塔里木盆地東南緣安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖成因及其地質(zhì)意義

莊玉軍，辜平陽(yáng)*，陳銳明，查顯鋒，彭 璇

(1. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054; 2. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局造山帶地質(zhì)研究中心，陜西 西安 710054)

0 引 言

碳酸巖是一種淺灰色至灰白色的富含碳酸鹽礦物(體積分?jǐn)?shù)高于50%)的火成巖石。作為自然界出露很少的巖石類型之一，直到發(fā)現(xiàn)正在噴溢的碳酸質(zhì)熔漿后，碳酸巖的存在才得到地質(zhì)學(xué)家的認(rèn)可。因碳酸巖與全球戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)(尤其是稀土元素和Nb)關(guān)系密切，也是地球深部碳循環(huán)主要載體之一，具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，故備受地質(zhì)學(xué)家廣泛關(guān)注。多數(shù)碳酸巖與地幔柱活動(dòng)密切相關(guān)，在時(shí)空上常與堿性巖、基性—超基性巖伴生，巖石Sr-Nd-Pb-C-O等同位素組成也均呈現(xiàn)出幔源特征，故通常被認(rèn)為是幔源成因，該觀點(diǎn)也得到相關(guān)實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)模擬的證實(shí)。目前，碳酸巖主流的幔源成因觀點(diǎn)有3種：①直接來(lái)源于地幔源區(qū)的低程度部分熔融作用；②富CO的堿性硅酸巖巖漿液態(tài)不混溶或分離結(jié)晶的產(chǎn)物；③地球深部(地幔轉(zhuǎn)換帶和下地幔)的氧化-還原熔融反應(yīng)。此外，Demeny等還提出富CO的深部流體在中下地殼對(duì)超基性巖交代也可形成碳酸巖漿，為碳酸巖漿的形成提供了新的可能。

然而，盡管早在1960年Wyllie等已通過(guò)實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)證實(shí)了高級(jí)區(qū)域變質(zhì)作用可能會(huì)導(dǎo)致不純的碳酸鹽巖(CaO-CO-HO體系)發(fā)生部分熔融作用形成碳酸巖漿，但一直到21世紀(jì)初多數(shù)地質(zhì)學(xué)家仍認(rèn)為除地幔成因碳酸巖外沒(méi)有其他類型的火成碳酸巖產(chǎn)出。近年來(lái)，一些學(xué)者根據(jù)野外地質(zhì)產(chǎn)狀、巖石學(xué)及地球化學(xué)等方面的研究還提出存在殼源成因碳酸巖，即成巖物質(zhì)來(lái)源于地殼，由沉積碳酸鹽巖(或變質(zhì)大理巖)在地殼環(huán)境下部分熔融形成的巖漿演化而成的巖石。殼源成因碳酸巖與幔源成因碳酸巖存在成因機(jī)制和成巖物質(zhì)來(lái)源的本質(zhì)不同，導(dǎo)致二者在礦物類別和復(fù)雜程度，主量、微量和稀土元素特征以及Sr-Nd-Pb-C-O同位素組成特征等方面分別呈現(xiàn)出殼源和幔源兩種屬性，進(jìn)而造成二者所指示的地質(zhì)意義也明顯不同。

圖件引自文獻(xiàn)[41],有所修改圖1 塔里木盆地及其周緣前寒武紀(jì)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Sketch Map Showing the Precambrian Geology in Tarim Basin and Its Adjacent Areas

