胡家岭杂岩体中纯橄岩成因分析——基于岩石学，地球化学的研究

李昂，陆国隆，石乾雄

（吉林大学地球科学学院，吉林长春，130021）

胡家岭杂岩体中纯橄岩成因分析
——基于岩石学，地球化学的研究

李昂，陆国隆，石乾雄

（吉林大学地球科学学院，吉林长春，130021）

岩石成因分析对于还原地质板块的动力学机制具有重要作用。本文针对苏鲁超高压带胡家岭地区杂岩体中的纯橄岩进行研究，借助岩相学、地球化学等学科手段对其成因加以分析。分析结果表明，该区纯橄岩是一种细粒蛇纹石化纯橄岩，且极大可能来源于难熔的地幔橄榄岩。以上结果对还原苏鲁地区超高压带的动力学机制提供了重要借鉴。

苏鲁超高压带；胡家岭；纯橄岩；成因分析；动力学机制

引言

苏鲁超高压变质带位于中央碰撞造山带的东端，整体NNE-SSW走向，是世界上出露最大的超高压变质地体之一。在超高压变质带中，苏鲁造山带中存在着相当数量的镁铁—超镁铁质地体，并且在胡家岭地区的杂岩体中，有相当数量的纯橄岩出露。

对于纯橄岩的研究，国内外都以蛇绿岩套的纯橄岩研究居多，其研究内容多以大洋盆地的拉张背景为主，然而对造山带的纯橄岩研究也不多见。然而，针对胡家岭地区纯橄岩的研究还存在很大的空白。前人的研究推进了纯橄岩的研究进程，尤其是造山带纯橄岩的研究成为了今后地质学发展的一种潜在趋势［1-3］。

本论文通过研究苏鲁超高压带胡家林杂岩体中纯橄岩的成因，为以后推演该地区板块俯冲的动力学机制提供了辅助参考，有助于推测变质作用的年龄、持续时间及程度，从而有助于进一步了解超高压变质岩的空间分布、碰撞过程中的部分熔融和深部流体活动、碰撞后岩浆作用地球动力学机制。

1 区域地质概况

研究区内出露太古宙胶东群洙边组和坪上组，由白云钾长片麻岩、黑云变粒岩、黑云斜长片麻岩和斜长角闪岩等组成。以上片麻岩系地层组成复式背斜构造，构造线方向为北北西（NNE），当扬子陆壳中超高压变质长英质片麻岩折返回到地表时，可以看到其中裹挟着少量的镁铁—超镁铁质地体。胡家岭就是一个典型的镁铁—超镁铁质地体出露区，岩性包括含石榴石的辉石岩、尖晶石橄榄岩、榴辉岩、纯橄岩和片麻岩等。胡家岭超镁铁岩体大小为（0.2～1） km×2 km，与围岩片麻岩呈断层接触，南北两端都向东呈镰刀形弯转，中段被中生代北东向断层切割位移，整个岩体在平面上呈顺层单斜向南西陡倾的长条形，如图1所示。

图1　（a） 苏鲁超高压变质带中胡家岭地区镁铁—超镁铁质岩分布图；（b） 胡家岭超镁铁质岩体采样位置图

2 纯橄岩矿物学特征

野外岩石整体特征为绿黄色，等粒粒状结构、块状构造。岩石遭受部分蛇纹石化，主要矿物成分为橄榄石，次要矿物为蛇纹石和铬尖晶石。橄榄石为橄榄绿色，半自形粒状，粒度约为0.5 mm～1 mm，玻璃光泽，无解理，占总量的70%～80%；蛇纹石为黄绿色，它形，有滑感，含量≤20%；铬尖晶石为黑色它形—半自形矿物，粒度为0.2 mm～1.0 mm，含量≤5%。

镜下薄片中主要矿物为橄榄石，可见其颗粒边部蚀变为蛇纹石和细粒磁铁矿，含少量铬尖晶石。橄榄石无色，粒状，粒度为0.4 mm～1.0 mm，正高突起，正交偏光下干涉色二级顶到三级，平行消光，含量约占总量的80%。蛇纹石为橄榄石边部蚀变而成，淡黄绿色，它形，干涉色一级灰白，含量约占总量的18%。铬尖晶石暗褐红色，它形—半自形，无解理，正高突起，正交偏光下为全消光，粒度为0.2 mm～1 mm，含量不超过总量的5%。磁铁矿在单偏光下为全黑，细粒，含量不超过总量的5%。根据上述特征，定名为：细粒蛇纹石化纯橄岩。

3 纯橄岩地球化学特征

3.1橄榄石

胡家岭纯橄岩单一样品中，不同颗粒橄榄石的化学成分相似。橄榄石具有一致的较高比例氧化镁，镁铁比值达到91.7～92.4左右。此外，w（NiO）和w（MnO）值也较高。相比较而言，w（CaO）的含量较低，小于0.02%。图2绘制了Fo-w（NiO）和Fo-w（MnO）的二元成分图解，可以看出纯橄岩投图位置位于远离深海橄榄岩和华北克拉通新生代岩石圈地幔岩的成分区，而与华北克拉通古老岩石圈地幔岩区域相重叠。此外，参考Arai建立的橄榄石—尖晶石地幔序列图解，纯橄岩样品均投在了高难熔的地幔橄榄岩区域，如图3所示。

