2. 昆明理工大学, 昆明 650093 ;
3. 中国地质大学地球科学与资源学院, 北京 100083
2. Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093 ;
3. School of Earth Science and Mineral Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
蛇绿岩是在特定构造环境下,经过多次部分熔融、岩浆分异等作用形成的一套超镁铁-镁铁质的岩石组合,这套岩石组合在时间和空间上紧密相关,已有的研究认为,豆荚状铬铁矿形成于洋中脊或俯冲带的浅部地幔环境(Roberts,1988; Schiano et al.,1998)。但随着近些年在豆荚状铬铁矿及围岩地幔橄榄岩中不断发现金刚石等深部矿物,人们也开始质疑豆荚状铬铁矿的浅部成因理论(白文吉等,2001; Yang et al.,2007,2015; Sun et al.,2015; Xiong et al.,2015; 熊发挥等,2015)。
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图 1 雅鲁藏布江缝合带东段泽当蛇绿岩的地质简图(据熊发挥等,2015修编) Fig. 1 Detailed geological map of the Zedong ophiolite in the YZSZ(modified after Xiong et al.,2015) |
蛇绿岩是豆荚状铬铁矿的专属岩石,也是大陆造山带中残存的古代大洋岩石圈残片,记录了大洋岩石圈的岩浆演化、变质作用、构造过程,提供了古洋盆形成、发展和消亡等方面的重要信息。其形成环境主要包括两类,一为形成于大洋扩张脊(MOR型),二为板块俯冲消减带上的岛弧及大陆边缘小洋盆等多种构造环境中(SSZ型)(Pearce et al.,1984)。前人对雅鲁藏布江蛇绿岩带的形成演化有以下几种观点:(1) 通过缝合带中蛇绿岩层序与现代大洋岩石圈的层序的对比,认为该蛇绿岩形成于新特提斯洋中脊,属MORB蛇绿岩,之后部分经俯冲改造并构造就位到现在的位置(Nicolas et al.,1981; Girardeau et al.,1985a,b);(2) 认为雅鲁藏布江缝合带蛇绿岩形成于俯冲环境下的岛弧、大陆边缘海盆的洋壳环境(王希斌和鲍佩声,1987; 潘桂棠等,1997);(3) 雅鲁藏布江蛇绿岩属于SSZ型蛇绿岩,形成于俯冲带之上(Pearce et al.,1984; Wang et al.,2000);(4) 早期岩石圈地幔橄榄岩演化而成,雅江蛇绿岩并非典型的蛇绿岩(吴福元等,2014);(5) 近年来的综合研究表明,整个雅鲁藏布江缝合带蛇绿岩的成因具有不均一性(Miller et al.,2003; Dupuis et al.,2005; Guilmette et al.,2008; Yamamoto et al.,2009; Bédard et al.,2009; Liu et al.,2010; 熊发挥等,2015)。因此,在研究具体某一个蛇绿岩体时,有必要综合整个雅鲁藏布江缝合带蛇绿岩的情况,确定该岩体与雅鲁藏布江缝合带其他蛇绿岩体的关系,从而更加有效地探讨该岩体乃至整个雅鲁藏布江缝合带的演化历史。
前人对泽当蛇绿岩的研究多集中于岩石地球化学和年代学方面,缺少岩体整体的岩相评价和划分,并未报道岩体中铬铁矿的相关特征。通过两年的野外地质填图发现泽当蛇绿岩内部岩相特征变化明显,包括纯橄岩、方辉橄榄岩、二辉橄榄岩和辉石岩等超基性岩以及辉长岩、辉绿岩等基性岩类。不同岩相之间,其分布规模和产出特征都有较大差别,分析泽当蛇绿岩中铬铁矿的成因,并结合不同岩相之间的联系与区别,以及与雅鲁藏布江缝合带其他蛇绿岩的关系,为进一步探讨蛇绿岩和铬铁矿的形成、演化过程提供帮助。
1 地质背景青藏高原是由多个向北增生的地块组成,各地体之间存在较完整的缝合带(Yin and Harrison,2000)(图 1)。侏罗纪早期在陆内裂谷的作用下拉萨地块从印度板块脱离出来,以此作为新特提斯演化的开始(Gaetani et al.,1991)。新特提斯洋的扩张导致拉萨地块与欧亚板块之间的特提斯洋在侏罗纪末关闭(Dewey et al.,1988),并形成班公怒江缝合带(图 1)(Searle et al.,1987)。而后从晚白垩一直至早第三纪(Yin and Harrison,2000),印度板块继续向北漂移导致新特提斯洋的关闭和雅鲁藏布江缝合带的形成(Guilmette et al.,2008),沿雅鲁藏布江缝合带断断续续发育古洋壳的残留——蛇绿岩。根据空间展布,可简单地划分为东段(曲水-墨脱)、中段(昂仁-仁布)和西段(萨嘎以西至中印边境)三部分(潘桂棠等,1997)。
