趙斌 龔小晗 黃啟帥 史仁燈, 4

1. 中國科學(xué)院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 1001012. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 1000493. 中國地質(zhì)大學(xué)，北京 1000834. 中國科學(xué)院青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，北京 1001011.

蛇綠巖是代表大洋中脊(MOR型)、上俯沖帶(SSZ型)或者是被動(dòng)大陸邊緣(CM型)等環(huán)境的大洋巖石圈殘片，自下而上由巖石圈地幔橄欖巖和上部洋殼堆晶巖、巖墻群、熔巖及深海沉積物(如硅質(zhì)巖)等幾個(gè)部分組成(Anonymous, 1972; Nicolas and Boudier, 2003; Dilek and Furnes, 2011, 2014; 龔小晗, 2017)。研究蛇綠巖對(duì)探討古洋盆演化機(jī)制、巖漿活動(dòng)、地球化學(xué)過程以及古板塊邊界劃分均有一定指示意義(Choietal., 2008; Dilek and Furnes, 2011; Whattam and Stern, 2011)。普蘭地幔橄欖巖體位于雅魯藏布江縫合帶西段，是雅魯藏布江蛇綠巖帶的重要組成部分，其成因研究對(duì)于探討新特提斯洋演化具有直接指示意義。目前有關(guān)該巖體成因的認(rèn)識(shí)主要有：1)形成于慢速-超慢速擴(kuò)張脊(周文達(dá), 2015; 周文達(dá)等, 2015)；2)先形成于中脊環(huán)境，后在俯沖過程中受到了熔體交代作用影響(徐向珍等, 2011; 王澤利等, 2012; 熊發(fā)揮等, 2013, 2015)；3)形成于俯沖帶環(huán)境(Xuetal., 2015)；4)形成于被動(dòng)大陸邊緣(劉飛等, 2013)。以上認(rèn)識(shí)主要是依據(jù)造巖礦物和全巖地球化學(xué)特征等得出的，有關(guān)副礦物鉻尖晶石的系統(tǒng)研究相對(duì)較少。

鉻尖晶石，(Mg, Fe2+)(Al, Cr, Fe3+)2O4，作為一種重要的金屬氧化物，常見于鎂鐵質(zhì)、超鎂鐵質(zhì)巖中(Irvine, 1965)，是蛇綠巖型地幔橄欖巖中的典型礦物(Irvine, 1965; Dick and Bullen, 1984)。盡管鎂鐵、超鎂鐵質(zhì)巖中鉻尖晶石的含量?jī)H為1%～2%(Irvine, 1965; 鮑佩聲等, 1999)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值不大，但其陽離子種類繁多、性質(zhì)差異大(Arai, 1992)，對(duì)外界物理化學(xué)環(huán)境的變化十分敏感，因而可以直接指示地幔橄欖巖的成巖條件，如氧逸度、環(huán)境壓力、部分熔融程度、巖石冷卻速率等(Irvine, 1967; Dick and Bullen, 1984; Ozawa, 1984, 1989; Arai, 1992; Hellebrandetal., 2001; 陳靈等, 2013)，并且鉻尖晶石相較橄欖石更為難熔、抗蝕變(Barnes and Roeder, 2001; Ahmedetal., 2005)，故可作為一種重要的巖石學(xué)成因指示劑，廣泛用于地幔巖成因研究，約束地幔橄欖巖的演化過程(Irvine, 1965, 1967; Dick and Bullen, 1984; Arai, 1992)。

本文以鉻尖晶石為研究對(duì)象，綜合理解地幔巖石部分熔融作用、熔體-巖石反應(yīng)、尖晶石-橄欖石/輝石成分“再平衡”等理論(Bhanotetal., 2017; ünlüetal., 2017)，通過詳細(xì)的巖相學(xué)觀察、礦物學(xué)分析、化學(xué)成分分析等，探討地幔橄欖巖中鉻尖晶石的成因，并進(jìn)一步約束普蘭地幔橄欖巖的構(gòu)造演化過程。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

雅魯藏布江縫合帶是青藏高原規(guī)模最大、最為年輕的縫合帶，其北為拉薩地體，南為喜馬拉雅造山帶，縫合帶南北寬約15km，東西長(zhǎng)超過2000km(Yin and Harrison, 2000)，是研究岡瓦納古陸裂解、探討新特提斯洋演化等基礎(chǔ)地質(zhì)問題的重要研究對(duì)象(吳福元等, 2014)。雅魯藏布江蛇綠巖帶是縫合帶的重要鑒別標(biāo)志，主要由東波、普蘭、薩嘎、昂仁、日喀則、澤當(dāng)、羅布莎等地的蛇綠巖體組成，其中普蘭蛇綠巖體位于該帶西段南部(圖1a)。

普蘭蛇綠巖體地理位置位于拉昂錯(cuò)以西，普蘭縣城以北35km處，坐標(biāo)：東經(jīng)80°40′～81°16′，北緯30°30′～30°51′。巖體東西延伸70km，南北寬約20km，面積約為650km2，是雅魯藏布江縫合帶中出露面積最大、也是最為新鮮的蛇綠巖巖體(龔小晗, 2017)。巖體整體上呈北西-南東向展布，主要由地幔橄欖巖以及南東側(cè)的變質(zhì)輝長(zhǎng)巖體組成。北西側(cè)為新近系-第四系沉積物，北東側(cè)與白堊系混雜巖呈斷層接觸，南西側(cè)與古近系混雜巖呈斷層接觸(圖1b)。