塔里木盆地中心被中—新生代巨厚沉積物覆蓋，變質(zhì)結(jié)晶基底主要出露在盆地東北緣的庫(kù)魯克塔格地區(qū)、西北緣的阿克蘇—柯坪地區(qū)、西南緣的鐵克里克地區(qū)及東—東南緣的敦煌—北阿爾金地區(qū)(圖1)。迄今為止，僅在塔里木盆地東北緣且干布拉克地區(qū)，西北緣阿克蘇—烏什南部地區(qū)、瓦吉里塔格地區(qū)以及東南緣阿克塔什塔格地區(qū)、卡拉塔什塔格地區(qū)和烏什喀特地區(qū)有零星碳酸巖出露。其中，東北緣且干布拉克地區(qū)及西北緣瓦吉里塔格地區(qū)的碳酸巖為幔源成因，而西北緣阿克蘇—烏什南部地區(qū)及東南緣阿克塔什塔格地區(qū)、卡拉塔什塔格地區(qū)和烏什喀特地區(qū)的碳酸巖則為殼源成因。近年來(lái)，課題組在塔里木盆地東南緣安南壩地區(qū)開展1∶50 000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時(shí)，在安南壩西登蓋科一帶米蘭巖群中新識(shí)別出一套碳酸巖，這套碳酸巖的形成時(shí)代、巖石成因及其對(duì)塔里木盆地東南緣構(gòu)造演化的意義尚不清楚。鑒于此，本文以該碳酸巖為研究對(duì)象，在詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查和巖相學(xué)研究的基礎(chǔ)上，開展巖石地球化學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)及Lu-Hf同位素地球化學(xué)等方面研究，并結(jié)合前人研究成果，探討其巖石成因及地質(zhì)意義，以期為塔里木盆地東南緣構(gòu)造演化提供約束。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于塔里木盆地東南緣阿爾金構(gòu)造帶東段，北接塔里木地塊，南部以北阿爾金斷裂為界與紅柳溝—拉配泉早古生代蛇綠構(gòu)造混雜巖帶相鄰(圖1)。區(qū)內(nèi)出露的地質(zhì)體主要為呈NW—SE向展布的新太古代米蘭巖群、薊縣紀(jì)安南壩群、新太古代TTG片麻巖及古元古代侵入體等(圖2)。作為區(qū)內(nèi)變質(zhì)結(jié)晶基底的重要組成部分，米蘭巖群和TTG片麻巖普遍發(fā)育混合巖化：前者由片麻巖組(Ar.)和大理巖組(Ar.)組成，巖性主要為長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃(片麻)巖、云母大理巖及含透輝石大理巖等；后者包括英云閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖和花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖，與米蘭巖群呈侵入接觸關(guān)系，局部為片麻理接觸或斷層接觸。辜平陽(yáng)等通過(guò)LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年分別將區(qū)內(nèi)英云閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖和花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖的形成時(shí)代厘定為(2 662±12)Ma和(2 555±11)Ma，認(rèn)為二者是新太古代晚期與俯沖作用有關(guān)的陸殼增生事件的地質(zhì)記錄。區(qū)內(nèi)薊縣紀(jì)安南壩群是一套以白云巖為主的碳酸鹽巖組合，呈角度不整合產(chǎn)于結(jié)晶基底變質(zhì)巖系之上。古元古代侵入體主要為片麻狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖和碳酸巖，二者與米蘭巖群呈侵入接觸關(guān)系，局部呈巖枝狀和巖脈狀穿插于米蘭巖群中。后期輝長(zhǎng)巖脈、輝綠巖脈、煌斑巖脈、閃長(zhǎng)巖脈、正長(zhǎng)花崗巖脈及二長(zhǎng)花崗巖脈等脈體呈NE—SW向和NW—SE向侵入上述地質(zhì)體之中。

1為米蘭巖群片麻巖組；2為米蘭巖群大理巖組；3為安南壩群碳酸鹽巖組；4為英云閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖；5為花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖；6為碳酸巖；7為二長(zhǎng)花崗巖；8為白云巖巖塊；9為凝灰?guī)r巖塊；10為上更新統(tǒng)；11為中更新統(tǒng)；12為全新統(tǒng)；13為二長(zhǎng)花崗巖脈；14為正長(zhǎng)花崗巖脈；15為閃長(zhǎng)巖脈；16為輝綠巖脈；17為輝長(zhǎng)巖脈；18為基性巖脈；19為煌斑巖脈；20為石英脈；21為一般斷裂/遙感解譯斷裂；22為走滑斷層；23為層理產(chǎn)狀/片麻理產(chǎn)狀；24為采樣點(diǎn)圖2 塔里木盆地東南緣安南壩地區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geological Map of Annanba Area in the Southeastern Margin of Tarim Basin

