賀鵬麗 黃小龍** 楊帆 王雪 李武顯

1. 中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 5106402. 山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，青島 266590

中亞造山帶是全球最大的顯生宙增生型造山帶(Cawoodetal., 2009)，由多個(gè)地質(zhì)體拼貼而成，經(jīng)歷了漫長的演化歷史，是研究大陸地殼生長以及大陸增生成礦理論的天然實(shí)驗(yàn)室(圖1a, Jahnetal., 2006; Windleyetal., 2007; Kr?neretal., 2017)。中國天山是中亞造山帶西南部重要的組成部分，出露了大量的晚古生代巖漿巖，記錄了造山帶晚古生代的演化過程。前人對(duì)天山造山帶的碰撞拼貼的時(shí)間存在較大爭議。其中，有關(guān)最后閉合的南天山洋的閉合時(shí)間，即伊犁-中天山地塊和塔里木板塊(圖1b)碰撞時(shí)間有不同的觀點(diǎn)：晚泥盆世(Xiaetal., 2004)、晚泥盆世-早石炭世(Allenetal., 1993; Charvetetal., 2007; Wangetal., 2011)、早-中石炭世(Biske and Seltmann, 2010; Lietal., 2018; Tongetal., 2018)、晚石炭世(Gaoetal., 2011; Hanetal., 2011; Han and Zhao, 2018)和晚二疊世-中三疊世(Zhangetal., 2007; Xiaoetal., 2013)。隨著研究不斷深入，南天山洋閉合的主要爭議集中在晚石炭世(320～300Ma)和晚二疊世-中三疊世。對(duì)高壓變質(zhì)巖中鋯石年齡的地質(zhì)意義認(rèn)識(shí)不清，以及巖漿巖的地球化學(xué)性質(zhì)及其形成的構(gòu)造環(huán)境存在多解性是造成這種認(rèn)識(shí)差異的主要原因。因此，系統(tǒng)研究天山造山帶晚古生代巖漿巖的時(shí)空格架和巖石成因機(jī)制對(duì)深入理解其構(gòu)造演化具有重要意義。

在東天山-北山地區(qū)發(fā)育豐富的二疊紀(jì)鎂鐵-超鎂鐵Cu-Ni硫化物礦床，如黃山、鏡兒泉、大草灘、白石泉巖體等(任明浩等, 2013; Suetal., 2013; Maoetal., 2018)，可能與塔里木早二疊世地幔柱活動(dòng)相關(guān)(Qinetal., 2011; Suetal., 2015)。西天山晚古生代則主要發(fā)育賦存于晚石炭世火山巖沉積巖中的鐵礦床或礦化現(xiàn)象，如智博、查崗諾爾、闊拉薩依鐵礦等(Zhangetal., 2012, 2015a; 高永偉等, 2017)。研究表明這些鐵礦床的Fe經(jīng)歷了兩階段富集過程，早期為來源于俯沖帶的巖漿經(jīng)演化形成富鐵巖漿，晚期通過水巖反應(yīng)形成富Fe流體(Zhangetal., 2012, 2015a; 高永偉等, 2017)。相對(duì)而言，西天山的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)侵入巖的富Fe或Cu礦化較為罕見，但特克斯縣東北部的哈拉達(dá)拉晚石炭世末期的層狀輝長巖(～300Ma)發(fā)育有富釩鈦磁鐵礦層(圖1c, 高紀(jì)璞等, 1991; 賀鵬麗等, 2013; Heetal., 2016)，目前可見的鐵礦化規(guī)模有限。先前研究表明，哈拉達(dá)拉層狀輝長巖富釩鈦磁鐵礦是地幔柱疊加于造山帶構(gòu)造背景下產(chǎn)生的高溫、貧水、低氧逸度原始巖漿經(jīng)充分結(jié)晶分異的結(jié)果(Heetal., 2016)。另外，前人研究發(fā)現(xiàn)特克斯縣東南方向約10km的小哈拉軍山輝長巖(圖1c)亦具有富鈦磁鐵礦巖石類型，且認(rèn)為與哈拉達(dá)拉層狀輝長巖可能為同期巖漿活動(dòng)(郭璇和朱永峰, 2011)，但并不清楚是否同樣為地幔柱活動(dòng)的產(chǎn)物，對(duì)其巖漿源區(qū)特征以及富鐵的機(jī)制也未有研究。因此，本文將通過詳細(xì)的礦物學(xué)、巖石學(xué)、地球化學(xué)和年代學(xué)研究，確定小哈拉軍山富鈦磁鐵礦輝長巖的形成時(shí)代，探討其巖漿性質(zhì)、源區(qū)特征、富鐵的機(jī)制及其形成的構(gòu)造環(huán)境，從而為深入理解西天山晚古生代構(gòu)造演化提供有用信息。

