新疆哈密市白山梁蛇綠構造混雜巖帶巖石地球化學特征及地質意義

馬金林

（新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第六地質大隊，新疆哈密839000）

構造混雜巖主要產于板塊的俯沖增生帶，其特征是在被普遍剪切的基質中的含有構造混入的碎塊或巖塊，其巖石類型特征，代表了洋板塊地層匯聚、俯沖、消亡的遺跡[1]。蛇綠巖套常具有“五位一體”的特征，其組分為橄欖巖（蛇紋巖）、堆晶輝石巖、輝長巖、輝綠巖以及枕狀玄武巖、放射蟲硅質巖等[2]。白山梁蛇綠混雜巖帶位于新疆哈密南部東天山地區，中天山地塊與北山古生代裂谷帶系結合部位（圖1）。1∶25萬雅滿蘇鎮幅（新疆維吾爾自治區地質調查院，2013）認為康古爾塔格—苦水蛇綠混雜巖帶為塔里木板塊與準噶爾板塊的縫合線，而紅柳河蛇綠巖帶僅為塔里木微板塊一個拗拉谷[3]。之后的1∶20萬區調工作將研究區白山梁蛇綠混雜巖劃為下二疊統紅柳河組地層。因此前人對白山梁蛇綠構造混雜巖的歸屬問題存在爭議。本文以新疆哈密市白山梁蛇綠混雜巖為研究對象，從巖相學及巖石地球化學等方面進行研究，探討巖石成因及形成環境。

圖1 研究區構造單元劃分圖

1 地質背景

研究區在區域上屬塔里木—南疆地層大區，中南天山—北山地層區。出露的地層有新太古界—古元古界的天湖巖群、長城系的塔水巖組、薊縣系的卡瓦布拉克巖群和大豁落山組、白山梁蛇綠混雜巖，寒武系的黃山組和西雙鷹山組、奧陶系的上白山組和羅雅楚山組、下二疊統的紅柳河組、中新統的苦泉組和早更新統的西域組。

新疆哈密市白山梁蛇綠構造混雜巖在區內出露總長約64km，最寬處約6.5km，最窄處1.2km，局部被第四紀不同類型沉積物覆蓋，整體呈北東—南西向帶狀展布。該蛇綠混雜巖帶的展布嚴格受北界紅柳河斷裂和南界蛇綠混雜帶南界斷裂控制。蛇綠巖巖塊主要為鎂鐵質堆晶巖、少量輝綠巖、具枕狀構造的玄武巖及紫紅色放射蟲硅質巖、碧玉巖等深海沉積物。

2 巖相學特征

白山梁混雜巖地質體主要由強變形的基質和大小不等的構造塊體組成。基質巖性主要為強片理化、糜棱巖化的各種動力變質巖構造巖塊。構造塊體巖石類型復雜，可分為變質基底殘塊、蛇綠巖巖塊、陸源碎屑巖巖塊、島弧火山巖巖塊四大類（表1），未見橄欖巖，為不完整的蛇綠巖，外來巖塊主要為基底殘塊和陸緣碎屑巖塊。變質基底殘塊主要為新太古界—古元古界天湖巖群變質巖；蛇綠巖組份包括枕狀玄武巖、輝長巖、硅質巖組成，有少量斜長花崗巖等，與圍巖均呈斷層接觸；陸源碎屑巖包括變質粉砂巖、變質長石巖屑砂巖等；島弧火山巖主要為淺灰黃色碎裂巖化片理化蝕變玄武安山巖、輝綠—紫紅色安山巖、安山質角礫熔巖、凝灰巖。由于受構造剪切的作用，各塊體巖石均破碎嚴重，普遍發育劈理，在各斷裂附近巖石最為破碎。

表1 白山梁蛇綠巖混雜巖物質組成一覽表

分析巖相學特征不難看出，不同構造階段、不同構造環境形成的各種地質體總體呈構造塊體、構造透鏡體形態堆垛、拼貼在一起產出；塊體或透鏡體之前間為斷層或韌性剪切帶等構造界面接觸，部分塊體之間為糜棱巖化基質充填或強變形基質分隔，平面上呈網結狀結構北東向展布。構造塊體內發育韌性變形、強片理化帶、旋轉碎斑、桿狀構造、斷層及褶皺等構造行跡，整體上以發育北東東向構造線韌性剪切帶為特征。

