陳博 朱永峰

CHEN Bo1 and ZHU YongFeng2

1. 國(guó)土資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，西安 710054

2. 北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871

1. Key Laboratory for the Study of Focused Magmatism and Giant Ore Deposits，MLR;Xi’an Institute of Geology and Mineral Resources，Xi’an 710054，China

2. School of Earth and Space Sciences，Peking University，Beijing 100871，China

2014-04-30 收稿，2014-07-25 改回.

1 引言

巖漿成因的高An 值斜長(zhǎng)石(An80-100)常出現(xiàn)在島弧高鋁玄武巖中(Crawford et al.，1987;Fournelle and Marsh，1991)，在洋內(nèi)弧前環(huán)境下發(fā)育的玻安巖(Danyushevsky et al.，1997)，以及大洋中脊玄武巖中也有產(chǎn)出高An 值斜長(zhǎng)石的實(shí)例(Sinton et al.，1993)。由于其形成過(guò)程對(duì)限定巖漿起源及巖漿演化有重要作用，有關(guān)探討其成因及形成條件的研究工作未曾間斷。早期的研究表明形成高An 值斜長(zhǎng)石的熔體具有富水的特征，或具有異常高的CaO/Na2O(～3，質(zhì)量比)，和極高的Al2O3含量(＞16% ～17%)。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，巖漿中的水飽和程度、巖漿成分、結(jié)晶壓力以及氧逸度都對(duì)高An 值斜長(zhǎng)石的產(chǎn)出有控制作用。有關(guān)高鋁玄武巖的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高An 值斜長(zhǎng)石的形成需要巖漿中的水含量超過(guò)6%(Sisson and Grove，1993)，而對(duì)于低鉀拉斑玄武質(zhì)體系，最適宜的結(jié)晶條件為2 ～3kbar，水飽和狀態(tài)(Takagi et al.，2005);對(duì)于水含量較低的玻安巖，極高的Ca/Na 以及Al/Si 是重要因素，這意味著熔體具有極虧損的特征(Panjasawatwong et al.，1995)。這些實(shí)驗(yàn)研究取得的認(rèn)識(shí)，已被天然樣品中與斜長(zhǎng)石平衡的熔融包裹體的成分所驗(yàn)證(Sisson and Layne，1993;Sobolev and Chaussidon，1996;Roggensack et al.，1997)。隨著對(duì)高An 值斜長(zhǎng)石成因認(rèn)識(shí)的深入，利用其探討寄主巖石的成因及巖漿演化過(guò)程成為可能。Izbekov et al.(2002)通過(guò)對(duì)1996 年噴發(fā)的Karymsky 安山巖中高An 值斜長(zhǎng)石斑晶的研究，發(fā)現(xiàn)在安山巖噴發(fā)之前，曾經(jīng)有玄武質(zhì)巖漿注入并與之發(fā)生混合;Latypov and Egorova(2012)利用斜長(zhǎng)石An 值的變化反演玄武質(zhì)巖漿在巖漿房中原位結(jié)晶的物理過(guò)程。

新疆西準(zhǔn)噶爾在晚古生代晚期(320 ～300Ma)發(fā)育顯著的巖漿作用，形成了不同規(guī)模的中酸性巖體、巖株。針對(duì)這些侵入體的巖石學(xué)和Sr、Nd、Hf 同位素研究表明，這些巖體的形成與幔源巖漿高度分異，并與殼源巖漿不同程度混合有關(guān)(Han et al.，1997;韓寶福等，1999;Chen and Jahn，2004;Geng et al.，2009;Tang et al.，2010)。大量鎂鐵質(zhì)微粒包體(MME)的發(fā)現(xiàn)是巖漿混合作用發(fā)生的證據(jù)(Chen and Jahn，2004;Li et al.，2013)，但對(duì)于幔源巖漿早期的分異過(guò)程，目前還知之甚少。我們?cè)谖鳒?zhǔn)噶爾百口泉地區(qū)，發(fā)現(xiàn)了含高An 值斜長(zhǎng)石(An80-90)的閃長(zhǎng)巖體，高An 值斜長(zhǎng)石的發(fā)現(xiàn)，提供了幔源巖漿參與的直接證據(jù)，也為巖漿分異過(guò)程提供了重要線(xiàn)索，本文將通過(guò)對(duì)高An 值斜長(zhǎng)石礦物學(xué)特征的研究及對(duì)其成因的探索，來(lái)討論百口泉閃長(zhǎng)巖體的成巖過(guò)程。