2 宏觀地質(zhì)及巖石學(xué)特征

2.1 宏觀地質(zhì)特征

薄片均進(jìn)行茜素紅染色實(shí)驗(yàn)；Cal為方解石；Do為白云石；Di為透輝石；Qz為石英；Pl為斜長(zhǎng)石圖3 碳酸巖野外照片和顯微鏡下圖像Fig.3 Field Photos and Photomicrographs of Carbonatite

碳酸巖主要出露在塔里木盆地東南緣安南壩西一帶，呈不規(guī)則狀、脈狀及透鏡狀產(chǎn)出，與米蘭巖群[圖3(a)]和英云閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖[圖3(b)、(c)]等圍巖呈侵入接觸關(guān)系[圖3(a)～(c)]。碳酸巖中還存在與圍巖成分一致的不同形態(tài)捕虜體，如斜長(zhǎng)角閃片麻巖[圖3(a)]、英云閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖[圖3(b)]、花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖[圖3(c)]及大理巖[圖3(d)]等；部分捕虜體呈斑雜狀產(chǎn)出[圖3(e)]，與碳酸巖接觸部位發(fā)育邊緣混染帶[圖3(b)]，為二者同化混染的產(chǎn)物。此外，該碳酸巖內(nèi)部不發(fā)育任何層理構(gòu)造，也未見碎屑巖夾層，與沉積碳酸鹽巖明顯不同。

2.2 巖石學(xué)特征

本文用于巖石地球化學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)及Lu-Hf同位素地球化學(xué)研究的碳酸巖樣品(編號(hào)為D1692)采自安南壩地區(qū)西蓋登科一帶，地理坐標(biāo)為(39°14′26"N，92°46′52"E)。巖石風(fēng)化面呈淺灰、灰白或淺灰紅色，新鮮面為灰—灰白色，具致密塊狀構(gòu)造[圖3(f)]、細(xì)晶粒狀結(jié)構(gòu)[圖3(g)]，巖石類型為透輝石碳酸巖。巖石主要由方解石、白云石、透輝石、石英及斜長(zhǎng)石等礦物組成[圖3(g)～(i)]。其中，方解石多呈他形粒狀集合體產(chǎn)出，礦物顆粒大小不一，被茜素紅染色后呈紅色；白云石呈微晶粒狀[圖3(g)]或他形粒狀[圖3(h)、(i)]，局部可見細(xì)粒石英顆粒散布其中；透輝石呈他形粒狀、柱狀，部分已綠簾石化[圖3(g)]，邊部呈熔蝕港灣狀[圖3(h)]；石英呈他形粒狀產(chǎn)出，在較大顆粒的邊部可見明顯的熔蝕邊或圓化邊[圖3(i)]；斜長(zhǎng)石含量較少，呈半自形粒狀產(chǎn)出，局部可見聚片雙晶發(fā)育[圖3(g)]。

3 分析方法

樣品的主量、微量及稀土元素分析在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成。其中，主量元素采用SX45型X射線熒光光譜儀(XRF)進(jìn)行分析，分析誤差小于1%；微量和稀土元素利用SX50型電感耦合等離子體光譜儀(ICP-MS)進(jìn)行測(cè)定，分析誤差小于10%。樣品鋯石挑選及制靶由河北省廊坊市誠(chéng)信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成，鋯石透射光、反射光及陰極發(fā)光(CL)照相在自然資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。分析點(diǎn)的選取首先根據(jù)鋯石反射光和透射光照片進(jìn)行初選，再與陰極發(fā)光圖像反復(fù)對(duì)比，力求避開內(nèi)部裂隙和包裹體，以獲得較準(zhǔn)確的年齡信息。LA-ICP-MS鋯石微區(qū)U-Pb年齡測(cè)定在自然資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，采用193 nm ArF準(zhǔn)分子(Excimer)激光器的Geo Las200M剝蝕系統(tǒng)，ICP-MS為Agilent 7700，激光束斑直徑為24 μm，以GJ-1為同位素監(jiān)控標(biāo)樣，91500為年齡標(biāo)定標(biāo)樣，NIST610為元素含量標(biāo)樣進(jìn)行校正，普通鉛校正依據(jù)實(shí)測(cè)Pb進(jìn)行校正。

