雅鲁藏布江中段日喀则地区却顶布—路曲地幔橄榄岩岩石地球化学特征、成因及其地质意义

Geochemical characteristics, genesis and geological significance of Quedingbu-Luqu peridotites in the Xigaze area, middle Yarlung Zangbo suture zone

摘要

日喀则蛇绿岩是雅鲁藏布江缝合带的重要组成部分,但是对该蛇绿岩的成因和构造背景还存在较大的争议。本文以日喀则地区却顶布—路曲蛇绿岩为研究对象,通过详细的野外地质、岩石学、矿物化学及岩石地球化学研究,显示该蛇绿岩主要由方辉橄榄岩组成,另有少量辉长岩、辉绿岩和玄武岩。与路曲方辉橄榄岩相比,却顶布方辉橄榄岩中橄榄石的Fo值较低,斜方辉石Al₂O₃和Cr₂O₃含量较高,单斜辉石Al₂O₃含量和Cr^#值较高,尖晶石Cr^#值和TiO₂含量较低。却顶布—路曲方辉橄榄岩具有较高的MgO含量和较低的Al₂O₃、CaO、TiO₂含量,稀土元素总量为(0.17~1.63)×10^-6,低于原始地幔和亏损地幔。路曲方辉橄榄岩的LREE/HREE和(La/Yb)_N比值较高,分别为1.34~9.22和0.56~12.14;却顶布方辉橄榄岩与其相反,LREE/HREE和(La/Yb)_N比值分别为0.29~0.81和0.11~0.25。路曲方辉橄榄岩呈轻稀土富集型的U型稀土元素配分模式;却顶布方辉橄榄岩为轻稀土亏损型的左倾型稀土元素配分模式。路曲方辉橄榄岩和却顶布方辉橄榄岩具有近似的微量元素分布特征,但是又有一定区别,路曲方辉橄榄岩大离子亲石元素Rb、Ba高于却顶布方辉橄榄岩,但K、Sr低于却顶布方辉橄榄岩。却顶布—路曲方辉橄榄岩的源区可能来源于地幔中的尖晶石相二辉橄榄岩。却顶布—路曲方辉橄榄岩矿物化学和全岩地球化学特征与深海地幔橄榄岩相似。矿物学和全岩岩石地球化学特征显示却顶布方辉橄榄岩为经历了10%~15%部分熔融的残余,路曲方辉橄榄岩为经历了20%~25%部分熔融的残余。却顶布—路曲方辉橄榄岩形成于慢速-超慢速拉张的洋中脊环境。日喀则蛇绿岩的多样性与源区部分熔融程度和后期流体交代密切相关。

关键词

雅鲁藏布江缝合带 / 却顶布—路曲蛇绿岩 / 地幔橄榄岩 / 岩石成因

Key words

Yarlung Zangbo suture zone / Quedingbu-Luqu ophiolite / peridotite / petrogenesis

0 引言

蛇绿岩作为出现于活动大陆边缘的古洋壳和上部地幔的残片,记录了古洋盆演化过程中大洋岩石圈动力学和大地构造学信息,是研究陆块拼贴和洋陆演化过程的重要依据^{[1⇓⇓⇓-5]}。蛇绿岩最初认为产生于大洋中脊,但随着研究的深入,蛇绿岩也可以形成于俯冲带环境,与沟-弧-盆体系相对应,可以产生在弧前、岛弧和弧后^[6-7]。地幔橄榄岩作为蛇绿岩的重要组成部分,经历了地幔熔融过程以及后期与流体/熔体反应,对研究大洋岩石圈演化具有重要意义^[8-9]。青藏高原是全球典型的大陆碰撞造山带,经历了长期构造演化,分布着数条巨型蛇绿岩带^{[10⇓⇓⇓-14]}。雅鲁藏布江蛇绿岩带是青藏高原南部印度板块和欧亚板块重要的分界线,代表新特提斯洋盆的残余^[15⇓-17]。日喀则蛇绿岩作为雅鲁藏布江缝合带的重要组成部分,一直是研究的热点。早期研究者对该蛇绿岩的不同单元从不同角度进行了相关的研究,但是该蛇绿岩的成因和构造背景还存在较大的争议,主要分为三种观点:洋中脊(MOR)型、初始洋盆型和俯冲(SSZ)型。近年来随着日喀则蛇绿岩的进一步研究,根据出露于不同地段蛇绿岩残片的特征,洋中脊又可分为正常大洋中脊型^{[18⇓⇓⇓-22]}和大洋晚期洋中脊型^[23];根据蛇绿岩中不同基性岩特征,SSZ型又可分为弧前^{[24⇓⇓-27]}、岛弧^[28]和弧后^{[29⇓⇓-32]}。针对以上争议,本文选择日喀则蛇绿岩却顶布—路曲一带的地幔橄榄岩作为研究对象,通过对其开展岩石学、矿物化学和岩石地球化学等工作,研究地幔橄榄岩成因,并结合早期研究成果,讨论岩石的形成环境,进而为青藏高原新特提斯洋的形成和演化提供新的制约。

