西南天山高压－超高压变质岩的原岩判别

李拴成，徐永江，刘明博，刘晓锋，张燕波

(1.西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安710069;2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京100083;3.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐830049)

超高压变质岩石原岩大多为大陆地壳成分，大洋地壳的原岩非常少见，现今全球确切报道的只有西Apls的Zermatt－Saas带、位于中亚的南天山造山带和中国境内的西南天山榴辉岩－蓝片岩带［5］。这是目前出露规模最大的洋壳岩石深俯冲超高压变质带，并确定了其由南向北的俯冲带极性［4］。在西南天山高压－超高压变质岩中发现多种超高压变质证据:榴辉岩中石榴石包体柯石英及其假象、绿辉石中出溶叶片状石英、变质成因的菱镁矿矿物包体和硬柱石等超高压变质矿物。

1 区域地质概况

西南天山榴辉岩发现于1997年［1］，向西可能与吉尔吉斯斯坦阿特巴什南天山Atbashi蓝闪榴辉岩带及塔吉克斯坦Fan－Karategin蓝片岩相连，向东则可能与库米什铜花山蓝片岩残迹相连［3］，共同构成中亚造山带的一部分。西南天山高压－超高压(HP－UHP)变质带为NEE－SWW向延伸的古俯冲增生杂岩体［6，7］，沿中天山南缘断裂东西长达 200 km，主要分布在新疆科克苏河、阿克牙孜沟和长阿吾子沟地区［10，11］。该带北以中天山南缘断裂与中天山弧地体相隔，南以哈尔克山主脊断裂与塔里木北侧被动陆缘相接，近似楔形夹持于两大韧性剪切带之间。

2 岩石学特征

西南天山阿坦塔义一带高压－超高压变质岩主要为榴辉岩、蓝片岩以及石榴白云母片岩。榴辉岩大多为豆荚状、薄层状与蓝片岩互层，部分榴辉岩呈透镜体状和岩枕状产出。

西南天山南部哈布腾苏和科布尔特一带以榴辉岩、蓝片岩为代表的高压低温变质带与北部木扎尔特以堇青石榴夕线石片麻岩、夕线石片麻岩、混合岩化片麻岩和混合岩化斜长角闪岩为代表的低压高温变质带共同构成了洋壳俯冲特有的双变质带［8，9］。

2.1 榴辉岩

榴辉岩为斑状变晶结构，块状构造。主要矿物由绿辉石(65% ～75%)，石榴子石(10% ～15%)，多硅白云母(5% ～10%)，蓝闪石(1% ～2%)，石英(1% ～2%)组成，包括少量的金红石，榍石，角闪石，少量的绿泥石化。部分样品中含有一定数量的白云石。石榴子石为自形－半自形，粒径较大(1.5～7 mm)，内有石英，绿辉石，金红石，多硅白云母，斜黝帘石等包体。石榴子石中的石英周边多有放射状裂纹，疑似柯石英假象(图1)。石榴子石中的多硅白云母和斜黝帘石包体常常相邻存在，疑似为硬柱石矿物的假象。

2.2 蓝片岩

蓝片岩为粒状片状变晶结构，片状构造。矿物主要有蓝闪石(30% ～35%)，石英(20% ～25%)石榴子石(10% ～15%)，白云母(5% ～10%)，绿辉石(10%)，和 白 云石(5%)组成，少量的金红石，榍石，黄铁矿等。其中少量石榴子石矿物中可见硬柱石假象。

2.3 石榴石云母片岩

云母片岩为变晶结构，片状构造。主要矿物有石英(55% ～60%)，石榴子石(10% ～15%)，白云母(15%)和白云石(10%)等。其中石英，白云母和白云石呈片状展布。石榴子石，粒径小(0.1～0.3 mm)，半自形 －自形，其幔部也可见放射状裂纹，大多数石榴子石有与白云母相接触的反应边。

