2012, Vol. 28
2. 西藏矿业发展股份有限公司, 拉萨 850000
2. Tibet Mineral Development Co., LTD, Lhasa 850000, China
雅鲁藏布江蛇绿岩带位于青藏高原的南部，呈近东西向延展，西起西藏阿里狮泉河地区，东至喜马拉雅东构造结后转向南，延出国境，在我国境内约2000km，是我国规模最大的蛇绿岩带之一，代表新特提斯洋的最后闭合带(肖序常，1984；王希斌等，1987)。关于雅鲁藏布江蛇绿岩带的构造背景，Nicolas et al.(1981) 和Girardeau et al.(1985a, b)认为是洋脊型(MOR)； Pearce et al.(1984) 和Wang and Liu(2000) 认为是SSZ的构造环境；或者是形成于岛弧或大陆边缘海盆的洋壳 (小洋盆、弧前或弧后盆地等) (王希斌等，1987；潘桂棠等，1997)。
罗布莎蛇绿岩位于雅鲁藏布江缝合带东段，北邻冈底斯-念青唐古拉构造带，南接喜马拉雅构造带，因产有国内规模最大的铬铁矿床而得到了长期持续的研究(王恒升等，1983；张浩勇等，1996；Zhou et al., 1996；白文吉等, 2000, 2005；周肃等，2001；杨经绥等, 2004, 2008, 2010；叶培盛等，2006；钟立峰等, 2006a, b ； Yang et al., 2007；Yamamoto et al., 2009；程学展等，2011)。自1966年以来，西藏地矿局第二地质大队对该矿床就开展普查和勘探工作，并总结出版了《西藏自治区曲松县罗布莎铬铁矿床研究》(张浩勇等，1996)一书，提出地幔橄榄岩多期演化、不一致熔融的多期成岩成矿模式。
对罗布莎蛇绿岩和铬铁矿成因，研究者有着不同的看法：叶培盛等(2006) 通过对泽当和罗布莎蛇绿岩的变质橄榄岩、辉长辉绿岩和玄武岩的地球化学研究认为，泽当-罗布莎蛇绿岩属边缘海盆地的慢速扩张环境；钟立峰等(2006a，b )根据对罗布莎蛇绿岩熔岩的研究，认为罗布莎蛇绿岩的构造环境是俯冲带之上的岛弧环境；王国庆和夏斌(1987) 通过对罗布莎蛇绿岩套的组合及其地质产出特征的研究，以及周肃等(2001) 根据对罗布莎蛇绿岩中辉长辉绿岩的Pb和Nd同位素特征的研究，认为罗布莎蛇绿岩的构造环境为MORB型。Zhou et al.(1996) 提出了岩石(方辉橄榄岩)-熔体(母岩浆)反应的模式来解释罗布莎蛇绿岩铬铁矿成因。
20世纪80年代在西藏罗布莎蛇绿岩铬铁矿中初次发现金刚石(中国地质科学院地质研究所金刚石组，1981)；近几年在罗布莎矿区铬铁矿中又发现呈斯石英假象的柯石英(Yang et al., 2007)，和铬铁矿中出溶柯石英(Yamamoto et al., 2009)，表明它们可能来自＞10GPa的深度。新的研究在铬铁矿围岩方辉橄榄岩中也发现金刚石等超高压矿物，说明地幔橄榄岩也可能为深部成因(杨经绥等，2008；徐向珍，2009)。以上研究表明，对罗布莎蛇绿岩和铬铁矿的形成背景的认识存在很大分歧。
近期我们在罗布莎地幔橄榄岩体实施孔深为2000m的科学钻探，为探讨超镁铁岩深部岩性变化及含矿性，开展罗布莎地幔橄榄岩和铬铁矿地表地质调查以及成因探讨提供了良好的条件(杨经绥等，2010)。研究表明，罗布莎超镁铁岩中的纯橄岩比较发育(纯橄岩定义为橄榄石含量＞95%的岩石)，有3种产出类型，分别将其称为厚层状纯橄岩(前人认为的堆晶岩中的纯橄岩)、透镜状纯橄岩(地幔橄榄岩中的纯橄岩)和薄壳状纯橄岩(地幔橄榄岩中铬铁矿石的纯橄岩外壳)。
前人很早就注意到豆荚状铬铁矿体周围存在纯橄岩外壳(Thayer，1964)，发现这种纯橄岩在铬铁矿体外围以厚薄不等的“外壳”形式产出，与铬铁矿以及更外围的方辉橄榄岩多为截然的接触关系。前人在研究罗布莎地幔橄榄岩体和铬铁矿时，也注意到方辉橄榄岩中的纯橄岩与铬铁矿的关系(王希斌等，1987；白文吉等，2000)。但已发表的文章对这些纯橄岩的矿物和岩石成因的探讨较少(王希斌等，1987；Zhou et al., 1996)。此外，罗布莎还有呈透镜体状产在方辉橄榄岩中的纯橄岩和前人认为是堆晶成因的厚层状纯橄岩，尤其对后者缺乏研究。
本文将通过对罗布莎超镁铁岩体中3种产出的纯橄岩，即厚层状纯橄岩、透镜状纯橄岩和薄壳状纯橄岩，及其伴生的岩石和铬铁矿的研究，对比它们的矿物学、岩石学和地球化学的特征，试探讨它们的成因。
2 纯橄岩产出的区域地质背景罗布莎蛇绿岩呈近东西方向延伸，长约37km，宽2~3.7km，面积约70km2，变形强烈，褶皱发育，总体向北凸出呈弧形展布(王希斌等，1987)。蛇绿岩北界为第三系罗布莎群砾岩和砂岩，南界为上三叠纪复理石沉积，均为断层接触(图 1、图 2)。罗布莎超镁铁岩体倾向南，被认为是堆晶岩的辉长岩和厚层纯橄岩层位位于地幔橄榄岩下方(图 2)，因此认为罗布莎蛇绿岩是一向北倒转南倾的推覆体(王希斌等，1987；白文吉等，2000；梁凤华等，2011)。因此，将层序恢复过来后，“堆晶岩”则产在地幔橄榄岩的上部，属于地幔过渡带(Mantle Transition Zone)。
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图 1 罗布莎蛇绿岩地质简图(据鲍佩声等，1999修改) 1-方辉橄榄岩(含纯橄岩和二辉橄榄岩)；2-纯橄岩；3-铬铁矿体；4-辉长岩为主的堆晶岩；5-辉长岩、异剥橄榄岩和辉石岩组成的堆晶岩；6-采样剖面；7-第三系罗布莎群；8-上三叠统诺利克阶；9-石英闪长岩，石英二长岩；10-黑云母花岗岩； Fig. 1 Geological sketch map of the Luobusa ophiolite (after Bao et al., 1999) |
