)境并非是抑制斜長石結(jié)晶的主要因素，所以高的巖漿含水量更可能是導(dǎo)致鞏乃斯橄欖玄粗巖富鋁的關(guān)鍵。巖漿中高的水含量會強(qiáng)烈促進(jìn)角閃石的分離結(jié)晶[26]，而角閃石具富MgO，高Nb/Ta比值，并且富集中稀土Sm的特征，因此其分離結(jié)晶會導(dǎo)致MgO，Nb/Ta比值降低[27， 28]，Zr/Sm比值升高。鞏乃斯橄欖玄粗巖具較低的MgO含量、低Nb/Ta比值（12.8～13.1）和較高Zr/Sm比值（25.8～27.1）的特征，進(jìn)一步證實(shí)了角閃石可能是主要的分離結(jié)晶相，從而說明初始巖漿可能具富水特征。

俯沖再循環(huán)物質(zhì)的加入被認(rèn)為是形成橄欖玄粗巖的關(guān)鍵控制因素之一。俯沖交代作用形成的角閃石或者金云母脈體的熔融制約了超鉀質(zhì)巖漿的形成[3，4，29]，而近期的實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)證實(shí)，俯沖沉積物的加入也可以形成橄欖玄粗巖[30，31]。前人研究表明，地幔包體中的角閃石顯示富K，Sr，LREE和HFSE特征，但其Rb和Th含量非常低[32]，而地幔中的金云母則富集K，Sr，Ba和Rb，同時具較低REE、HFSE和Th含量。因此，Ba/Rb和Rb/Sr比值被用來限定橄欖玄粗巖的源區(qū)性質(zhì)[29]。鞏乃斯林場橄欖玄粗巖相對于陸下巖石圈地?；蛘吖_(dá)拉超基性巖具較低Ba/Rb 比值（4.08～9.07）和較高Rb/Sr比值 （0.09～0.18），所以金云母脈體的參與或者沉積物的加入是導(dǎo)致鞏乃斯乃至整個阿吾拉勒地區(qū)石炭紀(jì)橄欖玄粗巖形成的關(guān)鍵因素（圖4-a）[20，22，31，35]。鞏乃斯林場橄欖玄粗巖具有較高的Th含量（11.6×10-6～12.2×10-6），其Th含量明顯高于典型島弧玄武巖，如安第斯島弧玄武巖均值為3.77×10-6，阿留申島弧玄武巖為1.21×10-6，平均大陸弧為2.03×10-6[33]，暗示有富Th物質(zhì)加入到巖石的地幔源區(qū)。雖然U和Th是地球化學(xué)行為較相似的元素對，但是在板片俯沖脫水過程中U和Th會表現(xiàn)出不同的地球化學(xué)行為，U在流體中主要以鈾酸根（UO2+）的形式遷移，其性質(zhì)與大離子親石元素類似，而Th則相對穩(wěn)定，因此，流體交代地幔中具較高的U/Th比值[34]。不同于流體交代過程，俯沖沉積物加入到地幔源區(qū)除了會導(dǎo)致Th和U的含量升高外，對U/Th比值影響非常有限，但是由于其地球化學(xué)特征，Th/Nb比值會顯著升高，因此，Th/Nb 與U/Th圖解常被用于判別是否有沉積物的加入[24]。鞏乃斯橄欖玄粗巖具高Th/Nb比值（1.93～1.99） 及較低U/Th比值（0.29～0.30），進(jìn)一步說明了其地幔源區(qū)有俯沖沉積物的加入（圖4-b）[24，31]。此外，金云母在地幔穩(wěn)定區(qū)的深度一般大于70 km，而在該深度石榴子石將成為地幔中重要的礦物相。由于石榴子石明顯的富集重稀土，且伴隨著稀土元素離子半徑的減小，其分配系數(shù)明顯增大，所以石榴子石的出現(xiàn)將導(dǎo)致輕重稀土內(nèi)部的分異。將西天山地區(qū)哈拉達(dá)拉巖體中的超基性巖作為西天山地區(qū)巖石圈地幔的初始組分，通過模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，鞏乃斯林場橄欖玄粗巖是尖晶石二輝橄欖巖，而不是石榴子石二輝橄欖巖熔融的產(chǎn)物，指示在其源區(qū)并無大量石榴子石的存在（圖4-c）[36-37]。綜上所述，鞏乃斯橄欖玄粗巖是有俯沖沉積物加入的尖晶石二輝橄地幔熔融的產(chǎn)物。

