阿尔金环形山榴辉岩岩石地球化学及地质意义

王立社，李智明，仇银江，杨鹏飞，，姜寒冰，段星星，詹小弟

（1.中国地质调查局西安地质调查中心国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室，陕西 西安 710054；2.新疆地质勘查基金项目管理中心，新疆 乌鲁木齐 830001；3.长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安 710054）

阿尔金环形山榴辉岩岩石地球化学及地质意义

王立社1，2，李智明1，仇银江2，杨鹏飞1，3，姜寒冰1，段星星1，詹小弟3

（1.中国地质调查局西安地质调查中心国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室，陕西 西安 710054；2.新疆地质勘查基金项目管理中心，新疆 乌鲁木齐 830001；3.长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安 710054）

调查研究发现，阿尔金南缘环形山榴辉岩呈透镜体状产于新元古代石榴石二长花岗片麻岩中，岩石经退变质作用，白眼圈构造发育，石榴石变少，石英及金红石等矿物较少，未见峰期矿物组合。绿辉石被次透辉石及角闪石替代，岩石为榴辉岩、榴闪岩及斜长角闪岩。主量及微量元素地球化学分析显示：主量元素Al2O3、TiO2、MgO、P2O5及稀土Nb/Ta、Zr/Hf、Zr/Nb、La/Nb、Y/Nb特征比值与洋脊玄武岩一致；稀土标准化模式图、微量元素原始地幔标准化图及MORB标准化图指示岩石具洋脊玄武岩特征，原岩可能为地幔岩经15%～30%的部分熔融形成。结合榴辉岩围岩年龄、变质作用等分析认为，该榴辉岩为似洋脊玄武岩的基性岩浆侵入花岗岩后，于500 Ma左右发生大陆俯冲折返形成。

阿尔金；榴辉岩；大陆深俯冲；地球化学

阿尔金造山带位于新疆、青海、甘肃省区结合部，为塔里木、柴达木及东西昆仑、天山、柴北缘、北祁连和北山构造带的衔接带，具有重要构造位置。前人在相邻构造单元中发现榴辉岩-花岗岩带，如甘肃北山柳园、柴北缘大柴旦鱼卡河一带榴辉岩-花岗岩带，这些榴辉岩的围岩花岗质片麻岩结晶年龄分别为（880±31）Ma、950～850 Ma［1-6］，且花岗质片麻岩为S型花岗岩，表明北山和柴北缘新元古代可能具相似的构造地质背景。近年来，阿尔金造山带中发现超高压变质作用，许多学者对该区包括榴辉岩在内的高压-超高压岩石变质作用及变质时代进行了探讨［7-20］。笔者在阿尔金山中段环形山一带发现榴辉岩-花岗岩带，认为该带花岗岩为二长花岗片麻岩，属S型花岗岩，岩石年龄为（928±9）Ma；榴辉岩峰期变质年龄为507～509 Ma，原岩年龄为592～790 Ma（另文刊发）。榴辉岩及退变岩石具怎样的岩石地球化学特征，其原岩与阿尔金江尕勒萨依及英格利萨依两地榴辉岩产出背景是否一致，具何种地质意义？本文首次对其进行报道。

1 区域地质背景

前人研究表明，阿尔金造山带是在太古代古老地壳形成及多期岩浆活动、古元古代（2 500～1 800 Ma）强烈改造和中基性岩浆侵入、新元古代（1000～800Ma）碰撞造山及大规模岩浆活动的基础上［21］，经早古生代古板块（或地块）间的相互俯冲-碰撞形成的复杂构造带，之后又遭受了中新生代走滑断裂系的改造。据区内不同地质单元特征及岩石学、地球化学和同位素年代学等研究成果，将该造山带由北向南依次划分为阿北变质地体、红柳沟-拉配泉构造混杂岩带、阿中米兰河-金雁山地块、阿南茫崖构造混杂岩带等4个构造单元［22，23］，阿尔金南缘榴辉岩带位于阿中-米兰河-金雁山地块与阿南茫崖构造混杂岩带间（图1）［24］。本文研究的榴辉岩位于阿尔金环形山一带（图1），西延为江尕勒萨依榴辉岩带，东延有英格利萨依超高压榴辉岩带。环形山榴辉岩呈自然露头（图2），无覆盖，样品采自该区多个露头，采样中心坐标为（88°07.95′～88°08.15′；38°14.00′～38°13.80′）。