采用Glitter 4.0程序(Macquarie University)對(duì)鋯石同位素比值及元素含量進(jìn)行計(jì)算，并按照Andersen提出的方法，用LAMICPMS 3.15程序?qū)ζ溥M(jìn)行普通鉛校正，年齡計(jì)算及諧和曲線采用Isoplot 3.00完成。

鋯石原位Lu-Hf同位素分析在配備了GeoLas2500激光剝蝕系統(tǒng)的Nu Plasma HR多接收電感藕合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)上完成，激光剝蝕脈沖頻率為10 Hz，激光束斑直徑為44 μm，剝蝕時(shí)間約50 s。用Lu/Lu值(0.026 690)和Yb/Yb值(0.588 600)進(jìn)行同量異位干擾校正，計(jì)算樣品Lu/Hf和Hf/Hf值。()的計(jì)算采用Lu衰變常數(shù)(1.867×10年)、現(xiàn)今球粒隕石Hf/Hf值(0.282 785)和Lu/Hf值(0.033 600)；Hf同位素模式年齡()的計(jì)算采用現(xiàn)今虧損地幔Hf/Hf值(0.283 250)和Lu/Hf值(0.038 400)。

4 結(jié)果分析

4.1 巖石地球化學(xué)特征

塔里木盆地東南緣安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖的主量、微量和稀土元素分析結(jié)果分別見表1、2。從表1可以看出：透輝石碳酸巖中CaO和CO含量較高，平均含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)分別為35.89%和23.77%；MgO、FeO和MnO含量較低，平均值分別為2.84%、1.73%和0.04%。透輝石碳酸巖中石英和斜長(zhǎng)石等長(zhǎng)英質(zhì)礦物含量較高，致使巖石中SiO平均含量高達(dá)30.37%，明顯高于幔源成因碳酸巖的SiO含量(一般低于20%)，而與大青山殼源成因碳酸巖的SiO含量(34.02%)類似(表1)。由表2可知，巖石稀土元素總含量較低，為(45.44～91.47)×10，輕稀土元素總含量為(42.83～86.06)×10，重稀土元素總含量為(2.61～5.41)×10，顯著不同于幔源成因碳酸巖富稀土元素尤其是高度富集輕稀土元素的特征。巖石(La/Lu)值為19.78～28.13，表明輕、重稀土元素分餾較為明顯，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式中表現(xiàn)為右傾型[圖4(a)]；原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖[圖4(b)]顯示巖石相對(duì)富集Rb、Ba、Th、Sr等大離子親石元素，虧損Nb、Ta、Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素。上述巖石地球化學(xué)特征均與大青山殼源成因碳酸巖類似，而與白云鄂博幔源成因碳酸巖差異明顯[圖4(a)、(b)]，暗示安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖可能為殼源成因。

表1 透輝石碳酸巖主量元素分析結(jié)果Table 1 Analysis Results of Major Element of Diopside Carbonatite

表2 透輝石碳酸巖微量及稀土元素分析結(jié)果Table 2 Analysis Results of Trace and Rare Earth Elements of Diopside Carbonatite

