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    阿尔巴尼亚布尔其泽纯橄岩壳中橄榄石的包裹体研究

    熊发挥 杨经绥 徐向珍 郝晓琳

    引用本文:
    Citation:

    阿尔巴尼亚布尔其泽纯橄岩壳中橄榄石的包裹体研究

      作者简介: 熊发挥(1985-), 男, 博士, 副研究员, 矿物学、岩石学、矿床学专业.
      通讯作者: 徐向珍, E⁃mail: xuxiangzhensjl@aliyun.com
    • 基金项目:

      国家自然科学基金项目 41672046

      中国地质调查局工作项目 DD20160023

      国家自然科学基金项目 41641015

      行业基金项目 201511022

      国家自然科学基金项目 41502062

      国家自然科学基金项目 41541017

    • 中图分类号: P315

    Inclusions in Olivine and Implications-Based on Mineral Research of Dunite of Bulqiza Ophiolite, Albania

      Corresponding author: Xu Xiangzhen, E⁃mail: xuxiangzhensjl@aliyun.com
    • 摘要: 阿尔巴尼亚布尔其泽纯橄岩壳非常新鲜,主要由橄榄石、尖晶石和单斜辉石等矿物组成.其中橄榄石存在单斜辉石和铬尖晶石(磁铁矿)共生包裹体现象,包裹体矿物粒度在1~10 μm,有些甚至为纳米级200~500 nm.纯橄岩橄榄石的Fo值为94.7~96.0,铬尖晶石的Cr#为76.5~82.4,远高于蛇绿岩地幔橄榄岩中常见纯橄岩的铬值(Cr#>60).基于前人研究结果,提出这种现象是由于亏损方辉橄榄岩与含钛、铬、铁熔体发生交代作用,从而形成橄榄石的固溶体并存在Ti4+、Al3+、Ca2+、Fe3+,而部分Cr3+进入铬尖晶石结晶.后期由于岩体在抬升过程中降温,橄榄石中混溶的组分析出包裹体形成磁铁矿和铬尖晶石.并且依据铬尖晶石-橄榄石的矿物化学成分,识别出岩体内方辉橄榄岩相对较低的部分熔融程度约为30%~40%,纯橄岩部分熔融程度约为40%,表明不同岩相间其形成背景存在明显差异.因此,认为布尔奇泽蛇绿岩具有多阶段的过程,首先是在洋中脊环境下经历部分熔融作用形成了方辉橄榄岩,后受到俯冲环境(SSZ)的岩石-熔体反应生成更富Mg、Si和Cr等的熔体,致使地幔橄榄岩高度部分熔融,形成此类纯橄岩.
    • 图 1  特提斯蛇绿岩的地质简图

      Figure 1.  Geological map of Tethys ophiolites

      Xiong et al.(2015)修编

      图 2  阿尔巴尼亚Mirdita蛇绿岩带东段布尔奇泽蛇绿岩的地质简图

      Figure 2.  Geological map of Bulqiza ophiolites in the eastern of Mirdita suture from Albania

      Xiong et al.(2015)修编

      图 3  布尔奇泽蛇绿岩岩相野外照片

      Figure 3.  Lithologies of Bulqiza ophiolite

      a, b.纯橄岩壳与豆荚状铬铁矿共生照片;c.方辉橄榄岩;d.透镜状纯橄岩中新鲜的铬尖晶石

      图 4  布尔奇泽各岩相镜下特征照片

      Figure 4.  Photomicrographs of different lithologies from Bulqiza ophiolite

      a.方辉橄榄岩(正交偏光);b.透镜状纯橄岩(正交偏光);c.纯橄岩壳中橄榄石的定向包裹体(单偏光);d.纯橄岩壳中橄榄石的定向包裹体(单偏光);Ol.橄榄石;Spl.铬尖晶石;Opx.斜方辉石

      图 5  布尔奇泽纯橄岩壳中橄榄石的铬尖晶石(磁铁矿)成分(Cr、Fe、Mg、Si、Al)面扫描图

      Figure 5.  X-ray element (Cr、Fe、Mg、Si、Al) maps showing chemical variations in the clinopyroxene, chromian spinel (magnetite) and olivine from Bulqiza high Cr# dunite shell Spl(Mgt)

      铬尖晶石(磁铁矿);Olivine.橄榄石

      图 6  纯橄岩壳中定向包体的激光拉曼谱图

      Figure 6.  Laser Raman spectra of directional intergrowth inclusions from the dunite shell

      图 7  布尔奇泽纯橄岩壳中橄榄石的纳米级颗粒铬尖晶石(磁铁矿)和单斜辉石背散射照片

      Figure 7.  Back scattered (BSE) images of the clinopyroxene and spinel (magnetite) intergrowths in the olivine from Bulqiza dunite

      Cpx.单斜辉石;Spl.铬尖晶石;Ol.橄榄石

      图 8  布尔奇泽蛇绿岩中不同岩相的橄榄石成分图解

      Figure 8.  Compositional range of olivine in different lithologies of the Bulqiza ophiolite