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图 2 雅鲁藏布江缝合带东段泽当蛇绿岩剖面图 Harz-方辉橄榄岩;Dun-纯橄岩;Lhz-二辉橄榄岩;K22-白垩纪火山岩;K23-白垩纪硅质岩;T3-三叠纪砂板岩;RL-罗布莎群砾岩 Fig. 2 Profile of the Zedong ophiolite estern Yarlung-Zangbo suture zone in Tibet Harz-harzburgite; Dun-dunite; Lhz-lherzolite; K22-Cretaceous volcanic rocks; K23-Cretaceous chert; T3-Triassic flysch; RL-Luobusa conlomerate |
泽当蛇绿岩位于雅鲁藏布江缝合带东段,同罗布莎超基性岩体一起作为东段出露面积最大的超基性岩体之一,代表新特提斯洋的残片。泽当蛇绿岩壳层火山熔岩属亚碱性玄武岩,其Sm-Nd等时线年龄为175±20Ma,平均初始εNd(t)=+7.2,认为该玄武岩来自强烈亏损的地幔源区,没有受到大陆地壳物质的混染,进而得出泽当蛇绿岩形成于边缘洋盆环境,之后构造就位到如今的位置(韦栋梁等,2006);泽当岛弧火山岩形成于洋内俯冲的构造背景之下,形成于晚白垩纪(Aitchison et al.,2000);近年来,岩体就位过程的进一步研究提出泽当蛇绿岩体部分破碎并进入到岛弧的火山建造序列中,最终形成野外见到的透镜体或薄层等产状(梁凤华等,2011);安山岩等锆石的Hf同位素研究结果指示泽当蛇绿岩可能并未经历洋内俯冲的过程(Zhang et al.,2014),二辉橄榄岩等属于早期大陆岩石圈地幔(Xiong et al.,2016);本文在泽当岩体中铬铁矿的发现改写了史仁灯等(2012) 认为泽当岩体没有铬铁矿的观点。
1.1 岩体边界特征泽当蛇绿岩位于雅鲁藏布江缝合带东段,与罗布莎岩体一起作为东段出露面积最大的蛇绿岩岩体之一(图 1)。泽当蛇绿岩体地处泽当县城以西20km。该岩体主体呈西北-东南向产出,延伸约20余千米,地势上展现出西北低、东南高的特点。岩体最宽处可达4km,总出露面积45km2左右。泽当蛇绿岩南侧为姐德秀组(T3j)的晚三叠统复理石相粉砂质板岩夹细砂岩,中白垩世硅质岩(K32),罗布莎群角砾岩(RL),北侧为岛弧火成岩(K22)组合,蛇绿岩与它们都呈断层接触,指示向北逆冲的特征(图 2、图 3)。泽当地幔橄榄岩主要由方辉橄榄岩、二辉橄榄岩、纯橄岩以及辉石岩岩脉、辉长岩、辉绿岩脉组成(图 3),各岩相的特征随后详述。
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图 3 泽当蛇绿岩岩体野外照片 (a)硅质岩与超基性岩断层接触;(b)硅质岩强烈的变形;(c)火山岩盖在硅质岩之上;(d)火山岩;(e、f)岩体边界出露的厚层单斜辉石岩 Fig. 3 Field occurrence of the Zedong ophiolite (a)the falut contact between chert and ultramafic rocks;(b)strong deformation of chert;(c)volcanic rocks on top of the chert;(d)volcanic rocks;(e,f)layer of clinopyroxenite in the boundaries |
二辉橄榄岩 泽当岩体中二辉橄榄岩在岩体北部边界呈厚层状展布,宽度0.5~3km(图 1)。二辉橄榄岩经地表风化后呈暗褐色,新鲜断面可见翠绿色的单斜辉石,具粒状结构、块状构造,主要由橄榄石、斜方辉石、单斜辉石及少量的铬尖晶石组成(图 4)。橄榄石:含量50%~65%,粒度为0.5~3mm,多呈半自形粒状,少量呈包裹体产于斜方辉石或尖晶石中;斜方辉石多为他形粒状,粒度1~5mm,含量15%~25%,常见波状消光,线理弯曲,以及在单斜辉石的叶片出溶,有时可见粗粒的斜方辉石与尖晶石呈交生形式存在;岩石中单斜辉石,呈他形粒状(图 5),大小0.5~1mm,含量5%~15%,填隙状分布。二辉橄榄岩中铬尖晶石多呈他形熔融状结构,常与单斜辉石伴生。
