徐楠,吳才來,趙苗苗,劉暢

1)安徽理工大學(xué),深部煤礦采動響應(yīng)與災(zāi)害防控國家重點實驗室,安徽淮南,232001;2)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所,北京,100037; 3)河南省公平競爭審查事務(wù)中心,鄭州,450000;4)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室,北京,100029

內(nèi)容提要：南阿爾金造山帶是中國西北地區(qū)重要的俯沖—碰撞雜巖帶。筆者等對茫崖地區(qū)出露的閃長巖開展巖石學(xué)、地球化學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)和Lu—Hf同位素地球化學(xué)研究,探討其巖石成因和成巖時的構(gòu)造環(huán)境。研究表明,茫崖閃長巖虧損Nb、Ta、Ti、P、Th、U、HREEs、Ba、Sr等元素,富集Rb等大離子親石元素及LREEs,顯示與俯沖相關(guān)島弧巖漿巖相似的地球化學(xué)特征。樣品的鋯石U-Pb年齡為494～461 Ma,εHf (t)為0.01～3.90,tDM2為1496～1447 Ma,少量εHf (t)為負(fù)值(-2.22～-0.03),tDM2為1453～1254 Ma,指示其物質(zhì)來源以中元古代(1453～1254 Ma)新生地殼物質(zhì)為主,混合少量中元古代(1496～1447 Ma)古老地殼物質(zhì)。綜上,該期巖漿活動是幔源巖漿的底侵作用導(dǎo)致下地殼熔融的產(chǎn)物,指示南阿爾金造山帶在<494 Ma進入深俯沖陸殼斷離—折返階段,同時伴隨著大規(guī)模幔源巖漿的底侵作用,茫崖閃長巖是深俯沖陸殼斷離后折返作用的巖漿活動響應(yīng)。

巖漿巖是研究大地構(gòu)造演化歷史的巖石學(xué)探針之一。眾所周知,活動大陸邊緣陸殼的形成和演化、陸內(nèi)環(huán)境下的大陸再造都以形成大量巖漿巖為標(biāo)志(Raimondo et al.,2010;鄧晉福等,2015a,b;吳福元等,2017)。因此,巖漿巖多樣性的原因及地球動力學(xué)意義是巖漿巖研究的重要科學(xué)問題(翟明國,2017)。

阿爾金造山帶位于塔里木盆地和柴達(dá)木盆地之間,是青藏高原北緣的一部分。造山帶經(jīng)歷了太古宙—古元古代陸核和結(jié)晶基底的形成(車自成等,1995;陸松年等,2003)、中元古代穩(wěn)定大陸邊緣沉積、新元古代末期—早古生代板塊擴張(郭召杰等,1998)、加里東期板塊俯沖—碰撞(劉良等,1998;Yin An et al.,2007)、晚古生代剝露夷平和局部淺海沉積、印支期伸展作用和堿性巖侵位(尹安,2001)、以及晚燕山期大規(guī)模左行走滑作用。近年來,南阿爾金巖漿巖和HP—UHP變質(zhì)巖研究取得了重大進展(Wu Cailai et al.,2018;劉良等,2019;Dong Jie and Wei Chunjing,2021;Hong Tao et al.,2021;Li Xin et al.,2021;Ma Tuo et al.,2021;張建新等,2021;Gao Dong et al.,2021;Teng Xia et al.,2021; Yu Shengyao et al,2019a,b,2021)?，F(xiàn)有研究表明,南阿爾金造山帶在早古生代經(jīng)歷了洋殼俯沖、陸殼俯沖、深俯沖及折返事件,但洋殼俯沖及陸殼深俯沖的時限仍存爭議。筆者等研究的茫崖閃長巖顯示俯沖帶弧花崗巖的特征,可能蘊含造山帶構(gòu)造演化的關(guān)鍵信息。因此,筆者等利用火成巖巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)和同位素地球化學(xué)研究茫崖閃長巖的巖石成因及成巖構(gòu)造環(huán)境,分析該期巖漿活動對南阿爾金造山帶早古生代洋陸轉(zhuǎn)換作用的指示意義。