1 地質(zhì)背景及其樣品描述

中國天山造山帶東西綿延約1700km，沿托克遜-庫米什公路分割為東、西兩部分。西天山北接準(zhǔn)噶爾盆地，南臨塔里木克拉通，自北向南由北天山造山帶、伊犁-中天山地塊和南天山造山帶組成(圖1b)。南天山造山帶由塔里木克拉通和伊犁-中天山地塊碰撞、南天山洋消失形成，可能代表了中亞造山帶西南部增生造山活動(dòng)的結(jié)束(Xiaoetal., 2010; Hanetal., 2011)。前人對(duì)南天山造山帶形成時(shí)間有很大爭議，主要集中在晚石炭世(Gaoetal., 2011; Hanetal., 2011; Klemdetal., 2015; Alexeievetal., 2019)和晚二疊世-中三疊世(Xiaoetal., 2013; Xiao and Santosh, 2014)兩種認(rèn)識(shí)。北天山造山帶由蛇綠巖和高壓變質(zhì)巖帶及古生代火山-沉積地層和巖漿巖組成，屬于伊犁-中天山地塊和準(zhǔn)噶爾盆地碰撞拼貼、北天山洋閉合形成的巖漿弧。伊犁-中天山是哈薩克斯坦微陸塊向東延伸的部分，其含有前寒武紀(jì)基底及古生代火山-沉積蓋層。前寒武紀(jì)變質(zhì)巖和沉積巖的鋯石年齡結(jié)果顯示，伊犁-中天山前寒武紀(jì)基底年齡變化很大，從中太古代(～2.8Ga)至新元古代(～0.8Ga)均有出現(xiàn)，但其峰值年齡為1.4～1.8Ga和0.8～1.2Ga(Wangetal., 2014; Gaoetal., 2015; Heetal., 2015; Huangetal., 2016; Zhuetal., 2019)。伊犁-中天山出露南北兩條古生代巖漿帶，分別屬于南天山洋和北天山洋向伊犁-中天山俯沖形成的弧火山巖，主要形成于志留紀(jì)到早石炭世，并疊加了晚石炭世-二疊紀(jì)火山沉積巖和侵入巖(龍靈利等, 2007; Gaoetal., 2009; Hanetal., 2010; Zhangetal., 2015b; Heetal., 2016)。

圖1 小哈拉軍山輝長巖位置

小哈拉軍山輝長巖位于特克斯縣城東南方向約10km處(圖1c)。巖體在平面上呈NW-SE向的長條狀展布，出露面積約5km2。巖體侵入到北面的石炭系火山-沉積地層和南面的前寒武系地層中。小哈拉軍山輝長巖呈輝長-輝綠結(jié)構(gòu)和似斑狀構(gòu)造，主要組成礦物為斜長石(40%～60%)、單斜輝石(10%～30%)、角閃石(10%～30%)和磁鐵礦(4%～10%)，少量為黑云母、榍石、磷灰石等。斜長石呈自形柱狀，顆粒大小變化較大，具有明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，邊部常包裹自形粒狀磁鐵礦，部分泥化或絹云母化(圖2)。單斜輝石多呈破碎狀，常包裹磁鐵礦，部分綠泥石化或碳酸鹽化(圖2a-c)。角閃石較為新鮮，常呈半自形-他形破碎狀，包裹磁鐵礦(圖2a, b)。磁鐵礦呈自形粒狀，大部分呈間隙礦物充填于斜長石格架中，但少數(shù)呈包裹體包裹于其他礦物(圖2)。碳酸鹽具有明顯的次生成因特征，呈不規(guī)則狀，并且與其他次生礦物(如綠泥石)共生，部分呈碳酸鹽脈(圖2c, d)。本次研究對(duì)9塊巖石樣品進(jìn)行了礦物成分和全巖地球化學(xué)主、微量元素及Sr-Nd同位素分析，并對(duì)樣品TKS89進(jìn)行了鋯石U-Pb年齡分析。

圖2 小哈拉軍山輝長巖的巖相學(xué)特征(a)半自形-他形的單斜輝石(Cpx)和角閃石(Am)充填在自形的斜長石(Pl)格架中，斜長石部分泥化，磁鐵礦(Mag)包裹在單斜輝石和角閃石中，磁鐵礦占比約8%(正交偏光)；(b)部分細(xì)粒磁鐵礦包裹在半自形-他形的角閃石中，磁鐵礦占比約4%，單斜輝石發(fā)生綠泥石化，(單偏光)；(c)粗粒斜長石具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)，邊部包裹自形粒狀磁鐵礦，磁鐵礦占比約2%，次生碳酸鹽(Cal)呈他形充填(正交偏光)；(d)輝綠結(jié)構(gòu)，鎂鐵質(zhì)礦物多發(fā)生碳酸鹽化或綠泥石化，可見碳酸鹽脈，磁鐵礦占比約6%，但斜長石核部未見磁鐵礦包裹體(正交偏光)Fig.2 Petrography of the Xiaohalajunshan gabbro(a) subhedral-anhedral clinopyroxene (Cpx) and amphibole (Am) are interstitial phases between euhedral plagiolcase (Pl); plagioclase is partially pelitized; some magnetites (Mag) are enclosed in clinopyroxene and amphibole; magnetite is ～8% in this thin-section (crossed-polarized light); (b) some small-grained magnetites are enclosed in subhedral-anhedral amphibole; magnetite is ～4% in this thin-section; clinopyroxene has been altered to chlorite (plane-polarized light); (c) coarse-grained plagioclase shows zoning texture and has euhedral magnetite inclusions in the rim; magnetite is ～2% in this thin-section; the secondary carbonate is irregular in shape (crossed-polarized light); and (d) some sample show ophitic texture; mafic minerals are usually altered into carbonatization or chloritization, and carbonate veins are common; magnetite is ～6% in this thin-section but magnetite inclusion is absent in the core of plagioclases (crossed-polarized light)