1 地质背景

雅鲁藏布江缝合带大体沿雅鲁藏布江分布,主体呈东西向展布,长约2 000 km,被普遍认为是拉萨地块和印度板块的界限。根据蛇绿岩的空间分布,雅鲁藏布江缝合带自西向东分为西段(萨嘎至中印边界)、中段(桑桑至仁布)和东段(曲水至墨脱)三部分。日喀则蛇绿混杂岩构成雅鲁藏布江缝合带中段的主体,包括昂仁、吉定、路曲、下鲁、冲堆、群让、得几、白朗、大竹曲和仁布等岩体,长约100 km,宽约10 km(图1)^{[18,20-21,23,25-26,33⇓⇓⇓⇓⇓⇓-40]}。

日喀则地区自北而南可以划分为冈底斯岩浆岩弧、陆缘山前磨拉石带、日喀则弧前盆地、雅鲁藏布蛇绿岩带和中生代混杂带5个构造单元^[41]。冈底斯岩浆岩弧为新特提斯洋壳在大陆汇聚碰撞俯冲期间产生的大陆岩浆弧,岩浆活动丰富,主体形成时间为晚三叠世至中新世界,峰期分别集中在205~152 Ma、109~80 Ma、65~41 Ma和18~14 Ma四个时期^[42]。陆缘山前磨拉石带主要包括错江顶群(E_1-2)残余弧前盆地滨海相磨拉石、秋乌组(E₂)残余弧前盆地相磨拉石和大竹卡组(E₁-E₃)冈底斯山前陆相磨拉石^[32]。日喀则弧前盆地沉积地层包括日喀则群和错江顶群,前者包括冲堆组、桑祖岗组、昂仁组、帕达那组和曲贝亚组,出露范围较广,以巨厚的昂仁组浊积岩为主体;后者含曲下组和加拉孜组^[43-44]。冲堆组直接覆盖在日喀则蛇绿岩玄武岩之上,下部由灰绿色-紫红色放射虫硅质岩及硅质页岩组成,其中放射虫组合的时代为123~117 Ma^[45];上部为陆源碎屑沉积,砂岩段碎屑锆石年龄最年轻的年龄峰值为116~110 Ma^[46],凝灰岩夹层的锆石年龄约为112 Ma^[44]。

日喀则蛇绿岩出露于日喀则弧前盆地与中生代混杂带之间,其北部大部分被第四系覆盖,少量与日喀则群呈整合或断层接触;南侧与嘎学群和特提斯沉积呈断层接触(图1c)。日喀则蛇绿岩形成时代较为集中,主体介于138~123 Ma。日喀则蛇绿岩套出露较全,具有厚幔薄壳特征^[16,26,41]。日喀则蛇绿岩地幔岩主要由方辉橄榄岩、少量的纯橄榄岩、异剥橄榄岩和二辉橄榄岩组成。日喀则蛇绿岩的地壳一般小于2 km^[47],下地壳主要是厚度小于200 m的超镁铁质堆晶岩,由不同程度蛇纹石化的纯橄岩、嵌晶结构的异剥橄榄岩、橄榄石二辉石岩和橄长岩组成;上地壳厚度小于300 m,主要由块状中粒辉长岩和橄榄辉长岩组成^[48]。日喀则蛇绿岩的火山岩部分主要为紫色到绿色的块状枕状玄武岩。蛇绿岩顶部的沉积物为海相硅质岩、泥岩和沉积在玄武质团块、长英质凝灰岩和火山成因的浊积岩上的细碎屑沉积物^[49]。

