南天山乌什塔拉高镁闪长岩的岩石成因及其地质意义.doc

1、1南天山乌什塔拉高镁闪长岩的岩石成因及其地质意义摘要：在南天山造山带中段乌什塔拉地区首次发现的高镁闪长岩是从库米什地区逆冲推覆而来，该地区的高镁闪长岩对于讨论库米什地区的大地构造属性具有重要意义。SiO2 和 MgO 含量分别介于 51.04%52.7%和 5.15%7.42%之间；具有高的 Mg#值（0.510.64） ，富Na(K/Na0.340.45)，高 Cr（97.0410-6191.110-6） ，属于钙碱性系列。轻稀土富集，重稀土亏损，稀土配分曲线为右倾型，富集 Rb、Ba 等大离子亲石元素，亏损 Nb、Ta、P 等高场强等元素。Sr/Y(8.8925.68)-Y(16.6910

2、-622.7310-6)和(La/Yb)N(3.005.63)-YbN(8.0711.3)判别图解与 N-MORB 标准化微量元素图表明其形成可能与赞岐岩有相似的岩浆过程，即形成于消减带之上的地幔楔环境，由地幔橄榄岩与消减洋壳板片部分熔融产生的富 Si 质熔体平衡反应形成。综合研究表明，古生代库米什地区为消减俯冲带之上的活动陆缘环境，南天山洋在库米什地区向中天山微板块之下俯冲。 关 键 词：高镁闪长岩；赞岐岩；岩石成因；活动陆缘环境；库米什； 中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号： 0 前言 在地球的演化历史中，高 Mg 安山岩（high-magnesium andesite，H

3、MA）一般产于汇聚板块边缘。高镁安山岩泛指富镁的安山岩2或闪长岩，其 SiO2 范围通常在 52%60%之间，MgO 含量（通常大于 5%）和 Mg#（通常大于 0.5） ，还富 Cr（10010-6）和 Ni（大于 6010-6） ，富集大离子亲石元素、轻稀土元素，亏损高场强元素、重稀土元素，无或有微弱的负 Eu 异常。高 Mg 安山岩已成为汇聚板块边缘的一个重要指示器。其独特的构造环境，引起地质工作者的高度重视。 文中的高镁闪长岩为一套石英闪长岩，出露于新疆和硕县乌什塔拉地区，位于南天山造山带的中段，也是中天山-准葛尔板块与塔里木板块的结合部位（中天山南缘缝合带） 。库米什地区位于该缝合带

4、的中段，前人对该地区的做了大量的研究，但是对该地区的中性侵入岩研究较少。作为造山带中最常见的岩石类型之一，花岗岩类的地球化学性质形成时代对于确定俯冲极性及俯冲时代具有重要的制约意义。本文对白土塘石英闪长岩进行了详细的岩石学、地球化学研究，结合现有的地质资料，进而探讨了其岩石成因、归属问题及地质意义。 1 地质背景 新疆乌什塔拉地区地处南天山造山带中段，夹于准葛尔板块与塔里木板块之间，北距榆树沟麻粒岩相高压变质岩约 15km，东距库米什地区铜花山-硫磺山蛇绿混杂岩带约 10km。该构造带主要受塔里木板块、中天山微板块相互作用的影响，经历了晚奥陶世-早志留世南天山洋开始向中天山微板块之下俯冲消减、

5、于早石炭世末期塔里木板块与中天山微板块两者相碰，南天山洋消失；存在残余洋盆，在石炭纪末期发生褶皱、推覆造山作用，使南天山开始全面隆起，山体形成，此后，进入陆内造山阶段。 3研究区内主要出露古生代地层，志留纪构造混杂岩带，志留系变砂岩，早泥盆世阿尔皮什麦组，中泥盆阿拉塔格组，晚泥盆破城子组，下石炭甘草湖组，各个岩石单元之间均为构造接触，对志留纪构造混杂岩带中玄武岩研究表明为洋中脊拉斑玄武岩。区内构造发育，主要为褶皱和断裂构造。为海西期褶皱带；断裂构造十分发育，主要为北西-南东向逆冲断裂，与库米什蛇绿混杂岩带方向一致。北西西-南东东向的脆性断裂。区内岩浆岩十分发育。火山岩主要为志留纪变质玄武岩，侵