2 分析方法

本文涉及的分析測(cè)試均在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

鋯石U-Pb年齡由CAMECA IMS-1280二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測(cè)定，詳細(xì)的分析方法參見Lietal. (2010)，測(cè)定的監(jiān)控標(biāo)樣Qinghu鋯石的U-Pb諧和年齡為161±2Ma(2σ，n=6，推薦值159.5±0.2Ma，Lietal., 2013)。

全巖主量元素?cái)?shù)據(jù)采用Rigaku RIX 100e型X射線熒光光譜儀(XRF)測(cè)定，元素分析精度優(yōu)于1%～5%。微量元素?cái)?shù)據(jù)采用Perkin-Elmer Sciex ELAN 6000型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)分析，絕大多數(shù)元素的分析精度為1%～5%。全巖Sr-Nd同位素采用Neptune Plus多接收電感耦合等離子質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)測(cè)定， 流程監(jiān)控標(biāo)樣BHVO-2的

Sr-Nd同位素含量分別為87Sr/86Sr=0.703503±0.000011，143Nd/144Nd=0.512993±0.000006，儀器監(jiān)控標(biāo)樣NBS987的87Sr/86Sr=0.710267±16(n=6，95%的置信區(qū)間)，Jndi-1的143Nd/144Nd=0.512115±6(n=4，95%的置信區(qū)間)，與推薦值0.512115±5(Tanakaetal., 2000)一致。詳細(xì)的樣品前處理及實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法參見Heetal. (2016)。

礦物電子探針成分分析及其背散射電子圖像使用CAMECA SX-Five場發(fā)射電子探針完成。定量分析工作條件為：加速電壓15kV，探針電流20nA，束斑直徑2～5μm，采用PAP(Pouchou & Pichoir)修正法進(jìn)行基體校正(Pouchou and Pichoir, 1991)。根據(jù)元素強(qiáng)度和性質(zhì)不同，元素峰位分析時(shí)間選擇8～120s之間，單側(cè)背景時(shí)間為峰位時(shí)間的一半。分析過程采用美國SPI公司的硅酸鹽礦物或氧化物作為標(biāo)樣，高含量元素檢測(cè)限為100×10-6～300×10-6，微量元素的檢測(cè)限優(yōu)于100×10-6。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年齡

小哈拉軍山輝長巖樣品TKS89的鋯石數(shù)量較少，且顆粒較小，呈破碎的短柱狀，長邊從50μm到小于20μm變化，可能是由于樣品前處理過程中過度破碎造成。鋯石的CL圖像呈現(xiàn)出清晰且較寬的振蕩環(huán)帶，其Th、U含量變化較大(分別為40×10-6～803×10-6，111×10-6～1161×10-6)，具有較高的Th/U比值(Th/U=0.14～2.81，表1)，表明為巖漿成因鋯石。其中，1、3、8和10號(hào)分析點(diǎn)的206Pb/238U年齡明顯老于其他分析點(diǎn)，并且變化范圍較大(2322～840Ma)，顯示繼承鋯石的特征，在伊犁-中天山地塊前寒武紀(jì)變質(zhì)基底的年齡范圍(0.8～2.8Ga)。另外，12號(hào)分析點(diǎn)具有最低的206Pb/204Pb比值，其普通Pb比例明顯較高，因而產(chǎn)生較大的206Pb/238U年齡校正誤差。 其他的11個(gè)分析點(diǎn)具有相近的206Pb/238U年齡(288±5Ma～305±5Ma)，所得的U-Pb諧和年齡(295±3Ma；2σ)與加權(quán)平均206Pb/238U年齡(295±3Ma；2σ)一致(圖3)，代表了小哈拉軍山輝長巖的形成年齡，與特克斯縣城東北部同樣侵入到石炭系中的哈拉達(dá)拉含釩鈦磁鐵礦層狀輝長巖的形成年齡(300±1Ma; Heetal., 2016)一致。

表1 小哈拉軍山輝長巖鋯石SIMS U-Pb定年分析結(jié)果

圖3 小哈拉軍山輝長巖鋯石SIMS U-Pb年齡Fig.3 Zircon SIMS U-Pb age for the Xiaohalajunshan gabbro