2 地幔橄欖巖巖相學(xué)特征

野外觀察表明普蘭蛇綠巖缺失堆晶巖、巖墻群、熔巖等端員，巖性以方輝橄欖巖和含單斜輝石方輝橄欖巖為主，巖體呈北西-南東向展布，與區(qū)域構(gòu)造方向一致。方輝橄欖巖與含單斜輝石方輝橄欖巖呈黃褐色，整體較為新鮮，新鮮面可見密集分布的輝石顆粒(圖2a, b)，輝石以斜方輝石為主，含少量單斜輝石，局部蛇紋石化嚴(yán)重，可見蛇紋石化形成的網(wǎng)脈以及輝石、橄欖石假象等。二輝橄欖巖大部分分布在巖體的北部，少部分呈透鏡狀分布在方輝橄欖巖體內(nèi)，賦存其中的鉻尖晶石顏色相對(duì)較淺。純橄巖巖體以透鏡體的形式分布于方輝橄欖巖體內(nèi)，與方輝橄欖巖呈漸變過渡，巖體規(guī)模由數(shù)厘米至數(shù)米不等，賦存的鉻尖晶石呈自形星點(diǎn)狀分布，顏色較深、含量較低(<2%)，局部密集分布呈浸染狀。

地幔橄欖巖主要由橄欖石、斜方輝石和少量的單斜輝石、鉻尖晶石組成。巖體受擠壓應(yīng)力破碎，可見殘碎斑結(jié)構(gòu)，糜棱結(jié)構(gòu)，部分巖石蛇紋石化網(wǎng)脈發(fā)育，構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。橄欖石多發(fā)生應(yīng)力變形碎成顆粒狀分布，扭折帶、波狀消光等現(xiàn)象較為明顯(圖2c, d)。輝石也受應(yīng)力作用發(fā)生晶形變化、解理同步彎曲，局部可見受部分熔融作用影響形成的港灣狀邊界(圖2e, f)，巖體輝石含量差異較大，暗示后期可能存在硅質(zhì)熔體交代作用。鉻尖晶石主要以副礦物形式存在(圖3)。

圖1 青藏高原地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a, 據(jù)Liuetal., 2010; 熊發(fā)揮等, 2011)和普蘭蛇綠巖地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b, 據(jù)河北省地質(zhì)調(diào)查院, 2005a(1) 河北省地質(zhì)調(diào)查院. 2005a. 普蘭縣幅地質(zhì)圖(1/25萬), b(2) 河北省地質(zhì)調(diào)查院. 2005b. 姜葉馬幅地質(zhì)圖(1/25萬)修改)

Fig.1 Geological sketch map of Tibetan Plateau (a, after Liuetal., 2010; Xiongetal., 2011) and geological diagram of Purang ophiolites (b)

圖2 普蘭地幔橄欖巖野外特征(a、b)及正交偏光鏡下顯微照片(c-f) (a)輝長(zhǎng)巖體侵入至方輝橄欖巖體內(nèi)；(b)方輝橄欖巖野外特征；(c)方輝橄欖巖，橄欖石受應(yīng)力變形呈粒狀、鉻尖晶石呈他形分布；(d)方輝橄欖巖，發(fā)生韌性變形的輝石/橄欖石顆粒定向包繞輝石碎斑晶，構(gòu)成眼球狀構(gòu)造；(e)含單斜輝石方輝橄欖巖，半自形斜方輝石斑晶包裹著自形的鉻尖晶石以及他形的單斜輝石；(f)方輝橄欖巖，半自形-他形斜方輝石斑晶邊緣局部呈港灣狀.Ol-橄欖石；Cpx-單斜輝石；Opx-斜方輝石；Spl-尖晶石Fig.2 Field photos (a, b) and microphotographs (c-f) of Purang mantle peridotites

3 鉻尖晶石鏡下特征

鉻尖晶石廣泛存在于普蘭地幔橄欖巖中，因賦存巖體的不同特征存在較大差異。前人研究表明鉻尖晶石晶形受巖石部分熔融程度影響可呈現(xiàn)系統(tǒng)的變化，如Leblancetal. (1980a)研究得出了新喀里多尼亞地幔橄欖巖在部分熔融過程中鉻尖晶石形態(tài)系統(tǒng)變化的規(guī)律，即隨著巖石部分熔融程度的提高，鉻尖晶石形態(tài)呈現(xiàn)這樣的變化規(guī)律：半自形、細(xì)粒(二輝橄欖巖體)→他形、粗粒(含單斜輝石方輝橄欖巖)→他形、蠕蟲狀(方輝橄欖巖)→半自形-自形、粗粒(純橄巖)(Leblanc, 1980a)。通過鏡下觀察，綜合礦物賦存巖相、自形程度、粒徑大小、顏色(單偏光鏡下)等幾個(gè)因素，可初步將普蘭地幔橄欖巖中的鉻尖晶石分為以下幾類：

