2

(1.山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590；2.波鴻魯爾大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院 地質(zhì)礦產(chǎn)地球物理研究所，德國 波鴻 44780)

侏羅紀和白堊紀期間，印度板塊和歐亞板塊匯聚，張鑫等[1]認為在匯聚期間至少發(fā)生兩次俯沖。前人[1-2]研究表明，從晚侏羅世到晚白堊世，至少有一個洋內(nèi)俯沖帶在特提斯內(nèi)活動；俯沖導(dǎo)致島弧和弧后盆地擴張脊出現(xiàn)。雅魯藏布蛇綠巖的成因、地質(zhì)年代學(xué)和侵位構(gòu)造背景對于印度和歐亞大陸之間的初始碰撞至關(guān)重要[1]。目前將雅江帶蛇綠巖分為三段即東段(曲水—墨脫)、中段(昂仁—仁布)、西段(薩嗄以西至中印邊境)，中段的日喀則蛇綠巖研究程度最高[3]。而蛇綠巖中的角閃巖是研究日喀則洋內(nèi)俯沖的關(guān)鍵[2]。日喀則蛇綠巖的角閃巖達到高壓高溫(HP-HT)條件，被認為是超俯沖帶(supra-subduction zone，SSZ)的重要組成部分[1-4]。而近期有新的研究證明，SSZ蛇綠巖的形成并不能直接證明俯沖的開始，更可能代表了上部板塊伸展作用的開始[4]。

白朗地區(qū)石榴石單斜輝石角閃巖(Grt-Cpx角閃巖)以團塊形式出現(xiàn)在蛇綠混雜巖中，Guilmette等[3]對其進行了相平衡模擬得到約12 kbar/800 ℃的平均溫壓條件；認為它經(jīng)歷了約18 kbar/600 ℃的壓力峰期和約13～20 kbar/750～875 ℃的溫度峰期，達到榴輝巖相變質(zhì)條件。日喀則地區(qū)鎂鐵質(zhì)侵入體的年代學(xué)研究表明，這些蛇綠巖在119～132 Ma的極短時間內(nèi)形成[1,5]。Guilmette等[5]對石榴石單斜輝石角閃巖中的角閃石40Ar/39Ar定年得到123.6～127.7 Ma的變質(zhì)年齡[5]。雖然，白朗Grt-Cpx角閃巖的存在表明，日喀則蛇綠巖在形成后很快就發(fā)生侵位，被認為是在洋殼俯沖過程中形成于上盤的高溫壓蛇綠巖套之下[3,5-7]。

日喀則蛇綠巖帶的形成與變質(zhì)角閃巖的年齡差異很小，角閃巖可能形成于非常熱的地幔下年輕熱洋殼的俯沖作用[5,8]，這導(dǎo)致了變質(zhì)基底在130 Ma左右形成，并成為弧前背景中弧后或弧間巖石圈的圈閉[1,6,9]。一些學(xué)者用傳統(tǒng)溫壓計限定了單斜輝石角閃巖的P-T條件(8～10 kbar/700～750 ℃)[8]，另外部分學(xué)者對單斜輝石角閃巖的峰期變質(zhì)條件進行限制，得到880 ℃的麻粒巖相峰期溫度，壓力峰期條件限定在12.7～13.2 kbar，650～660 ℃[9]。

地球化學(xué)可應(yīng)用于地下水、巖石等領(lǐng)域[10-11]。前人針對雅江帶蛇綠巖進行了大量地球化學(xué)研究，部分學(xué)者對蛇綠巖超基性巖和基性巖的Sr-Nd同位素進行分析，顯示其源區(qū)為古老的巖石圈地幔[12]。李文霞等[13]對白朗蛇綠巖中的基性巖進行測試，地球化學(xué)顯示蛇綠巖中基性巖與N-MORB基本一致，并具有島弧玄武巖的特征。本文對白朗蛇綠巖中的角閃巖進行了主量元素、微量元素和 Sr-Nd 同位素研究，并與日喀則地區(qū)其他研究數(shù)據(jù)進行對比分析，揭示其源區(qū)性質(zhì)，以期為雅魯藏布蛇綠巖的構(gòu)造演化奠定堅實的基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)背景