3.2 全巖主、微量元素及Sr-Nd同位素特征

小哈拉軍山輝長巖的SiO2(45.64%～47.97%)、Al2O3(16.06%～17.05%)、TiO2(1.87%～2.12%)變化較小，而CaO (6.26%～10.28%)變化較大 (表2)。其MgO(3.77%～5.89%)含量較低，F(xiàn)e2O3T(10.29%～11.88%)含量較高，因而具有較低的Mg#(Mg/(Mg+FeT)×100%=42～51)值(表2)。K2O含量為0.55%～1.70%，屬于鈣堿性-高K鈣堿性系列巖石；另外，其Na2O含量較高(3.11%～4.83%)，因此具有較低的K2O/Na2O比值(0.18～0.40)；總堿含量中等，屬于亞堿性玄武巖系列。樣品的燒失量較高(4.00%～6.73%)，但是除了Rb、Ba、Pb變化較大外，其他微量元素均協(xié)同變化，各樣品具有一致的稀土元素配分曲線和微量元素蛛網(wǎng)圖(圖4)。小哈拉軍山輝長巖的稀土元素總量較高(111×10-6～145×10-6)，但相對(duì)于OIB(Sun and McDonough, 1989)其輕、重稀土分異較弱(La/Yb=6.05～7.66)，沒有明顯的Eu異常(δEu=0.98～1.06)(圖4)。微量元素蛛網(wǎng)圖中顯示出明顯的Nb、Ta負(fù)異常以及輕微的Zr、Hf負(fù)異常和Sr正異常，但未見明顯的Ti異常(圖4)。所分析樣品的Cr(31.0×10-6～75.9×10-6)和Ni(23.9×10-6～44.0×10-6)含量相對(duì)較低，但V含量較高(200×10-6～243×10-6)。

圖4 小哈拉軍山輝長巖全巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(a)及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b) OIB、E-MORB、球粒隕石和原始地幔值均來自Sun and McDonough (1989).文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來自郭璇和朱永峰(2011),圖6同F(xiàn)ig.4 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized multi-element diagrams (b) for the Xiaohalajunshan gabbroThe OIB, E-MORB, chondrite and primitive mantle date are all from Sun and McDonough (1989). Literature data from Guo and Zhu (2011), also in Fig.6

表2 小哈拉軍山輝長巖全巖主要氧化物(wt%)和微量元素(×10-6)含量分析結(jié)果

小哈拉軍山輝長巖的87Sr/86Sr初始比值變化相對(duì)較大(0.7045～0.7067)，而143Nd/144Nd初始比值變化較小，具有正的εNd(t)值(2.34～3.30)(表3、圖5)，相對(duì)于哈拉達(dá)拉層狀輝長巖顯示出略為富集的Nd同位素特征(圖5)。

圖5 小哈拉軍山輝長巖全巖(87Sr/86Sr)i-εNd(t)圖解文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源：伊犁-中天山前寒武紀(jì)基底(Long et al., 2011; Xiong et al., 2019)；西南天山花崗巖類(>320Ma)(Gao et al., 2009; Long et al., 2011; Gou et al., 2012及其相關(guān)文獻(xiàn))；石炭紀(jì)火山巖(Zhu et al., 2009; Ge et al., 2015)；哈拉達(dá)拉層狀輝長巖(龍靈利等, 2012; He et al., 2016). MORB和OIB范圍據(jù)Huang et al. (2012)Fig.5 The diagram of (87Sr/86Sr)i vs. εNd(t) for the Xiaohalajunshan gabbroSr-Nd isotopic data sources: Yili-Central Tianshan Precambrian granitic gneisses (Long et al., 2011; Xiong et al., 2019); Paleozoic granites (>320Ma) in Southwest Tianshan (Gao et al., 2009; Long et al., 2011; Gou et al., 2012, and reference therein); Carboniferous volcanic sedimentary sequence (Zhu et al., 2009; Ge et al., 2015); Haladala layered gabbro (Long et al., 2012; He et al., 2016). Fields of MORB and OIB are after the compilations of Huang et al. (2012)

表3 小哈拉軍山輝長巖全巖Sr-Nd同位素分析結(jié)果

3.3 礦物成分

3.3.1 單斜輝石

小哈拉軍山輝長巖中的單斜輝石成分較均勻，MgO較低(12.72%～14.90%)，F(xiàn)eOT相對(duì)較高(8.26%～9.48%)，因此Mg#較低(71～76)(表4)，端元成分為Wo44.3-48.7En40.4-44.2Fs10.0-11.7，屬于透輝石-次透輝石系列。另外，單斜輝石的Na2O含量較低(0.36%～0.55%)，TiO2含量較高(1.31%～2.60%)，Al2O3含量變化較大(2.97%～6.60%)。

表4 單斜輝石代表性電子探針分析結(jié)果(wt%)

3.3.2 角閃石

角閃石成分變化較大，主要為鎂綠鈣閃石。角閃石的Al2O3含量變化較大(6.83%～11.10%)，并具有高TiO2(2.11%～4.45%)和低Mg#(53～68)的特征(表5)。