本次研究的却顶布—路曲蛇绿岩位于日喀则市以南约10 km,岩块长约10 km,宽约4 km,大致沿北东东-南西西向展布。却顶布—路曲蛇绿岩岩石类型主要包括地幔岩石单元、壳幔构造界面(强变形带)岩石单元和洋壳岩石单元(图2)。地幔岩石单元出露面积大,主体为方辉橄榄岩,部分方辉橄榄岩蛇纹石化。强变形带岩石单元主要为蛇纹石化地幔橄榄岩、蛇纹岩及其中强变形的辉长岩或辉绿岩透镜体和异剥钙榴岩。洋壳岩石单元可划分为层状辉绿岩、辉长辉绿岩、细粒辉长岩及不同类型基性火山熔岩。

2 分析方法

电子探针片磨制在西安瑞石地质科技有限公司完成。矿物主量元素在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室采用JXI-8100型电子探针分析,加速电压15 kV,电流1.0×10^-8A,束斑1 μm。分析结果见表1、表2、表3和表4。

样品碎样工作在河北省廊坊区域地质矿产调查研究所实验室完成,岩石样品首先粗碎至2~4 cm,然后用3%~5%的稀盐酸经超声波清除表面杂质,再研磨至200目。岩石的地球化学成分测试在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室完成。主量元素使用X射线荧光光谱仪法测试。微量元素及稀土元素采用ThermoX7电感耦合等离子质谱仪测定。先将粉末样品(500 mg)置于PTFE坩埚,加入添加剂(1.0 mL高纯HF和1.5 mL高纯HNO₃),按照标准测试程序,反复添加、加热、冷却后,最后在离心管中稀释到50 mL;将所得溶液在电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)上完成测定,分析精度和准确度优于10%。

3 岩石学特征

本次研究选取却顶布蛇绿岩西端进行剖面实测(图1c)。该剖面主体为地幔橄榄岩,地幔橄榄岩中有辉长岩等基性岩脉穿插(图2),地幔橄榄岩边部被蚀变为一定厚度的蛇纹岩,南部和北部蛇纹岩与地幔橄榄岩都呈断层接触。在北部蛇纹岩中含有基性岩包裹体,南部蛇纹岩中有辉长岩脉侵入。剖面南部的层状辉长岩以断层与蛇纹岩相接触,层状辉长岩有薄层玄武岩覆盖其上。剖面北部未见层状辉长岩出露,以砂岩与其呈断层接触(图2)。

方辉橄榄岩风化面呈土黄色,新鲜面呈绿色、暗绿色,具中细粒半自形至它形粒状变晶结构,块状构造(图3)。岩石主要由橄榄石(58%~62%)、斜方辉石(30%~35%),以及少量单斜辉石(1%~2%)、尖晶石(2%~3%)和铁质(1%±)组成。橄榄石呈半自形短柱状、板状或它形粒状,相邻颗粒间呈直线或弯曲接触,橄榄石颗粒相连其边界夹角为120°,具三连点结构,粒径0.1~4.6 mm,表面裂纹发育(图4a),沿裂纹可见蛇纹石和少量滑石呈网状进行交代;部分方辉橄榄岩由于受到后期蚀变,发生蛇纹石化,呈微片状变晶结构,块状构造(图4b)。斜方辉石粒径较大,为0.2~4.8 mm,表面裂纹发育,可见单斜辉石出溶叶片,边界不规则,表明为残留的变斑晶碎片(图4c);尖晶石多呈它形填隙状,少部分半自形粒状(图4d),大小约0.05~1.10 mm,单偏光下呈黄褐色或红褐色;铁质呈它形粒状或填隙状。

