雅江柳區(qū)蛇綠巖元素遷移規(guī)律及意義：來(lái)自全巖地球化學(xué)和巖相學(xué)的約束

姜 麗，孟凡雪，孟元庫(kù)

(山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590)

蛇綠巖套代表殘留在大陸邊緣的大洋巖石圈碎片，在一定程度上可以與現(xiàn)代洋底層序?qū)Ρ?，因此蛇綠巖是大洋巖石圈形成、發(fā)展、消亡過(guò)程中各種巖漿和變質(zhì)作用的“忠實(shí)記錄者”，也是研究大洋巖石圈演化過(guò)程中流體交代作用的重要載體。青藏高原作為地球上面積最大的高原，記錄了原-古-新特提斯洋演化閉合多期次地質(zhì)事件。其中晚白堊世—早古新世早期，隨著新特提斯洋的閉合，形成了雅江縫合帶。雅魯藏布蛇綠巖沿縫合帶呈斷續(xù)分布，在日喀則出露尤為集中[1]。因此這些蛇綠巖代表新特提斯洋巖石圈向北俯沖到拉薩地塊之下的殘余[1]，記錄了新特提斯洋演化的關(guān)鍵信息。

雅魯藏布蛇綠巖帶從東向西劃分為東段(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[2]。中段日喀則蛇綠巖研究程度最高，但其形成的構(gòu)造背景存在較大爭(zhēng)議，部分學(xué)者認(rèn)為是洋中脊(mid-oceanic ridge，MOR)型[1,3]，也有學(xué)者認(rèn)為是俯沖帶之上(supra-subduction zone，SSZ)型[4]。此外，與國(guó)外典型的蛇綠巖相比，日喀則蛇綠巖的系統(tǒng)性研究相對(duì)匱乏。前人針對(duì)日喀則蛇綠巖中未遭受蝕變或遭受微弱蝕變的基性鎂鐵質(zhì)巖石[1,3]和地幔橄欖巖[1,3-4]開(kāi)展了巖石學(xué)、年代學(xué)、構(gòu)造背景及侵位機(jī)制等研究，而對(duì)于蝕變嚴(yán)重的交代巖研究較為薄弱，這制約了對(duì)雅魯藏布蛇綠巖構(gòu)造背景及后期蛇紋石化過(guò)程的認(rèn)識(shí)?？紤]到蛇綠巖在其初始形成和后期構(gòu)造侵位過(guò)程中常受到流體交代作用發(fā)生蛇紋石化形成蛇紋巖，選取日喀則蛇綠巖的柳區(qū)蛇紋巖體作為研究對(duì)象，通過(guò)巖石學(xué)和全巖地球化學(xué)分析，探討蛇紋石化作用信息和元素遷移規(guī)律，綜合認(rèn)識(shí)日喀則蛇綠巖的形成演化及后期水巖作用過(guò)程。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

青藏高原由多個(gè)地體拼接而成，由北向南包括昆侖-祁連地體、松潘-甘孜地體、羌唐地體以及拉薩地體。這些地體被貫穿其中的東西向縫合帶所隔開(kāi)。雅江縫合帶是最南端的一條縫合帶，橫跨西藏南部長(zhǎng)達(dá)2 000 km，將北部的拉薩地體與南部的印度大陸分隔開(kāi)(圖1(a))。雅江縫合帶南側(cè)分布有侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)的蛇綠混雜巖。本研究所采的柳區(qū)巖體位于日喀則市區(qū)向西60 km處(GPS：北緯29°12′44.10″N，東經(jīng)88°13′44.13″E)(圖1(b))。根據(jù)野外觀察，并結(jié)合已有研究資料，柳區(qū)蛇綠巖具有以下特征：①發(fā)育大規(guī)模地幔橄欖巖。根據(jù)野外露頭觀察，超鎂鐵巖分布遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鎂鐵質(zhì)巖石；②地幔橄欖巖蛇紋石化作用普遍，野外較少見(jiàn)新鮮樣品。野外和手標(biāo)本上可見(jiàn)有不同方向的灰白色脈體構(gòu)成網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu)(圖2(a)、2(b))，暗示多期次的熱液活動(dòng)；③強(qiáng)蛇紋石化地幔橄欖巖具細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，油脂光澤，巖石表面有明顯滑感，顏色以橄欖綠、墨綠色為主，風(fēng)化面為黃褐色(圖2(a)、2(b))；④研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造主要以韌性剪切帶為主(圖1(c))，巖石破碎程度高(圖2(c))，說(shuō)明晚期造山運(yùn)動(dòng)過(guò)程中疊加了脆、韌性變形；⑤地幔橄欖巖中發(fā)育有順層侵入的輝長(zhǎng)巖-輝綠巖巖席，缺乏典型蛇綠巖中出現(xiàn)的輝綠巖巖墻群，有時(shí)還可見(jiàn)輝綠巖侵入到玄武巖之中，Nicolas等[1]認(rèn)為輝長(zhǎng)巖-輝綠巖大量侵入地幔橄欖巖的現(xiàn)象在世界上是極為少見(jiàn)的。

