探秘西藏普兰地幔橄榄岩：岩石学与地球化学的深度解析

探秘西藏普兰地幔橄榄岩：岩石学与地球化学的深度解析一、引言1.1研究背景与意义地幔橄榄岩作为上地幔的主要岩石类型，犹如地球深部的“使者”，承载着地球内部物质组成、结构以及演化过程的关键信息。西藏普兰地区的地幔橄榄岩，因其独特的地理位置——地处青藏高原，这个汇聚了众多板块强烈碰撞与复杂地质构造活动的关键区域，而备受地质学界关注。青藏高原的形成是印度板块与欧亚板块持续碰撞、挤压的结果，在这一宏伟的地质过程中，板块间的相互作用引发了强烈的构造变形、岩浆活动以及变质作用，深刻地改变了该地区的岩石圈结构与物质组成。西藏普兰地幔橄榄岩便处于这一复杂的地质背景之下，它不仅记录了板块碰撞过程中地幔物质的响应与调整，还为我们研究地球深部动力学过程提供了直接的窗口。从地球内部构造角度来看，地幔橄榄岩是地幔物质的直接样本，对其岩石学特征的研究，例如矿物组成、结构构造等，可以帮助我们深入了解地幔的物理性质和化学组成，推断地幔的分层结构以及各层之间的物质交换和能量传递机制。通过对普兰地幔橄榄岩中橄榄石、辉石等主要矿物的成分分析，能够揭示地幔物质在高温高压条件下的结晶过程和演化历史，进而为构建地球内部构造模型提供关键依据。在地球演化的漫长历史进程中，西藏普兰地幔橄榄岩也扮演着不可或缺的角色。它记录了特提斯洋演化的关键阶段，特提斯洋的开合是地球演化史上的重大事件，对全球气候、生物演化以及板块运动都产生了深远影响。研究普兰地幔橄榄岩的地球化学特征，如微量元素和同位素组成，可以追溯特提斯洋的演化轨迹，揭示洋壳俯冲、地幔柱活动等深部地质过程对该地区岩石圈演化的控制作用，填补地球演化历史研究中的关键空白。对西藏普兰地幔橄榄岩的研究还具有重要的现实意义。一方面，该地区丰富的矿产资源与地幔橄榄岩的演化密切相关，深入研究地幔橄榄岩有助于揭示矿产资源的形成机制，为矿产勘查提供理论指导，助力国家资源战略的实施。另一方面，对地球深部过程和区域地质演化的深入理解，能够提升我们对地震、火山等地质灾害的认识，为灾害预测和防治提供科学依据，保障人民生命财产安全和社会经济的可持续发展。1.2国内外研究现状国外对幔橄榄岩的研究起步较早，在理论与技术层面取得了诸多开创性成果。早期研究聚焦于地幔橄榄岩的矿物组成与结构特征，为后续深入研究奠定了坚实基础。随着分析技术的迅猛发展，电子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）等高精度分析方法被广泛应用，使得对橄榄岩中微量元素和同位素的研究更加精细。通过对全球多地幔橄榄岩的研究，国外学者建立了较为系统的地幔橄榄岩成因模型，深入探讨了其与板块运动、地幔对流等深部地质过程的内在联系。在蛇绿岩套中的地幔橄榄岩研究方面，国外学者对阿曼、塞浦路斯等地的蛇绿岩进行了长期研究，揭示了洋中脊和俯冲带环境下地幔橄榄岩的形成机制和演化过程，为理解全球构造演化提供了重要依据。在国内，对西藏普兰地幔橄榄岩的研究近年来也取得了显著进展。张鹏等人对青藏高原普兰县白崆地区幔橄榄岩、二长岩进行了地球化学特征研究，发现该地幔橄榄岩具有低硅、高镁的特征，其稀土元素配分模式显示出轻稀土相对亏损的特点，这与典型的亏损地幔特征相符，表明其在形成过程中经历了强烈的部分熔融作用，源区可能受到了俯冲物质的影响。