      图 9  布尔奇泽地幔橄榄岩中不同岩相中铬尖晶石-橄榄石化学成分图解

      Figure 9.  Mineral chemistry of different lithologies in spinel and olivine from Bulqiza ophiolite

      a.布尔奇泽地幔橄榄岩中铬尖晶石的Cr# vs. Mg#图解;b.地幔橄榄岩中铬尖晶石的Cr# vs. TiO2;c.地幔橄榄岩中铬尖晶石的Al2O3 vs. TiO2;d.地幔橄榄岩中铬尖晶石的Cr# vs.橄榄石的Fo值.方辉橄榄岩和铬铁矿的数据来源于Xiong et al.(2015)

      表 1  布尔奇泽橄榄岩中橄榄石的电子探针分析结果(%)

      Table 1.  Representative microprobe analyses of olivine from Bulqiza peridotite (%)

      岩性 样品号 SiO2 MgO MnO K2O Cr2O3 CaO Al2O3 FeO TiO2 Na2O NiO Total Fo
      纯橄岩壳 Al.6.4.3 41.87 52.39 0.03 0.00 0.01 0.03 0.00 4.18 0.00 0.01 0.60 99.11 95.72
      Al.6.4.3 41.57 52.53 0.05 0.01 0.03 0.02 0.00 4.17 0.00 0.00 0.63 99.00 95.74
      Al.6.4.3 41.69 51.83 0.06 0.01 0.04 0.02 0.00 5.20 0.01 0.00 0.49 99.35 94.67
      Al.6.4.3 42.04 51.74 0.11 0.03 0.00 0.00 0.00 5.33 0.02 0.00 0.59 99.86 94.54
      Al.6.4.3 41.05 54.01 0.08 0.00 0.02 0.03 0.00 4.27 0.00 0.00 0.56 100.02 95.75
      透镜状纯橄岩 12Al.3.1 41.30 50.68 0.12 0.01 0.00 0.04 0.00 8.42 0.00 0.00 0.24 100.80 91.48
      12Al.5.2 41.39 50.72 0.11 0.00 0.01 0.05 0.00 8.18 0.00 0.01 0.39 100.85 91.71
      12Al.5.5 41.93 50.16 0.10 0.00 0.02 0.03 0.02 8.04 0.00 0.01 0.35 100.65 91.75
      12Al.5.7 41.33 50.61 0.12 0.01 0.02 0.03 0.00 8.16 0.00 0.00 0.36 100.64 91.70
      12Al.5.8 40.96 50.45 0.12 0.03 0.03 0.00 0.00 7.86 0.01 0.00 0.37 99.82 91.96
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      表 2  布尔奇泽橄榄岩中铬尖晶石的电子探针分析结果(%)

      Table 2.  Representative microprobe analyses of chromian spinels from Bulqiza peridotite (%)

      岩性 样品 Cr2O3 Al2O3 MgO FeO MnO CaO K2O Na2O TiO2 SiO2 NiO Total Mg# Cr#
      纯橄岩壳 12Al.6.4 58.81 11.18 14.06 15.27 0.21 0.00 0.01 0.01 0.16 0.02 0.11 99.84 62.50 77.92
      12Al.6.4 58.27 11.18 14.16 15.63 0.30 0.00 0.00 0.01 0.14 0.00 0.08 99.76 62.00 77.76
      12Al.6.4 58.23 11.48 13.96 15.38 0.30 0.00 0.00 0.00 0.16 0.01 0.17 99.69 62.13 77.28
      12Al.6.2 60.77 8.69 12.62 17.35 0.33 0.00 0.00 0.00 0.10 0.03 0.03 99.93 56.78 82.43
      12Al.6.2 61.05 8.66 12.57 17.18 0.30 0.02 0.01 0.00 0.04 0.00 0.06 99.89 56.69 82.54
      透镜状纯橄岩 12Al.3.1 57.18 10.65 9.72 21.07 0.40 0.00 0.00 0.04 0.15 0.05 0.06 99.31 45.66 78.27
      12Al.3.1 56.97 10.35 9.90 21.31 0.47 0.00 0.00 0.01 0.17 0.06 0.00 99.24 45.81 78.69
      12Al.5.1 56.71 11.72 8.90 21.73 0.42 0.02 0.01 0.01 0.05 0.03 0.07 99.67 42.47 76.45
      12Al.5.3 55.61 10.97 8.26 23.57 0.44 0.00 0.01 0.00 0.07 0.09 0.02 99.03 38.98 77.28
      12Al.5.4 56.57 11.13 8.69 22.27 0.44 0.00 0.01 0.01 0.00 0.04 0.04 99.18 41.27 77.33
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    出版历程
    • 收稿日期:  2017-10-01
    • 刊出日期:  2018-05-01

    阿尔巴尼亚布尔其泽纯橄岩壳中橄榄石的包裹体研究

      通讯作者: 徐向珍, xuxiangzhensjl@aliyun.com
      作者简介: 熊发挥(1985-), 男, 博士, 副研究员, 矿物学、岩石学、矿床学专业
    • 1. 中国地质科学院地质研究所国土资源部深地动力学重点实验室, 地幔研究中心, 北京 100037
    • 2. 中地宝联(北京)国土资源勘查技术有限公司, 北京 100193
    基金项目:  国家自然科学基金项目 41672046中国地质调查局工作项目 DD20160023国家自然科学基金项目 41641015行业基金项目 201511022国家自然科学基金项目 41502062国家自然科学基金项目 41541017

