西藏雅魯藏布江縫合帶西段普蘭純橄巖中橄欖石的出溶特征及指示意義

熊發(fā)揮, 楊經(jīng)綏, 郭國林, 劉　釗, 徐向珍, 田亞洲,來盛民, 陳艷虹, 張　嵐

1)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 大陸構(gòu)造與動力學(xué)國家重點實驗室, 北京 100037; 2)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037;　3)中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院, 北京 100083; 4)東華理工大學(xué), 核資源與環(huán)境省部共建國家重點實驗室培育基地, 江西南昌 330013

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西藏雅魯藏布江縫合帶西段普蘭純橄巖中橄欖石的出溶特征及指示意義

熊發(fā)揮1), 楊經(jīng)綏1), 郭國林1, 4), 劉釗2), 徐向珍1), 田亞洲1),來盛民3), 陳艷虹1), 張嵐3)

1)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 大陸構(gòu)造與動力學(xué)國家重點實驗室, 北京 100037; 2)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037;3)中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院, 北京 100083; 4)東華理工大學(xué), 核資源與環(huán)境省部共建國家重點實驗室培育基地, 江西南昌 330013

摘要:西藏雅魯藏布江縫合帶西段普蘭純橄巖中橄欖石存在透輝石和磁鐵礦共生出溶現(xiàn)象。這類純橄巖非常新鮮, 主要由橄欖石、尖晶石和透輝石等礦物組成。橄欖石的Fo值是90.1~90.7, 鉻尖晶石的Cr#為19.8~20.8, 遠小于蛇綠巖地幔橄欖巖中常見純橄巖中鉻尖晶石的鉻值(Cr#＞60)?；谇叭搜芯拷Y(jié)果, 提出這種現(xiàn)象是由于虧損方輝橄欖巖與含鈦、鋁、鈣熔體發(fā)生交代作用, 從而形成橄欖石的固溶體存在Ti4+、Al3+、Ca2+、Fe3+, 而Cr3+進入鉻尖晶石結(jié)晶。后期由于巖體在抬升過程中降溫, 橄欖石中出溶形成單斜輝石和磁鐵礦, 而鉻尖晶石結(jié)晶被保留。依據(jù)鉻尖晶石-橄欖石的礦物化學(xué)成分, 識別出低鉻純橄巖具有最低的部分熔融程度為~8%, Cr#最高的純橄巖殼其部分熔融程度達到~50%, 表明不同巖相間其形成背景存在明顯差異。因此, 筆者認為普蘭蛇綠巖具有多階段的過程。首先是在洋中脊環(huán)境下經(jīng)歷富Ca、Al和Na等熔體交代和部分熔融作用, 后受到俯沖帶玻安質(zhì)熔體改造。

關(guān)鍵詞:純橄巖; 出溶結(jié)構(gòu); 普蘭巖體; 雅魯藏布江縫合帶

本文由國家行業(yè)專項(編號: SinoProbe-05-02)、國家自然科學(xué)基金重點項目(編號: 40930313)、國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項目(編號: 40921001)、國家自然科學(xué)基金(編號: 41202036; 41502062)、中國地質(zhì)調(diào)查局工作項目(編號: 1212011121263; 12120115027201; 12120114061801; 2014DFR2127C)和中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所基本科研業(yè)務(wù)費項目(編號: J1526)聯(lián)合資助。

雅魯藏布江縫合帶蛇綠巖中存在不同類型的純橄巖, 其中羅布莎巖體被報道主要包括3種類型,堆晶成因的厚層狀純橄巖、部分熔融形成的呈透鏡狀分布于方輝橄欖巖中透鏡狀純橄巖、以及巖石-熔體反應(yīng)形成于鉻鐵礦周圍的純橄巖殼(Zhou et al., 1996), 這種不同類型的純橄巖組合是否存在于其它巖體？前人對于雅魯藏布江縫合帶西段普蘭巖體的初步研究, 提出了以下幾種認識: 基于地幔橄欖巖的地球化學(xué)特征以及在地幔橄欖巖中鈣長石與角閃石的發(fā)現(xiàn), 指示巖體可能形成于大洋中脊(MOR)環(huán)境, 后期受到不同程度的俯沖帶(SSZ)環(huán)境改造(Liu et al., 2010; 徐向珍等, 2011; 熊發(fā)揮等, 2013, 2015);在對普蘭巖體中輝長巖/輝石巖中單斜輝石、長石等礦物的系統(tǒng)地球化學(xué)研究后, 認為其可能只經(jīng)歷了MOR環(huán)境并未經(jīng)歷SSZ環(huán)境的改造(Liu et al., 2014);普蘭地幔橄欖巖中超高壓礦物金剛石與碳硅石的重大發(fā)現(xiàn), 表明普蘭巖體類似于羅布莎巖體, 可能來源于深部地幔(楊經(jīng)綏等, 2011)。上述研究表明普蘭地幔橄欖巖可能為多階段疊加的結(jié)果, 而不同構(gòu)造背景特征與普蘭地幔橄欖巖成因聯(lián)系還有待確定,每個階段的巖相學(xué)和礦物學(xué)等痕跡尚需明確？是否存在不同構(gòu)造背景的礦物結(jié)構(gòu)的痕跡？筆者在前期工作的基礎(chǔ)上, 細化了普蘭地幔橄欖巖中純橄巖的多種類型, 并在其中一類純橄巖的橄欖石中發(fā)現(xiàn)了單斜輝石和磁鐵礦出溶現(xiàn)象, 提出一種新的可能性,解釋了普蘭蛇綠巖多階段的形成過程。

