西克尔橄榄岩包体揭示塔里木西北缘岩石圈地幔经历多期次交代改造*

卞霄 苏玉平 郑建平 董毕安 牛天意

中国地质大学(武汉)地球科学学院, 武汉 430074

大量玄武岩及其携带的地幔包体的研究表明陆下岩石圈地幔具有高度不均一性。这种不均匀性一般在地幔部分熔融和交代过程中产生。其中，部分熔融会导致玄武质组分的亏损，形成难熔、低密度的岩石圈地幔，而交代作用则导致相反的结果(Rudnick and Fountain, 1995)。在地幔演化过程中，交代作用是亏损岩石圈地幔再富集的主要方式(Griffinetal., 2009; Tangetal., 2013)，也是使稳定难熔岩石圈地幔发生再造的重要前提条件(Liuetal., 2021a)，故地幔交代作用的研究对认识岩石圈地幔的形成和演化具有重要作用。地幔交代作用依据有无新生矿物的生成及化学成分的变化被划分为显性交代、隐性交代及隐含交代，而交代介质一般包含硅酸盐熔体、碳酸盐熔体及富水流体(Zong and Liu, 2018)。全球大多数地区的岩石圈地幔自形成以来普遍经历了多期次、不同来源的熔/流体交代作用。而随着分析技术的进步，橄榄岩原位主/微量及同位素的研究在地幔交代作用类型、交代介质来源的判别及交代期次的详细划分上具有重要贡献。

塔里木克拉通作为中国西部最大的克拉通，新元古代至古生代期间经历多阶段大洋俯冲，之后受早二叠世地幔柱事件影响(Zhangetal., 2013; Liuetal., 2014; Xuetal., 2014; Geetal., 2016) (图1)。塔里木克拉通对这些事件的浅层响应(包括地壳变形、岩浆作用和成矿作用)已得到广泛研究和论证(Tianetal., 2010; Xuetal., 2014; Heetal., 2016)。与之相反，由于地幔包体的缺乏，有关地幔过程的研究较少，仅有克拉通西北缘托云、西克尔橄榄岩包体的报道揭示该区域相对饱满的地幔属性(Zhengetal., 2006; Chenetal., 2014)。因而，出露于这种构造背景下的地幔包体的研究对于揭示陆下岩石圈地幔响应特定地球动力学事件的过程至关重要。岩石圈地幔在多阶段俯冲和地幔柱活动背景下是如何演化的仍需进一步的研究探讨。本文拟通过对西克尔地区新生代碱性玄武岩中橄榄岩包体的原位矿物主量元素、单斜辉石微量元素及Sr同位素的研究，揭示塔里木西北缘岩石圈地幔多期次的改造和交代作用。

图1 塔里木克拉通大地构造位置(a)及显示新生代玄武岩及其捕虏体出露点的区域地质简图(b) (据Lu et al., 2008; Ren et al., 2020; Liu et al., 2021b修改)Fig.1 Simplified tectonic map of the Tarim Craton (a) and sketch geological map of the studied area showing the locations of Cenozoic basalts with xenoliths (modified after Lu et al., 2008; Ren et al., 2020; Liu et al., 2021b)

1 地质背景与岩相学特征

塔里木盆地是一个在太古代至元古代古老变质基底上发育起来的断陷型克拉通盆地，出露的最古老的大陆地壳为始太古代(Longetal., 2010; Geetal., 2018)。其北缘毗邻中亚造山带，可从该带出露的新元古代至早古生代蛇绿混杂岩、弧状侵入体及高级变质岩等岩石单元中识别出两次向南的俯冲事件(Zhangetal., 2013; Geetal., 2016)。显生宙以来，塔里木主要发育早二叠世和新生代两期岩浆活动，其中二叠纪岩浆活动复杂、规模巨大且持续时间长，被认为是大火成岩省(Yangetal., 2013; Liuetal., 2014; Xuetal., 2014)。而新生代岩浆作用规模相对较小，仅在盆地南北两侧零星分布，在空间上位于裂谷带或大型走滑断裂附近，该时期岩浆作用和断裂的形成均被认为是新生代印度-欧亚碰撞的远程效应(图1)。塔里木西北缘自盆地内部到西南天山造山带多处出露新生代玄武岩，包括西克尔、皮羌及托云等，且均含有麻粒岩、橄榄岩等深源包体(Zhengetal., 2006; 陈咪咪等, 2008; 李德东等, 2009; Chenetal., 2011)。塔里木西北缘新生代玄武岩主要为碱性玄武岩，SiO2含量介于42%～49%，全碱含量(K2O+Na2O)多大于4%，具有洋岛玄武岩的微量元素特征(王彦斌等, 2000; 徐学义等, 2003; 李德东等, 2009; Wangetal., 2022)，喷发时代变化于20～48Ma(西克尔：～22Ma，陈咪咪等, 2008；皮羌：～46Ma，李德东等, 2009；托云：～48Ma，王彦斌等, 2000和徐学义等, 2003)。