2 分析方法

2.1 巖相學(xué)分析

研究區(qū)樣品后期化學(xué)蝕變嚴(yán)重，光學(xué)顯微鏡下很難準(zhǔn)確辨別原生礦物，本研究結(jié)合TESCAN自動(dòng)礦物分析系統(tǒng)(TESCAN intergrated mineral analyzer，TIMA)和激光拉曼光譜進(jìn)行巖相學(xué)分析。TIMA測(cè)試在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司完成，儀器采用配有4個(gè)能譜探頭(EDAX Element 30)的Mira-3掃描電鏡完成，薄片在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行噴碳。實(shí)驗(yàn)中加速電壓25 kV，電流9 nA，工作距離為15 mm，電流和背散射電子成像(back scattered electron，BSE)信號(hào)強(qiáng)度使用鉑法拉第杯自動(dòng)程序校準(zhǔn)，能量色散譜儀(energy dispersive X-ray spectrometer，EDS)信號(hào)使用Mn標(biāo)樣校準(zhǔn)。測(cè)試中使用解離模式，同時(shí)獲取BSE圖和EDS數(shù)據(jù)，每個(gè)點(diǎn)的X射線計(jì)數(shù)為1 000。像素大小為3 μm，能譜步長(zhǎng)為9 μm。

激光拉曼光譜測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)寶石學(xué)實(shí)驗(yàn)中心完成，儀器采用HORIBA HR-Evolution型激光拉曼光譜儀，激發(fā)波長(zhǎng)為532 nm，測(cè)試范圍為100～4 000 cm-1，積分時(shí)間為3 s，積分次數(shù)為1次。

2.2 全巖主、微量元素分析

樣品處理在河北省廊坊市地質(zhì)測(cè)繪院巖礦實(shí)驗(yàn)室制作完成。首先挑選50～70 g的代表性樣品，在無(wú)鐵器污染條件下，用剛玉顎式破碎機(jī)把巖石粗碎至2～4 mm，然后將其裝入瑪瑙罐中，用球磨儀將樣品研磨至200目粉末，以備主、微量元素地球化學(xué)分析測(cè)試。

(a)、(b)地幔橄欖巖蛇紋石化強(qiáng)烈，具細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，油脂光澤，巖石表面有明顯滑感，顏色以橄欖綠、墨綠色為主，風(fēng)化面為黃褐色，巖石表面可見(jiàn)有不同方向的灰白色脈體構(gòu)成網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu)；(c)巖石破碎程度高，可能在晚期造山運(yùn)動(dòng)過(guò)程中疊加了脆、韌性變形圖2 雅江柳區(qū)蛇綠巖野外及手標(biāo)本照片

全巖主量元素分析在山東科技大學(xué)X射線熒光光譜儀實(shí)驗(yàn)室采用熔片法進(jìn)行測(cè)定，儀器型號(hào)為ZSX Primus IV，測(cè)試采用無(wú)標(biāo)樣自動(dòng)校準(zhǔn)軟件，主量元素的分析精度優(yōu)于±1%。全巖微量分析在武漢上譜科技有限責(zé)任公司采用Agilent 7500a 電感耦合等離子質(zhì)譜(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)完成。

微量元素樣品前處理流程包括：①將200目粉末樣品置于105 ℃烘箱中烘干12 h；②精準(zhǔn)稱取～50 mg粉末樣品并置于Teflon溶樣彈中；③依次緩慢加入1 mL高純HNO3和1 mL高純HF；④將Teflon溶樣彈放入鋼套，擰緊后置于烘箱中190 ℃加熱24 h；⑤待溶樣彈冷卻之后，取出溶樣彈，開(kāi)蓋后置于電熱板上140 ℃蒸干；⑥加入1 mL HNO3并再次蒸干；⑦加入1 mL高純HNO3、1 mL MQ水和1 mL內(nèi)標(biāo)In(濃度為1 ppm)，再次將Teflon溶樣彈放入鋼套，擰緊后置于烘箱中190 ℃加熱12 h；⑧檢查樣品是否完全溶解至清澈透明。如果沒(méi)有完全溶解，重復(fù)上述步驟，直至完全溶解；⑨將樣品溶液轉(zhuǎn)入聚乙烯料瓶中，并用2%HNO3稀釋至100 g以備ICP-MS測(cè)試。微量分析選用國(guó)際標(biāo)樣AGV-2、BHVO-2、BCR-2和RGM-2作為監(jiān)測(cè)。大多數(shù)微量元素的分析精度優(yōu)于±5%。