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图 4 泽当蛇绿岩岩体野外照片 (a、b)二辉橄榄岩风化表面呈突起;(c)方辉橄榄岩;(d)方辉橄榄岩中脉状单斜辉石岩;(e、f)方辉橄榄岩中透镜状纯橄岩 Fig. 4 Field occurrence of the Zedong ophiolite (a,b)lherzolite weathered surface of projection;(c)harzburgite;(d)pyroxene as vein in the harzburgite;(e,f)lens dunite in the harzburgite |
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图 5 泽当蛇绿岩岩体镜下照片 (a)方辉橄榄岩;(b)纯橄岩;(c)二辉橄榄岩;(d)铬铁矿.Ol-橄榄石;Opx-斜方辉石;Cpx-单斜辉石;Spl-铬尖晶石 Fig. 5 Photomicrographs of the Zedong ophiolite (a)harzburgite;(b)dunite;(c)lherzolite;(d)chromitite. Ol-olivine; Opx-orthopyroxene; Cpx-clinopyroxene; Spl-chromian spinel |
方辉橄榄岩 方辉橄榄岩约占泽当岩体的40%~60%,主要分布于岩体的南部(图 1),在岩体内部岩石新鲜呈绿色、暗绿色,在破碎强烈的部位,蛇纹石化明显。方辉橄榄岩具粒状结构,块状构造,主要由橄榄石、斜方辉石及少量的单斜辉石组成,副矿物为少量的铬尖晶石。岩石中见蛇纹石呈网状结构交代橄榄石,而斜方辉石沿裂隙被滑石、角闪石等交代。橄榄石:含量70%~85%,多呈半自形-自形粒状,大小为2~6mm。另有少量的橄榄石以浑圆状被包含在铬尖晶石和斜方辉石内、以及呈细小粒状与铬尖晶石和辉石联生,大小约20μm;斜方辉石:含量15%~30%,具晶体的挠曲、波状消光和滑动双晶等塑性流变结构。斜方辉石多呈他形粒状至半自形,粒度差别较大,多为粗粒自形斜方辉石(图 5),粒度可达5~7mm。单斜辉石较少,常小于5%,主要呈他形粒状,粒度为0.1~1mm;方辉橄榄岩中的铬尖晶石与辉石联生,还可见多呈半自形至他形状,粒度变化较大在0.05~1mm之间。
纯橄岩 泽当地幔橄榄岩岩中的纯橄岩新鲜,为土黄色,呈透镜状产出于方辉橄榄中(图 4)。且二者的岩相通常为截然的接触关系,宽度1~2m,少数10m以上,有一定的延长,延长方向多为北西-南东走向。纯橄岩蛇纹石化较弱,粒状结构、块状构造,镜下常见橄榄石的原生粒状结构、交代结构等,岩石主要由橄榄石组成,含量>97%,橄榄石大小0.5~3mm,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(图 5)。副矿物尖晶石呈深棕褐色,粒径为0.1~1mm,自形粒状结构。单斜辉石含量极少,粒径小于0.1mm,偶见呈他形、半自形分布于橄榄石粒间空隙内,或呈半自形包裹在斜方辉石中,也常见以出溶条纹的形式存在于斜方辉石内。
1.3 铬铁矿特征泽当蛇绿岩中存在较多矿化点,新发现原位矿点7个,其中3个为致密块状矿体,4个浸染状矿体(图 1),矿体主要集中在泽当岩体的南侧方辉橄榄岩中(图 1)。矿体出露地表的长度0.5~3m,厚0.2~1m。矿体的延伸方向为北西向,与岩体展布的方向一致。泽当铬铁矿矿体具有类似于罗布莎豆荚状铬铁矿矿体特征,已发现的泽当铬铁矿矿体均呈透镜状分布于纯橄岩中,其中浸染状铬铁矿存在0.5~1m厚的纯橄岩外壳,而致密块状铬铁矿围岩都发生了强烈的蚀变作用,已变成蛇纹岩(图 6)。在致密块状铬铁矿中由>95%的自形至他形的铬尖晶石组成,晶粒以中粗粒为主,少数呈伟晶,脉石矿物主要为蛇纹石和橄榄石,而在浸染状铬铁矿石中,铬尖晶石的自形晶程度较高,粒度自极细粒至中粒,铬尖晶石含量10%~50%,脉石矿物主要为绿泥石、蛇纹石、钙铬榴石和铬绿泥石等,蛇纹石是块状铬铁矿石的主要脉石矿物,由橄榄石蚀变而成(图 5d)。
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图 6 泽当蛇绿岩中铬铁矿化野外照片 (a-d)纯橄岩中浸染状铬铁矿;(e)致密块状铬铁矿滚石;(f、g)蛇纹岩中原位致密块状铬铁矿;(h)致密块状铬铁矿滚石 Fig. 6 Field occurrence of the Zedong chromitite (a-d)disseminated chromitite in dunite;(e)massive chromitite stone;(f,g)in-situ massive chromitite of serpentine;(h)massive chromitite stone |