表1 西克尔二辉橄榄岩橄榄岩主要成分特征

本文对西克尔碱性玄武岩中尖晶石相二辉橄榄岩包体(77°22′28″E、39°49′25″N)开展了研究。这些包体整体呈现原生粒状至残碎斑状结构，粒径0.5～1.5cm。依据岩相和矿物化学特征这些包体可划分为三个大类，其中不同组别的岩相学特征表述如下。A组二辉橄榄岩橄榄石含量(57%～65%)相对其他组别较高，单斜辉石含量在13%～20%之间(表1)。其中，单斜辉石以呈现海绵边结构为主要特征(图2c, d)。尽管包体被渗透熔体脉体穿切，但与寄主岩交界处呈现淬冷边结构(图2a-d)。更精细的岩相学特征可将A组橄榄岩作进一步划分。A1亚组样品熔体通道发育更加成熟，它们沿矿物颗粒边界分布，与橄榄石和斜方辉石接触边界清晰，然而通道旁的单斜辉石往往海绵边结构更加成熟(图2a, c)。A2亚组样品中熔体通道较细，内部少有矿物结晶，单斜辉石海绵边与其无空间上的相关性(图2d)。B、C组二辉橄榄岩单斜辉石含量相对较高(19%～22%)，其中，B组样品矿物颗粒边界清晰，可观察到橄榄石三联点结构，指示平衡状态(图2e)。但与寄主岩交界处呈现一定的反应结构，表现为单斜辉石反应边结构及斜方辉石被单斜辉石与橄榄石替代的现象(图2f、图3)。C组橄榄岩整体表现出与B组相似的岩相学特征(图2g, h)。

图2 西克尔橄榄岩包体的代表性背散射电子显微图(a) A1亚组二辉橄榄岩中的熔体通道；(b) A1亚组二辉橄榄岩与其宿主玄武岩之间的淬冷截然分界；(c) A1亚组二辉橄榄岩中单斜辉石(Cpx)海绵边结构(靠近熔体通道)；(d) A2亚组二辉橄榄岩中Cpx海绵边结构；(e) B组二辉橄榄岩中橄榄石(Ol)的三联点结构；(f) B组二辉橄榄岩中Cpx反应边结构；(g)富含尖晶石(Sp)的C组二辉橄榄岩；(h) C组二辉橄榄岩中斜方辉石(Opx)的边缘部分被Ol和Cpx取代Fig.2 Representative backscattered electron micrographs of the Xikeer peridotite xenoliths(a) melt canal in sub-group A1 lherzolite; (b) quenching boundary between sub-group A1 and host basalt; (c) spongy rim of clinopyroxenes (Cpx) near melt canal from sub-group A1; (d) spongy rim of Cpx from sub-group A2; (e) triple-junction points of olivines (Ol) in Group B lherzolite; (f) reaction rim of Cpx from Group B; (g) Group C with high modal spinels (Sp); (h) Group C orthopyroxenes (Opx) partially replaced by Ol and Cpx on the rim

图3 西克尔橄榄岩包体中单斜辉石反应边的成分面扫图Fig.3 Compositional mapping of Cpx with reaction rim from the Xikeer peridotites

2 分析方法

本次研究对西克尔橄榄岩包体进行了矿物(Ol、Opx、Cpx、Sp)主量元素、Cpx微量元素及Sr同位素分析，相关测试均在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。

矿物主量元素成分分析使用备有4道波谱仪的JEOL JXA-8230电子探针测试完成。实验电压设定为15kV，电流为20nA，分析束斑为5μm，Si、Al、Cr、Fe、Mg、Ca和K元素特征峰的测量时间为10s，Ti、Mn、Na和Ni元素特征峰的测量时间为20s，上下背景的测量时间分别是峰测量时间的一半。X-射线强度使用ZAF校正法进行校正。SPI标准矿物作为实验标样，详细实验条件描述见Ningetal. (2019)。