1 地質(zhì)背景

阿爾金造山帶是中國西北部一條重要的俯沖—碰撞雜巖帶。由北至南劃分為五個構(gòu)造單元:北阿爾金地塊、北阿爾金蛇綠混雜巖帶、中阿爾金陸塊、南阿爾金HP—UHP變質(zhì)帶和南阿爾金蛇綠混雜巖帶(圖1a)(許志琴等,1999;劉良等,1999;劉永順等,2010)。南阿爾金HP—UHP變質(zhì)帶由表殼巖、花崗巖和榴輝巖組成,其中形成于M型洋中脊環(huán)境的變質(zhì)基性火山巖是島弧背景下的一套火山巖組合,原巖以大洋拉斑玄武巖為主(覃小鋒等,2008),其中的超高壓榴輝巖(500～504 Ma,Sm-Nd和U-Pb,張建新等,1999)被認(rèn)為是陸殼深俯沖的產(chǎn)物,指示陸殼深俯沖深度可達(dá)300 km(劉良等,2005;Liu Liang et al.,2007,2012)。南阿爾金蛇綠混雜巖帶是分割阿爾金造山帶與祁漫塔格、柴南緣的構(gòu)造邊界,主要由與基性火山巖伴生的基性—超基性巖巖塊及花崗巖類組成,超基性巖主要為蛇紋石化橄欖巖,基性巖主要為角閃輝長巖和拉斑玄武巖,這些基性—超基性巖與硅質(zhì)巖、黑云斜長片麻巖、石英片巖、白云質(zhì)大理巖等構(gòu)成了蛇綠巖組合(Liu Liang et al.,2009;馬中平等,2009)。

圖1 阿爾金地區(qū)花崗巖分布圖(a)和茫崖區(qū)域地質(zhì)圖(b)

茫崖地區(qū)出露新元古界地層、侏羅系、更新統(tǒng)和全新統(tǒng),少量奧陶系(巖性主要為灘間山群灰綠色凝灰質(zhì)砂巖,徐楠等,2018,2020)。該地區(qū)出露大量早古生代火成巖,包括石英二長巖(494～510 Ma,Xu Nan et al.,2020))、閃長巖(本文)、花崗閃長巖、正長花崗巖、堿長花崗巖(419～401 Ma,徐楠等,2020)等(圖1b),局部出露少量玄武巖、輝長巖、輝綠巖、輝石角閃巖、英安巖、流紋巖等巖脈(吳才來等,2014,2016)。堿長花崗巖和石英二長巖位于研究區(qū)東南側(cè),前者侵入后者之中,二者沿NE向延伸大于20 km,圍巖主要為奧陶系灘間山群凝灰質(zhì)砂巖。二長花崗巖分布于研究區(qū)北側(cè),沿EW向延伸約20 km,侵入茫崖閃長巖體?；◢忛W長巖和正長花崗巖等規(guī)模較小,分布于閃長巖體之中,多數(shù)為侵入接觸關(guān)系。

2 巖體地質(zhì)及巖相學(xué)特征

茫崖巖體分布于南阿爾金蛇綠混雜巖帶之中,呈NE向分布,與區(qū)域構(gòu)造線的走向一致。筆者等研究的閃長巖分布于研究區(qū)NE向斷裂的兩側(cè)(圖1b),圍巖主要為晚侏羅系和晚更新統(tǒng)—全新統(tǒng),呈不整合接觸關(guān)系。巖體的巖相學(xué)如下:

樣品CL 128(閃長巖):N 38°26.54′;E 90°11.47′;H 3407 m。巖石風(fēng)化面灰黑色,新鮮面灰白—灰黑色。主要礦物為斜長石(65%)、角閃石(25%)、鉀長石(<5%)和石英(<5%),副礦物主要為磁鐵礦和鋯石等(圖2a)。斜長石呈他形粒狀(0.6 mm)、板狀,發(fā)育聚片雙晶。角閃石呈柱狀集合體。鉀長石多呈他形粒狀,發(fā)育卡式雙晶。石英為他形粒狀(0.4 mm)。

樣品CL 125(角閃閃長巖):N 38°29.24′;E 90°15.965′;H 3787 m。巖石風(fēng)化面灰色～灰黑色,新鮮面灰黑色。主要礦物為角閃石(50%)和斜長石(40%),副礦物主要為磷灰石和鋯石(圖2b)。斜長石呈他形粒狀(0.15 mm),發(fā)育聚片雙晶。角閃石結(jié)晶程度高,呈長柱狀,粒徑0.08 mm×0.3 mm,發(fā)育兩組完全解理。次要礦物為磁鐵礦和磷灰石等。