表5 角閃石代表性電子探針分析結(jié)果(wt%)

3.3.3 斜長石

粗粒斜長石顯示出明顯的韻律環(huán)帶或正環(huán)帶的結(jié)構(gòu)特征，細(xì)粒斜長石具有正環(huán)帶結(jié)構(gòu)特征。斜長石成分變化較大(An20.1-69.2Ab30.1-76.2Or0.7-4.9)，屬于奧長石-培長石范圍，以拉長石為主，粗粒斜長石邊部和細(xì)粒斜長石具有奧長石-中長石成分(表6)。斜長石的FeOT含量變化很大(0.28%～0.81%)，與An呈較好的正相關(guān)關(guān)系。

表6 斜長石代表性電子探針分析結(jié)果(wt%)

3.3.4 磁鐵礦

磁鐵礦中FeOT(63.49%～85.32%)、TiO2(5.20%～23.30%)和V2O3含量(0.17%～0.65%)含量變化較大，屬于鈦磁鐵礦。鈦磁鐵礦成分變化范圍主要為TiO2=17%～20%和FeOT=70%～74%，并具有較高的V2O3含量(0.50%～0.65%)(表7)， 略低于峨眉山基性-超基性釩鈦磁鐵礦床釩鈦磁鐵礦中V含量(V2O3=0.45%～0.93%; Liuetal., 2015)。

表7 鈦磁鐵礦代表性電子探針分析結(jié)果(wt%)

4 巖石成因與富鐵機(jī)制

4.1 后期蝕變與地殼混染

所研究樣品有不同程度的蝕變現(xiàn)象，如單斜輝石的綠泥石化和碳酸鹽化，斜長石的絹云母化和泥化等，因而全巖地球化學(xué)成分具有較高的燒失量(4.00%～6.73%)。這說明巖漿后期熱液蝕變對(duì)全巖主量和易活動(dòng)性元素有較明顯的影響，如CaO、Rb、Ba等含量均與LOI存在明顯的相關(guān)性(圖6a-c)，但Mg#、Sr、REE及高場強(qiáng)元素等非活動(dòng)性元素受蝕變作用的影響不大(圖6d-g)，仍可以反映巖漿成分特征。另外，樣品Sr-Nd同位素組成與LOI并沒有明顯的協(xié)變關(guān)系(圖6h-i)，表明樣品較大的Sr同位素變化并非蝕變作用結(jié)果。由于MORB、OIB等地幔成因基性巖與地殼組分具有顯著不同的Nb/U和Nb/Ta(Sun and McDonough, 1989; Rudnick and Gao, 2003)，并且所研究樣品的87Sr/86Sr初始比值與Nb/U、Nb/Ta顯示出明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖略)，表明其Sr同位素變化主要由地殼混染造成。小哈拉軍山輝長巖中存在2322～840Ma的繼承鋯石年齡，暗示其形成過程中可能存在前寒武紀(jì)變質(zhì)基底的混染作用。伊犁-中天山前寒武紀(jì)花崗片麻巖具有很高的(87Sr/86Sr)i(平均值為～0.7223; Longetal., 2011; Xiongetal., 2019)，但是小哈拉軍山輝長巖大部分樣品的(87Sr/86Sr)i較低，最低值接近于原始地幔值(0.7045，圖5)，表明其所受的地殼混染程度并不高。同樣地，樣品的Nb/La比值變化小(0.51～0.58)，但是Nb/Ta比值(17.1～19.6)明顯高于地殼值(平均地殼11.4; Rudnick and Gao, 2003)，也表明其所受的地殼混染程度較小。因此，本文所獲得的全巖地球化學(xué)組成可用于探討其原始巖漿性質(zhì)。

圖6 小哈拉軍山輝長巖蝕變對(duì)全巖元素及同位素影響圖解Fig.6 The diagrams of whole-rock elements and isotopes versus loss on ignition (LOI) for the Xiaohalajunshan gabbro