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图 2 罗布莎蛇绿岩香卡山矿区野外观测、采样剖面图(A-B) Fig. 2 Section (A-B) of the Xiangkashan orefield of Luobusha ophiolite |
罗布莎蛇绿岩由地幔橄榄岩、堆晶岩和基性火山岩组成(张浩勇等，1996)。地幔橄榄岩以方辉橄榄岩和纯橄岩为主，含有少量的二辉橄榄岩，三者占了岩体出露面积的93%；堆晶岩的组成单元有异剥橄榄岩、二辉橄榄岩、异剥辉石岩和辉长岩等，约占岩体出露面积的7%(张浩勇等，1996)，玄武岩很少。根据空间展布，自西向东将罗布莎蛇绿岩分为罗布莎、香卡山和康金拉三个矿区。
作者在香卡山矿区完成了一条由北向南穿过超镁铁岩体的野外观测剖面(图 2)，剖面位置见图 1。超镁铁岩体的北界为早第三纪的罗布莎群，岩性为灰岩、板岩和砂岩。罗布莎群与超镁铁岩块之间为一向北推覆的挤压逆冲断层，断层面倾向南，倾角较陡。超镁铁岩块的南界为三叠纪的板岩和千枚岩等，两者之间为向南陡倾斜的逆冲断层。香卡山剖面和有关岩性单元分述如下。
辉石岩 辉石岩产在超镁铁岩块的下部，层厚约300m(图 3a)。与早第三纪的罗布莎群为断层接触。断层带宽数十米，为一挤压破碎带。靠近断层的辉石岩边部岩石强烈破碎，片理化发育。地表的辉石岩为灰绿色，其中夹杂浅色斑点，与后期的热液蚀变有关，岩体内部明显减弱。钻孔中见到的辉石岩十分新鲜，岩心表面为浅灰色。岩石为粗粒等粒镶嵌结构，主要组成矿物为单斜辉石。靠近底部边界的辉石岩变形强烈，辉石被拉长，并可见到晶面弯曲，辉石被搓碎，具定向排列，有轻微糜棱岩化，破碎的岩石受到后期的热液蚀变，蚀变矿物主要为闪石类和蛇纹石。
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图 3 罗布莎蛇绿岩几类岩石的产出特点 (a)-剖面底部的辉石岩与厚层纯橄岩为岩相突变关系；(b)-产在方辉橄榄岩底部的厚层状纯橄岩；(c)-方辉橄榄岩中的透镜状纯橄岩；(d)-产在铬铁矿周围的薄壳纯橄岩.Py.-辉石岩；Dun.-纯橄岩；Harz.-方辉橄榄岩；Layered Dun.-厚层状纯橄岩；Lens Dun.-透镜状纯橄岩；Dun. Sh.-薄壳状纯橄岩；Cr-铬铁矿 Fig. 3 The occurrences of several types of rocks of Luobusha ophiolite |
厚层纯橄岩 辉石岩之上为厚层纯橄岩，出露宽度为700~1000m(图 3a, b)，前人将两者均归为堆晶岩层(王希斌等，1987；张浩勇等，1993①；鲍佩声等，1999；白文吉等，2000)。野外观察到辉石岩和纯橄岩之间为截然的岩相分界。纯橄岩呈长条带状分布，形态不规则，厚层变化大，带内岩性单一，缺乏明显的堆晶层状构造。纯橄岩中普遍含铬尖晶石和少量单斜辉石，并产出浸染状铬铁矿矿体。矿体或矿化呈带状分布，矿体厚度达数米，与岩石之间为渐变过渡关系，与岩相界线平行。纯橄岩为黄绿色，一般较新鲜，局部蛇纹石化，但铬铁矿体附近的纯橄岩已经完全蛇纹石化。
① 张浩勇, 阮桂甫, 向德宗, 王志宜. 1993. 西藏超基性岩及铬铁矿资料汇编(内部资料)
方辉橄榄岩 纯橄岩之上为地幔橄榄岩层，主体为方辉橄榄岩，有少量透镜状纯橄岩。方辉橄榄岩的岩性较单一，岩石普遍较新鲜，蛇纹石化弱，显微镜下为粗粒相嵌结构，块状构造(图 3b)。方辉橄榄岩中产有块状铬铁矿矿体，目前有一些正在开采。靠近南部的方辉橄榄岩中出现一些单斜辉石，但含量低，达不到二辉橄榄岩(单斜辉石含量＞5%)的标准。超镁铁岩块的南界为三叠纪的板岩和千枚岩等，两者之间为向南陡倾斜的逆冲断层。
透镜状纯橄岩 透镜状纯橄岩(图 3c)产在方辉橄榄岩中，主要以透镜体的形式夹杂在南北宽度达3000m的方辉橄榄岩中，规模不大，一般在数米至数十米。纯橄岩透镜体的走向与区域构造线方向和岩体的展布方向一致。纯橄岩为粗粒相嵌结构，块状构造，岩石新鲜，少量蛇纹石化，总体蚀变程度不高。纯橄岩中有少量(＜3%)的斜方辉石和单斜辉石，和少量的铬尖晶石。总体上，纯橄岩透镜体在罗布莎矿区分布相对较多，香卡山矿区次之，康金拉矿区相对较少，后者的方辉橄榄岩中单斜辉石含量略高。
薄壳状纯橄岩 薄壳状纯橄岩在铬铁矿体外围以厚薄不等的“外壳”形式产出(图 3d)，与铬铁矿体以及更外围的方辉橄榄岩有截然的接触界线。纯橄岩岩石新鲜，呈灰绿色，块状构造，以镁橄榄石为主，含少量的单斜辉石、铬尖晶石等副矿物。但许多铬铁矿与纯橄岩外壳之间为断层接触，岩石构造破碎强烈，蛇纹石化程度高，由后期的构造作用所致。
3 岩相学特征 3.1 厚层状纯橄岩厚层状纯橄岩为粗粒状，块状构造，显微镜下有两类颗粒明显不同的橄榄石。粗粒的橄榄石是主体，呈自形-半自形嵌晶结构，粒度至少5mm，大者大于10mm(图 4a, b)；另一类橄榄石颗粒细小，通常在5mm以下，为发育完整的自形晶，边界平直，显示典型的岩浆或重结晶之三联点结构。镜下可见少量单斜辉石，多为细小颗粒，个别为粗粒，自形晶，节理发育(图 4c)。厚层状纯橄岩中产有稠密浸染状矿石，它们与围岩纯橄岩呈渐变过渡的关系。矿体中铬尖晶石多为细粒自形-半自形晶。
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图 4 罗布莎蛇绿岩厚层状纯橄岩显微照片 (a)-香卡山厚层状纯橄岩中的橄榄石；(b)-纯橄岩中细粒与粗粒橄榄石边界；(c)-纯橄岩中的单斜辉石；(d)-纯橄岩中呈浸染状的铬尖晶石，多为自形-半自形，其余为完全新鲜的橄榄石 Fig. 4 Photomicrographs of layered dunite of Luobusha ophiolite |