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,进而开展显微镜下详细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国家重点实验室和东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室完成,仪器为日本电子公司JXA-8100、能谱仪Inca Energy型电子探针,探针束流20nA,加速电压15.0kV,电子束斑2μm。PGE分析于国家测试中心利用火试金法完成。具体方法是将样品与Na2B4O7,NaCO3,SiO2,羟基镍粉和硫按不同比例混合于粘土坩埚中,放入马弗炉加热至1000~1200℃。冷却后,由于硫化物相的不相容性,PGE和Ni3S2沉降于坩埚底部形成镍扣,将镍扣粉碎后用HCl熔解,Te-共沉淀分离即可达到分离目的。最后以ICP-MS方法测试。
3 测试结果 3.1 矿物化学特征橄榄石 本文共分析了纯橄岩、方辉橄榄岩和二辉橄榄岩中40个橄榄石的化学成分(表 1)。结果显示所有的橄榄石都属于镁橄榄石,其Fo值变化于89.7~91.8之间,其中二辉橄榄岩中的橄榄石Fo值(=100×Mg/(Mg+Fe))为89.7~91.0,NiO含量为0.36%~0.48%,MnO为0.09%~0.15%;方辉橄榄岩中橄榄石Fo值变化于89.6~91.0之间,NiO含量为0.34%~0.48%,MnO为0.09%~0.17%;纯橄岩中橄榄石含量最高,其Fo值为89.8~91.8,NiO含量为0.32%~0.51%,MnO为0.09%~0.15%。
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表 1 泽当地幔橄榄岩中橄榄石的电子探针分析结果(wt%) Table 1 Representative microprobe analyses of olivine from the Zedong mantle peridotite(wt%) |
斜方辉石 依据斜方辉石的不同产出状态以及三种地幔岩类的不同,对斜方辉石进行分类总结。斜方辉石的电子探针分析结果见表 2,斜方辉石的En端员组分变化于86.9~90.3,主要为顽火辉石。二辉橄榄岩中的斜方辉石呈细粒和粗粒状产出,矿物化学组分上差别不大,其Mg#值为89.5~90.8,Al2O3含量在2.69%~3.55%之间,Cr2O3为0.4%~0.7%,NiO为0.03%~0.06%,CaO为0.53%~1.25%;在方辉橄榄岩中斜方辉石的Mg#为89.7~90.1,稍高于二辉橄榄岩,Al2O3为2.24%~4.99%,Cr2O3为0.32%~0.99%,NiO为0.05%~0.12%,CaO为0.28%~1.53%。
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表 2 泽当地幔橄榄岩中斜方辉石的电子探针分析结果(wt%) Table 2 Representative microprobe analyses of orthopyroxene from the Zedong mantle peridotite(wt%) |
单斜辉石 单斜辉石在三种地幔橄榄岩岩相中含量较少,但其变化规律比较明显,分析数据见表 3,En组分变化于44.1~50.0,主要为顽透辉石和透辉石,在不同岩相中具有不同特征:单斜辉石含量最高的是二辉橄榄岩,呈粗粒状(200~800μm)产出,Mg#值为91.3~93.1,Al2O3含量在2.90%~4.20%之间,Cr2O3为0.7%~1.15%,NiO为0.03%~0.07%,CaO为23.1%~24.22%;在方辉橄榄岩中单斜石的Mg#为91.5~93.5,Al2O3为1.85%~5.23%,Cr2O3为0.237%~1.44%,NiO为0%~0.11%,CaO为22.82%~25.07%;纯橄岩中存在少量的单斜辉石,其Mg#值为92.1~94.0,Al2O3在2.18%~4.11%之间,Cr2O3为0.36%~1.23%,NiO为0.03%~0.07%,CaO为23.13%~26.22%。
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表 3 泽当地幔橄榄岩中单斜辉石的电子探针分析结果(wt%) Table 3 Representative microprobe analyses of clinopyroxene from the Zedong mantle peridotite(wt%) |