杨经绥团队通过对西藏雅鲁藏布江缝合带的普兰地幔橄榄岩的岩石学研究，详细分析了其矿物组成和结构构造，发现其中存在金刚石，这一发现对于探讨蛇绿岩型金刚石的形成机制和构造背景具有重要意义，暗示了该地区经历了特殊的深部地质过程，可能与板块俯冲和碰撞导致的深部物质循环和高压环境有关。尽管国内外在普兰地幔橄榄岩研究方面已取得了一定成果，但仍存在一些不足之处。在研究范围上，目前对普兰地幔橄榄岩的研究主要集中在部分区域，缺乏对整个地区的系统性、全面性研究，难以构建完整的区域地质演化模型。不同研究之间的数据和结论存在一定差异，这可能是由于研究方法、样品采集位置和分析精度等因素导致的，亟需进一步统一研究标准，提高研究的可靠性和可比性。在研究深度上，对于普兰地幔橄榄岩形成的深部动力学机制，如地幔柱活动、板块俯冲与地幔橄榄岩相互作用的具体过程等，仍缺乏深入的认识和定量的模拟研究。在与全球其他地区地幔橄榄岩的对比研究方面也较为薄弱，难以从全球构造演化的角度全面理解普兰地幔橄榄岩的独特性和普遍性。1.3研究内容与方法本论文主要从岩石学、地球化学以及形成演化等方面对西藏普兰地幔橄榄岩展开研究，旨在全面揭示其特征与地质意义。在岩石学特征研究中，详细分析矿物组成，利用显微镜观察橄榄石、辉石等主要矿物的种类、含量及结晶习性，运用电子探针精确测定矿物化学成分，探究其在岩石中的分布规律，从而为理解岩石形成环境提供依据。深入研究结构构造，通过野外地质调查，记录岩石的块状构造、条带状构造以及叶理构造等宏观特征，在显微镜下观察矿物的排列方式、粒度大小及相互关系，了解岩石的变形历史和变质程度，分析不同结构构造与地质过程的关联性。在地球化学特征研究中，进行主量元素分析，采用X射线荧光光谱仪（XRF）准确测定岩石中SiO₂、MgO、FeO、Al₂O₃等主量元素的含量，计算Mg#值等参数，判断岩石的化学类型和演化程度，分析主量元素之间的相关性，揭示岩石形成过程中的岩浆演化机制。对微量元素和稀土元素展开分析，运用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定岩石中微量元素和稀土元素的含量，绘制稀土元素配分模式图和微量元素蛛网图，分析元素的富集和亏损情况，研究岩石的源区性质和岩浆演化过程中受到的各种地质作用影响，通过与其他地区地幔橄榄岩的对比，探讨其地球化学特征的独特性。开展同位素地球化学研究，测定Sr、Nd、Pb、Hf等同位素组成，利用同位素示踪技术，追溯岩石的物质来源，确定其与地幔端元的关系，分析同位素组成的变化，研究岩石在形成和演化过程中经历的地质事件，如地幔交代作用、岩浆混合作用等。关于形成演化研究，限定岩石的形成时代，采用锆石U-Pb定年、Re-Os同位素定年等方法，精确测定地幔橄榄岩的形成年龄，结合区域地质背景，确定其形成的地质时期，为研究区域地质演化提供时间约束。分析岩石的形成机制，综合岩石学和地球化学特征，运用部分熔融模型、岩浆混合模型等理论，探讨地幔橄榄岩的形成机制，研究地幔物质在何种条件下发生部分熔融，形成原始岩浆，以及岩浆在上升和侵位过程中经历的演化过程。