圖1 西準(zhǔn)噶爾及鄰區(qū)大地構(gòu)造格架簡(jiǎn)圖(a)和西準(zhǔn)噶爾地區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖(b，據(jù)Zhu et al.，2013)Fig.1 Simplified sketch map of the West Junggar and its adjacent regions (a)and geological map of the West Junngar (b，modified after Zhu et al.，2013)

圖2 百口泉地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖及野外照片(a)百口泉及鄰區(qū)地質(zhì)圖;(b)百口泉巖體附近地質(zhì)簡(jiǎn)圖及采樣點(diǎn)分布;(c)百口泉閃長(zhǎng)巖被花崗巖破碎呈巖塊及角礫Fig.2 Sketch geological map of Baikouquan area and field photos(a)sketch geological map of Baikouquan and adjacent area;(b)simplified geological map of Baikouquan diorite，showing the sample locatilies;(c)field photos showing dioritic blocks in granite

2 區(qū)域地質(zhì)

新疆西準(zhǔn)噶爾地區(qū)位于中亞造山帶中部(圖1a，b)，夾持于成吉斯-塔爾巴哈臺(tái)褶皺帶和天山造山帶之間，向西與東哈薩克斯坦相接，兩者被認(rèn)為有共同的演化歷史(Zhao and He，2013)。該地區(qū)古生代的地質(zhì)構(gòu)造演化非常復(fù)雜，從早古生代以來(lái)持續(xù)發(fā)育的俯沖增生作用形成了一系列蛇綠巖及增生雜巖，晚古生代發(fā)育的巖漿作用形成了在這一地區(qū)分布廣泛的早石炭世火山沉積建造、晚石炭世-早二疊世大規(guī)模中酸性侵入體以及巖墻群(Xiao et al.，2008;Choulet et al.，2012;Zhao and He，2013;Xu et al.，2013;Zhu et al.，2013)。唐巴勒-瑪依勒、達(dá)拉布特-薩爾托海、白堿灘-百口泉代表了西準(zhǔn)噶爾地區(qū)主要的蛇綠混雜巖帶。這些蛇綠巖的形成時(shí)代以及混雜巖帶中的巖石組合反映了該地區(qū)從早古生代到晚古生代早期經(jīng)歷了多期洋內(nèi)俯沖、增生過(guò)程。晚古生代的中酸性侵入體主要為正長(zhǎng)花崗巖，還有部分為閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖。鈣堿性系列的巖體、巖株的形成時(shí)代為310 ～320Ma，以正長(zhǎng)花崗巖為主的巖基形成時(shí)代稍晚，為300 ～310Ma(韓寶福等，2006;蘇玉平等，2006;魏少妮等，2011;Geng et al.，2009;Yin et al.，2010;Tang et al.，2010;Shen et al.，2012;Li et al.，2013)。這些侵入體普遍具有正的εNd(t)、εHf(t)和低的(87Sr/86Sr)i，具有幔源巖漿與殼源巖漿混合的特征(韓寶福等，1999;Chen and Jahn，2004;Chen and Arakawa，2005)。

在克拉瑪依東北50km 百口泉附近產(chǎn)出的閃長(zhǎng)巖位于紅山巖體邊緣(圖2a)，出露形狀呈狹長(zhǎng)狀，長(zhǎng)約10km，最寬處約3km。在先前的地質(zhì)圖及大量的文獻(xiàn)中均被標(biāo)識(shí)為紅山巖體的一部分。野外工作發(fā)現(xiàn)該巖體侵入到下石炭統(tǒng)凝灰?guī)r中(圖2b)，由閃長(zhǎng)巖為主，局部出現(xiàn)輝石閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖，與以正長(zhǎng)花崗巖為主的紅山巖體不同。在百口泉閃長(zhǎng)巖的局部觀察到被淺色花崗巖侵入的現(xiàn)象，淺色花崗巖將閃長(zhǎng)巖破碎成大小不一、棱角分明的巖塊，這些巖塊又被淺色花崗巖膠結(jié)(圖2c)?；◢徺|(zhì)的侵入過(guò)程很可能對(duì)應(yīng)于紅山巖體的形成，因此百口泉閃長(zhǎng)巖的形成應(yīng)該早于紅山巖體。