青藏高原由南至北分別由昆侖-祁連、松潘-甘孜、羌塘和拉薩等眾多地塊組成[13-15]。雅魯藏布江縫合帶大致為東西向分布，是藏南最年輕的縫合帶(圖1(a))，總體表現(xiàn)為北傾向南逆沖系，北側(cè)出露有岡底斯巖基中新生代的中-酸性侵入巖，南側(cè)分布有侏羅紀和白堊紀的蛇綠混雜巖。隨著新特提斯洋的消亡以及喜馬拉雅地區(qū)與岡底斯陸殼發(fā)生碰撞，代表大洋殘片的蛇綠巖因受強烈的擠壓作用，部分蛇綠巖向北俯沖至印度板塊底部，并向南仰沖[1-3,5]。特提斯洋的關(guān)閉，至少經(jīng)歷了兩次俯沖事件[1]。

(a)喜馬拉雅-青藏高原構(gòu)造框架圖[1]；(b)日喀則地質(zhì)簡圖[1]；(c)白朗地區(qū)地質(zhì)簡圖[9]：(d)吉定地區(qū)地質(zhì)簡圖[13]；(e)路曲地區(qū)地質(zhì)簡圖[13]五角星所示位置即為樣品采樣點，其中圖(c)中左側(cè)五角星為單斜輝石角閃巖采樣點，右側(cè)五角星為石榴石單斜輝石角閃巖采樣點

西藏南部的日喀則蛇綠巖是目前西藏規(guī)模最大、研究程度最好的蛇綠混雜巖，呈東西向分布,長約 250 km，西起昂仁，東至大竹卡(圖1(a)、1(b))。它記錄了印度板塊向拉薩板塊下方的俯沖作用，標志著新特提斯洋的封閉位置[1]。在日喀則蛇綠巖中，地幔橄欖巖明顯多于鎂鐵質(zhì)巖石；部分片狀巖脈雜巖也暴露在外[1,3,5,9]。強烈變形的角閃巖體出現(xiàn)在日喀則蛇綠巖底部的混雜巖中，該蛇綠巖從布馬向東延伸至白朗和羅布莎。它們可能代表在蛇綠巖侵位期間形成的殘余變質(zhì)底板，作為新生俯沖帶的上盤[3,5]。

白朗角閃巖以捕虜體形式出現(xiàn)在位于白朗縣東北約20～30 km處的蛇綠混雜巖中(圖1(c)中五角星)。吉定基性巖位于吉定縣城南約8 km處的堆晶巖中(圖1(d))，路曲基性巖則以捕擄體形式出現(xiàn)在位于路曲縣城西側(cè)約4 km處的蛇紋巖中(圖1(e))。白朗地區(qū)的蛇綠混雜巖為東北-西南向延伸，并平行于主要巖石地層單元的區(qū)域構(gòu)造變形[15]。白朗蛇綠混雜巖中還出露有變形的石榴石單斜輝石角閃巖和堆晶巖[1,9]。單斜輝石角閃巖(Cpx角閃巖)剖面在蛇綠混雜巖內(nèi)以50 m×50 m的透鏡體形式出現(xiàn)。單斜輝石角閃巖與蛇紋巖接觸部位均發(fā)生一定程度異剝鈣榴巖化(約6 m)(圖2(a))。對單斜輝石角閃巖進行影外觀察發(fā)現(xiàn)約1～5 mm的大顆粒單斜輝石(圖2(b)、3(a)、3(f))。單斜輝石角閃巖中發(fā)育晚期脈體，主要由葡萄石充填(圖2(b)、3(a)、3(b)和3(d))以及少量方解石。