樣品CL 139(石英二長閃長巖):N 38°26.263′;E 90°9.153′;H 3217 m。巖石風(fēng)化面灰—灰綠色,新鮮面灰黑色。主要礦物為斜長石(65%)、鉀長石(10%)、角閃石(10%)和石英(5%),少量微斜長石(<5%),副礦物主要為鋯石和磷灰石(圖2c)。石英多呈他形粒狀(0.4～0.7 mm)。斜長石呈不規(guī)則半自形板狀、粒狀,發(fā)育聚片雙晶。鉀長石他形粒狀(1 mm)。微斜長石呈他形粒狀(1～2 mm),發(fā)育格子雙晶。角閃石結(jié)晶較好,沿斜長石裂隙發(fā)育。

樣品CL 138(石英閃長巖):N 38°26.12′;E 90°9.183′;H 3296 m。巖石風(fēng)化面灰綠色,新鮮面灰黑色。主要礦物為石英(5%)、斜長石(70%)、角閃石(15%)和微斜長石(<5%),副礦物主要為鈦鐵礦、磁鐵礦和磷灰石(圖2d)。石英多呈不規(guī)則他形粒狀(0.3～0.8 mm)。斜長石呈半自形板狀、粒狀,發(fā)育聚片雙晶。角閃石多呈不規(guī)則粒狀或柱狀,少量結(jié)晶較好,呈短柱狀(0.05 mm×0.1 mm)。微斜長石呈他形粒狀(0.4 mm),發(fā)育格子雙晶。

3 分析方法

3.1 地球化學(xué)全分析

地球化學(xué)全分析在中國地質(zhì)科學(xué)院國家地質(zhì)實驗測試中心完成。氧化物分析利用 X 熒光光譜儀(儀器型號3080E),Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、K2O、CaO、TiO2、MnO、Fe2O3、FeO的標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)GB/T14506.28-1993;H2O+的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T14506.2-1993;CO2的標(biāo)準(zhǔn)為GB 9835-1988;LOI的標(biāo)準(zhǔn)為LY/T1253-1999;稀土元素和微量元素 Cu、Pb、Th、U、Hf、Ta、Sc、Cs、V、Co、Ni 利用等離子質(zhì)譜測試,執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為 DZ/T0223-2001;Sr、Ba、Zn、Rb、Nb、Zr、Ga 利用 X 熒光光譜儀測試,執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為JY/T016-1996。結(jié)果見表1。

表1 茫崖閃長巖主量元素(%)和微量元素(×10-6)分析結(jié)果表

3.2 鋯石U-Pb測年

鋯石U-Pb年代學(xué)測試在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所大陸構(gòu)造與動力學(xué)實驗室完成。LA-ICP-MS為Neptune Plus型多接收等離子體質(zhì)譜儀;LA-MC-ICP-MS為GeoLasPro193 nm;剝蝕物質(zhì)的載氣為氦氣;束斑直徑為32 μm;能量密度為10 J/cm2;頻率為8 Hz;氣體背景采集時間為4 s;信號采集時間為23 s;標(biāo)樣選擇鋯石標(biāo)樣91500,調(diào)試儀器達(dá)到最大靈敏度、最小氧化物產(chǎn)率(ThO+/Th+<2%)和最低的背景值;利用輔助標(biāo)樣GJ-1驗證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性;每測5～10件樣品,測定一組標(biāo)樣;利用ICPMS DataCal和Isoplot處理數(shù)據(jù);年齡計算過程以91500 為外標(biāo)進行同位素比值校正。結(jié)果如表2。

表2 茫崖閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)分析結(jié)果表

3.3 鋯石Hf同位素

鋯石Hf同位素分析在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所大陸構(gòu)造與動力學(xué)實驗室完成。儀器型號為Neptunep Plus多接收等離子質(zhì)譜和Compex Pro193 nm激光剝蝕系統(tǒng);剝蝕物質(zhì)的載氣為氦氣;剝蝕直徑為44 μm;測定過程的參考物質(zhì)為鋯石標(biāo)樣GJ-1;GJ-1在分析過程中的n(176Hf)/n(177Hf)測試加權(quán)平均值為0.282007±0.000025 (2σ),計算Lu衰變常數(shù)時采用的初始n(176Hf)/n(177Hf)值為1.865×10-11×a-1;計算εHf(t)時采用的球粒隕石Hf同位素值為n(176Lu)/n(177Hf)=0.0336和n(176Hf)/n(177Hf)=0.282785。結(jié)果如表3。

表3 茫崖石英二長巖Lu-Hf同位素分析結(jié)果表

4 分析結(jié)果

4.1 全巖地球化學(xué)