青藏高原是由多個向北增生的地塊組成, 各地體之間存在較完整的縫合帶(Yin and Harrison, 2000)(圖1)。侏羅紀早期在陸內(nèi)裂谷的作用下拉薩地塊從印度板塊脫離出來, 以此作為新特提斯演化的開始(Gaetani and Garzanti, 1991)。新特提斯洋的擴張致使拉薩地塊與歐亞板塊之間的特提斯洋在侏羅紀末關(guān)閉(Dewey et al., 1988), 并形成班公—怒江縫合帶(圖1)(Searle et al., 1987)。而后從晚白堊世一直至早第三紀(Yin and Harrison, 2000), 印度板塊繼續(xù)向北漂移導(dǎo)致新特提斯洋的關(guān)閉和雅魯藏布江縫合帶的形成(Guilmette et al., 2008), 沿雅魯藏布江縫合帶斷斷續(xù)續(xù)發(fā)育古洋殼的殘留——蛇綠巖。根據(jù)空間展布, 可簡單地劃分為東段(曲水—墨脫)、中段(昂仁—仁布)和西段(薩嘎以西至中印邊境)三部分(潘桂棠等, 1997)。

阿里地區(qū)的普蘭超鎂鐵巖體位于普蘭縣西北側(cè),屬雅魯藏布江縫合帶西段的蛇綠巖。該巖體呈北西西—南東東向帶狀展布, 總面積約650 km2(圖1)(黃圭成等, 2006)。巖體沿拉昂錯南部向西北方向延長至姜葉瑪, 圍巖為侏羅系—白堊系淺變質(zhì)的碎屑巖、含放射蟲硅質(zhì)巖夾碳酸鹽巖, 除被第四系所覆蓋的地段外, 巖體四周與圍巖均為斷層接觸(圖1),西部北側(cè)為三疊系海相碎屑巖; 中部及東部北側(cè)為侏羅系—白堊系的砂、板巖, 硅質(zhì)巖及中基性火山巖; 蛇綠巖西南部為硅質(zhì)巖、玄武巖; 東南部出露晚第三系陸相磨拉石組合, 與蛇綠巖呈構(gòu)造接觸關(guān)系, 局部可見晚第三系礫巖不整合覆蓋在蛇綠巖之上(夏斌, 1991)(圖1)。巖體邊部的超鎂鐵巖巖石破碎,蛇紋石化強烈, 在巖體內(nèi)部巖石新鮮。

1　巖相學(xué)特征

普蘭蛇綠巖主要由地幔橄欖巖、基性巖脈以及玄武巖夾硅質(zhì)巖等組成。其中基性巖脈主要包括輝長輝綠巖, 常呈脈狀侵入在地幔橄欖巖中, 切割地幔橄欖巖, 呈北西—南東走向, 另有一個約10 km2輝長巖巖塊出露于普蘭蛇綠巖拉昂錯南側(cè)(圖1);玄武巖夾硅質(zhì)巖分布于地幔橄欖巖的西北側(cè), 均傾向地幔橄欖巖, 并與地幔橄欖巖呈斷層接觸; 巖體內(nèi)的地幔橄欖巖以方輝橄欖巖(Harz)為主, 另有純橄巖(Dun)、二輝橄欖巖(Lhz)以及少量的橄欖單斜輝石巖組成。巖體內(nèi)二輝橄欖巖與方輝橄欖巖之間往往呈漸變過渡關(guān)系, 而純橄巖、輝長/輝石巖等多呈透鏡狀或團塊狀分布于二輝橄欖巖或方輝橄欖巖內(nèi)(圖1, 圖2a, b); 致密塊狀和稠密浸染狀鉻鐵礦呈透鏡狀出露于方輝橄欖巖中, 與圍巖呈突變關(guān)系,鉻鐵礦礦體寬為0.5~2 m, 最大長軸方向為北西—南東向, 長約2~6 m(熊發(fā)揮等, 2013)。

圖1　雅魯藏布江縫合帶西段普蘭蛇綠巖的地質(zhì)簡圖(據(jù)熊發(fā)揮等, 2013修編)Fig. 1　Detailed geological map of the Purang ophiolites in the the Western Segmenct of the Yarlung–Zangbo Suture Zone (modified after XIONG et al., 2013)