圖2 單斜輝石角閃巖野外露頭

2 巖相學(xué)

2.1 白朗單斜輝石角閃巖

根據(jù)單斜輝石的巖石學(xué)特征，將其分為三類。第一種類型多為殘余自形晶體(M1，Cpx1)，它保留有假象(>3 mm)(圖3(a))。第二種Cpx2(M2)為自形晶(圖3(f))。第三種類型為細小顆粒Cpx3(M3)，出現(xiàn)在基質(zhì)中或呈脈狀，并與角閃石相接觸(圖3(f))。

根據(jù)角閃石的巖石學(xué)特征分為四種類型：第一種角閃石包括大顆粒的棕紅色自形角閃石和輝石中的角閃石包裹體，多保留有殘余火成巖特征(Amp1，M1)；第二種角閃石(0.5～2 mm)多為綠色或淺棕色，這種角閃石多發(fā)生變形，并含有斜長石和其他早期礦物包裹體，如黃鐵礦，后期氧化形成磁鐵礦(圖3(b)、3(e))；第三類角閃石(Amp3)呈細顆粒分散在基質(zhì)中或Cpx2邊緣(圖3(a)～(e))；第四類角閃石(Amp4)多在基質(zhì)中重新結(jié)晶(圖3(b)、3(c))。

本研究見大顆粒巖漿斜長石假象，部分被后來不同階段的變質(zhì)斜長石(Pl1至Pl2)所取代(圖3(d))。變形的半自形角閃石(Amp3)內(nèi)部發(fā)育小顆粒斜長石(Pl3)(圖3(b)、3(c))。金紅石和榍石在樣品中普遍存在(圖3(a)、3(e)、3(f))。早期金紅石(Rt2)在鈦鐵礦(Ttn3)中形成包裹體分布在主要礦物中，而晚期金紅石(Rt4)則是將榍石取代形成的(圖3(a)、3(f))，這種金紅石與榍石交替出現(xiàn)的現(xiàn)象與基質(zhì)中同一變質(zhì)階段的二氧化鈦含量有關(guān)。綠簾石與葡萄石、鈉長石、方解石脈，是晚期亞綠片巖相的代表。

2.2 白朗石榴石單斜輝石角閃巖

白朗石榴石單斜輝石角閃巖的主要礦物為普通角閃石(40%～60%)、單斜輝石(5%～15%)、石榴石(10%～15%)，后期形成的鈉長石、綠簾石、葡萄石、方解石等礦物約占10%～15%(圖3(g))。角閃石有三種類型：第一種角閃石主要作為石榴石的包裹體存在；第二種角閃石多為發(fā)生變形的大顆粒，單偏光下呈棕黃色，發(fā)育榍石、長石等包裹體；第三種角閃石主要生長在單斜輝石邊部。根據(jù)單斜輝石粒徑大小可分為兩種：大顆粒單斜輝石多包裹有早期角閃石(圖3(j))；小顆粒單斜輝石多生長在石榴石邊部。根據(jù)石榴石的巖相學(xué)特征將其分為三種：第一種石榴石礦物包裹體較多，包裹體包括早期角閃石、榍石、磁鐵礦、金紅石(圖3(g)、3(h))；第二種石榴石顆粒較小，同時包體較少；第三種石榴石較為細小，多分布在基質(zhì)中(圖3(i))。石榴石較為破碎，可能是樣品經(jīng)歷后期變質(zhì)作用的結(jié)果。選用的石榴角閃巖樣品中的斜長石多發(fā)生鈉長石化。