4.1.1主量元素

茫崖閃長巖的SiO2含量為44.79%～64.16%;K2O+Na2O=3.15%～6.79%;K2O/Na2O=0.54～2.01;Fe2O3/FeO=0.20～0.74;A/CNK=0.75～1.15(表1)。在A/CNK—A/NK圖解中,樣品分布于鋁質(zhì)—弱過鋁質(zhì)范圍(圖3a)。在硅堿圖中,樣品主要分布于高鉀鈣堿性系列和鉀玄巖系列范圍,少量分布在中鉀鈣堿性系列范圍(圖3b)。

4.1.2微量元素

根據(jù)樣品的稀土配分型式,茫崖閃長巖可以分為三組:第一組無Eu異常(圖4b)、第二組顯示弱Eu負(fù)異常(圖4d)、第三組顯示Eu正異常(圖4f)。第一組樣品虧損Ba、Nb、Ta、Ti、P、Sr等元素,富集Rb和LREEs(圖4a)。第二組樣品顯示Ba、Nb、Ta、Ti和Sr弱負(fù)異常,富集LREEs(圖4c)。第三組樣品的微量元素蛛網(wǎng)圖變化較大,整體虧損Ba、Nb、Ta、Ti、P等元素,富集LREEs,其中樣品CL143-1和CL128富集Sr(圖4e)。三組樣品LREE/HREE為7.48～10.58,LaN/YbN為10.23～14.53(表1),表明輕重稀土分餾較強烈。茫崖閃長巖的稀土配分型式較為相似,Eu異常的差異是不同巖漿結(jié)晶過程造成的,微量元素蛛網(wǎng)圖變化較大,微量元素特征與俯沖相關(guān)島弧巖漿巖的地球化學(xué)特征相似。

4.2 鋯石U-Pb年代學(xué)

筆者等選擇樣品CL140、CL128、CL125、CL139、CL143-1和CL119-2進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年,分析結(jié)果見表2。

鎂鐵質(zhì)熔體結(jié)晶形成的鋯石比長英質(zhì)熔體具有更高的Th/U值(分別為1∶3和1∶7)(Kirkland et al.2015)。高溫變質(zhì)作用與巖漿作用形成的鋯石具有相似的化學(xué)組分,Th/U值是區(qū)別二者的唯一化學(xué)特征(分別為<0.07和>0.14)。茫崖閃長巖樣品中的鋯石多呈短柱狀—長柱狀,具有清晰的振蕩環(huán)帶(圖5),Th/U值介于0.15～1.91之間,因此,樣品中的鋯石顯示巖漿成因特征。

圖5 茫崖閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖

樣品CL140(閃長巖)測定了40顆鋯石,Th含量為38×10-6～2149×10-6,U含量為99×10-6～5496×10-6,Th/U值為0.14～2.42。除去偏離諧和線較遠(yuǎn)的測點,其余27個測點的加權(quán)平均年齡為493.9±3.5 Ma,代表樣品的結(jié)晶年齡(圖5a)。

樣品CL128(閃長巖)測定了40顆鋯石,Th含量為39×10-6～1588×10-6,U含量為64×10-6～3682×10-6,Th/U值為0.13～1.71。除去偏離諧和線較遠(yuǎn)的測點,其余23個測點的加權(quán)平均年齡為483.7±3.2 Ma,代表樣品的結(jié)晶年齡(圖5b)。

樣品CL125(角閃閃長巖)測定了40顆鋯石,Th含量為227×10-6～2413×10-6,U含量為391×10-6～2006×10-6,Th/U值為0.30～1.20。除去偏離諧和線較遠(yuǎn)的測點,其余22個測點的加權(quán)平均年齡為480.8±3.2 Ma,代表樣品的結(jié)晶年齡(圖5c)。

樣品CL143-1(角閃閃長巖)測定了30顆鋯石,Th含量為36×10-6～1044×10-6,U含量為67×10-6～723×10-6,Th/U值為0.45～1.10。除去偏離諧和線較遠(yuǎn)的測點,其余21個測點的加權(quán)平均年齡為474.9±2.6 Ma,代表樣品的結(jié)晶年齡(圖5e)。

樣品CL119-2(角閃閃長巖)測定了30顆鋯石,Th含量為95×10-6～1938×10-6,U含量為760×10-6～4882×10-6,Th/U值為0.05～1.02。除去偏離諧和線較遠(yuǎn)的測點,其余20個測點的加權(quán)平均年齡為461.3±3.6 Ma,代表樣品的結(jié)晶年齡(圖5f)。

樣品CL139(石英二長閃長巖)測定了30顆鋯石,Th含量為124×10-6～1222×10-6,U含量為412×10-6～1568×10-6,Th/U值為0.17～1.46。除去偏離諧和線較遠(yuǎn)的測點,其余21個測點的加權(quán)平均年齡為469.7±3.2 Ma,代表樣品的結(jié)晶年齡(圖5d)。