圖2　普蘭蛇綠巖各巖相照片F(xiàn)ig. 2　Lithology of the Purang ophiolitea-純橄巖呈透鏡狀分布于方輝橄欖巖中; b-純橄巖呈透鏡狀分布于方輝橄欖巖中; c-含翠綠色單斜輝石的方輝橄欖巖; d-星散狀鉻尖晶石分布于方輝橄欖巖中; e-二輝橄欖巖; f-鉻尖晶石自形程度較高的純橄巖a-dunite as lenses in harzburgite; b-dunite as lenses in harzburgite; c-green-colored clinopyroxene of harzburgite; d-spinel distributed in harzburgite; e-lherzolite; f-euhedral spinel in dunite lenses

圖3　普蘭各巖相鏡下特征照片F(xiàn)ig. 3　Photomicrographs of different lithologies in Purang ophiolitea-二輝橄欖巖; b-方輝橄欖巖; c-透鏡狀純橄巖; d-含橄欖石出溶的純橄巖; Cpx-單斜輝石; Opx-斜方輝石; Ol-橄欖石; Spl-鉻尖晶石a-lherzolite; b-harzburgite; c-dunite lens; d-exsolutions in dunite; Cpx-clinopyroxene; Opx-orthopyroxene; Ol-olivine; Spl-spinel

方輝橄欖巖: 在普蘭巖體中約有70%~80%的方輝橄欖巖, 巖石多新鮮呈綠色、暗綠色, 少量蛇紋石化明顯。方輝橄欖巖多以粒狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造為主。主要由橄欖石(2~6 mm)(70%~85%)、斜方輝石(0.5~5 mm)(15%~30%)及少量的翠綠色單斜輝石(0.05~1 mm)(＜5%)組成(圖2c), 副礦物有鉻尖晶石(0.5~7 mm)(1%)。巖石中見蛇紋石呈網(wǎng)狀交代橄欖石, 而斜方輝石沿裂隙被滑石、角閃石等交代。方輝橄欖巖中的鉻尖晶石除與輝石聯(lián)生外, 還可見呈包裹體狀分布于輝石中, 多呈半自形至他形狀(圖2d, 3b); 二輝橄欖巖: 二輝橄欖巖在普蘭巖體產(chǎn)出包括兩種類型, 其中一類呈透鏡狀出露于方輝橄欖巖中, 走向為北西—南東向, 寬度1~5 m。另一類在巖體北部邊界呈厚層狀展布, 寬度為500 m。二輝橄欖巖經(jīng)地表風(fēng)化后呈暗褐色, 新鮮斷面可見翠綠色的單斜輝石, 具粒狀不等粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。主要由橄欖石(0.5~3 mm)(65%~70%)、斜方輝石(1~ 5 mm)(15%~25%)、單斜輝石(0.5~2 mm) (5%~15%)及少量的鉻尖晶石(0.5~2 mm)(1%)組成(圖2e, 3a);普蘭純橄巖按其產(chǎn)出分為兩類: (a)透鏡狀純橄巖:其巖石較新鮮, 為土黃色, 呈透鏡狀產(chǎn)出于方輝橄欖中, 并且二者的巖相通常為截然的接觸關(guān)系(圖2),寬度1~2 m, 少數(shù)10 m以上, 有一定的延長, 延長方向多為北西—南東向。純橄巖蛇紋石化較弱, 粒狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造, 鏡下常見橄欖石的等粒粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)等。巖石主要由橄欖石組成, 含量＞95%, 橄欖石大小0.5~5 mm, 呈鑲嵌狀分布, 鉻尖晶石自形程度較高, 分布于橄欖石顆粒之間(圖3); (b)純橄巖殼: 薄殼狀純橄巖是指在鉻鐵礦外圍以厚薄不等的“外殼”形式產(chǎn)出(Zhou et al., 2005), 與鉻鐵礦體以及外圍的方輝橄欖巖有截然的接觸界線。薄殼狀純橄巖巖石新鮮, 呈灰綠色, 塊狀構(gòu)造, 并常見細脈浸染狀鉻鐵礦, 主要由98%鎂橄欖石和2%的鉻尖晶石組成。薄殼狀純橄巖與鉻鐵礦之間呈明顯截然的接觸關(guān)系, 鉻尖晶石呈半自形至自形粒狀,粒度差別較大, 變化在0.1~5 mm之間, 并呈不規(guī)則的定向性, 不同于透鏡狀純橄巖中鉻尖晶石的形態(tài)(熊發(fā)揮等, 2013); (c)低鉻純橄巖: 在普蘭地幔橄欖巖中存在極少的透鏡狀純橄巖, 非常新鮮, 為土黃色, 與方輝橄欖巖為截然的接觸關(guān)系, 寬度3~5 m,延長方向多為北東—南西走向, 與巖體總體方向垂直。巖石主要由橄欖石組成, 含量＞95%, 橄欖石大小0.5~3 mm, 呈鑲嵌狀分布, 裂紋發(fā)育, 多有綠泥石、蛇紋石等蝕變礦物沿裂紋分布, 并在橄欖石中見細小粒狀和針狀出溶礦物(圖3d)。

