1、东秦岭松树沟超镁铁质岩体地球化学和铂族元素特征：对成因的指示4o1 地质论评 GEOLOGICALREVIEWVo1.54NO.1Jan.2008东秦岭松树沟超镁铁质岩体地球化学和铂族元素特征:对成因的指示刘军锋,孙卫东,孙勇,孙亚莉,刘方杰.1)西北大学大陆动力学国家重点实验室,西北大学地质学系,西安,710069;2)中国科学院广州地球化学研究所同位素与年代学重点实验室,广州,510640;3)陕西右 .余属控股集团有限奇仟公司,西安,7】0075内容提要:商南县松树沟超镁铁质岩体位于秦岭造山带商州一丹凤断裂以北 ,出露面积超过 2Okm.,是中国境内出露最大的阿尔卑斯型橄榄岩体,并以侵位
2、方式与秦岭杂岩接触.该岩体主要由细粒纯橄榄岩,中粗粒纯橄榄岩和方辉橄榄岩等组成.地球化学特征显示明显亏损特征,同时不相容元素(从 Rb到 Nb)和 LREE 等元素相对HREE 富集;纯橄榄岩的 PGE 含量明显低于方辉橄榄岩 .与典型蛇绿岩的地幔橄榄岩对比研究,认为该岩体是经过熔体渗滤过程形成的纯橄榄岩体.关键词:超镁铁质岩体;地球化学;PGE;熔体渗滤;松树沟商南县松树沟超镁铁质岩体位于陕西省商南县境内商州一丹风断裂之北.岩体长约 18km,最宽处约 2km,面积约 20km.,是中国境内出露最大的阿尔卑斯型橄榄岩体.岩体走向与围岩一致,呈纺锤状侵位于秦岭杂岩中.由于其岩石组成和出露位置的
3、特殊,对研究秦岭造山带的演化具有重要意义,自发现以来就受到国内外地质工作者的广泛关注(安三元等,1981;许志琴等,1988;李曙光等,1991;刘良等,1995;周鼎武等,1995;董云鹏等,1997;张国伟等,2001;苏犁等,2005;王希斌等,2005;刘军锋等,2005).迄今为止,对该岩体的成因存在较大争议.安三元(1981) 等认为该岩体为地幔部分熔融后的难熔残留物,经过多次迁移和变化,最终“冷“ 侵入而就位.许志琴等(1988), 认为该岩体先后经历了高温和低温两次挤压变形作用.一些学者认为该岩体是蛇绿岩套下部的地幔橄榄岩部分(李曙光等,1991;周鼎武等,1995;董云鹏等,
4、1997;Liueta1.,2004),并进一步指出存在新元古代大洋(张国伟等,2001).王希斌等(2005) 认为松树沟岩体为一处受到角闪岩相变质作用改造的超镁铁质堆晶杂岩体.苏犁等(2005) 认为该岩体是 Rodinia 地幔柱的一部分,并进一步指出该岩体与中国境内普遍发育的,诸如金川岩体(Lieta1.,2005)和华南基性岩墙群一样(Lieta1.,2003),形成于同一地质事件,并指出该岩体源于地幔柱顶部.该岩体成因存在的争议直接限制了秦岭造山带构造演化的深入研究.综上所述,该岩体成因,对研究秦岭造山带的形成和演化具有重要意义.本次工作以地球化学研究为基础,进一步研究其铂族元素特
5、征,结合近年来国内外的研究成果,探讨该岩体的成因.为深入探讨秦岭造山带的构造演化提供该岩体成因的证据.1 采样位置及样品描述松树沟超镁铁质岩体主要由细粒纯橄榄岩组成(约 75),其次为中粗粒纯橄榄岩,方辉橄榄岩和少量的脉状透辉橄榄岩,局部发育豆荚状铬铁矿.岩体外围是榴闪岩和粗粒斜长角闪岩组成的接触变质带,再往外就是斜长角闪岩和秦岭群的大理岩,片麻岩(图 1).测试样品为占主体的纯橄榄岩和含量相对较低的方辉橄榄岩,采自该岩体南侧二者的过渡带,岩体构成及采样位置见图 2.分别选取新鲜的 7 个样品注:本文为国家自然科学基金资助项目(编号 40472043)的成果.收稿日期:20070509;改回日
6、期:20070827;责任编辑:章雨旭.作者简介:刘军锋,男,1978 年生.博士研究生,矿物学 ,矿床学,岩石学专业,主要从事岩石地球化学方面的研究工作.通讯地址710069,陕西省西安市太白北路 229 号,西北大学地质系;电话:029 88302092Email:ljfnwu2002163.corn.58 地质论评 2008 狂图 1 松树沟岩体组成略图Fig.1DistributionoftheSongshugouultramaficmassif1 一变质砂岩;2 一大理岩;3 一白垩系到新近系;4 一富水杂岩;5 一斜长角闪岩;6一秦岭杂岩;7 一韧性剪切带;8 一超镁铁岩体;9 一