4.3 鋯石Lu—Hf同位素

在鋯石U-Pb年代學(xué)測試的基礎(chǔ)上,筆者等對樣品CL140、CL128、CL125、CL143-1、CL138、CL139和CL119-2進行鋯石Lu—Hf同位素分析,分析結(jié)果見表3,Hf同位素演化見圖6。

圖6 茫崖閃長巖Hf同位素演化圖(文獻數(shù)據(jù)參考吳才來等,2014;康磊,2015;康磊等,2016;徐楠等,2018,2020;Xu Nan et al.,2020)

樣品CL140(閃長巖)和CL125(角閃閃長巖)的εHf(t)全部為正值(0.37～3.65),tDM2為1426～1214 Ma。樣品CL128(閃長巖)、CL143-1(角閃閃長巖)、CL138(石英閃長巖)和CL139(石英二長閃長巖)的εHf(t)以正值為主(0.01～3.05),tDM2為1453～1254 Ma,少量負(fù)值εHf(t)的變化范圍為-0.67～-0.05,tDM2為1498～1447 Ma。樣品CL119-2(角閃閃長巖)的εHf(t)以負(fù)值為主(-2.02～-0.11),tDM2為1596 Ma～1448 Ma,少量εHf(t)正值的變化范圍為0.27～2.64,tDM2為1424～1408 Ma)。

5 討論

5.1 巖石成因

島弧是俯沖相關(guān)的板片熔融形成的硅質(zhì)熔體與洋殼脫水釋放的流體共同作用于地幔楔和地殼,使其發(fā)生熔融形成的洋內(nèi)弧前玄武巖家族與鈣堿性火成巖組合。由于地幔楔橄欖巖與洋中脊橄欖巖都虧損活動性元素(或比后者更為虧損),而俯沖板片的流體可以攜帶大量LILE,但對HFSE攜帶能力較弱,因而一般認(rèn)為島弧巖漿巖的高LILE/HFSE值源自俯沖板片的流體交代(Elliott et al,1997; Manning,2004)。因此,俯沖帶島弧巖漿作用是蝕變的洋殼玄武巖及其上覆沉積物在俯沖至榴輝巖相的過程中的脫水流體與熔融產(chǎn)生的硅質(zhì)熔體由俯沖帶上升進入地幔楔,導(dǎo)致地幔楔發(fā)生熔融和交代作用形成的(Winter,2014),而俯沖洋殼由于釋放大量富水流體而強烈虧損活動性元素。茫崖閃長巖虧損Nb、Ta、Ti、P、Th、U、HREEs等高場強元素和Ba、Sr等大離子親石元素,富集Rb等大離子親石元素及輕稀土元素,顯示與俯沖相關(guān)島弧巖漿巖相似的地球化學(xué)特征(圖7c和d,McCulloch and Gamble,1991)。

圖7 茫崖閃長巖Ta/Yb與Ce/Yb關(guān)系圖(a);Ta/Yb與Th/Yb關(guān)系圖(b);Sr—Y圖解(c);(La/Yb)N—YbN圖解(d)

中性火成巖是島弧/大陸弧巖漿作用的主要產(chǎn)物,其成因包括幔源巖漿分異、殼源巖石的部分熔融或殼源—幔源巖漿的混合(Bachmann and Huber,2016)。茫崖閃長巖的Zr/Hf值(33.76～42.83)與地殼平均值(≈37)接近;Nd/Th值(0.49～5.62)與上地殼平均值(≈3)接近;Sm/Nd值(0.17～0.21)接近地殼初始值(≈0.208)及殼源花崗巖(0.10～0.31)(表1)(Collins et al.,1982;Gao Shan et al.,1998),顯示殼源物源的特征。樣品CL128、CL143和CL119-2的Nb/U值(1.01～7.69)接近上地殼平均值(≈9),CL138(32)介于下地殼(≈25)和OIB/MORB(47±10)之間,CL140、CL125和CL139(9.15～17.99)介于上地殼和下地殼之間(Taylor and McLennan,1985)。樣品的Th/U值(3.51～14.18)高于上地殼平均值(≈4.2);Cr(44.7×10-6～197.1×10-6)和Ni(28.2×10-6～171.3×10-6)含量介于原始地幔巖漿(Cr>400×10-6,Ni>235×10-6,Sun and McDonough,1989)和大陸上地殼(Cr=35×10-6,Ni=25×10-6,Rudnick and Gao,2003)之間;同時,樣品CL140和CL143的Rb/Sr值(0.08～0.10)與上地幔(0.06～0.10)一致,其余樣品(0.12～0.57)介于地殼(35)和上地幔之間(Taylor and McLennan,1985);Nb/Ta值(15.16～22.87)接近地幔平均值(≈17.5),表明茫崖閃長巖的物源可能有幔源物質(zhì)的參與。同時,樣品的Mg#值(41.03～69.99)指示其巖漿源區(qū)可能有幔源物質(zhì)(Mg#>40)的參與(Rapp and Watson,1995)。在圖8a和b中,樣品基本都靠近下地殼范圍和變質(zhì)中基性巖部分熔融區(qū)域。因此,茫崖閃長巖的源區(qū)可能來自下地殼,同時有幔源巖漿的參與。

