盈江县超上地区橄榄辉石岩脉地球化学特征、岩石成因及其构造环境

赵宇新，方 乙

盈江县超上地区橄榄辉石岩脉地球化学特征、岩石成因及其构造环境

赵宇新，方 乙

（西南石油大学，成都 610500）

盈江县超上地区橄榄辉石岩脉的全岩地球化学特征表明：岩脉具有高Al、低Ti、贫P2O5和低碱的特点，属于低钾拉斑系列。另外具有与橄榄岩平衡的原生岩浆相一致的Mg#值为（70.89～72.18）、略微的Eu正异常（δEu=1.16～1.40），轻稀土元素富集，重稀土元素相对平缓；微量元素蛛网图上岩脉富集大离子亲石元素U、Th、Pb等，强烈亏损高场强元素Nb、Ta、Hf、P、Ti等。通过综合分析，认为岩脉岩浆源区为被俯冲板片流体改造过的亏损地幔，由其形成的母岩浆在演化过程中遭受了不同程度的下地壳物质的同化混染作用和有限的结晶分异作用，并可能经历了辉石的堆晶作用。结合区域资料，认为盈江县超上橄榄辉石岩脉形成于岛弧环境，超上地区可能在侏罗纪时期经历了中特提斯洋的俯冲消减。

盈江县超上地区；火成岩；地球化学特征；岩石成因；构造环境

盈江县超上地区橄榄辉石岩脉位于云南省盈江县芒章乡南部，地处欧亚板块和印度板块的结合部，大地构造位置属腾冲地块，属于滇西东特提斯构造域的重要组成部分，经历了海洋俯冲，板块汇聚，碰撞和增生的多个阶段，岩浆活动频繁，构造运动复杂。前人对腾冲地块的研究多从腾冲地块内出露面积达50%以上的花岗质岩石研究中得出[1-9]，但对于腾冲地块内的镁铁-超镁铁质岩石的研究尚不充足。因此本文以滇西腾冲地块盈江县超上地区的橄榄辉石岩脉为研究对象，对其进行岩石学、地球化学分析，结合区域研究资料，分析超上地区的橄榄辉石岩脉的成因机制和源区属性，探讨其构造环境，为腾冲地区的构造演化提供地球化学方面的制约。

1 区域地质背景

腾冲地块在大地构造位置上属于缅泰马微大陆北部，空间上东以泸水—潞西—瑞丽缝合带与保山地块为界，西以雅鲁藏布江—密支那缝合带与西缅甸地块相邻，由西到东依次发育有槟榔江断裂、北东向大盈江断裂、棋盘石－腾冲断裂、龙川江大断裂和龙陵－瑞丽大断裂[1,10-12]。腾冲地块的结晶基底为西北部出露的一套中元古代—新生代的高黎贡山群绿片岩相—角闪岩相变质岩，岩性主要为黑云母斜长片麻岩、花岗片麻岩、混合岩、云母片岩、云母石英片岩、斜长角闪岩、黑云母斜长变粒岩、大理岩及石英岩，其动力变质特征明显，构造变形强烈，其上的盖层以晚古生代—中生代碳酸盐岩为主，间有碎屑岩沉积，不同时代地层之间呈整合、假整合、不整合接触关系。区内出露的中生代—新生代的花岗岩类多受到中、新特提斯洋的俯冲消亡及印度—欧亚板块碰撞的影响，新生代地层以砂岩、泥质岩、泥质灰岩夹薄煤层为特征[3,13-14]。研究区位于盈江县芒章乡超上地区，岩脉多出露于高黎贡山群地层中。

图1 超上地区区域地质简图

2 岩石学特征

超上岩脉岩性主要有橄榄辉长岩、橄榄辉石岩及辉长岩。本文共采集5件橄榄辉石岩样品。超上岩脉主要为橄榄辉石岩，手标本风化面为褐色，新鲜面为灰黑色至黑色，岩石的矿物为半自形粒状结构，矿物分布均匀，具块状构造（图2a）。成分主要由橄榄石、辉石及少量角闪石组成，副矿物有少量金属矿物。橄榄石含量5%～10%，矿物晶体为自形-半自形粒状，粒径0.6～1mm；辉石含量90%～95%，矿物晶体为自形-半自形粒状，粒径0.8～1.6mm，少部分晶体被角闪石交代，多呈堆晶相产出（图2b）。

