蔡厚安，李順庭，劉增仁，楊自安

(1.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，北京 100012；2. 北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限責任公司，北京 100012)

0 引言

中國西南天山地區(qū)位于著名的中亞造山帶南緣(圖1a)，因特殊的構(gòu)造位置一直是研究的熱點[1-16]，其構(gòu)造演化對區(qū)內(nèi)構(gòu)造背景研究及有色金屬勘探具有重要的意義。鄰國在西南天山相繼發(fā)現(xiàn)了多個與二疊紀構(gòu)造-巖漿活動相關(guān)的大型—超大型礦床，如穆龍?zhí)捉鸬V、伊什坦貝爾格金礦、阿爾馬雷克斑巖銅礦等[13-16]。因此我國境內(nèi)相似地質(zhì)背景的區(qū)域有著很好的找礦遠景，研究西南天山的巖漿巖對尋找礦產(chǎn)資源具有重要意義。筆者對區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的巴什蘇洪堿性雜巖體進行了巖石學(xué)和地球化學(xué)特征研究，揭示了其形成機制，為西南天山二疊紀的構(gòu)造背景提供了證據(jù)，對區(qū)域上稀有稀土礦勘探也有一定的指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)地處西南天山南緣和塔里木盆地北緣(圖1b)，大地構(gòu)造位置上處于南天山向斜褶皺帶的次一級構(gòu)造巴什蘇洪復(fù)背斜。區(qū)域上分布著一條堿性巖帶，是我國重要的成礦帶之一[17]，分布著波孜果爾超大型稀有稀土礦床等眾多礦床和礦點[18-20]。新發(fā)現(xiàn)的巴什蘇洪稀有稀土礦也位于該堿性巖帶內(nèi)。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，主要分為NEE向和近SN向兩期斷裂活動，并且前者被后者切割(圖2a)。沿斷裂分布著一系列的富堿性小巖體(圖2a)，其中霍什布拉克巖體—塔木巖體—喀拉多維巖體—克孜爾托巖體—巴什蘇洪巖體沿NE—SW向分布，且?guī)r體本身也大體呈NE—SW向展布，受塔里木北緣斷裂帶控制。普昌巖體、古爾拉勒巖體、克孜勒克孜塔格巖體主要沿SN向分布，受到皮羌斷裂的控制[21-22]。區(qū)內(nèi)主要出露的地層為上古生界下二疊統(tǒng)巴立克里克組(P1b)，為一套海陸交互相巖石組合，巖性上為碎屑巖和碳酸鹽巖交互出現(xiàn)，根據(jù)巖性可劃分為四段，并被巴什蘇洪堿性雜巖體侵入(圖2b)。雜巖體可識別出四期，其中第一期為中細粒橄欖輝長巖體，第二期為不等粒霓石正長巖體，第三期為火成碳酸巖體，第四期為中細粒堿長花崗巖體。楊林春等[23]通過鋯石U-Pb等離子體質(zhì)譜-激光探針法(LA-ICP-MS)獲得了輝長巖和霓石正長巖的年齡，分別為(274.0±0.9)Ma和(268.9±1.0)Ma。鄒思遠[14]通過鋯石U-Pb定年得到堿長花崗巖的年齡為(277.0±2.1)Ma。

圖1 中亞造山帶構(gòu)造示意圖與西天山造山帶位置(a圖據(jù)文獻[24]修改)，西天山造山帶地質(zhì)圖(b圖據(jù)文獻[25]修改)

圖2 西南天山侵入巖分布圖(a圖據(jù)文獻[19]修改)和巴什蘇洪堿性雜巖體地質(zhì)圖(b圖據(jù)注釋①修改)

2 巖體地質(zhì)及巖相學(xué)

巴什蘇洪堿性雜巖體地表呈橢圓形，長軸方向與早期NEE向構(gòu)造線一致。雜巖體不整合侵入下二疊統(tǒng)巴立克里克組，與圍巖的接觸界面清晰，外接觸帶見有角巖化和矽卡巖化[26-28]。雜巖體中礦物受風(fēng)化蝕變作用較明顯，有高嶺土化、綠簾石化、綠泥石化等蝕變②。