茫崖閃長巖的εHf(t)以正值為主,包括少量負(fù)值(圖6),物源以中元古代(1453～1254 Ma)新生地殼物質(zhì)為主,混合少量的中元古代(1496～1447 Ma)古老地殼物質(zhì)。樣品的tDM2與南阿爾金長沙溝花崗巖(497 Ma,1659～1437 Ma,少量1342～1020 Ma,孫吉明等,2012;康磊,2015)和茫崖石英二長巖(510～494 Ma,1684～1473 Ma,少量1416～1363 Ma,Xu Nan et al.,2020)接近。同時,樣品顯示鉀玄質(zhì)(shoshonitic)巖石的地球化學(xué)特征(圖7a和b),部分樣品具有高Sr/Y值等高鍶低釔質(zhì)(aidakitic)特征(圖7c和d),表明這些巖體可能與具有高鍶低釔質(zhì)特征的長沙溝花崗巖和茫崖鉀玄質(zhì)石英二長巖具有相似的巖漿源區(qū)。根據(jù)作者的前期研究成果,南阿爾金俯沖洋殼到達(dá)角閃巖相邊界時釋放大量水并上升進入地幔楔,誘導(dǎo)地幔楔橄欖巖發(fā)生角閃石化交代作用,隨著俯沖的進行,幔楔沿俯沖帶向下拖曳而溫度升高,角閃石化橄欖巖熔融形成的熔體在上升過程誘發(fā)上地殼物質(zhì)部分熔融,二者混合形成的母巖漿上升侵位過程隨著熔體的不斷演化形成了具有鉀玄巖特征的茫崖石英二長巖和具有高鍶低釔質(zhì)特征的長沙溝花崗閃長巖。因此,這些具有高Sr/Y值等高鍶低釔質(zhì)特征的茫崖閃長巖可能是洋殼俯沖過程交代地幔形成的熔體底侵下地殼的產(chǎn)物。在圖8 c和d中,樣品落在角閃巖派生的巖漿和變玄武巖熔體范圍,玄武巖派生巖漿的比例介于30%～90%和70%～90%之間(圖8e和f),整體高于長沙溝花崗巖(10%～90%)和茫崖石英二長巖(20%～80%),且后者的εHf(t) 以負(fù)值為主,混合少量正值。樣品的地球化學(xué)和Hf同位素特征的差異可能指示著該區(qū)在494 Ma發(fā)生了幔源巖漿底侵作用,下地殼熔融形成的熔體和幔源熔體形成的混合巖漿補給早期巖漿房,混合巖漿上升侵位形成了茫崖閃長巖。