2 岩石学特征

榴辉岩及退变质榴闪岩、斜长角闪岩呈不等粒变晶结构，粒度较细，块状构造。榴辉岩中石榴石含量约28%，为半自形等轴多边粒状变晶结构，部分晶粒具筛眼状构造，粒径0.15～0.8 mm；次透辉石约28%，半自形短柱状、粒柱状，粒径0.1×0.15 mm～0.8×1.6 mm；基性斜长石约20%，半自形、他形中细粒变晶，粒径0.1～0.4×0.5 mm；次闪石约22%，多为辉石次变边；黑云母约0.5%，为细片状交代角闪石；金红石约1%，呈他形微细晶分布于角闪石及石榴石晶粒中；钛磁铁矿约1%，微细粒晶，粒径0.05～0.1 mm；磷灰石约0.5%，为短柱状细晶。含石榴-石英斜长角闪石，角闪石约55%，呈半自形不完整柱状、粒柱状，粒径0.1×0.15 mm～1.6×2.2 mm；石榴石约2%，半自形等轴多边粒状变晶，部分晶粒具筛眼状构造，粒径0.1～0.8 mm；基性斜长石约37%，半自形、他形不等细粒，粒径0.05～0.3×0.6 mm；黑云母约4%，细片状交代角闪石；绿帘石约1%，他形微细晶，交代角闪石；另有短柱状细晶磷灰石数粒。榴闪辉岩中，帘石约35%，为原生辉石次变产物，完全承袭柱状-短柱状辉石晶体轮廓，呈泥晶集合体，与部分次闪石次变物混生，粒径0.1×0.15 mm～0.6×0.8 mm；次闪石含量约27%，为不完整柱状-短柱状变晶；石榴石含量约34%，半自形-自形粒状变晶，粒径0.1～0.6 mm；石英约2%，似文象状细微晶与次闪石交生，为石榴石、辉石退变分解产物；钛铁矿约1.5%，半自形-他形板状、板粒状；金红石约0.5%，不规则细粒状。矿物分析显示，环形山一带榴辉岩遭受较强程度退变质作用，榴辉岩中未见榴辉岩相峰期矿物组合。绿辉石几乎被次透辉石及角闪石替代，常见石榴石与周围退变产物斜长石、角闪石、石英等组成的“白眼圈”构造（图2），显示岩石普遍发生了退变质作用，仅在DY1b2中发现绿辉石，绿辉石周围已退变为角闪石，仅核部残留绿辉石。

图1 阿尔金构造地质简图及环形山一带地质图Fig.1 Geological sketch map of AltynTagh and geological sketch map of ring mountain

图2 岩石野外及微观特征Fig.2 Field characteristics and Microstructures of rocks

3 样品分析方法

元素地球化学分析测试在西安地质矿产研究所实验测试中心完成，主量元素采用Panalytical公司产PW4400型X萤光光谱仪（XRF）测定，分析误差低于5%；微量元素和稀土元素采用Thermo Fisher公司产X-seriesll型电感偶合等离子质谱仪（ICP-MS）测定，相对标准偏差优于5%。

4 岩石地球化学特征

榴辉（闪）岩等透镜体在复杂的进变质和退变质过程中，一些较活跃碱性元素随流体迁移［25-29］。岩石中有些主要元素含量在榴辉岩变质过程中变化较小，如MgO、TiO2、P2O5、Al2O3在蚀变（包括热液蚀变）中基本保持稳定，通常保留了原岩性质和类型［30，31］。此外，稀土元素在榴辉岩相变质过程中作为一组地球化学性质相似的群体虽含量可能发生变化，但其相应的特征比值及稀土标准化模式是稳定的。因此，可利用变质过程中相对稳定的MgO，TiO2，P2O5，Al2O3，REE，Zr，Hf，Nb，Ta，Co，Cr，Ni等元素综合探讨岩石地球化学特征及成因。