3 巖石學(xué)

圖3 百口泉閃長(zhǎng)巖顯微照片(a)百口泉閃長(zhǎng)巖主要組成礦物;(b)自形斜長(zhǎng)石中包裹渾圓狀的高An 值斜長(zhǎng)石，構(gòu)成核-幔結(jié)構(gòu);(c)斜長(zhǎng)石邊緣被低An 值斜長(zhǎng)石交代形成幔-邊結(jié)構(gòu);(d)發(fā)育核-幔-邊結(jié)構(gòu)的斜長(zhǎng)石;(e、f)角閃石邊緣被紫蘇輝石和黑云母交代，f 為e 的局部. (a-d)為正交偏光下，(e、f)為單偏光下. Amp-角閃石;Bt-黑云母;Cpx-單斜輝石;Ilm-鈦鐵礦;Hy-紫蘇輝石;Pl-斜長(zhǎng)石;Qtz-石英Fig.3 Microphotos of diorite(a)mineral assemblages of the Baikouquan diorite;(b)high-An plagioclase patch in euhedral plagioclase;(c)the rim of plagioclase replaced by low-An plagioclase;(d)the plagioclase with core-mantle-rim structure;(e，f)the rim of amphibole replaced by biotite and hypersthene. Fig.3f is enlarge scale of Fig.3e. (a-d)under cross-polarized light;(e，f)under plane-polarized light. Amp-amphibole;Bt-biotite;Cpx-clinopyroxene;Hyhypersthene;Ilm-ilmenite;Pl-plagioclase;Qtz-quartz

百口泉閃長(zhǎng)巖主要由斜長(zhǎng)石(70%)、角閃石(14%)、單斜輝石(10%)、石英(3%)黑云母(2%)和鈦鐵礦(1%)組成(圖3a，b)，另有鋯石、磷灰石、榍石等副礦物。部分樣品中石英含量高(10% ～25%)，為石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖。閃長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石呈自形板柱狀，大多發(fā)育環(huán)帶，由核部到邊部成分逐漸向富鈉質(zhì)方向變化:由拉長(zhǎng)石(平均成分:An58Ab42)逐漸變化到中長(zhǎng)石(平均成分An41Ab59);部分斜長(zhǎng)石成分相對(duì)均勻，無(wú)明顯環(huán)帶，成分為拉長(zhǎng)石。角閃石呈兩種方式產(chǎn)出，一種為短柱狀、自形-半自形晶;另一種以不規(guī)則狀出現(xiàn)在單斜輝石邊緣，為交代單斜輝石的產(chǎn)物，兩種角閃石的成分一致，均為鎂質(zhì)普通角閃石。單斜輝石呈半自形-自形柱狀，邊緣多被角閃石或黑云母交代，其成分屬于透輝石-普通輝石(En34-39Fs16-19Wo42-49)。黑云母，多分布在角閃石、單斜輝石邊緣(圖3a)，為交代產(chǎn)物。黑云母成分中含較高的Ti(TiO2約5%)且多與含鈦磁鐵礦伴生。石英和鈦鐵礦都呈他形分布在主要礦物間隙。