Ⅰ類鉻尖晶石賦存于少量方輝橄欖巖及透鏡狀純橄巖體中，單偏光鏡下尖晶石呈深褐色-黑色四邊形、八邊形自形分布，粒徑小于100μm。鉻尖晶石或包裹于斜方輝石之中，或雜亂分布于輝石、橄欖石之間(圖3a, d, g, h)；Ⅱ類鉻尖晶石賦存于方輝橄欖巖、含單斜輝石方輝橄欖巖以及少量二輝橄欖巖中，呈淺棕色-棕色，賦存巖體由二輝橄欖巖→含單斜輝石方輝橄欖巖→方輝橄欖巖變化的同時(shí)，鉻尖晶石顏色逐漸變深，呈半自形或他形分布，粒徑多大于100μm，少數(shù)可達(dá)500μm，尖晶石雜亂分布，部分鉻尖晶石中包裹有橄欖石或者單斜輝石等礦物(圖3b, e)；Ⅲ類鉻尖晶石賦存于二輝橄欖巖及少量含單斜輝石方輝橄欖巖中，含量較低，呈淺棕色-棕色，鉻尖晶石呈水滴狀、短棒狀、蠕蟲狀分布，與輝石交生在一起，構(gòu)成后成合晶結(jié)構(gòu)，粒徑多在200μm左右(圖3c, f)。由于Ⅱ類鉻尖晶石賦存的巖相構(gòu)成了普蘭地幔橄欖巖的主體，所以普蘭地幔橄欖巖鉻尖晶石以Ⅱ類鉻尖晶石為主，Ⅰ類鉻尖晶石次之，Ⅲ類鉻尖晶石最少。

4 分析測(cè)試方法

礦物化學(xué)成分及掃面分析是在中國科學(xué)院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用JEOL JXA-8230電子探針完成的。工作條件：束斑直徑為5μm；加速電壓15kV，加速電流20nA。所有測(cè)試數(shù)據(jù)均進(jìn)行了ZAF校正處理。元素峰的測(cè)量時(shí)間為10s，上下背景的測(cè)量時(shí)間分別5s。所使用的標(biāo)樣如下：氧化鉻(Cr)、鈉長(zhǎng)石(Na)、橄欖石(Mg)、赤鐵礦(Fe)、透輝石(Si, Ca)、正長(zhǎng)石(K)、薔薇輝石(Mn)、金紅石(Ti)、氧化鎳(Ni)、剛玉(Al)。鉻尖晶石Fe3+/Fe2+的相對(duì)含量是根據(jù)Droop (1987)提出的公式計(jì)算所得。

鉻尖晶石-輝石的顯微組構(gòu)是在澳大利亞Macquarie大學(xué)GEMOC中心通過掃描電鏡(SEM)-電子背散射衍射(EBSD)進(jìn)行分析的。操作條件為：工作距離15～21mm，樣品臺(tái)平面與水平方向夾角為70°，電壓20kV，電流強(qiáng)度8.2nA。EBSD花樣圖案通過垂直入射的電子束作用在薄片上產(chǎn)生，并由數(shù)字 CCD 相機(jī)記錄。運(yùn)用牛津儀器公司生產(chǎn)的CHANNEL 5軟件按照晶體取向處理和標(biāo)定獲得的圖像，采集步長(zhǎng)依據(jù)顆粒平均尺寸不同從1μm到40μm。數(shù)據(jù)處理包括由標(biāo)定的顆粒向鄰近的未標(biāo)定顆粒外推以及去除平均直徑小于5像素的顆粒(龔小晗, 2017)。

5 鉻尖晶石成分特征

鉻尖晶石的化學(xué)成分主要包括Al2O3、Cr2O3、Fe2O3、MgO、FeO等，其中Cr#、Mg#、TiO2是鉻尖晶石幾個(gè)最為重要的化學(xué)指標(biāo)(Kamenetskyetal., 2001)：尖晶石的Cr#與其單偏光鏡下的顏色呈正相關(guān)關(guān)系(Kamenetskyetal., 2001)；尖晶石中TiO2可以用于指示巖石是否存在交代作用 (Seyleretal., 2007)；尖晶石的Cr#-Mg#圖解可以用來初步判斷巖石的賦存環(huán)境(Arai, 1992)：如洋中脊環(huán)境地幔橄欖巖的鉻尖晶石具有低Cr#(<0.6)的特征(Dick and Bullen, 1984)，俯沖環(huán)境的鉻尖晶石由于經(jīng)歷了高程度的部分熔融，其化學(xué)成分表現(xiàn)為高Cr#(>0.6)、低TiO2的特點(diǎn)(Dick and Bullen, 1984)。

圖3 鉻尖晶石顯微照片與背反射圖像 (a、d、g、h) Ⅰ類鉻尖晶石呈自形棕褐色分布于輝石中；(b、e、i) Ⅱ類鉻尖晶石呈棕色他形分布于地幔橄欖巖中；(c、f) Ⅲ類鉻尖晶石呈棒狀、蠕蟲狀與輝石交生在一起Fig.3 Photomicrographs and back-scattered electron images of the chromian spinels

前人根據(jù)鉻尖晶石的成分及演化特征將鉻尖晶石分為三類：富鋁系列、富鉻系列、富鋁-富鉻系列，其中富鋁成分系列以富鋁、富鎂(Cr#變化于0.09～0.65、Mg#變化于0.46～0.84)為特征，典型代表為薩爾托海、賀根山的DTG蛇綠巖體中的尖晶石；富鉻成分系列以富鉻(Cr#變化于0.55～0.87)為特征，典型代表為東巧、大道爾吉蛇綠巖體中的尖晶石(鮑佩聲等, 1999)。普蘭地幔橄欖巖鉻尖晶石Cr#(0.17～0.72)變化范圍大(表1、表2)，涵蓋了前兩類鉻尖晶石的范圍(圖4)，符合富鋁-富鉻系列的特征，類似的特征在羅布莎、東波、澤當(dāng)都有發(fā)現(xiàn)(熊發(fā)揮等, 2013; 鮑佩聲等, 2015; Xiongetal., 2016)，前人認(rèn)為這反映了橄欖巖更為復(fù)雜的多期熔融歷史(鮑佩聲, 2009)，有學(xué)者用早期洋中脊環(huán)境形成貧鉻富鋁的尖晶石，晚期俯沖體系流體作用形成富鉻尖晶石來解釋(Zhouetal., 1996, 2014; Xiongetal., 2017)，也有學(xué)者用洋底水平滑動(dòng)產(chǎn)生的推覆作用或蛇綠巖侵位時(shí)的構(gòu)造混雜作用所導(dǎo)致的不同地區(qū)的洋殼及地幔擠到了一起來解釋(史仁燈, 2005)。

