巴音溝蛇綠巖屬于北天山晚古生代蛇綠巖帶的一部分，向東延伸到后峽一帶，是準噶爾板塊與伊犁－伊賽克微板塊間的最終縫合帶。該蛇綠巖保存比較完整、研究程度較高 （王作勛等，1990；肖序常等，1992；鄔繼易等，1989；高長林等，1995；徐學義等，2005， 2006a，2006b）。前人對巴音溝蛇綠巖的研究主要集中在蛇綠巖的巖石學 （鄔繼易等，1989；王作勛等，1990）、地球化學 （徐學義等，2005）和形成年齡 （徐學義等，2005，2006a， 2006b）等方面，本節(jié)將從主微量元素地球化學角度對蛇綠巖及其伴生的洋島玄武巖 （OIB）進行研究，探討該套蛇綠巖形成的構(gòu)造背景。

一、區(qū)域地質(zhì)特征

巴音溝蛇綠巖出露于烏蘇縣南約40km的巴音溝－沙犬旺－奎屯河一帶 （圖3－1），呈推覆巖片逆沖于阿克沙克組之上，其上又被上石炭統(tǒng)奇爾古斯套組以角度不整合覆蓋。該蛇綠巖具有較完整的巖石組合，包括蛇紋石化橄欖巖、輝長巖、玄武巖、斜長花崗巖脈和放射蟲硅質(zhì)巖等巖石單位，但由于斷裂構(gòu)造錯動使得幾個巖石單元的關(guān)系復(fù)雜，幾套巖石的出露關(guān)系可通過草測的地質(zhì)剖面圖加以說明 （圖3－2）。除上述組成蛇綠巖的幾個巖石單元外，還有一套下面要重點描述的洋島玄武巖。在該剖面的西側(cè)為一套塊狀玄武巖，其下部為一破碎帶，并以斷層與地幔橄欖巖接觸 ［圖3－3（a）］。層狀輝長巖分布在剖面的東側(cè)，受構(gòu)造作用影響被置于橄欖巖下方，兩者之間是一套呈斷層接觸的枕狀玄武巖 ［圖3－3（b），圖3－3 （c）］，在玄武巖中侵入有斜長花崗巖脈 ［圖3－3（d）］。

圖3－1 巴音溝地質(zhì)簡圖

（據(jù)徐學義等，2005改繪）

圖3－2 巴音溝蛇綠巖剖面及取樣位置圖

圖3－3 巴音溝蛇綠巖野外照片

（a）玄武巖與橄欖巖呈斷層接觸；（b），（c）枕狀玄武巖；（d）斜長花崗巖呈脈狀侵入到玄武巖中

玄武巖包括組成蛇綠巖的塊狀玄武巖和代表洋島的枕狀熔巖兩部分。塊狀玄武巖呈紫灰－暗灰色，致密塊狀結(jié)構(gòu)，具?；豢椊Y(jié)構(gòu)、拉斑玄武巖結(jié)構(gòu)，主要斑晶礦物為斜長石，呈針狀及長柱狀，0．05～0．25mm大小。巖石受輕微的碳酸巖化，見少量碳酸鹽脈穿插到巖石中。枕狀熔巖具有明顯的枕狀構(gòu)造 ［圖3－3（b）、（c）］，直徑在40～80cm之間，呈暗灰－紫灰色。以玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，有的也有球顆結(jié)構(gòu)及放射狀的雛晶結(jié)構(gòu)。受到不同程度蝕變，主要蝕變礦物是綠泥石、碳酸鹽等。

橄欖巖受剪切構(gòu)造影響，普遍受到強烈蛇紋石化及絹石化，具鱗片變晶及網(wǎng)架狀結(jié)構(gòu)，上部與灰黑色的輝長巖呈斷層接觸。層狀輝長巖呈塊狀及條帶狀，厚層與薄層呈韻律相間，具碎裂及變余輝長結(jié)構(gòu)，普遍葡萄石化，鏡下具輝長結(jié)構(gòu)，長石呈條狀，斜長石殘晶可見雙晶彎曲、錯位等應(yīng)力作用痕跡，斑晶大小在0．25～0．5mm之間，含量約占全巖的55％～60％。

二、地球化學特征

本節(jié)中分析的樣品主要包括蛇綠巖中的玄武巖和與之共生的洋島玄武巖 （表3－1）。從主量元素和微量元素上明顯可以將該剖面內(nèi)的玄武巖分為兩類，第一類為洋中脊玄武巖（MORB），第二類為洋島玄武巖 （OIB）。