图2　胡家岭地区纯橄岩中橄榄石的二元成分图解

图3　胡家岭地区纯橄岩中橄榄石的Fo-铬尖晶石Cr#对比图

3.2蛇纹石

在我们采集到的样品中，橄榄石边缘都或多或少存在蛇纹石化现象，其中蛇纹石存在的低w（Al2O3）（0.03%～0.10%）和低w（CaO）（≤0.04%）很可能是由橄榄石蚀变产生的。

3.3全岩主量元素

在全岩主量元素中，将胡家岭纯橄岩对比原始地幔进行估算，较为亏损的是易溶组分Al、Ti和V等；相反，较为富集的是强相容元素，并且具有高Mg#指数，如下页表1所示。

3.4全岩微量元素

从原始地幔估算值标准化蛛网图（图4）中，以Pb、Sb和Sr为代表的流体迁移元素强烈富集；U、Th、Cs、Ba和轻稀土元素（LREE）含量中等；在重稀土元素上则发生了明显亏损。

纯橄岩相对亏损高场强元素（HFSE），如Nb（0.19×10-6～1.08×10-6），Th（≤0.15×10-6）。由于HFSE稳定的地球化学特性，能够较好抵抗变质、蚀变和风化作用等影响，对于恢复源岩具有重要意义。样品HFSE偏低的，证实其可能为耐融的地幔橄榄岩。

表1　全岩主要元素

胡家岭纯橄岩富集轻稀土元素，存在Eu异常（Eu/Eu*=0.75～1.91），以及∑REE低（1.5×10-6～3.0×10-6）的情况，稀土元素在球粒陨石标准化蛛网图中呈现“U”形（图5）。

图4　苏鲁超高压变质带纯橄岩全岩微量元素原始地幔标准化图

图5　苏鲁超高压变质带纯橄岩全岩REE球粒陨石标准化图

3.4铂族元素

胡家岭纯橄岩IPGE含量偏高，其中Os达到1.3×10-9～7.7×10-9，Ir达到1.7×10-9～3.7×10-9，而PPGE含量较低，其中Pt只有0.5×10-9～2.1×10-9，而Pd也仅达到0.4×10-9～0.8×10-9，如图6绘制的原始地幔估算值标准化的蛛网图中，PGE分布呈现负斜率模式，与前述的铂族元素分布特点一致。该种分布模式以及高达8.8的IPGE/PPGE比值，反映其源区为较高程度部分熔融之后的地幔残余。

图6　苏鲁超高压变质带纯橄岩全岩PGE质量分数原始地幔标准化图

4 纯橄岩成因

在造山带中发育的纯橄岩有3种成因来源：（1） 基性熔体堆晶成因；（2） 基性熔体与橄榄岩反应产物；（3） 地幔橄榄岩高程度部分熔融的残留。

4.1非火成堆晶成因

在熔融过程中，IPGE更容易存留于残余地幔岩中，而PPGE在熔体中的分配系数较高。而纯橄岩样品中IPGE值较高，因此其不大可能为火成堆晶成因。另外，在研究样品中，铬尖晶石的Cr#含量较高，而这往往发生于分异结晶的过程中，故在此种情况下，Cr元素往往快速耗尽。

4.2非岩石熔体反应成因

方辉橄榄岩通过与熔体之间的化学反应，同样可以生成纯橄岩。本次研究中纯橄岩橄榄石颗粒具有稳定的高Mg和Ni质量分数，然而与基性熔体反应生成的橄榄石往往表现出差异性的Mg和Ni质量分数。因此，与岩石熔体反应相伴随产生的反应边结构等现象并不存在，该可能性也得以进一步排除。

4.3部分熔融成因

在全岩组成上，胡家岭纯橄岩呈现高质量分数的相容元素（Cr、Ni、Mg）和低质量分数的弱不相容元素（Al、Ti、V），表明其原岩可能为耐熔的地幔橄榄岩。纯橄岩中橄榄石具有一致高的Fo值（91.7～92.4），对比高质量分数的NiO和MnO均投在了远离深海橄榄岩的区域，再结合铬尖晶石的高Cr#（0.68～0.76），使研究的纯橄岩均投在了橄榄石—尖晶石地幔序列的难熔橄榄岩区域。因此，胡家岭纯橄岩很可能来源于难熔的地幔橄榄岩。

5 结束语

大陆碰撞造山带的超高压变质带的形成演化机制一直是全球地学研究热点领域，苏鲁作为全球最典型的大陆深俯冲超高压造山带之一，其科学研究意义不言而喻。对于该地区的纯橄岩研究，目前仍有很多工作要做。查明纯橄岩的成因，对于还原苏鲁地区超高压带的动力学机制将有重要而深远的影响。

项目资助：

本论文受到吉林大学大学生创新训练项目资助（项目编号：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］谢志鹏. 苏鲁超高压变质带中镁铁—超镁铁质岩成因研究［D］.吉林: 吉林大学， 2013.

李昂（1995-），男，汉族，吉林长春人，吉林大学地球科学学院地质学专业在读本科生。

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

工业技术创新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.031