7、榴闪岩1-Metamorphicsandstone;2 一 marble;3-Cretaceous-Neogene;4 一Fushuicomplex;5-amphibolite;6-Qinlingcomplex;7 一 ductileshearbelt;8 一 theultramaficmassif;9 一garnetplagioclaseamphibolite图 2 松树沟超镁铁质岩体主要组成岩石分布图,岩体局部发育豆荚状铬铁矿Fig.2DistributionofvariousrocksintheSongshugouultramaficrocks,andthereisalittleband
8、edchromititeinsomemediumdunitel 一细粒纯橄榄岩;2 一中粗粒纯橄榄岩;3 一防辉橄榄岩;4 一透辉橄榄岩;5 一豆荚状铬铁矿fine-graineddunite;2-mediumdunite;3-harzburgite4-olivinediopsiditet5-bandedchromitite第 1 期刘军锋等:东秦岭松树沟超镁铁质岩体地球化学和铂族元素特征 :对成因的指示 59进行元素地球化学测试和 29 个样品进行PGE 测试.纯橄榄岩手标本呈现淡黄一黄绿色,部分出现变质矿物,如蛇纹石,透闪石,镁铁闪石,滑石等.主要矿物为镁橄榄石,顽火辉石和铬铁矿.方辉橄榄
9、岩手标本呈现土黄色,常与中粗粒纯橄榄岩伴生,块状构造,斑状结构.主要矿物是橄榄石(大于 8O%),斜方辉石,在不同的样品中,斜方辉石含量往往变化很大.2 测试方法和标准主量,微量元素的测试在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成.将采来的样品先用水洗,吹干.首先用切割机切去表面风化部分,使样品表面新鲜.为防止污染,用刚玉机械碎样机将样品夹碎为0.53mm.将粗碎的样品挑出约 50g 放入样品磨(LTDT 一 100,日本 CMT 公司生产)中,细碎至 200 目以下.主量元素的分析仪器是日本理学公司生产的 RIX21OO型 X 射线荧光光谱仪.采用中国国家标准样品 GBW07105 和美国地质调
10、查所BCR 一 2 校正准曲线.分析精度优于 5%.微量元素的分析仪器 ICPMS 为 perkinElmer/SCICX 公司新一代有动态反应池的四极杆 ICPMSElan6100DCR,该仪器可以在一般模式和 DRC 模式下运行 .测试采用人工进样,用 Rh 作内标,外标是BHVO-1.具体测试标准及仪器工作参数见文献(柳小明等,2002).铂族元素分离测试在中国科学院广州地球化学研究所同位素与年代学重点实验室完成.采用锍试金法结合 ICPMS 进行,具体操作如下:称取 lOg 全岩粉末样品(200 目),与 24g 硼酸钠,8g 碳酸钠,1.8g 铁,1.Og 镍,1.1g 硫,0.5g
11、 面粉,再加入约 0.1mL.Os 内标,混合均匀后在试金炉内高温(约 1050)熔融 60rain 取出镍扣.用酸溶解后,先蒸出 Os,再用王水溶解过滤沉淀中的其它元素.最后将定容后的样品在 ICP-MS 测试,选用的同位素是:Os,Os,蚰 Ir,的 Ru,Rh,Pt,Pd,具体的实验条件和步骤参见文献(Suneta1.,1998).表 1 松树沟超镁铁质岩体主量元素,微量元素含量Table1MorandtraceelementscontentoftheSongshugouultramaficrocks岩石名称方辉橄榄岩纯橄榄岩样品号 M 一 07MO8N 一 01NO2NO3LrO2LO
12、3SiOz49.4942.9242.4738.6639.3139.OO39.49TiOz1.71O.01O.01O.01O.01O.01O.01AlzO314.41O.250.380.590.12O.310.35TFezO312.938.458.318.3411.177.637.33FeO7.985.825.O24.257.882.381.00FezO34.061.982.733.622.414.996.22MnO0.180.110.110.110.14O.1O0.07Mg06.4946.7545.8544.9147.2O4O.9539.66CaO11.09O.320.470.200.O2O.