6、入岩主要有晚石炭世黑云二长花岗岩-闪长岩-花岗闪长岩组合，早二叠世二长花岗岩和钾长花岗岩，以及不同时代的各类脉岩。 2 岩石学特征 乌什塔拉地区的石英闪长岩分布在白土塘东部的黑条山地区，呈岩脉状分布，出露面积约 2Km2,平面上为长条状。与围岩为明显的侵入接触关系，小的岩枝、岩脉侵入到围岩中，围岩为志留系变砂岩。由于后期构造挤压使岩体边部糜棱岩化，矿物定向排列，岩体的中心变形不强烈，为块状构造。因此可将岩石分为两类，一类为闪长质糜棱岩，另一类为石英闪长岩。 石英闪长岩岩石呈灰色，半自形中细粒粒状结构，碎裂结构，块状构造。主要造岩矿物为：斜长石、普通角闪石和石英。斜长石为半自形板状，发育聚片双晶

7、，裂隙发育，中度绢云母化、绿帘石化、高岭土化，粒径 0.40.44.01.5mm，含量约 55%；普通角闪石呈半自形柱状，黄-绿色，多色性显著，具闪石式解理，杂乱分布，粒径 0.42.5mm，含量35%40%；石英为它形粒状，波状消光，细粒化重结晶成微粒状集合体充4填于斜长石和角闪岩颗粒之间，粒径 0.20.5mm，含量 5%10%。副矿物有磷灰石、磁铁矿、榍石等。 3 岩石地球化学特征 样品元素含量分析测定工作在中国宜昌地质矿产研究所，主量元素采用湿化学法分析，相对标准偏差2%-8%。微量及稀土由宜昌地质矿产研究所用 ICP-MS 方法分析，相对标准偏差10%。 3.1 主量元素 白土塘石英

8、闪长岩岩体主体岩石 SiO2 含量在 51.04%52.7%之间，平均值 51.64%；TiO2 含量较高，在 0.781.63 之间；Al2O3 含量主要介于15.5%16.53%之间，Na2O 和 K2O 含量分别在 2.62%4.08%和 0.861%1.64%之间，K2O/Na2O 比值介于 0.310.40 之间，K/Na(0.340.45)。岩石富钙、铁、镁，CaO 含量在 6.38%9.35%之间，FeO*含量介于 7.46%9.61%之间。在硅-碱图上，岩石几乎都属于亚碱性系列，这与多数样品的=1.301.89（3，钙碱性系列）相一致（样品 D5603/1YQ 落在碱性区域内，

9、且其的 =3.76，表现出富碱，这主要与其发生变质使 K 富集有关）。在 AFM 图解中显示岩石属于钙碱性岩浆系列。 该类岩石最主要的特征是高镁，其 MgO 含量在 5.15%7.42%之间，其Mg#值Mg#=Mg/(Mg+Fetot)介于 0.510.64 之间，尽管该岩石在显微镜下见到有 5%10%的石英含量，但其 SiO2 含量却较低（51.04%52.7%） ，这应该与岩石镁含量高有关。一般认为，SiO2 范围在 52%60%之间，MgO含量大于 5%，Mg#大于 0.5 的闪长岩为高 Mg 闪长岩（张旗等，2008） ，因5此可将白土塘石英闪长岩确定为高 Mg 闪长岩。 图 1 新疆

10、乌什塔拉地区高镁闪长岩类的 SiO2-(Na2O+K2O)图（a）和AFM 图（b） 3.2 痕量元素 白土塘地区高 Mg 闪长岩岩石球粒陨石标准化稀土元素（REE）配分模式所示。它们以相对富含轻稀土元素（LREE） 、贫重稀土元素（HREE） 、无铕异常或具有微弱的正铕异常为特征。REE 总量介于（55.5288.05）106 之间，LREE/HREE 比值介于 3.395.30，(La/Yb)N 比值介于3.005.63 之间，为右倾型，Eu 值介于 0.931.12。 在微量元素原始地幔标准化蛛网图上，该类岩石以富含大离子亲石元素（Rb、Ba）和高场强元素（Nb、Ta、P）的明显亏损为特