在一些自形的斜長(zhǎng)石的內(nèi)部包裹著渾圓狀或不規(guī)則狀的斜長(zhǎng)石內(nèi)核(Pl-C)(圖3b)。被包裹的斜長(zhǎng)石核的邊緣多具有港灣狀的邊界，而內(nèi)部則裂隙發(fā)育，多呈篩孔狀，鮮有包裹體。包裹它的自形斜長(zhǎng)石(Pl-M)則發(fā)育較少的裂隙。與主體斜長(zhǎng)石不同，斜長(zhǎng)石包裹體沒(méi)有成分環(huán)帶，具有極高的鈣含量(An 值多在80 以上，部分達(dá)到90 以上)(表1)，與包裹它的斜長(zhǎng)石之間構(gòu)成成分的突變(圖4a，b)。受淺色花崗巖侵入影響的閃長(zhǎng)巖局部發(fā)育接觸變質(zhì)，變質(zhì)礦物組合為:鈉質(zhì)斜長(zhǎng)石(An20Ab80)+黑云母+紫蘇輝石+鈦鐵礦。鈉質(zhì)斜長(zhǎng)石以次生邊(Pl-R)的形式生長(zhǎng)在原生斜長(zhǎng)石的外側(cè)(圖3c)，原生斜長(zhǎng)石由核部到邊部成分連續(xù)變化，而變質(zhì)成因的斜長(zhǎng)石與原生斜長(zhǎng)石之間形成突變(圖4c，d)。一些斜長(zhǎng)石晶體包裹高An 值斜長(zhǎng)石，也受到晚期交代作用影響，形成核-幔-邊結(jié)構(gòu)(圖3d)。變質(zhì)形成的黑云母，與原生黑云母成分相似，呈多個(gè)晶體積聚生長(zhǎng)，或與紫蘇輝石共生交代原生鎂鐵質(zhì)礦物。圖3e，f 中展示了兩期交代過(guò)程:首先是閃長(zhǎng)巖成巖過(guò)程中，較早結(jié)晶的單斜輝石被角閃石交代，僅保留部分單斜輝石殘片;在接觸變質(zhì)階段，由角閃石構(gòu)成的輝石假象的邊緣被黑云母+紫蘇輝石組合取代。

表1 斜長(zhǎng)石電子探針數(shù)據(jù)(wt%)Table 1 Representative major element analyses (wt%)of plagioclase core，mantle and rim from Baikouquan diorite

圖4 斜長(zhǎng)石成分核-幔-邊的變化(a、c 為BSE 圖像)Fig.4 The composition variations of plagioclase from core to mantle and rim (a，c are BSE photos)

圖5 閃長(zhǎng)巖(樣品J-47)鋯石陰極發(fā)光圖像(a)及定年結(jié)果(b、c)Fig.5 Cathodoluminescence (CL)images of zircons (a)and zircon SHRIMP dating results (b，c)from diorite (Sample J-47)

4 鋯石U-Pb 年代學(xué)

從閃長(zhǎng)巖樣品J-47 中分選出鋯石進(jìn)行SHRIMP 年代學(xué)研究。樣品測(cè)試在北京離子探針中心完成。測(cè)試數(shù)據(jù)列于表2。樣品J-47 中的鋯石呈柱狀、寬板狀，粒徑均在100μm以上，陰極發(fā)光圖像(CL)較暗，部分鋯石具有明顯的巖漿環(huán)帶，而部分則不明顯(圖5a)。鋯石的Th、U 含量普遍較高，選擇測(cè)試的14 個(gè)測(cè)點(diǎn)中Th 含量:683 ×10-6～3227 ×10-6，U 含量:783 ×10-6～2356 ×10-6，Th/U:0.9 ～1.65。14 個(gè)測(cè)點(diǎn)均很好的落在諧和線(xiàn)上或附近，其中有2 個(gè)測(cè)點(diǎn)的表觀年齡相對(duì)年輕，為298Ma 和299Ma，其他測(cè)點(diǎn)的表觀年齡在304～325Ma。14 個(gè)測(cè)點(diǎn)的加權(quán)平均年齡為316.9 ± 2.9Ma(MSWD=1.5)(圖5b，c)，該數(shù)據(jù)代表其結(jié)晶年齡。

5 地球化學(xué)