13、35O.O3Na202.370.020.070.01O.O30.030.07KzO0.440.010.01O.01O.O10.O1O.01P205O.16O.010.010.01O.O1O.O1O.O1LOI0.5O1.002.067.561.6211.5O13.38总量 99.7799.8399.74100.3999.62100.2O1OO.39Mg#87.888.18887.784.987.787.8Li13.702.0315.91.773.381.991.97Be0.680.0070.0070.0070.0060.0030.O21Sc42.68.09.68.24.977.87.0V303
14、19.429.421.4l7.O19.1l2.8Cr160.3336438692683767327062455Co761581751462111151O3Ni60276729492927205423342226Cu660.420.433.560.291.0050.394Zn9042.452.439.659.335.347.7Ga17.0O.32O.460.590.37O.330.61Ge1.691.O51.O20.941.O2O.941.11Rb8.720.0850.550.0420.0440.0470.241Sr1901.942.917.070.904.340.68Y30.3O.82O.15
15、0.280.24O.110.063Zr109.9O.160.0940.170.0570.0760.065Nb10.0O.O210.O210.0190.0200.0120.033Cs0.1880.0400.3820.013O.O190.0240.059Ba111.04.481.331.082.952.141.84Hf2.970.0060.0080.0090.0060.0070.O21Ta0.670.0320.0450.0170.0330.0080.008Pb3.09O.2330.0431.840.8380.2402.O2Th0.740.0050.0120.0000.0000.0010.000U0
16、.1730.0020.0040.0010.0010.0010.020La8.980.0160.0200.0180.0020.0040.011Ce21.50.0420.0520.0550.0190.0200.024Pr3.050.0050.0050.0050.0010.0010.003Nd15.10.0180.O210.0240.0040.0050.010Sm4.210.0050.0040.0060.0010.0010.003Eu1.360.0020.0010.0030.0010.0010.001Gd4.360.0030.0030.0060.0010.0020.003Tb0.790.0010.0
17、010.0010.0000.0000.000Dy4.690.0060.0050.0090.O010.0020.004Ho1.000.0010.0010.0020.0000.0000.001Er2.610.0030.0070.0080.O010.0020.002Tm0.390.0010.0010.0020.0000.0000.001Yb2.550.005O.O1O0.0140.0040.0050.006Lu0.400.0010.0020.0030.0010.0010.002Mg#=n(Mg*)/(Mg)+n(Fe)?100地质论评3 测试结果3.1 主元素主量元素和微量元素的分析结果见表 1.相
18、对蛇绿岩中的纯橄榄岩和方辉橄榄岩,松树沟纯橄榄岩体含有较高的 MgO 和异常低的 AlO.和 TiO.方辉橄榄岩镁的平均含量高于纯橄榄岩,相应的方辉橄榄岩的 MgO 也高于纯橄榄岩.3.2 微量元素松树沟纯橄榄岩体的微量元素含量远低于球粒陨石,大约是原始地幔含量的 0.1.纯橄榄岩和方辉橄榄岩 REE 显示出线性相关,以近平坦或宽缓的U 型为特征,重稀土相对轻稀土含量较低.这些特征与残留地幔橄榄岩和蛇绿岩中纯橄榄岩所具有的酱,j0.0l0.00l叠彀0.01jO.OOl0.000l高度亏损亲石元素和亏损轻稀土的特征完全不同.这样的稀土模式与蛇绿岩套中难熔地幔橄榄岩从LREE 到 HREE 的稳
