杨 军，蔡柯柯，赵志强，王世伟，甘海涛

(1.四川省地质矿产勘查开发局区域地质调查队，四川 双流 610213;2.重庆市地质矿产勘查开发局607地质队，重庆 400056)

引言

西昆仑造山带位于青藏高原西北缘和中央造山带的最西段，属古亚洲构造域、秦祁昆构造域和特提斯构造域的结合部位［2-4］。大地构造位置特殊［5-6］，陆内消减、走滑作用强烈，一直以来被认为是研究喀喇昆仑西昆仑地质演化的重要地区。但该区的自然条件恶劣，野外地质调研工作困难，地质调查研究程度非常低，目前仍是我国造山带中研究程度较低的地区之一。显生宙以来大致经历的原特提斯洋和古特提斯洋两个演化阶段是西昆仑造山带主要特征［5、7］，也因此保存了两条重要的蛇绿岩带即库地-其曼于特蛇绿构造混杂岩带和康西瓦-苏巴什蛇绿构造混杂岩带。其中蛇绿岩带的分布、形成时代、形成环境等一系列问题还存在很大分歧，需要进一步研究。这包括库地蛇绿岩构造环境的认识就存在大洋中脊［8-11］和弧后盆地［12-16］两种不同认识，这些不同观点的原因可能是该区蛇绿岩组成单元出露不全且遭到后期的强烈破坏。铬铁矿是蛇绿岩的专属矿产，在铬铁矿及其围岩地幔橄榄岩中都存在矿物铬尖晶石，其矿物学特征和元素组成可以反映成岩成矿环境［17］以及矿物结晶时所处地幔的状态［18］，如地幔的物质组成、赋存环境、物理化学状态以及地幔熔融程度。这些信息对探讨成矿物质来源、成矿作用过程、深部地幔状态和构造环境及其演化均具有重要的科学意义。因此，通过对铬尖晶石形成环境的研究，有助于提高人们对其所在的蛇绿岩产出构造环境的认识，能更好地探讨西昆仑库地蛇绿岩的地质意义。

笔者通过对前人资料的深入归纳与总结，对库地蛇绿岩中矿物学与玄武岩的地球化学进行对比研究。计算岩体的部分熔融程度及形成过程中的氧逸度，结合玄武岩的稀土元素特征，进而探讨其相应的构造环境。在此基础上提出了库地地幔橄榄岩可能是由洋中脊到俯冲带演化过程的结果。

1 地质背景

库地蛇绿岩出露于叶城南新藏公路135～156km地段内，位于康西瓦大型走滑断裂带的北侧，桑珠大坂-公格尔山古断裂带的北缘，北邻阿卡子达坂(图1)，是西昆仑造山带十分重要的岩石-构造单元。最早可追索到汪玉珍1983年［12］提出的出露在新藏公路134～160km之间的一些超镁铁质岩和基性火山岩以及复理石建造。库地超镁铁岩包括库地北变质橄榄岩和库地南堆晶橄榄岩两类。库地北变质橄榄岩，位于库地村的北侧，岩体长5.2km，宽4.4km，其西界有海西期花岗岩的侵入，其余边界均被断层所包围，岩体东南侧围岩可能是太古代片麻岩(图2)。变质橄榄岩主要由方辉橄榄岩和少量纯橄榄岩组成，可见伟晶辉石岩脉、伟晶辉长岩脉和中粗粒辉长岩脉等贯入，是喀喇昆仑-西昆仑地区库地蛇绿岩套中的上地幔残体，是一个推覆的构造岩片［1］。库地村南有3条贯穿在太古代片麻岩中的超基性岩脉，脉长100m ～1.5km，宽10～20m，主要由纯橄榄岩和少量方辉橄榄岩组成，具有明显的堆晶结构，为超镁铁质堆晶岩［19］。

图1 新疆昆仑山构造地质简图［20］Fig.1 Schematic map showing tectonic setting and geology of western Kunlun Mountains，Xinjiang(after Hao Jie et al.，2003)

2 岩相学特征

库地蛇绿岩主要包括超镁铁质岩和基性火山岩以及复理石建造等［12］，但常被构造肢解，呈不完整连续特征，主要出露于库地北布孜万达坂一带，在库地南也有零星分布。库地北蛇绿岩中超基性岩体位于库地桥西的布孜万达坂和托排士达坂之间，以大型构造透镜体的形式出露在片麻岩系中，长8.8km，宽 5.2km，面积约 44km2［19］。蛇绿混杂岩体倾向北西，混杂岩体西部被早古生代辉绿岩侵入，北侧边界与西合休岩组以断层接触。东南侧围岩为长城系赛图拉岩群黑云石英片岩，南西侧为早古生代中期石英二长闪长岩［19］。