含高An 值斜長(zhǎng)石的閃長(zhǎng)巖樣品SiO2約53%，含有較高的Al2O3(約20%)、CaO(約9%)，Mg 值較高(≥39)(表3)。花崗閃長(zhǎng)巖樣品則具有較低的Al2O3、CaO 和Mg 值。圖6 中統(tǒng)計(jì)了該區(qū)域內(nèi)同時(shí)代的中酸性侵入體的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括克拉瑪依巖體的輝石閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、花崗巖(賀敬博和陳斌，2011;Chen and Arakawa，2005;Li et al.，2013)以及克拉瑪依巖體東南側(cè)的閃長(zhǎng)巖巖墻(Yin et al.，2010)。這些數(shù)據(jù)在SiO2與Al2O3、K2O、CaO、MgO 的協(xié)變圖解中，除了個(gè)別樣品外，大多數(shù)樣品近線(xiàn)性分布。三個(gè)偏離趨勢(shì)線(xiàn)的樣品被解釋為由單斜輝石或角閃石的堆晶造成(Chen and Arakawa，2005)。百口泉閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖基本分布在這條演化趨勢(shì)線(xiàn)上。

表2 百口泉閃長(zhǎng)巖(樣品J-47)SHRIMP 定年結(jié)果Table 2 The zircon SHRIMP dating results of Baikouquan diorite (Sample J-47)

圖6 百口泉閃長(zhǎng)巖及鄰區(qū)中酸性侵入巖SiO2 與Al2O3、K2O、CaO、MgO 協(xié)變圖解Fig.6 Plots of SiO2with Al2O3，K2O，CaO，MgO in Baikouquan diorite and adjacent intrusions

百口泉閃長(zhǎng)巖及花崗閃長(zhǎng)巖樣品的稀土元素含量均在球粒隕石的10 倍以上(表4)。各樣品的配分模式均呈右傾型，但分異程度不高。(La/Yb)N在3.3 ～5.0 間。所有樣品都沒(méi)有明顯Eu 異?；蚓哂腥跽惓?圖7a)。在微量元素蛛網(wǎng)圖中各樣品具有相似配分模式:富集大離子親石元素Rb、Ba、Th、U，虧損Nb、Ta、P、Ti(圖7b)。對(duì)比前人數(shù)據(jù)(賀敬博和陳斌，2011;Chen and Arakawa，2005;Yin et al.，2010;Li et al.，2013)，百口泉中酸性侵入體與該區(qū)域內(nèi)同時(shí)代的侵入體具有相似的元素配分模式。

表3 百口泉侵入體主量元素分析結(jié)果(wt%)Table 3 Major elements compositions (wt%)of Baikouquan intrusive rocks

表4 克拉瑪依百口泉侵入體微量元素分析結(jié)果(×10 -6)Table 4 Trace elements compositions (×10 -6)of Baikouquan intrusive rocks

圖7 百口泉閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖稀土元素配分模式(a)及微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù) Sun and McDonough，1989)Fig. 7 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element patterns (b)of Baikouquan diorite and granodiorite (normalization values after Sun and McDonough，1989)

百口泉輝石閃長(zhǎng)巖的Sr、Nd 同位素組成均一，87Sr/86Sr:0.7040 ～0.7045，143Nd/144Nd:0.5129 (表5)。由 鋯 石SHRIMP 獲得的輝石閃長(zhǎng)巖年齡為316.9Ma，以此得到初始87Sr/86Sr 為0.7037 ～0.7039，εNd(t)為6.7 ～7.2。百口泉閃長(zhǎng)巖(87Sr/86Sr)i、εNd(t)分布范圍與克拉瑪依巖體基本一致(Chen and Arakawa，2005)，并且與西準(zhǔn)噶爾包古圖地區(qū)的同時(shí)代中酸性巖體也大致重合，在地幔演化序列內(nèi)(Shen et al.，2012)。