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图 7 原始地幔标准化泽当地幔橄榄岩和铬铁矿的铂族元素图(据Barnes et al.,1988) 罗布莎橄榄岩和铬铁矿的数据来源于熊发挥等(2014) ,图 8同 Fig. 7 Primitive mantle-normalized PGE patterns of the Zedong peridotites and chromitites(after Barnes et al.,1988) Data of Luobusa peridotites and chromtites for this figure and Fig. 8 after Xiong et al.(2014) |
铬尖晶石 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),铬铁矿的Mg#[=100×Mg/(Mg+Fe2+)]大小是岩石部分熔融程度的指示标志。
泽当地幔橄榄岩中铬尖晶石在不同岩相中晶形和产出具明显不同的变化规律,泽当地幔橄榄岩的铬尖晶石数据(表 4),显示不同类型铬尖晶石其矿物化学成份有较大的差别。其中二辉橄榄岩中Cr#最低,变化在19.8~34.1,Mg#为64.6~69.6,TiO2=0~0.1%,为富铝型尖晶石。方辉橄榄岩中的铬尖晶石,Cr#变化在20.5~31.7,Mg#=58.2~72.3,TiO2=0.01%~0.05%,为富铝型尖晶石。纯橄岩中铬尖晶石,Cr#变化在73.6~78.0,Mg#=41.2~52.5,TiO2=0.09%~0.14%,铬铁矿中的铬尖晶石Cr#变化在76.7~78.7,Mg#=53.6~75.7,TiO2=0.15%~0.29%,两者均属于Dick分类图解中的Ⅲ类(Dick and Bullen,1984),高铬型尖晶石。
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表 4 泽当地幔橄榄岩及铬铁矿矿体中铬尖晶石的电子探针分析结果(wt%) Table 4 Representative microprobe analyses of chromian spinel from the Zedong mantle peridotite and chromitite(wt%) |
地球上的PGE主要富集在由铁镍组成的地核,而由硅酸盐构成的地幔和地壳中丰度则很低(Borisov et al.,1994)。两组不同特征的PGE元素IPGE(包括Os、Ir、Ru)和PPGE(包括Rh、Pt、Pd)在不同岩相中可能特征不同。在一定程度上铂族元素是镁铁-超镁铁岩浆演化的灵敏指示剂,尤其豆荚状铬铁矿只分布于超镁铁岩中。因此,豆荚状铬铁矿的铂族元素特征可以直接反映其形成过程,以及超镁铁岩的演化过程。对泽当地幔橄榄与铬铁矿的29件铂族元素地球化学特征分析表明(表 5),其中铬铁矿的围岩方辉橄榄岩的PGE总量为204.9×10-6~503.3×10-6,纯橄岩的总量为18.2×10-6~27.1×10-6,方辉橄榄岩为21.1×10-6~27.3×10-6,二辉橄榄岩的PGE含量最高为21.2×10-6~32.6×10-6。
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表 5 泽当蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿的PGE化学分析数据(×10-6) Table 5 PGE chemical composition of the mantle peridotite and chromitite from the Zedong ophiolite(×10-6) |
泽当地幔橄榄岩及铬铁矿的原始地幔标准化显示(Barnes et al.,1988),泽当岩体中铬铁矿比地幔橄榄岩具更高的Ir位于球粒陨石的右侧,而橄榄岩接近于原始地幔值,其中纯橄岩的含量最低位于趋势线的右侧,亏损Rh、Pd和Pt元素(图 7)。并且Pd/Ir与Pt/Pd呈负相关性的关系,低于原始地幔值(图 8)。这可能是由于地幔橄榄岩及铬铁矿中Ir、Pd分配系数要高于Pt的原因(Borisov et al.,1994)。方辉橄榄岩中Pd/Ir=0.43~4.02,纯橄岩为0.36~0.49,铬铁矿的Pd/Ir=0.001~0.031,二辉橄榄岩的Pd/Ir偏高为1.89~2.96。铬铁矿富集IPGE,而亏损PPGE特征,表明部分熔融过程中IPGE被残留。铬铁矿的PGE要比其围岩高出数十倍,甚至百倍。因此,这可能与含PGE元素的矿物趋向富集于铬铁矿有关,并且经历了不同性质的含PGE岩浆过程,与已报道的蛇绿岩型地幔橄榄岩及豆荚状铬铁矿特征类似(Page and Talkington,1984; Talkington and Watkinson,1986; Zhou et al.,2005; 熊发挥等,2014)。
