新疆東天山色爾特能蛇綠巖地球化學特征及構造環境分析

摘" "要：色爾特能蛇綠巖位于大南湖島弧西段，康古爾斷裂北側，由純橄巖-輝橄巖-橄輝巖-輝石巖和輝長巖組成。色爾特能蛇綠巖中輝長巖為鈣堿性-低鉀拉斑系列，稀土元素配分曲線略呈左傾，重稀土較輕稀土輕微富集，與N-MORB特征相似。Eu正異常明顯，富集Rb，Ba，Sr，U，Nb，虧損高場強元素Th、Ta，為地幔尖晶石二輝橄欖巖部分熔融的產物，部分熔融程度為10%～15%。色爾特能-康古爾南蛇綠巖屬MORB型蛇綠巖，形成時間為晚寒武—早奧陶世，構造侵位時間為晚石炭世之前。

關鍵詞：蛇綠巖；輝長巖；洋中脊；色爾特能；東天山

東天山是中亞增生型造山帶的重要組成部分（圖1-a）[1-3]，古亞洲洋從誕生到消亡，期間形成了錯綜復雜的古生代弧盆體系[4-6]（圖1-b），該背景下聚集了豐富的礦產資源，相繼取得了一系列銅、鎳、金、鐵、鉛鋅等找礦勘查新突破[2]。東天山構造演化與古亞洲洋形成、演化緊密相關，關于這一區域地質演化，究竟是受單一洋盆的開合作用還是多個洋盆的共同影響，目前地學界尚未達成一致意見。同樣，關于古洋盆的俯沖方向、形成和封閉的時間界定，以及最終縫合線的具體位置等問題，也存在廣泛爭議和討論。康古爾斷裂是東天山地區重要的控巖控礦構造[7]，沿該斷裂帶斷續分布有康南蛇綠巖、恰特尕力蛇綠巖和色爾特能蛇綠巖三大蛇綠巖塊（圖1）[8-12]，其成因類型還存在MORB型（緩慢擴張的洋中脊）和BAB型（弧后盆地）的爭論[9，11，12]。

本文在野外調查的基礎上，對色爾特能蛇綠巖塊中的輝長巖進行巖石學和地球化學分析，旨在探討蛇綠巖的類型和形成環境，為東天山地區構造演化提供科學依據。

1" 地質背景

色爾特能蛇綠巖位于大南湖島弧帶西段，康古爾斷裂北側（圖1-b）[2-3]。與下石炭統小熱泉子組為斷層接觸[13]，被石炭紀閃長巖和花崗巖侵入（圖2）。蛇綠巖套由多種巖石類型構成，為一套鎂鐵質-超鎂鐵質巖組合，巖性為墨綠色蛇紋巖、棕黑色純橄巖、灰綠色輝石橄欖巖、灰黑色橄欖輝石巖、二輝輝石巖及灰綠色輝長巖，超鎂鐵質巖多發生蛇紋石化，鎂鐵質巖多發生陽起石化。與圍巖為斷層接觸。據光薄片鑒定結果，巖石中見鉻鐵礦、鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦、針鎳礦和紫硫鎳礦等金屬礦物。該區域已經發現了一條2 m×1 m的鉻鐵礦體，呈豆莢狀，其走向與構造線大致平行，圍巖為純橄欖巖（圖3），圍巖蝕變為碳酸巖化、蛇紋石化和綠泥石化。礦石結構多樣，包括粒狀、斑狀壓碎、定向壓碎、網絡和交代殘余結構，塊狀構造。礦石中的金屬礦物以鉻尖晶石為主，脈石礦物主要為綠泥石。

2" 巖石學特征

色爾特能蛇綠巖中發育6個輝長巖塊，呈透鏡狀，東西長0.6～3.0 km，南北寬0.2～0.6 km，總面積約 2 km2，多呈負地形產出，其上部發育第四系沖洪積物淺覆蓋層。輝長巖呈灰綠-淺灰綠色，中細粒結構、塊狀構造。主要礦物組成為斜長石（60%～70%）和輝石（30%～40%）（圖4）。斜長石呈自形-半自形柱狀，粒徑0.34～1.58 mm，經歷了絹云母化和沸石化等蝕變作用，大部分已僅剩外部輪廓。輝石呈自形-半自形柱狀，粒徑0.26～1.68 mm，常見閃石化，主要由普通輝石組成，并發生了陽起石化和纖閃石化。斜長石中常見嵌晶現象。含少量褐鐵礦，顯微自形粒狀，粒徑為0.01～0.04 mm，通常以團塊狀形式分布。巖石局部發生破碎，形成裂隙，由葡萄石細脈充填，脈寬0.02～0.82 mm，含白鈦礦。

3" 巖石地球化學特征

輝長巖樣品的主微量元素分析在北京燕都中實測試技術有限公司完成。通常元素含量越高，分析相對誤差越小，結果越精確。主量元素利用XRF-PW4 400型X射線熒光光譜儀進行測試，其分析精度2%～8%。微量元素采用ICPMS-PE3 000型等離子質譜儀進行分析，元素含量超過10×10-6，分析精度為10%，元素含量低于10×10-6，分析精度則下降至5%（表1）。