6 討論:高An 值斜長(zhǎng)石的成因及意義

百口泉閃長(zhǎng)巖中的高An 值斜長(zhǎng)石均以包裹體形式出現(xiàn)在自形斜長(zhǎng)石中，其成分范圍為An80～An90，與包裹它的自形斜長(zhǎng)石(An50～An60)具有很寬的成分間隔。閃長(zhǎng)巖中的鎂鐵質(zhì)礦物從單斜輝石到角閃石，再到黑云母的結(jié)晶順序反映了巖漿體系從貧水向富水方向演化。而高An 值斜長(zhǎng)石被低An 值斜長(zhǎng)石包裹的現(xiàn)象則反映了巖漿由富水向貧水環(huán)境轉(zhuǎn)變。這一矛盾與礦物化學(xué)特征都說(shuō)明，不同類(lèi)型的斜長(zhǎng)石不是同源巖漿連續(xù)演化的產(chǎn)物。一些產(chǎn)出于島弧玄武巖中的高An 值斜長(zhǎng)石被看作捕虜晶，認(rèn)為它們來(lái)源于循環(huán)到深部的俯沖板片(Kimata et al.，1995)。在阿留申海溝中發(fā)現(xiàn)的富鈣質(zhì)斜長(zhǎng)石(An90)巨晶支持這種捕虜晶成因模式(Fournelle and Marsh，1991)。但是，高An 值斜長(zhǎng)石在百口泉閃長(zhǎng)巖中普遍存在的現(xiàn)象，以及還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他類(lèi)型的捕虜晶和捕虜體的事實(shí)并不支持捕虜晶模式。另一方面，百口泉閃長(zhǎng)巖的主、微量元素和同位素?cái)?shù)據(jù)也沒(méi)有因?yàn)楹逜n值斜長(zhǎng)石而偏離區(qū)域內(nèi)同時(shí)期巖漿產(chǎn)物的演化趨勢(shì)(圖6、圖7)，這表明在閃長(zhǎng)巖的成巖過(guò)程中，外來(lái)物質(zhì)的混染并不顯著。

表5 百口泉閃長(zhǎng)巖Sr-Nd 同位素分析結(jié)果Table 5 Sr-Nd isotopic results of diorite in Baikouquan

圖8 高An 值斜長(zhǎng)石與閃長(zhǎng)巖的成因關(guān)系示意圖圖中展示了不同期次的巖漿侵入事件，高An 值斜長(zhǎng)石是早期玄武質(zhì)巖漿結(jié)晶產(chǎn)物，晚期具有演化特征的巖漿再次充填到處于晶粥狀態(tài)的巖漿房中，高An 值斜長(zhǎng)石被卷入，并作為循環(huán)晶保留在閃長(zhǎng)巖中Fig. 8 Diagram illustrating possible origins of high-An plagioclase in dioriteThe high-An plagioclase were probably formed from earlier basaltic magma intrusive event. The magma chamber was recharged by an evolved magma in later stage and the high-An plagioclase were involved as antecrysts

在與百口泉閃長(zhǎng)巖鄰近的克拉瑪依巖體中，發(fā)現(xiàn)了大量代表巖漿混合作用的鎂鐵質(zhì)微粒包體(MME)，這些包體中的斜長(zhǎng)石也發(fā)育核-幔-邊結(jié)構(gòu)(賀敬博和陳斌，2011)，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)高An 值斜長(zhǎng)石。其中高鈣斜長(zhǎng)石核部成分為An50-60，與百口泉閃長(zhǎng)巖中自形斜長(zhǎng)石的核部成分一致。百口泉閃長(zhǎng)巖與克拉瑪依巖體中的暗色包體具有相似的礦物組合及相近的主量元素組成，這說(shuō)明百口泉閃長(zhǎng)巖與暗色包體成分相近，代表了經(jīng)歷過(guò)一定程度演化的熔體或是巖漿混合后的產(chǎn)物，而高An 值斜長(zhǎng)石則可能是由未經(jīng)歷演化的幔源巖漿直接結(jié)晶形成。因此，盡管百口泉高An 值斜長(zhǎng)石不是寄主巖漿直接結(jié)晶的產(chǎn)物，但它與閃長(zhǎng)巖的成巖過(guò)程可能密切相關(guān)，屬于同一巖漿體系。Wes Hildreth 在2001 年P(guān)enrose 會(huì)議上使用了“antecryst”這個(gè)術(shù)語(yǔ)表示在進(jìn)入寄主巖漿之前經(jīng)歷過(guò)一次或多次再循環(huán)但起源于巖漿系統(tǒng)之內(nèi)的晶體。這個(gè)概念在多個(gè)研究實(shí)例中使用，在探討巖漿系統(tǒng)的演化階段上發(fā)揮了獨(dú)特的作用(Miller et al.，2007;Bach et al.，2012)。羅照華等(2013)使用“循環(huán)晶”來(lái)表述這個(gè)概念，我們借用這個(gè)概念在圖8 中構(gòu)建了一種較為簡(jiǎn)單的模式:來(lái)自地幔的玄武質(zhì)巖漿侵入到殼層的巖漿房中，最初的結(jié)晶發(fā)生在巖漿房的邊部，結(jié)晶相為高An 值斜長(zhǎng)石。在巖漿房?jī)?nèi)還處于未固結(jié)的“晶粥”狀態(tài)時(shí)，新一期次的巖漿再次充填進(jìn)入。再次充填的巖漿可能與早期巖漿同源，但在成分上具有演化后的特征，或是由早期的同源巖漿而引發(fā)的殼源物質(zhì)熔融形成。當(dāng)巖漿再次充填的過(guò)程中，早期結(jié)晶的高An 值斜長(zhǎng)石被卷入到晚期充填的巖漿中，并且由于熱力學(xué)不平衡而發(fā)生溶蝕，只有部分殘晶被新結(jié)晶出的斜長(zhǎng)石包裹而得以保留。

