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苏本勋等-ESR:蛇绿岩中的地幔橄榄岩:面目全非的古大洋岩石圈地幔残片
2024-01-09 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

蛇绿岩被认为是古大洋岩石圈残片,其地幔序列主要由下部二辉橄榄岩和上部方辉橄榄岩组成,为地幔部分熔融的产物。这些地幔橄榄岩的全岩和矿物化学组成被广泛用来示踪地幔部分熔融过程,如橄榄石的Fo值、尖晶石Cr#以及辉石Al2O3含量等。然而事实并非完全如此,新京葡萄最新官网的苏本勋研究员与合作者,对特提斯带多个蛇绿岩的地幔橄榄岩进行了大量野外和镜下观察以及地球化学分析,并与全球其他地区蛇绿岩进行了总结对比,研究发现:

(1)尖晶石产出状态多样且成分复杂。尖晶石多呈他形,可与单斜辉石、斜方辉石交织共生,亦可以包裹体形式出现在斜方辉石中;尖晶石也普遍含有各类型矿物包裹体,与铬铁矿石中铬铁矿的包裹体发育程度类似(图1);同一蛇绿岩及同一橄榄岩样品中尖晶石成分变化范围非常宽泛,亦可发育成分环带。

图1 蛇绿岩中铬铁矿石(a和b)和橄榄岩(c-i)中的尖晶石形态特征

(2)单斜辉石产出形态复杂,除与尖晶石共生外,或呈团斑状或棒状产出在斜方辉石颗粒内部及反应边,或作为尖晶石中的矿物包裹体,亦可包裹尖晶石、斜方辉石和橄榄石等(图1);化学成分上,其Cr2O3和Al2O3呈正相关关系,与典型部分熔融成因的地幔橄榄岩以及理论上的变化趋势截然相反(图2)。

图2 蛇绿岩地幔橄榄岩中单斜辉石和斜方辉石的Cr2O3-Al2O3相关图解

(3)蛇绿岩中地幔橄榄岩的斜方辉石以颗粒粗大(可达2cm)为特征,然而多数斜方辉石含有尖晶石、单斜辉石、橄榄石、角闪石包裹体,并发育反应边(图1);有些看似颗粒粗大的斜方辉石实则为细粒橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、尖晶石和角闪石的矿物结合体,甚至实则为橄榄石晶体(图3);与单斜辉石组成相似,其Cr2O3和Al2O3含量呈非常好的正相关关系(图2)。

图3 蛇绿岩地幔橄榄岩中粗粒斜方辉石颗粒的产出形态(a-d)以及看似斜方辉石实则为细粒矿物集合体(e和f)和橄榄石

(4)作为地幔橄榄岩含量最多的矿物,橄榄石的成分变化主要体现在微量元素和同位素组成上,尤其是其变化范围较大的Li同位素组成、与理论上和已报道数据“反转”的Fe和Cr同位素组成(显著重于共生的尖晶石同位素组成)以及较高的水含量(图4)。

图4 蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿石中矿物的Fe和Cr同位素及水含量组成

(5)角闪石被认为是地幔交代作用的产物,在橄榄岩中有非常大的成分变化,并与铬铁矿石中的角闪石组成类似;同时,独立产出的角闪石和尖晶石中的角闪石包裹体亦具有可比性;地幔岩石与壳幔过渡带岩石的角闪石显示成分上的连续变化。

(6)野外、手标本观察以及钻孔信息均揭示蛇绿岩地幔序列并非理想的上部方辉橄榄岩下部二辉橄榄岩,而是二者与纯橄岩互层产出,甚至可发育韵律层;岩性之间的宏观和微观尺度的成分变化类似。

上述特征表明蛇绿岩中地幔橄榄岩的所有矿物均经历了形态和成分改造,已很少保留大洋岩石圈地幔部分熔融的信息。改造地幔橄榄岩的相关过程可能与俯冲阶段板片脱水或熔融、铬铁矿床形成引起熔流体渗透、仰冲过程中变质底板脱水或熔融等有关(图5)。

图5 蛇绿岩地幔橄榄岩经历的三种可能的改造过程

研究成果发表于Earth-Science Reviews (苏本勋,潘旗旗,肖燕,景揭俊,Paul T. Robinson,Ibrahim Uysal,刘霞,刘建国. Mantle peridotites of ophiolites rarely preserve reliable records of paleo-oceanic lithospheric mantle[J]. Earth-Science Reviews, 2023, 244: 104544. DOI: 10.1016/j.earscirev.2023.104544) 。研究得到了第二次青藏科考、国家自然科学基金委、岩石圈演化国家重点实验室和新京葡萄最新官网青促会的共同资助。

 
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