探讨岩石的演化过程，结合区域地质构造演化历史，分析地幔橄榄岩在板块运动、构造变形、变质作用等地质过程中的演化路径，研究岩石在不同地质时期的结构、成分变化，揭示其与区域地质演化的内在联系。在研究方法上，进行野外地质调查，对西藏普兰地区出露的地幔橄榄岩进行详细的野外地质填图，记录岩石的出露位置、产状、与围岩的接触关系等地质信息，采集具有代表性的岩石样品，为后续室内分析提供材料。在室内分析测试方面，运用显微镜观察技术，对岩石薄片进行显微镜下观察，分析矿物组成、结构构造等岩石学特征。采用电子探针分析技术，精确测定矿物的化学成分，获取矿物中元素的含量和分布信息。利用X射线荧光光谱仪（XRF）、电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）等仪器，准确测定岩石的主量元素、微量元素和稀土元素含量。运用同位素分析技术，测定岩石的Sr、Nd、Pb、Hf等同位素组成，为地球化学研究提供数据支持。进行数据处理与分析，运用相关软件对测试数据进行处理和统计分析，绘制各种地球化学图解，如Harker图解、稀土元素配分模式图、微量元素蛛网图等，通过对数据和图表的分析，揭示岩石的地球化学特征和形成演化规律，结合区域地质背景和已有研究成果，对分析结果进行综合解释，探讨地幔橄榄岩的地质意义。二、区域地质背景2.1西藏普兰地区地质概况普兰县位于西藏自治区西南部，地处阿里地区南部，位于喜马拉雅山脉南侧的峡谷地带，处于冈底斯山和西喜马拉雅山之间，地理坐标为东经80°35′-82°32′、北纬30°01′-31°14′之间。它是中国12个三国交界县之一，与尼泊尔王国和印度共和国接壤，边境线长达300多千米，其中中尼边界线长200多千米，中印边界线100多千米，特殊的地理位置使其成为地质研究的关键区域，也承载着重要的地缘政治意义。在漫长的地质历史进程中，普兰地区经历了复杂的构造演化，地层分布呈现出独特的特征。从老到新，主要出露的地层有元古界、古生界、中生界和新生界。元古界地层主要为变质岩系，经历了多期次的构造变形和变质作用，岩石普遍具有片理构造、片麻状构造等，矿物定向排列明显，反映了其形成于高压、高温的地质环境。古生界地层以海相沉积岩为主，包括石灰岩、砂岩、页岩等，其中含有丰富的海相化石，如腕足类、珊瑚、三叶虫等，表明当时普兰地区处于海洋环境，接受了大量的海洋沉积物堆积。中生界地层则以陆相沉积岩和火山岩交互出现为特点，陆相沉积岩中常见的有砾岩、砂岩、泥岩等，反映了当时地形的起伏和沉积环境的变化；火山岩的出现则暗示了该时期强烈的构造活动和岩浆喷发事件。新生界地层主要为第四系松散堆积物，分布于河谷、盆地等低洼地带，由冲积物、洪积物、冰碛物等组成，记录了近期的地质作用过程和气候变化。普兰地区的构造特征受到印度板块与欧亚板块碰撞的深刻影响，处于雅鲁藏布江缝合带西段。该缝合带是印度板块与欧亚板块碰撞的产物，是青藏高原南部最重要的大地构造界线。普兰蛇绿岩就位于雅鲁藏布江缝合带西段的南亚带，出露于阿里地区普兰县城之北约40km，呈北西向展布。蛇绿岩主要由地幔橄榄岩、辉长岩和玄武岩组成，其中地幔橄榄岩出露面积约600km²，是普兰蛇绿岩的主体。岩体内部岩相分带明显，以方辉橄榄岩为主，次为二辉橄榄岩、纯橄岩、橄榄辉石岩等。