3 巖石地球化學特征

3.1 主量元素特征

3.1.1 輝長巖主量元素特征

輝長巖巖石化學分析結果均為基性侵入巖的巖石化學特征，考慮到白山梁地區巖石遭受強烈剪切變形作用及蝕變因素的影響，本次采用抗蝕變元素的Nb/YZr/Ti 圖解（圖2）為基性巖分類命名。投影結果為輝長巖落入玄武巖范疇，為基性巖石。經CIPW標準礦物計算，該巖石單元屬SiO2極度不飽和的正常系列，屬亞堿性巖系（太平洋型）。在硅—堿圖（圖3）上，該單元均落入亞堿性巖區域，與σ值劃分的巖石系列相同。采用SiO2-FeOt/MgO圖解（圖4）進行亞堿性巖石的鈣堿性與拉斑系列劃分，輝長巖樣品均落入鎂鐵堆積區域內。

圖2 白山梁蛇綠巖基性巖Nb/Y-Zr/Ti圖解（Pearce 根據Winchester-Floyd（1977）修改，1996）

圖3 白山梁蛇綠巖玄武巖硅—堿圖（after T.N Irvine et al.，1971）

圖4 白山梁蛇綠巖玄武巖SiO2-FeOt/MgO變異圖（after A.Miyashiro，1974）

3.1.2 鎂鐵質火山巖主量元素特征

白山梁蛇綠巖的鎂鐵質火山巖為玄武巖，SiO2平均含量48.80%，表明為基性巖石。與上述輝長巖相比，該巖石單元具有高的Na2O+K2O含量及FeOt值，以及相對偏低的Mg#值。在硅—堿圖（圖3）上，兩件玄武巖樣品均屬于屬于亞堿性巖，與硅—堿圖解判別結果一致。圖中樣品編號與表中樣品序號相對應（以下各圖同），且Na2O 大于K2O 含量，屬于鈉質類型（大西洋型）。對落入亞堿性巖范疇的四件樣品采用SiO2-FeOt/MgO 圖解（圖4）進行亞堿性巖石的鈣堿性與拉斑系列劃分，結果一件樣品（Ⅷ-7）落入拉斑玄武系列范疇，另一件樣品（Ⅷ-11）位于鈣堿性與拉斑系列的分界線上。在Al2O3-CaO-MgO圖解（圖5）上，兩件樣品均落入鎂鐵質堆積巖范圍內，顯示鎂鐵質堆積巖的特點。

圖5 白山梁蛇綠巖基性巖A-C-M圖解（Coleman，R.G.，1977）

3.2 稀土元素特征

3.2.1 輝長巖稀土元素特征

分析輝長巖稀土元素特征，∑REE 含量低于玄武巖平均含量，稀土元素配分圖上輝長巖位于玄武巖下方。從稀土元素球粒隕石標準化曲線圖（圖6）上可以看出，白山梁蛇綠巖中輝長巖稀土曲線為近似平坦型，具有大洋玄武巖的特點。除La、Eu、Ho 三個元素形成峰值外，其余元素含量變化不大，其中Eu 元素為正異常，與層狀輝長巖相似，表明殘余熔漿中有斜長石堆積。輕稀土分餾作用相對明顯，這與該樣品La 元素含量高有直接關系。表明重稀土（Gd-Lu）分餾作用不明顯，鈰具不同程度虧損。

圖6 輝長巖稀土元素C1球粒隕石標準化模式圖

3.2.2 鎂鐵質火山巖稀土元素特征

分析白山梁蛇綠巖稀土元素地球化學特征特征，其玄武巖稀土總量中等偏高，表明其為虧損型地幔或經高度部分熔融后的殘余地幔。輕、重稀土元素分異程度較差，輕稀土元素分餾度偏差，重稀土元素分餾度亦偏差，輕稀土元素較重稀土元素相對富集，銪顯示弱的負異常，但異常特征不明顯。鈰元素顯示弱正異常。巖石C1 球粒隕石標準化分布型式為微右傾輕稀土富集型的平緩曲線（圖7），與島弧拉斑玄武巖特征類似。