經(jīng)過鏡下觀察, 可知在幾種不同巖相中, 礦物間呈較明顯的變化特征: ①從二輝橄欖巖→方輝橄欖→透鏡狀純橄巖, 鉻尖晶石的晶形, 呈他形熔融狀→他形粒狀→半自形→自形的變化趨勢, 而橄欖石、輝石此規(guī)律不明顯。②方輝橄欖巖是二輝橄欖巖及透鏡狀純橄巖的過渡巖相, 在方輝橄欖巖中可見較多的橄欖石、單斜輝石和鉻尖晶石共生或相互包含的關(guān)系。③在兩種不同類型的純橄巖相中, 橄欖石新鮮程度差異明顯, 從透鏡狀純橄欖巖→薄殼狀純橄巖, 表明其經(jīng)歷的蛇紋石化程度不同。

圖4　普蘭低鉻純橄巖中橄欖石的單斜輝石和磁鐵礦出溶成份(Ca、Al、Fe、Mg、Si)面掃描圖Fig. 4　X-ray element (Ca, Al, Fe, Mg, Si) maps showing chemical variations in clinopyroxene, magnetite and olivine from Purang lower Cr#duniteMgt-磁鐵礦; Cpx-單斜輝石; Olivine-橄欖石Mgt-magnetite; Cpx-clinopyroxene; Olivine-olivine

圖5　普蘭蛇綠巖中不同巖相的橄欖石成分圖解Fig. 5　Compositional range of olivine in different lithologies of the Purang ophiolite

圖6　普蘭地幔橄欖巖中不同巖相中鉻尖晶石-橄欖石化學(xué)成分圖解Fig. 6　Mineral chemistry of different lithologies in spinel and olivine from Purang ophiolite

2　分析方法

在詳細野外觀測基礎(chǔ)上, 采集大量地幔橄欖巖的樣品, 并磨制光薄片, 進而開展顯微鏡下詳細巖相學(xué)和礦物學(xué)研究。電子探針成分分析在大陸構(gòu)造與動力學(xué)國家重點實驗室和東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境教育部重點實驗室完成, 儀器為日本電子公司JXA-8100、能譜儀Inca Energy型電子探針, 探針束流20 nA, 加速電壓15.0 kV, 電子束斑2 μm。

3　純橄巖中的出溶結(jié)構(gòu)

在普蘭透鏡狀純橄巖中存在極少量的一類, 延長方向垂直于巖體展布的方向為北東—南西走向,并在橄欖石中見細小粒狀和針狀出溶礦物的純橄巖(低鉻純橄巖)(圖3d, 圖4)。這類純橄巖非常新鮮,為土黃色, 與方輝橄欖巖為截然的接觸關(guān)系, 寬度3~5 m。主要由橄欖石組成, 含量＞95%, 粒度大小為0.5~3 mm, 呈鑲嵌狀分布, 裂紋發(fā)育, 多有綠泥石、蛇紋石等蝕變礦物沿裂紋分布。在顯微鏡和電子探針下可見細粒橄欖石中有密集的針狀出溶體,呈定向排列, 具一組或二組分布方向(圖4)。極少數(shù)單斜輝石粒徑達到5 μm以上, 從而通過電子探針獲得其礦物組分。其余較小單斜輝石顆粒(＜1 μm),經(jīng)礦物成分的鈣、鋁、鐵、鎂、硅元素的面掃描分析認為出溶體主要由含鐵、鎂的磁鐵礦和透輝石組成, 二者之間常形成交生結(jié)構(gòu), 定向分布于橄欖石中(圖4)。其中磁鐵礦的顆粒常為1~2 μm寬, 1~ 10 μm長, 而單斜輝石更細小, 為1~2 μm寬, 1~ 5 μm長。兩者延長方向平行于出溶體的方向(圖4)。鑒于大多數(shù)出溶體細小, 透輝石、磁鐵礦、橄欖石成分之間互相疊加, 因而無法得到準確的成分。但基于前人研究, 單斜輝石+磁鐵礦的出溶體主要沿橄欖石的(100)方向分布, 得出橄欖石與出溶體的關(guān)系為: (100)Ol//(111)Mgt//(100)Cpx、[001]Ol//[011]Mgt// [010]Cpx(Moseley, 1984; Markl et al., 2001; Mikouchi et al., 2001), 同樣的現(xiàn)象羅布莎高鉻型純橄巖中也有發(fā)現(xiàn)(Ren et al., 2008; 梁鳳華等, 2014)。