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图 8 泽当地幔橄榄岩和铬铁矿的铂族元素图 Fig. 8 PGE patterns of the Zedong peridotites and chromitites |
泽当地幔橄榄岩的矿物化学具有深海地幔橄榄岩和弧前地幔橄榄岩的特征(图 9),这一特征同样表明在泽当地幔橄榄岩的形成过程中存在部分熔融和地幔交代过程。随部分熔融程度的增高,单斜辉石表现为Mg#的增加,Al2O3的减少(图 9),与含水熔融实验一致(Gaetani and Grove,1998)。同时,泽当地幔橄榄岩斜方辉石同样显示了明显的部分熔融趋势,随Mg#的增高,Al2O3、Cr2O3含量逐渐减少。方辉橄榄岩和二辉橄榄岩有些橄榄石的Fo值为89.6~91.1,这与残余地幔橄榄岩中橄榄石相似(Takahashi,1986),但是相比于正常的地幔橄榄岩中橄榄石有更高的NiO含量(图 9a),Ishimaru and Arai(2008) 提出这种高NiO的含量可能是由于岩石-熔体反应的结果。表 3看出,单斜辉石相对富集TiO2和Na2O含量,可能是由于与熔体的渗透作用或者是斜方辉石的直接结晶有关。在部分熔融过程中,即便Cr2O3为相容元素,但也能从斜方辉石中萃取出。基于此,Pagé et al.(2008) 认为单斜辉石的变化过程并不能准确的记录熔体亏损的过程。铬尖晶石矿物化学成分表明,泽当地幔橄榄岩中具有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 et al.,1998),另一种为玻安质熔体与方辉橄榄岩反应的结果(Zhou et al.,1996)。
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图 9 泽当地幔橄榄岩中橄榄石Fo-NiO图解(a)、斜方辉石Al2O3-Mg#图解(b)、单斜辉石Al2O3 -Mg#图解(c)和铬尖晶石Cr#-Mg#图解(d) Partial melting trends-部分熔融趋势线(Ozawa,1994);fractionation trends-结晶变化趋势线(Ozawa,1994);ABP-深海地幔橄榄岩,FAP-弧前地幔橄榄岩(Pagé et al.,2008);Boninites-玻安岩;MORB spinel-洋中脊尖晶石(Dick and Bullen,1984);Forearc peridotites-弧前橄榄岩(Ishii et al.,1992) Fig. 9 Olivine composition of Fo vs. NiO(a),orthopyroxene composition of Al2O3 vs. Mg#(b),clinopyroxene composition of Al2O3 vs. Mg#(c)and chromian spinel composition of Cr# vs. Mg#(d)in the Zedong peridotites |
从图 10可知泽当二辉橄榄岩位于深海地幔橄榄岩区,处于较低的部分熔融区域,部分熔融程度较低~10%。泽当岩体中纯橄岩的铬尖晶石Cr#,单斜辉石Al2O3含量及橄榄石的Fo值,显示泽当地幔橄榄岩中纯橄岩部分熔融程度达~30%,呈现俯冲型地幔橄榄岩的特征。泽当橄榄岩和铬铁矿的全岩PGE特征表明泽当地幔橄榄岩发生部分熔融过程中Os、Ir和Ru趋向于保留在残余地幔中,Pt、Pd大部分应富集于晚期熔体内或经过分异的岩相中(Edwards,1990)。地幔橄榄岩及铬铁矿的PGE含量与罗布莎铬铁矿的模式相同,Os、Ir富集,Pt、Pd强烈亏损的右倾模式(图 7),此外,泽当铬铁矿中具有比原始地幔更低的(Pd/Os)N和(Pd/Ir)N值,可能是岩石-熔体反应过程中PPGE元素更富集硫的结果(Marchesi et al.,2011)。