19、定递减模式也不同(图 3).松树沟超镁铁岩的微量元素含量以右倾的线形为特征.这种模式反映出富集高场强元素和 LREE相对于 HREE 富集.除此之外,U 相对于相邻元素Th 富集.异常高的 Sr 和 Eu 的正异常与渗滤成因的蛇绿岩中的纯橄榄岩相似.Zr 和 Hf 相对于MREE 显示出微弱的富集.3.3 铂族元素松树沟超镁铁质岩体的 PGE 总量在 0.17.017ng/g 之间(表 2).与球粒陨石标准化曲线纯橄榄岩和方辉橄榄岩均表现为缓慢的负斜率(图4).Ru 与 Ir 之间正相关 ,IPGE(Os,Ir,Ru)与LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuRbBaThUNb
20、LaCePrSrNdZrHfSmEuGdTbDyHoErTmYbLu图 3 松树沟超镁铁质岩体标准化稀土(a)和微量元素(b)模式图(标准化的基础数据据 Suneta1.,1989)Fig.3Chondrite-normalizedREEpartterns(a)andPMnormalizedtraceelementpartterns(b)fortheSongshugouuhramaficrocks(ThedataforNormalizationarefromSuneta1.,1989)1 一方辉橄榄岩;2 一纯橄榄岩;3 一方辉橄榄岩4 一纯橄榄岩1-harzburgiteI2dunite3-
21、harzburgite4dunite第 1 期刘军锋等:东秦岭松树沟超镁铁质岩体地球化学和铂族元素特征 :对成因的指示 61PPGE(Rh,Pt,Pb)之间也有明显的相关性.很明显,纯橄榄岩中 PGE 含量整体上在球粒陨石的 1%o以下,而方辉橄榄岩中 PGE 的含量则主要在球粒陨石的 1%o1 之间,整体上明显高于纯橄榄岩中的PGE 含量.表 2 松树沟超镁铁质岩体铂族元素(ng/gJ测试结果Table2PGEcontents(ng/gJoftheSongshugouultramaficrocks编号 OsIrRuRhPtPdc-01O.3681.0632.376O.2310.488O.35
22、6c-020.6241.1042.0020.4890.2092.491c-030.5870.I921.3070.0950.2510.320c-040.0750.I951.5990.093O.2150.239c-050.0390.3682.1170.I400.2280.267c-060.749I.0872.6550.2750.2540.235c-070.5921.1O12.9060.3260.3930.270c-080.I10.3041.4630.II70.230O.272c-090.I220.3031.0730.0840.479O.468纯橄 c-100.566I.0I21.7290.I360
23、.5440.135榄 c.110.6330.7332.1730.I990.6860.362岩c.120.0540.066O.6570.O590.0930.349c.130.2180.4931.8930.3I6I.0091.771c-140.3170.411I.9010.I93I.0891.361c.150.287O.4631.9350.I68O.459O.374c.16O.2770.615I.3970.I680.4990.421c.170.3880.2311.1590.I30.2460.292c.180.9760.8432.3570.252O.40.327c.190.2330.461.7450
24、.I430.3540.098c-200.0430.2351.2520.10.4520.072c-257.O172.3374.4060.4620.749O.619c-266.0673.3845.4800.7073.5220.886c.276.2783.9307.1270.9354.784I.235方 c-280.723I.9731.1382.1681.7440.052 辉橄 c-304.2954.2877.1591.I484.3630.726榄 c-314.2573.6987.I460.9102.9440.328 岩c-323.9033.4555.8710.8583.1660.398c-332.9572.2733.O810.5492.0390.707c-343.7822.4595.847I.2283.7215.107注:样品由中国科学院厂州地球化学研究所孙亚莉分析 .4 讨论(1)上地幔熔融和熔体迁移是复杂的(Bedard,1989;Kelemeneta1.,1997),地幔熔融模式存在很多争议(Asimow,1999;Kelemeneta1.,1995;Niueta1.,1997).对深海橄榄岩的研究表明,地幔