图2 超上橄榄辉石岩脉手标本照片和矿物显微照片

3 地球化学特征

3.1 测试方法

选取超上橄榄辉石岩脉5个新鲜、无蚀变的样品进行分析测试。样品主量、微量、稀土元素测定在广州澳实矿物实验室完成，主量元素采用ME-XRF26d（X射线荧光光谱分析）进行测试，将代表性样品研磨至200目，取样品0.9g，煅烧后加入9.0g的Li2B4O7-LiBO2助熔物，充分混合后放置在自动熔炼仪中，使之在1050~1100℃熔融熔融，熔融物倒出后形成扁平的玻璃片，再用XRF荧光光谱仪进行测试，分析精度和准确度优于5%；微量元素采用ME-ICP61（四酸消解，等离子光谱分析）进行测试，稀土元素采用ME-MS81（硼酸锂熔融-酸消解，等离子体质谱定量）进行测试，首先将粉碎至200目的样品进行定量处理，将制备的定量样品加入LiBO2溶剂中，混合均匀后，在1000℃以上的熔炉中熔化，待溶液冷却，用硝酸定容后进行测试，分析精度和准确度优于10%。

图3 卡连岩脉TAS图解（a）和FAM图解（b）(底图a据文献[15-16]，底图b据文献[16])

Ir-Irvine分界线，上方为碱性，下方为亚碱性。1- 橄榄辉长岩；2a- 碱性辉长岩；2b- 亚碱性辉长岩；3-辉长闪长岩；4- 闪长岩；5- 花岗闪长岩；6- 花岗岩；7- 硅英岩；8- 二长辉长岩；9- 二长闪长岩；10- 二长岩；11- 石英二长岩；12- 正长岩；13- 副长石辉长岩；14- 副长石二长闪长岩；15- 副长石二长正长岩；16- 副长正长岩；17- 副长深成岩；18- 霓方钠岩/磷霞岩/粗白榴岩

3.2 主量元素特征

超上橄榄辉石岩脉样品的主量元素的分析结果见如下表1。样品数据在去除烧失量后重新计算主量元素含量，投点大部分落入橄榄辉长岩区域内，少部分落入辉长岩区域内（图3a），根据FAM图解（图3b）与K2O含量，表明所有样品均属于低钾拉斑系列岩石。样品的SiO2含量在43.99%～46.97%之间，平均值为45.00%，Al2O3含量在9.25%～13.80%之间，平均值为11.96%；CaO含量在6.09%～8.58%之间；MgO含量变化在16.16%～18.44%之间；Mg#值为70.89～72.18，平均值为52.09，低于橄榄岩平衡的原生岩浆的Mg#值范围（68～75），表明岩浆可能经历了一定程度的分离结晶或地壳混染；TiO2含量为1.30%～1.51%，平均值为1.45%，与洋中脊玄武岩（1.5%）含量相近[18]，反应其形成于拉张环境。m/f=0.84～0.90（＜2），为富铁质基性岩；Na2O含量为0.66%～0.98%，K2O含量为0.08%～0.12%，全碱（Na2O+K2O）含量为0.72%～1.07%，总体上看，橄榄辉石岩脉具有高Al低Ti、贫P2O5（0.03%～0.05%）和低碱的特点。

3.3 稀土元素特征

超上橄榄辉石岩脉样品的稀土元素分析结果见下表。样品稀土元素总量很低，ΣREE为66.93×10-6～83.48×10-6，平均为77.56×10-6，轻重稀土比值LREE/HREE=2.66～2.87，(La/Yb)N=2.84～4.13，属轻稀土富集型。5件样品稀土元素球粒陨石标准化配分模式十分相似，呈右倾曲线，无较大异常变化（图4），表明来自同源区。（La/Sm）N=1.16～1.49，说明LREE内部分馏程度较明显，(Gd/Yb)N=1.98～2.32，说明HREE分馏程度不明显。曲线模式与地幔岩浆型稀土元素曲线模式[20]大致相似，说明岩浆来源与地幔岩浆有密切关系。δEu=1.16～1.40，δCe=0.28～0.54，Eu的正异常可能与堆晶作用有关，Ce的负异常可能与较低的氧化环境（海洋环境）相关。