库地蛇绿岩从布孜万沟至托排士达坂出露的岩性有:底部为变质橄榄岩，岩石类型主要为纯橄岩、方辉橄榄岩、斜辉橄榄岩、辉橄岩和蛇纹岩等，以纯橄岩和方辉橄榄岩最为常见;中部为方辉橄岩、辉石岩、辉长岩互层状产出的镁铁质堆晶岩，及少量的钠长花岗岩;上部为结晶粗大的辉长岩及钠长花岗岩呈互层状，组成堆晶岩的上部层位;顶部为绿帘阳起片岩夹石英岩、黝帘透闪岩，与堆晶成因的基性杂岩为断层接触。总体上以中上部层序组合为主，其它地段尚有部分辉绿岩、辉绿玢岩、石英辉长岩，伴生的沉积岩有硅质岩和火山碎屑岩等［22］。

图2 库地地区地质简图［21］Fig.2 Simplified geological map of the Kuda area(after Li Yong’an et al.，1994)

库地蛇绿岩体分异较好，自下向上岩相分带可大致依次划分为纯橄岩相—纯橄岩 +方辉橄岩相—辉石岩+辉长岩相—阳起石片岩相。岩体内局部可见辉长伟晶岩脉。铬铁矿主要分布于纯橄岩相+辉橄岩相中。富铬铁矿体呈豆荚状，构造有块状、浸染状、条带状和似层状，结构主要为细粒粒状。矿石矿物为铬尖晶石，呈褐红色半透明，半自形粒状，粒径0.1～2.0mm，多数为 0.5～1.0mm，形成镶嵌集合体。集合体间被纤闪石集合体充填，形态不规则，空隙大小 0.1～2mm，多数为 0.5～1.3mm。脉石矿物主要有橄榄石和纤闪石，橄榄石呈等轴粒状，局部碎裂，沿裂隙有蛇纹石化蚀变，粒径1～2mm，多数为1.5mm。纤闪石中可见 0.003～0.02mm粒状镍黄铁矿，矿石中半定向裂纹纤闪石被菱镁矿细脉斜切，宽0.02mm。

3 矿物化学特征

本文共统计分析了库地地幔橄榄岩和铬铁矿中橄榄石、斜方辉石、单斜辉石和铬尖晶石的化学成分，表1列出了代表性样品的矿物电子探针分析结果。一般认为橄榄石的Fo值越大，说明其形成深度越大、熔融程度越高［23］。库地岩体中橄榄石Fo值约为91。从图3a可知库地地幔橄榄岩中的橄榄石主要为深海地幔橄榄岩的特征，指示其残留了早期深海橄榄石的矿物化学组分特征。斜方辉石和单斜辉石在岩相之间无论在产出，还是在含量上差别都不明显。而在单斜辉石和斜方辉石的矿物化学图解上，可知库地地幔橄榄岩中两辉石可能形成于弧前地幔橄榄岩的位置(图3b、c)，因此库地地幔橄榄岩的矿物化学表明存在部分熔融和地幔交代作用，呈现既有深海地幔橄榄岩和弧前地幔橄榄岩的特征(图3)。

铬尖晶石的化学组成可以作为其寄主岩石—地幔橄榄岩的成因指示标志。这是因为尖晶石的形成受地幔橄榄岩熔融程度、形成压力的控制。因此利用尖晶石的Cr#和橄榄石的Mg#的关系可以推测其寄主岩石的部分熔融程度、形成压力及构造环境［24］。库地地幔橄榄岩中铬尖晶石的Cr#＞60，表明其形成于俯冲型地幔橄榄岩特征［18］。

根据橄榄石与铬尖晶石之间的Mg、Fe平衡，以及斜方辉石-单斜辉石的固液相平衡，采用不同温度计对库地地幔橄榄岩和铬铁矿进行估算［25-28］。温度的计算是假定压力在1.5GPa的条件下形成，对于同一个样品采用不同的温度计，结果相差不超过250℃。计算结果在1370～1390℃之间，与前人计算地幔橄榄岩的形成温度1365～1369℃［19］接近。此外，铬尖晶石-斜方辉石的形成温度为906～920℃［29］，表明斜方辉石经历了更高程度的部分熔融，指示库地地幔橄榄岩部分熔融/岩石-熔体反应的温度变化范围较大，在906～1390℃之间。

依据橄榄石与斜方辉石的反应平衡，以及与铬尖晶石之间的化学组分关系:

T为估算的温度，P形成时的压力假定在1.5GPa条件下。=Fe3+/ΣFe(铬尖晶石中)，=Al/ΣR3+(铬尖晶石中)，=Fe2+/(Fe2++Mg)［26］。因此，利用矿物产出明显，并且具相互平衡的矿物对，例如橄榄石-铬尖晶石，橄榄石-斜方辉石对库地地幔橄榄岩形成过程氧逸度进行估算，计算结果为 Δlog(fO2)FMQ=0.5～0.8。从结果可知库地地幔橄榄岩的Δlog(fO2)FMQ大于洋中脊型方辉橄榄岩的值，位于俯冲带型方辉橄榄岩和洋中脊型纯橄岩之间，指示薄壳状纯橄岩可能与浸染状铬铁矿形成于相似的氧逸度环境，进一步佐证库地地幔橄榄岩经历了岩石-熔体过程。对比于洋中脊和俯冲带构造背景，地幔橄榄岩包括方辉橄榄岩、纯橄岩，铬尖晶石的Cr#与Δlog(fO2)FMQ呈现明显不同的构造区间［33-34］。从图4可知，库地地幔橄榄岩形成于不同的氧逸度环境，这与上述矿物学中橄榄石、斜方辉石和单斜辉石的化学成分指示一致。

表1 库地地幔橄榄岩中代表性矿物化学组成(wt%)Table 1 Chemical compositions in the representative minerals from the Kuda mantle peridotites(wt%)

4 地球化学特征

蛇绿岩形成构造环境的厘定对恢复一个地区在地质历史上的板块构造格局起到关键性作用。有人提出只有少数蛇绿岩是大洋中脊扩张的产物，多数蛇绿岩代表的是板块俯冲消减带上的岛弧和弧后盆地、大陆边缘海等小洋盆。Pearce和Cann［34-35］最先提出根据化学成分来限定岩浆起源的大地构造背景，并建立了构造-岩浆判别图解。研究表明，Hf、Ti、Zr、Y、Nb 和 Sr等元素是判别不同大地构造环境玄武岩的最有效的判别因子［34-35］。本文收集了库地蛇绿岩层序中上层玄武岩的数据来源［14-15］。图5为库地蛇绿岩的玄武岩构造环境判别图解，在Ti/100-Zr-Y×3图解(图5a)上，玄武岩落入洋中脊玄武岩区;在Hf/3-Th-Ta图解上，库地玄武岩投在N-MORB玄武岩区;Zr/Y-Zr图解上，以及Th/Yb-Ta/Yb图解中，玄武岩都位于N-MORB玄武岩区。结合早期报道过的玄武岩的稀土元素和微量元素配分模式［10、14］，并从上述不活泼元素的判别图解上看，玄武岩属于洋中脊环境。在地幔橄榄岩、辉石岩和辉长岩中含水矿物角闪石、绿帘石等的出现，暗示其受到后期流体的改造［36-37］，而这种流体形成于板块俯冲带上，库地铬铁矿中角闪石的发现佐证了这一特征［29］。不同于其它蛇绿岩体弧后盆地和多岛弧的观点［38-39］，在我国典型的雅鲁藏布江缝合带东段罗布莎蛇绿岩同样是在大洋中脊形成后，经历了一个俯冲带环境的演化过程［40-43］，本文所讨论的库地蛇绿岩可能也属这种类型。

图3 库地地幔橄榄中橄榄石、斜方辉石、单斜辉石和尖晶石的成分图解Fig.3 Compositional diagrams of olivine，orthopyroxene，clinopyroxene and spinel from theKuda mantle peridotites

图4 库地地幔橄榄岩的氧逸度图解［33］Fig.4 Oxygen fugacity vs.Cr#of the different lithologies of the Kuda mantle peridotites(after Dare et al.，2009)

5 讨论及结论

5.1 地幔橄榄岩的演化过程

图5 库地蛇绿岩中玄武岩、辉长岩和辉石岩构造环境判别图解(据a.Pearce and Cann，1973;b.Wood，1980;c.Pearce et al.，1979;d.Pearce，1984)Fig.5 Discrimination diagrams for the tectonic interpretation of basalts，gabbro and pyroxenite from the Kuda ophiolite in western Kunlun Mountains