對(duì)鉻尖晶石成分的進(jìn)一步分析表明尖晶石特征差異明顯，根據(jù)Cr#可將鉻尖晶石分為高Cr#(>0.6)和低Cr#(<0.6)兩類，類似的特征在鉻尖晶石的Cr2O3-Al2O3圖解及FeO-MgO圖解中均有體現(xiàn)(圖4a, b)。同時(shí)三種鏡下特征不同的鉻尖晶石在化學(xué)成分上同樣表現(xiàn)為明顯的差異性：Ⅰ類鉻尖晶石Cr#較高(>0.6)，介于0.66～0.72之間，平均值～0.70，Mg#變化于0.43～0.57之間；Ⅱ類鉻尖晶石Cr#為0.17～0.42，低于Ⅰ類鉻尖晶石，Mg#為0.63～0.77；Ⅲ類鉻尖晶石Cr#為0.17～0.28，低于Ⅰ類鉻尖晶石，Mg#為0.67～0.77(表1、表2)。

6 討論

6.1 鉻尖晶石成因探究

地幔橄欖巖作為原始地幔發(fā)生不同程度部分熔融作用抽取出熔體后的殘留相，其化學(xué)成分可用于揭示地幔部分熔融程度以及地幔交代等作用(O’Hara, 1968; Bottinga and Allègre, 1978; 鮑佩聲, 2009; 徐夕生和邱檢生, 2010; 張宏飛和高山, 2012)。在部分熔融過程中，鉻尖晶石中的鉻是相容元素，優(yōu)先留在殘留相，鋁是不相容元素，優(yōu)先進(jìn)入熔體相(Dick and Bullen, 1984)，所以隨著巖石部分熔融程度的提高，地幔橄欖巖副礦物鉻尖晶石的Cr#會(huì)相應(yīng)升高(鮑佩聲等, 1999)。

熔體-巖石反應(yīng)也會(huì)影響地幔橄欖巖成分尤其是賦存其中礦物的化學(xué)組分(Zhouetal., 1996; Pearceetal., 2000; Dareetal., 2009)，如造成鉻尖晶石和單斜輝石中TiO2的富集(Edwards and Malpas, 1995; Zhouetal., 2005)。前人研究表明：鉻尖晶石與MORB熔體相互作用會(huì)導(dǎo)致TiO2的富集，但并不影響鉻尖晶石的Cr#(Pearceetal., 2000; Choietal., 2008)；鉻尖晶石與玻安質(zhì)熔體反應(yīng)會(huì)使鉻尖晶石同時(shí)富TiO2、富Cr#(Zhouetal., 1996; Zhouetal., 2005; Choietal., 2008; Xiongetal., 2017)。因而鉻尖晶石成分可以用于約束巖石部分熔融程度及熔體-巖石相互作用(Irvine, 1965; Dick and Bullen, 1984; 鮑佩聲等, 1999; Hellebrandetal., 2001)。

表1Ⅰ類鉻尖晶石及輝石主量元素特征(wt%)

Table 1 Major elements composition of Type Ⅰ spinels and pyroxenes (wt%)

測(cè)點(diǎn)號(hào)礦物K2OCaOTiO2Na2OMgOAl2O3SiO2Cr2O3MnOFeOFe2O3NiOTotalMg#Cr#PL1419-1-1PL1419-1-2PL1419-1-3PL1419-2-1PL1419-2-2PL1419-2-3PL1419-2-9PL1419-3-1PL1419-3-2PL1419-3-3Spl0.000.030.100.0410.6214.090.0552.090.2417.373.500.0998.210.520.710.010.000.090.0710.6014.110.0551.400.1716.794.300.1597.730.530.710.000.000.070.158.2213.650.0449.900.3219.964.900.0497.240.430.710.210.110.090.9210.9416.660.0549.130.2614.915.200.1098.570.570.660.020.050.110.1010.3513.830.0753.020.2216.843.900.0898.570.530.720.060.060.100.4410.6515.400.0750.290.2416.015.280.0998.690.540.690.040.040.090.2710.6415.840.0749.620.1916.574.000.1197.470.540.680.020.020.080.029.2114.440.0051.260.2619.134.000.0898.520.460.700.080.010.090.728.7415.120.0349.320.3218.825.200.0598.510.460.690.000.030.050.038.9514.770.0050.330.2819.694.000.0098.120.450.70測(cè)點(diǎn)號(hào)礦物CaOTiO2Na2OMgOAl2O3SiO2Cr2O3MnOFeOTWoEnFsTotalMg#Cr#PL1419-1-4PL1419-1-5PL1419-2-6PL1419-2-7PL1419-2-8PL1419-1-6PL1419-1-7PL1419-1-8PL1419-1-9PL1419-2-4PL1419-2-5OpxCpx0.690.030.0435.281.0357.820.420.135.701.2790.268.36101.140.930.220.730.030.0535.200.9957.900.410.125.631.3590.248.26101.050.920.220.640.030.2435.480.8857.670.330.165.471.1790.077.98100.900.950.200.620.000.2435.260.9057.570.370.145.501.1490.048.04100.590.940.220.550.000.3235.020.8857.130.450.125.411.0289.987.9499.880.950.2512.760.020.0923.331.4057.410.600.041.7927.2569.303.1297.430.960.2212.760.030.2023.012.4956.730.800.061.9527.3068.503.4198.030.950.1823.740.000.1918.100.9654.440.670.081.7146.8749.722.7499.870.960.3223.950.030.1218.370.8454.740.660.051.5047.0250.182.38100.260.960.3523.970.000.3618.221.0554.800.610.101.7046.6749.342.72100.800.990.2823.120.000.4918.040.7253.710.500.051.6145.8849.812.5698.230.990.32