Takagi et al.(2005)針對(duì)拉斑玄武巖的實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為2～3kbar 是適宜高An 值斜長(zhǎng)石結(jié)晶的壓力范圍，而高鋁玄武巖在富水條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之相似(Foden and Green，1992)，因?yàn)楦叩慕Y(jié)晶壓力將導(dǎo)致富鈣的單斜輝石結(jié)晶從而抑制高An 值斜長(zhǎng)石的形成。目前還不能對(duì)百口泉閃長(zhǎng)巖中高An 值斜長(zhǎng)石的結(jié)晶條件作出限定，這需要在高An 值斜長(zhǎng)石中尋找與其平衡的礦物和熔體包裹體。但是對(duì)閃長(zhǎng)巖的結(jié)晶條件可以做出大致估算。Hammarstrom and Zen(1986)提出的角閃石Al 壓力計(jì)被廣泛應(yīng)用，其對(duì)巖漿結(jié)晶壓力估算的準(zhǔn)確性還受熔體成分、溫度、氧逸度等條件制約。我們使用Anderson and Smith(1995)修正的普通角閃石Al 壓力計(jì)，該壓力計(jì)增加了溫度參數(shù)，要求的礦物組合包括:角閃石+斜長(zhǎng)石+正長(zhǎng)石+黑云母+石英+鐵鈦氧化物。除了正長(zhǎng)石之外，其他礦物相均存在于百口泉閃長(zhǎng)巖中。Hollister et al.(1987)提出，正長(zhǎng)石的缺少會(huì)導(dǎo)致角閃石Al壓力計(jì)的計(jì)算結(jié)果偏高，因此本文計(jì)算的壓力代表了百口泉閃長(zhǎng)巖結(jié)晶的最高壓力。此外，為了限定氧逸度的影響，Anderson and Smith(1995)提出該壓力計(jì)適用于Fe/(Fe+Mg)＜0.65 的角閃石，百口泉閃長(zhǎng)巖中的角閃石Fe/(Fe +Mg)的范圍為:0.40 ～0.43，滿(mǎn)足角閃石Al 壓力計(jì)使用條件。斜長(zhǎng)石-角閃石溫度計(jì)(Holland and Blundy，1994)用于估算溫度。用作計(jì)算的角閃石成分列于表6，斜長(zhǎng)石的成分選取與角閃石相接觸處的平均值(An42Ab56Or2)，計(jì)算結(jié)果也列于表6。利用斜長(zhǎng)石—角閃石溫度計(jì)估算的溫度為866 ～913℃，計(jì)算出的壓力為:1.2 ～2.9kbar。利用角閃石成分計(jì)算出的壓力區(qū)間可能反映了變壓結(jié)晶過(guò)程，這與適宜高An值斜長(zhǎng)石結(jié)晶的壓力范圍接近，與圖8 所推測(cè)的結(jié)晶過(guò)程不矛盾。

表6 百口泉閃長(zhǎng)巖中角閃石邊部電子探針數(shù)據(jù)及溫度-壓力計(jì)算Table 6 Representative major element analyses of amphibole rims from Baikouquan diorite and pressure-temperature estimate