2.3 尖晶石電子探針?lè)治?/h3>

尖晶石電子探針?lè)治鰷y(cè)試在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成，儀器型號(hào)為(JEOL)JXA-8230。實(shí)驗(yàn)條件為：工作電壓15 kV，發(fā)射電流20 nA，束斑直徑1 μm。峰值計(jì)數(shù)時(shí)間為10 s(Mn和Ti為20 s)，背景計(jì)數(shù)時(shí)間為峰值計(jì)數(shù)時(shí)間的一半。本次實(shí)驗(yàn)使用以下標(biāo)樣：KAlSi3O8(K)、TiO2(Ti)、CaMnSi2O6(Ca)、(Mg,Fe)2SiO4(Si)、FeCr2O4(Fe,Cr,Al)、MnSiO3(Mn)、NaAlSi2O6(Na)、Mg3Al2Si3O12(Mg)、和(Fe,Ni)9S8(Ni)。

3 結(jié)果

3.1 巖相學(xué)特征

TIMA測(cè)試(圖3)表明蛇紋石含量超過(guò)90%。拉曼數(shù)據(jù)表明蛇紋石端元以利蛇紋石為主，圖4(a)顯示利蛇紋石的拉曼特征峰為227、381、686 cm-1，圖4(b)顯示利蛇紋石的拉曼特征峰為230、382、686 cm-1。鏡下觀察表明(圖5)，巖石中發(fā)生強(qiáng)烈蛇紋石化的區(qū)域常見(jiàn)等粒變晶結(jié)構(gòu)(圖5(a))，原巖中的橄欖石和輝石已完全蝕變，鏡下可以看到殘留骸晶(圖5(b)、5(c)、5(e))。大顆粒單斜輝石被蛇紋石完全交代，呈保留單斜輝石假象及解理紋的殘斑晶結(jié)構(gòu)，具有波狀消光(圖5(b))。鏡下有多條受流體侵入裂隙交代的纖蛇紋石細(xì)脈，早期蛇紋石細(xì)脈進(jìn)一步與流體發(fā)生元素交換，形成次一期蛇紋石脈，并切穿早期細(xì)脈，且應(yīng)力變形痕跡十分明顯，如扭折帶(圖5(d))。

磁鐵礦含量為2%～5%，呈半自形-它形的星點(diǎn)狀或粉末狀，鏡下為不透明黑色。磁鐵礦是橄欖石在蛇紋石化過(guò)程中析出的，部分磁鐵礦在原橄欖石邊緣析出，保留原礦物的輪廓(圖5(e))。方解石含量不超過(guò)1%，呈長(zhǎng)短粗細(xì)不一的脈狀(圖3(a)、5(f))或它形不規(guī)則粒狀(圖3(c)、5(g))，高級(jí)白干涉色。橄欖巖的蛇紋石化過(guò)程有時(shí)也伴隨著碳酸鹽化作用，因此這些方解石是蛇紋石被晚期的碳酸鹽流體交代形成的，并切穿蛇紋石顆粒，表明碳酸鹽化時(shí)間晚于蛇紋石化。值得注意的是，在自然系統(tǒng)中，常見(jiàn)的碳酸鹽礦物除方解石外，還有菱鎂礦、白云石。然而本研究樣品中出現(xiàn)的碳酸鹽礦物僅為方解石。高的Ca/Mg值會(huì)促使菱鎂礦和白云石轉(zhuǎn)變?yōu)榉浇馐?。因此樣品中只有方解石很可能是含CO2流體與富Ca流體反應(yīng)的結(jié)果：CO2+H2O+Ca2+=CaCO3+2H+。尖晶石含量為1%左右，呈半自形-它形的粒狀或蠕蟲(chóng)狀，粒度為0.2～1.5 mm，深褐色，部分尖晶石顆粒顏色淺，普遍發(fā)育不規(guī)則裂隙，表現(xiàn)為熔/溶蝕港灣狀結(jié)構(gòu)(圖5(h))。綠泥石可能是富鋁的尖晶石或單斜輝石分解產(chǎn)生的，含量不超過(guò)1%，一級(jí)灰干涉色，呈它形粒狀或粉末狀，不均勻零星分布在尖晶石邊部(圖3(b))。