3.1" 主量元素

輝長巖SiO2含量47.64%～52.26%，平均49.95%；TiO2含量0.23%～0.26%，平均0.25%；Na2O含量2.77%～3.16%，平均2.97%；K2O含量0.12%～1.15%，平均0.64%；Al2O3含量15.80%～21.87%，平均18.84%；MgO含量6.48%～8.82%，平均7.65%；CaO含量12.24%～12.43%，平均12.34%；TFeO含量6.19%～9.13%，平均7.66%。屬鈣堿性系列、低鉀拉斑系列（圖5）。

3.2" 稀土與微量元素

輝長巖稀土元素總量低，含量變化不大，稀土總量∑REE=12.88×10-6～17.57×10-6，輕稀土含量∑LREE=3.85×10-6～5.28×10-6，重稀土含量∑HREE=9.03×10-6～12.29×10-6，LREE/HREE為0.426～0.430，（La/Yb）N=0.49～0.53，輕重稀土分異不明顯。δEu=1.55～ 1.77，正異常明顯，表明發生了斜長石分離結晶作用。稀土元素配分曲線具N-MORB特征（圖6-a），較平緩，略呈左傾型。富集大離子親石元素Rb，Ba，Sr和高場強元素U，Nb，虧損高場強元素Th，Ta（圖6-b）。

4" 討論

4.1" 地幔源區和部分熔融程度

色爾特能輝長巖展示了典型的輝長巖結構特征（圖4），其中斜長石含量較高，且在結晶過程中先于輝石形成。同時，巖石中角閃石、綠泥石等他形含水蝕變礦物相對較少，指示基性巖漿具較低的水含量[14-15]。其MgO含量平均7.65%，Mg#平均64.14，低于最原始MORB熔體含量（MgO約為10.5%，Mg#＞72）[16]（圖5），高于BABB平均值（分別為6.68%和54.89）[17]，與全球N-MORB平均值（分別為7.665和57.50）[17]接近，暗示輝長巖為虧損地幔橄欖巖的部分熔融產物。Eu異負常與斜長石分離結晶相關[18]，而色爾特能輝長巖表現出強烈的Eu正異常，輝長巖成因并非源自石榴石或尖晶石二輝橄欖巖的部分熔融，并經歷了分離結晶過程，而更可能是來源于較虧損的方輝橄欖巖的部分熔融。稀土元素的配分曲線與N型洋中脊玄武巖（N-MORB）非常相似，尤其是重稀土元素（HREE）含量顯著低于N-MORB（圖6-a）。輝長巖元素含量及相關曲線特征顯示出與西南印度洋中脊玄武巖及高鋁玄武巖相似[19]，這可能意味著輝長巖的源區為虧損地幔，其形成受到了地幔部分熔融過程的控制。

一般來說，巖石SiO2和MgO含量較穩定，受二輝橄欖巖源區成分影響較小，其中SiO2的含量主要受壓力條件影響，而MgO含量主要受溫度控制。另一方面，TFeO、Al2O3和CaO含量更多地受部分熔融程度和源區地幔成分影響[14]。輝長巖SiO2平均含量為49.95%，這與全球N型洋中脊玄武巖（N-MORB）的平均值（50.47%）非常相似[14]。全球范圍內的BABB（板內玄武巖）和N-MORB的CaO/Al2O3平均比值分別為0.72和0.77，TFeO平均含量分別為9.88%和10.19%[17]。而色爾特能輝長巖的CaO/Al2O3平均值為0.67，TFeO含量為7.66%，與BABB和全球N-MORB的相應值相差不大。上述特征表明，輝長巖很可能形成于高壓且虧損的地幔源區。

當地幔巖石經歷部分熔融時，源區中不相容元素比例保持穩定，這可為了解地幔源區特性提供線索[20]。在部分熔融過程中，重稀土元素（HREE）傾向相容于石榴石，因此源自石榴石相源區的基性巖漿通常會比N型洋中脊玄武巖（N-MORB）顯示出HREE的虧損[21]。從圖5-a，b可看出，樣品分別位于N-MORB區域、地幔趨勢線上，表明輝長巖是由尖晶石二輝橄欖巖部分熔融形成，且部分熔融程度大約為10%～15%。

4.2" 構造環境

上世紀80年代末李文鉛等在康古爾塔格1∶20萬區調中發現了康南蛇綠巖[8]。90年代初姬金生、劉云從等在東天山康古爾塔格金礦帶地質與成礦研究中發現恰特尕力蛇綠巖。2006—2007年新疆地礦局第十一地質大隊余元軍等在覺羅塔格西段1∶5萬礦調中厘定色爾特能蛇綠巖[11]，至此，色爾特能-恰特尕力-康南三段蛇綠巖組成完整的蛇綠巖帶，該帶沿康古爾斷裂分布，長130 km，寬1～10 km。李文鉛等認為其為SSZ型，形成于邊緣海盆地[9-10]；郭新成和余元軍認為產出環境為洋中脊（MORB）[11-12]，而非弧后盆地（BAB）。基性巖微量元素地球化學系列圖解可用于判別蛇綠巖的構造環境[21-24]，追溯古洋盆構造演化過程[25]。從圖6-a中可看出，樣品位于N-MORB區。從圖6-b中可看出，樣品位于MORB區。從圖7可看出，樣品位于洋中脊-洋島玄武巖區域和板片離散板內環境區域。綜合分析認為，色爾特能蛇綠巖為MORB型，屬洋中脊產物，為康古爾洋的殘跡。