4　礦物化學(xué)特征

4.1橄欖石

本文共分析了透鏡狀純橄巖、純橄巖殼、橄欖輝石巖、方輝橄欖巖和二輝橄欖巖中80個橄欖石的化學(xué)成分。結(jié)果顯示所有的橄欖石都屬于鎂橄欖石, 其Fo值變化于88.3~93.4之間, 其中二輝橄欖巖中的橄欖石Fo值(=100×Mg/(Mg+Fe))為90.0~90.8, NiO含量為0.34%~0.47%, MnO為0.09%~0.15%;方輝橄欖巖中橄欖石Fo值變化于89.9~92.2之間, NiO含量為0.34%~0.49%, MnO為0.09%~0.16%;透鏡狀純橄巖中橄欖石含量最高, 其Fo值為91.0~93.4, NiO含量為0.24%~0.41%, MnO為0.07%~0.16%; 純橄巖殼中橄欖石的Fo值為92.0~92.1, NiO含量為0.29%~0.38%, MnO為0.08%~0.11%; 含橄欖石出溶的純橄欖巖(低鉻純橄巖)中橄欖石的Fo值為90.1~90.7, NiO含量為0.30%~0.40%, MnO為0.12%~0.16%; 橄欖輝石巖中橄欖石的Fo值為88.3~88.6, NiO含量為0.33%~0.48%, MnO為0.13%~0.17%。

一般認為橄欖石的Fo值越大, 說明其形成深度和熔融程度越高(Dick et al., 1996)。普蘭巖體中橄欖石Fo值呈連續(xù)變化特征, 并且低鉻純橄巖中橄欖石具最低的Fo值(圖5), 指示其熔融程度與其他類型純橄巖明顯不同。橄欖石的NiO、MnO等組分對橄欖石的演化過程也具有重要指示意義, 不同巖相中橄欖石的MnO含量差異明顯, 并且與橄欖石的Fo值呈負相關(guān)性(圖5), 普蘭各巖相間NiO含量比較接近, 平均值為0.38%。橄欖石的礦物化學(xué)組分在各巖相的差異性或許也進一步說明它們的形成條件有所差別, 這與前人提出普蘭蛇綠巖中不同巖相部分熔融程度不同和形成的構(gòu)造背景不同較一致(Liu et al., 2010; 徐向珍等, 2011; 熊發(fā)揮等, 2013)。

4.2鉻尖晶石

在地幔橄欖巖中, 鉻尖晶石都是以副礦物的形式存在, 含量很低, 一般都小于5%。蛇綠巖中地幔橄欖巖(或阿爾卑斯型橄欖巖)的鉻尖晶石成分存在著Cr和Al的廣泛互相替換(Irvine, 1967), 而形成富鉻型尖晶石和富鋁型尖晶石。鉻尖晶石的Cr#[=100×Cr/(Cr+Al)]隨著地幔巖部分熔融程度的增高而增大, 且不同虧損程度的地幔橄欖巖中鉻尖晶石的Cr#大小作為推測地幔巖熔融程度、源區(qū)虧損程度和結(jié)晶壓力的靈敏指示標(biāo)志(Dick et al., 1984), 鉻尖晶石的Mg#[=100×Mg/(Mg+Fe2+)]大小是巖石部分熔融程度的指示標(biāo)志。

普蘭地幔橄欖巖中鉻尖晶石多為棕色至棕黃色, 不均勻零星分布, 本文上述研究表明鉻尖晶石的晶形和產(chǎn)出在不同的巖相中具有明顯的變化規(guī)律。普蘭地幔橄欖巖的60個鉻尖晶石數(shù)據(jù), 顯示不同巖相間的鉻尖晶石其主元素含量之間有較大的差別。另外結(jié)合前人對普蘭巖體的研究發(fā)現(xiàn)普蘭地幔橄欖具有其特殊性, 所有巖相中鉻尖晶石的Cr2O3含量為17.4%~64.5%, Al2O3含量為5.78%~52.3%,鉻尖晶石的Cr#在20.1~88.5之間, 既有富鉻型鉻尖晶石也有富鋁型鉻尖晶石。含橄欖石出溶的透鏡狀純橄巖(低鉻純橄巖)中鉻尖晶石的Cr#最低, 變化在19.8~20.8, 平均值為20.4, 為富鋁型尖晶石。其次為二輝橄欖巖中的鉻尖晶石, Cr#變化在17.6~35.8之間, 平均值為30.7。方輝橄欖巖中的鉻尖晶石, Cr#變化在38.8~49.2之間, 平均值為41.3, 同樣為富鋁型尖晶石。而透鏡狀純橄巖中的鉻尖晶石, Cr#變化在58.6~68.9之間, 平均值為62.9, 屬于Dick分類圖解中的Ⅲ類(Dick et al., 1984)。純橄巖殼中鉻尖晶石具最高的Cr#為87.9~88.5, 平均值為88.1。在橄欖輝石巖中鉻尖晶石的Cr#值為44.8~71.8, 兩種類型鉻尖晶石都存在。鉻尖晶石中Mg#值在不同巖相也呈明顯不同的特征, 其中低鉻純橄巖、二輝橄欖巖、橄欖輝石巖、方輝橄欖巖分別為73.2~78.2、64.6~69.7、44. 6~53.3。而透鏡狀純橄巖和純橄巖殼較低為49.0~61.1、45.9~51.7。