4.2 鋯石U-Pb年代學(xué)特征

對(duì)安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖進(jìn)行鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)陰極發(fā)光觀察和LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年。由陰極發(fā)光圖像(圖5)可知，鋯石多發(fā)育寬緩或條帶狀振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，少部分鋯石可見核-邊結(jié)構(gòu)，暗示鋯石成因與巖漿作用或變質(zhì)深熔作用有關(guān)。本次選取不同種類且具代表性的30粒鋯石進(jìn)行微量元素及U-Pb定年分析。鋯石微量元素組成見表3，鋯石U-Pb同位素比值和表面年齡測(cè)試數(shù)據(jù)列于表4。U含量((29.42～1 667.97)×10)和Th含量((3.14～1 215.97)×10)變化較大，表明二者在鋯石中分布具較明顯的不均一性；鋯石Th/U值總體較低(0.05～0.89)，平均值為0.24，明顯有別于地幔來(lái)源的巖漿鋯石，而與大青山殼源成因碳酸巖中深熔成因鋯石特征相似。此外，鋯石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式顯示出虧損輕稀土元素并逐步富集重稀土元素的特征，且具有明顯的Ce正異常和弱Eu負(fù)異常[圖6(a)]；結(jié)合鋯石存在弱的震蕩環(huán)帶和較低的Th/U值，推斷透輝石碳酸巖中鋯石可能為深熔作用下形成的重結(jié)晶鋯石。因年齡大于1 000 Ma的古老鋯石多存在著一定程度的Pb丟失，而在相同的初始條件和類似的地質(zhì)環(huán)境條件下，Pb和Pb的變化趨勢(shì)是一致的，使得二者之間的比值保持著一定的穩(wěn)定，故本文采用Pb/Pb年齡來(lái)進(jìn)行諧和年齡和Hf同位素的相關(guān)計(jì)算。去除2粒具不諧和年齡數(shù)據(jù)的鋯石，剩余28粒鋯石中的24粒鋯石Pb/Pb年齡在Pb/U-Pb/U圖解中形成一條線性不一致線，其上交點(diǎn)年齡為(1 910±13)Ma[圖6(b)]，代表了碳酸巖的形成年齡；另外4粒鋯石Pb/Pb年齡為(2 043±20)～(2 021±22)Ma，可能為巖漿就位過(guò)程中從圍巖中捕獲的鋯石。

表3 透輝石碳酸巖(D1692)鋯石稀土元素分析結(jié)果Table 3 Analysis Results of Rare Earth Elements of Diopside Carbonatite (D1692)

表4 透輝石碳酸巖(D1692)LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果Table 4 Analysis Results of LA-ICP-MS Zircon U-Pb Isotope of Diopside Carbonatite (D1692)

ws為樣品含量；wc為球粒隕石含量；wp為原始地幔含量；球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值引自文獻(xiàn)[62];白云鄂博幔源成因碳酸巖數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[59]；大青山殼源成因碳酸巖數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[37]；沉積碳酸鹽巖數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[60]；同一圖中相同線條對(duì)應(yīng)不同樣品圖4 透輝石碳酸巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.4 Chondrite-normalized REE Pattern and Primitive Mantle-normalized Spider Diagram of Diopside Carbonatite

圖5 透輝石碳酸巖鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.5 CL Images of Zircons from Diopside Carbonatite

圖6 透輝石碳酸巖鋯石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式及鋯石U-Pb年齡諧和曲線Fig.6 Chondrite-normalized REE Pattern of Zircons and Concordia Diagram of Zircons U-Pb Age of Diopside Carbonatite

4.3 鋯石Lu-Hf同位素特征

實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究表明，鋯石具有很高的Hf同位素體系封閉溫度，即使在麻粒巖相等高級(jí)變質(zhì)條件下，鋯石仍可保持原始的Hf同位素組成。本文在鋯石U-Pb定年的基礎(chǔ)上對(duì)安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖中28粒鋯石進(jìn)行原位Hf同位素分析(有效分析點(diǎn)為24個(gè))，其鋯石Lu/Hf值介于0.000 027～0.000 411，均小于0.002(表5)，表明因Lu衰變形成的放射性成因Hf同位素積累量極少，所測(cè)定的Hf同位素比值可代表鋯石形成時(shí)的初始值。鋯石Hf/Hf值為0.281 124～0.281 446，對(duì)應(yīng)的()均為負(fù)值(-15.77～-4.34)。在-()圖解[圖7(a)]中，樣品點(diǎn)分布于平均地殼演化線之上或附近；鋯石Hf同位素模式年齡為2 889～2 461 Ma，在頻譜直方圖中形成約2.59 Ga的年齡峰值[圖7(b)]。

表5 透輝石碳酸巖(D1692)鋯石Lu-Hf同位素組成分析結(jié)果Table 5 Analysis Results of Zircon Lu-Hf Isotope Compositions of Diopside Carbonatite (D1692)