    摘要: 阿尔巴尼亚布尔其泽纯橄岩壳非常新鲜,主要由橄榄石、尖晶石和单斜辉石等矿物组成.其中橄榄石存在单斜辉石和铬尖晶石(磁铁矿)共生包裹体现象,包裹体矿物粒度在1~10 μm,有些甚至为纳米级200~500 nm.纯橄岩橄榄石的Fo值为94.7~96.0,铬尖晶石的Cr#为76.5~82.4,远高于蛇绿岩地幔橄榄岩中常见纯橄岩的铬值(Cr#>60).基于前人研究结果,提出这种现象是由于亏损方辉橄榄岩与含钛、铬、铁熔体发生交代作用,从而形成橄榄石的固溶体并存在Ti4+、Al3+、Ca2+、Fe3+,而部分Cr3+进入铬尖晶石结晶.后期由于岩体在抬升过程中降温,橄榄石中混溶的组分析出包裹体形成磁铁矿和铬尖晶石.并且依据铬尖晶石-橄榄石的矿物化学成分,识别出岩体内方辉橄榄岩相对较低的部分熔融程度约为30%~40%,纯橄岩部分熔融程度约为40%,表明不同岩相间其形成背景存在明显差异.因此,认为布尔奇泽蛇绿岩具有多阶段的过程,首先是在洋中脊环境下经历部分熔融作用形成了方辉橄榄岩,后受到俯冲环境(SSZ)的岩石-熔体反应生成更富Mg、Si和Cr等的熔体,致使地幔橄榄岩高度部分熔融,形成此类纯橄岩.

    English Abstract

    • 以薄片或者定向针状均匀分布在硅酸盐矿物内的氧化物/硅酸盐通常被认为是在母体矿物质混合时形成的沉淀物,钠长石在钾长石中以针状产出就是一个很好的例子.在超高压岩石的硅酸盐矿物中发现越来越多的定向氧化物/针状硅酸盐矿物,可以用来解释这些超高压母岩的来源(Zhang and Liou, 1999),例如,橄榄石中含Ti的钛铁矿出溶(Dobrzhinetskaya et al., 1996),以及石榴子石中针状金红石等被解释为超高压的变质过程(van Roermund et al., 2000; Song et al., 2004).此外,定向析出体与主晶矿物的结晶学取向关系可能具有多解性(Hwang et al., 2007a, 2007b, 2015).与变质橄榄岩不同的是蛇绿岩型橄榄岩并不经历强烈的变质作用,而更多的是岩浆/熔体作用.因此,蛇绿岩型橄榄岩的橄榄石中定向包体的发现对其成因研究具有特殊的指示意义.

      图  1  特提斯蛇绿岩的地质简图

      Figure 1.  Geological map of Tethys ophiolites

      蛇绿岩产在板块缝合带,是古洋壳的残留物,记录了古洋盆形成和汇聚造山的历史.蛇绿岩由喷出岩、岩墙群和堆晶岩等洋壳岩石组合和地幔橄榄岩组成.蛇绿岩地幔橄榄岩中通常会产出豆荚状铬铁矿,被认为是蛇绿岩的特征矿产之一,是世界上铬铁矿的重要来源.关于蛇绿岩的分类问题(主要指构造环境分类),许多学者作过详细的讨论.大多数学者主张采用二分法,Pearce et al.(1984)将蛇绿岩分为洋脊型(MORB)和俯冲型(SSZ)(消减带之上的蛇绿岩型).世界上大多数蛇绿岩在地球化学特征上多多少少都显示了SSZ环境下的岩浆作用特征,或完全是SSZ环境形成的岩石.而且许多蛇绿岩会显示出两阶段演化特征,即蛇绿岩最初可能形成于洋脊的环境,而最终受到了SSZ过程的改造,例如:西藏罗布莎蛇绿岩(Malpas et al., 2003).现今世界上最大、保存最好、层序最完整的SSZ型蛇绿岩基本上都位于特提斯构造域内,整个构造域从大西洋向东经过中东地区,穿过西藏和缅甸,最后与古太平洋构造域汇合.特提斯蛇绿岩带形成于侏罗纪到白垩纪期间,是古特提斯洋到新特提斯洋的形成与演化结果(图 1).中东地区保存了世界上最大、层序最完整的蛇绿岩体,如:阿曼的Semail蛇绿岩、塞浦路斯的Troodos蛇绿岩、阿尔巴尼亚的Mirdita蛇绿岩、土耳其的Kizildag蛇绿岩.这些蛇绿岩都具有保存完整、岩石新鲜、研究程度较高的特征,同时产出大量的豆荚状铬铁矿.

      阿尔巴利亚Mirdita蛇绿岩也是一个具完整蛇绿岩层序的经典蛇绿岩(Dilek et al., 2008),该蛇绿岩位于阿尔巴尼亚东部,南-北向延伸近200 km,被分为西段(WMO)和东段(EMO)两部分,分别具有MORB和SSZ特征.我们更关注于东段部分(EMO),因为它厚度达12 km,而且还有一些世界级的铬铁矿矿床——布尔奇泽(Bulqiza)铬铁矿.该岩体呈北西-南东向带状展布,总面积约达250 km2(图 2),岩体四周与围岩均为断层接触,西北侧为第四系沉积物,西南侧为碳酸盐岩台地,南部为侏罗纪碳酸盐岩和碎屑岩.岩体边部的超镁铁岩岩石破碎,蛇纹石化强烈,在岩体内部岩石新鲜.