4.2 巖漿結(jié)晶分異

小哈拉軍山輝長巖的礦物成分顯示相對(duì)演化的特征，如單斜輝石和角閃石的Mg#較低(分別為71～76和53～68)，斜長石的An牌號(hào)較低(20～69，表6)。根據(jù)礦物接觸關(guān)系，輝長巖呈輝綠結(jié)構(gòu)，部分斜長石呈粗粒自形柱狀晶體，角閃石、單斜輝石和鈦磁鐵礦充填于細(xì)粒自形柱狀斜長石的礦物間隙(圖2)，表明斜長石最先結(jié)晶。鈦磁鐵礦主要充填于其他礦物間隙，其次為角閃石包裹體，少量為單斜輝石包裹體(圖2)。以上礦物形態(tài)和接觸關(guān)系表明鈦磁鐵礦和單斜輝石結(jié)晶早于角閃石。雖然斜長石最先結(jié)晶，但樣品的全巖稀土元素配分曲線并未顯示明顯的Eu異常(δEu=0.98～1.06)，其原因可能包括兩方面：(1)輝長巖的形成過程中并沒有明顯的斜長石結(jié)晶分異；(2)巖漿氧逸度較高，Eu主要以3+的形式存在，因而在斜長石-熔體的分配系數(shù)較低，即使發(fā)生斜長石的結(jié)晶分異也不會(huì)導(dǎo)致全巖體系出現(xiàn)明顯的Eu異常(Aigner-Torresetal., 2007)。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)表明，在玄武質(zhì)巖漿體系，當(dāng)氧逸度接近于大氣值時(shí)，斜長石中Eu的分配系數(shù)與其他REE相近(Aigner-Torresetal., 2007)。由小哈拉軍山輝長巖的角閃石成分獲得的氧逸度為NNO～NNO+1(表5)，與島弧玄武巖接近。但是，相對(duì)較早期結(jié)晶的單斜輝石中Mg#與Fe2+/FeT比值呈正相關(guān)(表4)，反映隨著巖漿演化，單斜輝石Fe2+/FeT比值降低，巖漿氧逸度升高。因此，早期巖漿的氧逸度應(yīng)顯著低于角閃石計(jì)算的晚期巖漿氧逸度，表明早期巖漿體系為相對(duì)還原條件。實(shí)際上，鈦磁鐵礦主要充填于其他礦物間隙，作為包裹體主要出現(xiàn)在相對(duì)晚結(jié)晶的角閃石、單斜輝石以及粗粒斜長石的邊部，這些特征也表明巖漿氧逸度在早期演化過程中相對(duì)較低，直至演化晚期才升高。因此，輝長巖無明顯Eu異?，F(xiàn)象應(yīng)歸因于巖漿演化過程中沒有發(fā)生明顯的斜長石結(jié)晶分異作用，其全巖主微量元素及其比值的二元圖解所顯示出來的成分變化主要是單斜輝石、鈦磁鐵礦和角閃石結(jié)晶分異的綜合結(jié)果(圖7)。角閃石和鈦磁鐵礦均富集Fe、Ti和V，因此巖漿中Fe、Ti和V含量主要由角閃石和鈦磁鐵礦的結(jié)晶分異過程控制(圖7)。隨著Mg#降低，全巖TiO2呈兩種趨勢(shì)降低(圖7b)，主要是由于Ti在鈦磁鐵礦-熔體中分配系數(shù)大于角閃石-熔體體系，因此分別指示鈦磁鐵礦和角閃石的結(jié)晶分異趨勢(shì)。小哈拉軍山輝長巖主要礦物中只有鈦磁鐵礦富集Nb(Klemmeetal., 2006; Johnetal., 2011; Xiongetal., 2011)，因此隨著TiO2和Nb含量呈正相關(guān)關(guān)系主要反映了鈦磁鐵礦的結(jié)晶分異作用(圖7e)。小哈拉軍山輝長巖具有較高的Nb/Ta反映巖漿源區(qū)可能有金紅石殘留，而角閃石的結(jié)晶分異是全巖Nb/Ta隨著TiO2含量的降低而降低的主要因素(圖7f)。

圖7 小哈拉軍山輝長巖成分受結(jié)晶分異影響圖解箭頭表示根據(jù)https://earthref.org/KDD/中分配系數(shù)計(jì)算獲得的礦物結(jié)晶分異后殘余熔體演化趨勢(shì). 圖例和數(shù)據(jù)來源同圖6Fig.7 The binary diagrams show the effect of fractional crystallization on whole-rock elemental compositions of the Xiaohalajunshan gabbrosDirection of arrow represents melt evolution after mineral fractionation, roughly calculated using mineral-melt partition coefficients in https://earthref.org/KDD/. Symbols and data sources are the same as in Fig.6