表3－1 巴音溝玄武巖主量元素 （wt％）、微量元素 （×10－6）分析結(jié)果表

續(xù)表3－1

注：樣品由中科院廣州地球化學研究所測試完成。

第一類玄武巖的Si O2含量為49．7％～50．7％，其中有兩個樣的Ti O2含量分別為0．81％和1．00％，與一般虧損型洋中脊玄武巖 （N－MORB）的Ti O2含量相近，Mg＃［Mg＃＝100Mg2＋／（Mg2＋＋Fe2＋）］為53．4和60，說明玄武巖在巖漿房發(fā)生過一定程度的結(jié)晶分異作用。其中BYG25的Ti O2含量達1．93％，而Mg O含量為3．35％，Mg＃僅為30．5，考慮到該樣品稀土元素的含量及微量元素含量與BYG22和BYG26兩個典型的MORB樣品相似，我們認為該樣品仍然為洋中脊玄武巖，只是為巖漿強烈分離結(jié)晶后的產(chǎn)物。

第二類玄武巖的Si O2含量為50．7％～52．6％之間，BYG28樣品燒失量高達10．8％， Ca O含量高達17．3％，估計是受后期碳酸鹽交代影響所致。所有這類巖石的Ti O2含量為1．89％～3．14％，表現(xiàn)出OIB的特征。Mg O含量為3．02％～5．80％，Mg＃為40．9～58．6，變化較大，同樣受到過巖漿分異的影響。在Si O2－Na2O＋K2O圖上一部分樣品落在玄武巖區(qū)，一部分樣品落在粗面玄武巖區(qū)、玄武粗安巖區(qū) ［圖3－4（a）］?？紤]到本區(qū)玄武巖受后期蝕變的影響，堿金屬元素在后期蝕變過程中容易發(fā)生遷移，有必要利用受流體活動影響較小的元素作為分類的依據(jù)，在Nb／Y－Zr／Ti O2分類圖上 ［圖3－4（b）］，洋中脊玄武巖樣品均落在亞堿性玄武巖區(qū)，而洋島玄武巖均落在堿性玄武巖區(qū)。

圖3－4 巴音溝玄武巖硅－堿分類圖 （a）（據(jù)Le Base et al．，1986）及Zr／Ti O2－Nb／Y分類圖 （b）（據(jù)Cox et al．，1979）

第一類玄武巖稀土總量較低，BYG22和BYG26兩個樣品分別為23．6×10－6和29．9× 10－6，稀土元素的含量相對較穩(wěn)定。（La／Yb）N為0．703～1．143，稀土元素均表現(xiàn)出輕稀土元素 （LREE）輕微虧損到弱富集，稀土配分模式顯示平坦型 ［圖3－5（a）］，具有MORB的特征。蛇綠巖中玄武巖微量元素除大離子親石元素 （LILE）變化較大外，其他元素變化不大，微量元素 （原始地幔）標準化圖表現(xiàn)為較平滑的略向右傾的折線，除Ba、Th、Ti幾個元素表現(xiàn)為略為虧損外，Nb、Ta沒有明顯的虧損和富集 ［圖3－5（c）］。巖石中的LILE變化較大，可能是由于后期蝕變及風化作用影響形成的，而不代表原生巖石的特征。高場強元素 （HSFE，即Th、Nb、Ta等）有較小的虧損特征。

第二類玄武巖稀土總量從100．7×10－6～151．1×10－6，明顯高于N－MORB的含量， （La／Yb）N比值為5．29～11．8，輕稀土明顯富集，圖上呈負斜率型，輕重稀土元素分餾強烈［圖3－5（b）］。這些特征都與洋島玄武巖相似，而明顯不同于N－MORB。在微量元素圖上，洋島玄武巖顯示出駝峰型，HSFE特別是Nb、Ta明顯富集 ［圖3－5（d）］，與典型的OIB具有相同的分布型式。但與OIB相比，樣品中的堿金屬及堿土金屬元素變化較大，部分樣品相對虧損明顯。由于OIB在形成過程中容易與海水發(fā)生反應(yīng)，加上這套巖石在后期造山過程中受后期蝕變作用的影響，這種虧損可能是這些活動元素被大量帶走所造成的。

圖3－5 巴音溝剖面玄武巖稀土元素與微量元素標準化圖（a），（c）洋中脊玄武巖；（b），（d）洋島玄武巖

（球粒隕石標準值據(jù)Boynton，1984，微量元素原始地幔標準值據(jù)Mc Donough et al．，1992）

三、構(gòu)造環(huán)境分析

目前對巴音溝蛇綠巖所代表的構(gòu)造環(huán)境還存在一些爭論，如最初鄔繼易等 （1989）認為屬陸緣海盆環(huán)境，后來一些研究者 （王作勛等，1990；肖序常等，1992；高長林等，1995）認為是弧后盆地，或弧前盆地 （盧華復(fù)等，2001）。徐學義等 （2005）通過對這套蛇綠巖的地質(zhì)地球化學研究后提出巴音溝蛇綠巖代表了天山晚古生代 “紅海型”洋盆。而夏林圻等（2002；Xia Linqin et al．，2004）對天山及鄰區(qū)石炭紀－二疊紀火山巖研究認為早石炭世天山古生代洋盆已經(jīng)閉合，天山造山帶進入到大規(guī)模造山后裂谷拉伸階段 （夏林圻等，2002；李向民等，2004），因此其構(gòu)造背景為裂谷盆地。