单斜辉石微区原位微量元素含量使用LA-ICP-MS完成，详细的仪器参数和分析流程见Zongetal. (2017)。GeolasPro激光剥蚀系统由COMPexPro 102 ArF 193nm准分子激光器和MicroLas光学系统组成，ICP-MS型号为Agilent 7700e。数据处理中采用玻璃标准物质BHVO-2G、BCR-2G和BIR-1G进行多外标无内标校正，数据的离线处理采用软件ICPMSDataCal (Liuetal., 2008)完成。

微区单斜辉石Sr同位素比值测试使用LA-MC-ICP-MS完成，激光剥蚀系统为Geolas HD，MC-ICP-MS为Neptune Plus。8个法拉第杯被同时用于接收Kr、Rb、Er++、Yb++和Sr的离子信号，分析束斑为120μm，激光剥蚀速率为10Hz，激光能量密度固定在～10.0J/cm2。分析结果采用“Iso-Compass”进行数据处理(Zhangetal., 2020)。Sr同位素干扰校正采用Zhangetal. (2018)的方法。两个天然单斜辉石标样，HNB-9 (Sr=～50×10-6)和YY12-01 (Sr=～198×10-6)，作为未知样品监控原位微区单斜辉石Sr同位素校正方法的可靠性。其测试结果[HNB08:87Sr/86Sr=0.70383±0.00031 (2SD), n=24; YY12-01:87Sr/86Sr=0.70351±0.00022 (2SD), n=8]与推荐值[HNB08:87Sr/86Sr=0.70385±0.00080 (2SD); YY12-01:87Sr/86Sr=0.70328±0.00103 (2SD)]在误差范围内一致。

3 测试结果

3.1 矿物主量元素特征

西克尔橄榄岩中橄榄石Mg#(100×Mg/(Mg+Fetotal)摩尔比)分布于88.2～90.7之间，CaO含量均小于0.1%，且与Mg#之间无明显相关性(电子版附表1、图4a、图5a)。斜方辉石的Mg#与Al2O3(易熔组分)和Cr2O3(难熔组分)表现出轻微的相关性(图5b, c)。相比之下，C组样品中的橄榄石和斜方辉石均具有显著低的Mg#(Ol：88.2～88.5；Opx：88.8～89.6)，斜方辉石有较低的Cr2O3含量(0.12%～0.28%)；而A组样品中橄榄石和斜方辉石具有高的Mg#(Ol：89.6～90.7；Opx：90.2～91.6) (图5b, c、附表1、附表2)。单斜辉石的Mg#与Al2O3和TiO2之间呈现相对明显的负相关关系(图5e, f、附表3)。此外，A组单斜辉石海绵边与其核部存在明显成分差异。在A1亚组中，单斜辉石海绵边相对核部具有明显高的Mg#、CaO但低的Al2O3、Na2O含量。在A2亚组中，单斜辉石海绵边相对核部具有高的CaO、TiO2但低的Al2O3、Na2O含量，但Mg#的差异并不明显(图5d-f)。同一样品中的尖晶石则具有相对均一的组成，其Cr#(100×Cr/(Cr+Al)摩尔比)分布于10.3～25.3之间(附表4)。

图4 西克尔橄榄岩矿物含量及其主量元素关系图解(a)西克尔橄榄岩中橄榄石Mg#与其含量关系图解；(b) 西克尔橄榄岩中尖晶石的 TiO2 vs. Cr#图解；(c)西克尔橄榄岩中尖晶石Cr#与Mg#关系图解. 不同形成时代区域引自Griffin et al. (1999)；大洋趋势引自Boyd (1989)；部分熔融趋势和参数来源于Xu et al. (2003)和Pearce et al. (2000)；难熔和饱满橄榄岩的区域引自Zheng et al. (2001, 2007)Fig.4 Diagrams of mineral content and major elements of the Xikeer peridotites(a) Mg# in Ol vs. olivine modal (%) of the Xikeer peridotite xenoliths; (b) TiO2 vs. Cr# in Sp from the Xikeer peridotite xenoliths; (c) Cr# in Sp vs. Mg# in Sp of the Xikeer peridotite xenoliths. Archean, Proterozoic, and Phanerozoic fields from Griffin et al. (1999); Partial melting trends and parameters from Xu et al. (2003) and Pearce et al. (2000); Oceanic trend after Boyd (1989); Refractory and fertile fields from Zheng et al. (2001, 2007)