4.3 富Fe-Ti早期巖漿

小哈拉軍山輝長巖富集鈦磁鐵礦(達(dá)8%以上；圖2)，全巖具有較高的Fe2O3T(10.29%～11.88%)、TiO2(1.87%～2.12%)和V(200×10-6～243×10-6)含量，可能為結(jié)晶分異導(dǎo)致巖漿Fe、Ti含量增加的結(jié)果，也可能為富Fe、Ti地幔源區(qū)部分熔融產(chǎn)生了富Fe、Ti巖漿。由于鈦磁鐵礦結(jié)晶晚于斜長石，因此斜長石中Fe含量隨An變化的特征很好地反映了鈦磁鐵礦結(jié)晶前巖漿中Fe含量的變化規(guī)律。斜長石中Fe含量取決于Fe的分配系數(shù)，而Fe的分配系數(shù)與巖漿SiO2含量呈正相關(guān)(Lundgaard and Tegner, 2004)。由于樣品的SiO2變化很小，巖漿氧逸度也變化較小，表明其巖漿演化過程中的斜長石-巖漿的Fe分配系數(shù)基本保持不變，斜長石中FeOT隨An降低而降低的特征(圖8c)反映了斜長石演化過程中巖漿FeOT含量降低的變化趨勢(shì)。因此，輝長巖的早期巖漿就具有高Fe-Ti含量，并不是由于貧Fe-Ti礦物(橄欖石、斜長石等)的結(jié)晶分異造成了巖漿體系的Fe-Ti含量逐漸升高。另外，與塔里木大火成巖省(瓦吉里塔格巖體、哈拉達(dá)拉巖體)和峨眉山大火成巖省(攀枝花巖體、新街巖體)中富Fe-Ti(-V)氧化物礦層狀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體相比，小哈拉軍山輝長巖的主要造巖礦物均具有較高的FeOT和TiO2(圖8)：(1)與哈拉達(dá)拉含釩鈦磁鐵礦層狀輝長巖和攀枝花富Fe-Ti-V氧化物礦層狀基性-超基性巖體中的單斜輝石(Heetal., 2016; Gaoetal., 2017; Tangetal., 2017; Wangetal., 2018)相比，小哈拉軍山輝長巖的單斜輝石具有更高的Fe、Ti含量；與瓦吉里塔格富Fe-Ti-V氧化物礦的層狀基性-超基性巖體的單斜輝石(Lietal., 2012; Caoetal., 2014; Weietal., 2014, 2015)相比，小哈拉軍山輝長巖的單斜輝石在相同F(xiàn)e含量時(shí)顯示出更高的Ti含量(圖8a, b)；(2)斜長石也表現(xiàn)出具有和其他富Fe-Ti-V氧化物礦基性-超基性巖體相似的Fe含量，而明顯高于攀枝花新街巖體富硅貧礦樣品中斜長石的Fe含量(董歡, 2016)(圖8c)；(3)角閃石比攀枝花富礦樣品中的角閃石(Gaoetal., 2017; Tangetal., 2017; Wangetal., 2018)具有更高的Fe含量(圖8d)。因此，巖相學(xué)、全巖地球化學(xué)及礦物成分特征均顯示小哈拉軍山輝長巖的巖漿具有富Fe、Ti的特征，為富Fe、Ti的地幔源區(qū)部分熔融形成的富Fe、Ti巖漿。

圖8 小哈拉軍山輝長巖主要礦物成分變化(a、b)單斜輝石TiO2 對(duì)FeOT和斜長石An-FeOT；(d)角閃石FeOT-TiO2. 各巖體的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源：新街巖體(董歡, 2016)；瓦吉里塔格巖體(Li et al., 2012; Cao et al., 2014; Wei et al., 2014, 2015)；哈拉達(dá)拉巖體(He et al., 2016)；攀枝花巖體(Gao et al., 2017; Tang et al., 2017; Wang et al., 2018)Fig.8 The compositional variation of main minerals from the Xiaohalajunshan gabbro(a, b) TiO2 vs. FeOT and of clinopyroxene; (c) An vs. FeOT of plagioclase; (d) FeOT vs. TiO2 of amphibole. Literature data of all intrusions: Xinjie (Dong, 2016); Wajilitage (Li et al., 2012; Cao et al., 2014; Wei et al., 2014, 2015); Haladala (He et al., 2016); Panzhihua (Gao et al., 2017; Tang et al., 2017; Wang et al., 2018)

5 西天山早二疊世巖漿活動(dòng)的構(gòu)造環(huán)境

前人對(duì)天山晚石炭世-二疊紀(jì)巖漿活動(dòng)的構(gòu)造環(huán)境存在很大爭議，主要包括俯沖構(gòu)造體系與碰撞后伸展構(gòu)造的兩種認(rèn)識(shí)。部分學(xué)者認(rèn)為晚石炭世-二疊紀(jì)仍處于板塊俯沖階段，該時(shí)期的巖漿活動(dòng)與俯沖體系有關(guān)(毛啟貴等, 2006; Aoetal., 2010; Xiaoetal., 2013)；另有部分學(xué)者認(rèn)為西天山地區(qū)的板塊俯沖在晚石炭世已經(jīng)結(jié)束，二疊紀(jì)的巖漿活動(dòng)屬于碰撞后伸展階段的產(chǎn)物(Gaoetal., 2011; Longetal., 2011; Gouetal., 2012; Liuetal., 2016; Xiaetal., 2016)，研究區(qū)這一時(shí)間段的花崗巖類多為板內(nèi)A型花崗巖(Zhang and Zou, 2013b; Lietal., 2015)，基性巖漿巖的Nb-Ta-Ti負(fù)異常等島弧特征繼承自先前俯沖板片脫水交代的地幔特征(Yanetal., 2015; Liuetal., 2016)。