5 討 論

5.1 透輝石碳酸巖成因

塔里木盆地東南緣安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖呈不規(guī)則狀、脈狀和透鏡狀產(chǎn)出，與圍巖呈明顯的侵入接觸關(guān)系，其中可見不同類型的圍巖捕虜體，局部發(fā)育同化混染現(xiàn)象，巖石內(nèi)部也未見任何層理構(gòu)造。上述產(chǎn)出特征均表明該透輝石碳酸巖是火成碳酸巖而非沉積碳酸鹽巖(或大理巖)。

碳酸巖可分為幔源成因和殼源成因兩大類。幔源成因碳酸巖往往與基性、超基性巖及堿性雜巖體等地幔巖漿巖在時(shí)空上密切伴生，且礦物組合復(fù)雜，如白云鄂博幔源成因碳酸巖中已發(fā)現(xiàn)120多種礦物；而殼源成因碳酸巖則與之相反，與地幔巖漿巖間無(wú)明確時(shí)空伴生關(guān)系，礦物組合也相對(duì)較為簡(jiǎn)單。安南壩地區(qū)除晚期侵入的輝長(zhǎng)巖和輝綠巖等基性巖脈外，未見超鎂鐵質(zhì)巖、堿性雜巖等幔源巖漿巖產(chǎn)出，透輝石碳酸巖礦物組成較為簡(jiǎn)單，主要為方解石、白云石、透輝石、石英、斜長(zhǎng)石等，與大青山殼源成因碳酸巖和阿克塔什塔格殼源成因碳酸巖由方解石、透輝石、金云母、角閃石、石英及斜長(zhǎng)石等礦物組成類似，暗示本區(qū)透輝石碳酸巖可能是殼源成因而非幔源成因。巖石地球化學(xué)方面，幔源成因碳酸巖CaO、CO含量一般相對(duì)較低，而FeO、MnO、MgO等含量則相對(duì)較高(表1)，且具有高稀土元素總含量(如白云鄂博碳酸巖為(14 423～21 368)×10)，顯著富集輕稀土元素以及Sr、K、Rb、Th、Ba、Cs等不相容元素的特征；相反，殼源成因碳酸巖則表現(xiàn)為富含CaO和CO，相對(duì)貧FeO、MgO及MnO等(表1)，稀土元素總含量和輕稀土元素總含量明顯偏低，微量元素(除Sr、Rb、Ba外)含量均很低。安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖富CaO和CO，貧FeO、MgO及MnO 等(表1)，稀土元素總含量和輕稀土元素總含量低于幔源成因碳酸巖1個(gè)到2個(gè)數(shù)量級(jí)(表2)，相對(duì)富集Rb、Ba、Th、Sr等大離子親石元素，虧損Nb、Ta、Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素，與典型幔源成因碳酸巖顯著不同，而與殼源成因碳酸巖十分相似[圖4(b)]，且球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖與大青山殼源成因碳酸巖高度吻合(圖4)，顯示安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖可能為殼源成因。此外，第五春榮等提出：若巖石中鋯石()<0，表明它來(lái)自于古老地殼或者源區(qū)以古老地殼物質(zhì)為主體；如果鋯石()>0，則表明它來(lái)源于虧損地?；蛘咴磪^(qū)以虧損地幔物質(zhì)占主導(dǎo)。安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖中鋯石()值為-15.77～-4.34，指示該巖石可能主要來(lái)自于地殼巖石的部分熔融。上述分析綜合表明，安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖可能是殼源成因。

圖(a)中，虧損地幔演化線、新生地殼演化線引自文獻(xiàn)[64]，平均地殼演化線引自文獻(xiàn)[65]圖7 透輝石碳酸巖t-εHf(t)圖解和Hf同位素模式年齡頻數(shù)直方圖Fig.7 Diagram of t-εHf(t) and Number Histogram of Hf Model Age of Diopside Carbonatite