3.2 单斜辉石微量元素及Sr同位素特征

西克尔橄榄岩中单斜辉石微量元素成分与Sr同位素组成见附表5和表2，结果显示这些单斜辉石呈现多样的大离子亲石元素(LILE)与稀土元素(REE)配分模式(图6)。A组单斜辉石呈现轻稀土元素(LREE)富集的配分模式，存在Nb、Ta、Zr、Hf与Ti的负异常。A1亚组与A2亚组相比(核部)，元素负异常程度更强烈，且具有更高的87Sr/86Sr (A1：0.70451～0.70485；A2：0.70353～0.70389)。A组海绵边相对其核部HFSE的亏损程度具有不同程度的降低，但呈现更大的87Sr/86Sr组成范围(图6a, b)。B组内部均一的单斜辉石呈现与A1亚组相似的微量元素配分和Sr同位素组成，但有较低的Zr/Hf比值；而B组与寄主岩接触的单斜辉石反应边无明显HFSE和Ti的负异常(图6c, d、图7)。C组单斜辉石相对A、B两组具有明显高的重稀土元素(HREE)含量，且呈现勺型LREE配分模式，富集LILE，具Nb、Ta负异常(图6c, d)。其Sr同位素组成与A1核部类似，大致接近原始地幔(0.70423～0.70462) (图8)。

图6 西克尔橄榄岩中单斜辉石原始地幔标准化微量元素蛛网图及球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(标准化值据Sun and McDonough, 1989)熔融程度趋势线引自Raffone et al. (2009)Fig.6 Primitive mantle-normalized trace element patterns and chondrite-normalized REE patterns for Cpx from the Xikeer peridotite xenoliths (normalization values after Sun and McDonough, 1989)Products of fractional melting of the depleted mantle (gray lines) (Raffone et al., 2009) are also shown for comparison

图7 西克尔橄榄岩中单斜辉石的(La/Yb)N-Ti/Eu (a)和Zr/Hf-Ti/Eu (b)图解碳酸盐和硅酸岩熔体交代作用的特征来源于Coltorti et al. (1999)和Uenver-Thiele et al. (2017)Fig.7 Plots of (La/Yb)N vs.Ti/Eu (a) and Zr/Hf vs. Ti/Eu (b) for Cpx from the Xikeer peridotite xenolithsThe shaded field for carbonatitic metasomatism and silicate metasomatism from Coltorti et al. (1999) and Uenver-Thiele et al. (2017)

图8 西克尔橄榄岩中单斜辉石的87Sr/86Sr与Sr含量图解图中古老富集地幔(EM)、洋中脊玄武岩(MORB)和原始地幔(PM)的Sr同位素组成来源于Zindler and Hart (1986). 图例与图7一致Fig.8 87Sr/86Sr vs. Sr content for Cpx from the Xikeer peridotite xenolithsStrontium isotopic compositions of ancient enriched mantle (EM), mid-ocean ridge basalt (MORB), and primitive mantle (PM) are from Zindler and Hart (1986). Legends are the same as in Fig.7

3.3 平衡温度

使用两种温度计来估算西克尔橄榄岩平衡温度(T)：(1)Brey and Köhler (1990)方法中的斜方辉石钙含量温度计(即TBK)；(2)单个单斜辉石中的顽火辉石温度计(即TNimis; Nimis and Taylor, 2000)。西克尔橄榄岩平衡温度估算使用矿物核部成分的平均值。由于缺乏可靠的压力计，在计算过程中我们使用尖晶石相橄榄岩压力的合理值1.5GPa作为假定压力(Zibernaetal., 2013)。西克尔橄榄岩TBK与TNimis的计算范围分别为827～961℃和838～974℃，大多数TNimis都要高于TBK，这通常可以通过所使用温度计的不确定度及辉石对之间的不平衡来解释，但不同组别样品使用相同温度计估算的温度未呈现明显差异，表明这些橄榄岩来源深度一致(表1)。