超上橄榄辉石岩脉主量元素（%）和微量元素（μg/g）含量表

样品号MZ7-1MZ7-2MZ7-3MZ7-4MZ7-5 样品号MZ7-1MZ7-2MZ7-3MZ7-4MZ7-5 SiO242.1942.9443.4642.9345.48Nd17.620.721.321.519.7 TiO21.361.461.441.461.26Sm4.826.285.866.475.92 Al2O313.2411.2011.7412.528.96Eu2.402.482.642.802.41 TFe2O315.7817.6815.5815.6417.01Gd5.686.776.416.676.46 FeO11.8313.3211.6211.5712.67Tb0.871.060.961.101.02 MnO0.170.220.180.180.24Dy5.146.465.666.316.11 MgO15.5017.6515.8016.1517.85Ho0.971.291.141.211.19 CaO7.895.878.108.336.60Er2.563.282.803.173.11 Na2O0.900.640.940.930.70Tm0.360.450.380.440.43 K2O0.120.070.110.120.08Yb2.182.782.292.692.70 P2O50.040.040.040.050.03Lu0.310.400.330.380.39 LOI2.222.592.312.012.24Hf1.81.81.72.11.6 Total99.41100.3699.70100.32100.45Ta0.300.300.300.300.20 Mg#70.8971.0371.6071.9372.18Th0.970.940.990.970.84 Sc1717171715U0.250.220.230.220.19 Cr663860643614896Pb22274 Co741007880106K4.042.363.704.042.69 Ni84210658638521095P1.861.871.862.331.40 Cu8226446099Ti6.546.976.916.965.99 Cs0.440.330.460.250.37ΣREE66.9383.4877.3480.4379.61 Rb1.801.301.501.201.30LREE48.8660.9957.3758.4658.20 Sr162.587.9165.5168.595.9HREE18.0722.4919.9721.9721.41 Y24.327.126.627.527.5LREE/HREE2.702.712.872.662.72 Zr5353525750(La/Yb)N3.652.924.133.442.84 Nb3.73.63.73.63.2(La/Sm)N1.491.161.451.291.17 Ba55.339.553.754.282.3(Gd/Yb)N2.162.012.322.051.98 La11.111.313.212.910.7δEu1.401.161.311.291.19 Ce8.915.79.410.115.0δCe0.330.540.280.320.53 Pr4.044.534.974.694.47m/f0.840.860.870.880.90

注：FeO值据文献[17]计算得出；Mg#=100×Mg/(Mg+Fe)；m/f=(Mg2++Ni2+)/(Fe2++Fe3++Mn2+)；K=K2O×10000×0.83013/250；P=P2O5×10000×0.43646/95；Ti=TiO2×10000×0.5995/1300

3.4 微量元素特征

超上橄榄辉石岩脉样品的微量元素的分析结果见表1。原始地幔的Th/Ta值约为2.3[21]，上地壳中Th/Ta值约为10[22]，因Th和Ta均为强不相容元素，Th/Ta值可以很好反映原始岩浆的地球化学特征和判别是否存在同化混染作用。超上橄榄辉石岩脉的Th/Ta值在3.13～4.20，平均值为3.42，暗示受到了大陆地壳混染。原始地幔标准化微量元素蛛网图（图5）显示橄榄辉石岩脉总体上富集大离子亲石元素（LILE）中的U，Th，Pb等元素，强烈亏损高场强元素（HFSE）中的Nb，Ta，Hf，P，Ti等元素，显示了后碰撞的岩浆活动，表明橄榄辉石岩起源于岩石圈地幔，岩浆演化过程中可能存在地壳物质的混染或来源于受地壳沉积物改造的弧岩浆，或两种情况均存在。

4 讨 论

4.1 岩石成因

与下地壳部分熔融有关的岩浆产物Mg#一般小于40[24]，而超上橄榄辉石岩脉的Mg#变化于70.89～72.18，平均值为71.53，表明其原生岩浆不可能为下地壳镁铁质岩石部分熔融形成，橄榄辉石岩的Ta/Yb比值均非常接近0.12，富集大离子亲石元素（U，Th，Ba，K等），亏损高场强元素（Nb，Ta，P，Ti等），TiO2含量低（＜1%），且Ni、Cr、V高和低Rb均说明岩浆来源于地幔，是后碰撞弧岩浆活动的表现[25-27]。但样品的Sr含量为538×10-6～658×10-6，显著高于地幔值17.8×10-6[28]，指示其岩浆源区来自亏损地幔，同时并非单一来源，可能受到围岩混染或俯冲板片流体交代作用的影响[29-30]。