安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖在空間產(chǎn)出上與米蘭巖群斜長(zhǎng)角閃(片麻)巖及大理巖關(guān)系密切，在礦物組合上與米蘭巖群透輝石大理巖類似，暗示二者可能存在成因聯(lián)系。此外，前人在米蘭巖群長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃(片麻)巖中先后獲得2 589.37 Ma、(2 592±15)Ma、(2 726±9)Ma及(2 560±11)Ma的成巖年齡，并據(jù)此將米蘭巖群的形成時(shí)代限定為2.72～2.56 Ga；而安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖Hf同位素模式年齡具有約2.59 Ga的年齡峰值[圖7(b)]，與米蘭巖群形成時(shí)代一致，結(jié)合其鋯石具有負(fù)()值并在-()圖解[圖7(a)]中位于平均地殼演化線附近，進(jìn)一步暗示安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖可能是源自于以新太古代米蘭巖群含透輝石大理巖為主的古老地殼再造。

已有研究表明，殼源成因碳酸巖的巖漿是由地殼碳酸鹽巖在高溫作用下發(fā)生部分熔融形成的，而引起部分熔融的因素存在以下3種情況：①中酸性巖漿侵位至近地表與沉積碳酸鹽巖互相作用，導(dǎo)致碳酸鹽巖發(fā)生部分熔融；②基性—超基性巖漿的高溫?zé)崃鲗?dǎo)致碳酸鹽巖發(fā)生部分熔融；③強(qiáng)烈的區(qū)域變質(zhì)作用(地殼再造)造成碳酸鹽巖的部分熔融。安南壩地區(qū)雖然發(fā)育形成時(shí)代為(1 980±36)Ma的古元古代片麻狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖，但是其規(guī)模有限且地表未見與碳酸巖直接接觸，顯然不能夠提供足夠的熱量形成如此大范圍的熔融作用，而安南壩地區(qū)也并不發(fā)育與碳酸巖在時(shí)空上伴生的基性—超基性巖體(脈)，故而該碳酸巖巖漿的形成與中酸性巖漿侵位或基性—超基性巖漿的高溫?zé)崃鳠o(wú)關(guān)。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究表明：在大約740 ℃、1 kbar的溫壓條件下碳酸鹽巖(CaO-CO-HO三元體系)可發(fā)生部分熔融；當(dāng)溫度達(dá)到600 ℃～675 ℃和有流體存在的條件下，碳酸鹽巖(CaO-MgO-CO-HO體系)即可發(fā)生部分熔融，且HF、HCl和HPO等流體的存在可降低碳酸鹽巖體系的熔點(diǎn)。安南壩地區(qū)米蘭巖群片麻巖及麻粒巖組合表明：米蘭巖群經(jīng)歷了角閃-麻粒巖相變質(zhì)，峰期變質(zhì)溫壓條件(溫度為837 ℃～952 ℃，壓力為4.96～6.46 kbar)達(dá)到碳酸巖熔體形成所需的熔融條件，且其變質(zhì)時(shí)代為(1 954±11)Ma，與本文測(cè)定透輝石碳酸巖形成時(shí)代((1 910±13)Ma)相近。綜上所述，無(wú)論是在物質(zhì)組成、原巖時(shí)代和成巖時(shí)代方面，亦或是成巖溫壓條件方面，安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖均與米蘭巖群表現(xiàn)出密切的內(nèi)在聯(lián)系，即透輝石碳酸巖可能是米蘭巖群透輝石大理巖在麻粒巖相變質(zhì)條件下的部分熔融產(chǎn)物。