(a)早期殘余Cpx2(單斜輝石角閃巖)；(b)早期角閃石Amp1以及內(nèi)部的磁鐵礦、黃鐵礦包體(單斜輝石角閃巖)；(c)晚期角閃石Amp3以及晚期斜長石Pl3(單斜輝石角閃巖)；(d)不同階段的Pl和M4的Ttn4和Rt4(單斜輝石角閃巖)；(e)角閃石Amp3中的Rt、Ttn包裹體(單斜輝石角閃巖)；(f)晚期單斜輝石Cpx3(單斜輝石角閃巖)；(g)兩期石榴石及其包體(Mag、Ttn、Rt)(石榴石單斜輝石角閃巖)；(h)兩期石榴石，早期角閃石包體Amp1，石榴石邊部單斜輝石Cpx3；(i)晚期石榴石Grt4，晚期角閃石Amp4(石榴石單斜輝石角閃巖)；(j)早期Cpx2中的角閃石Amp1包裹體(石榴石單斜輝石角閃巖)；(k)Cpx被Amp取代(吉定基性巖)；(l)Cpx、Amp和后期Ep(路曲基性巖)礦物縮寫依據(jù)Whitney和Evans[16]

圖3 日喀則基性變質(zhì)巖顯微結(jié)構(gòu)圖

Fig.3 Photographs showing typical textures of the Xigaze meta-mafic rocks

2.3 蛇綠巖中基性巖

本研究涉及到的蛇綠巖中的基性巖主要為路曲輝長巖和吉定細粒輝綠巖：路曲輝長巖主要礦物為角閃石(40%～45%)、長石(20%～25%)、單斜輝石(15%～20%)，葡萄石、方解石等礦物約10%～15%；吉定細粒輝綠巖主要礦物為角閃石(40%～45%)、長石(20%～25%)、單斜輝石(15%～20%)，其他礦物如葡萄石、綠簾石等約10%～15%。路曲輝長巖與吉定細粒輝綠巖仍保留有輝長結(jié)構(gòu)與輝綠結(jié)構(gòu)(圖3(k)、3(l))。兩種基性巖單斜輝石邊部被角閃石取代，可見兩者均經(jīng)歷了角閃巖相變質(zhì)作用。

3 地球化學(xué)

主微量元素與Sr-Nd同位素均在中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)重點實驗室完成。其中主量元素采用PW4400型X熒光儀全巖分析，測定10種元素氧化物含量；微量元素采用 ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜分析儀進行測試，ICP-MS由日本東京安捷倫公司制造，型號為Agilent 7700x，分析方法同張鑫等[1]。根據(jù)對標準樣品GBPC-1de分析結(jié)果，分析誤差<5%。同位素測試實驗采用型號為Neptune Plus的MC-ICP-MS雙聚焦磁式質(zhì)譜儀。實驗檢測依據(jù)為GB/T 17672—1999。本次研究主要比較石榴單斜輝石角閃巖、單斜輝石角閃巖以及蛇綠巖中的基性巖。

數(shù)據(jù)來源：白朗單斜輝石角閃巖和白朗石榴石單斜輝石角閃巖[1]；白朗蛇綠巖中基性巖[13]；N-MORB和球粒隕石標準化數(shù)據(jù)[17].

3.1 稀土元素特征

由球粒隕石標準化稀土元素配分曲線(圖 4)可以看出：單輝角閃巖總體表現(xiàn)為平緩、LREE虧損的形態(tài)，與N-MORB大致相當(dāng)；石榴單斜輝石角閃巖與單斜輝石角閃巖為重稀土平坦，輕稀土虧損的特征。由于(La/Yb)N(全部巖石)=0.37～0.75，輕稀土輕微虧損，巖石樣品輕稀土元素流失較為強烈(Gd/Yb)N=0.94～1.21，重稀土平坦，Eu值與N-MORB沒有大的差別。這些特征與典型正常虧損的洋中脊玄武巖相似。吉定基性巖的Nd、Sm虧損嚴重，可能是原巖部分熔融和熔體抽離造成的。與同一地區(qū)的基性巖和石榴角閃巖進行對比，其中黑色實線無填充區(qū)域為白朗基性巖[13]，表現(xiàn)與N-MORB特征相似。