新鲜纯橄岩主体显示中粗粒嵌晶等粒结构(图 4a)，一些细粒橄榄石的重结晶结构(图 4b)，与浸染状铬铁矿组成的嵌晶等粒结构(图 4d)，以及纯橄岩中出现粗粒单斜辉石(图 4c)。厚层纯橄岩由橄榄石(95%~99%)、铬尖晶石(1%~2%)和少量单斜辉石(＜1%)组成。橄榄石为高镁型(Fo约94)，铬铁矿为高铬型(Cr#＞60)。铬铁矿矿体和纯橄岩为渐变过渡关系。香卡山堆晶岩南缘与地幔橄榄岩接触，界限清楚。
3.2 透镜状纯橄岩透镜状纯橄岩岩石新鲜，深褐色，风化面土黄色，块状构造。其中橄榄石为他形变晶结构，边缘不规则，塑性变形和拉长，发育扭折带和波状消光(图 5a, b)。这类纯橄岩组成矿物以镁橄榄石为主，占97%~98%，副矿物单斜辉石和铬尖晶石含量不高，均略大于1%。在透镜状纯橄岩中，没有发现斜方辉石。
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图 5 罗布莎蛇绿岩透镜状纯橄岩显微照片 (a)-纯橄岩动态重结晶橄榄石的纹理状构造；(b)-纯橄岩动态重结晶橄榄石的纹理状构造 Fig. 5 Photomicrographs of lens dunite of Luobusha ophiolite |
在罗布莎地幔橄榄岩岩体实施的2000m科学钻岩芯中，也发现了透镜状纯橄岩。岩芯中的透镜状纯橄岩新鲜，颜色灰绿色，暗绿色，块状构造。岩芯中透镜状纯橄岩上下与方辉橄榄岩是一种截然变化的接触方式。其组成矿物以橄榄石为主(＞97%)，副矿物有铬尖晶石和单斜辉石，未见斜方辉石。橄榄石常见扭折带或波状消光，部分具定向拉长现象，说明其经历了塑性变形过程。
3.3 薄壳状纯橄岩在罗布莎地幔橄榄岩铬铁矿体周围以厚薄不等的外壳形式产出的纯橄岩，与被其包裹的铬铁矿体和外部的方辉橄榄岩都呈截然清晰的接触关系(图 3d)。大部分的薄壳状纯橄岩都很新鲜，一般为暗绿或灰黄色，块状构造。矿物以橄榄石为主(＞95%)，含少量的辉石和铬尖晶石等。
在镜下可以观察到薄壳状纯橄岩中的橄榄石一般都颗粒较大(＞5mm)(图 6a)，个别甚至可以达到10mm以上。橄榄石的边缘不规则，发育扭折带和波状消光。在橄榄石和斜方辉石之间有颗粒细小的橄榄石(图 6b)，粒度小于0.1mm。
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图 6 罗布莎蛇绿岩薄壳状纯橄岩显微照片 Fig. 6 Photomicrographs of dunite shell of Luobusha ophiolite |
电子探针数据是在东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室完成，所用仪器型号为JXA-8100的电子探针。分析过程按照国家电子探针定量分析标准 (GB/T15617-2002)进行。仪器工作条件：加速电压 15kV，探针束流 20nA，束斑直径1μm，峰值计数时间设定为20s，背景计数时间设定为10s。
4.1 橄榄石分析了厚层状纯橄岩中17个粗粒的橄榄石和19个细粒的橄榄石。两者的成分相似，Fo平均值分别为93.5和93.6(表 1)。橄榄石的SiO2 40.76%~42.96%，MgO 50.09%~52.61%，NiO(0.38%~0.52％)，MnO 0.03%~0.15％，CaO＜0.12%，橄榄石Fo 93~95，平均94(图 7)。
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表 1 罗布莎蛇绿岩厚层状纯橄岩、透镜状纯橄岩、薄壳状纯橄岩、方辉橄榄岩和铬铁矿中代表性橄榄石化学成分电子探针分析结果(wt%) Table 1 Electron microprobe analyses of parts of olivines from the layered dunite, lens dunite, dunite shell, harzburgite and chromite of Luobusha ophiolite(wt%) |
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图 7 罗布莎蛇绿岩橄榄石成分图解 薄壳状纯橄岩数据徐向珍，2009 Fig. 7 Diagrams of olivine of Luobusha ophiolite |
透镜状纯橄岩中，分析了13个橄榄石(表 1)。橄榄石的SiO2 40.93%~41.98%，MgO 48.51%~50.04%，NiO 0.38%~0.47％，MnO 0.09%~0.17％，CaO＜0.13%，橄榄石Fo 91~92，平均值91.2(图 7)。
对薄壳状纯橄岩也分析了13个橄榄石(表 1，引用自徐向珍(2009) )。橄榄石的SiO2 40.53%~41.10%，MgO 51.06%~52.35%，NiO 0.35%~0.48％，MnO 0.03%~0.14％，CaO＜0.07%，橄榄石Fo 92~93，平均值92.6(图 7)。
方辉橄榄岩中分析了94个橄榄石(表 1)。橄榄石的SiO2 39.79%~42.18%，MgO 47.63%~51.06%，NiO 0.29%~0.46％，MnO 0.07%~0.17％，CaO＜0.04%，橄榄石Fo 89~92，平均值90.3(图 7)。
厚层状纯橄岩的铬铁矿石中分析了3个橄榄石(表 1)。橄榄石的SiO2 41.59%~42.05%，MgO 51.85%~52.35%，NiO 0.72%~0.87％，MnO 0.04%~0.08％，CaO＜0.02%，橄榄石Fo 96~97，平均值96.7(图 7)。
薄壳状纯橄岩的块状铬铁矿石中分析了21个橄榄石(表 1)。橄榄石的SiO2 41.85%~43.03%，MgO 52.60%~54.16%，NiO 0.87%~1.35%，MnO 0.00%~0.09%，CaO＜.04%，橄榄石Fo 97~98，平均值97.6(图 7)。
对比三类产出的纯橄岩中橄榄石，具有以下特点：