橄欖輝長巖呈灰黑色，中細粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物為輝石(25%～30%)、斜長石(50%～55%)，次要礦物為橄欖石(10%～15%)，副礦物為磁鐵礦、尖晶石等礦物，磁鐵礦化較強。斜長石呈半自形板狀、長柱狀，聚片雙晶發(fā)育，粒度變化較大，在1.8～5.0 mm之間。輝石呈半自形晶，Ⅰ級橙黃到Ⅱ級干涉色，顆粒平均大小為2.2 mm×1.8 mm，具有明顯的近直角解理。橄欖石顆粒呈不規(guī)則形態(tài)，表面有裂紋，顆粒平均大小為1.8 mm×2.0 mm。霓石正長巖標本呈塊狀，灰白色，不等粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要造巖礦物為堿性長石(60%)、斜長石(5%)、霓石(15%)，副礦物有磁鐵礦(2%)等?；鸪商妓釒r呈白色，細粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為方解石(75%)，副礦物有鉻尖晶石、磁鐵礦、獨居石、鋯石等。火成碳酸巖中的橄欖石顆粒呈不規(guī)則形態(tài)，多被溶蝕成港灣狀，顆粒最大可達3.0 mm×2.0 mm，平均大小為0.8 mm×0.5 mm。堿長花崗巖灰白色，中細粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為堿性長石(45%)、石英(18%)、斜長石(8%)，次要礦物為霓石(10%)、黑云母(8%)，副礦物種類較多，有燒綠石、獨居石、鈮鐵礦、易解石等。

3 巖石地球化學(xué)

鏡下鑒定后，選取有代表性的樣品進行了全巖地球化學(xué)分析。主量元素采用壓片法XRF分析，微量元素采用ICP-MS分析。

3.1 主量元素

圖3 巴什蘇洪堿性雜巖體Harker圖解

雜巖體不同巖性的主要元素含量差別較大。橄欖輝長巖的w(SiO2)為42.26%～53.99%，平均值為49.04%，霓石正長巖的w(SiO2)為60.92%～66.18%，平均值為63.38%，堿長花崗巖的w(SiO2)為63.90%～73.59%，平均值為70.53%；橄欖輝長巖的w(Na2O+K2O)為2.562%～7.16%，平均值為5.18%，霓石正長巖的w(Na2O+K2O)為9.8%～11.02%，平均值為10.48%，堿長花崗巖的w(Na2O+K2O)為8.2%～12.66%，平均值為9.95%；橄欖輝長巖的K2O/Na2O比值為0.15～0.48，平均值為0.32，霓石正長巖的K2O/Na2O比值為0.40～1.85，平均值為0.95，堿長花崗巖的K2O/Na2O比值為0.35～1.65，平均值為1.07(圖4a)。

從雜巖體的SiO2含量變化、堿度含量變化和K2O/Na2O比值變化來看，從橄欖輝長巖—霓石正長巖—堿長花崗巖變化過程中，巖石酸性程度逐漸變高，堿度含量也逐步升高，并且出現(xiàn)了部分程度的K-Na分離，由從富鈉質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦烩涃|(zhì)的趨勢。

在K2O-SiO2圖解中(圖4b)，輝長巖為鈣堿性系列；正長巖為鉀玄巖系列，堿長花崗巖大多為高鉀鈣堿性系列，可以看出從輝長巖到堿長花崗巖，K含量有增高的趨勢。根據(jù)AR-SiO2圖解(圖4c)，雜巖體各巖性幾乎都落入過堿性區(qū)域，為過堿性雜巖體。

雜巖體各巖性的鋁飽和指數(shù)中等偏高，其中輝長巖有中等的鋁飽和指數(shù)(A/CNK=0.74～0.90)；正長巖的鋁飽和指數(shù)中等偏高(A/CNK=0.67～1.26)；堿長花崗巖的鋁飽和指數(shù)中等偏高(A/CNK=0.89～1.32)；在A/CNK - A/NK圖解中(圖4d)，大多樣品落入過鋁質(zhì)區(qū)域。

圖4 巴什蘇洪堿性雜巖體TAS圖解(a，巖石分類據(jù)文獻[29]，Ir界線據(jù)文獻[30])，巖石系列K2O-SiO2圖解(b)，SiO2-AR圖解(c)，鋁質(zhì)-準鋁質(zhì)A/NK - A/CNK判別圖(d，底圖據(jù)文獻[31])