注：Mg#=100Mg/(Mg+Fe2+)；Cr#=100Cr/(Cr+Al)；Spl-鉻尖晶石；Opx-斜方輝石；Cpx-單斜輝石

圖4 尖晶石成分與演化趨勢(shì)圖解 (a、b)鉻尖晶石成分演化趨勢(shì)；(c、d)鉻尖晶石化學(xué)成分與構(gòu)造環(huán)境判別圖(底圖據(jù)Kamenetsky et al., 2001; Dubois-Cté et al., 2005). 文獻(xiàn)數(shù)據(jù)引自徐向珍等, 2011; 周文達(dá), 2015; 龔小晗, 2017. MORB-洋中脊玄武巖；ARC-島弧巖漿巖；OIB-洋島玄武巖；LIP-大火成巖省Fig.4 Composition and evolution trend diagrams of the spinels

表2Ⅱ類及Ⅲ類鉻尖晶石主量元素特征(wt%)

Table 2 Major elements composition of Type Ⅱ and Type Ⅲ spinels (wt%)

測(cè)點(diǎn)號(hào)(Ⅱ類)K2OCaOTiO2Na2OMgOAl2O3SiO2Cr2O3MnOFeOFe2O3NiOTotalMg#Cr#PL12060.000.020.050.0118.4651.210.4115.100.1010.163.000.2898.800.770.17PL12020.000.010.050.0117.8849.100.3516.030.1110.443.800.3098.080.760.18PL14C20.010.000.050.0218.0649.980.1316.600.1010.992.700.2798.910.750.18PL12010.000.030.040.0017.8946.560.5320.210.1110.203.800.2599.620.760.23PL1103B0.000.040.030.0115.7539.970.2626.650.1412.753.100.1798.870.690.31PL1301F-2-30.000.000.030.0014.3935.740.0030.520.1414.472.650.1498.090.640.36PL1301F-2-10.000.020.000.0314.1535.560.0030.820.1815.262.000.0898.110.630.37PL14I1-2-20.140.020.020.2115.1335.580.0331.080.1312.562.800.1297.810.680.37PL14I1-2-30.020.000.050.0915.1435.830.0031.480.1113.242.200.1098.250.670.37PL14I1-2-10.120.010.070.3615.2935.100.0331.640.1112.452.800.1698.130.690.38PL1202-20.000.010.060.0117.9449.960.2316.600.1410.642.180.3198.080.820.38PL14I1-1-110.000.000.010.0015.2235.380.0032.350.1213.061.800.1498.080.680.38PL14I1-3-20.050.010.060.3315.2934.850.0131.900.1312.463.000.2098.280.690.38PL1301F-2-20.020.000.050.0214.6234.790.0231.850.1614.213.000.1398.860.650.38PL14I1-3-10.020.010.020.1215.2235.050.0132.180.1313.032.500.1298.410.680.38PL14I1-4-10.040.000.080.0915.3335.150.0332.360.1012.752.000.1498.060.680.38PL14I1-4-20.050.000.070.1815.5435.000.0132.230.1212.562.500.1498.390.690.38PL1301F-1-30.000.000.030.0114.7534.660.0532.260.1014.432.000.0998.360.650.38PL14I1-1-130.000.000.040.0515.3934.660.0032.630.1213.162.400.1598.580.680.39PL14I1-1-120.010.000.040.0415.1534.530.0032.520.1413.052.000.1097.570.680.39PL1301F-1-20.020.000.030.0614.3334.000.0132.120.1714.332.600.1197.760.640.39PL14I1-2-50.000.010.040.0314.8134.670.0232.820.1513.712.200.1498.600.660.39PL1301F-3-30.000.010.030.0214.1833.660.0132.130.1914.713.360.0798.370.630.39PL14I1-1-110.010.000.090.0515.5634.690.0033.220.1512.662.780.1499.350.690.39PL14I1-1-100.000.000.050.0615.2434.480.0233.170.1312.812.200.1198.260.680.39PL14I1-4-30.030.000.050.0915.2734.350.0333.300.1512.692.200.1198.280.680.39PL14I1-3-30.020.030.030.0615.1733.780.0833.110.1412.863.000.1698.440.680.40PL1301F-3-20.000.020.050.0414.5733.000.0033.360.1313.662.500.1697.490.660.40PL1301F-1-10.000.040.050.0914.4832.540.0133.830.1713.442.600.1797.410.660.41PL1301F-3-10.000.020.040.0214.4431.990.0034.650.1513.562.400.1097.360.660.42測(cè)點(diǎn)號(hào)(Ⅲ類)K2OCaOTiO2Na2OMgOAl2O3SiO2Cr2O3MnOFeOFe2O3NiOTotalMg#Cr#PL1420-4-1-10.010.010.060.0019.3752.290.0215.780.1210.012.400.29100.350.780.17PL1420-4-1-20.020.000.050.0218.8251.530.0315.390.1210.262.500.3599.080.770.17PL1420-4-2-10.000.000.060.0119.0952.110.0115.810.1010.182.300.2999.970.770.17PL1420-4-2-20.010.040.050.0218.8151.780.0415.680.1210.412.120.3599.420.760.17PL1202-20.000.010.060.0117.9449.960.2316.600.1410.802.000.3198.060.720.18PL14C50.000.060.060.0416.9144.720.2121.940.1212.092.420.2498.810.680.25PL1105B0.000.010.040.0116.4542.450.0224.870.1812.562.000.2098.790.670.28