岩浆自脱离源区到冷却就位的过程一般会伴随不同程度的岩浆结晶分异和地壳混染。橄榄辉石岩分离结晶的证据是存在堆晶结构，堆晶结构的堆晶矿物为橄榄石、辉石、斜长石，若堆晶矿物为自形晶，晶间充填微晶质或重结晶的矿物，晶间物质具有玄武质成分，则证明玄武质岩浆发生过重力结晶分离作用[31]。橄榄辉石岩脉的镜下特征显示了辉石的堆晶相，微量元素蛛网图上（图5），该岩脉具有微弱的Eu、Sr正异常，稀土元素分配模式图上（图4），Eu具有正异常，都显示了岩浆的结晶分异作用，但与橄榄岩平衡的原生岩浆相一致的Mg#值（68～75）表明岩浆仅经历了有限的结晶分异作用。

图4 超上橄榄辉石岩脉稀土元素球粒陨石标准化分布形式图（球粒陨石标准值据文献[19]）

图5 超上橄榄辉石岩脉原始地幔标准化微量元素蛛网图（原始地幔标准值据文献[19]）

通常，幔源岩浆侵入地壳过程中会不同程度受到地壳物质的影响，如果幔源岩浆在上升过程中有地壳物质的加入，往往会会使得岩浆中的SiO2，K2O和大离子亲石元素含量增加，同时会使ω(La)/ω(Nb)、ω(Zr)/ω(Nb)比值升高，ω(Ce)/ω(Pb)比值降低，而总分配系数相同或相近的元素比值，不受分离结晶和部分熔融程度影响，且大陆地壳具有富集Th、亏损Nb的特征，因此，不同元素比值之间相关关系（如ω(Ce)/ω(Pb)、ω(Th)/ω(Yb)、ω(Nb)/ω(Ta)、ω(Ta)/ω(Yb)、ω(K2O)/ω(P2O5)、ω(Ti)/ω(Yb)、ω(Zr)/ω(Nb)）可以准确验证同化混染作用是否存在[32-34]，已有研究表明Th和Nb在流体中活动性较差，是高度不相容元素，其丰度变化不受部分熔融和岩浆分异作用的影响，在能反应陆壳混染的图解中（图6）中可以看到，所有图解中的数据都具有一定线性关系，正相关的线性关系表明存在同化混染作用。

此外，由于Ce和Pb具有相同的总分配系数，在部分熔融和岩浆分异过程中，Ce/Pb比值不会改变，Nb是地幔富集元素，当受到地壳混染时含量降低。样品的Ce/Pb比值在1.4～7.9之间，平均为4.4，低于典型地幔的Ce/Pb=25±5，高于地壳的Ce/Pb=4[35]；Nb/U比值在14.8～16.8之间，平均为16.1，低于原始地幔Nb/U=34，高于大陆地壳Nb/U=10；Nb/Ta比值12～16，平均为12.9，低于原始地幔Nb/Ta=17，高于大陆地壳Nb/Ta=11[19,28]，以上特征证明了岩浆演化过程中发生了不同程度的同化混染作用。Neal等[36]提出可以用(La/Nb)PM－(Th/Ta)PM图解（图7）来区分上地壳和下地壳物质对原始岩浆的混染作用，其中，(*)PM为元素含量的原始地幔标准化后的值。由图7可知，橄榄辉石岩脉遭受了不同程度的下地壳物质的同化混染作用。

图6 超上橄榄辉石岩脉同化混染判别图解

橄榄辉石岩脉的微量元素Nb/La比值为0.28～0.33，低于原始地幔、MORB（Nb/La值均大于1.0）和大陆地壳平均值（Nb/La为0.7左右），由于结晶分异不会导致Nb/La值降低（Nb比La更不相容），单纯的地壳混染作用不可能使样品Nb/La值降低的如此明显[19,37]，因此认为橄榄辉石岩脉岩浆源区的交代作用主要受控于俯冲板片流体或熔体。由俯冲板片熔体交代地幔楔形成的熔体具有高K2O、富集高场强元素和显著的Eu负异常的特征[38]，且在区域上，俯冲板片熔体往往会形成埃达克岩－高镁安山岩－富Nb玄武质岩石组合[39]，研究区橄榄辉石岩脉具有低K2O、亏损高场强元素、Eu的正异常的特征，且未见同时期该研究区的岩石组合报道，与此种情况正好相反，因此认为橄榄辉石岩脉岩浆源区的交代作用主要受控于俯冲板片流体。在俯冲板片流体中，Ba、Sr相比其他不相容元素其活动性更高，由该流体上升交代地幔楔部分熔融形成的岩浆Ba和Sr含量较高，这与微量元素蛛网图（图5）上显示的Ba和Sr的正异常特征相对应。

