胡家?guī)X雜巖體中純橄巖成因分析
——基于巖石學，地球化學的研究

李昂，陸國隆，石乾雄

（吉林大學地球科學學院，吉林長春，130021）

胡家?guī)X雜巖體中純橄巖成因分析
——基于巖石學，地球化學的研究

李昂，陸國隆，石乾雄

（吉林大學地球科學學院，吉林長春，130021）

巖石成因分析對于還原地質板塊的動力學機制具有重要作用。本文針對蘇魯超高壓帶胡家?guī)X地區(qū)雜巖體中的純橄巖進行研究，借助巖相學、地球化學等學科手段對其成因加以分析。分析結果表明，該區(qū)純橄巖是一種細粒蛇紋石化純橄巖，且極大可能來源于難熔的地幔橄欖巖。以上結果對還原蘇魯?shù)貐^(qū)超高壓帶的動力學機制提供了重要借鑒。

蘇魯超高壓帶；胡家?guī)X；純橄巖；成因分析；動力學機制

引言

蘇魯超高壓變質帶位于中央碰撞造山帶的東端，整體NNE-SSW走向，是世界上出露最大的超高壓變質地體之一。在超高壓變質帶中，蘇魯造山帶中存在著相當數(shù)量的鎂鐵—超鎂鐵質地體，并且在胡家?guī)X地區(qū)的雜巖體中，有相當數(shù)量的純橄巖出露。

對于純橄巖的研究，國內外都以蛇綠巖套的純橄巖研究居多，其研究內容多以大洋盆地的拉張背景為主，然而對造山帶的純橄巖研究也不多見。然而，針對胡家?guī)X地區(qū)純橄巖的研究還存在很大的空白。前人的研究推進了純橄巖的研究進程，尤其是造山帶純橄巖的研究成為了今后地質學發(fā)展的一種潛在趨勢［1-3］。

本論文通過研究蘇魯超高壓帶胡家林雜巖體中純橄巖的成因，為以后推演該地區(qū)板塊俯沖的動力學機制提供了輔助參考，有助于推測變質作用的年齡、持續(xù)時間及程度，從而有助于進一步了解超高壓變質巖的空間分布、碰撞過程中的部分熔融和深部流體活動、碰撞后巖漿作用地球動力學機制。

1 區(qū)域地質概況

研究區(qū)內出露太古宙膠東群洙邊組和坪上組，由白云鉀長片麻巖、黑云變粒巖、黑云斜長片麻巖和斜長角閃巖等組成。以上片麻巖系地層組成復式背斜構造，構造線方向為北北西（NNE），當揚子陸殼中超高壓變質長英質片麻巖折返回到地表時，可以看到其中裹挾著少量的鎂鐵—超鎂鐵質地體。胡家?guī)X就是一個典型的鎂鐵—超鎂鐵質地體出露區(qū)，巖性包括含石榴石的輝石巖、尖晶石橄欖巖、榴輝巖、純橄巖和片麻巖等。胡家?guī)X超鎂鐵巖體大小為（0.2～1） km×2 km，與圍巖片麻巖呈斷層接觸，南北兩端都向東呈鐮刀形彎轉，中段被中生代北東向斷層切割位移，整個巖體在平面上呈順層單斜向南西陡傾的長條形，如圖1所示。

圖1?。╝） 蘇魯超高壓變質帶中胡家?guī)X地區(qū)鎂鐵—超鎂鐵質巖分布圖；（b） 胡家?guī)X超鎂鐵質巖體采樣位置圖

2 純橄巖礦物學特征

野外巖石整體特征為綠黃色，等粒粒狀結構、塊狀構造。巖石遭受部分蛇紋石化，主要礦物成分為橄欖石，次要礦物為蛇紋石和鉻尖晶石。橄欖石為橄欖綠色，半自形粒狀，粒度約為0.5 mm～1 mm，玻璃光澤，無解理，占總量的70%～80%；蛇紋石為黃綠色，它形，有滑感，含量≤20%；鉻尖晶石為黑色它形—半自形礦物，粒度為0.2 mm～1.0 mm，含量≤5%。