厚层状纯橄岩、薄壳状纯橄岩和透镜状纯橄岩中的橄榄石成分具有明显的差别，Fo平均值依次为93.6，92.6和91.5；三类纯橄岩中橄榄石的NiO含量十分接近，均在0.4~0.5之间，与Fo值显示一个斜率较低的正相关(图 7)；MnO的含量也有相同的变化区间，在0.07％和0.16％之间，MnO的含量与Fo有一个负相关趋势(图 7)。
浸染状铬铁矿石中的橄榄石Fo值(96~97)比容矿的厚层状纯橄岩中的橄榄石的高(Fo值93~95)，但两者成分相近；块状铬铁矿中的橄榄石Fo 值 (97~98)高于薄壳状纯橄岩中的橄榄石Fo 值(92~93)，两者成分相差很大，虽然空间产出上它们相连，但成分的差别表明它们的物质来源或成因上存在不同。
方辉橄榄岩中橄榄石与透镜状纯橄岩中橄榄石的Fo值重叠，但低于其他的两类纯橄岩的橄榄石Fo值，可以认为方辉橄榄岩与其中产出的透镜状纯橄岩在成分上相关。
地幔橄榄岩中透镜状纯橄岩的Fo值在91左右，与Coleman(1977) 指出的MOR型蛇绿岩的地幔橄榄岩中Fo值(89~91)相符；而厚层状纯橄岩中橄榄石的Fo值集中在94左右，不同与蛇绿岩堆晶岩中橄榄石Fo值(一般小于90)(Coleman，1977)。
4.2 单斜辉石作者分别分析了厚层状纯橄岩中3个单斜辉石，透镜状纯橄岩中15个单斜辉石，薄壳纯橄岩伴生的铬铁矿石中10个单斜辉石和方辉橄榄岩中59个单斜辉石化学成分；并引用了徐向珍(2009) 的薄壳状纯橄岩中7个单斜辉石数据，代表性的数据列入表 2。
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表 2 罗布莎蛇绿岩厚层状纯橄岩、透镜状纯橄岩、薄壳状纯橄岩、方辉橄榄岩和铬铁矿中代表性单斜辉石电子探针数据(wt%) Table 2 Electron microprobe analyses of parts of clinopyroxenes from the layered dunite, lens dunite, dunite shell, harzburgite and chromite of Luobusha Ophiolite(wt%) |
结果表明，厚层状纯橄岩中单斜辉石的Al2O3 0.47%~0.85%，平均0.64%；Cr2O3 0.19%~0.38%，平均0.27%；Na2O 0.06%~0.09%，平均值0.08%；TiO2 0.09%~0.10%，平均值0.09%； Mg#值95~97，平均96(图 8)。端元组分计算表明为透辉石，Wo=51~52，En=47，Fs=2(图 9)。
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图 8 罗布莎蛇绿岩单斜辉石成分图解 Fig. 8 Diagrams of clinopyxenes of Luobusha ophiolite |
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图 9 罗布莎蛇绿岩单斜辉石成分 Layered Dunite-厚层状纯橄岩；Lens Duntie-透镜状纯橄岩；Harzburgite-方辉橄榄岩；Massive Chromite-块状铬铁矿；Shell Dunite-薄壳状纯橄岩.Di-透辉石；He-钙铁辉石；Au-普通辉石；Pi-易变辉石；ClEn-斜顽辉石；ClFs-斜铁辉石 (据Morimoto et al., 1988) Fig. 9 Diagrams of clinopyxenes of Luobusha ophiolite |
透镜状纯橄岩中单斜辉石的Al2O3 1.31%~2.10%，平均1.62%；Cr2O3 0.42%~0.95%，平均0.61%；Na2O 0.04%~0.15%，平均值0.10%；TiO2 0.00%~0.10%，平均值0.06%；Mg#值94~96，平均95(图 8)，属透辉石，Wo=49~52，En=46~49，Fs=2~3(图 9)。
薄壳状纯橄岩的Al2O3 0.20%~1.12%，平均0.75%，与厚层状纯橄岩的单斜辉石较为接近，但比透镜状纯橄岩的单斜辉石低；Cr2O3 0.05%~0.73%，平均0.44%；Na2O 0.10%~0.23%，平均值0.19%；TiO2 0.00%~0.06%，平均 值0.03%；Mg#值95~97，平均96(图 8)。矿物计算表明为透辉石，Wo=47~51，En=48~50，Fs=2(图 9)。
方辉橄榄岩中单斜辉石的Al2O3 0.42%~4.67%，平均2.52%，为所有单斜辉石中最高，并且成分区间变化大；Cr2O3 含量也有很大变化区间，为0.28%~1.17%，平均0.70%；Na2O 0.01%~0.24%，平均值0.11%；TiO2 0.00%~0.27%，平均值0.11%；Mg#值92~96，平均94(图 8)。矿物为透辉石和普通辉石，Wo=46~51，En=46~50，Fs=2~5(图 9)。
块状铬铁矿矿石中单斜辉石的成分变化最小，Al2O3 0.55%~0.88%，平均0.70%；Cr2O3 含量最高，变化期间为0.75%~1.36%，平均0.97%；Na2O 0.17%~0.23%，平均值0.20%；TiO2 0.01%~0.08%，平均值0.06%；Mg#值区间97~97.4，为所有单斜辉石中最高(图 8)。矿物为透辉石，Wo=49~50，En=49~50，Fs=1~2(图 9)。
根据单斜辉石的Mg#值，与Cr2O3和Al2O3含量所作的变异图解(图 8)，罗布莎不同岩石中的单斜辉石具有如下特征。
厚层状纯橄岩与薄壳状纯橄岩的单斜辉石成分较为接近，Mg#值均很高(95~97，平均96)，并且均有低含量的Al2O3(＜1%)和Cr2O3(＜0.7%)。两者有一个线性的变化趋势，即随Mg#值的增高，Al2O3和Cr2O3的含量降低。