4 矿物化学特征

矿物作为组成岩石的集合体,其成分变化与构造环境和物理化学条件密切相关,所以地幔橄榄岩的矿物组成对于研究橄榄岩的岩石成因和构造环境具有重要意义。本文对却顶布方辉橄榄岩样品的主要造岩矿物进行了主量元素电子探针分析,结合Liu等^[20]对路曲蛇绿岩中方辉橄榄岩的电子探针分析结果,通过对比分析其矿物化学特征,研究却顶布—路曲一带地幔橄榄岩的成因,进而探讨其形成的构造环境。

4.1 橄榄石

却顶布橄榄石分析结果见表1。却顶布方辉橄榄岩中的橄榄石Fo值为90.68~91.08,平均为90.87,属于镁橄榄石;NiO含量为0.25%~0.34%,平均为0.28%。与却顶布方辉橄榄岩中的橄榄石相比,路曲方辉橄榄岩中橄榄石的Fo值稍高,为90.09~91.47,平均为90.93;NiO含量明显高于却顶布橄榄石,为0.36%~0.44%,平均为0.41%。

4.2 斜方辉石

却顶布斜方辉石分析结果见表2。却顶布方辉橄榄岩中斜方辉石的En为88.47~90.05,平均值89.21,为顽火辉石。Al₂O₃含量为2.90%~3.93%,平均为3.57%;Cr₂O₃含量为0.78%~1.19%,平均为0.90%;CaO含量为0.46%~1.71%,平均为1.11%;Mg^#值为90.68~91.32,平均为90.98。路曲方辉橄榄岩中斜方辉石与却顶布方辉橄榄岩中斜方辉石的En值较为近似,为88.05~90.10,平均为89.14;Al₂O₃和Cr₂O₃含量低于却顶布方辉橄榄岩中斜方辉石,分别为1.10%~3.46%(平均为2.60%)和0.50%~0.98%(平均为0.74%),Mg^#值为90.32~91.77(平均为91.03)。

4.3 单斜辉石

却顶布单斜辉石分析结果见表3。却顶布方辉橄榄岩和路曲方辉橄榄岩中单斜辉石的En值较低,分别为46.51~47.55(平均值47.17)和47.90~51.03(平均为49.34),为透辉石;NiO含量、Cr₂O₃含量和Mg^#值较为近似,分别为0.02%~0.08%(平均为0.04%)和0.02%~0.07%(平均为0.05%)、1.08%~1.30%(平均为1.20%)和0.80%~1.30%(平均为1.05%)、92.92~93.67(平均为93.20)和92.23~94.19(平均为93.33);却顶布方辉橄榄岩中单斜辉石的Al₂O₃含量高于路曲方辉橄榄岩中单斜辉石,分别为3.82%~4.16%(平均为4.00%)和1.29%~3.92%(平均为2.94%);Cr^#值低于路曲方辉橄榄岩中单斜辉石,分别为15.56~18.08(平均为16.72)和16.53~29.20(平均为19.83)。

4.4 尖晶石

却顶布尖晶石分析结果见表4。却顶布方辉橄榄岩中的尖晶石Cr^#值和TiO₂含量低于路曲方辉橄榄岩中的尖晶石,分别为27.44~31.21(平均为28.91)和36.10~69.17(平均为46.06)、0.00%~0.05%(平均为0.02%)和0.01%~0.11%(平均为0.05%);Mg^#值和Al₂O₃含量高于路曲方辉橄榄岩中的尖晶石,分别为65.66~68.55(平均为67.16)和46.05~66.03(平均为60.43)、40.41%~43.01%(平均为42.01%)和15.55%~37.53%(平均为30.59%)。

