西南天山高压-超高压变质岩特征研究

徐永江，李拴成，刘明博

(大陆动力学国家重点实验室，西北大学地质学系，陕西 西安 710069)

西南天山高压-超高压变质带是继西阿尔卑斯Zermat-Saas地区之后，目前已发现的全球第2例洋壳物质深俯冲经历超高压变质之后折返而出露地表的区域性变质带[1]，变质带内出露一套以榴辉岩、蓝片岩和长英质片岩为主的高压-超高压变质岩石，被认为是在洋盆俯冲-折返过程中形成的变质杂岩体[2]。下面，笔者对西南天山高压-超高压变质岩特征进行了研究。

1 区域地质概况

西南天山高压-超高压变质带是南天山造山带的组成部分之一。南天山造山带自我国新疆北部一直向西延伸至乌兹别克斯坦境内，是塔里木板块与伊犁-中天山板块间的俯冲碰撞造山带，其碰撞闭合时间已被确定为晚古生代[3]。该变质带呈楔形以近北东东-南西西向延伸，我国境内长约200km，北部与中天山地块以南天山断裂相隔，南部相邻于早古生代碳酸盐岩。变质带内主要出露岩石类型为榴辉岩、蓝片岩、泥质-长英质片岩和大理岩等，其中泥质-长英质片岩在变质带内分布范围最广，榴辉岩只在新疆昭苏县境内的阿克牙孜河流域附近有零星出露。此外，有关发现柯石英的报道指示其经历了超过2.5GPa的峰期变质作用[3]。

2 岩石学特征

研究时选取的高压-超高压变质岩石样品采集自阿克牙孜河流域附近，分别为榴辉岩、蓝片岩和石榴石白云母片岩。榴辉岩在野外露头以透镜状产出，矿物构成非常典型，表面新鲜，无明显风化痕迹。主要矿物构成为绿辉石和石榴石，具斑状变晶结构和块状构造，石榴石以变斑晶形式存在，绿辉石为主要的细粒基质，其余矿物为少量的绿帘石、白云母、角闪石和榍石等。蓝片岩在野外露头以条带状或透镜状产出，具块状构造和斑状变晶结构，主要矿物构成为蓝闪石、石榴石、白云母、钠长石，还有少量的帘石和绿辉石等。石榴石白云母片岩在野外广泛产出，发育片状构造和斑状变晶结构，主要矿物构成为石榴石、白云母、石英、钠长石，内有丰富的包体，如帘石、白云母和石英等。

3 地球化学特征

在岩石学研究基础上，对西南天山高压-超高压变质带榴辉岩、蓝片岩和石榴石白云母片岩进行了主量元素、微量元素和稀土元素测定。将岩石样品研磨至200目，通过熔融制样法将样品粉末制成熔融玻璃片，使用X射线荧光光谱仪(XRF)测定主量元素；通过酸溶法对样品粉末进行充分溶解后制成溶液，使用等离子体质谱仪(ICP-MS)测定微量元素和稀土元素[4]。

3.1 主量元素特征

注：横坐标上化学元素以不相容性排序，自左向右化学元素不相容性降低。 图1 榴辉岩、蓝片岩和石榴石白云母片岩的N-MORB标准化微量元素配分图

图2 榴辉岩、蓝片岩和石榴石白云母片岩的球粒陨石标准化稀土元素配分图

主量元素分析结果表明，榴辉岩和蓝片岩样品的SiO2含量低，分别为50.31%、49.51%，石榴石白云母片岩样品SiO2含量高，为64.05%。榴辉岩、蓝片岩和石榴石白云母片岩样品中Na2O+K2O的含量分别为5.09%、4.72%、6.57%，MgO含量分别为6.12%、5.25%、3.03%；CaO含量分别为11.76%、9.73%、2.63%，较高的MgO和CaO含量显示西南天山高压-超高压变质带岩石可能属于基性岩[5]。