透镜状纯橄岩中的单斜辉石Mg#值较前两者略低(平均95)，但有略高含量的Al2O3(1.31%~2.10%)和Cr2O3 (0.42%~0.95%)。
块状铬铁矿中单斜辉石的特征与其他产出的单斜辉石不同，首先是它的Mg#值最高，均>97。其它的单斜辉石高Mg#值时，Cr2O3含量低，但铬铁矿中的单斜辉石Mg#值和Cr2O3含量均很高，与它们的变化趋势明显不同。说明其变化自成体系，可能反映成因环境的不同。
图中方辉橄榄岩中的单斜辉石有一个很大的成分区间，涵盖了透镜状纯橄岩的单斜辉石，两者存在线性的变化趋势，但与厚层状和薄壳状的线性的斜率有区别。方辉橄榄岩中单斜辉石的成分端元和不同的斜率说明有自己的变化规律。Coleman(1977) 较早注意到Cr2O3含量在透镜状纯橄岩和方辉橄榄岩中实际上是铬尖晶石的一个函数，即Cr2O3和Al2O3的含量呈一个正相关关系，即随着Al含量的增大，Cr含量也随之变大。研究表明，罗布莎的方辉橄榄岩成分也记录了早期的MOR构造背景的部分熔融和SSZ构造背景的叠加改造(徐向珍，2009)。
由上可见，三类纯橄岩中厚层状纯橄岩和薄壳状纯橄岩的单斜辉石成分十分接近，说明两者可能存在成因方面的联系。但透镜状纯橄岩的单斜辉石成分与前两者不同，而是落入方辉橄榄岩中的单斜辉石成分区间之内，也表明两者可能有着相同的成因。而薄壳状纯橄岩中的单斜辉石成分与其他岩石中的均不相同，暗示其成因上的差异。
4.3 铬尖晶石通常认为，铬尖晶石作为副矿物，其化学成分变化可以用来判断其母岩成因，不同亏损程度的地幔橄榄岩中铬尖晶石的Cr#值(＝100xCr/(Cr+Al))可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，Cr#值随着地幔岩部分熔融程度的增高而增大(Dick and Bullen, 1984)。
作者分别分析了厚层状纯橄岩、透镜状纯橄岩、方辉橄榄岩和厚层状纯橄岩中伴生的铬铁矿石以及薄壳纯橄岩伴生的铬铁矿石中的铬尖晶石71个、12个、65个、14个和71个，并引用了徐向珍(2009) 薄壳状纯橄岩的11个铬尖晶石数据，其中代表性的数据列入表 3。
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表 3 罗布莎蛇绿岩厚层状纯橄岩、透镜状纯橄岩、薄壳状纯橄岩、方辉橄榄岩和铬铁矿中代表性铬尖晶石电子探针数据(wt%) Table 3 Electron microprobe analyses of parts of Cr-spinels from the layered dunite, lens dunite, dunite shell, harzburgite and chromite of Luobusha ophiolite(wt%) |
分析表明，厚层状纯橄岩中的铬尖晶石的成分特征为低铝高铬，Al2O3 10.12%~16.06%，平均11.25%；Cr2O3 50.81%~58.58%，平均56.32%；FeO 16.86%~25.26%，平均20.55%；MgO 9.11%~13.44%，平均11.97%；Mg# 39~58，平均51；Cr# 68~79，平均77。
薄壳状纯橄岩中铬尖晶石的成分也为低铝高铬，Al2O3 10.32%~17.10%，平均14.22%；Cr2O3 50.00%~58.07%，平均52.51%；FeO 18.72%~29.01%，平均21.16%；MgO 7.89%~11.94%，平均10.70%；Mg# 39~57，平均52；Cr# 66~77，平均71。
与前两类纯橄岩相比，透镜状纯橄岩中铬尖晶石相对高铝低铬，Al2O3 21.59%~23.98%，平均23.00%；Cr2O3 42.74%~45.06%，平均44.07%；FeO 17.92%~20.65%，平均19.31%；MgO 12.02%~13.72%，平均12.85%；Mg# 52~58，平均54；Cr# 55~58，平均56。
方辉橄榄岩中铬尖晶石有一个很大的铝和铬的成分变化区间，Al2O3 9.13%~44.33%，平均27.11%；Cr2O3 22.89%~58.46%，平均40.04%；FeO 14.70%~25.22%，平均19.93%；MgO 7.48%~17.09%，平均12.37%；Mg# 35~67，平均52.0；Cr# 26~81，平均51.2。
厚层状纯橄岩中铬铁矿石为低铝高铬，Al2O3 9.75%~10.18%，平均9.98%；Cr2O3 58.24%~60.44%，平均59.47%；FeO 16.51%~17.37%，平均16.90%；MgO13.49%~14.08%，平均13.69%；Mg# 58~60，平均59；Cr#平均80(79.6~80.5)。
薄壳状纯橄岩中的块状铬铁矿石也为低铝高铬，Al2O3 10.12%~12.11%，平均10.73%；Cr2O3 58.79%~62.16%，平均60.67%；FeO 12.18%~14.56%，平均12.88%；MgO 13.68%~16.45%，平均15.27%；Mg# 63~70，平均68；Cr# 77~80，平均79。与前者成分相近。
上述铬尖晶石的成分可以概述为以下几个特征：
厚层状纯橄岩中的铬尖晶石均为高铬型铬尖晶石(Cr# 68~79)，镁值有一个较大的变化区间(Mg# 39~58)；其中产出的浸染状铬铁矿的成分变化小，Cr# 79.6~80.5，Mg# 58~60；表明两者不仅在空间紧密相邻，而且它们的物质来源和成因也有一定的相关性。
薄壳状纯橄岩中的铬尖晶石的成分也属于高铬型，Cr# 66~77，和较大变化的Mg#值 39~57，成分区间与厚层状纯橄岩的铬尖晶石几乎一致，结合两者的橄榄石和单斜辉石成分的相似性，认为两者可能有成因上的联系。