圖5 鉻尖晶石及輝石化學(xué)成分 (a)尖晶石TiO2-Cr#成分圖解；(b)尖晶石Cr#-橄欖石Mg#圖解，鉻尖晶石礦物特征見背反射圖像；(c)單斜輝石的Mg#-Al2O3成分圖解；(d)斜方輝石的Mg#-Al2O3成分圖解，輝石礦物特征見背反射圖像. 底圖分別引自Arai, 1992; Pearce et al., 2000. 文獻(xiàn)數(shù)據(jù)引自徐向珍等, 2011; 龔小晗, 2017. MORB-洋中脊玄武巖；IAT-島弧拉斑玄武巖；BON-玻安巖；OSMA-地幔橄欖巖橄欖石-尖晶石陣列；FMM-富集的洋中脊地幔Fig.5 Chemistry component of chromian spinels and pyroxenes

Ⅰ類鉻尖晶石呈自形-半自形棕褐色賦存于少量方輝橄欖巖及部分純橄巖中，寄主巖石多呈透鏡狀分布于普蘭巖體中。巖石以高溫韌性變形為主，鉻尖晶石無定向分布，表明其并非機(jī)械混入。對(duì)鉻尖晶石成分掃面結(jié)果顯示：1)富Cr顆粒與鉻尖晶石形態(tài)吻合，且明顯富Ti，表明尖晶石形成受到了熔體影響；2)富Ca、貧Mg顆粒(單斜輝石)定向分布，單斜輝石與斜方輝石構(gòu)成出溶結(jié)構(gòu)系，表明巖體經(jīng)歷了高溫成分再平衡；3)斜方輝石出溶方向存在少量出溶形成的富Cr顆粒，但含量明顯低于鉻尖晶石，表明斜方輝石鉻的釋放不足以再結(jié)晶形成鉻尖晶石。

高Cr#(～0.70)、高FeO(～20%)的特征暗示Ⅰ類尖晶石經(jīng)歷了高程度的部分熔融，且可能經(jīng)歷了磁鐵礦礦化(圖4、圖5a)。地幔橄欖巖斜方輝石中的Al2O3含量與巖石的部分熔融程度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(Dick, 1977)，同樣可以用于指示巖石的部分熔融程度。巖體經(jīng)歷高溫再平衡之后，包裹鉻尖晶石的斜方輝石具有極低的Al2O3含量，暗示巖石所經(jīng)歷的高程度部分熔融作用。然而賦存輝石的Mg#甚至高于普蘭難熔純橄巖相輝石的Mg#(圖5c, d)，這表明巖石不止經(jīng)歷了高程度的部分熔融，同時(shí)可能受到富鎂熔體的影響。對(duì)寄主方輝橄欖巖的研究表明其具有高的全巖FeOT含量(～9%)，暗示了鉻尖晶石形成過程受到了富硅熔體影響(Herzberg, 2004; 龔小晗, 2017)。尖晶石高TiO2(0.10%～0.11%)的特征表明熔體-巖石反應(yīng)影響了鉻尖晶石的形成，對(duì)寄主巖石與輝石的分析表明存在富硅、富鎂熔體作用，這與尖晶石富Cr#、富TiO2的成分演化趨勢(shì)相吻合，也與前人對(duì)普蘭純橄巖體母巖漿性質(zhì)的反演結(jié)果一致(Suetal., 2019)。因此可推測(cè)Ⅰ類鉻尖晶石形成經(jīng)歷了高程度的部分熔融，又受到了富硅、富鎂玻安質(zhì)熔體的影響。

Ⅱ類鉻尖晶石呈半自形-他形棕色賦存于二輝橄欖巖及方輝橄欖巖中，其寄主巖石構(gòu)成了普蘭巖體的主體?！吧酄铋蠙焓薄ⅰ案蹫碃顔涡陛x石”的廣泛分布表明寄主巖石主要受到了部分熔融作用的影響(圖2、圖3b, e)，寄主巖石巖性暗示一種低-中等程度的部分熔融，地幔橄欖巖主量元素FeO-MgO圖解、MgO-Al2O3圖解指示普蘭二輝橄欖巖及方輝橄欖巖的部分熔融程度為9%～25%(徐向珍等, 2011; 熊發(fā)揮等, 2013; 周文達(dá), 2015)，基于全巖稀土元素特征模擬重建的普蘭地幔橄欖巖部分熔融程度為10%～25%(周文達(dá), 2015; 龔小晗, 2017)。鉻尖晶石化學(xué)成分同樣可以用于指示巖石部分熔融程度、熔體-巖石相互作用(Dick and Bullen, 1984; Pearceetal., 2000)。據(jù)Hellebrandetal. (2001)提出的公式，借助Ⅱ類尖晶石的Cr#可得普蘭地幔橄欖巖經(jīng)歷的部分熔融程度范圍為8%～20%，這與尖晶石Cr#-Mg#圖解、Cr#(Spl)-Fo(Ol)圖解的結(jié)果相符(圖4d、圖5a, b)，也與寄主巖石巖性、全巖主量元素、稀土元素推測(cè)的部分熔融程度相符，表明Ⅱ類鉻尖晶石主要受到了部分熔融作用的影響，鉻尖晶石的TiO2含量<0.6%，說明熔體-巖石反應(yīng)對(duì)尖晶石組分的改造十分有限(Dick and Bullen, 1984; Seyleretal., 2003)，即Ⅱ類鉻尖晶石主要為部分熔融成因，可能遭受了極輕微的熔體交代影響。