圖3 柳區(qū)蛇紋巖TIMA巖相圖

圖4 柳區(qū)蛇紋巖中利蛇紋石的拉曼譜峰圖

通過(guò)TIMA掃描(圖3)及鏡下觀察(圖5)，上述反應(yīng)礦物與原礦物之間都存在一定的原礦物假晶、交代假象等痕跡，未見(jiàn)新鮮的橄欖石和輝石殘留，已完全蝕變成蛇紋石。另外，部分樣品發(fā)生不同程度的碳酸鹽化、綠泥石化和磁鐵礦化作用，表明蛇紋石化可能與碳酸鹽化等其他次生蝕變存在一定耦合關(guān)系。本研究在接下來(lái)的討論中將樣品稱為蛇紋巖。

3.2 全巖主微量元素特征

3.2.1 全巖主量元素特征

對(duì)19件柳區(qū)蛇紋巖樣品進(jìn)行主量元素分析，結(jié)果列于表1中。燒失量為23.31%～24.50%，平均23.79%，這是原巖經(jīng)歷強(qiáng)烈水巖作用的結(jié)果。在Al2O3-CaO-MgO三角圖中(圖6)，19個(gè)樣品全部落在變質(zhì)橄欖巖區(qū)域內(nèi)，與野外和巖相學(xué)觀察結(jié)果一致，表明柳區(qū)地幔橄欖巖發(fā)生了強(qiáng)烈的蛇紋石化作用。雅魯藏布蛇綠巖中弱蛇紋石化橄欖巖的MgO含量一般為40.65%～46.40%[3,8-10]，而柳區(qū)蛇紋巖的MgO含量為26.61%～27.65%，表明經(jīng)歷強(qiáng)烈蛇紋石化作用之后的橄欖巖普遍虧損MgO。研究表明，MgO校正法可有效修正蛇紋石化對(duì)主量元素的影響[11]。因此，扣除全巖主量元素的燒失量后，增加10%的MgO含量，再進(jìn)行全巖歸一化處理。結(jié)果表明，MgO含量(36.99%～38.68%)與原始地幔相當(dāng)，而易熔元素CaO(0.13%～0.86%)、Al2O3(0.75%～1.23%)和Na2O(0.08%～0.16%)含量較低，均明顯低于原始地幔組分[12]，可能與蛇紋石化作用相關(guān)。

圖6 柳區(qū)蛇紋巖Al2O3-CaO-MgO判別圖解[7]

3.2.2 全巖微量元素特征

對(duì)19件柳區(qū)蛇紋巖樣品進(jìn)行微量元素分析，結(jié)果列于表1中。稀土元素總體表現(xiàn)為相似的性質(zhì)，能更忠實(shí)地記錄源區(qū)的組成。樣品稀土元素總量(total content of rare earth element，∑REE)低(圖7(a))，∑REE介于0.11×10-6～0.32×10-6之間，平均為0.18×10-6，僅為碳質(zhì)球粒隕石的0.04～0.13倍，且遠(yuǎn)低于原始地幔(∑REE=7.43×10-6)和虧損地幔(∑REE=4.25×10-6)值，與極度虧損的蛇紋巖相似，指示地幔源區(qū)經(jīng)歷較高程度的熔體提取[12]。(La/Sm)N比值為0.60×10-6～21.01×10-6，平均值為4.64×10-6，表明輕稀土有一定程度富集。δEu值分為3組，分別為1.24～2.14、0.91～1.07和0.16～0.89，分別代表銪的正異常、無(wú)異常和負(fù)異常，銪的正異常可能是幔源特征，而負(fù)異常可能與斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶或后期蝕變作用的疊加有關(guān)。本研究樣品為蛇紋石化橄欖巖，其原巖橄欖巖的熔融、虧損程度存在差異，導(dǎo)致不同樣品的REE豐度也有一定差異，但圖7(a)中REE配分模式較為一致，表明樣品為同源巖漿的演化分異特征。輕稀土元素(light rare earth element，LREE)和中稀土元素(medium rare earth element，MREE)的含量較為分散，而重稀土元素(heavy rare earth element，HREE)的含量較為集中，總體為HREE、LREE相對(duì)富集，MREE強(qiáng)烈虧損的“U”型分布模式，指示巖石經(jīng)歷強(qiáng)烈熔體提取作用，后遭受流體/熔體交代導(dǎo)致LREE富集。