3.2 微量元素及稀土元素

由微量元素圖解(圖5)可見，不同巖性的微量元素圖解表現(xiàn)出不同的特征。其中，輝長巖的高場強元素(HFSE)相對于大離子親石元素(LILE)的富集程度較低，具有明顯的Ba正異常，K、P、Ti、Sm、Sr顯示弱的正異常。樣品Nb/Ta值的變化范圍為14.46～18.33，不具有明顯的Nb-Ta負異常。正長巖和花崗巖的高場強元素(HFSE)相對于大離子親石元素(LILE)具有明顯的富集，明顯虧損Ba、Sr、P、Ti，富集Rb和K。樣品的Nb/Ta值的變化范圍較大，為2.60～32.82，堿長花崗巖的Rb/Sr和Rb/Ba的比值較大且變化范圍大。三者均不具有明顯的Nb-Ta負異常。

雜巖體各巖性的稀土元素總量也有較大的差別，輝長巖稀土元素總量較低，∑REE為55.90×10-6～98.00×10-6；霓石正長巖的總稀土元素含量較高，∑REE變化范圍為75.76×10-6～453.59×10-6，其中有一個樣品的稀土總量達到3990.5×10-6；堿長花崗巖中的稀土總量較高，∑REE變化范圍為37.94×10-6～1798.36×10-6。在稀土元素球粒隕石標準化圖解中(圖5)，輝長巖表現(xiàn)為平緩、輕微右傾的分布模式，輕稀土元素相對于重稀土元素富集。LREE/HREE(2.16～3.64)比值變化不大，并且輝長巖的(La/Yb)N(5.81～8.07)比值變化不大。Eu表現(xiàn)出弱的正異常。霓石正長巖、堿長花崗巖的稀土元素球粒隕石標準化圖解均表現(xiàn)為平緩、輕微右傾的海鷗式分布模式，輕稀土元素相對于重稀土元素輕微富集。霓石正長巖的LREE/HREE比值變化范圍為1.46～5.59，(La/Yb)N比值均變化范圍為2.07～19.25；堿長花崗巖的LREE/HREE比值變化范圍為0.92～5.50，(La/Yb)N比值均變化范圍為2.52～21.68。均具有明顯的負Eu異常。從堿長花崗巖—霓石正長巖—輝長巖，表現(xiàn)出負Eu異常逐漸減弱的特點。

圖5 巴什蘇洪堿性雜巖體各期侵入巖微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(左)和稀土元素球粒隕石標準化圖解(右，原始地幔和球粒隕石標準化值據(jù)文獻[32]；部分數(shù)據(jù)引自文獻[14，23])

4 討論

4.1 巖石成因

隨著一些地質(zhì)現(xiàn)象的出現(xiàn)，巖漿混合作用重新被巖石學(xué)家們提出來。他們認為巖漿混合作用普遍存在，并且在地質(zhì)作用過程中基性巖漿與酸性巖漿混合形成自然界廣泛的火成巖[33]。巴什蘇洪堿性雜巖體由輝長巖-正長巖-堿長花崗巖-碳酸巖組成，從基性巖到中性巖再到酸性巖，均有出露。一個直觀的想法就是由幔源巖漿通過結(jié)晶分異作用形成中性巖和酸性巖。然而，這種單一的結(jié)晶分異作用并不能解釋一些地質(zhì)事實和地球化學(xué)數(shù)據(jù)。巴什蘇洪堿性雜巖體中的基性巖約占總巖體面積的25%，中性巖約占60%，酸性巖和碳酸巖約占15%。一般認為，如果幔源巖漿結(jié)晶分異形成中性巖和酸性巖，那么基性巖應(yīng)該要占巖體的主要比例，其次為中性巖，再者為酸性巖。因此，另外一種可能的機制是巖漿混合作用。學(xué)者們對于巖漿混合作用已經(jīng)有了較深的認識[33-34]。巖漿混合作用是由基性巖漿和酸性巖漿混合，中性巖漿是混合作用的產(chǎn)物。

在野外工作中，發(fā)現(xiàn)霓石正長巖與堿長花崗巖接觸帶形成“你中有我，我中有你”的脈狀穿插關(guān)系。由于花崗質(zhì)巖漿的黏度比較大，在巖漿混合的邊界處會出現(xiàn)混合不均勻的現(xiàn)象，這種穿插關(guān)系間接體現(xiàn)出了巖漿混合作用的結(jié)果。除此之外，在霓石正長巖體中見有暗色包體，這也為巖漿混合作用提供了一定的佐證。