5 岩石地球化学特征

本研究用于全岩地球化学分析的地幔橄榄岩样品共9件,其中5件较为新鲜(LOI为0.13%~0.39%),另4件具不同程度的蛇纹石化,具有较高的烧失量(LOI为10.98%~12.54%)(表5)。样品PM801和PM802分别采自路曲和却顶布。为了消除蚀变作用对分析结果的影响,在讨论主量元素特征之前,将蚀变的地幔橄榄岩样品中的挥发组分扣除,并进行归一化,以下讨论均按归一化后的数据进行。

5.1 主量元素

却顶布—路曲方辉橄榄岩的SiO₂含量为43.81%~46.19%,岩石的FeO^T和MgO含量较高,分别为7.72%~8.61%和40.87%~45.66%,Mg^#为90~91,TiO₂、K₂O和Na₂O含量低,分别为0.01%~0.04%、0.001%~0.003%和0.01%~0.06%,Al₂O₃含量变化较大,为0.18%~2.48%,MnO含量为0.07%~0.13%。与原始地幔相比,方辉橄榄岩强烈亏损Al₂O₃和CaO(图5)^{[50⇓⇓-53]}。在Hark图解中,随着MgO含量的增高,方辉橄榄岩中SiO₂、Al₂O₃和CaO含量降低,Ni含量升高,TiO₂和FeO^T与MgO的相关性不明显。

5.2 稀土元素和微量元素

却顶布—路曲方辉橄榄样品ΣREE含量为(0.17~1.63)×10^-6,平均值为0.65×10^-6,远低于原始地幔(ΣREE含量为7.43×10^-6)和亏损地幔(ΣREE含量为4.25×10^-6),显示方辉橄榄岩经历了一定程度部分熔融^[54⇓-56]。路曲方辉橄榄岩的LREE/HREE和(La/Yb)_N比值较高,分别为1.34~9.22(平均为4.00)和0.56~12.14(平均为3.56);却顶布方辉橄榄岩与其相反,LREE/HREE和(La/Yb)_N比值较低,分别为0.29~0.81(平均为0.56)和0.11~0.25(平均为0.20)。整体上路曲方辉橄榄岩样品呈轻稀土富集型,具U型稀土元素配分模式,却顶布方辉橄榄岩为轻稀土亏损型,呈左倾的稀土元素配分模式(图6a)^{[51,53-54,57⇓⇓-60]}。样品δEu为0.58~1.57,大部分样品具Eu负异常。方辉橄榄岩具有较高的Cr和Ni含量,分别为(2 170~5 660)×10^-6和(1 840~2 490)×10^-6;Ba和Rb含量较低,分别为(0.60~4.27)×10^-6和(2.77~7.06)×10^-6,具地幔残留岩石特征^[61]。路曲方辉橄榄岩和却顶布方辉橄榄岩具有近似的微量元素分布特征,但是又有一定区别,整体上路曲方辉橄榄岩大离子亲石元素Rb、Ba高于却顶布方辉橄榄岩,但K、Sr低于却顶布方辉橄榄岩(图6b^[54])。

6 讨论

6.1 源区部分熔融程度对橄榄岩成分影响

在MgO/SiO₂-Al₂O₃/SiO₂图解(图7a)^[62-63]中,却顶布—路曲方辉橄榄岩位于地球序列线上或下方。研究显示,橄榄岩中MgO/SiO₂偏低与海底风化作用使MgO缺失相关^[52]。所以,部分却顶布—路曲方辉橄榄岩样品受到一定海底风化作用影响。在Al₂O₃-Tb/Yb图解(图7b)中,其熔融趋势与尖晶石相地幔源区熔融趋势线近似,显示却顶部—路曲方辉橄榄岩为来源于尖晶石相二辉橄榄岩地幔源区的熔融残余。

岩浆来自源区物质的部分熔融,部分熔融的程度不同导致岩浆的矿物含量、矿物成分和全岩地球化学成分产生相应变化。因此,可以利用岩浆的矿物含量、矿物成分和全岩地球化学成分研究岩浆的部分熔融程度。