普蘭地幔橄欖巖Ⅲ類鉻尖晶石與輝石構(gòu)成后成合晶結(jié)構(gòu)，類似的結(jié)構(gòu)在其它地幔巖體中也曾發(fā)現(xiàn)，如日本的Nikanbetsu地幔橄欖巖、西班牙的地幔捕虜體、阿爾卑斯造山帶橄欖巖中的Lanzo巖體(Takahashi, 2001; Piccardoetal., 2007; Shimizuetal., 2008)。有關(guān)這種后成合晶結(jié)構(gòu)的解釋并不唯一，以Leblanc為代表的研究者認(rèn)為是方輝橄欖巖中斜方輝石在部分熔融過程中，釋放出晶格中的Cr形成鉻尖晶石并與未完全反應(yīng)殆盡的輝石組成，屬部分熔融殘余成因(Leblanc, 1980b; 鮑佩聲, 2009; 王澤利等, 2012)；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為是方輝橄欖巖中的輝石出溶形成的(Basu and MacGregor, 1975)。但構(gòu)成后成合晶的輝石中Cr2O3的含量相較其它樣品并未出現(xiàn)明顯虧損(表3)，且考慮到幔源包體中斜方輝石的Cr2O3含量以及構(gòu)成后成合晶的輝石、鉻尖晶石的體積比后可以發(fā)現(xiàn)斜方輝石中的Cr2O3并不足以通過部分熔融或是高溫出溶形成鉻尖晶石，Ⅰ類鉻尖晶石的面分析結(jié)果同樣證明了這一點(diǎn)，這表明以上兩種解釋并不適用于這類鉻尖晶石。

Norlanderetal. (2002)認(rèn)為尖晶石構(gòu)成的后成合晶結(jié)構(gòu)可能是礦物分解的結(jié)果。運(yùn)用EBSD(Electron Back Scattered Diffraction)對(duì)構(gòu)成后生合晶結(jié)構(gòu)的礦物進(jìn)行空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析表明組成后成合晶的各礦物結(jié)晶方位大致相同(圖6o)，具體表現(xiàn)為斜方輝石和單斜輝石具有一致的結(jié)晶學(xué)優(yōu)選方位，它們的[100]平行于尖晶石的[111]，表明其是由同一礦物分解而來(Suhretal., 2008)。基于“石榴子石+橄欖石=斜方輝石+單斜輝石+尖晶石”反應(yīng)(Takahashi, 2001)來重建石榴子石組分，通過成分對(duì)比、尤其是單斜輝石與地幔石榴子石的稀土元素特征對(duì)比(圖6p)，表明是含有輝石固溶體的超硅石榴子石減壓分解形成了尖晶石和輝石所組成的后成合晶結(jié)構(gòu)，成分與大陸巖石圈地幔石榴子石相橄欖巖中的石榴子石類似(Schulze, 2003; Gongetal., 2016; 龔小晗, 2017)。綜上，可以推測(cè)Ⅲ類鉻尖晶石形成于石榴子石相橄欖巖上涌向尖晶石相地幔橄欖巖過渡的過程中，石榴子石發(fā)生減壓分解，形成了鉻尖晶石和輝石后成合晶。

表3地幔橄欖巖及幔源包體中斜方輝石Cr2O3含量(wt%)

Table 3 The Cr2O3content of orthopyroxenes in mantle peridotites and mantle-derived xenoliths (wt%)

樣品本次研究普蘭普蘭中國東部平均日本聯(lián)邦德國方輝橄欖巖—0.690.50———二輝橄欖巖0.680.700.74———幔源包體———0.380.550.94

注：數(shù)據(jù)引自徐向珍等, 2011; 劉飛等, 2013; 周文達(dá)等, 2014; 龔小晗, 2017

6.2 鉻尖晶石成因意義

圖6 鉻尖晶石成分面分析 (a) Ⅰ類鉻尖晶石背反射照片；(b-h) Ⅰ類鉻尖晶石元素分布特征；(i) Ⅲ類鉻尖晶石背反射照片(PL1420)；(j-n) Ⅲ類鉻尖晶石元素分布特征；(o)后成合晶中Opx、Cpx、Spl等的結(jié)晶學(xué)優(yōu)選方位，空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析表明不同礦物相具有一致的結(jié)晶方位(PL1210)；(p)后成合晶結(jié)構(gòu)礦物組合中單斜輝石的稀土元素特征，其與大陸巖石圈地幔捕虜體中石榴子石的稀土元素特征范圍顯示出高度的一致性.(o、p)引自龔小晗, 2017Fig.6 Elemental distribution mapping of the chromian spinels