4 讨论

4.1 西克尔地区岩石圈地幔属性

橄榄岩包体中橄榄石、辉石的Mg#和尖晶石的Cr#随着部分熔融程度的增高而增高，并伴随有橄榄石和辉石的Al、Ni等元素的含量特征变化，是橄榄岩部分熔融过程中强有力的指标参数。西克尔橄榄岩中斜方辉石的Mg#与Al2O3、Cr2O3的含量具有一定的相关关系，且大部分尖晶石Cr#和TiO2含量未明显偏离尖晶石部分熔融曲线(图4b、图5b, c)，这说明西克尔橄榄岩的形成主要受控于部分熔融作用。采用Batanovaetal. (1998)的方法进行计算，西克尔橄榄岩经历了<15%的熔体抽取(表1)。此外，这些橄榄岩中橄榄石Mg#主要分布于88.2～90.7之间，斜方辉石和单斜辉石具有相对较高的Al2O3含量，指示低部分熔融程度下形成的过渡型至饱满型地幔。其中A组二辉橄榄岩具有比B、C组更高的橄榄石、辉石Mg#及更高的尖晶石Cr#，显示更难熔的特征，可能代表了该地区地幔最原始的组分(图4a-c、图5)。而C组二辉橄榄岩尖晶石在具有低Cr#的同时，部分尖晶石具有明显高的TiO2含量，偏离了尖晶石熔融曲线，指示了后期熔岩反应的过程(图4b)。

Re-Os同位素体系是现今地幔橄榄岩研究中最有效的地质年代计(Walkeretal., 1989)，前人在该地区利用Re-Os同位素体系计算出地幔橄榄岩合理的tRD模式年龄分布于699～318Ma之间(Chenetal., 2014)。与此同时，西克尔地幔辉石岩与橄榄岩Re-Os同位素给出290±11Ma的等时线年龄，这与塔里木地幔柱活动的时间相一致，故该研究提出西克尔岩石圈地幔于早二叠世经历了与塔里木地幔柱相关的年轻对流地幔的熔体抽取(Chenetal., 2014)。文中我们依据橄榄石Mg#和含量去大致判断橄榄岩的形成年龄(Griffinetal., 1999)，在上述指标的协变图解中，A组橄榄岩更倾向分布于元古代的范围，而B、C组则投入显生宙的区域(图4a)，这与前人在该地区利用Re-Os同位素体系计算的模式年龄(699～318Ma)相吻合(Chenetal., 2014)。综上，我们认为本文中西克尔A组二辉橄榄岩代表了形成于约新元古代(地幔柱活动前)过渡型岩石圈地幔，B、C组二辉橄榄岩则代表了形成于显生宙饱满的岩石圈地幔。

4.2 西克尔地区地幔多期次交代

交代作用是亏损岩石圈地幔再富集的主要方式，也是使克拉通岩石圈地幔根稳定性降低从而发生再造的先决条件，甚至可能导致克拉通破坏，因此在岩石圈地幔演化过程中具有重要意义(Griffinetal., 2009; 张宏福，2009; Tangetal., 2013; Liuetal., 2021a)。西克尔橄榄岩中矿物的各类不平衡结构及单斜辉石富集且多变的不相容元素组成表明他们经历了多期次的交代作用(图2、图6)，主要包括早期深部软流圈来源及与俯冲相关的碳酸盐交代，晚期硅酸盐熔体交代及后期的熔体流体改造事件。

4.2.1 早期碳酸盐熔体交代

A组二辉橄榄岩中单斜辉石核部具有LREE富集、HFSE亏损，且高(La/Yb)N但低Ti/Eu值的特征，这是典型碳酸盐熔体交代的现象(图6a-b、图7a)。因为相对硅酸盐体系，在碳酸盐熔体中，Ti的分配系数低，且REE与HFSE分馏现象更为明显(Rudnicketal., 1993; Yaxleyetal., 1998)。碳酸盐熔体一般来源于深部软流圈或与俯冲相关的循环沉积碳酸盐等，其中循环沉积碳酸盐会因俯冲过程中脱水、加压等过程导致Nb、Ta、Zr、Hf等元素的强烈负异常及放射性成因Sr的大量上升；而软流圈来源的碳酸盐熔体一般以低的87Sr/86Sr及无强烈Nb、Ta负异常为特征而与前者区分(Kogisoetal., 1997; Harmer and Gittins, 1998; Workman and Hart, 2005; Liuetal., 2015; 刘晓寒等, 2019)。A1亚组单斜辉石核部极度亏损的HFSE，加之高于原始地幔的87Sr/86Sr值(0.70451～0.70485)，指示了俯冲相关循环沉积碳酸盐来源的交代作用(图6a、图8)。相较之下，A2亚组单斜辉石核部轻微的Nb、Ta、Zr、Hf负异常及介于亏损地幔与原始地幔之间的Sr同位素组成(70353～0.70389)则归因于深部软流圈来源的碳酸盐熔体交代(图6a、图8)。A组二辉橄榄岩的矿物组成与主量元素指示其代表未受塔里木早二叠世地幔柱影响的原始过渡型岩石圈地幔。其中，A1亚组橄榄岩经历来自俯冲相关的循环沉积碳酸盐交代的解释与塔里木西北缘存在新元古代和早古生代两次南向俯冲事件的构造背景相一致(Zhangetal., 2013; Geetal., 2016)。