基于上述數(shù)據(jù), 可知從地幔橄欖巖中鉻尖晶石的Cr#值隨著巖石有低鉻純橄巖→二輝橄欖巖→方輝橄欖巖→透鏡狀純橄巖→純橄巖殼演化逐漸增加, 而Mg#值減少的趨勢(圖6a), 具有與世界上大多數(shù)阿爾卑斯型超鎂鐵巖共有的特征。即Cr#值隨著Mg#值的升高而降低(Leblanc, 1980), 其中低鉻純橄巖、方輝橄欖巖、二輝橄欖巖的形成環(huán)境與深海橄欖巖相似, 而透鏡狀純橄巖和純橄巖殼形成環(huán)境與島弧玄武巖環(huán)境較接近。不同巖相間TiO2的含量差別也較大, 低鉻純橄巖具有明顯富集TiO2的特征(圖6b, d)。除純橄巖殼中鉻尖晶石具有較低的TiO2和Al2O3含量, 顯示島弧型(或玻安質(zhì)型)鉻尖晶石特征外,其余都位于洋中脊玄武巖(MORB)型尖晶石范圍內(nèi)(圖6c)。另有研究表明鉻尖晶石的化學(xué)組成可以作為其寄主巖石——地幔橄欖巖的成因指示標(biāo)志, 這是因為尖晶石的形成受地幔橄欖巖熔融程度、形成壓力的控制(Dick et al., 1984)。因此利用尖晶石的Cr#和橄欖石的Mg#的關(guān)系可以推測其寄主巖石的部分熔融程度、形成壓力及構(gòu)造環(huán)境(Pearce et al., 2000)?；陂蠙焓?鉻尖晶石的礦物化學(xué)組分估算出低鉻純橄巖具有最低的部分熔融程度, 而低鉻純橄巖如若是輝石的不一致熔融形成, 其部分熔融程度應(yīng)大于方輝橄欖巖, 因此這一特征佐證了其并不是部分熔融程度的結(jié)果。其次為二輝橄欖巖為~12%,方輝橄欖巖為~20%, 透鏡狀純橄巖為~30%, 最高的為純橄巖殼達~50%, 指示不同巖相間部分熔融程度存在明顯差異(圖6d), 呈低鉻純橄巖→二輝橄欖巖→方輝橄欖巖→透鏡狀純橄巖→純橄巖殼遞增的趨勢。

5　討論

在固相或亞固相條件下的出溶結(jié)構(gòu)系, 是由一個物相的物質(zhì)發(fā)生擴散形成晶體核, 并呈定向排列的一種或多種新物相的現(xiàn)象(Ashworth and Chambers, 2000), 在橄欖巖中常存在普遍的出溶現(xiàn)象,例如橄欖石中單斜輝石和磁鐵礦的定向共生結(jié)構(gòu)也屬于一種出溶現(xiàn)象(Moseley, 1984)。單斜輝石和磁鐵礦的共生出溶結(jié)構(gòu)在橄欖石中普遍被發(fā)現(xiàn), 這是由橄欖石的固溶體分解和橄欖石氧化分解形成的高鐵橄欖石(Fe2+Fe3+2(SiO4)2)(Moseley, 1984)。此后,在同步輻射微區(qū)X射線結(jié)構(gòu)譜系定量地研究了侵入體天然橄欖石中Fe3+的賦存方式和狀態(tài), 結(jié)果表明存在三種可能: (1)在強還原環(huán)境下, 少量的Fe3+可以均勻地分散在鐵橄欖石中; (2)在相對穩(wěn)定的氧化環(huán)境下, 橄欖石的邊緣形成赤鐵礦+非晶質(zhì)SiO2+高鐵橄欖石或邊緣完全形成了赤鐵礦+非晶質(zhì)SiO2,或邊緣形成高鐵橄欖石+磁鐵礦; (3)高溫下穩(wěn)定的高鐵橄欖石-鐵橄欖石固溶體因溫度降低而分解,形成鐵橄欖石和高鐵橄欖石的出溶, 即在高溫下存在3個Fe3+替代2個Fe2+和一個空穴的情況(Dyar et al., 1998)。

在相對穩(wěn)定的氧化環(huán)境下, 由于氧逸度增加,使橄欖石中Fe2+氧化, 其反應(yīng)式為(Dyar et al., 1998; Ashworth and Chambers, 2000):

2Fe2+2SiO4→2SiO2+Fe2+Fe3+2O4+2e-+Fe2+

或者: 3Fe2+2SiO4→3SiO2+2Fe3+2O3+4e-+2Fe2+

而在高溫下穩(wěn)定的高鐵橄欖石分解和出溶的過程, 其反應(yīng)式為(Dyar et al., 1998):

當(dāng)鐵橄欖石經(jīng)過氧化形成高鐵橄欖石后, 高鐵橄欖石和鐵橄欖石在高溫下呈固溶體, 隨著降溫時進一步的分解, 生成高鐵橄欖石+鐵橄欖石出溶體。在高溫狀態(tài)下Fe3+、Cr3+可以進入橄欖石晶格, 當(dāng)溫度降低時, 橄欖石因晶體結(jié)構(gòu)收縮, Fe3+和Si4+達到臨界尺寸時電荷排斥強烈, 使其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定, 生成磁鐵礦(或鉻鐵礦)和單斜輝石, 二者之間形成共生出溶結(jié)構(gòu), 其反應(yīng)式為(Moseley, 1984):