吳才來等(2014)報道的兩個閃長巖巖體(469 Ma)的εHf(t)變化范圍很大,其中一個巖體的εHf(t)主要為正值(1.0～11.4,tDM2=1451～1107 Ma),包括少量負(fù)值(-4.7～-0.9,tDM2=1744～1422 Ma),另一個巖體的εHf(t)主要為負(fù)值(-5.8～-0.2,tDM2=1813～1460 Ma,少量正值0.6～1.9,tDM2=1406～1373 Ma)。兩個巖體與鉀玄質(zhì)巖石的地球化學(xué)特征相符(Al2O3=14%～19%,TiO2<1.3%,K2O+Na2O>5%,當(dāng)SiO2含量為50%和55%時,K2O/Na2O分別大于0.6和1.0,Müller and Groves,1995),其地球化學(xué)特征、εHf(t)(圖6)和二階段模式年齡與茫崖鉀玄質(zhì)石英二長巖相似(-3.51～-0.08,tDM2=1684～1473 Ma,少量正值介于0.04～1.69,tDM2=1466～1363 Ma)(Xu Nan et al.,2020),表明兩期花崗巖具有相似的巖漿源區(qū)。兩個閃長巖巖體的Mg#=42.6～45.5,指示著母巖漿有幔源巖漿的參與。因此,這些巖體的巖石成因和巖漿源區(qū)可能與筆者等研究的茫崖閃長巖相似。吳才來等(2016)報道的茫崖花崗巖(466 Ma)的εHf(t)值相對集中,且全部為正值(0.6～3.6,tDM2=1364～1191 Ma),Mg#=41.86,該巖體的鋯石Hf同位素特征與筆者等研究的閃長巖相似,同樣具有鉀玄質(zhì)巖石的地球化學(xué)特征(圖7a、b),然而,其母巖漿受到玄武巖派生的巖漿的影響較小(20%,圖8e),且樣品分布于變質(zhì)雜砂巖范圍(圖8b、c、d和f),可能是由于隨著早期上涌的幔源巖漿的不斷消耗,殼源熔體逐漸占主導(dǎo)地位,導(dǎo)致幔源巖漿的比例減少?？道诘?2016)報道的茫崖二長花崗巖(472 Ma)的εHf(t)值比較集中,正值和負(fù)值相當(dāng)(-2.28～-0.06,tDM2=1371～1259 Ma和0.14～1.86,tDM2=1246～1162 Ma),微量元素蛛網(wǎng)圖和稀土元素配分型式圖與茫崖鉀玄質(zhì)石英二長巖相似(Xu Nan et al.,2020),且地球化學(xué)特征與鉀玄質(zhì)巖石相符(圖7a和b),但具有較高的SiO2含量(74.33%～76.52%)。該巖體全部落在上地殼(圖8a)和變質(zhì)雜砂巖(圖8b、c和d)范圍,Mg#=27.89～34.07,指示其源自上地殼,可能未受到幔源巖漿的影響。在圖9a和b中,樣品主要分布在火山弧花崗巖和大洋島弧范圍。以上特征指示著該巖體屬于大陸板內(nèi)高硅鉀玄質(zhì)巖石,而該類巖石常與軟流圈地幔上涌和巖石圈伸展減薄有關(guān)(Müller and Groves,1995;賈小輝等,2017)。南阿爾金HP—UHP變質(zhì)巖榴輝巖相峰期變質(zhì)年齡(500～490 Ma,張建新等,1999;劉良等,2005;Dong Jie et al.,2020; Gai Yongsheng et al.,2022a,b)指示著造山帶在490 Ma以后進入陸陸碰撞的擠壓環(huán)境。472 Ma花崗巖可能是深俯沖陸殼斷離后折返作用導(dǎo)致造山帶處于相對伸展的環(huán)境,同時伴隨大規(guī)模幔源熔體上涌,造成上地殼物質(zhì)熔融,形成的熔體上升侵位形成了這一期花崗巖。

圖9 茫崖閃長巖Rb/30—Hf—Ta×3圖解(a)(底圖據(jù)鄧晉福等,2017);Ta/Yb—Th/Yb圖解(b)(據(jù)Gorton &Schandl,2000);R1—R2判別圖(c)(據(jù)Batchelor &Bowden,1985);Rb—(Y+Nb)判別圖(d)(據(jù)Pearce et al.,1984)

因此,南阿爾金洋在>500 Ma俯沖過程,俯沖板片脫水釋放的大量流體上升進入地幔楔,導(dǎo)致地幔楔發(fā)生交代作用和熔融,形成的幔源巖漿的底侵作用導(dǎo)致下地殼熔融,形成的混合巖漿上升侵位在中—下地殼形成巖漿房,形成了南阿爾金≈500 Ma花崗巖(Xu Nan et al.,2020)。隨著造山帶構(gòu)造演化,深俯沖板片斷離及折返過程伴隨大規(guī)模幔源巖漿上涌,幔源巖漿的底侵作用導(dǎo)致下地殼熔融,形成的混合巖漿補給早期形成的巖漿房,形成了筆者等研究的茫崖閃長巖及吳才來等(2016)研究的花崗巖。斷離板片折返作用,導(dǎo)致上地殼減壓熔融,形成了康磊等(2016)研究的大陸板內(nèi)高硅鉀玄質(zhì)花二長花崗巖。