3.2 微量元素配分模式

榴辉岩、蓝片岩和石榴石白云母片岩的N-MORB(普通洋中脊玄武岩)标准化微量元素配分图如图1所示。由图1可知，榴辉岩样品中大离子亲石元素(LILEs)Ba和U富集，高场强元素(HFSEs)和轻稀土元素(LREE)显著亏损，其高场强元素和稀土元素的含量与N-MORB接近；蓝片岩样品表现出明显的Ba富集，未见高场强元素亏损，微量元素配分模式与洋岛玄武岩(OIB)接近；石榴石白云母片岩样品中大离子亲石元素Rb、Ba、Th和U的富集，轻微的Nb、Ta亏损，微量元素配分模式与平均大陆上地壳相吻合。另外，榴辉岩、蓝片岩和石榴石白云母片岩样品均表现出明显的Pb富集。

3.3 稀土元素配分模式

榴辉岩、蓝片岩和石榴石白云母片岩的球粒陨石标准化稀土元素配分图如图2所示。由图2可知，榴辉岩样品的稀土元素配分模式为平坦型，指示轻-重稀土元素分异程度的元素比值La/Yb=1.24，可见弱的Ce负异常。蓝片岩样品轻稀土明显富集，具右倾型的稀土元素配分模式，La/Yb=7.65。石榴石白云母片岩轻重稀土元素强烈分异， La/Yb=9.81，并伴随有弱的Eu负异常，其稀土配分模式与平均大陆上地壳的特征相符合。

4 原岩类型

在微量元素中，高场强元素和稀土元素因离子半径较小、电价较高，故离子势较大，在变质作用中能够保持化学惰性，具有相对不活动性，因而常被用作判断变质原岩类型的重要依据[6]。西南天山高压-超高压变质带岩石样品中，榴辉岩样品亏损高场强元素和轻稀土元素，稀土元素配分模式为平坦型，以上特征与N-MORB十分接近，故认为其原岩为N-MORB[4]。蓝片岩样品同样显示出较低的SiO2含量，但其大离子亲石元素和轻稀土元素富集和右倾型的稀土元素配分模式，与洋岛玄武岩(OIB)的地球化学特征相似，故认为其原岩为洋岛玄武岩[4]。石榴石白云母片岩样品中SiO2含量明显偏高，并且亏损高场强元素Nb和Ta，轻稀土元素富集，Eu呈弱负异常，这些特征与平均大陆上地壳特征吻合，故认为其原岩为陆源沉积岩[5]。

5 结论

1)西南天山地区的高压-超高压变质带中榴辉岩、蓝片岩和石榴石白云母片岩的地球化学特征具明显差异，榴辉岩以SiO2含量低、Ba和U富集、高场强元素亏损和轻稀土元素亏损为特征；蓝片岩以SiO2含量低、Ba和轻稀土元素富集为特征，石榴石白云母片岩以SiO2含量高、大离子亲石元素和轻稀土元素富集、Eu呈弱负异常为特征。

2)榴辉岩的原岩为N-MORB，蓝片岩的原岩为OIB，石榴石白云母片岩的原岩为陆源沉积岩。

[参考文献]

[1]张立飞, 艾永亮, 李强, 等. 新疆西南天山超高压变质带的形成与演化[J].岩石学报, 2005, 20(4): 98-101.

[2]高俊. 西南天山板块构造及造山运动动力学[D].北京：中国地质科学院, 1993.

[3]吕增, 张立飞.西南天山阿坦塔义一带片岩和榴辉岩中的柯石英[J].科学通报,2012,57(9):683-688.

[4]Sun S S, McDonough W F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes[J].Geological Society, 1989, 42(1): 313-345.

[5]Rudnick R L, Gao S. Composition of the continental crust[J].Treatise on geochemistry,2003, 33: 1-14.

[6]Floyd P A, Winchester J A. Identification and discrimination of altered and metamorphosed volcanic rocks using immobile elements[J].Chemical Geology, 1978, 21(3): 291-306.