西準(zhǔn)噶爾晚石炭世中酸性侵入體被認(rèn)為是幔源巖漿分異并與殼源巖漿不同程度混合的產(chǎn)物。殼幔巖漿混合和結(jié)晶分異在不同類(lèi)型的巖石成因上起重要作用。大量鎂鐵質(zhì)包體的發(fā)現(xiàn)成為巖漿混合作用發(fā)生的有力證據(jù)(Chen and Jahn，2004;Li et al.，2013)。盡管對(duì)克拉瑪依巖體的同位素模擬顯示，殼源物質(zhì)對(duì)巖漿演化的貢獻(xiàn)較低(Chen and Arakawa，2005;賀敬博和陳斌，2011)，但這可能是由于參與混染的殼源物質(zhì)具有和地幔源區(qū)相近的同位素特征導(dǎo)致。在西準(zhǔn)噶爾地區(qū)還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同時(shí)代基性、超基性分異產(chǎn)物，通常認(rèn)為這些結(jié)晶分異的早期巖相在更深部侵位。與幔源巖漿相關(guān)的鎂鐵質(zhì)微粒包體，在巖漿混合過(guò)程中受到不同程度改造，無(wú)論是微觀還是宏觀特征都不能真實(shí)反映原始巖漿的屬性。因此，對(duì)于幔源巖漿的性質(zhì)及演化過(guò)程目前并不清晰。由于高An 值斜長(zhǎng)石是玄武質(zhì)巖漿早期分異的產(chǎn)物，因此百口泉閃長(zhǎng)巖中的高An 值斜長(zhǎng)石提供了幔源巖漿參與的直接證據(jù)，也為探討初始巖漿組成及分異過(guò)程提供了重要線(xiàn)索。有關(guān)高An 值斜長(zhǎng)石的實(shí)驗(yàn)研究顯示其母巖漿具有富水(水近飽和)、虧損(極高的CaO/Na2O 和Al2O3/SiO2)的特征，高An 值斜長(zhǎng)石的出現(xiàn)意味著地幔源區(qū)經(jīng)歷過(guò)充分的流體交代和顯著的巖漿抽取。但是對(duì)于原始巖漿成分及演化過(guò)程的認(rèn)識(shí)還需要結(jié)合其他相關(guān)信息開(kāi)展更為精細(xì)的工作。在閃長(zhǎng)巖中發(fā)現(xiàn)作為循環(huán)晶出現(xiàn)的高An 值斜長(zhǎng)石，不僅為探討這些問(wèn)題提供了新的方向，對(duì)于揭示整個(gè)巖漿系統(tǒng)的演化過(guò)程和探討火成巖中晶體成因的復(fù)雜性也有特殊作用。

7 結(jié)論

新疆西準(zhǔn)噶爾百口泉地區(qū)的閃長(zhǎng)巖形成于316.9 ±2.9Ma，其地球化學(xué)特征與西準(zhǔn)噶爾地區(qū)同時(shí)代的鈣堿性侵入巖系列相似。百口泉閃長(zhǎng)巖中的高An 值斜長(zhǎng)石是循環(huán)晶，不是寄主巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物，但與形成閃長(zhǎng)巖的巖漿系統(tǒng)相關(guān)。高An 值斜長(zhǎng)石代表了幔源巖漿早期的結(jié)晶相，在后期閃長(zhǎng)巖成巖過(guò)程中被卷入而保留。高An 值斜長(zhǎng)石的產(chǎn)出表明地幔源區(qū)經(jīng)歷過(guò)充分的流體交代和顯著的熔體抽取，對(duì)于揭示整個(gè)巖漿系統(tǒng)的演化過(guò)程有重要意義。

致謝 本研究的實(shí)驗(yàn)室工作得到中國(guó)科學(xué)院礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室毛騫博士、北京離子探針中心劉守偈博士、北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室馬芳副教授的協(xié)助;匿名審稿專(zhuān)家提出了詳細(xì)的審稿意見(jiàn)和修改建議，對(duì)于完善本文并開(kāi)闊作者思路幫助很大;特此感謝。

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