与之不同的是，薄壳状纯橄岩和薄壳状纯橄岩中的块状铬铁矿石在空间上是伴生关系，但它们的铬尖晶石成分区间差别显著。前者Mg# 39~57，平均51.8，Cr# 66~77，平均71.3；后者Mg# 63~70，平均67.9，Cr# 77~80，平均79.1。尤其两者的Mg#值不相连，类似的差别在前述的橄榄石和单斜辉石中也存在。
透镜状纯橄岩中的铬尖晶石成分特征为高铝低铬，与上述的厚层状、薄壳状纯橄岩中的铬尖晶石成分区间区别很大。但与方辉橄榄岩中的铬尖晶石的成分重叠，不同的是后者有一个宽泛的变化区间(图 10)。铬尖晶石的特征与前述的橄榄石和单斜辉石的特征十分相似，说明两者成因上的联系。方辉橄榄岩的铬尖晶石Cr#值连续变化于26~81之间，说明地幔橄榄岩中铬尖晶石的部分熔融程度存在着不一致的现象。
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图 10 罗布莎蛇绿岩铬尖晶石Mg#-Cr#图解(据Dick and Bullen, 1984) [Mg#=100×MgO/(MgO+FeO)；Cr#=100×Cr2O3/(Cr2O3+Al2O3)] Fig. 10 Mg#-Cr# diagrams of chrome spinel of Luobusha ophiolite (after Dick and Bullen, 1984) |
Leblanc et al.(1980) 认为世界上大多数阿尔卑斯型超镁铁岩的副矿物铬尖晶石具有Cr#值随Mg#值升高而降低的特点。图 10也证实了这个观点，说明铬尖晶石的Mg#范围有限，铬尖晶石的成分主要受到Cr/Al比值的控制(Coleman，1977)。Dick and Bullen(1984) 曾经将阿尔卑斯型橄榄岩的副矿物铬尖晶石的Cr#值分为三类：第一类Cr#＜60，第三类Cr#>60，第二类属过渡类型，Cr#变化大，包含第一类和第三类的整个区间。第一类相当于深海橄榄岩，部分熔融程度低；第三类相当于岛弧环境，部分熔融程度高；第二类属于复合的来源环境。他们的分类虽然过于简单，可能会抹杀了一些细节变化，尤其，铬铁矿的成分变化和成因探讨，但至少表明类似的成因探讨是存在的，并且被一些人认可。
5 岩石地球化学特征作者完成了12件岩石样品的主量元素、稀土元素和微量元素的全分析，其中厚层状纯橄岩3件，透镜状纯橄岩2件，方辉橄榄岩7件；另有4件薄壳状纯橄岩的分析数据徐向珍(2009) 。分析由国土资源部国家地质测试中心完成。主量元素用X荧光光谱方法分析，误差小于0.5%；微量元素、稀土元素和铂族元素用ICP-MS(TJA-ExCell)分析，当元素含量大于1×10-6时，分析误差为1%~5%，当元素含量小于1×10-6时，分析误差为5%~10%。岩石样品化学成分、微量元素和稀土元素的分析结果(原始数据)列于表 4中。
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表 4 罗布莎蛇绿岩中厚层状纯橄岩、透镜状纯橄岩、薄壳状纯橄岩和方辉橄榄岩的岩石化学成分（主量元素：wt%；微量和稀土元素：×10-6） Table 4 Chemical composition of the layered dunite ,lens dunite ,shall dunite and harzburgite of Luobusha ophiolite (major elements :wt %; trace elements :×10-6) |
由于经受蛇纹石化的程度不同，香卡山厚层状纯橄岩的烧失量变化于3.51%~10.76%之间，透镜状纯橄岩的烧失量为3.49%~17.59%，薄壳状纯橄岩的烧失量为1.78%~5.52%。经去挥发分标准化后，厚层状纯橄岩，SiO2的含量为40.26%~41.03%，MgO含量48.68%~50.95%，Cr2O3的含量0.45%~1.74%，NiO的含量0.37%~0.42%；透镜状纯橄岩，SiO2的含量为37.90%~44.22%，MgO含量变化于43.33%~46.78%，Cr2O3的含量0.49%~5.79%，NiO的含量0.29%~0.38%；薄壳状纯橄岩，SiO2的含量为40.71%~42.75%，MgO含量47.74%~52.54%，NiO的含量0.25%~0.41%。岩石化学成分反映厚层状纯橄岩和薄壳状纯橄岩的成分类似，较透镜状纯橄岩相对更加富镁。
考虑到有部分的岩石遭受了严重的蚀变，Rb、Sr、Ba和U等元素通常会受蛇纹石化作用的影响；另一方面，Nb、Ta、Th和Hf的低含量会影响到分析的精度，所以选择相对含量较高的微量元素Zr、Y、Yb、Cr、Ni和V等元素用于讨论。
在MgO和微量元素的丰度投影图上，Ni和MgO呈正相关，而V和MgO为负相关，说明它们的变化和岩石中尖晶石和橄榄石的含量有关(Dick and Bullen, 1984)。透镜状纯橄岩的Zr、Y和Yb的含量很低且变化区间小，说明经部分熔融后参与地幔岩岩石的不相容元素变化程度小，岩石的亏损程度高(图 11)。此外，厚层状纯橄岩和薄壳状纯橄岩的成分在图中变化一致。
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图 11 罗布莎蛇绿岩中厚层状纯橄岩、透镜状纯橄岩和薄壳状纯橄岩的成份特征 Fig. 11 MgO versus V, Ni, Cr, Zr, Y and Yb diagrams of the layered dunites, lens dunite and dunite shell of Luobusha ophiolite |
厚层状纯橄岩和透镜状纯橄岩的原始地幔标准化稀土蛛网图见图 12。罗布莎三类纯橄岩的REE分布模式和Jaques et al.(1983) 的蛇绿岩中超镁铁质堆晶岩的明显不同。厚层状纯橄岩为轻稀土弱富集型(平均(Ce/Yb)N=1.35)，这种情况一般出现在地幔岩包体中，在蛇绿岩型的岩体中很少见(Frey, 1978, 1984)。薄壳状纯橄岩微量元素原始地幔标准化蛛网图与厚层状纯橄岩的较为一致，与透镜状纯橄岩有较大差别，结合两者的矿物成分的连续性特征，认为罗布莎厚层状纯橄岩和薄壳状纯橄岩的成因关系有某种程度的类似。