部分熔融可使地幔亏损，并达到矿物相消失的熔融点。实验数据表明，富集的二辉橄榄岩部分熔融程度达到20%情况下转变成残余的方辉橄榄岩，而在50%～60%的条件下形成纯橄岩［47-49］。在无水条件下，单斜辉石易转变成流体。当岩石中只有5%～7%的单斜辉石时流体有所减少，而方辉橄榄岩转变成流体的比例有所增加［49］。所以，地幔橄榄岩中单斜辉石的比例越低，指示此岩石发生部分熔融的程度越高［18、49］。

矿物化学特征结果表明，库地地幔橄榄岩位于深海地幔橄榄岩区，并具有比原始地幔更低的CaO、Al2O3和FeOT含量，是由于地幔橄榄岩发生部分熔融过程中这些相容元素被抽走从而残留的结果。库地地幔橄榄岩的矿物学特征，与其对应的是蛇绿岩上部玄武岩地球化学特征，指示库地地幔橄榄岩经历了洋中脊至俯冲带环境的改造过程(图5)，地幔橄榄岩中角闪石的发现也证明了这一过程［29］。从图6可知，库地地幔橄榄岩多位于岛弧橄榄岩的位置，部分熔融程度较高，达到了～30%，显示可能在俯冲带的位置发生了岩石/熔体的反应，而指示部分熔融程度增加，铬尖晶石的铬值增加。库地岩体中纯橄岩的铬尖晶石Cr#、单斜辉石Al2O3含量及橄榄石的Fo值，也同样显示库地地幔橄榄岩部分熔融程度达～30%，呈现俯冲型地幔橄榄岩的特征。

图6(a)库地地幔橄榄岩中铬尖晶石的Cr#-单斜辉石的Al2O3(wt%)图;(b)库地地幔橄榄岩中橄榄石的Fo值-铬尖晶石的Cr#的成分图(Pearce et al.，2000)Fig.6 a.Variation diagram of Al2O3(wt%)in clinopyroxene vs.Cr#in coexisting spinel from the Kuda mantle peridotites;b.Variation diagram of Cr#in spinel vs.Fo contents in coexisting olivine from the Kuda mantle peridotites(after Pearce et al.，2000)

5.2 构造意义

对于蛇绿岩的形成环境，有人提出只有少数蛇绿岩是大洋中脊扩张的产物，多数蛇绿岩代表的是板块俯冲消减带上的岛弧和弧后盆地、大陆边缘海等小洋盆［45］。基于此问题，笔者认为，在对辉石岩、辉长岩进行锆石U-Pb年龄解释之前，有必要先查明其岩石化学类型，弄清楚形成构造环境。侵位于地幔橄榄岩中的辉长(绿)岩显然与典型蛇绿岩剖面中位于堆晶岩之上的席状岩墙群不同。一般认为，此类基性分凝体为地幔岩的同源熔出物［50］，是以岩脉(墙)的形式被抽出而固结的产物［51］。通过上述分析，可推断库地蛇绿岩的辉石岩、辉长岩应属同源产出，辉长岩的主量元素及稀土元素都呈典型的特征［14］。并且获得石英辉长岩锆石SHRIMP年龄510 ±4Ma［16］、伟晶辉长岩 SHRIMP年龄525 ±2.9Ma 和玄武岩 428 ± 19Ma［6］。在 2Nb-Zr/4-Y 环境判别图解和Th/Yb-Ta/Yb构造图解上样品都在洋中脊玄武岩的区域(图5)。此外，Rb-Sr全岩的年龄为359～297±45Ma，Sm/Nd模式年龄 为698～976Ma［1］，K-Ar 全岩年龄为 817 ± 29Ma［21］，全岩Sm-Nd等时线年龄为 824±23Ma［52］。由此进一步证明西昆仑库地蛇绿岩中辉长辉绿岩与正常洋中脊玄武岩具有亲缘性，形成于洋中脊环境。玄武岩也具同样的特征，但微量元素的特征显示可能也与后期流体的交代作用富集有关［7］。库地地幔橄榄岩的矿物学和氧逸度特征表明岩体先期形成于洋中脊环境，后期经历了俯冲带环境的改造，形成了俯冲型地幔橄榄岩的矿物学特征。这可对比于雅鲁藏布江缝合带蛇绿岩，同样是在大洋中脊形成后，经历了一个俯冲带环境的演化过程［53-54］。

综上所述，西昆仑库地蛇绿岩体构造背景相似于雅鲁藏布江缝合带蛇绿岩。库地地幔橄榄岩中矿物组合、矿物化学成份及玄武岩地球化学结果，显示岩体经历了～30%的强部分熔融作用，并且经历了两个阶段，即为早期的洋中脊构造背景，以及后期就位过程中的俯冲带环境的改造，是多阶段不同构造背景演化的结果。

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