1 引言

深源捕虏体是由快速喷发的火山岩浆携带至地表的地幔或下地壳岩石，可以提供寄主岩浆活动时深部岩石圈温压条件、物质组成以及深部地质作用等重要信息(Fan et al., 2005; Bodinier and Garrido, 2008)。通过对火山岩中深源岩石捕虏体的研究，人们发现岩石学上的壳-幔边界是由下地壳以镁铁质麻粒岩为主的层位向上地幔以超镁铁质尖晶石二辉橄榄岩层位转变的界面(Rudnick，1992; Rudnick and Fountain, 1995)，是一个不同于地震莫霍面的过渡带(O'Reilly and Griffin, 1994)。由于下地壳和上地幔岩石类型不同、密度差异较大，会使幔源岩浆在上升到地幔顶部时丧失热浮力，发生停留、结晶，形成堆晶岩或交代地幔橄榄岩(樊祺诚等，2001; Herzberg et al., 1983)。因此，在一些经典壳幔过渡带剖面中，位于地幔橄榄岩顶部的变质辉长岩或辉石岩通常可代表莫霍面(Boudier and Nicolas, 1995; Korenaga and Kelemen, 1997; Marchesi et al., 2006; Bodinier and Garrido, 2008)。在实际工作中，经常将镁铁质麻粒岩相堆晶岩(斜长二辉岩为主)划归下地壳底部，而将石榴辉石岩、辉石岩和尖晶石二辉橄榄岩等高压岩石划归上地幔顶部(Fan et al., 2005)。但是最近对一些大陆克拉通内辉石岩和富辉石橄榄岩捕虏体的研究表明，它们的形成与软流圈上涌、地幔交代以及岩石圈伸展密切相关(Witt-Eickschen and Kramm, 1997; Bodinier and Garrido, 2008; Zhang，2009)，因此地幔上部形成的无斜长石辉石岩可能在减压过程中发生变质，变为麻粒岩相的斜长二辉岩。在一些壳幔过渡带剖面，该过程被斜长石二辉橄榄岩的变质矿物组合所记录(Obata，1980)，但深源捕虏体是否能记录这一过程却并不清楚。

作者新近在新疆巴楚县西克尔地区的新生代碧玄岩中发现了辉石岩捕虏体，它们与地幔橄榄岩(陈咪咪等，2008)和下地壳麻粒岩捕虏体(田伟等，2010)产出于同一寄主火山岩中，成份和捕获深度介于橄榄岩和麻粒岩之间。作者对辉石岩捕虏体进行了详细的岩石学和变质相平衡研究，发现其可能经历了从无斜长石的尖晶石二辉岩向含斜长石二辉岩的转变，这对了解岩石圈伸展过程中壳幔过渡带的深度变化具有重要意义。

2 区域地质

研究区域位于塔里木板块西部西克尔地区(图 1)。区内古生界-中生界地层连续发育，晚石炭世以前本区以海相地层为主，晚石炭-早二叠世塔里木盆地绝大部分地区转变为陆相沉积(张师本，2003)。新生代以来，受印度板块和欧亚板块碰撞影响，塔里木板块西、北缘发生强烈的构造运动，形成了现今的西南天山(Tapponnier and Molnar, 1977; Burchfiel et al., 1999; Burbank et al., 1999; 贾承造，1997)。研究区的新生代断裂系统分为两期，早期为中新世(N₁)NNW向走滑断裂，以皮羌走滑断裂(PSF)为代表(图 1)；晚期上新世(N₂)的柯坪EW向逆冲断裂带叠加于NNW向走滑断裂之上(肖安成等，2005; 宋方敏等，2007)，控制了现今西南天山-塔里木西缘的主要构造样式和地貌特征。