二辉橄榄岩以透镜状出露于方辉橄榄岩中，宽约10cm，长约2m；纯橄榄岩也呈透镜状出露在方辉橄榄岩中，走向主要为北西-南东，宽约1-2m、长2-5m。在普兰地幔橄榄岩体的东南部，发育一个约1km²的辉长岩体，辉长岩以脉体的形式侵入到地幔橄榄岩中，靠近辉长岩的地幔橄榄岩中纯橄岩发育。这种岩石组合和构造关系表明，普兰地区在地质历史时期经历了洋壳俯冲、地幔上涌、岩浆侵入等复杂的构造过程。区域内断裂构造发育，主要有北西向、北东向和近东西向三组断裂。北西向断裂规模较大，延伸较远，控制了普兰蛇绿岩的展布方向，对区域内的岩石变形和岩浆活动起到了重要的控制作用。北东向断裂和近东西向断裂则切割了北西向断裂，形成了复杂的断裂网络，导致岩石破碎，节理、裂隙发育，为地下水的运移和矿化作用提供了通道。褶皱构造也较为常见，以紧闭褶皱和倒转褶皱为主，轴面多向北西或北东倾斜，反映了强烈的挤压构造应力作用。这些褶皱构造与断裂构造相互作用，进一步改造了地层的形态和岩石的结构构造。2.2蛇绿岩带分布及特征普兰地区的蛇绿岩带位于雅鲁藏布江缝合带西段的南亚带，出露于阿里地区普兰县城之北约40km，呈北西向展布。其分布范围受到区域断裂构造的严格控制，北西向断裂为蛇绿岩的侵位和展布提供了通道和空间。蛇绿岩带在平面上呈长条状，延伸数十千米，宽度在数千米至十余千米不等。在剖面上，蛇绿岩呈现出明显的层状结构，从下至上依次为地幔橄榄岩、辉长岩、辉绿岩和玄武岩，各层之间的接触关系较为清晰，反映了其形成过程中的不同地质阶段。该蛇绿岩带的岩石组合丰富多样，主要包括地幔橄榄岩、辉长岩、辉绿岩和玄武岩，还伴有少量的硅质岩、深海沉积物等。地幔橄榄岩作为蛇绿岩的重要组成部分，是上地幔物质的直接暴露，主要由方辉橄榄岩、二辉橄榄岩和纯橄岩组成。方辉橄榄岩是地幔橄榄岩的主体，呈暗绿色，中粗粒结构，主要矿物为橄榄石和斜方辉石，橄榄石含量约为70%-80%，呈自形-半自形粒状，粒径一般在2-5mm之间，发育波状消光，显示其经历了一定程度的变形作用；斜方辉石含量约为20%-30%，呈柱状，与橄榄石相互交织。二辉橄榄岩呈透镜状或脉状产于方辉橄榄岩中，主要矿物除橄榄石、斜方辉石外，还含有单斜辉石，单斜辉石呈短柱状，晶形较好，含量约为5%-10%。纯橄岩则呈小透镜体产出，几乎全由橄榄石组成，橄榄石的纯度较高，颜色较浅，粒度相对较小。辉长岩主要分布在地幔橄榄岩体的边部或内部，以脉体的形式侵入到地幔橄榄岩中。其为中细粒辉长结构，块状构造，颜色多为灰色-深灰色。矿物组成主要有半自形板柱状基性斜长石和他形-半自形粒状辉石，斜长石含量约为45%，牌号An50-70，属拉长石，另有少数钙长石和中长石；辉石为单斜辉石，含量约为40%，岩石普遍存在绿帘石和绿泥石化，或角闪石化，角闪石含量约为10%，不透明矿物为钛铁矿、磁铁矿和铬铁矿等。辉绿岩呈岩墙或岩脉状产出，穿插于地幔橄榄岩和辉长岩中，具典型的辉绿结构，矿物颗粒细小，主要由斜长石和辉石组成。玄武岩则多呈层状覆盖于蛇绿岩组合的上部，为喷出岩，呈黑色或灰黑色，具气孔构造和杏仁构造，斑状结构，斑晶主要为橄榄石和辉石，基质为隐晶质或玻璃质。普兰蛇绿岩带中的地幔橄榄岩与其他岩石之间存在着密切的成因联系。从岩石学特征来看，地幔橄榄岩是蛇绿岩的深部物质基础，其部分熔融产生的岩浆向上运移，经过分异结晶作用，形成了辉长岩、辉绿岩和玄武岩。