      图  2  阿尔巴尼亚Mirdita蛇绿岩带东段布尔奇泽蛇绿岩的地质简图

      Figure 2.  Geological map of Bulqiza ophiolites in the eastern of Mirdita suture from Albania

      前人对于布尔奇泽岩体的初步研究,提出了以下几种认识:基于地幔橄榄岩上层熔岩地球化学特征以及辉长岩/辉绿岩的特征,指示岩体可能形成于大洋中脊(MOR)环境,后期受到不同程度的俯冲带(SSZ)环境改造(Dilek et al., 2008);通过研究岩体的豆荚状铬铁矿及橄榄岩矿物学和地球化学特征,提出了岩体MOR→SSZ的叠加演化过程(Xiong et al., 2015);布尔奇泽地幔橄榄岩中超高压矿物金刚石与碳硅石的重大发现,表明布尔奇泽岩体类似于罗布莎岩体,可能来源于深部地幔(Xiong et al., 2016).上述研究表明布尔奇泽地幔橄榄岩可能为多阶段叠加的结果,而不同构造背景特征与布尔奇泽地幔橄榄岩成因联系还有待确定,每个阶段的岩相学和矿物学等痕迹尚需明确,是否存在不同构造背景的矿物结构的痕迹仍不得而知,早期研究表明蛇绿岩型超镁铁岩中的纯橄岩比较发育,存在3种产出类型,分别为厚层状纯橄岩、透镜状纯橄岩和薄壳状纯橄岩,透镜状纯橄岩被认为是部分熔融的结果,而厚层状和薄壳状纯橄岩为岩石-熔体反应的结果(Zhou et al., 2005;李金阳等,2012).笔者在前期工作的基础上,细化了布尔奇泽地幔橄榄岩中纯橄岩的多种类型,并在岩体内纯橄岩壳的橄榄石中发现了铬尖晶石(磁铁矿)和单斜辉石共生包体现象,提出布尔奇泽蛇绿岩多阶段的又一证据.

      • 在详细野外观测基础上,采集大量地幔橄榄岩的样品,并磨制光薄片,进而开展详细显微镜下岩相学和矿物学研究.电子探针成分分析在大陆构造与动力学重点实验室完成,仪器为配备Inca Energy能谱仪的JEOL JXA-8100型电子探针,探针束流20 nA,加速电压15.0 kV,电子束斑2 μm,激光拉曼光谱仪(RENISHAW in Via)分析其中颗粒较大的矿物,而纳米级矿物定向包裹体背散射电子图像在FEI Versa 3D Dual Beam上完成,此仪器是配备聚焦离子束(FIB)的场发射电镜平台,可以放大至300万倍超高分辨成像.

      • 布尔奇泽蛇绿岩主要由地幔橄榄岩、厚层状辉长岩、基性岩脉以及玄武岩和硅质岩等组成.其中基性岩脉主要包括辉长辉绿岩,常呈脉状侵入在地幔橄榄岩中,切割地幔橄榄岩;超镁铁质岩体在北部、东部和西南部仰冲到晚三叠纪灰岩之上,在火山-沉积混杂堆积岩和蛇纹岩之间形成变质基底.变质基底中的岩石发生绿片岩相-低角闪岩相变质,强烈片理化.岩体内的地幔橄榄岩以方辉橄榄岩为主,另由透镜状纯橄岩、纯橄岩壳以及少量的橄榄单斜辉石岩组成.岩体内纯橄岩、辉长/辉石岩等多呈透镜状或团块状分布于方辉橄榄岩内(图 3)(Xiong et al., 2015).布尔奇泽岩体主要由方辉橄榄岩组成(占60%~80%),岩石多新鲜呈绿色、暗绿色,少量蛇纹石化明显,并且多以粒状结构、块状构造为主.

        布尔奇泽纯橄岩按其产出分为2类:(a)透镜状纯橄岩:其岩石较新鲜,为土黄色,呈透镜状产出于方辉橄榄岩中,并且二者的岩相通常为截然的接触关系,宽度1~5 m,少数10 m以上,有一定的延长,延长方向多为北西-南东向.纯橄岩蛇纹石化较弱,粒状结构、块状构造,镜下常见橄榄石的等粒粒状结构、交代结构等.岩石主要由橄榄石组成,含量>97%,橄榄石大小0.5~3.0 mm,呈镶嵌状分布,裂纹发育,多有绿泥石、蛇纹石等蚀变矿物沿裂纹分布.铬尖晶石自形程度较高,分布于橄榄石颗粒之间(图 3d图 4b);(b)纯橄岩壳(含共生包体特征):薄壳状纯橄岩是指在铬铁矿外围以厚薄不等的“外壳”形式产出(Zhou et al., 2005),与铬铁矿体以及外围的纯橄岩有截然的接触界线的岩石(图 3a, 3b图 4b).薄壳状纯橄岩岩石新鲜,呈灰绿色,块状构造,并常见细脉浸染状铬铁矿,厚度在10 cm~2 m不等,长度在1~5 m不等.其主要由98%镁橄榄石和2%的铬尖晶石组成.薄壳状纯橄岩与铬铁矿之间呈明显截然的接触关系,铬尖晶石呈半自形至自形粒状,粒度差别较大,变化在0.1~5.0 mm,并呈不规则的定向性,不同于透镜状纯橄岩中铬尖晶石的形态.