(1)矿物含量:在无水条件下,尖晶石相二辉橄榄中的单斜辉石首先熔融进入熔体,单斜辉石的比例越低,指示岩石发生部分熔融的程度越高^[64-65];而石榴石相地幔橄榄岩的部分熔融过程中,单斜辉石可以保存至较高的部分熔融程度^[53]。却顶布—路曲方辉橄榄岩中的单斜辉石的含量小于5%,显示却顶布—路曲地幔橄榄岩经历一定程度部分熔融^[66]。

(2)矿物化学:地幔橄榄岩中矿物的化学成分与部分熔融程度密切相关。研究显示,地幔橄榄岩中橄榄石的Fo值和尖晶石的Cr^#值越高,其部分熔融程度越高^[67];斜方辉石中的Al₂O₃含量越高,其部分熔融程度越低^[68]。却顶布方辉橄榄岩中橄榄石Fo值和尖晶石Cr^#值稍低于路曲方辉橄榄岩,斜方辉石中Al₂O₃含量稍高于路曲方辉橄榄岩,显示路曲方辉橄榄岩的部分熔融程度高于却顶布方辉橄榄岩(图8a)^{[69⇓⇓-72]}。在Fo(Olv)-Cr^#(Spl)和Cr^#(Spl)-Al₂O₃(Cpx)图解(图8)中,路曲方辉橄榄岩的部分熔融程度为15%~30%,却顶布方辉橄榄岩的部分熔融程度在10%左右。

(3)全岩成分:地幔橄榄岩中MgO、CaO、TiO₂和Al₂O₃含量也与部分熔融相关,部分熔融程度越高,作为难熔残留的MgO含量越高,相应的在地幔橄榄岩部分熔融的过程中具不相容元素特征的CaO、TiO₂、Al₂O₃含量越低^[73-74]。却顶布—路曲方辉橄榄岩的MgO含量明显高于原始地幔,CaO、TiO₂、Al₂O₃的含量明显低于原始地幔^[54]。方辉橄榄岩相对于原始地幔亏损,说明却顶布—路曲方辉橄榄岩经历了一定程度的部分熔融^[53]。路曲方辉橄榄岩的MgO含量高于却顶布方辉橄榄岩,CaO、TiO₂、Al₂O₃含量低于却顶布方辉橄榄岩(图5),说明路曲方辉橄榄岩的部分熔融程度高于却顶布方辉橄榄岩。

稀土元素(REE)为不相容元素,较易进入熔体,稀土元素亏损,说明地幔橄榄岩经历过部分熔融^[54]。却顶布—路曲方辉橄榄岩的稀土含量低于原始地幔的稀土元素含量(表5),支持却顶布—路曲方辉橄榄岩经历过熔体的抽取作用。重稀土元素(HREE)较为稳定,不容易受到后期构造运动的影响,常用重稀土元素(HREE)的含量来研究地幔橄榄岩的部分熔融程度^[75]。稀土配分模式显示,却顶布方辉橄榄岩的熔融程度约为10%~15%,路曲方辉橄榄岩熔融程度相对较高,约为20%~25%(图6a)。

以上显示,却顶布方辉橄榄岩和路曲方辉橄榄岩成分差异与源区岩石部分熔融程度相关,却顶布方辉橄榄岩的部分熔融程度低于路曲方辉橄榄岩。

6.2 流体/熔体对岩石成分影响

蛇绿岩套中橄榄岩普遍受到熔体/流体交代作用,从而改变岩石和矿物的物质组成,使其具有不同的特征^[76]。如果地幔橄榄岩经历了熔体的交代作用,会留下相应的反应产物。但是却顶布—路曲方辉橄榄岩基本呈块状构造,大部分没有受到后期岩浆弥漫渗透现象,因此,却顶布—路曲方辉橄榄岩熔体交代现象不明显。高场强元素HFSE(Th、Nb、Ta、Zr和Hf)在低温蚀变过程中具有不活动性,却顶布—路曲方辉橄榄岩大部分高场强元素在原始地幔标准化蛛网图中并没明显富集,部分高场强元素还具有明显的亏损,并且大部分HFSE(Nb、Zr和Ti)与LREE没有明显相关性(图9a-c)^[71],指示轻稀土元素(LREE)的富集过程没有导致高场强元素(HFSE)的富集^[77⇓-79]。相容性元素的双变量图解中,除两个蛇纹石化的样品,却顶布—路曲方辉橄榄岩整体显示部分熔融趋势(图9d-f),岩石与熔体相互作用趋势不明显^[75]。路曲方辉橄榄岩富集大离子亲石元素,稀土元素的U型配分模式,这些特征显示路曲方辉橄榄岩交代介质主要为流体^[80-81]。