混合作用的發(fā)生需要有基性巖漿和酸性巖漿，而基性巖漿和酸性巖漿的來源分別是哪里，是需要解決的問題。前人研究認為在塔里木大火山巖省晚期，深部巖漿源區(qū)到淺部地表的巖漿通道被打開，地慢柱減壓熔融，幔源巖漿底侵下地殼，侵位形成一些基性一超基性巖體的同時，鎂鐵質(zhì)巖漿繼續(xù)發(fā)生結(jié)晶分異作用，形成中酸性巖漿，上升至地殼淺部位置侵位，形成了一系列具有虧損地慢和富集巖石圈多端元混合源區(qū)特征的A型花崗巖，并且都經(jīng)歷了不同程度的地殼混染[14]。形成巴什蘇洪堿性雜巖體中的輝長巖的巖漿來源于上地幔的部分熔融。更具體地說，應(yīng)該是來源于軟流圈地幔的部分熔融，因為輝長巖的Nb和Ta并未出現(xiàn)明顯的負異常。輝長巖的Zr/Ba比值(0.3～0.36)較高，說明了其源區(qū)為軟流圈地幔，因為軟流圈地幔熔體的Zr/Ba比值一般大于0.2[33]。在輝長巖中出現(xiàn)橄欖石，但是沒有角閃石和黑云母，說明巖漿中沒有揮發(fā)分，并且說明源區(qū)是干的而不是濕的，這種特點也間接說明了其源區(qū)為軟流圈地幔。同時，輝長巖的εNd為2.92～3.47，表明輝長巖來源于虧損地幔。巴什蘇洪堿性雜巖體中花崗質(zhì)巖石的w(SiO2)均大于70%，其巖漿來源應(yīng)該為地殼。堿長花崗巖具有高FeOT/MgO(18.54～173.25)、低CaO(0.34～1.08)的特征，全堿含量處于7.77%～10.32%之間，均屬于A型花崗巖的特征[36]。其微量元素蛛網(wǎng)圖上顯示出富集高場強元素和大離子親石元素(如：Rb、Th、U、Zr、Hf)，強烈虧損Ba、Sr、P和Ti，稀土元素蛛網(wǎng)圖上顯示出明顯的Eu負異常。這些特征均符合A型花崗巖的典型特征。根據(jù)Whalen等[35]提出的區(qū)分A型花崗巖和高分異I型或S型花崗巖的方法，對花崗質(zhì)巖石進行了投圖分析(圖6)，可以得出幾乎所有樣品均為A型花崗巖。在A1-A2型花崗巖判別圖解中(圖7)，幾乎所有的樣品落在A1型花崗巖區(qū)域。因此，巴什蘇洪堿性雜巖體中花崗巖屬于A1型花崗巖。橄欖輝長巖的源區(qū)為軟流圈地幔，軟流圈地幔的底侵會導(dǎo)致地殼重熔，再經(jīng)過一定程度的結(jié)晶分異會形成A型花崗巖。綜合考慮，巴什蘇洪堿性雜巖體中的花崗巖的巖漿來源為軟流圈地幔的底侵導(dǎo)致地殼重熔。

圖6 巴什蘇洪堿性雜巖體(Zr+Nb+Ce+Y)- (Na2O+K2O)/CaO(a)、(Zr+Nb+Ce+Y)-FeOT/MgO(b)和10000Ga/Al-Zr圖解(c)(底圖據(jù)文獻[35])

圖7 巴什蘇洪堿性雜巖體的Nb-Y-3Ga和Nb-Y-Ce圖解(底圖據(jù)文獻[36])

由微量元素蛛網(wǎng)圖(圖5)可見，輝長巖中的Ti有弱正異常，而正長巖和花崗巖中的Ti表現(xiàn)出明顯的負異常，這種原因的出現(xiàn)是由于磁鐵礦的結(jié)晶。Ti在磁鐵礦中的分配系數(shù)較大，磁鐵礦礦物與熔體相的分離會造成Ti含量迅速降低。正長巖和堿長花崗巖中的低Sr和Eu的負異常，暗示巖漿源區(qū)存在大量斜長石的殘留。輝長巖的(La/Yb)N平均值為6.95；正長巖的(La/Yb)N平均值為9.85；堿長花崗巖的(La/Yb)N平均值為9.45，雜巖體各巖性的(La/Yb)N值變化較大。綜合考慮，巴什蘇洪堿性雜巖體在巖漿演化過程中伴隨著一定程度的分離結(jié)晶作用。綜上所述，巴什蘇洪堿性雜巖體中的基性巖為軟流圈地幔部分熔融，經(jīng)過一定的分離結(jié)晶作用，上升侵位形成；酸性巖為軟流圈地幔的底侵導(dǎo)致地殼重熔，經(jīng)過結(jié)晶分異作用，上升侵位形成；中性巖為結(jié)晶分異后的基性巖漿和酸性巖漿發(fā)生混合作用，之后又經(jīng)過一定程度的分離結(jié)晶作用，上升侵位形成。