5.2 地質(zhì)意義

大量同位素年代學(xué)研究顯示，塔里木盆地東南緣自始太古代—古元古代中晚期經(jīng)歷了多次巖漿-構(gòu)造-熱事件。根據(jù)塔里木盆地東南緣已發(fā)表的746個(gè)巖漿及變質(zhì)鋯石年齡繪制的直方圖(圖8)可知，新太古代晚期(約2.55 Ga)和古元古代中晚期(約1.98 Ga)是塔里木盆地東南緣2個(gè)重要的構(gòu)造巖漿事件時(shí)期，前者被認(rèn)為是塔里木盆地東南緣重要的陸殼增生期，后者則是主要的變質(zhì)作用期。辛后田等獲得塔里木盆地東南緣阿克塔什塔格地區(qū)片麻狀閃長(zhǎng)巖、片麻狀石英閃長(zhǎng)巖及閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖形成時(shí)代分別為(2 135±110)、(2 052±10)及(2 031±20)Ma，并認(rèn)為其具有島弧巖漿巖的地球化學(xué)特征，是造山作用早期俯沖作用的產(chǎn)物；該地區(qū)變基性巖和變酸性巖成巖時(shí)代為(2 061±9)Ma和(1 963±8)Ma，其成因也與俯沖有關(guān)。辜平陽(yáng)在安南壩地區(qū)米蘭巖群中獲得鎂鐵質(zhì)麻粒巖(1 954±11)Ma的峰期變質(zhì)年齡，與Lu等通過(guò)SHRIMP U-Pb定年在阿克塔什塔格地區(qū)獲得的奧長(zhǎng)花崗質(zhì)片麻巖變質(zhì)年齡((1 978±50)Ma)在誤差范圍內(nèi)一致；朱文斌等認(rèn)為斜長(zhǎng)角閃巖兩期變質(zhì)年齡((2 012±20)和(2 048±36)Ma，(1 975±16)和(1 964±15)Ma)分別代表了早期麻粒巖相變質(zhì)作用及晚期角閃巖相退變質(zhì)作用的時(shí)代，且該角閃巖相-麻粒巖相的變質(zhì)作用與俯沖造山作用有關(guān)。安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖是約1.91 Ga米蘭巖群透輝石大理巖在麻粒巖相變質(zhì)作用條件下部分熔融的產(chǎn)物，與前述島弧巖漿巖及角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)巖類似，均為塔里木盆地東南緣古元古代中晚期與俯沖造山作用有關(guān)的巖漿-變質(zhì)事件的地質(zhì)記錄，同樣反映了古元古代晚期塔里木盆地東南緣處于俯沖碰撞造山的構(gòu)造環(huán)境；該俯沖-碰撞造山事件時(shí)限與Columbia超大陸聚合形成的全球性增生造山帶時(shí)限(2.0～1.8 Ga)一致，表明安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖的形成可能是Columbia超大陸聚合事件在塔里木盆地東南緣的響應(yīng)。

數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[41]、[44]、[46]、[47]、[67]～[69]、[72]～[78]、[80]～[86]圖8 塔里木盆地東南緣古元古代—太古代變質(zhì)鋯石及巖漿鋯石年齡直方圖Fig.8 Histogram of Ages of the Metamorphic and Magmatic Zircons from Paleoproterozoic to Archean in the Southeastern Margin of Tarim Basin

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)塔里木盆地東南緣安南壩地區(qū)出露的透輝石碳酸巖呈不規(guī)則狀和脈狀侵入圍巖米蘭巖群及TTG片麻巖中，巖石內(nèi)部可見圍巖捕虜體，并具致密塊狀構(gòu)造、細(xì)晶粒狀結(jié)構(gòu)，未見任何層理構(gòu)造，表明其為火成碳酸巖而非沉積碳酸鹽巖。

(2)安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖與地幔巖漿巖間無(wú)時(shí)空伴生關(guān)系，礦物組成較為簡(jiǎn)單，且富CaO、SiO，貧MgO、FeO，稀土元素總含量和輕稀土元素總含量偏低，相對(duì)富集Rb、Ba、Th、Sr等大離子親石元素，虧損Nb、Ta、Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素，具有負(fù)的()值，顯著不同于幔源成因碳酸巖，而與殼源成因碳酸巖類似。

(3)安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖鋯石具有約2.59 Ga的Hf同位素模式年齡峰值，鋯石U-Pb定年顯示其成巖年齡為(1 910±13)Ma，分別與米蘭巖群形成時(shí)代和麻粒巖相變質(zhì)時(shí)代一致。結(jié)合前人研究成果綜合分析認(rèn)為，安南壩地區(qū)透輝石碳酸巖可能是麻粒巖相變質(zhì)條件下米蘭巖群含透輝石大理巖深熔作用的產(chǎn)物，為Columbia超大陸聚合事件在塔里木盆地東南緣的響應(yīng)。

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