        图  3  布尔奇泽蛇绿岩岩相野外照片

        Figure 3.  Lithologies of Bulqiza ophiolite

        图  4  布尔奇泽各岩相镜下特征照片

        Figure 4.  Photomicrographs of different lithologies from Bulqiza ophiolite

      • 在布尔奇泽透镜状纯橄岩壳中存在极少量不均匀的现象,在部分橄榄石中见细小粒状和针状矿物(图 4, 图 5).在显微镜和电子探针下可见细粒橄榄石中有密集的针状包裹体,呈定向排列,具一组或二组分布方向(图 5).极少数单斜辉石粒径达到5 μm以上,很难通过电子探针获得其矿物组分,激光拉曼光谱分析证明定向包裹体主要为单斜辉石和铬尖晶石(图 6).经矿物成分的铬、铁、镁、硅、铝元素的面扫描分析认为包裹体主要由含铁的铬尖晶石组成,定向分布于橄榄石中(图 5).其中铬尖晶石的颗粒常为1~2 μm宽,1~10 μm长,而单斜辉石更细小,为1~2 μm宽,1~5 μm长(图 5),部分甚至可以达到纳米级别(图 7),其中图 7b, 7c, 7d成像分别是在(Versa 3D)2万倍、3.5万倍和8千倍下获得.鉴于大多数包裹体细小,透辉石、铬尖晶石、橄榄石成分之间互相叠加,因而无法得到准确的成分.

        图  5  布尔奇泽纯橄岩壳中橄榄石的铬尖晶石(磁铁矿)成分(Cr、Fe、Mg、Si、Al)面扫描图

        Figure 5.  X-ray element (Cr、Fe、Mg、Si、Al) maps showing chemical variations in the clinopyroxene, chromian spinel (magnetite) and olivine from Bulqiza high Cr# dunite shell Spl(Mgt)

        图  6  纯橄岩壳中定向包体的激光拉曼谱图

        Figure 6.  Laser Raman spectra of directional intergrowth inclusions from the dunite shell

        图  7  布尔奇泽纯橄岩壳中橄榄石的纳米级颗粒铬尖晶石(磁铁矿)和单斜辉石背散射照片

        Figure 7.  Back scattered (BSE) images of the clinopyroxene and spinel (magnetite) intergrowths in the olivine from Bulqiza dunite

      • 本文共分析了纯橄岩壳、透镜状纯橄岩和方辉橄榄岩中80个橄榄石的化学成分,代表性数据见表 1.结果显示所有的橄榄石都属于镁橄榄石,其Fo值为91.3~96.0,透镜状纯橄岩中橄榄石的Fo值为91.3~91.9,NiO含量为0.22%~0.41%,MnO为0.10%~0.16%;纯橄岩壳中橄榄石的Fo值为94.7~96.0,NiO含量为0.42%~0.69%,MnO为0.03%~0.11%.

        岩性 样品号 SiO2 MgO MnO K2O Cr2O3 CaO Al2O3 FeO TiO2 Na2O NiO Total Fo
        纯橄岩壳 Al.6.4.3 41.87 52.39 0.03 0.00 0.01 0.03 0.00 4.18 0.00 0.01 0.60 99.11 95.72
        Al.6.4.3 41.57 52.53 0.05 0.01 0.03 0.02 0.00 4.17 0.00 0.00 0.63 99.00 95.74
        Al.6.4.3 41.69 51.83 0.06 0.01 0.04 0.02 0.00 5.20 0.01 0.00 0.49 99.35 94.67
        Al.6.4.3 42.04 51.74 0.11 0.03 0.00 0.00 0.00 5.33 0.02 0.00 0.59 99.86 94.54
        Al.6.4.3 41.05 54.01 0.08 0.00 0.02 0.03 0.00 4.27 0.00 0.00 0.56 100.02 95.75
        透镜状纯橄岩 12Al.3.1 41.30 50.68 0.12 0.01 0.00 0.04 0.00 8.42 0.00 0.00 0.24 100.80 91.48
        12Al.5.2 41.39 50.72 0.11 0.00 0.01 0.05 0.00 8.18 0.00 0.01 0.39 100.85 91.71
        12Al.5.5 41.93 50.16 0.10 0.00 0.02 0.03 0.02 8.04 0.00 0.01 0.35 100.65 91.75
        12Al.5.7 41.33 50.61 0.12 0.01 0.02 0.03 0.00 8.16 0.00 0.00 0.36 100.64 91.70
        12Al.5.8 40.96 50.45 0.12 0.03 0.03 0.00 0.00 7.86 0.01 0.00 0.37 99.82 91.96

        表 1  布尔奇泽橄榄岩中橄榄石的电子探针分析结果(%)

        Table 1.  Representative microprobe analyses of olivine from Bulqiza peridotite (%)

        一般认为橄榄石的Fo值越大,说明其形成深度和熔融程度越高.布尔奇泽岩体中橄榄石Fo值呈连续变化特征,并且透镜状纯橄岩中橄榄石具最低的Fo值(图 8),指示其熔融程度与其他类型纯橄岩明显不同.橄榄石的NiO、MnO等组分对橄榄石的演化过程也具有重要指示意义,不同岩相中橄榄石的MnO含量差异明显,并且与橄榄石的Fo值呈负相关性(图 8),橄榄石的矿物化学组分在各岩相的差异性或许进一步说明它们的形成条件有所差别,这与前人提出布尔奇泽蛇绿岩中不同岩相部分熔融程度不同和形成的构造背景不同较一致(Dilek et al., 2008; Xiong et al., 2015).