4.1 主量元素

本次共分析榴辉岩、榴闪岩及斜长角闪岩等样品8件，主量元素分析结果见表1。从表1看出，SiO2含量为45.33%～48.85%，显示基性岩石特征；Na2O+ K2O（2.21%～3.17%）含量较低，且Na2O＞K2O；Al2O3（15.48%～16.34%）和CaO（7.79%～10.79%）含量较高；TiO2（0.85%～1.52%）含量变化较大，一般小于1.52%，平均1.04%。Wilson指出洋岛拉斑玄武岩的A12O3和TiO2分别为13.45%、2.63%［32］，环形山榴辉岩与洋岛拉斑玄武岩相比较Al2O3含量明显偏高，TiO2明显偏低；Sun S S研究显示岛弧拉斑玄武岩的TiO2平均含量为0.80%［33］；本文岩石TiO2平均1.04%，高于0.80%，显然不同于岛弧拉斑玄武岩。Melson WG通过对大西洋、太平洋和印度洋中脊拉斑玄武岩的A12O3和TiO2平均含量研究显示，A12O3分别为15.6%、14.86%、15.15%，TiO2分别为1.49%、1.77%、1.19%［34］；Pearce指出典型洋中脊拉斑玄武岩TiO2含量约1.5%［35］，显然环形山榴辉（闪）岩及斜长角闪岩与洋脊拉斑玄武岩A12O3和TiO2含量较一致，与一般板内火山岩通常具高Ti含量的特征不同［36］。利用TFeO/MgO-TiO2判别图及w（P2O5）-w（TiO2）判别图解（图3）［37］，对样品进行判别投图，结果样品落在MORB区域。

图3 TFeO/MgO-TiO2判别图和w（P2O5）-w（TiO2）判别图解Fig.3 TFeO/MgO-TiO2distinguishing diagram andw（P2O5）-w（TiO2）distinguishing diagram for tectonic settings

4.2 稀土和微量元素地球化学特征

从稀土元素分析结果及球粒陨石标准化分布模式图可知（表1，图4）［38］，榴辉（闪）岩及斜长角闪岩中，除DY9b1榴闪辉岩、DY1b3斜长角闪石岩稀土含量较高，∑REE（不含Y）分别为64.86、87.61，δEu具负异常，其余岩石∑REE（不含Y）=31.89×10-6～42.75×10-6，平均36.28×10-6，∑LREE=20.87×10-6～25.92×10-6，平均23×10-6，∑HREE=10.98×10-6～16.83×10-6，平均13.28×10-6，（La/Yb）N=0.73～1.28，平均为1，具非常一致的稀土元素含量和球粒陨石标准化分布模式图。模式图整体上呈轻重稀土稍低于中稀土的平缓模式，轻重稀土元素间无明显分馏，且Eu异常弱。榴辉（闪）岩及斜长角闪岩的这种稀土分布模式与大洋玄武岩中洋脊拉斑玄武岩一致，这种稀土分布模式主要归结为部分熔融程度较高，Gast经定量估算认为其为地幔岩经15%～30%的部分熔融形成［39］。笔者对榴辉岩年龄研究表明，其原岩年龄为592～790 Ma，虽年代有差异，但稀土元素的上述特征表明其源区性质一致。

表1 岩石主量元素及微量元素化学组成Table 1 Major elements and trace elements compositions

Nb，Ta和其它高场强元素及稳定的Nb/Ta、Zr/Hf比值等被广泛作为指示地质演化的示踪剂［40-42］。榴辉岩及退变岩石微量元素分析结果见表1。岩石Nb/Ta和Zr/Hf比值分别为3.42～15.32、26.52～34.24，其Nb/Ta比值明显低于球粒陨石相应比值17.5［43］，而接近MORB的Nb/Ta比值15.5［44，45］；Zr/Hf比值也低于球粒陨石相应比值36.6［46］，与MORB的相应比值28～45相符［47］，岩石Zr/Nb特征值是研究岩石产出背景的有效标志之一。前人研究N-MORB和E-MORB的Zr/Nb值分别大于16和小于16［48］，板内玄武岩的Zr/Nb比值平均约10［32］。本文岩石相应比值为5.83～18.61，变化范围较大，平均10.59，与E-MORB和板内玄武岩平均值较接近。Pearce指出典型的OIB的Nb含量为13.0 μg/g［49］，本文样品Nb值除一件样品大于13外，其余均小于13，与典型OIB岩石不符。郭安林等认为类似地幔柱的岩浆和正常洋中脊亏损地幔岩浆相互作用可形成OIB-EMORB-NMORB区域内逐渐变化的岩石组合Nb丰度范围变化较大［50］，显然本文岩石不属此类情况。样品稀土La/Nb值为0.43～1.42（平均0.83），Y/Nb值为2.14～7.21（平均4.02），分别与MORB的La/Nb和Y/Nb平均值0.76和3.5相近［51］。稀土元素的这些特征比值综合显示本文样品与MORB更具亲缘性。