6 巖石形成的構(gòu)造背景

橄欖玄粗巖主要形成在兩種構(gòu)造環(huán)境，大多形成于島弧或活動大陸邊緣，另一種則是大陸邊緣內(nèi)側(cè)或板內(nèi)環(huán)境。為了更好的判別橄欖玄粗巖形成的構(gòu)造環(huán)境，Muller等將其產(chǎn)出環(huán)境歸結(jié)為5種，并給出相應(yīng)圖解[38]，具體包括：大陸?。–AP）、后碰撞?。≒AP）、初始洋?。↖OP）和晚期洋?。↙OP）以及板內(nèi)環(huán)境（WIP）。上述圖解投影顯示（圖5），鞏乃斯林場橄欖玄粗巖屬弧巖漿作用的產(chǎn)物，更可能形成于后碰撞弧環(huán)境。阿吾拉勒地區(qū)的石炭紀(jì)橄欖玄粗巖顯示出了大陸弧和后碰撞弧兩種構(gòu)造背景，暗示了石炭紀(jì)阿吾拉勒地區(qū)的構(gòu)造體制發(fā)生了轉(zhuǎn)換。該觀點(diǎn)也得到了其他地質(zhì)事實(shí)的支持：①石炭紀(jì)阿吾拉勒地區(qū)有典型鈣堿性巖石分布[2]，并發(fā)育有碳酸鹽巖地層沉積;②西南天山的超高壓變質(zhì)帶的峰期變質(zhì)年齡為319 Ma[39]，而位于北天山的巴音溝蛇綠巖的年齡早于316 Ma[40]，暗示在晚石炭世西天山地區(qū)洋盆已經(jīng)發(fā)生閉合;③在石炭紀(jì)末期和二疊紀(jì)初期西天山出現(xiàn)了磨拉石建造，過鋁質(zhì)淡色花崗巖脈（285 Ma）[12]，含石榴子石流紋巖（281～300 Ma）和“A”型花崗巖（296～307 Ma）[13，41]，進(jìn)一步說明二疊紀(jì)西天山地區(qū)的構(gòu)造體制已經(jīng)轉(zhuǎn)化為陸內(nèi)環(huán)境。由于古大洋板塊向北俯沖在伊犁-中天山地塊之下，在西天山地區(qū)廣泛分布著具有島弧火山巖特征的巖漿巖，巖石形成時代由西向東逐漸變年輕，包括鞏乃斯橄欖玄粗巖在內(nèi)的阿吾拉勒地區(qū)東部島弧性質(zhì)巖漿巖主要形成在晚石炭世[42]。在晚石炭世發(fā)生的大洋閉合和板塊拼接使整個西天山地區(qū)在二疊紀(jì)進(jìn)入了后碰撞演化階段。在構(gòu)造性質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中，由于板塊阻力或俯沖板塊拖曳力使板片脫水進(jìn)一步加強(qiáng)，最終導(dǎo)致了俯沖沉積物和大量流體進(jìn)入地幔，并最終形成了鞏乃斯橄欖玄粗巖。

7 結(jié)論

（1） 阿吾拉勒地區(qū)鞏乃斯橄欖玄粗巖的成因與俯沖沉積物加入其地幔源區(qū)有直接關(guān)系，而其較高的鋁含量是巖漿富水抑制斜長石分離結(jié)晶的結(jié)果;

（2） 阿吾拉勒乃至整個西天山地區(qū)在石炭―二疊紀(jì)發(fā)生了構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)化，而鞏乃斯橄欖玄粗巖的成因可能與西天地區(qū)構(gòu)造體制轉(zhuǎn)化過程中板片后撤引起的俯沖板片強(qiáng)烈脫水有關(guān)。

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Abstract：The Late Carboniferous Gongnaisi shoshonite is distributed in the Gongnaisi area，the eastern Awulale Mountains，Chinese Western Tianshan.The Gongnaisi shoshonite belongs to Dahalajunshan Formtian and is characterized by high K2O （3.09%～4.26 %），Al2O3 （20.30%～20.50 %） contents and high K2O/Na2O ratios （0.67～1.20），but its petrogenesis is still unclear.The Gongnaisi shoshonite has relatively enriched Sr-Nd isotopic composition（（87Sr/86Sr）I= 0.704 471～0.704 784，εNd （t） = 3.76～3.83），indicate it derived from an enriched mantle source.Its relatively lower Ba/Rb but higher Rb/Sr than these of the subcontinental lithosphere mantle，combined with its high Th/Nb （1.93～1.99） and Th （11.63～12.18 ppm），implying some subducted sedimentary has been input in its mantle source.Based on our batch partial model also indicate that the shoshonite has a spinel lherzolite source.Besides，its high Al2O3 can be attributed to the high H2O content in the primary magma. Combined with the geochemical characteristics and regional geological background， it is considered that the shoshonite in Gongnaisi was formed in the subduction collision transition stage， which is the product of magmatism during the tectonic regime transformation stage in the Western Tianshan area.

Key words：Shoshonite;Awulale;Subducted sedimentary;Tectonic settings