磁鐵礦(或鉻鐵礦) 單斜輝石

其中R=Fe、Cr, X=Ca、Mg、Fe。據(jù)前人的實驗, 橄欖石端元Fe2SiO4-CaFeSiO4之間、CaMgSiO4-CaFeSiO4之間和Fe2SiO4-Mg2SiO4之間在高溫下是完全混溶的, Mg2SiO4-CaMgSiO4之間具很寬的不混溶區(qū)間, 在溫度降低時這些固溶體發(fā)生出溶現(xiàn)象(Petaev and Brearley, 1994; Markl et al, 2001)。由于Ca的離子半徑比Fe、Mg、Mn大, 因而在鐵鎂橄欖石一般不可能加入Ca。即使是在高溫高壓的條件下, Ca在橄欖石中的含量也極少。目前所知橄欖石中CaO一般小于0.5%。實驗研究表明,在橄欖石-熔體體系中當(dāng)熔體中CaO、Na2O和Fe2+的含量越高時, 橄欖石中Ca的含量也越高, 但該含量與所處的溫度、壓力、氧逸度的高低無關(guān)(Libourel, 1999)。如若橄欖石中存在三價離子, Ca原子總是進入單斜輝石而不是富Ca的橄欖石。橄欖石的Ca含量低說明在橄欖石中的Ca擴散速度非?？? 促進低溫再平衡, 所以這種橄欖石的出溶結(jié)構(gòu)不易保持下來。因此, 橄欖石的出溶因與后期巖漿冷卻有關(guān), 在冷卻過程中氧逸度相對較高。當(dāng)橄欖石發(fā)生充分再平衡時, 這些出溶現(xiàn)象便消失了(Mikouchi et al., 2000)。

結(jié)合普蘭低鉻純橄巖的橄欖石出溶現(xiàn)象, 可以解釋為地幔巖與含Ca、Al、Na的熔體相互作用生成了橄欖石, 隨著溫度的降低而形成了出溶結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。在普蘭低鉻純橄巖中鉻尖晶石的Cr#值低至20(圖6), 也是無法用部分熔融或巖石-熔體反應(yīng)來解釋的, 因為此兩類觀點形成的透鏡狀純橄巖和純橄巖殼中鉻尖晶石的Cr#值遠大于60, 其部分熔融程度大于30%, 并且是經(jīng)歷早期輝石的不一致熔融,從而重結(jié)晶形成形成橄欖石和鉻尖晶石(Dick et al., 1984)。因此, 只有富含Ca、Al和Na熔體的交代方輝橄欖巖, 輝石和橄欖石與熔體再平衡, 進一步的重結(jié)晶, 同時伴隨其成分的改變, 才可形成鉻值如此低的純橄巖(圖6)。由于氧逸度增大, 熔體中Fe3+離子增多。少量的Fe3+、Cr3+、Ca2+、Na+可以加入到橄欖石中, 在高溫下(<970℃ )橄欖石結(jié)晶, 形成穩(wěn)定的橄欖石固溶體, 或橄欖石捕獲熔體, 形成包體(Ren et al., 2008)。隨著溫度降低, 橄欖石固溶體分解, Fe3+、Cr3+進入磁鐵礦相中, 而Ca2+、Na+進入透輝石相中, 形成了透輝石和磁鐵礦的共生出溶結(jié)構(gòu)。后期巖石冷卻速率較快或構(gòu)造侵位時間較短,橄欖石中的出溶體未發(fā)生充分的調(diào)整而保存下來,鉻尖晶石也結(jié)晶而形成低鉻的純橄巖。這與普蘭地幔橄欖巖中大量的輝石巖脈指示其經(jīng)歷了洋中脊(MOR)環(huán)境的拆離斷層的構(gòu)造侵位過程類似(Liu et al., 2014), 并且這種出溶現(xiàn)象可能普遍存在于雅魯藏布江縫合帶的各蛇綠巖巖體, 例如羅布莎巖體中橄欖石的單斜輝石和磁鐵礦出溶, 單斜輝石和鉻尖晶石的出溶現(xiàn)象等(Ren et al., 2008; 梁鳳華等, 2014), 東波低鉻純橄巖中單斜輝石和磁鐵礦的出溶等(另文發(fā)表), 指示了雅魯藏布江蛇綠巖具相似的構(gòu)造背景演化過程。然而與高壓-超高壓變質(zhì)有關(guān)的橄欖石中的出溶體和出溶機制完全不同。其特點是出溶體比較簡單, 如磁鐵礦、鈦鐵礦等, 無硅酸鹽相伴。這種出溶體的成因可能與β-橄欖石的減壓相變有關(guān)(Dobrzhinetskaya et al., 1996; Zhang et al., 2004; Song et al., 2004)。