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图 12 罗布莎蛇绿岩的三种纯橄岩和方辉橄榄岩的原始地幔标准化REE分布图 UCO-ultramafic cumulate of ophiolite(数据自Jaques et al., 1983) Fig. 12 Primitive mantle-normalized REE patterns of three types of dunites and harzburgite of Luobusha ophiolite |
方辉橄榄岩中透镜状纯橄岩的稀土分配形式也属轻稀土弱富集型(平均(Ce/Yb)N=1.38)，与方辉橄榄岩的轻稀土弱富集型可以进行对比，后者被认为是SSZ构造背景改造后的产物(张旗和周国庆，2001)。前人曾根据方辉橄榄岩中出现稀土弱亏损型和轻稀土弱富集型两种类型，结合岩石中副矿物铬尖晶石分别出现低Cr#值和高Cr#值，认为罗布莎方辉橄榄岩记录了MOR和SSZ两种背景的构造作用(徐向珍，2009)。除此以外，本文方辉橄榄岩的REE分配形式(图 12)表明，罗布莎蛇绿岩方辉橄榄岩主要是LREE亏损的分配形式((La/Yb)N=0.12~0.79)。
Frey(1984) 指出，在地幔岩中，REE总量低且LREE亏损的分配形式，是世界上典型蛇绿岩中的二辉橄榄岩和现代大洋洋底橄榄岩的分配形式。而本文透镜状纯橄岩是LREE弱富集型，但是这个结果却是和透镜状纯橄岩中所含的铬尖晶石的Cr#值所暗示的SSZ构造环境吻合。香卡山透镜状纯橄岩的REE丰度为0.189×10-6~0.302×10-6，远远低于原始地幔值的∑REE丰度，表明香卡山的地幔橄榄岩经历了一次或多次的部分熔融，导致了不相容元素的强烈亏损。
6 讨论以上给出了罗布莎蛇绿岩中3个产出类型的纯橄岩，即厚层状纯橄岩、透镜状纯橄岩和薄壳状纯橄岩，以及与它们伴生的铬铁矿和方辉橄榄岩的矿物学和岩石地球化学特征。以下试讨论不同产出特征的纯橄岩成因，以及它们之间的成因关系。
6.1 世界上主要的蛇绿岩型堆晶纯橄岩蛇绿岩堆晶岩通常指具有板状外形，上部一般为辉绿岩(席状岩墙)，下部一般为以不整合的形式位于地幔橄榄岩之上，由一个能产生超镁铁到浅色岩层序的镁铁质岩浆，通过分离结晶作用形成的一套岩石(Coleman，1977)。但全球蛇绿岩中发育和保留纯橄岩堆晶岩的实例并不多，主要有以下几例。
土耳其的Mersin Ophiolite 在土耳其南部的Mersin Ophiolite中，超基性和基性堆晶岩保存良好，岩石新鲜，大致呈南北向分布，厚度超过3000m，堆晶岩底部是厚约800m的超基性堆晶岩，之上是辉长岩(厚约2500m)。超基性堆晶岩中主要是具有补堆积(adcumulate)结构的纯橄岩和豆荚状铬铁矿，其中纯橄岩与单斜辉石橄榄岩、单斜辉石岩互层。纯橄岩的Fo为88.8~89.1，平均值88.9(Parlak et al., 1996)。
加拿大的Bay of Island Ophiolite 是世界上为数不多的具有完整蛇绿岩剖面的蛇绿岩之一(Moores，1982)。Bay of Island Ophiolite的超基性堆晶岩是由层状的纯橄岩、单斜辉石橄榄岩、二辉橄榄岩、辉石岩(websterite)和少量的铬铁矿组成，厚度约1000m。其中纯橄岩的Fo为88.4~89.9，平均值89.3(Komor et al., 1985)。
巴布亚新几内亚的Marum Ophiolite 堆晶岩的超镁铁和镁铁质序列厚3~4km，由层状的纯橄岩、二辉橄榄岩、斜长二辉橄榄岩、辉石岩、橄榄石苏长辉长岩和苏长辉长岩等岩石组成。具有火成岩的层状结构和堆晶结构。纯橄岩的Fo为78~93，平均值88(England and Davies, 1973；Jaques，1981)。
中国西准葛尔的洪古勒楞蛇绿岩 堆积杂岩相从底部含斜长石纯橄岩向上出现两层由薄层状方辉橄榄岩过渡为暗色橄长岩-浅色橄长岩的互层，再向上过渡到橄榄辉长岩层，最上部为均质块状辉长岩层，总厚度约1600m(王恒升等，1983；白文吉等，1987)。其中暗色橄长岩和浅色橄长岩构成堆晶岩的主体，其次为含斜长石纯橄榄岩和辉长岩，其中含长纯橄岩的Fo为88.02~90.91，平均89.5(白文吉和周美付，1991)。
塞浦路斯的Troodos Ophiolite 是世界上为数不多的有着完整层序的蛇绿岩之一。它的堆晶岩是由纯橄岩、单斜辉石橄榄岩、辉石岩、辉长岩和少量的铬铁矿组成，最底部有穿透性的变形(penetratively deformed)，具有典型的堆晶结构(Richard and George, 1978)。
日本的Miyamori Ophiolite 其堆晶岩是由纯橄岩、单斜辉石橄榄岩和辉石岩等组成，具有堆晶结构。其中，纯橄岩的Fo为82~89，平均85(Kazuhito，1983)。
与上述的世界上典型蛇绿岩堆晶纯橄岩相比，罗布莎厚层状纯橄岩有明显的不同：即橄榄石的镁更高，Fo值93~95(平均94)，岩石中不发育堆晶杂岩和岩浆堆晶结构。
6.2 世界上不同类型的纯橄岩罗布莎厚层状纯橄岩不同于典型的蛇绿岩型堆晶纯橄岩，但是否与其他产出的纯橄岩可以对比？为此，我们收集了世界上一些典型地区产出的不同类型纯橄岩，作为对比和讨论。
层状侵入体中的纯橄岩 层状侵入体一般产在较稳定的构造环境中，多呈岩盆、岩床状，规模由数平方千米至数万平方千米不等。岩体成层明显，具有清晰的垂直分带。上层为浅色辉长岩、斜长岩、闪长岩及花岗岩等、中层为辉长岩(苏长岩、辉长岩)、一般底层为超镁铁质岩(橄榄岩、纯橄榄岩、辉石岩等)。纯橄岩位于岩体底部，Fo值一般在82~94之间(平均值90~91)(Ringwood，1975；Challis and Lauder, 1965)。