3.2 微量元素特征

單斜輝石角閃巖與石榴石單斜輝石角閃巖微量元素特征相近(圖5)。大離子親石元素(LIFE)Rb、Ba、Ta、Pb、Sr含量變化范圍大，與石榴角閃巖相似，均受到了一定程度的交代作用(表1、圖5)。Ni含量低于N-MORB[1]，單斜輝石角閃巖與石榴角閃巖及其變質(zhì)基性巖樣品的原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖的配分形式基本一致，且總體趨勢均與N-MORB近似(圖5)。

3.3 Sr-Nd同位素地球化學(xué)

選用樣品的87Sr/86Sr為0.702 948～0.706 162，平均值0.705 056，高于N-MORB的87Sr/86Sr平均值0.702 800[17]，其中石榴角閃巖、單斜輝石角閃巖年齡校正值分別取125、105 Ma，路曲基性巖和吉定基性巖則取124.9 Ma[9]，算得的(87Sr/86Sr)i比值為0.702 948～0.705 939，除15LQ10和15LQ20(0.702 972和0.702 999)屬于MORB(87Sr/86Sr)i范圍(0.702 29～0.703 16)外，其余均高于MORB，(143Nd/144Nd)i比值為0.512 892～0.513 050，略低于MORB 的比值(0.513 0～0.513 3)，εNd(t)值為+7.95～+11.18，15BG29的εNd(t)值(+11.18)略高于印度洋N-MORB(表2、圖6)，顯示其源區(qū)可能更靠近于洋中脊，導(dǎo)致其εNd(t)偏高。

表1 路曲基性巖和吉定基性巖的全巖主量元素(%)和微量元素(μg/g)

數(shù)據(jù)來源：白朗單斜輝石角閃巖和白朗石榴石單斜輝石角閃巖[1]；白朗蛇綠巖中基性巖[13]；N-MORB和原始地幔標準化數(shù)據(jù)[17]

表2 日喀則蛇綠巖中四種巖石的 Sr-Nd 同位素組成

圖 6 日喀則蛇綠巖中兩種角閃巖以及兩種基性巖的 Sr-Nd 特征圖[18-22]

圖7 日喀則蛇綠巖中兩種角閃巖以及兩種基性巖的Sm/Yb-La/Sm圖解[13，18,22-24]

白朗兩種角閃巖、路曲基性巖和吉定基性巖的Sr-Nd同位素特征與前人研究得到的白朗基性巖結(jié)果基本一致[14](圖7)，與N-MORB近似。另外，Sr同位素受海水蝕變導(dǎo)致(87Sr/86Sr)i-εNd(t)圖中Sr同位素呈橫向散開分布，在本次研究中，除路曲基性巖外，其他三種樣品表現(xiàn)為一定的橫向變化(圖8)，說明Sr同位素受蝕變影響[24]。

圖8 日喀則蛇綠巖中兩種角閃巖以及兩種基性巖的ISr-INd圖解[13，22-23]