图7 超上橄榄辉石岩脉(La/Nb)PM－(Th/Ta)PM图解（底图据文献[23]）

因此，超上橄榄辉石岩脉岩浆来源于被俯冲板片流体改造的亏损地幔。同时，岩浆在演化过程中上遭受了不同程度的下地壳物质的同化混染，并且经历了有限的结晶分异作用，可能存在辉石的堆晶作用。

图8 超上橄榄辉石岩脉构造环境判别图解

4.2 形成环境

区域内超下地区的橄榄辉石岩脉锆石206Pb/238U的加权平均年龄为179.7±1.1，根据其主微量元素特征，推测超上地区与超下地区为同源岩脉，因此认为超上地区形成时代可能同样为侏罗纪，可能与中特提斯洋的俯冲作用有关。

研究证明，不同的构造环境产生不同的岩浆岩，而根据岩浆岩的地球化学信息可以反演其构造环境。超上岩脉主要由橄榄辉石岩构成，它们具有相似的地球化学特征，各类岩石稀土元素分布形式呈轻稀土元素（LREE）略微富集型，LREE相对重稀土元素（HREE）略微富集，岩石普遍集大离子亲石元素（LILE），显著亏损高场强元素（Nb、Ta等），与岛弧型火山岩地球化学特征一致。在各类构造环境判别图解（图8）中，样品均落在或接近岛弧玄武岩区。微量元素含量中，Th/Ta=3.13～4.20，平均值为3.42；Nb/La=0.28～0.33（＜1）；Hf/Ta=5.67～8.00（＞5）；La/Ta=37.00～53.50（＞15）；Th/Yb=0.31～0.44（＞0.1）；Th/Nb=0.26～0.27（＞0.07），也都显示了岛弧的性质[18,40-4]。因此，橄榄辉石岩脉是俯冲形成的岛弧岩浆岩。

5 结论

1）超上橄榄辉石岩脉地球化学特征表明该岩脉属于低钾拉斑系列，具有轻稀土元素富集，重稀土元素相对平缓和Eu正异常特征，富集大离子亲石元素，强烈亏损高场强元素。

2）超上橄榄辉石岩脉的岩浆源区为被俯冲板片流体改造过的亏损地幔，母岩浆在演化过程中遭受了不同程度的下地壳物质的同化混染作用和有限的分离结晶作用，并可能经历了辉石堆晶作用。

3）超上橄榄辉石岩脉形成于岛弧环境，可能是中特提斯洋俯冲消减的产物。

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Geochemistry, Petrogenesis and Tectonic Setting of Olivine Pyroxenite Dyke in the Chaoshang Region, Yingjiang, Yunnan

ZHAO Yu-xin FANG Yi

(Southwest Petroleum University, Chengdu 610500)

The whole-rock geochemistry of the olivine pyroxenite dyke in the Chaoshang Region, Yingjiang, Yunnan shows that the dyke is characterized by high Al, low Ti, poor P2O5and low alkali, and belongs to low K tholeiite series. In addition, it is characterized by Mg#values consistent with peridotite equilibrium primary magma of 70.89~72.18, δEu values of 1.16~1.4, enrichment in LREE, enrichment in large-ion lithophile elements such as U, Th, Pb, strong depletion in high field strength elements such as Nb, Ta, Hf, P, Ti. These indicate that the primitive magma was derived from the depleted mantle reformed by subducting plate andsuffered different degrees of assimilation and contamination of lower crust material and cumulation of pyroxene and limited crystallization differentiation. And this olivine pyroxenite dyke was emplaced in an island arc setting during the Jurassic.

magmatite; geochemical characteristic; petrogenesis; tectonic setting; Chaoshang region, Yingjiang, Yunnan

2019-09-25

赵宇新（1995-），男，天津人，硕士研究生在读，专业：地质学

文献标识码：A 文章编号：1006-0995（2020）01-0158-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.01.031