        图  8  布尔奇泽蛇绿岩中不同岩相的橄榄石成分图解

        Figure 8.  Compositional range of olivine in different lithologies of the Bulqiza ophiolite

      • 在地幔橄榄岩中,铬尖晶石都是以副矿物的形式存在,含量很低,一般都小于5%.蛇绿岩中地幔橄榄岩(或阿尔卑斯型橄榄岩)的铬尖晶石成分存在着Cr和Al的广泛互相替换(Irvine, 1967),而形成富铬型尖晶石和富铝型尖晶石.铬尖晶石的Cr#[=100×Cr/(Cr+Al)]随着地幔岩部分熔融程度的增高而增大,且不同亏损程度的地幔橄榄岩中铬尖晶石的Cr#大小可以作为推测地幔岩熔融程度、源区亏损程度和结晶压力的灵敏指示标志(Dick and Bullen, 1984),铬尖晶石的Mg#[=100×Mg/(Mg+Fe2+)]大小是岩石部分熔融程度的指示标志.

        布尔奇泽地幔橄榄岩的60个铬尖晶石数据,显示不同岩相间的铬尖晶石其主元素含量之间有较大的差别(表 2).另外结合前人对布尔奇泽岩体的研究发现布尔奇泽地幔橄榄岩具有其特殊性,所有岩相中铬尖晶石的Cr2O3含量为37.6%~61.5%,Al2O3含量为10.0%~22.5%,铬尖晶石的Cr#为45.5~82.3,大部分为富铬型铬尖晶石.含橄榄石包裹体的纯橄岩壳中铬尖晶石的Cr#较高,为76.5~82.4,平均值为78.9,为富铬型尖晶石.方辉橄榄岩中的铬尖晶石,Cr#为45.6~78.8,平均值为72.2,既有富铝型尖晶石也有富铬型尖晶石,而透镜状纯橄岩中的铬尖晶石,Cr#为72.9~78.9,平均值为77.1,属于Dick分类图解中的Ⅲ类(Dick and Bullen, 1984).

        岩性 样品 Cr2O3 Al2O3 MgO FeO MnO CaO K2O Na2O TiO2 SiO2 NiO Total Mg# Cr#
        纯橄岩壳 12Al.6.4 58.81 11.18 14.06 15.27 0.21 0.00 0.01 0.01 0.16 0.02 0.11 99.84 62.50 77.92
        12Al.6.4 58.27 11.18 14.16 15.63 0.30 0.00 0.00 0.01 0.14 0.00 0.08 99.76 62.00 77.76
        12Al.6.4 58.23 11.48 13.96 15.38 0.30 0.00 0.00 0.00 0.16 0.01 0.17 99.69 62.13 77.28
        12Al.6.2 60.77 8.69 12.62 17.35 0.33 0.00 0.00 0.00 0.10 0.03 0.03 99.93 56.78 82.43
        12Al.6.2 61.05 8.66 12.57 17.18 0.30 0.02 0.01 0.00 0.04 0.00 0.06 99.89 56.69 82.54
        透镜状纯橄岩 12Al.3.1 57.18 10.65 9.72 21.07 0.40 0.00 0.00 0.04 0.15 0.05 0.06 99.31 45.66 78.27
        12Al.3.1 56.97 10.35 9.90 21.31 0.47 0.00 0.00 0.01 0.17 0.06 0.00 99.24 45.81 78.69
        12Al.5.1 56.71 11.72 8.90 21.73 0.42 0.02 0.01 0.01 0.05 0.03 0.07 99.67 42.47 76.45
        12Al.5.3 55.61 10.97 8.26 23.57 0.44 0.00 0.01 0.00 0.07 0.09 0.02 99.03 38.98 77.28
        12Al.5.4 56.57 11.13 8.69 22.27 0.44 0.00 0.01 0.01 0.00 0.04 0.04 99.18 41.27 77.33

        表 2  布尔奇泽橄榄岩中铬尖晶石的电子探针分析结果(%)

        Table 2.  Representative microprobe analyses of chromian spinels from Bulqiza peridotite (%)