小哈拉軍山輝長巖位于哈拉達(dá)拉層狀輝長巖體南部約10km處，二者成巖年齡相近，均具有富鈦磁鐵礦的巖相學(xué)特征，原始巖漿的水含量和氧逸度均較低(高紀(jì)璞等, 1991; Heetal., 2016)，因此，二者具有相似的巖漿源區(qū)和構(gòu)造背景，可能屬于同期的富Fe-Ti基性巖漿演化的結(jié)果。詳細(xì)的巖石學(xué)和地球化學(xué)研究表明，哈拉達(dá)拉含磁鐵礦層狀輝長巖具有明顯的地幔柱巖漿活動(dòng)的特征，很可能是塔里木地幔柱在天山造山帶這一構(gòu)造薄弱帶的早期巖漿活動(dòng)(Heetal., 2016)。小哈拉軍山輝長巖并非形成于單純的碰撞后伸展作用：(a)碰撞后巖漿由于熔融程度較低且經(jīng)歷強(qiáng)烈的地殼混染作用，一般為富K、低Na的巖漿(中-高K鈣堿性-粗玄巖-超鉀質(zhì)巖系列；Bonin, 2004)，而該輝長巖雖然為中-高K鈣堿性巖漿，卻具有較低的K2O/Na2O比值；(b)碰撞后伸展形成的巖漿活動(dòng)熔融程度低，規(guī)模較小，但區(qū)域航磁異常顯示特克斯的哈拉達(dá)拉和小哈拉軍山基性巖體僅位于異常區(qū)東南角(高紀(jì)璞等, 1991)，小哈拉軍山輝長巖和約25km2的哈拉達(dá)拉層狀巖體均未見較原始的礦物(如高Fo橄欖石或高M(jìn)g#輝石等)和巖石類型(Heetal., 2016)，表明該區(qū)域深部可能存在更大規(guī)模的隱伏巖體；(c)V-Ti磁鐵礦化的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體通常與地幔柱活動(dòng)密切相關(guān)(Pirajno, 2000; 徐義剛等, 2013)。因此，小哈拉軍山輝長巖很可能也是塔里木早二疊世地幔柱活動(dòng)產(chǎn)物。西天山早二疊世廣泛分布雙峰式巖墻、A型花崗巖、玄武巖和基性侵入巖，酸性巖高的鋯飽和溫度，以及高壓-超高壓變質(zhì)巖的分布均表明西天山早二疊世受到塔里木地幔柱的作用(Liuetal., 2013; Zhang and Zou, 2013a, b; Zhangetal., 2014; Hanetal., 2019)。實(shí)際上，如果西天山地區(qū)在早二疊世已處于造山碰撞后的伸展階段(Gaoetal., 2011; Longetal., 2011; Gouetal., 2012; Liuetal., 2016; Xiaetal., 2016)，將成為塔里木大火成巖省范圍內(nèi)地幔柱活動(dòng)最易于表現(xiàn)和優(yōu)先表現(xiàn)出來的地區(qū)(Heetal., 2016)。另外，前人研究表明，塔里木大火成巖省巖漿活動(dòng)時(shí)間為270～300Ma(Xuetal., 2014)，因此，形成于295Ma的小哈拉軍山輝長巖很可能也是塔里木地幔柱在西天山的巖漿活動(dòng)產(chǎn)物，其地幔源區(qū)在造山帶閉合之前實(shí)際上為受大洋板片俯沖的地幔楔。在板片俯沖過程中，一方面地幔楔因受俯沖流體及沉積物組分的交代富集而易于熔融產(chǎn)生弧巖漿，另一方面俯沖的大洋板片可能會(huì)部分以輝石巖或榴輝巖的形式滯留于地幔楔，這可能也是該地區(qū)晚石炭世火山沉積巖普遍發(fā)育鐵礦床重要原因。造山帶閉合之后，地幔柱活動(dòng)的疊加作用可能也促進(jìn)了前造山帶之下的富輝石巖地幔源區(qū)發(fā)生較大程度部分熔融，因而形成的哈拉達(dá)拉與小哈拉軍山輝長巖同時(shí)顯示出俯沖流體交代的微量元素組成特征和富集Fe-Ti等元素的特征。

6 結(jié)論

對(duì)西天山小哈拉軍山輝長巖系統(tǒng)的礦物學(xué)、巖石學(xué)、地球化學(xué)和年代學(xué)研究獲得以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

(1)小哈拉軍山輝長巖形成于295±3Ma，全巖富集大離子親石元素和輕稀土元素，相對(duì)虧損的重稀土和高場強(qiáng)元素(Nb-Ta)，Nd同位素略虧損，Sr同位素略富集，形成于造山帶前俯沖板片交代富集的地幔源區(qū)。

(2)小哈拉軍山輝長巖的具有富Fe-Ti的原始巖漿，并且早期巖漿的水含量和氧逸度相對(duì)較低。

(3)小哈拉軍山輝長巖與相鄰的哈拉達(dá)拉富V-Ti磁鐵礦層狀輝長巖具有相似的巖漿源區(qū)和礦化特征，可能都是塔里木早二疊世地幔柱在西天山造山帶這一構(gòu)造薄弱帶的巖漿活動(dòng)表現(xiàn)。

致謝感謝在樣品處理和實(shí)驗(yàn)過程中給予大力支持的王鑫玉、涂湘林、胡光黔、馬金龍、夏小平等老師。李永軍教授和另外兩位審稿人認(rèn)真評(píng)閱本文并提出了寶貴修改意見，謹(jǐn)致謝忱。