鏡下薄片中主要礦物為橄欖石，可見其顆粒邊部蝕變?yōu)樯呒y石和細粒磁鐵礦，含少量鉻尖晶石。橄欖石無色，粒狀，粒度為0.4 mm～1.0 mm，正高突起，正交偏光下干涉色二級頂?shù)饺?，平行消光，含量約占總量的80%。蛇紋石為橄欖石邊部蝕變而成，淡黃綠色，它形，干涉色一級灰白，含量約占總量的18%。鉻尖晶石暗褐紅色，它形—半自形，無解理，正高突起，正交偏光下為全消光，粒度為0.2 mm～1 mm，含量不超過總量的5%。磁鐵礦在單偏光下為全黑，細粒，含量不超過總量的5%。根據(jù)上述特征，定名為：細粒蛇紋石化純橄巖。

3 純橄巖地球化學特征

3.1橄欖石

胡家?guī)X純橄巖單一樣品中，不同顆粒橄欖石的化學成分相似。橄欖石具有一致的較高比例氧化鎂，鎂鐵比值達到91.7～92.4左右。此外，w（NiO）和w（MnO）值也較高。相比較而言，w（CaO）的含量較低，小于0.02%。圖2繪制了Fo-w（NiO）和Fo-w（MnO）的二元成分圖解，可以看出純橄巖投圖位置位于遠離深海橄欖巖和華北克拉通新生代巖石圈地幔巖的成分區(qū)，而與華北克拉通古老巖石圈地幔巖區(qū)域相重疊。此外，參考Arai建立的橄欖石—尖晶石地幔序列圖解，純橄巖樣品均投在了高難熔的地幔橄欖巖區(qū)域，如圖3所示。

圖2　胡家?guī)X地區(qū)純橄巖中橄欖石的二元成分圖解

圖3　胡家?guī)X地區(qū)純橄巖中橄欖石的Fo-鉻尖晶石Cr#對比圖

3.2蛇紋石

在我們采集到的樣品中，橄欖石邊緣都或多或少存在蛇紋石化現(xiàn)象，其中蛇紋石存在的低w（Al2O3）（0.03%～0.10%）和低w（CaO）（≤0.04%）很可能是由橄欖石蝕變產生的。

3.3全巖主量元素

在全巖主量元素中，將胡家?guī)X純橄巖對比原始地幔進行估算，較為虧損的是易溶組分Al、Ti和V等；相反，較為富集的是強相容元素，并且具有高Mg#指數(shù)，如下頁表1所示。

3.4全巖微量元素

從原始地幔估算值標準化蛛網圖（圖4）中，以Pb、Sb和Sr為代表的流體遷移元素強烈富集；U、Th、Cs、Ba和輕稀土元素（LREE）含量中等；在重稀土元素上則發(fā)生了明顯虧損。

純橄巖相對虧損高場強元素（HFSE），如Nb（0.19×10-6～1.08×10-6），Th（≤0.15×10-6）。由于HFSE穩(wěn)定的地球化學特性，能夠較好抵抗變質、蝕變和風化作用等影響，對于恢復源巖具有重要意義。樣品HFSE偏低的，證實其可能為耐融的地幔橄欖巖。

表1　全巖主要元素

胡家?guī)X純橄巖富集輕稀土元素，存在Eu異常（Eu/Eu*=0.75～1.91），以及∑REE低（1.5×10-6～3.0×10-6）的情況，稀土元素在球粒隕石標準化蛛網圖中呈現(xiàn)“U”形（圖5）。

圖4　蘇魯超高壓變質帶純橄巖全巖微量元素原始地幔標準化圖

圖5　蘇魯超高壓變質帶純橄巖全巖REE球粒隕石標準化圖

3.4鉑族元素

胡家?guī)X純橄巖IPGE含量偏高，其中Os達到1.3×10-9～7.7×10-9，Ir達到1.7×10-9～3.7×10-9，而PPGE含量較低，其中Pt只有0.5×10-9～2.1×10-9，而Pd也僅達到0.4×10-9～0.8×10-9，如圖6繪制的原始地幔估算值標準化的蛛網圖中，PGE分布呈現(xiàn)負斜率模式，與前述的鉑族元素分布特點一致。該種分布模式以及高達8.8的IPGE/PPGE比值，反映其源區(qū)為較高程度部分熔融之后的地幔殘余。