5.2 構(gòu)造環(huán)境

現(xiàn)有研究表明,南阿爾金造山帶在早古生代經(jīng)歷了洋殼俯沖、陸殼深俯沖及折返等地質(zhì)過程。南阿爾金蛇綠混雜巖帶中具有蛇綠巖性質(zhì)的變基性火山巖(481±53 Ma,劉良等,1998)、鎂鐵超鎂鐵巖(501 Ma,李向民等,2009)和輝石橄欖巖(511 Ma,郭金城等,2014)指示著“南阿爾金洋”在>511 Ma已經(jīng)開始俯沖。茫崖494～460 Ma閃長巖具有島弧火成巖的地球化學(xué)屬性,指示著造山帶在早古生代存在洋殼俯沖。俯沖帶火成巖的地球化學(xué)屬性可以反映地幔楔、洋殼、沉積巖及俯沖形成的流體等不同源區(qū)的貢獻(Bartoli et al.,2013)。俯沖板片脫水形成的流體進入地幔楔后導(dǎo)致地幔楔發(fā)生交代作用,從而導(dǎo)致與弧相關(guān)的火成巖具有更高的LREE/HFSE和LILE/HFSE值(Hawkesworth et al.,1997)。一般來說,HFSE和HREE不易受到俯沖過程流體活動的影響,而LILE和LREE活動性較強,常通過熔融或脫水作用進入俯沖過程形成的熔體中(Pearce and Peate,1995)。然而,Th在弧環(huán)境中的活動性較強,并且與弧巖漿中的Ta關(guān)系密切,從而導(dǎo)致與弧相關(guān)的火成巖中Th/Ta值隨弧成分的增加而增加,因此,其Th/Ta值比板內(nèi)火成巖更高(Hawkesworth et al.,1997)。茫崖閃長巖的Th/Ta值(7～24)與活動大陸邊緣一致(6～20,Gorton et al.,2000),而康磊等(2016)研究的二長花崗巖(472 Ma)的Th/Ta值(40～53)與大洋島弧一致(>20～90,Gorton et al.,2000)。在圖9b中,樣品主要落在大洋島弧和活動大陸邊緣范圍,指示著巖漿活動的構(gòu)造環(huán)境從大洋島弧向活動大陸邊緣過渡。

如上文所述,494～467 Ma火成巖的巖石成因表明該區(qū)下地殼經(jīng)歷了大規(guī)模幔源熔體的底侵作用。南阿爾金HP—UHP變質(zhì)帶榴輝巖相峰期變質(zhì)年齡(504～475 Ma)代表陸殼深俯沖的時代(Liu Liang et al.,2012)。因此,大規(guī)模幔源巖漿的上涌可能是深俯沖陸殼斷離及折返作用的產(chǎn)物。在圖9c中,樣品基本上全部落在板塊俯沖/碰撞前范圍,472 Ma花崗巖分布在同碰撞花崗巖范圍(圖9d),表明南阿爾金造山帶在494 Ma之后可能已經(jīng)進入陸—陸碰撞階段。472 Ma鉀玄質(zhì)花崗巖顯示與同期花崗巖不同的地球化學(xué)特征和巖石成因,卻具有相似的二階段模式年齡,表明二者具有相似的物質(zhì)來源,但前者顯示上地殼的源區(qū)特征,而后者形成于中—下地殼,可能是深俯沖陸殼斷離后折返導(dǎo)致造山帶抬升,中—下地殼物質(zhì)被抬升至上地殼,同時柴達(dá)木地塊與南阿爾金陸塊發(fā)生陸—陸碰撞(Wu Cailai et al.,2018),上地殼減壓熔融形成了472 Ma花崗巖的母巖漿。因此,南阿爾金造山帶在494～467 Ma可能處于深俯沖陸塊斷離后折返階段,南阿爾金494～461 Ma花崗巖是造山帶深俯沖陸殼斷離及折返作用的巖石學(xué)響應(yīng)。

6 結(jié)論

(1)茫崖閃長巖的鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡為494～461 Ma,εHf(t)以正值為主(0.01～3.90),包含少量負(fù)值(-0.67～-0.03),物質(zhì)來源主要為中元古代(1453～1254 Ma)新生地殼物質(zhì),混合少量的中元古代(1496～1447 Ma)古老地殼物質(zhì)。

(2)茫崖閃長巖是幔源巖漿的底侵作用導(dǎo)致下地殼熔融,形成的熔體與幔源熔體補給早期形成的巖漿房,混合巖漿上升侵位的產(chǎn)物。

(3)南阿爾金造山帶在500～490 Ma可能已進入深俯沖陸殼斷離后折返階段,茫崖閃長巖是深俯沖陸殼斷離后折返的巖漿活動響應(yīng)。

致謝：感謝審稿專家和責(zé)任編輯的寶貴意見和建議!