4.2.2 晚期硅酸盐熔体交代

B组二辉橄榄岩中单斜辉石表现出与A1亚组单斜辉石核部极度一致的微量元素配分模式、Sr含量及同位素组成，即HFSE亏损，(La/Yb)N值高但Ti/Eu值低，符合俯冲过程中产生的碳酸盐熔体交代的特征，然而其Zr、Hf在微量元素配分模式中呈现极度一致的左倾趋势从而使其与A1亚组单斜辉石相区分(图6a, b、图7、图8)。由于Zr、Hf具有相似的离子半径及电荷，故有相似的化学行为，通常不会发生显著分馏(Jochumetal., 1989)。然在以往的研究中发现，与碳酸盐熔体平衡的单斜辉石一般具有高的Zr/Hf值(>38)(Rudnicketal., 1993; Yaxleyetal., 1998; Dengetal., 2017)。这与整体呈现出碳酸盐交代特征的B组单斜辉石低的Zr/Hf相悖，最好的解释是B组经历了含碳酸盐成分的硅酸盐熔体交代。结合B组单斜辉石微量元素与Sr同位素表现出的与俯冲来源碳酸盐的相关性，我们认为B组经历了含碳酸质成分的蚀变洋壳部分熔融产生的富CO2的硅酸盐熔体交代。B组二辉橄榄岩代表了塔里木早二叠世地幔柱引发的年轻地幔对流而形成的饱满型岩石圈地幔，因此其经历的交代作用应晚于早二叠世。尽管南天山洋的最终闭合发生在310～285Ma，但该时期的南天山洋为北向俯冲，俯冲洋壳位于塔里木西北侧哈萨克斯坦地块之下，故交代B组的富CO2硅酸盐熔体并非该时期俯冲洋壳熔融产生，应归因于更早的早古生代至晚古生代期间南天山洋南向俯冲洋壳的熔融(Wangetal., 2018; Zhaoetal., 2018)。塔里木西北缘新生代玄武岩的研究也表明这些岩浆源区存在俯冲再循环洋壳物质，这揭示了再循环物质在塔里木西北缘地幔域的长期存在(Wangetal., 2022)。综上，我们认为塔里木西北缘新元古代至早古生代含碳酸质的俯冲洋壳滞留在深部地幔，其熔融产生了富CO2的硅酸盐熔体并交代上覆饱满岩石圈地幔。

C组二辉橄榄岩尖晶石主量元素组成偏离熔融曲线，单斜辉石也呈现高TiO2及Al2O3含量，指示了熔岩反应的成因模式(图4b、图5d-f)。这些单斜辉石微量元素上其高含量的HREE也佐证了这个观点(图6c, d)，然而单一熔岩反应成因的橄榄岩单斜辉石在富集HREE的同时，LREE、MREE同样也是富集的，稀土整体呈现右倾的模式，这与C组单斜辉石显示出的勺型REE配分模式并不相符。所以，C组橄榄岩的形成是熔岩反应后叠加熔融的过程。而其单斜辉石所呈现的独特勺型REE配分模式，在层析柱理论中解释为远离熔体源区的小体积熔体的孔隙渗流(Navon and Stolper, 1987)。从C组单斜辉石微量元素低(La/Yb)N、Zr/Hf值，但高Ti/Eu值的特征上看，这类小体积熔体应是区别于碳酸盐的硅酸盐熔体。然而，C组单斜辉石仍呈现出Nb、Ta、Zr、Hf的负异常(图6c, d、图7)，其经历了富水硅酸盐熔体交代。