4 討論

4.1 變質(zhì)過程

本次研究的白朗兩種角閃巖出露于日喀則蛇綠混雜巖中，且發(fā)生了一定程度的變形[1]。除去后期的亞綠片巖相變質(zhì)，單斜輝石角閃巖可分為三個鏡下礦物組合，分別是：包含在單斜輝石中的長石、角閃石、金紅石；小顆粒未變形單斜輝石、小顆粒角閃石、斜長石、榍石；發(fā)生變形的小顆粒角閃石、鈉長石、金紅石、榍石。另外前人對單斜輝石角閃巖進行相平衡模擬，推測其存在一個溫度峰期礦物組合(斜方輝石、單斜輝石、斜長石、石英、鈦鐵礦)。石榴角閃巖可劃分為四個演化階段：分別是峰前階段(石榴角閃巖中石榴石和大顆粒輝石中的角閃石、斜長石、金紅石、鈦鐵礦)；溫度峰期階段(大顆粒石榴石、單斜輝石、斜長石、金紅石)；壓力峰期(石榴石邊部的單斜輝石、角閃石、斜長石、金紅石)降壓階段(石榴石邊部的單斜輝石，單斜輝石邊部的角閃石)。吉定細粒輝長巖保留了一定的輝長結(jié)構(gòu)，輝石多被角閃石替代。路曲基性巖只保留少量的單斜輝石。兩種角閃巖峰期后的礦物組合基本一致。所有選用的巖石樣品均經(jīng)歷了綠片巖相的變質(zhì)作用，發(fā)育葡萄石-鈉長石脈體。其中石榴角閃巖和單斜輝石角閃巖均通過相平衡模擬得到逆時針的P-T軌跡[1,5,9]，這說明白朗的兩種角閃巖代表了支撐蛇綠巖侵位的變質(zhì)底板，與前人結(jié)果一致[1,3,5]。前人認為這種P-T軌跡主要是由于蛇綠巖俯沖過程中受到上覆火山巖和摩擦產(chǎn)生的高溫影響(最高可至1 000 ℃)[25]，之后快速折返形成的[1,9]。兩者P-T軌跡存在一定差異，石榴角閃巖溫度峰期壓力相對較大，單斜輝石角閃巖峰期溫度可能還受到了其他熱源的影響。

圖9 日喀則蛇綠巖中兩種角閃巖以及兩種基性巖Ti/Zr-La/Nb協(xié)變圖[26]

4.2 源區(qū)判別

角閃巖樣品均存在一定程度的Nb負異常。微量元素蛛網(wǎng)圖顯示部分大離子親石元素富集，高場強元素虧損，表明早期俯沖板片發(fā)生脫水熔融并交代地幔楔。稀土元素特征表明巖石為洋中脊來源。而基性巖、單斜輝石角閃巖具有島弧玄武巖的特征，表明其源區(qū)與俯沖相關(guān)。石榴角閃巖的εNd(t)值范圍較大，表明其巖石形成過程比較復(fù)雜，可能是洋中脊至島弧的過渡環(huán)境。前人通過對蛇綠巖中基性巖的地球化學(xué)研究，推斷代表特提斯大洋巖石圈的蛇綠巖與印度洋玄武巖具有相似的地球化學(xué)特征[18]，揭示印度洋不但在空間上繼承了特提斯的位置，而且也繼承了特提斯地幔域的地球化學(xué)特征[13,18]。由于Sr蝕變較為強烈，未選取Sr元素的相關(guān)協(xié)和圖。微量元素Ti/Zr-La/Nb協(xié)變圖中白朗的兩種角閃巖以及日喀則兩個地區(qū)的基性巖同雅魯藏布蛇綠巖帶其他位置的蛇綠巖相似，處于特提斯構(gòu)造域蛇綠巖的N-MORB 區(qū)域，遠離古亞洲洋構(gòu)造域(圖9)。

角閃巖微量元素及Sr-Nd同位素特征與前人研究相近[14]，類似于印度洋MORB，而不同于北大西洋和太平洋MORB[27]，以上證據(jù)都驗證了前人提出的雅江帶蛇綠巖是印度板塊與亞歐板塊碰撞的殘余特提斯洋殼的結(jié)論。

5 結(jié)論

1)西藏蛇綠巖中兩種角閃巖以及路曲基性巖、吉定基性巖虧損輕稀土元素，大離子親石元素(Rb、Ba、Ta、Pb、Sr)范圍較大，高場強元素虧損，四種巖石的微量元素、稀土元素以及Sr-Nd同位素兼具N-MORB和島弧玄武巖的特征，顯示四種巖石受到了俯沖作用的影響。

2)日喀則蛇綠巖所代表的特提斯地幔域的地球化學(xué)性質(zhì)基本與印度洋地幔域一致，驗證了現(xiàn)今的印度洋繼承了特提斯地幔域的地球化學(xué)特征的結(jié)論。