地幔橄欖巖在形成過程中受部分熔融作用影響，在不同的構(gòu)造區(qū)域主導(dǎo)部分熔融的因素存在差異(徐夕生和邱檢生, 2010)。熱點(diǎn)附近以溫度增高主導(dǎo)的部分熔融為主；俯沖帶以巖石脫水造成的部分熔融為主，且礦物的脫水作用與巖石部分熔融作用相互促進(jìn)(Zhengetal., 2016)，也有研究表明符合年輕的洋殼以及高剪應(yīng)力導(dǎo)致的高溫條件的俯沖帶同樣可以發(fā)生無水部分熔融(Peacocketal., 1994)。減壓熔融多發(fā)生在裂谷、大洋中脊等伸展構(gòu)造主導(dǎo)地區(qū)的地幔巖石上升過程(Winter, 2014; 陳靈, 2016)，期間壓力變化會(huì)導(dǎo)致礦物相由不穩(wěn)定向穩(wěn)定變化，如石榴子石相-尖晶石相的變化、對(duì)應(yīng)的標(biāo)志如地幔橄欖巖中石榴子石退變形成的后成合晶結(jié)構(gòu)。Robinson and Wood (1998)以洋中脊玄武巖-地幔巖為原材料完成的地幔橄欖巖尖晶石-石榴子石相轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)表明：在MORB-地幔巖中，石榴子石向尖晶石轉(zhuǎn)換的臨界條件為固相線溫度1470℃，壓力為28kbar，深度約為85km；Walteretal.(2002)運(yùn)用原位X射線分析技術(shù)得出1575℃時(shí)，不變點(diǎn)的壓力為25.1±1.2kbar(Walteretal., 2002; 周金城和王孝磊, 2005)，遠(yuǎn)低于龔小晗等測(cè)得的普蘭穩(wěn)定石榴子石相地幔橄欖巖的P-T條件(龔小晗, 2017)，為普蘭地幔橄欖巖石榴子石-尖晶石相變提供了理論基礎(chǔ)。

圖7 鉻尖晶石成因示意圖(據(jù)Shimizu et al., 2008修改)Fig.7 Schematic illustration showing the genesis of chromian spinels (after Shimizu et al., 2008)

三種不同成因類型的鉻尖晶石尤其是石榴子石退變質(zhì)形成的鉻尖晶石出現(xiàn)在同一巖體中，指示普蘭地幔橄欖巖復(fù)雜的成因歷史。其中Ⅰ類鉻尖晶石(Cr#>0.6)賦存的純橄巖呈透鏡狀分布，暗示普蘭地幔巖局部經(jīng)歷了高程度部分熔融事件；Ⅱ類鉻尖晶石(Cr#<0.6)賦存巖相構(gòu)成了普蘭蛇綠巖的主體，暗示普蘭地幔巖整體經(jīng)歷了低-中等程度的部分熔融，類似于洋中脊環(huán)境；Ⅲ類鉻尖晶石蘊(yùn)含的大陸巖石圈地幔屬性暗示普蘭巖體可能經(jīng)歷了以堿性巖組合和雙峰式火成巖組合為特征的威爾遜旋回初期的大陸裂解階段(錢青和王焰, 1999; 王焰等, 2000)。依據(jù)板塊構(gòu)造理論、蛇綠巖成因機(jī)制以及鉻尖晶石的巖相學(xué)和化學(xué)成分特征，推測(cè)普蘭地幔橄欖巖至少經(jīng)歷兩個(gè)連續(xù)的過程：一是根據(jù)呈現(xiàn)超硅石榴子石假象的尖晶石-輝石后成合晶，推測(cè)巖體經(jīng)歷了石榴子石相向尖晶石相轉(zhuǎn)變的過程，可能發(fā)生在威爾遜旋回大陸裂解階段，地幔巖石底辟上升、壓力降低、減壓熔融的過程；二是巖體經(jīng)歷了不同程度的部分熔融及熔體-巖石作用，指示地幔巖石在持續(xù)上升過程中由于減壓而不斷地發(fā)生部分熔融作用，形成了Ⅱ類鉻尖晶石，隨后在局部高度部分熔融事件以及富硅、富鎂玻安質(zhì)熔體的作用下形成了Ⅰ類鉻尖晶石(圖7)。

7 結(jié)論

普蘭地幔橄欖巖副礦物鉻尖晶石Cr#(0.17～0.72)分布范圍較大、其成分演化符合富鋁-富鉻系列的特征。根據(jù)巖相學(xué)觀察、化學(xué)成分分析對(duì)比可將其分為三類：Ⅰ類鉻尖晶石：自形分布，高Cr#、富TiO2，為部分熔融作用+玻安巖熔體交代成因；Ⅱ類鉻尖晶石：半自形-他形分布，低Cr#、貧TiO2，為部分熔融改造成因；Ⅲ類鉻尖晶石：呈棒狀、蠕蟲狀與輝石交生在一起構(gòu)成后成合晶結(jié)構(gòu)，為高硅石榴子石退變分解成因。

綜合分析表明普蘭地幔橄欖巖體可能經(jīng)歷了威爾遜旋回早期大陸巖石圈地幔橄欖巖上涌退變、減壓熔融的過程，巖體主體經(jīng)歷了低-中等程度的部分熔融，類似于大洋中脊環(huán)境，局部巖體發(fā)生了高程度的部分熔融作用，受到了富硅、富鎂玻安質(zhì)熔體的影響。

致謝感謝兩位匿名審稿人提出的極其寶貴的意見，讓本文質(zhì)量得到了提高！編輯部老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、細(xì)致入微的相應(yīng)指導(dǎo)，不僅提高了文章質(zhì)量，也給筆者上了人生中極為重要的一課，在此衷心表示感謝！同時(shí)也感謝中國科學(xué)院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室謝靜老師、岳雅慧老師在實(shí)驗(yàn)過程中給予筆者無私的幫助！