蛇綠巖形成的構(gòu)造環(huán)境可以通過微量元素比值特征加以認識。在Nb－Zr－Y圖解 ［圖3－6 （a）］中，巴音溝蛇綠巖中玄武巖樣品落在代表N－MORB和火山弧玄武巖的D區(qū)；在Ti－V圖解 ［圖3－6（b）］中，樣品同樣落在N－MORB區(qū)內(nèi)；在Ti－Zr－Y［圖3－7（a）］和Hf－Th－Ta圖解 ［圖3－7（b）］中，樣品落在洋中脊范圍內(nèi)。Th、Nb、Ta等元素在地幔軟流圈和MORB中含量很低 （0．02×10－6），并且在熔體與礦物之間分異很小，因此這些元素在MORB中保持一致，但在俯沖背景下，由于離子半徑較大的Th離子更易溶于水和熔體中（Wilson，1989），從而使Th與Nb、Ta等元素在SSZ（超俯沖帶）下形成的玄武巖中發(fā)生分離，利用這一特性可以較好地區(qū)分MORB和SSZ兩種構(gòu)造背景。全球大部分蛇綠巖中的玄武巖具有親島弧的特征，這些玄武巖在Hf－Th－Ta圖解上通常落在其中的D區(qū)，而本區(qū)蛇綠巖中的玄武巖樣品全部落在A區(qū)，表明玄武巖的源區(qū)地幔幾乎沒有受到俯沖洋殼成分的影響，這也與前面分析中提到的蛇綠巖代表早期洋盆地環(huán)境相一致。

圖3－6 巴音溝蛇綠巖剖面中兩類玄武巖的Nb－Zr－Y（a）（據(jù)Meschede，1986）和Ti－V（b）（據(jù)Shervais，1982）圖解

（圖中實心三角形樣品據(jù)徐學義等，2005）

圖3－7 巴音溝蛇綠巖剖面中兩類玄武巖的Ti－Zr－Y（a）（據(jù)Pearce and Cann，1973）、Hf－Th－Ta（b）（據(jù)Wood，1980）和La／Yb－Th／Ta（c）（據(jù)Tomlinson and Condie，2001）圖解

（圖中實心三角形樣品據(jù)徐學義等，2005）

巴音溝蛇綠巖中的玄武巖與典型的N－MORB相比，LREE相對于HREE虧損不明顯，其特征類似于富集型洋中脊玄武巖 （E－MORB），分析認為是由于略虧損的原始地幔高程度部分熔融形成。巖石在稀土和微量元素的分布特征上與原始地幔十分相近，說明其原巖為近于原始地幔組分的源區(qū)，而不是像一般的N－MORB那樣形成于強烈虧損的地幔源區(qū)。據(jù)此我們可以初步認為大洋玄武巖形成于大洋形成初期，源區(qū)還沒有經(jīng)歷大規(guī)模的巖漿提取階段。

洋島玄武巖與其他蛇綠巖單元呈斷層接觸，除了在主量元素上具有高含量的Ti O2外，還具有較高的稀土元素含量，微量元素Nb、Ta富集。這些都是典型的OIBs或LIPs（大火山巖省）的特征。本區(qū)兩套玄武巖稀土總量分別為103×10－6～151×10－6和23×10－6～62 ×10－6，同時La含量分別為15×10－6～26×10－6和1．7×10－6～5．4×10－6，說明這兩套玄武巖顯然不可能是同一源區(qū)形成的，其中高稀土元素含量的玄武巖也不可能是富集型洋中脊玄武巖，很可能是洋島玄武巖。另外，在Nb－Zr－Y、Ti－V、Ti－Zr－Y、Hf－Th－Ta和La／Yb－Th／Ta圖解上，這些樣品均投在板內(nèi)玄武巖或者OIB區(qū)，說明本區(qū)OIB確實存在。同樣在Ta／Yb－Th／Yb圖 （圖3－8）上，這些玄武巖靠近OIB區(qū)，而遠離E－MORB和N－MORB。特別是在Ta／Yb－Th／Yb圖上，元素對的比值特征顯示巖石未受俯沖帶流體交代的影響。

圖3－8 玄武巖的Ta／Yb－Th／Yb圖

（據(jù)Wilson，1989）