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图 10 泽当地幔橄榄岩中铬尖晶石Cr#-单斜辉石Al2O3图解(a)、单斜辉石Al2O3-TiO2图解(b)、橄榄石Fo-铬尖晶石Cr#图解(c)和铬尖晶石Cr# -TiO2图解(d)(据Pearce et al.,2000) Partial melting trends-部分熔融趋势线(Ozawa,1994);Fraction trend-结晶变化趋势线(Ozawa,1994);Abyssal peridotite-深海地幔橄榄岩,FAP-弧前地幔橄榄岩(Pagé et al.,2008);Boninites-玻安岩;MORB spinel-洋中脊尖晶石(Dick and Bullen,1984);Forearc peridotites-弧前橄榄岩(Ishii et al.,1992);OSMA-橄榄石尖晶石地幔演化趋势;Passive margin Peridotites-被动大陆边缘地幔橄榄岩;罗布莎橄榄岩和铬铁矿的数据来源于熊发挥等(2014) Fig. 10 Clinopyroxene composition of Al2O3 vs. Cr# of chromian spinel(a),clinopyroxene composition of Al2O3 vs. TiO2(b),olivine composition of Fo vs. Cr# of chromian spinel(c)and chromian spinel composition of Cr# vs. TiO2(d)in the Zedong peridotites(after Pearce et al.,2000) Data of Luobusa peridotites and chromtites after Xiong et al.(2014) |
此外,雅鲁藏布江缝合带中不同蛇绿岩的显示出多成因、多阶段演化的特征。综合前人的资料,雅鲁藏布江缝合带存在两种类型的蛇绿岩:1)形成于典型的SSZ环境的弧前盆地,这种类型的蛇绿岩主要发育在雅鲁藏布江缝合带中段,包括日喀则蛇绿岩体(Dupuis et al.,2005)、萨嘎和桑桑蛇绿岩(Bédard et al.,2009);2)地幔橄榄岩形成于MOR环境,但是后期普遍都受到了不同程度SSZ环境的改造,这种类型的地幔橄榄岩主要位于雅鲁藏布江缝合带的东段和西段,包括东段罗布莎蛇绿岩体的地幔橄榄岩(Xu et al.,2011)。西段的东波和普兰两岩体的地幔橄榄岩矿物学、岩石学等特征都显示了MOR→SSZ的过程,两岩体中的辉长岩/辉绿岩-玄武岩也反映类似结果(Miller et al.,2003; Liu et al.,2010; Xu et al.,2011; 杨经绥等,2011; 郭国林等,2011; 熊发挥等,2011,2014,2015)。泽当地幔橄榄岩的矿物化学特征表明既有深海地幔橄榄岩又有弧前地幔橄榄岩的特征(图 9、图 10),指示其经历了与雅江蛇绿岩中其他岩体相似的演化过程,早期的洋中脊环境,以及后期的俯冲带(SSZ)环境。泽当方辉橄榄岩中选出了金刚石和碳硅石等10余种矿物的特殊矿物群(郭国林等,2015),这与同属雅鲁藏布江缝合带的罗布莎岩体中发现的超高压矿物的特征相似(中国地质科学院地质研究研究所金刚石组,1981; Bai et al.,1993; Yang et al.,2007; Xu et al.,2009; Dobrzhinetskaya et al.,2009; Trumbull et al.,2009; 熊发挥等,2015),另有泽当地区J3-K2被称为泽当岩浆弧,是洋内俯冲形成的岛弧环境的产物(Aitchison et al.,2000; McDermid et al.,2002)。进一步表明,泽当地幔橄榄岩与罗布莎等地幔橄榄岩存在诸多共性,岩体的形成过程经历了多期构造背景的叠加。
4.2 泽当铬铁矿的找矿前景对比于世界上著名的大型豆荚状铬铁矿床可以发现,多数铬铁矿床产在规模较大的蛇绿岩体内,岩体的部分熔融程度的高低也是成矿的一个重要的标注,豆荚状铬铁矿的产出多出现在方辉橄榄岩型蛇绿岩中,而基本上不存在于二辉橄榄岩内(Nicolas,1986),这是由于铬主要赋存在辉石内,部分熔融的增加,铬才能被大量释放而聚集成矿,地幔橄榄岩经历不同构造背景的形成过程,其辉石大量的被熔融,铬铁矿也可能经历多期次叠加,以至于富集大型的铬铁矿矿床,从图 10可知,泽当铬铁矿的铬尖晶石矿物化学组分与罗布莎铬铁矿的成分相近,为较低含量的TiO2(0.08%~0.24%)(图 10)(周美夫和白文吉,1994),表明其富集程度相同。Os、Ir和Ru具有较高熔点,而Pt和Pd的熔点相对较低,原始地幔橄榄岩发生部分熔融,Os、Ir和Ru趋向于保留在残余地幔中,Pt、Pd大部分应富集于晚期熔体内或经过分异的岩相中(Edwards,1990)。泽当铬铁矿的PGE含量与罗布莎铬铁矿,萨尔托海铬铁矿的模式相同,Os、Ir富集,Pt、Pd强烈亏损的右倾模式(图 7),指示泽当铬铁矿与其他岩体一样经历不同程度的部分熔融,致使Os、Ir和Ru富集于铬铁矿中,而Pt、Pd等被熔体或流体所带走。