阿拉斯加型岩体的纯橄岩 阿拉斯加型岩体产于造山带，沿构造方向成群分布；岩体呈近似圆柱形，各种岩类围绕中心呈环带状分布，中心为纯橄岩或单斜辉石橄榄岩，外围为辉长岩类；纯橄岩橄榄石的Fo值在84~94之间(平均值小于90)(Challis and Lauder, 1965)，但Fo值大于93的橄榄石仅在尖晶石包体中发现(Himmelberg and Loney, 1995)。
金伯利岩中的纯橄岩包体 在南非和西伯利亚均有典型的超基性岩包体，包体以二辉橄榄岩为主，纯橄岩很少，Fo值一般在80左右，且此类样品的来源和成分都相对比较随机，且为不大的块状岩石(Ringwood，1975)，几乎不能形成类似罗布莎蛇绿岩厚700~1000m的“堆晶岩体”。
喷出科马提岩 在澳大利亚西部的Kambalda火山岩中，有一层是由橄榄石(含铬尖晶石)所形成的堆晶状纯橄岩(MgO含量高达50%，Fo值90~94，平均值小于92(Donaldson et al., 1986)。Lesher(1989) 通过对堆晶岩的矿物学和地球化学的研究，认为堆晶状纯橄岩是由在火山喷发中所结晶的橄榄石，在科马提质岩浆的搬运下堆积而成。
以上层状岩体和阿拉斯加型岩体中的纯橄岩均为岩浆堆积成因，它们的产出特征和纯橄岩特征与罗布莎的厚层状纯橄岩显然是不同的。金伯利岩中的纯橄岩包体，不仅仅其产出特征不同，成分特征也与罗布莎的厚层纯橄岩不同。科马提岩中的纯橄岩是由岩浆中的橄榄石堆晶成因，显然与罗布莎不可对比。
7 结论以上研究表明，厚层状纯橄岩和薄壳状纯橄岩的矿物和岩石成分特征较为一致，较透镜状纯橄岩相对富镁；透镜状纯橄岩与方辉橄榄岩的成分比较接近，野外可观察到两者渐变的产出关系；厚层状纯橄岩与其中的浸染状铬铁矿成分区间相连；但薄壳状纯橄岩与其相伴的块状铬铁矿成分差别很大(表 5)。
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表 5 罗布莎蛇绿岩中厚层状纯橄岩、透镜状纯橄岩、薄壳状纯橄岩的岩石化学成分和矿物成分（wt%） Table 5 Chemical composition and mineral of the layered dunite ,lens dunite ,shall dunite of Luobusha ophiolite (wt %) |
Zhou et al.(2005) 认为罗布莎地幔橄榄岩中纯橄岩透镜体(或脉状体)和铬铁矿的纯橄岩薄壳为俯冲流体与含单斜辉石方辉橄榄岩反应成因，并推测该厚层状的纯橄岩为相同成因。Kelemen et al.(1990) 完成了橄榄石拉斑玄武岩和方辉橄榄岩在5kb和1050~1150℃条件下的反应实验。所产生的固相成分随着方辉橄榄岩的消耗而Mg/(Mg+Fe)值逐渐增大，直至最终消耗完所有的方辉橄榄岩。在这个反应中，由于方辉橄榄岩的不断消耗，导致最后所残留下来的单斜辉石成分会在很大的范围内波动(Kelemen et al., 1990)，这点与罗布莎蛇绿岩的单斜辉石成分吻合(图 8)。Sakae and Jun-Ichi(2007) 指出，通过这个反应，可以在过渡带产出大量的纯橄岩。
综上所述，罗布莎厚层状纯橄岩不同于经典的蛇绿岩型超镁铁质堆晶岩(Coleman，1977)，也不同于世界上岩浆成因的纯橄岩，但与拉斑玄武岩和方辉橄榄岩的实验岩石学结果相匹配(Kelemen et al., 1990)。我们认为，目前将其成因解释为拉斑玄武岩熔体与地幔橄榄岩的反应是比较合理的(Zhou et al., 2005)。
透镜状纯橄岩与方辉橄榄岩成分相连，包括橄榄石、单斜辉石和铬尖晶石的单矿物成分以及全岩地球化学成分，野外也观测到两者呈渐变的接触关系，认为两者存在成生联系。即该纯橄岩可能形成于地幔橄榄岩较高的部分熔融后的残余，或熔体和方辉橄榄岩产生原位反应的结果。
罗布莎薄壳状纯橄岩比透镜状纯橄岩更富镁，其成分与方辉橄榄岩之间不直接相连(图 7)。铬铁矿外围薄壳状纯橄岩的特征与厚层状纯橄岩十分一致，无论是橄榄石、单斜辉石和铬尖晶石的成分区间，还是全岩化学成分，两者均重叠。因此，我们认为将两者归为相同成因是合理的。但我们的资料同时显示，薄壳状纯橄岩的矿物成分和与其相伴的块状铬铁矿的有关矿物成分差别很大，包括橄榄石、单斜辉石和铬尖晶石(表 5)，两者不存在前人认为的熔体与地幔橄榄岩反应的证据(Zhou et al., 2005)。因此，块状产出的高铬的铬铁矿是否由拉斑玄武岩熔体与方辉橄榄岩反应形成，值得商榷。尤其，该类型的块状铬铁矿中已经发现了金刚石等高压矿物(白文吉等，2000；杨经绥等，2004；徐向珍等，2008)，对铬铁矿浅部成因(Zhou et al., 1996)的观点提出了质疑。
致谢 东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室的刘成东教授和郭国林老师协助完成电子探针分析；吴才来研究员等两位审稿人对本文提出了很好的修改意见；对他们的热心帮助和辛勤付出表示感谢。| [] | Bai WJ, Ren YX, Wang SR, Le Bel L, Ohenenstetter D, Ohenenstetter M. 1987. Petrology, mineralogy and chromite deposits of the ophiolites in the Hongguleleng area, Xinjiang, China. Bulletin of the Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, 14: 1–60. |
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