新疆西南天山矿物变质特征研究

王 磊

（西北大学，陕西 西安 710069）

西南天山造山带是塔里木板块和伊犁中天山板块间的古生代造山带，为古亚洲洋演化史上的一个重要构造域，对该造山带的研究对中国西北地区的构造演化、金属矿产资源、能源及地震信息收集等方面有重要意义。沿造山带北部展布有一条近东西向的早古生代缝合带，即中天山南缘断裂带。缝合带南侧为由绿片岩、蓝片岩、少量大理岩化灰岩夹层和少量蛇绿岩推覆残片等变质俯冲杂岩构成的早古生代晚期增生楔(高俊，1997)。

1 矿物学特征

关于西南天山矿物变质带的研究，最早上从上个世纪90年代开始的。高俊等（1997）在在昭苏县阿克牙孜河上游中天山南缘断裂带南侧的增生楔中发现了榴辉岩。该榴辉岩呈薄层状、透镜状产出于矿层中。张立飞等（2002）把西天山的矿物种类分为了3种：第一类为与基性蓝片岩、碳酸岩榴辉岩互层的榴辉岩；第二类为具枕状构造的榴辉岩；第三类为大理岩中呈夹层的含碳酸岩的榴辉岩。在这3种类型的榴辉岩中均发现了超高压变质矿物，说明新疆西天山地区矿石矿物经历了变质作用。对榴辉岩中矿石的SHRIMP分析结果显示天山榴辉岩的变质年龄小于310Ma±5Ma，这说明南天山造山带可能是世界上由洋壳俯冲形成的最大的UHP变质带。

研究发现新疆西南天山地区矿物变质为NEE-SWW向延伸的古俯冲增生复杂矿体.新疆西南天山地区矿物的地球化学特征表明它们是来源于两种不同的大地构造背景下的玄武质岩石：形成于海山环境下的大洋玄武岩和陆缘岛弧环境下的岛弧玄武岩。高压条件下的变质矿物可以分为4种成因类型：①具OIB特点的变碱性玄武岩，源于富集地幔源区。②具N-MORB特点的洋中脊玄武岩，源于亏损地幔源区。③具E-MORB特点的洋中脊玄武岩。④具有更富集地慢源区特征的岛弧玄武岩。新疆西南天山矿物变质带属于典型的洋壳矿石发生超高压变质地区，但在古天山洋消减过程中有部分岛弧火山物质参与了深俯冲作用（艾永亮等，2005）。

2 变质作用阶段划分

张立飞等（2005）将超高压变质作用划分为3个阶段：①峰期榴辉岩阶段(560℃～60℃，4.95GPa～5.07GPa)、②主期榴辉岩阶段(598℃～496℃，25.72kbar～26.6±1kbar)和③退变绿帘石蓝片岩相阶段。峰期榴辉岩相阶段推测柯石英的出溶的压力条件可能在5.0GaP以上。主期UHP榴辉岩相阶段温压条件为：温度T=598℃～496℃；压力变化于25.72kbar～26.6±1kbar。

张立飞认为西南天山超高压变质作用峰期变质时代为320Ma±3.7Ma，抬升折返过程中温度升高约100℃，其抬升退变质过程持续了约60Ma～80Ma。同时认为抬升折返过程可能是由于大面积低密度的泥质片岩浮力抬升过程中把密度较大的榴辉岩一起携带到地表（张立飞，2013）。

田作林等（2016）根据矿石矿物学特征和相平衡模拟的结果，认为含柯石英泥质片岩经历了3期变质演化阶段：①压力峰期之前的进变质阶段。②压力峰期之后的升温降压至温度峰期阶段。③温度峰期之后的近等温降压阶段。阶②强烈的连续脱水过程十分利于矿物组合的再平衡，导致绝大多数压力峰期的矿石发生转变，仅有极少数因包裹在刚性石榴石中而得以保存。

3 变质矿物的恢复

施建荣等（2013）对哈不腾苏一带矿物变质性质（榴辉岩和蓝片岩）进行地球化学研究，发现其原矿成分主要为拉斑玄武岩和少量碱性玄武岩。原矿可进一步划分为N-MORB(正常洋中脊玄武岩，其原矿可能来源于亏损的地幔源区，形成于大洋环境)，E-MORB(富集洋中脊玄武岩)和OIB(洋岛玄武岩，其原岩可能来源于富集地幔源区)三种类型，而蓝片岩为OIB型（与OIB型榴辉岩类似，可能具有共同的地质矿物源区）。

4 俯冲折返机制的讨论

李继磊等采用沉积矿物类型“俯冲隧道折返模式”来概括西南天山高压-超高压变质带的形成和演化（2017）。部分经历多期变质作用的榴辉岩记录了多期俯冲-折返循环，反映了俯冲隧道内的上下环流运动，有力证明了俯冲隧道的存在。根据西南天地区矿物变质矿石的野外混杂状态，迥异的峰期变质温压条件和差异的峰期变质年龄，结合典型的俯冲隧道折返矿石的特点,在俯冲隧道中，部分经历多期变质作用与矿物生长的矿物记录了多期俯冲-折返循环，反映了俯冲隧道内的环流运动。浮力作用和隧道流在折返过程中起主要作用，另外板片后撤和断离等构造环境对矿石折返都起到促进作用。但是，西南天山俯冲隧道折返模式也有其自身的特点，它不同于早期提出的主要由沉积矿物组成的增生楔式的浅俯冲隧道(一般小于40km)，西南天山俯冲隧道的深度要明显加大，最多可能达到90km深度；它也不同于目前流行的主要由低密度低粘度蛇纹岩组成的蛇纹石化俯冲隧道，西南天山俯冲隧道的物质主要为变质沉积矿物，蛇纹状矿物非常少，属于“沉积矿物型俯冲隧道”。

经过前人几十年的研究，西南天山高压-超高压变质带已经得到了重分的认识，从矿物学到变质带的划分，变质其次的划分，俯冲折返机制，以及磷灰石、金红石等副矿物的研究，都得到了重分的展开。但是还有一些工作需要进一步研究，如：西南天山矿物变质带俯冲折返侵位的动力学过程，为什么在洋壳俯冲的早期和中期未出现矿物的折返，只集中在俯冲晚期折返，浮力和构造力(比如隧道环流)哪个更起着主要的作用，随着时间演化、位置改变它们的主次关系是否有变化?等等，高压环境下矿物变质加大工作难度，需要后人进一步的工作。