      • 在致密块状铬铁矿中呈包裹体状橄榄石的Fo-MnO-NiO并不在部分熔融趋势线上(图 8),这种富Ni的流体来源目前尚不清晰.布尔奇泽地幔橄榄岩中铬尖晶石矿物化学成分表明其具典型阿尔卑斯型橄榄岩的特征,铬尖晶石TiO2含量随着Cr#的增加而增加,一种解释为高温熔体地幔交代成因(Batanova and Sobolev, 2000),另一种为玻安质熔体与方辉橄榄岩反应的结果(Zhou et al., 1996).另外,从透镜状纯橄岩→纯橄岩壳→铬铁矿,铬尖晶石呈现Mg#增加而Cr#基本不变的特征(Xiong et al., 2015).地幔橄榄岩中铬尖晶石的Cr#随着部分熔融程度的增加而增大,所以从方辉橄榄岩→透镜状纯橄岩,铬尖晶石呈现Cr#增加、Mg#减少的过程(图 9),反映了部分熔融过程中Mg和Fe之间分配系数的变化特征(Dick and Bullen, 1984).布尔奇泽地幔橄榄岩的矿物化学特征表明其主要为SSZ型地幔橄榄岩的特征(图 8图 9),这与根据洋壳岩石的地球化学分类划分其为俯冲型蛇绿岩较一致(Dilek et al., 2008),其具有世界上大多数阿尔卑斯型超镁铁岩的共有特征,即Cr#值随着Mg#值的升高而降低(Leblanc, 1980).其中部分方辉橄榄岩的形成环境与深海橄榄岩相似,而部分方辉橄榄岩、透镜状纯橄岩和纯橄岩壳形成环境与岛弧玄武岩环境较接近,甚至在玻安岩的构造环境区域内(图 9).不同岩相间TiO2的含量差别也较大,纯橄岩壳和铬铁矿具有明显富集TiO2的特征(图 9b, 9c).大多数岩相中铬尖晶石具有较低的TiO2和Al2O3含量,显示岛弧型(或玻安质型)铬尖晶石特征(图 9c).另有研究表明铬尖晶石的化学组成可以作为其寄主岩石-地幔橄榄岩的成因指示标志,这是因为尖晶石的形成受地幔橄榄岩熔融程度、形成压力的控制(Dick and Bullen, 1984).因此利用尖晶石的Cr#和橄榄石的Mg#的关系可以推测其寄主岩石的部分熔融程度、形成压力及构造环境(Pearce et al., 2000).基于橄榄石-铬尖晶石的矿物化学组分估算出方辉橄榄岩具有相对较低的部分熔融程度(30%~40%),透镜状纯橄岩约为40%,而纯橄岩壳不在演化趋势线上,表明其经历了后期的橄榄石-尖晶石镁铁交换过程,指示不同岩相间部分熔融程度存在明显差异(图 9d),呈现方辉橄榄岩→透镜状纯橄岩→纯橄岩壳递增的趋势.

        图  9  布尔奇泽地幔橄榄岩中不同岩相中铬尖晶石-橄榄石化学成分图解

        Figure 9.  Mineral chemistry of different lithologies in spinel and olivine from Bulqiza ophiolite

        在固相或亚固相条件下的包裹体结构,是由一个物相的物质发生扩散形成晶体核,并呈定向排列的一种或多种新物相的现象(Ashworth and Chambers, 2000),在橄榄岩中常存在普遍的包裹体现象,例如橄榄石中单斜辉石和铬尖晶石的定向共生结构也属于一种包裹体现象.单斜辉石和铬尖晶石的共生包裹体结构在橄榄石中普遍被发现,这是由橄榄石的固溶体分解和橄榄石氧化分解形成的高铁橄榄石(Fe2+Fe23+(SiO4)2).此后,在同步辐射微区X射线结构谱系定量地研究了侵入体天然橄榄石中Fe3+的赋存方式和状态,结果表明存在3种可能:(1)在强还原环境下,少量的Fe3+可以均匀地分散在铁橄榄石中;(2)在相对稳定的氧化环境下,橄榄石的边缘形成赤铁矿+非晶质SiO2+高铁橄榄石或边缘完全形成了赤铁矿+非晶质SiO2,或边缘形成高铁橄榄石+铬尖晶石;(3)高温下稳定的高铁橄榄石-铁橄榄石固溶体因温度降低而分解,形成铁橄榄石和高铁橄榄石的包裹体,即在高温下存在3个Fe3+替代2个Fe2+和一个空穴的情况(Dyar et al., 1998).

        在相对稳定的氧化环境下,由于氧逸度增加,使橄榄石中Fe2+氧化,其反应式为(Dyar et al., 1998; Ashworth and Chambers, 2000):

        2Fe22+SiO4→2SiO2+Fe2+Fe23+O4+2e-+Fe2+,或者:3Fe22+SiO4→3SiO22+Fe23+O3+4e-+2Fe2+.

        而在高温下稳定的高铁橄榄石分解形成包裹体的过程,其反应式为(Dyar et al., 1998):

        $ \begin{array}{l} {\rm{F}}{{\rm{e}}^{2 + }}\left( {{\rm{Fe}}_{3 - 3x□x}^{2 + }{\rm{Fe}}_{2x}^{3 + }} \right){\left( {{\rm{Si}}{{\rm{O}}_4}} \right)_4} \to {\rm{Fe}}_□^{2 + }{\rm{Fe}}_2^{3 + }{\left( {{\rm{Si}}{{\rm{O}}_4}} \right)_2} + {\rm{Fe}}_2^{2 + }{\rm{Si}}{{\rm{O}}_4}\\ 高铁橄榄石\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;高铁橄榄石\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;铁橄榄石 \end{array} $

        当铁橄榄石经过氧化形成高铁橄榄石后,高铁橄榄石和铁橄榄石在高温下呈固溶体,随着降温时进一步的分解,生成高铁橄榄石+铁橄榄石包裹体.在高温状态下Fe3+、Cr3+可以进入橄榄石晶格,当温度降低时,橄榄石因晶体结构收缩,Fe3+和Si4+达到临界尺寸时电荷排斥强烈,使其结构不稳定,生成铬尖晶石(或磁铁矿)和单斜辉石,二者之间形成共生包裹体结构,其反应式为:

        $ \begin{array}{l} 3R_{4/3}^{3 + }{\rm{Si}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}} + {\rm{Fe}}_2^{2 + }{\rm{Si}}{{\rm{O}}_4} + 4{X_2}{\rm{Si}}{{\rm{O}}_4} \to 2R_2^{3 + }{\rm{F}}{{\rm{e}}^{{\rm{2 + }}}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}} + 4{X_2}{\rm{S}}{{\rm{i}}_{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{\rm{6}}}, \\ 铁铬橄榄石\;\;\;\;\;铁橄榄石\;\;\;铁镁橄榄石\;\;\;磁铁矿(或铬铁矿)\;\;\;单斜辉石 \end{array} $

        其中:R=Fe、Cr,X=Ca、Mg、Fe.据前人的实验,橄榄石端元Fe2SiO4-CaFeSiO4之间、CaMgSiO4-CaFeSiO4之间和Fe2SiO4-Mg2SiO4之间在高温下是完全混溶的,Mg2SiO4-CaMgSiO4之间具很宽的不混溶区间,在温度降低时这些固溶体发生结晶析出现象(Markl et al., 2001; Petaev and Brearley, 1994).由于Ca的离子半径比Fe、Mg、Mn大,因而在铁镁橄榄石中一般不可能加入Ca.即使是在高温高压的条件下,Ca在橄榄石中的含量也极少.目前所知橄榄石中CaO一般小于0.5%.实验研究表明,在橄榄石-熔体体系中当熔体中CaO、Na2O和Fe2+的含量越高时,橄榄石中Ca的含量也越高,但该含量与所处的温度、压力、氧逸度的高低无关(Libourel, 1999).如若橄榄石中存在三价离子,Ca原子总是进入单斜辉石而不是富Ca的橄榄石.橄榄石的Ca含量低说明在橄榄石中的Ca扩散速度非常快,促进低温再平衡,所以这种橄榄石的包裹体结构不易保持下来.因此,橄榄石的矿物析出因与后期岩浆冷却有关,在冷却过程中氧逸度较高,当橄榄石发生充分再平衡时,这些现象便消失了(Mikouchi et al., 2000).

        结合布尔奇泽纯橄岩的橄榄石共生包裹体现象,可以解释为地幔岩与含Cr、Al、Ti、Ca的熔体相互作用生成了橄榄石,随着温度的降低而形成了析出结构的现象.因此,只有富含Cr、Al、Ti和Ca熔体的交代方辉橄榄岩,辉石和橄榄石与熔体再平衡,进一步重结晶,同时伴随其成分的改变.由于氧逸度增大,熔体中Fe3+离子增多.少量的Fe3+、Cr3+、Ca2+、Na+可以加入到橄榄石中,在高温下(<970 ℃)橄榄石结晶,形成稳定的橄榄石固溶体,或橄榄石捕获熔体,形成包体(Ren et al., 2008).随着温度降低,橄榄石固溶体分解,Fe3+、Cr3+进入铬尖晶石相中,而Ca2+、Na+进入透辉石相中,形成了透辉石和铬尖晶石的共生结构.后期因岩石冷却速率较快或构造侵位时间较短,使橄榄石中的析出体未发生充分的调整而保存下来,铬尖晶石也结晶而形成纯橄岩,并且这种析出现象存在于特提斯蛇绿岩东段雅鲁藏布江缝合带的蛇绿岩岩体内,例如罗布莎岩体中橄榄石的单斜辉石和铬尖晶石针状包裹体现象等(Ren et al., 2008梁凤华等,2014),指示了特提斯蛇绿岩的构造背景演化过程相似性.然而与高压-超高压变质有关的橄榄石中的出溶体和出溶机制完全不同,他们的出溶体比较简单,如铬尖晶石、钛铁矿等,无硅酸盐相伴,这种出溶体的成因可能与β-橄榄石的减压相变有关(Dobrzhinetskaya et al., 1996冯有利等,2003; Song et al., 2004Zhang et al., 2004赵文霞等,2006).因此,布尔奇泽纯橄岩中橄榄石的共生包裹体,可能是俯冲环境(SSZ)的岩石-熔体反应生成更富Mg、Si和Cr等的熔体,致使地幔橄榄岩高度部分熔融而形成.

      • (1) 布尔奇泽纯橄岩壳的橄榄石中存在共生的透辉石和铬尖晶石(磁铁矿)包裹体现象,这是由于亏损地幔方辉橄榄岩与含铬、钠、铝、钙等熔体发生交代,使得Al3+、Ca2+、Fe3+、Cr3+加入到橄榄石的固溶体中.由于岩石或构造的上升侵位过程引起降温,橄榄石中的这些成分析出形成单斜辉石和铬尖晶石(磁铁矿),铬尖晶石结晶而形成了现在的纯橄岩.

        (2) 布尔奇泽地幔橄榄岩岩相学特征显示岩体经历了多期次的部分熔融作用,依据矿物组合、矿物化学成分及地幔橄榄岩的地球化学结果,显示岩体存在两次部分熔融作用,与洋壳岩石的分类一致,为典型俯冲型蛇绿岩.

    参考文献 (35)

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