蛇绿岩中渗入的交代流体主要有以下三种来源:(1)干的大洋中脊玄武岩经过极端分离结晶后形成的演化熔体^[82];(2)俯冲板块的脱水作用^[83];(3)海水通过脱离断层注入深部地幔^[84]。大洋中脊玄武岩只有经过强烈的结晶分异作用才能形成富水残留岩浆,这是不现实的,因此,第一个假设可以排除。却顶布剖面显示,从蛇绿岩底部到顶部,蛇纹岩化程度逐渐增加,这与来自深部的俯冲向上流体交代蛇绿岩不相符。研究显示,大洋的慢-超慢扩张中心发育薄壳厚幔,大规模的脱离断层有助于海水渗透到深部岩石圈^[47]。却顶布—路曲一带蛇绿岩具有薄壳厚幔,发育拆离断层^[85],拆离断层控制了海水的热液循环。因此,却顶布—路曲方辉橄榄岩中的交代流体更可能来自海水。

在稀土元素球粒陨石标准化配分图中,却顶布—路曲方辉橄榄岩呈现两种不同的变化趋势。路曲方辉橄榄岩呈轻稀土元素(LREE)轻微富集的U型趋势,而却顶布方辉橄榄岩呈左倾的分布趋势(图6a);整体上路曲方辉橄榄岩大离子亲石元素Rb、Ba和轻稀土元素(LREE)高于却顶布方辉橄榄岩,Ti和HREE低于却顶布方辉橄榄岩(图6b)。路曲方辉橄榄岩和却顶布方辉橄榄岩不同的微量元素特征可能与流体对岩石不同的交代程度相关。

6.3 构造意义

却顶布—路曲方辉橄榄岩中尖晶石的Cr^#值低于60,具深海橄榄岩特征^[86]。在却顶布—路曲方辉橄榄岩主要造岩矿物(橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、尖晶石)化学图解和矿物组合化学图解(图10)^{[69,72,75,87-88]}、全岩主量元素MgO与主量元素和微量元素以及Al/Si-Mg/Si图解中却顶布—路曲方辉橄榄岩落入深海橄榄岩范围(图11)^[50,89]。稀土元素配分模式中,却顶布方辉橄榄岩和路曲方辉橄榄岩都落入深海地幔橄榄岩区域(图6a)。以上说明,路曲方辉橄榄岩和却顶布方辉橄榄岩具有洋中脊橄榄岩特征。

冲堆组碎屑锆石的形成年龄(113~110 Ma)与日喀则蛇绿岩(138~123 Ma)近似。冲堆组下部硅质岩直接覆盖到日喀则蛇绿岩玄武岩之上,上部具有陆源碎屑沉积特征,为冈底斯岩浆弧的响应^[85]。古地磁研究显示,弧前沉积记录了与拉萨地体南缘一致的早白垩世古纬度,说明蛇绿岩是日喀则弧前地层的基底^[90]。蛇绿岩与日喀则弧前地层的沉积接触关系和古地磁资料,都不足以证明伸展中心具有SSZ特征。冲堆组陆源碎屑沉积特征可能与扩张中心接近早白垩世的活动大陆边缘相关。