11、征。Nb、Ta的负异常，可能与流体的交代作用有关，这暗示着其形成于俯冲带。Nb/Ta 值为 13.616.5，稍低于原始地幔（17.52）的相应值；岩石高Cr（97.0410-6191.110-6） ，表明其源区具有幔源性质。 4 讨论 4.1 岩石成因 对与高镁安山岩成分相似的高镁闪长岩的研究很少，主要原因是其的出露面积较少。高镁闪长岩由于是深成岩，因而有许多是由非高镁安山质岩浆形成的镁铁质堆晶岩，而不是由高镁安山质岩浆固结形成的。因此，在讨论高镁闪长岩成因时，应先判断其有何种岩浆形成，可以综合运用矿物）和全岩的化学成分进行判定。 6白土塘地区高 Mg 闪长岩岩石球粒陨石标准化稀土元素配分模

12、式（无Eu 明显的负异常 Eu=0.931.12）表明没有镁铁质晶体的集中堆积；高Mg 闪长岩的主量元素以高镁（5.15%7.42%） 、高 SiO2(51.04%52.7%)为特征，这与高镁安山岩的特征相似；白土塘地区高 Mg 闪长岩中并不存在单斜辉石，且岩石也不具有堆晶结构。因此，白土塘地区高镁闪长岩是由高镁安山质岩浆固结形成的。 对于赞岐岩的成因目前还存在争论，Stern and Hanson 认为赞岐岩是地幔部分熔融形成的；Yogodzinski 和 Shimoda 认为赞岐岩是由地幔橄榄岩与消减洋壳板片或沉积物部分熔融的富 Si 质熔体平衡反应形成的。由于白土塘地区高 Mg 闪长岩

13、SiO2、MgO、Mg#和 Ni 含量较低，因此，白土塘地区高 Mg 闪长岩不是直接由地幔部分熔融形成的；而是由地幔橄榄岩与消减洋壳板片或沉积物部分熔融的富 Si 质熔体平衡反应形成的。该高 Mg 闪长岩中含有大量的角闪石，且具有明显的 Nb、Ta 亏损，相对富集 LILE 和 LREE，且具有相对高的 Ba/La（18.4969.71）和Ba/Th（116.62334.60） ，而较低的 Th/Yb（0.383.09） ，这些表明了其源区物质成分受控于消减洋壳板片成生的熔体，并非沉积物部分熔融成生的熔体。综上所述，白土塘地区高 Mg 闪长岩的源区可能由地幔橄榄岩与消减洋壳板片部分熔融的富 S

14、i 质熔体平衡反应形成的。 4.2 石英闪长岩的归属问题及其地质意义 吴文奎等详细的研究了库米什志留系的古生物及沉积岩特征等，认为库米什地区为志留-早泥盆世活动陆缘环境，张成立等对库米什南黄尖石山岩体的研究表明南天山洋于晚志留世已进入俯冲消减的活动大陆边7缘环境，杨天南等对库米什北花岗岩和辉长岩研究表明早泥盆世库米什地区属于俯冲带上盘活动陆缘环境。我们认为这正是由于南天山洋向北俯冲的结果，这种俯冲一直持续到早石炭世，这与沿中天山南缘的西部地区出露的与大洋俯冲过程相关的花岗岩主要形成于 436Ma355 Ma 一致。终上所述，我们认为库米什地区在早泥盆世属于俯冲消减带之上的活动大陆边缘环境。 5

15、 结论 该高镁闪长岩并非是乌什塔拉地区的，而是在晚石炭世由库米什地区逆冲推覆过来的，属于中天山地块；该石英闪长岩为钠质钙碱性系列的高镁闪长岩，地球化学特征与赞岐岩相似，Sr/Y-Y 和(La/Yb)N-YbN 判别图解及 N-MORB 标准化微量元素图显示该石英闪长岩为赞岐质高镁闪长岩，形成于板块消减带之上的地幔楔环境，由地幔橄榄岩与消减洋壳板片部分熔融的富 Si 质熔体平衡反应形成；结合区域地质构造演化和前人研究成果，我们认为该高镁闪长岩的形成时代为泥盆纪。表明泥盆纪库米什为板块俯冲消减带之上的活动陆缘环境。 参考文献： 董石鹏,王润三,周鼎武. 2001.南天山北缘榆树沟变质基性-超基性岩的地球化学及其成因机制J.地球化学，30 (6) :559 -568. 高俊,龙灵利,钱青,等. 2006. 南天山：晚古生代还是三叠纪碰撞造山带？J.岩石学报，22 (5): 1049?1061.