对比全球蛇绿岩区的豆荚状铬铁矿的地质特征发现,它们之间有较多的共性,豆荚状铬铁矿矿体形态独特,明显不同于层状铬铁矿稳定延伸的层状特征,多呈狭窄的扁豆状、透镜状、岩墙状,由于压扁拉长褶皱变形,构造形态不规则而且分布无规律(Leblanc and Nicolas,1992; Thayer,1964; Arai,1997; Cassard et al.,1981; Lago et al.,1982),其宏观构造特征类似变质变形构造。矿体横向上延伸有限,最大长度很少大于几十米,厚度多小于5m。在同一蛇绿岩中零散分布的豆荚状铬铁矿体可达数十到上百个,并且具有相对一致的矿物成分与矿石结构,而泽当铬铁矿其在岩体的南侧,也具有成群成带分布的特征;世界各地含铬地幔橄榄岩岩体因经历了不同程度的部分熔融作用而具有明显的垂直分带特征,即在剖面上从下到上随着部分熔融程度的不同,依次为二辉橄榄岩→方辉橄榄岩→纯橄岩,具有上部偏基性、下部偏酸性的特征,这与蛇绿岩套中莫霍面上部岩相特征具有下部偏基性、上部偏酸性特征具有明显的不同(鲍佩声,2009; 熊发挥等,2013),泽当岩体的岩相分布特征印证了这一特点,岩体的北部一侧主要为二辉橄榄岩,南侧主要为方辉橄榄岩,已发现的铬铁矿主要在方辉橄榄岩中展布,并在矿体的外围含有厚度不等的纯橄岩薄壳。豆荚状铬铁矿床按造铬尖晶石的化学成分可以分为高铝(Cr#=20~60)和高铬(Cr#=60~80)两类(图 11)(Thayer,1970)。两类铬铁矿床在结构、构造上没有差异,铬尖晶石的化学组分有较大的差别,周美夫和白文吉(1994) 解释为两种不同类型的铬铁矿来源于不同的铬铁矿矿浆;鲍佩声等(1990,2009)认为高铬型铬铁矿是高度的熔融再造的产物,高铝型的铬铁矿多为铝交代的结果。此外,不同类型铬铁矿的岩体,其纯橄岩也存在较大差别,一般高铬型铬铁矿其纯橄榄岩的Cr#>60,而高铝型铬铁矿的Cr#<60,这与岩体的整体部分熔融程度有较大关系。因此,泽当岩体其岩相学,矿物学,矿体特征都可类似比于世界典型铬铁矿床的岩体特征,并在岩体的南侧发现大量的铬铁矿野外露头和转石矿点,表明其存在发现工业价值的大型铬铁矿潜力。
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图 11 世界主要豆荚状铬铁矿造铬尖晶石的简图(据González-Jiménez et al.,2011修改) Cr-rich chromitites-高铬型铬铁矿;Al-rich chromitites-高铝型铬铁矿;Peridotite-橄榄岩;Dunite-纯橄岩;Chromitite-铬铁矿 Fig. 11 Different spinel in the chromitite of the world(modified after González-Jiménez et al.,2011) |
(1) 泽当铬铁矿的原始地幔标准化的PGEs分配模式以以亏损Ir、Ru、Pt,富集Os、Rh、Pd,以及较高的Rh/Ir和Pd/Ir比值,这些特征指示了泽当蛇绿岩不仅仅是部分熔融的残余,同时可能遭受了后期熔体/流体的改造作用。
(2) 泽当地幔橄榄岩岩相学特征以及矿物组合、矿物化学成份及岩相学特征,显示岩体至少存在两次的部分熔融过程,即为早期的MOR构造背景,以及后期SSZ环境的改造。泽当岩体中铬铁矿与毗邻的罗布莎铬铁矿相同,其铬尖晶石的Cr#=67.9~88.5,属于高铬型铬铁矿,可能为俯冲带富水的玻安质熔体与方辉橄榄岩反应的结果。
致谢 野外工作和文章的写作过程中得到西藏矿业公司教授级高工巴登珠等的大力帮助,在此致以诚挚的谢意!| [] | Aitchison JC, Ba DZ, Davies AM, Liu JB, Luo H, Malpas JG, McDermid IRC, Wu HY, Ziabrev SV, Zhou MF. 2000. Remnants of a Cretaceous intra-oceanic subduction system within the Yarlung-Zangbo suture (Southern Tibet). Earth and Planetary Science Letters , 183 (1-2) :231–244. DOI:10.1016/S0012-821X(00)00287-9 |
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2016, Vol. 32