辉石岩捕虏体出露于皮羌断裂西侧，其寄主岩为中新世碧玄岩。碧玄岩呈厚度约10~20m的近水平岩脉侵入于泥盆系红色砂岩中，并被新生代逆冲推覆构造切断、抬升至地表。利用K-Ar法测定碧玄岩玻璃质基质的年龄为20Ma(陈咪咪等，2008)，与皮羌断裂的活动时间(肖安成等，2005)一致，早于EW向逆冲推覆构造的活动时间(肖安成等，2005; 宋方敏等，2007)。有学者认为西克尔碧玄岩属于吉尔吉斯斯坦、新疆晚中生代-新生代广泛分布的碱性玄武岩省(Sobel and Arnaud, 2000; 邹天人等，1999)。

西克尔碧玄岩中含有大量地幔橄榄岩捕虏体、歪长石巨晶(陈咪咪等，2008)和少量麻粒岩捕虏体(田伟等，2010)，而辉石岩捕虏体的发现尚属首次。辉石岩捕虏体的形状从次圆状到近圆状，直径在10~20cm，颜色为黄褐色，中-粗粒结构(粒径约1~3mm)，矿物分布不均匀，具有条带状构造(图 2a)。

3 岩相学和矿物化学

辉石岩的矿物成份不甚均匀，相对贫斜长石区域的矿物成份为：单斜辉石(45%)+斜方辉石(35%)+斜长石(8%~10%)+橄榄石(2%~5%)+尖晶石(~5%)；而相对富斜长石区域的斜长石含量可达17%~20%，橄榄石含量也有所增加可达8％，单斜辉石和斜方辉石含量则相应减少。另外在薄片中还见有微量的角闪石和金云母(粒度小于＜1mm)，并含有少量钛铁矿和磁铁矿等副矿物。根据地幔岩的ol-cpx-opx分类图解及富Al矿物相组成，该捕虏体岩性定为尖晶石斜长石橄榄二辉岩。

岩石中各矿物相的颗粒大小差别不大，仅尖晶石的颗粒比其他矿物颗粒略小。辉石岩的整体结构为典型的粒状变晶结构，普遍发育由重结晶作用形成的三联点结构(图 2b)，缺乏扭折带或亚颗粒边界等动力变形特征。从产状和晶形上，可将尖晶石分为两类：它形、绿色、颗粒较大的尖晶石Sp1和自形、颗粒细小、包裹于斜长石中的尖晶石Sp2(图 2c)。另外，在单斜辉石中可见斜方辉石和尖晶石的两组针状出溶，而斜方辉石中可见单斜辉石和金红石针状出溶体(图 2d)。

对辉石岩捕虏体中各矿物进行了电子探针分析，结果列于表 1。

橄榄石 均为镁橄榄石，Fo为89~90，略低于同区尖晶石二辉橄榄岩捕虏体中的橄榄石(Fo=90~91，陈咪咪等，2008)。

斜方辉石 在辉石分类图解(图 3)中位于顽火辉石区域，En为87~89，Wo为0.64~1.21，Mg^#值为87~90，略低于尖晶石二辉橄榄岩中斜方辉石的Mg^#值(=90~92，陈咪咪等，另外，斜方辉石A1₂O₃含量与Mg^#呈负相关(图 4a)。

单斜辉石 均为透辉石(图 3)，En介于47~48之间，Wo为49~50，且相对富Al(>6.89% Al₂O₃)，贫Cr。Mg^#值为89~91，比同区产出的尖晶石二辉橄榄岩包体中单斜辉石的Mg^#(91~93，陈咪咪等，2008)偏低。单斜辉石中A1^Ⅵ、Fe和Ti的含量与Na的含量呈正相关(图 4c，d，e)。

尖晶石 两类尖晶石虽然产状和晶形不同，但其成份基本一致且变化范围较小(图 5)。最显著的特点是Sp1和Sp2的Cr^#均很低(0.1~4.5)，明显不同于同区橄榄岩捕虏体中的富铬尖晶石(Cr^# =11~27，陈咪咪等，2008)，而与典型的变质成因尖晶石类似。

斜长石 An值在37~40之间(表 1)，为中长石。

角闪石 根据氧化物含量(表 1)计算了不同位置的阳离子数。其中A位(Na+K)含量>0.5，B位Ca含量>1.5，Ti＜0.5，且Si接近6，Mg^#远大于0.5，属于钙质闪石，在角闪石分类图解(Leake et al., 1997)中落入韭闪石区域。