在圖7(b)中，樣品相對(duì)富集Ba、Pb、Sr、U等大離子親石元素(large ion lithophile element，LILEs)，與洋底蛇紋巖特征相似，可能與后期流體交代有關(guān)。此外，Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素強(qiáng)烈富集，而Th、Nb等高場(chǎng)強(qiáng)元素相對(duì)虧損，如此顯著的差異表明柳區(qū)蛇紋巖既受到虧損地幔源區(qū)特征的影響，也受到不同程度的俯沖帶流體(或熔體)的改造，可能反映了MOR和SSZ兩種構(gòu)造環(huán)境。

3.3 礦物化學(xué)特征

對(duì)19件蛇紋巖樣品中的23個(gè)尖晶石進(jìn)行電子探針?lè)治?。結(jié)果表明，尖晶石Cr2O3含量為33.69%～41.56%，平均值為38.24%。Al2O3含量為27.42%～34.75%，平均值為30.55%。FeO含量為16.59%～19.43%，平均值為17.54%。TiO2含量為0～0.06%，平均值為0.03%。由此可見(jiàn)，樣品相對(duì)貧Al、Fe，而富Cr。Cr#值(Cr#=Cr/(Cr+Al))介于0.39～0.50之間，不存在明顯成分環(huán)帶結(jié)構(gòu)。Mg#值(Mg#=Mg/(Mg+Fe2+))介于0.53～0.58之間。

原始地幔和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough[12]，文獻(xiàn)數(shù)據(jù)引自趙梅善[3]圖7 柳區(qū)蛇紋巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖

表1 柳區(qū)蛇紋巖全巖主量元素(%)和微量元素(×10-6)組成

續(xù)表1

4 討論

4.1 構(gòu)造環(huán)境

早期研究普遍認(rèn)為雅魯藏布蛇綠巖形成于大洋中脊環(huán)境(MOR)[1]。隨著研究的深入，越來(lái)越多的研究者認(rèn)為雅魯藏布蛇綠巖可能形成于俯沖帶之上(SSZ)[4]。此外，還有研究者認(rèn)為造山帶中蛇綠巖的形成環(huán)境復(fù)雜多樣，不能將其歸結(jié)為某種單一的背景，提出雅魯藏布蛇綠巖形成于MOR環(huán)境，但后期經(jīng)歷SSZ環(huán)境改造的觀點(diǎn)[8-9,13-14]。

研究表明，蛇紋石化過(guò)程的流體組成及氧化還原環(huán)境是影響蛇紋巖組成的重要因素[15]。在俯沖帶，俯沖板片脫水是引起地幔橄欖巖發(fā)生蛇紋石化的主要流體來(lái)源。來(lái)自俯沖板片的沉積物流體通常具有還原性，而深海橄欖巖發(fā)生蛇紋石化的海水來(lái)源流體具有相對(duì)氧化的特征[15]。據(jù)此，Peters等[15]統(tǒng)計(jì)了大量不同地區(qū)及構(gòu)造環(huán)境中的蛇紋巖微量元素組成并進(jìn)行投圖，發(fā)現(xiàn)這些不同來(lái)源的蛇紋巖其構(gòu)造環(huán)境分為明顯不同的兩類：一類為MOR型，另一類為SSZ型。不同類型的蛇紋巖表現(xiàn)出不同的微量元素特征。研究發(fā)現(xiàn)，柳區(qū)蛇紋巖大部分樣品落在深海蛇紋巖和弧前蛇紋巖的過(guò)渡地帶(圖8)，表明樣品可能經(jīng)歷了洋中脊(MOR)和俯沖帶(SSZ)兩個(gè)階段的構(gòu)造演化背景。

在Yb-Ti圖解(圖9)中，樣品也幾乎全部落在深海橄欖巖與俯沖相關(guān)橄欖巖重疊區(qū)域，表明柳區(qū)蛇紋巖來(lái)源于早期具M(jìn)ORB特征的虧損地幔，在后期構(gòu)造就位過(guò)程中受到了SSZ環(huán)境的改造。此外，Yb-微量元素圖解(圖10)同樣支持這一觀點(diǎn)。

地幔楔橄欖巖，俯沖相關(guān)橄欖巖及深海橄欖巖數(shù)據(jù)引自Deschamps等[16]