圖7 玄武巖稀土元素C1球粒隕石標準化模式圖

3.3 微量元素特征

3.3.1 輝長巖微量元素特征

分析白山梁蛇綠巖微量元素特征，從微量元素MORB 標準化蛛網圖（圖8）可以看出白山梁蛇綠巖中輝長巖除個別樣品（1023/1）外，其余樣品的大離子親石元素豐度均在MORB標準值以上，呈現正異常，Th元素形成大隆起。高場強元素豐度大多數在MORB標準值的0.1～1倍左右，曲線變化不大，反映其低鉀的特點，其中Nb、Ta豐度在MORB標準值附近，不具虧損，表明不屬于島弧玄武巖范疇。與Pearce（1982）大洋環境下不同構造環境中的玄武巖微量元素蛛網圖對比，白山梁蛇綠巖中輝長巖虧損K，強烈富集Th，表現出過渡型洋中脊玄武巖的特點。輝長巖樣品Ti*值表明此類巖石不具同化混染，也反映了地幔的富鈦性質。Sr*值遠遠大于1，且都反映了有斜長石參與的堆積巖的特征。

圖8 輝長巖微量元素MORB標準化蛛網圖

3.3.2 鎂鐵質火山巖微量元素特征

白山梁蛇綠巖中的玄武巖微量元素MORB標準化蛛網圖見圖9，從圖中可以看出，大離子親石元素Rb、Ba、K相對MORB 強烈富集，高場強元素呈現相對虧損的態勢，具有島弧拉斑玄武巖特征。

圖9 玄武巖微量元素MORB標準化蛛網圖

4 討論

白山梁蛇綠巖中玄武巖稀土元素和微量元素均顯示大洋玄武巖的特征。為進一步明確白山梁玄武巖構造屬性，分別采用了Pearce 等（1980）提出的Zr/Y-Zr 圖解和Ti-Zr圖解進行投圖判別。Zr/Y-Zr圖解投圖結果（圖10）顯示，所有玄武巖樣品都落在板內玄武巖（WPB）與洋中脊玄武巖（MORB）交界線附近的板內區域一側。

圖10 紅柳河蛇綠巖玄武巖Zr/Y-Zr圖解（after Pearce et al，1980）

紅柳河蛇綠巖形成于早古生代早期，收斂于志留紀，閉合于泥盆紀，是康古爾洋形成與演化的響應：在康古爾洋向北俯沖的過程中，準噶爾地塊南緣與塔里木板塊北緣形成南張北擠的局面，塔里木板塊處于伸展拉張（陸內裂谷）環境，隨著俯沖作用的加深，塔里木板塊進一步伸展拉張并在板塊內形成被陸塊圍限的有限洋盆（小洋盆），小洋盆洋殼在康古爾大洋的俯沖拖拽下迅速俯沖收斂，至志留紀，殘留洋盆基本消亡殆盡，中天山陸塊從塔里木板塊中分離，紅柳河蛇綠巖正是陸內殘留洋盆向中天山陸塊俯沖拉張的產物，其所代表的洋盆經歷了一個快速拉張—收斂—閉合的過程[4]。白山梁蛇綠巖形成環境與紅柳河蛇綠巖類似，形成于有限洋盆（小洋盆）環境而非典型大洋中脊，具有弧后擴張環境的特征，為與俯沖有關的SSZ型蛇綠巖。

5 結論

（1）分析新疆哈密市白山梁蛇綠混雜巖巖相學特征，可以看出不同構造階段、不同構造環境形成的各種地質體總體呈構造塊體、構造透鏡體形態堆垛、拼貼在一起產出，未見橄欖巖，為不完整的蛇綠巖。

（2）白山梁蛇綠巖中玄武巖稀土元素和微量元素特征均顯示大洋玄武巖的特征。

（3）白山梁蛇綠巖形成環境與紅柳河蛇綠巖類似，是紅柳河蛇綠巖向東延伸部位，其形成于有限洋盆（小洋盆）環境而非典型大洋中脊，具有弧后擴張環境的特征，為與俯沖有關的SSZ型蛇綠巖。