綜上所述, 普蘭低鉻純橄巖中橄欖石的出溶形成過程, 是早期富Ca、Al和Na熔體交代方輝橄欖巖而形成, 這種熔體的來源可能為洋中脊環(huán)境(MOR)下早期部分熔融的熔體或新生的巖漿。不同于俯沖環(huán)境(SSZ)的巖石-熔體反應(yīng)生成的更富Mg、Si和Cr等熔體, 致使地幔橄欖巖高度部分熔融, 形成高鉻的純橄巖。

6　結(jié)論

(1)普蘭低鉻純橄巖的橄欖石中存在共生的透輝石和磁鐵礦出溶現(xiàn)象, 這是由虧損地幔方輝橄欖巖與含鈉、鋁、鈣的熔體發(fā)生交代, 使得Al3+、Ca2+、Fe3+、Cr3+加入到橄欖石的固溶體中。由于巖石或構(gòu)造的上升侵位過程降溫, 橄欖石中的這些成分出溶形成單斜輝石和磁鐵礦, 富鋁的鉻尖晶石結(jié)晶而形成了現(xiàn)在低鉻純橄巖, 這與在俯沖帶的構(gòu)造背景(SSZ)形成的高鉻純橄欖巖成因不同。

(2)普蘭地幔橄欖巖中不同部分熔融程度的純橄巖特征, 表明此巖體經(jīng)歷了不同的演化階段, 包括洋中脊環(huán)境下的部分熔融和熔體交代, 以及俯沖帶環(huán)境的巖石-熔體反應(yīng)過程。

致謝: 野外工作和文章的寫作過程中得到西藏礦業(yè)公司教授級高工巴登珠, 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所副研究員陳松永和梁鳳華、助理研究員李源等的大力幫助。在此, 一并致以誠摯的謝意！

Acknowledgements:

This study was supported by the Science and Technology Project (No. SinProbe-05-02), the Key Program of National Natural Science Foundation of China (No. 40930313), the Foundation for Innovative Research Groups of the National Natural Science Foundation of China (No. 40921001), National Natural Science Foundation of China (Nos. 41202036 and 41502062), China Geological Survey (Nos. 1212011121263, 12120114061801, 12120114061801 and 2014DFR2127C) and Central Public-interest Scientific Institution Basal Research Fund (No. J1526).

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Exsolutions in Olivine from the Lower Cr#Dunite in the Purang Ophiolite, the Western Portion of the Yarlung–Zangbo Suture Zone in Tibet

XIONG Fa-hui1), YANG Jing-sui1), GUO Guo-lin1, 4), LIU Zhao2), XU Xiang-zhen1), TIAN Ya-zhou1), LAI Sheng-min3), CHEN Yan-hong1), ZHANG Lan3)
1) State Key Laboratory for Continental Tectonics and Dynamics, Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 2) Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 3) School of Earth Science and Mineral Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083; 4) State Key Laboratory Breeding Base of Nuclear Resources and Environment, East China Institute of Technology, Nanchang, Jiangxi 330013

Abstract:Diopside and magnetite exsolutions occur as oriented intergrowths within olivine of the lower Cr#dunite in the Purang ophiolite, Tibet. The fresh lower Cr#dunite has a mineral assemblage of olivine, spinel and diopside. The Fo content of its olivine is 90.1~90.7, whereas the Cr#of spinel is very lower (about 19.8~20.7), much less than Cr#of the spinel in common dunite from ophiolite mantle (Cr#＞60). It is thus held that the formerly depleted mantle harzburgite reacted with the melt containing Ti, Al and Ca, and produced an olivine solid solution with the addition of Ti4+, Al3+, Ca2+, Fe3+, Cr3+, which entered interstitial chromite. Due to the fast cooling rate ofbook=80,ebook=83the rock or rapid tectonic emplacement, the exsolution textures in olivine and compositional zones of chromite have been preserved. The mineral chemical composition of picotite-olivine indicates ＜8% partial melting in exsolutions dunite. However, the higher Cr#dunite without exsolutions has highly partial melting (＞50%), suggesting reaction with boninitic melt. The authors consider that the Purang ophiolite experienced multi - stage processes. Firstly, UHP minerals were trapped in these magnesiochromite grains. When oceanic crustal slabs were trapped in Mid Ocean Ridge, they were modified by tholeiitic magmas or partial melting, which caused interaction or metasomatism and subsequent reaction with boninitic magma in suprasubduction zones (SSZ).

Key words:dunite; exsolutions; Purang ophiolite; Yarlung Zangbo suture

作者簡介:第一 熊發(fā)揮, 男, 1985年生。博士, 助理研究員。主要從事蛇綠巖及鉻鐵礦研究工作。E-mail: xiongfahui@126.com。

收稿日期:2015-06-15; 改回日期: 2015-09-27。責(zé)任編輯: 魏樂軍。

中圖分類號:P588.125; P595

文獻標(biāo)志碼:A

doi:10.3975/cagsb.2016.01.08