4.2 構(gòu)造意義

西南天山的構(gòu)造演化一直是學(xué)者們關(guān)注的焦點，洋盆的出現(xiàn)和閉合、板塊的碰撞、大洋板塊的俯沖、巖石圈伸展、軟流圈上涌、裂谷的生成等問題是學(xué)者們爭論的重心。巴什蘇洪作為一個堿性雜巖體的出現(xiàn)，可以為構(gòu)造運動提供一定的依據(jù)。

巴什蘇洪堿性雜巖體的年齡與西南天山地區(qū)其他二疊紀中酸性侵入巖體的年齡比較接近[3-11]，這也是西南天山地區(qū)發(fā)生大規(guī)模巖漿事件的年代。巴什蘇洪堿性雜巖體中的基性巖為軟流圈地幔部分熔融，之后經(jīng)過結(jié)晶分異，在伸展環(huán)境中，上升侵位形成。酸性巖屬于A型花崗巖，而西南天地區(qū)大多數(shù)的中酸性侵入巖為I型或S型，總體上大都產(chǎn)出于與陸-陸碰撞有關(guān)的造山環(huán)境。鄰區(qū)的霍什布拉克巖體就屬于A1型花崗巖[8]，產(chǎn)出于非造山的環(huán)境。Nb-Y和Rb-(Y+Nb)構(gòu)造判別圖(圖8)中所有點均落在板內(nèi)花崗巖區(qū)域。說明了巴什蘇洪堿性雜巖體中的花崗巖經(jīng)歷了后造山的構(gòu)造環(huán)境。巴什蘇洪堿性雜巖體位于南天山造山帶與塔里木盆地的界線附近，當進入后期的板內(nèi)環(huán)境后，其巖漿作用與塔里木盆地二疊紀大火成巖省有關(guān)[7]，構(gòu)造環(huán)境為軟流圈物質(zhì)上涌所誘發(fā)的陸內(nèi)裂谷體系。

圖8 Yb-Nb和(Yb+Nb)-Rb構(gòu)造判別圖(底圖據(jù)文獻[37])

綜上，酸性巖部分經(jīng)歷了陸內(nèi)裂谷的構(gòu)造環(huán)境。基性巖和中性巖主要與后期的陸內(nèi)裂谷體系有關(guān)。不同期次的構(gòu)造作用伴隨著多期的巖漿作用，這也與定年結(jié)果相符[14，23]。巴什蘇洪堿性雜巖體的構(gòu)造體系為西南天山構(gòu)造演化提供了重要的證據(jù)。

5 結(jié)論

1)巴什蘇洪堿性雜巖體中的基性巖為軟流圈地幔部分熔融，經(jīng)過一定的分離結(jié)晶作用，上升侵位形成的產(chǎn)物；酸性巖由軟流圈地幔的底侵導(dǎo)致地殼重熔，經(jīng)過結(jié)晶分異作用，上升侵位形成；中性巖由結(jié)晶分異后的基性巖漿和酸性巖漿發(fā)生混合作用，再經(jīng)過一定程度的分離結(jié)晶作用，最后上升侵位形成。

2)巴什蘇洪堿性雜巖體中的基性巖和中性巖主要與后期的陸內(nèi)裂谷體系有關(guān)。酸性巖部分經(jīng)歷了陸內(nèi)裂谷的構(gòu)造環(huán)境。

注釋：

① 新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院. 新疆維吾爾自治區(qū)阿克塔拉幅、庫鐵熱克幅、哈拉峻幅、庫魯木都克村幅、托斯莫幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R]. 2014.

② 有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心. 新疆阿圖什市哈拉峻地區(qū)1∶5萬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查成果報告[R]. 2019.