微量元素经原始地幔标准化后，元素蛛网图显示岩石强烈富集Rb，U，Ta等（图4）［43］。富Nb，Sm，相对亏损Ba，Sr，K，P，Y等，RbN/YbN比值明显大于1，为强烈不相容元素富集型。表明其为富集或交代地幔源，低程度熔融分离结晶程度的残余熔体。微量元素Hf/3-Th-Nb/16图解及Ti/100-Zr-Sr/2图解也是判断基性岩石产出背景的一个重要手段（图5）［52，53］，图5显示岩石与岛弧钙碱性玄武岩、富集型洋中脊及板内拉斑玄武岩特征相关。样品MORB标准化蛛网图整体显示前隆后平缓型（图6）［35，43］，Ce之前的元素除Sr接近于1外，其余元素K，Rb，Ba，Th，Ta和Nb相对MORB均较富集，无明显的Nb-Ta谷（表明Nb和Ta不亏损）；Ce之后元素P，Zr，Hf，Sm，Ti，Y和Yb具微弱低P，稍高Sm外，整体显示较平坦的分布模式，显示了洋脊玄武岩而非岛弧玄武岩特征。

图4 球粒陨石标准化图解及微量元素蛛网图解Fig.4 Chondrite-normalized REE Patterns and primitive-mantle normalized spider diagram for samples

5 结论及讨论

近年来，阿尔金江尕勒萨依相继发现榴辉岩及超高压证据［12，14，54］。阿尔金英格利萨依地区确定出超高压石榴石二辉橄榄岩、花岗质片麻岩及片麻状（含）钾长石榴辉岩的存在［55，56］，表明阿尔金南缘可能分布着一条超高压变质岩带。锆石U-Pb定年结果和英格利萨依地区超高压岩石及组合特征进一步表明［57］，该超高压变质岩带的峰期变质时代约为500 Ma，属早古生代［10］，同环形山榴辉岩峰期变质年龄一致，为同一变质带。该榴辉岩及退变质岩的成因研究显示，其原岩具大洋中脊玄武岩特征。前人通过对榴辉岩微量及稀土元素地球化学研究证明［13］，阿尔金西段江尕勒萨依榴辉岩原岩主要为“T”型大洋玄武岩，这些榴辉岩具洋脊玄武岩特征。该榴辉岩原岩是否为大洋环境产物呢？早期多数研究者从俯冲环境角度，将造山带中榴辉岩划分为两种类型：“大洋俯冲型”（Fransiscan型）和“大陆俯冲型”（阿尔卑斯型）。前者与大洋岩石圈的消减和俯冲有关，原岩为洋壳岩石，常与蓝片岩和具洋壳性质的蛇绿岩和岛弧火山岩伴生。后者与陆壳的俯冲及陆陆碰撞有关［58，59］，原岩多为陆壳成因的侵入体，常呈透镜体状分布于长英质片麻岩、泥质片麻岩及大理岩等陆壳性质的变质岩中。最典型的有中国的大别—苏鲁超高压带、西阿尔卑斯的Dora Maira地块和哈萨克斯坦的Kocchetav等［60］。随着近年研究工作的深入，学者们在典型洋壳俯冲成因的榴辉岩中发现超高压变质证据［61-66］，且原岩具远洋沉积物性质的zermattsaas榴辉岩的围岩片麻岩也存在指示超高压变质的矿物和矿物组合［61］，表明洋壳深俯冲形成的超高压岩石可折返出露地表，从而打破了密度较大的洋壳俯冲后不能折返的认识［57］。那么阿尔金南缘中段榴辉岩及退变岩和西段榴辉岩究竟是陆壳的深俯冲还是洋壳的深俯冲，或是洋壳先期深俯冲继而拖动后期的陆壳深俯冲，亦或是类似洋脊性质的岩石早期就位于陆壳之中后又和陆壳一起发生了陆壳的深俯冲？也有学者提出地震成因榴辉岩［67，68］，研究这个问题的关键，必须考虑到榴辉岩及围岩年龄、地球化学特征，及相关的大地构造背景、变质情况等。刘良等对阿尔金英格利萨依相关岩石地球化学特征研究表明［11］，变质中性岩石的REE分布型式与变质基性岩石一致，并具较明显的负Eu异常，认为它们的原岩可能是同一岩浆源区基性岩浆经分离结晶作用演化结果。据阿尔金英格利萨依地区超高压花岗质片麻岩具超高压变质特征，含钾长石榴辉石岩及石榴石二辉橄榄岩地球化学证据，认为其应为大陆深俯冲作用产物。笔者研究发现，环形山花岗片麻岩为S型花岗岩，U-Pb锆石年龄为（928±9）Ma，远大于592～790 Ma的榴辉岩原岩年龄［69］。据矿物组合特征，该岩石至少经历了高角闪岩相或麻粒岩相的变质变形作用，与具超高压变质特征的英格利萨依榴辉岩围岩花岗片麻岩相似，目前发表数据显示榴辉岩峰期变质年龄在500 Ma左右。刘良测得江尕勒萨依榴辉岩围岩原岩年龄为（920±14）Ma［23］，原岩为典型陆壳沉积物的石榴子石黑云母片麻岩，变质锆石年龄为（499±27）Ma，显然围岩的峰期变质年龄与榴辉岩一致。且末县南该榴辉岩围岩角闪质糜棱岩的Sm-Nd矿物对等时线年龄为（519±37.3）Ma［9］，正是该时期区内动力变质作用的响应。笔者对榴辉岩原岩锆石Lu-Hf同位素研究表明，锆石来自为富集地幔，遭受地壳影响，微量元素显示部分地壳混染特征。