尖晶石在蛇紋巖中雖然含量很低，但其性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，在后期地質(zhì)作用過(guò)程中不易發(fā)生蝕變，因此是非常重要的原位礦物，同樣可以用來(lái)判斷蛇綠巖的構(gòu)造背景。其中，尖晶石的Cr#值(Cr#=Cr/(Cr+Al))通?？梢灾甘静糠秩廴诔潭鹊母叩停珻r#值越高，部分熔融程度越高，地幔橄欖巖越虧損。因此俯沖帶相關(guān)的地幔橄欖巖(SSZ型)通常具有較高的Cr#值(Cr#>0.6)，例如馬里亞納弧前橄欖巖Cr#高達(dá)0.82[17]，而形成于慢速擴(kuò)張脊的深海地幔橄欖巖(MOR型)往往具有較低的Cr#值(Cr#<0.6)。本研究柳區(qū)蛇紋巖中尖晶石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果表明其均為低鉻尖晶石，Cr#值介于0.39～0.50之間，指示大洋中脊環(huán)境。在尖晶石成分圖解(圖11)中，樣品點(diǎn)同樣全部位于MOR型地幔橄欖巖和SSZ型地幔橄欖巖重疊區(qū)域，反映蛇綠巖在不同構(gòu)造背景下經(jīng)歷多期演化。

此外，柳區(qū)蛇紋巖的TiO2含量<0.1%，稀土元素配分模式為L(zhǎng)REE富集的U型，均指示俯沖帶環(huán)境影響。而尖晶石Cr#值介于0.39～0.50，指示大洋中脊環(huán)境。事實(shí)上，多階段演化的觀點(diǎn)在雅魯藏布蛇綠巖帶內(nèi)是廣泛存在的。Liu等[13]通過(guò)對(duì)地幔橄欖巖的地球化學(xué)特征和礦物顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，得出雅魯藏布西段的普蘭蛇綠巖早先形成于洋中脊，后期被俯沖帶上環(huán)境改造的結(jié)論。Dai等[8]對(duì)仲巴蛇綠巖體的地幔橄欖巖進(jìn)行了巖石學(xué)和地球化學(xué)研究，也認(rèn)為其經(jīng)歷了MOR和SSZ兩個(gè)階段的演化。徐向珍等[9，14]對(duì)西段普蘭蛇綠巖和東段羅布莎的地幔橄欖巖進(jìn)行研究，也得到了相同結(jié)論。綜上，認(rèn)為柳區(qū)蛇紋巖的構(gòu)造背景非常復(fù)雜，不是一成不變的，其最可能先形成于大洋中脊環(huán)境，后期隨著板片俯沖，遭受洋內(nèi)俯沖消減作用，經(jīng)歷了MOR和SSZ雙重階段構(gòu)造演化。

地幔楔橄欖巖，俯沖相關(guān)橄欖巖及深海橄欖巖數(shù)據(jù)引自Deschamps等[16]

(a)底圖修改自Kamenetsky等[18]；(b)底圖修改自周文達(dá)等[19]；(c)、(d)底圖修改自張利等[10]

4.2 元素遷移規(guī)律

蛇紋石化過(guò)程中元素的活動(dòng)性為綜合理解巖石圈-海水的元素循環(huán)問(wèn)題提供重要信息，但目前對(duì)元素活動(dòng)性的研究相對(duì)較少，且缺乏一致的認(rèn)識(shí)。研究表明，柳區(qū)蛇紋巖的原巖經(jīng)歷了強(qiáng)烈的蛇紋石化作用，為探究蛇紋石化過(guò)程中的元素遷移規(guī)律提供了良好的素材。Coleman等[20]定量評(píng)估了橄欖巖蛇紋石化過(guò)程中的元素遷移，認(rèn)為除了Ca元素的流失，其他主量元素豐度變化可忽略不計(jì)。Bogolepov[21]認(rèn)為不同蛇紋石化蝕變程度的樣品保留了穩(wěn)定的sum-oxides/SiO2比值(sum-oxides=MgO+Fe2O3+Al2O3+TiO2+CaO+Cr2O3+MnO+NiO+Na2O+K2O+P2O5)，表明蛇紋石化過(guò)程不影響原巖的主量元素含量。然而，也有學(xué)者認(rèn)為蛇紋石化會(huì)導(dǎo)致原巖的主量元素含量發(fā)生改變，比如橄欖巖在蛇紋石化過(guò)程中會(huì)丟失MgO，從而導(dǎo)致全巖MgO/SiO2比值的降低[11]。事實(shí)上，蛇紋石化作用也會(huì)引起巖石中微量元素的變化，如Li、B、As、Sb、U、Pb、Cs、Ba和Sr的增加[22]。