4.3 后期改造事件

西克尔二辉橄榄岩除上述交代作用外还记录了几期发生在他们被玄武岩携带至地表过程中或此前不久所发生的橄榄岩改造事件。因为单斜辉石海绵边、反应边等不平衡结构在高温的环境下并不能长时间保存(图2)。

其中，海绵边结构通常形成于橄榄岩上升过程中的原位减压熔融、熔流体渗透或熔体橄榄岩反应(Carpenteretal., 2002; Shawetal., 2006; Suetal., 2011)。尽管A1亚组二辉橄榄岩单斜辉石海绵边存在Al2O3含量降低、Mg#升高这些指示熔融的现象，但其CaO含量上升、微量元素及Sr同位素组成表现出与核部不一致的结果，这些特征并不能通过减压熔融去解释(图5d-f、图6a, b、图8)。A1亚组单斜辉石海绵边相对核部轻微亏损HFSE，呈现较低Ti/Eu、Zr/Hf的特征依然归因于含碳酸质熔体交代(图6a, b、图7)。因此，结合CaO含量的升高，Mg#上升和Al2O3含量下降这两者看似指示熔融程度升高的指标亦可归因于含碳酸盐质熔体交代，因为碳酸盐熔体交代会造成单斜辉石Mg#上升且富Ca和低Al的特征(Rudnicketal., 1993; Yaxleyetal., 1998)。此外，A1亚组单斜辉石海绵边87Sr/86Sr明显高于核部，分布于古老富集地幔范围内，进一步否定了A1亚组单斜辉石海绵边原位熔融的成因模式(图8)。A2亚组单斜辉石海绵边的结构及成分特征略区别于A1亚组单斜辉石海绵边。首先，在岩相学方面，A1亚组海绵边临近熔体通道发育，而A2亚组并非如此(图2c, d)；其次，尽管同A1亚组一样，A2亚组单斜辉石海绵边呈现Al2O3含量降低、CaO含量上升的特征，但并没有明显Mg#的上升(图5d-f)；再者，A2亚组单斜辉石海绵边Sr同位素的组成与含量均异常分散(图8)。综上，我们认为A组二辉橄榄岩在被玄武岩携带至地表前不久或过程中经历了两种不同含碳酸质熔体引发的不一致熔融，从而形成现今可观察到的单斜辉石海绵边结构。

除单斜辉石海绵边结构外，B、C组二辉橄榄岩与寄主玄武岩交界处的单斜辉石反应边和被单斜辉石与橄榄石替代的斜方辉石都清晰地展现了西克尔橄榄岩在其上升过程中被寄主玄武岩熔体的改造过程。西克尔新生代玄武岩为碱性硅不饱和玄武质熔体(Chenetal., 2011)，单斜辉石反应边主量元素特征显示了在寄主玄武岩影响下，单斜辉石Si、Mg、Na含量降低但Fe、Ca、Al及Ti含量上升的反应过程(图2f、图3、附表3)。而斜方辉石被替代的岩相学特征与实验岩石学中橄榄岩与硅不饱和熔体反应消耗斜方辉石形成单斜辉石和橄榄石的反应过程相一致(图2h) (Yaxleyetal., 1991; Shawetal., 2018)。

5 结论

(1)西克尔橄榄岩主要为尖晶石相二辉橄榄岩，代表了新元古代至显生宙的过渡至饱满型岩石圈地幔；

(2)西克尔橄榄岩单斜辉石富集且多样的微量元素配分模式及Sr同位素组成特征揭示了西克尔陆下岩石圈地幔经历了与洋壳俯冲相关的循环碳酸盐和富CO2硅酸盐交代、深部软流圈来源的碳酸盐交代及富水硅酸盐交代；橄榄岩中矿物的核边结构及成分组成差异则揭示了西克尔橄榄岩包体在玄武岩将其携带至地表过程中及其前不久经历了不同类型碳酸盐熔体渗透引发的单斜辉石不一致熔融及寄主玄武岩浆与单斜辉石和斜方辉石间的熔体-橄榄岩反应；

(3)塔里木西北缘长期多阶段的洋壳俯冲和大规模地幔柱活动导致的多阶段地幔改造与交代是区域岩石圈地幔不均一的根本原因。

致谢感谢本期组稿专家汤艳杰研究员的大力支持；感谢两位匿名专家认真评阅论文并提出了许多宝贵意见和建议，极大提高了文稿的质量。