图1 石榴子石的放射图

3 地球化学特征

榴辉岩 TiO2=0.87 ～1.71，围岩蓝片岩有最高的 Ti，(TiO2=1.52 ～2.13)，(石英)云母片岩为 0.52 ～0.81。榴辉岩有低的 Si含量(SiO2=46.44～52.98)，(石英)云母片岩最高(47.49～69.66)，其中样品 TSO2－8(绿泥石化含石榴石云母片岩)中SiO2(47.49)明显小于其它的云母片岩含量(59.55～69.66)，指示出样品 TSO2－8可能在压力升高时发生部分 Si元素损失。蓝片岩SiO2含量介于两者之间，为 44.62 ～50.89。

地球化学分析结果显示其原岩成分主要为玄武岩以及部分碱性玄武岩。榴辉岩原岩细分有两类类型，分别为EMORB类型(ATT－7－A)和 N－MORB类型(TSO2－17b，TSO2－32A)，蓝片岩原岩介于OIB和E－MORB之间。第一类榴辉岩具有较高的 LREE/HREE(0.99)、(La/Yb)N(2.10)比值，具有E－MORB特征，暗示其原岩来自于亏损地幔源区。第二类榴辉岩具有低的 LREE/HREE(0.44～0.57)、(La/Yb)N(0.52～0.61)比值等特征，具有 N －MORB属性。榴辉岩的球粒陨石标准化稀土图显示出，ATT－7－A为右倾型，重稀土平坦，TSO2－17b，TSO2－32A为左倾型。榴辉岩无明显的Eu异常。

图2 榴辉岩、蓝片岩稀土配分曲线和微量元素蛛网图

蓝片岩的球粒陨石标准化稀土图为明显右倾型，LREE/HREE(1.55～3.31)介于 E －MORB(1.02)与 OIB(3.58)之间。其∑REE(79.01－143.48×10－6)位于 E－MORB(71.09×10－6)与 OIB(227.69 ×10－6)之间。且(La/Yb)N(3.84－11.13)处于 E －MORB(1.91)和 OIB(12.29)之间。无Eu异常。这些数据表明，蓝片岩原岩产生于靠近洋岛的大洋中。Sr亏损，Cs略富集。根据图2分析可知，其榴辉岩原岩为两类类型:E－MORB和N－MORB，蓝片岩原岩介于E－MORB和OIB之间。

分析结果显示，原岩为E－MORB类型榴辉岩(ATT－7－A)具有更多的 Na2O，而 TFe2O3，MgO，TiO2，P2O5相对较低。而N－MORB型榴辉岩(TSO2－17b，TSO2－32A)则有较高的 TFe2O3，MgO，TiO2，P2O5，而低 Na2O。云母片岩的 SiO2变化较大(47.49－69.66)，TSO2－8(绿泥石化含石榴石云母片岩)具有极高的TiO2，TFe2O3和P2O5，以及较低的MgO。而在云母片岩样品中，TSO2－8是唯一一个含有石榴子石矿物的片岩。石榴子石与共生矿物间的元素分配可作为有效的矿物温压计，钙系石榴子石形成于压力不大的岩浆岩、接触变质岩和热液脉中;随压力升高依次是区域变质岩中铝系的锰铝榴石、铁铝榴石、镁铝榴石及金伯利岩中。因此，样品可能是压力升高造成的。

图3–a SiO2－Zr/TiO2岩石分类图解(据 Winchester and Floyd，1977)

图3－b Zr/TiO2－Nb/Y岩石分类图解(据 Winchester and Floyd，1976)

SiO2－Zr/TiO2岩石分类图解投图，多数为拉斑玄武岩，两个样品投到碱性玄武岩中。Zr/TiO2－Nb/Y投图多数为拉斑玄武岩，三个样品为安山岩/玄武岩，一个样品投到碱性玄武岩中。地球化学分析结果显示，本文的样品在SiO2－Zr/TiO2(图 3－a;Winchester and Floyd，1977)和Zr/TiO2－Nb/Y图解中 (图3－b;Winchester and Floyd，1976)，样品主体为拉斑玄武岩和碱性玄武岩。

4 结语

西南天山哈布腾苏一带榴辉岩原岩成分主要为玄武岩以及部分碱性玄武岩，原岩有两类类型 E－MORB和 NMORB，蓝片岩的原岩介于E－MORB与OIB之间。其构造环境为近洋岛的大洋环境。蓝片岩中Sr亏损，Cs略富集。云母片岩中主量元素差异较大，初步估计为压力升高时所造成。

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