6.4 日喀则蛇绿岩的多样性及其意义

蛇绿岩作为古大洋岩石圈在造山带中的残留,一般认为其形成于大洋扩张脊(MOR)或板块俯冲消减带(SSZ)上的岛弧和弧后盆地、大陆边缘盆地等洋盆^[7]。但是由于洋中脊的拉张速度、俯冲时间先后、俯冲过程中岩浆形成的位置以及流体/熔体的交代程度不同,使这两种划分方案又具有一定的复杂性。造山带在长期的构造演化过程中,往往经历了复杂的地质作用,从初始洋盆的形成,到成熟大洋,再到后期的俯冲,最后到陆陆碰撞,现今保存下来的蛇绿岩并非单一的MOR型或SSZ型的某种形式,可能为不同构造环境的块体拼接而成^[75],这也使得现今保留在造山带中蛇绿岩的构造环境更为复杂。

日喀则蛇绿岩成因复杂,不同地区出露的蛇绿岩有着不同的成因和构造背景,同一地区的蛇绿岩由于不同研究者的侧重点不同,其成因和构造背景也具有一定差异。例如吉定^{[20-21,25,91-92]}、大竹卡^{[20-21,25,93]}、得几^[21,94]和夏鲁蛇绿岩^{[20,27,32-33]},就有慢-超慢速扩张大洋中脊蛇绿岩或晚期大洋中脊与海沟碰撞蛇绿岩、弧前过度伸展蛇绿岩和弧后蛇绿岩等不同观点(表6)^{[18,20-21,23⇓-25,27,32⇓-34,36⇓⇓⇓-40,95]}。

通过对日喀则蛇绿岩的年代学研究发现,蛇绿岩的形成时代范围较窄,为138~123 Ma(图1、表6),以及较均匀的ε_Nd(t)值,说明这些蛇绿岩形成于统一的构造环境。⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素变化范围较大(表6),可能与海水的反应相关^[96]。

对于形成于板块俯冲消减带环境的岩浆岩,一般富集大离子亲石元素和亏损高场强元素,主要岩石类型为较厚玻安岩、岛弧高镁钙碱质火山岩、岛弧拉斑玄武岩和弧前玄武岩^[97⇓-99]。但是,日喀则地区的蛇绿岩往往以地幔橄榄岩为主,其次是辉长岩和玄武岩,只有少量的玻安岩出露,具有慢速-超慢速扩张大洋的特征。所以,日喀则地区玻安岩的出露较难解释其俯冲环境。日喀则地区部分蛇绿岩既具有俯冲特征,又具有洋中脊特征,具有较高的ε_Nd(t)值,与原始地幔近似^[100](图1、表6),这些特征也较难用简单的SSZ环境解释。本文研究的却顶布—路曲地幔橄榄岩,显示两种不同的矿物化学、全岩主量元素、稀土元素和微量元素分布模式,说明日喀则蛇绿岩经历了不均一的流体交代,这是导致日喀则蛇绿岩多样性的原因之一。

7 结论

(1)日喀则却顶部—路曲蛇绿岩以方辉橄榄岩占主体,另有少量辉长岩、辉绿岩和玄武岩。

(2)日喀则却顶布—路曲方辉橄榄岩源区为尖晶石相二辉橄榄岩,却顶布方辉橄榄岩为经历了10%~20%部分熔融的残余,路曲方辉橄榄岩为经历了20%~25%部分熔融的残余。

(3)日喀则却顶布—路曲方辉橄榄岩可能形成于拉萨地体南缘慢速-超慢速扩张洋中脊环境。

审稿专家认真审阅了本文,提出了宝贵的修改意见,使本文更加完善,在此表示衷心的谢意!

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基金资助

国家自然科学基金项目(42172236)

国家自然科学基金项目(41872233)

国家自然科学基金项目(41872235)

中国地质调查局项目(DD20190570)

中国地质调查局项目(DD20230053)

中国地质调查局项目(DD20230355)

陕西省自然科学基础研究计划项目(2020JM-229)

资源与生态环境地质湖北省重点实验室开放基金项目(HBREGKFJJ-202304)

河南省战略性金属矿产成矿规律与找矿预测研究项目(2023-903-XM006)

南阳理工学院交叉科学研究资助项目