4.2.1 主量元素遷移規(guī)律

柳區(qū)蛇紋巖的SiO2含量平均為49.85%，高于126件全球深海變質(zhì)橄欖巖的平均值(45.6%)[11]；而A12O3含量平均為1.01%，低于全球深海變質(zhì)橄欖巖[11]和島灣蛇綠巖中橄欖巖[23]的平均值(分別為1.92%、2.52%)；CaO含量平均為0.27%，也低于全球深海變質(zhì)橄欖巖[11]和島灣蛇綠巖中橄欖巖[23]的平均值(分別為1.29%、0.8%)；MgO含量為36.99%～38.68%，遠(yuǎn)低于全球深海變質(zhì)橄欖巖[11]、島灣蛇綠巖中橄欖巖[23]和世界典型蛇綠巖中方輝橄欖巖[11]的值(分別為41.6%、45%、39.6%～48.4%)。由此可見(jiàn)，柳區(qū)蛇紋巖大部分主量元素含量低于全球深海變質(zhì)橄欖巖和世界典型蛇綠巖中的橄欖巖，表明蛇紋石化對(duì)柳區(qū)蛇紋巖主量元素可能有較大影響。

將本研究的柳區(qū)蛇紋巖和已發(fā)表的全球深海及弧前蛇紋巖的主量元素結(jié)果[15]投點(diǎn)在Al2O3-CaO圖和Al2O3/SiO2-MgO/SiO2圖中(圖12(a)、12(b))進(jìn)行對(duì)比。從圖中可以看出，柳區(qū)蛇紋巖具有低的Al2O3和CaO含量(圖12(a)、12(c))，可能與源區(qū)高程度的部分熔融或后期強(qiáng)烈的蛇紋石化作用造成的主量元素變化相關(guān)。過(guò)去的研究也證實(shí)了蛇紋石化過(guò)程中存在Ca的系統(tǒng)性流失[20]。然而，部分柳區(qū)蛇紋巖樣品具有相對(duì)高的CaO含量(圖12(a)、12(c))，可能與碳酸鹽化作用對(duì)Ca流失的補(bǔ)償相關(guān)[25]，這與巖相學(xué)觀察存在方解石相吻合(圖3(a)、5(f))。此外，難熔地幔巖通常具有較高的MgO/SiO2比值(MgO/SiO2>1)[26]，而柳區(qū)蛇紋巖的MgO/SiO2<1，都處于全球陣列(terrestrial array)[24]之下，也低于全球深海蛇紋巖和弧前蛇紋巖(圖12(b))。Niu[11]認(rèn)為深海橄欖巖中低的MgO/SiO2比值是由于洋底風(fēng)化過(guò)程中MgO的丟失所致。另外，在圖12(a)、12(c)中，柳區(qū)蛇紋巖與全球弧前及深海蛇紋巖的Al2O3-CaO趨勢(shì)不一致。而且在圖12(b)、12(d)中，柳區(qū)蛇紋巖與全球弧前及深海蛇紋巖的Al2O3/SiO2-MgO/SiO2趨勢(shì)也不一致。因此，強(qiáng)烈的蛇紋石化作用可能對(duì)柳區(qū)蛇紋巖原巖的主量元素，尤其是CaO、Al2O3和MgO等，有明顯影響，因此用其探究巖漿作用信息時(shí)有待深究和商榷。

深海蛇紋巖和弧前蛇紋巖數(shù)據(jù)引自Peters等[15]，Terrestrial Array引自Jagoutz等[24]

值得注意的是，在巖漿演化過(guò)程中，硅鋁質(zhì)成分和鎂鐵質(zhì)成分互為消長(zhǎng)，隨著熔體提取，虧損的地幔橄欖巖表現(xiàn)為富Mg、貧Si的特征。因此，MgO含量可以作為橄欖巖虧損程度的指標(biāo)[11]，隨著熔體提取程度增高，MgO含量增高，而SiO2、Al2O3等易熔組分減少，兩者呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。但圖13表明，柳區(qū)蛇紋巖MgO與SiO2、Al2O3之間無(wú)相關(guān)性，表明后期作用對(duì)主量元素的影響較大。