4.3" 形成與構造侵位時代

蛇綠巖時代涉及兩個重要的方面：一是形成年代，二是就位年齡。前者主要依靠同位素測年結果，后者主要依據與其他地質體間的接觸關系。恰特尕力蛇綠巖中輝長巖鋯石U-Pb年齡（494±10） Ma [10]，說明蛇綠巖形成時代為晚寒武—早奧陶世。野外地質調查發現，晚石炭世花崗巖、閃長巖侵入至色爾特能蛇綠巖、恰特尕力蛇綠巖中，下二疊統恰特卡爾組中基性火山巖不整合覆蓋于恰特尕力蛇綠巖之上，表明色爾特能-康南蛇綠巖在晚石炭世之前已完成構造就位。

4.4" 演化過程探討

東天山地區的巖漿巖多數呈弧巖漿屬性。由北至南卡拉塔格亞帶到小熱泉子-土屋亞帶的巖石年代逐漸變新，該現象揭示了古洋殼向北俯沖的趨勢[3]。同樣，在阿奇山-雅滿蘇島弧帶中，石炭紀火山巖和侵入巖也顯示出弧巖漿特點，且從早石炭世到晚石炭世，巖石圈在由北向南的方向上顯著增厚，反映出古洋殼向南下俯沖的特性[27]。考慮到康古爾韌性剪切帶上康南-恰特尕力-色爾特能蛇綠巖的分布，可推斷古海洋盆地的存在。通過分析，認為在古生代，康古爾洋曾經向南北兩個方向發起雙向俯沖。

在北向地質歷史中，從奧陶紀到石炭紀，康古爾洋向準噶爾板塊之下俯沖，該過程造就了大南湖-頭蘇泉島弧帶。在奧陶紀至早泥盆世期間，卡拉塔格地區形成了島弧帶。中泥盆世到晚泥盆世，早期島弧與準噶爾板塊南部吐哈微陸塊發生碰撞[3]，隨后康古爾洋在早石炭世開始向南俯沖，形成了南北雙向俯沖的模式。早石炭世康古爾洋繼續向北俯沖，形成了石炭紀小熱泉子-土屋島弧，它疊加在先前的奧陶—泥盆紀島弧之上，與大南湖-頭蘇泉島弧帶共同構成了一個復合島弧帶。在南向地質過程中，石炭紀時期康古爾洋俯沖至中天山地塊下方，在其北緣形成了阿奇山-雅滿蘇大陸邊緣弧。到晚石炭世末期，康古爾古洋盆閉合，標志著這一弧盆體系的地質演化告一段落。二疊紀該區進入后碰撞板內環境[2，28-30]。

5" 結論

（1） 色爾特能輝長巖為鈣堿性-低鉀拉斑系列，稀土配分模式具N-MORB特征，略呈左傾，重稀土較輕稀土輕微富集，Eu正異常明顯。富集Rb，Ba，Sr，U，Nb，虧損高場強元素Th，Ta。源自尖晶石二輝橄欖巖的部分熔融，部分熔融程度為10%～15%。

（2） 色爾特能蛇綠巖類型為洋中脊型（MORB型），為洋中脊產物。

（3） 色爾特能-康南蛇綠巖帶形成時代為晚寒武-早奧陶世，構造就位時間為晚石炭之前，為康古爾洋的殘跡。

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Geochemical Characteristics and Tectonic Environment of the Ophiolite in

Seerteneng，in Eastern Tianshan，Xinjiang

Wang Cheng， Song Linshan， Liu Chao， Li Dahai

（Xinjiang Geological Survey Academy，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract： Seerteneng mafic-ultramafic rocks located in the the western segment of Dananhu island arc and northern part of Kangur suture zone has the composition of dunite，pyroxene peridotite，pyroxenite and gabbro.In order to investigate tectonic environment of the ophiolite，the petrology and geochemical studies to the gabbro were carried out in this paper.The gabbro are attributed to calc-alkalic series to low K tholeiite series.The chondrite-nomalized REE pattern shows a typical light rare earth depletion，heavy rare earth enrichment relatively，characteristics of N-MORB and Eu positive anomaly.The race element spider diagram indicates that gabbro is relatively rich in Rb、Ba、Sr、U、Nb， and depleted in Th、Ta，which may have been originated from 10%-15% partial melting of spinel lherzolite.The ophiolite belt from Seerteneng to the southern kangur belongs to MORB ophiolite， formed in the late Cambrian to lower Ordovician， accomplished the emplacement before late carboniferous.

Key words： Ophiolite; Gabbro; Mid-oceanic ridge; Seerteneng; Eastern Tianshan