圖6　蘇魯超高壓變質帶純橄巖全巖PGE質量分數(shù)原始地幔標準化圖

4 純橄巖成因

在造山帶中發(fā)育的純橄巖有3種成因來源：（1） 基性熔體堆晶成因；（2） 基性熔體與橄欖巖反應產物；（3） 地幔橄欖巖高程度部分熔融的殘留。

4.1非火成堆晶成因

在熔融過程中，IPGE更容易存留于殘余地幔巖中，而PPGE在熔體中的分配系數(shù)較高。而純橄巖樣品中IPGE值較高，因此其不大可能為火成堆晶成因。另外，在研究樣品中，鉻尖晶石的Cr#含量較高，而這往往發(fā)生于分異結晶的過程中，故在此種情況下，Cr元素往往快速耗盡。

4.2非巖石熔體反應成因

方輝橄欖巖通過與熔體之間的化學反應，同樣可以生成純橄巖。本次研究中純橄巖橄欖石顆粒具有穩(wěn)定的高Mg和Ni質量分數(shù)，然而與基性熔體反應生成的橄欖石往往表現(xiàn)出差異性的Mg和Ni質量分數(shù)。因此，與巖石熔體反應相伴隨產生的反應邊結構等現(xiàn)象并不存在，該可能性也得以進一步排除。

4.3部分熔融成因

在全巖組成上，胡家?guī)X純橄巖呈現(xiàn)高質量分數(shù)的相容元素（Cr、Ni、Mg）和低質量分數(shù)的弱不相容元素（Al、Ti、V），表明其原巖可能為耐熔的地幔橄欖巖。純橄巖中橄欖石具有一致高的Fo值（91.7～92.4），對比高質量分數(shù)的NiO和MnO均投在了遠離深海橄欖巖的區(qū)域，再結合鉻尖晶石的高Cr#（0.68～0.76），使研究的純橄巖均投在了橄欖石—尖晶石地幔序列的難熔橄欖巖區(qū)域。因此，胡家?guī)X純橄巖很可能來源于難熔的地幔橄欖巖。

5 結束語

大陸碰撞造山帶的超高壓變質帶的形成演化機制一直是全球地學研究熱點領域，蘇魯作為全球最典型的大陸深俯沖超高壓造山帶之一，其科學研究意義不言而喻。對于該地區(qū)的純橄巖研究，目前仍有很多工作要做。查明純橄巖的成因，對于還原蘇魯?shù)貐^(qū)超高壓帶的動力學機制將有重要而深遠的影響。

項目資助：

本論文受到吉林大學大學生創(chuàng)新訓練項目資助（項目編號：2015610794）

［1］CHAVAGNAC V， JAHN B M. Coesite-bearing eclogites from the Bixiling Complex， Dabie Mountains， China: Sm. Nd ages，geochemical characteristics and tectonic implications ［J］. Chemical Geology， 1996， 133（1-4）:29-51.

［2］LIU F L， GERDES A， ZENG L S， et al. SHRIMP U-Pb dating，trace elements and the Lu-Hf isotope system of coesite-bearing zircon from amphibolite in the SW Sulu UHP terrane， eastern China［J］. Geochimica Et Cosmochimica Acta， 2008， 72（12）: 2973-3000.

［3］謝志鵬. 蘇魯超高壓變質帶中鎂鐵—超鎂鐵質巖成因研究［D］.吉林: 吉林大學， 2013.

李昂（1995-），男，漢族，吉林長春人，吉林大學地球科學學院地質學專業(yè)在讀本科生。

Original Analysis on Dunite in Hujialing Muskox——A Research Based on Knowledge of Petrology and Geochemistry

Ang Li， Guolong Lu， Qianxiong Shi（College of Earth Sciences， Jilin University， Changchun， Jilin， 130021， China）

Rock original analysis plays an important role in recovering the dynamic mechanisms of geological plate. This paper focuses on research on dunite of Hujialing Muskox in Sulu super high pressure zone， among which employs rock original analysis measures based on knowledge of petrology and geochemistry. The results indicate that such a kind of dunite should be called “fine grained serpentinized dunite”， and is most likely originated from refractory mantle. The above conclusions provide essential references for recovering the dynamic mechanisms for Sulu super high pressure zone.

Sulu Super High Pressure Zone； Hujialing； Dunite； Original Analysis； Dynamic Mechanism

P51

A

2095-8412 （2016） 04-698-04

工業(yè)技術創(chuàng)新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.031