4 讨论 4.1 温度估算

按照Lindsley and Andersen(1983) 提供的方法，计算了单斜辉石和斜方辉石相应的端元组分参数后，投点到辉石温度图解中(图 6)(graphical thermometer，Lindsley，1983)，得到单斜辉石的温度介于1100~1200℃之间，而斜方辉石的温度为700~900℃，两者不一致。

对于这种温度不一致现象，我们认为是两种辉石受出溶作用的影响不同所致。由图 6可以看到，在graphical thermometer的高温区域，单斜辉石温度的高低主要取决于Wo分子含量的多少。单斜辉石虽然出溶少量斜方辉石条带，但这些斜方辉石的Wo分子含量很低，因此发生少量斜方辉石出溶后，单斜辉石的Wo含量变化很小，根据出溶后单斜辉石所估算的温度非常接近出溶前的温度。

与单斜辉石不同，斜方辉石的等温线与EN-FS底边近乎平行，且等温线间距较小(图 6)，这表明斜方辉石的投图温度对其Wo分子含量的变化更为敏感。而且，斜方辉石本身Wo分子含量很少(＜5%)，而出溶单斜辉石的Wo分子含量很高，因此即便少量的单斜辉石出溶也会明显减少主晶的Wo分子含量，从而导致斜方辉石的投图温度明显偏低。这也说明斜方辉石的投图温度应该代表其出溶后的温度。

通过对出溶成份的恢复，可以重建原始斜方辉石的矿物成份(Huang et al., 2007)。根据背散射图像(图 2d)大致估算的斜方辉石出溶比为4.5%。按照该比例将出溶的单斜辉石成份恢复后，所得斜方辉石的Wo含量明显提高，在温度判别图解上恰好投到与单斜辉石温度一致的区域(图 6)。综上所述，辉石岩的原始温度应为1100~1200℃，后来降温至700~900℃，并发生辉石出溶。

4.2 P-T视剖面图

西克尔辉石岩中出现的主要矿物相有橄榄石、单斜辉石、斜方辉石、尖晶石、斜长石等，体系中不含石榴石，不适合采用常规地质压力计估算其压力(吴春明，2009)。因此，我们在 NCFMAS(Na₂O-CaO-FeO-MgO-Al₂O₃-SiO₂)体系中对其进行了相平衡模拟。根据主量元素氧化物摩尔含量(Na₂O∶CaO∶FeO∶MgO∶Al₂O₃∶SiO₂= 1.02∶8.47∶4.55∶32.48∶5.40∶48.08)，以Schmadicke(2000) 的岩石成因格子为基础，利用THERMOCALC 3.33程序计算了辉石岩的P-T视剖面图，并参照Gasparik(1984, 1987)的方法，将斜方辉石M1位Al的摩尔含量等值线和斜方辉石中Fe的摩尔含量等值线投于图中，如图 7所示。

辉石岩的P-T视剖面图(图 7)包括一个三变域，三个四变域和一个五变域。三变域的矿物组合为ol+opx+cpx+pl+sp，该区域内斜方辉石M1位Al含量等值线与压力线平行，因此可以利用斜方辉石成份比较准确地估算压力。三个四变域分别是：cpx+opx+ol+sp，opx+cpx+pl+sp，ol+opx+cpx+pl。其中在opx+cpx+pl+sp这一四变域内，由a到b其尖晶石和斜长石的摩尔含量增加(图 7)，而单斜辉石和斜方辉石的摩尔含量减少，这表明随着温度和压力降低，会发生如下反应：

(1)

五变域所对应的矿物组合为cpx+opx+sp，代表无斜长石的尖晶石相二辉岩。

西克尔辉石岩捕虏体的矿物组合落于P-T视剖面图的三变域中。结合辉石温度计(Lindsley，1983)计算出的温度，在图 7中可以得到辉石岩矿物组合，所对应的压力为1.1~1.5GPa；700~900℃所对应的压力为0.6~1.1GPa。