圖13 全巖主量元素含量協(xié)變圖解

綜上，柳區(qū)蛇紋巖原巖在經(jīng)歷強(qiáng)烈蛇紋石化作用過(guò)程中，主量元素含量可能發(fā)生明顯的改變，如CaO、Al2O3和MgO的流失，隨后的碳酸鹽化作用等可能對(duì)主量元素也有輕微影響，如研究區(qū)碳酸鹽化作用可能對(duì)Ca流失具有一定補(bǔ)償作用。因此，柳區(qū)蛇紋巖蛇紋石化和后期碳酸鹽化作用過(guò)程可能會(huì)對(duì)CaO、Al2O3和MgO等主量元素造成影響，也可以推斷K、Na等流體活動(dòng)性元素同樣會(huì)受到不同程度影響。

4.2.2 微量元素遷移規(guī)律

蛇紋巖在成因上與蛇紋石化過(guò)程中的流體遷移和交代作用有關(guān)[27]。本研究通過(guò)與已發(fā)表的新鮮橄欖巖結(jié)果進(jìn)行比較[3]，以期揭示蛇紋石化過(guò)程中微量元素遷移的規(guī)律和特征。前人研究指出，橄欖巖發(fā)生蛇紋石化會(huì)使原本緊密的礦物被溶蝕并產(chǎn)生裂隙，促進(jìn)礦物與流體之間的物質(zhì)交換，導(dǎo)致礦物中的一些微量元素溶解遷出，因此蛇紋巖中微量元素的賦存狀況與原巖蝕變程度之間存在一定耦合關(guān)系[28]。如圖7所示，柳區(qū)蛇紋巖和前人新鮮橄欖巖具有相似的REE配分模式和微量元素特征，都表現(xiàn)為L(zhǎng)REE和HREE富集的U型，但是橄欖巖的微量和稀土元素含量總體要高于柳區(qū)蛇紋巖，說(shuō)明原巖中的微量元素和稀土元素隨蛇紋石化的進(jìn)行而溶解遷出。值得注意的是，蛇紋巖相對(duì)橄欖巖具有更高的Pb、Sr、Zr、Hf和Ba含量，其中Ba、Pb、Sr的富集與前人研究一致，這些元素是流體活動(dòng)性元素，更容易富集在蛇紋巖中[28]。Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素通常不易受到流體影響，主要受控于源區(qū)熔體提取和礦物組成(如鋯石)等。柳區(qū)蛇紋巖中鋯石的出現(xiàn)是俯沖地殼熔體遷移高場(chǎng)強(qiáng)元素(high field strength element，HFSE)進(jìn)入地幔楔的重要礦物學(xué)證據(jù)[29]。因此Zr、Hf的富集可能是熔體交代作用而不是蛇紋石化的結(jié)果。

5 結(jié)論

通過(guò)詳細(xì)的野外、巖相學(xué)、礦物學(xué)及地球化學(xué)研究，主要取得以下兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

1) 柳區(qū)地幔橄欖巖發(fā)生了強(qiáng)烈的蛇紋石化，已完全蝕變?yōu)樯呒y巖。樣品中蛇紋石含量超過(guò)90%，有的高達(dá)97%，平均95.6%。樣品全巖微量元素及尖晶石地球化學(xué)特征表明，柳區(qū)蛇紋巖的構(gòu)造背景非常復(fù)雜，不是一成不變的，其形成于大洋中脊環(huán)境，后期隨著板片俯沖，遭受洋內(nèi)俯沖消減作用，具有MOR和SSZ雙重演化背景。

2) 全巖主量元素研究表明，柳區(qū)蛇紋巖原巖在經(jīng)歷強(qiáng)烈蛇紋石化作用過(guò)程中，存在CaO、Al2O3和MgO的流失，后期碳酸鹽化作用對(duì)Ca流失具有一定補(bǔ)償。柳區(qū)蛇紋巖與全球深海及弧前蛇紋巖的Al2O3-CaO和Al2O3/SiO2-MgO/SiO2趨勢(shì)不一致性以及MgO與SiO2、Al2O3之間無(wú)相關(guān)性進(jìn)一步表明，強(qiáng)烈的蛇紋石化作用對(duì)柳區(qū)蛇紋巖原巖的主量元素組成影響較大。此外，柳區(qū)蛇紋巖微量元素含量明顯低于新鮮橄欖巖微量元素含量，表明微量元素會(huì)隨著蛇紋石化作用溶解遷出，但是Ba、Pb、Sr等大離子親石元素也會(huì)發(fā)生一定程度富集。

致謝：野外采樣得到了魏友卿老師的幫助；兩位審稿人對(duì)本文進(jìn)行了認(rèn)真的審閱和批注，并提出寶貴的修改意見(jiàn)；在此一并表示感謝！