图5 岩石Hf/3-Th-Nb/16及Ti/100-Zr-Sr/2图解Fig.5 Hf/3-Th-Nb/16 and Ti/100-Zr-Sr/2 distinguishing diagram for tectonic settings

图6 岩石MORB标准化图解Fig.6 MORB standardization diagram for tectonic settings

综上所述，环形山榴辉岩是由具洋脊玄武岩特征的基性岩浆侵入地壳后，与围岩一起发生大陆俯冲折返形成的。阿尔金南缘500 Ma发生大陆俯冲折返运动，形成一条超高压变质带。

致谢：刘良、张复新、董云鹏教授、李行研究员在成文过程中给予指导，蔺启珍及程秀华高工在分析测试样品时提供帮助，采用路远发编制Geokit软件绘图［70］，在此一并感谢。

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Geochemistry and Geological Significance of Eclogite from Huanxingshan in Altyn Tagh

Wang Lishe1，2，Li Zhiming1，Qiu Yinjiang2，Yang Pengfei1，3，Jiang Hanbing1，Duan Xingxing1，Zhan Xiaodi3
（1.Xi’an Geological center，China Geological survey，Key Laboratory for the study of Focused Magnatism and Giant Ore Deposits，MLR Xi’an，Shaanxi，710054，China；2.Geological Exploration Fund Project Management Center，Urumqi，Xinjiang，830001，China；3.School of Earth Science and Resources，Chang’an University，Xi’an，Shaanxi，710054，China）

On the south rim Altyn Tagh crater eclogite investigation found that eclogite was a lens-shaped garnet produced in early Neoproterozoic granite gneiss，rocks experienced retrograde，white-circle structure development，less garnets，quartzesand rutile mineral，the peak mineral combination almost invisible，omphacite almost all replaced by salites and amphiboles，There are the eclogite，amphibole eclogite and amphibolite at present.The main elements and trace element geochemical analysis found that the stable main elements Al2O3，TiO2，MgO，P2O5and rare earth Nb/Ta，Zr/Hf，Zr/Nb，La/Nb，Y/Nb characteristics ratio consistent with oceanic basalt.Rare earth standardized model diagram，primitive mantle normalized trace elements diagram and MORB standardization map also indicates the rock a mid ocean ridge basalt characteristics，and the original rock could be formed by 15%～30%partial melting of mantle rock.Based on the geochemical characteristics and comprehensive analysis on host granite gneiss age，metamorphism grade，and regional contrast indicate that the eclogite is like ridge basalt magma penetrated the granite base，after the formation of continental subduction occurred at about 500Ma.

Altyn Tagh；Eclogite；Continental deep subduction；Geochemistry

1000-8845（2015）02-143-08

P588.3；P59

A

项目资助：国家自然科学基金（41103021；41272089）和中国地质调查局项目（1212011220861）资助

2014-08-04；

2014-10-24；作者E-mail：804249689@qq.com

王立社（1976-），男，陕西周至人，博士，副研究员，2001年毕业于西北大学岩石学、矿物学、矿床学专业。从事地质矿产调查研究工作