根据opx中的Fe含量等值线(opx-Fe)、Al含量等值线(opx-Al)以及graphical thermometer(Lindsley，1983)所计算的温度结果，在P-T视剖面图(图 7)中投图，可以确定温度1100~1200℃时辉石岩所对应的压力为1.5GPa(A点)，温度700~900℃时所对应的压力为0.9GPa(B点)。轨迹A-B代表辉石岩经历了减压冷却过程，生成斜长石和橄榄石。

4.3 辉石岩的成因与地质意义

从形成机制上，地幔辉石岩可以分为岩浆成因、变质成因以及交代成因三种类型。岩浆成因辉石岩的辉石为富Al普通辉石(Whilshire and Shervais, 1975; Xu，2002)，通常含较多Ti-Fe氧化物，与西克尔辉石岩捕虏体的矿物特征明显不同。

单斜辉石的矿物化学特征与其形成时的温压条件密切相关，因此其A1^Ⅵ和A1^Ⅳ的相对关系可以作为判别成因类型的重要依据。在单斜辉石Al^Ⅵ-Al^Ⅳ分类判别图解(图 8)上，西克尔辉石岩捕虏体位于麻粒岩和玄武岩包体区域，而非岩浆结晶或榴辉岩中的单斜辉石。

以P-T视剖面图为基础，可以对辉石岩的结构进行合理解释，限定其变质过程。反应(1) 意味着会有变质斜长石和新生尖晶石(Sp2)的生成，而且原始矿物组合中的尖晶石(Sp1)也没有消失。这解释了为什么会有两种不同产状和晶形的尖晶石，其矿物成份却差别不大。

西克尔辉石岩的斜长石具有典型的变质三联点结构(图 2b)，且所有斜长石均包裹自形的Sp2尖晶石，这表明斜长石均为变质作用中新生成的，在变质作用之前应存在一个无斜长石的矿物组合，与高压下五变域矿物组合cpx+opx+sp对应，在图中用A′表示。这说明辉石岩捕虏体在减压变质之前为尖晶石二辉岩，具有典型的地幔辉石岩矿物组合，而非堆晶辉长岩或苏长岩。

另外，根据a、b、c、d四点的(sp，pl)含量变化趋势可以看到：在A′-A 阶段，变质尖晶石和斜长石同时生长，生成大致等量的尖晶石和斜长石；但是在A-B阶段，新生尖晶石的增加速度有限，而斜长石的含量增加却很快。这种矿物生长速度的差异很好地解释了大颗粒变质斜长石包裹细小自形尖晶石的结构特征。

变质成因可以解释西克尔辉石岩在斜长石稳定域的P-T演化历史，但是斜长石不稳定的高压尖晶石二辉岩如何形成可能需要其它地质过程。例如，流体或熔体贯入地幔岩的孔隙系统中(Obata and Nagahara, 1987; Harte et al., 1993; Rampone et al., 1997)或者熔体-地幔相互作用(Kelemen et al., 1992)。因此，对辉石岩原始成因的合理解释是地幔交代作用。而且这种地幔交代作用发生在尖晶石稳定域，后期的减压冷却变质作用生成了变质斜长石。该过程与经典的Ronda地区造山型橄榄岩-辉石岩剖面中的C型辉石岩(Garrido and Bodinier, 1999; Bondinier and Garrido, 2008)相似，具体过程为：首先在地幔上涌过程中，减压熔融形成的熔体与橄榄岩相互作用，消耗熔体、交代橄榄岩，形成辉石岩(可含尖晶石或石榴石)，此后发生固相线下(subsolidus)变质作用，形成变质斜长石(Obata，1980)。

如果认为熔体与地幔橄榄岩相互作用形成辉石岩所在深度代表了壳-幔过渡带的下限深度，则辉石岩的P-T轨迹A′-A-B(图 7)可能反映辉石岩曾经历了从 >45km深度至 ~28km深度的抬升并发生冷却；这代表了塔里木板块壳幔过渡带曾经历超过17km的抬升，这可能与地幔上涌及岩石圈伸展有关。

致谢 感谢舒桂明工程师在电子探针测试、上官时迈博士在野外工作中的支持和帮助。