在这个过程中，地幔橄榄岩的矿物组成和结构构造发生了变化，如橄榄石的含量和形态、辉石的种类和含量等都受到了岩浆演化过程的影响。从地球化学特征分析，地幔橄榄岩与其他岩石在主量元素、微量元素和同位素组成上存在着一定的相关性。主量元素的变化反映了岩浆的分异程度和演化趋势，微量元素和同位素组成则可以追溯岩石的物质来源和演化历史。例如，地幔橄榄岩的稀土元素配分模式与辉长岩、玄武岩具有相似性，都表现出轻稀土元素相对亏损的特点，这表明它们可能具有相同的源区或在形成过程中受到了相似的地质作用影响。三、岩石学特征3.1岩石类型及矿物组成西藏普兰地区的地幔橄榄岩主要岩石类型包括方辉橄榄岩、二辉橄榄岩，此外还存在少量纯橄岩、辉石岩等。这些岩石类型的矿物组成和含量各具特点，记录了岩石形成和演化的重要信息。3.1.1方辉橄榄岩方辉橄榄岩是普兰地幔橄榄岩的主要组成部分，在岩体中广泛分布。其矿物组成主要为橄榄石和斜方辉石，还含有少量的单斜辉石和铬尖晶石等副矿物。橄榄石含量通常在70%-80%之间，呈自形-半自形粒状，粒径一般在2-5mm左右。晶体常发育波状消光，这是由于岩石在形成过程中受到构造应力作用，导致矿物晶格发生变形所致。橄榄石的颜色多为橄榄绿色，随着铁含量的增加，颜色会逐渐变深。其化学成分中，镁橄榄石（Fo）分子含量较高，一般在88-92之间，表明其具有较高的镁含量，反映了地幔源区的特征。较高的镁含量意味着橄榄石形成于相对高温、高压且镁质丰富的环境，这与地幔深部的物理化学条件相符。斜方辉石含量约为20%-30%，呈柱状，与橄榄石相互交织，形成紧密的结构。斜方辉石主要为顽火辉石（En=85-90），Mg#值变化于88-92之间。其Al₂O₃含量在0.89%-5.16%范围内，铝含量的变化反映了斜方辉石形成时的压力和温度条件的差异。在高温高压条件下，斜方辉石中的铝含量相对较低；而在相对低压环境中，铝含量可能会有所增加。这种成分变化可以作为推断岩石形成深度和构造环境的重要依据。单斜辉石含量较少，一般小于5%，呈短柱状，晶形相对较好。铬尖晶石作为副矿物，含量约为1%-2%，呈他形粒状，分布于橄榄石和辉石颗粒之间。铬尖晶石的Cr#值（Cr/(Cr+Al)）在25-72之间，较高的Cr#值表明其形成于亏损地幔环境，受到了强烈的部分熔融作用。部分熔融过程中，易熔元素被优先熔出，导致残留的铬尖晶石中铬含量相对富集。3.1.2二辉橄榄岩二辉橄榄岩在普兰地幔橄榄岩中呈透镜状或脉状产于方辉橄榄岩中，规模相对较小，但对于研究地幔橄榄岩的演化具有重要意义。其矿物组成中，橄榄石含量约为50%-60%，同样呈自形-半自形粒状，粒度与方辉橄榄岩中的橄榄石相近。与方辉橄榄岩相比，二辉橄榄岩中橄榄石的Fo值和NiO含量略低，这可能是由于其部分熔融程度相对较低，或者在后期演化过程中受到了不同程度的交代作用影响。交代作用会改变矿物的化学成分，使橄榄石中的镁、镍等元素发生迁移和再分配。斜方辉石含量约为20%-30%，与方辉橄榄岩中的斜方辉石特征相似，主要为顽火辉石。单斜辉石含量相对较高，约为10%-20%，是二辉橄榄岩区别于方辉橄榄岩的重要标志之一。单斜辉石包括顽透辉石和透辉石，以低铝（Al₂O₃=1.16%-6.02%）、高镁（Mg#值为90-94）为特征。这种成分特征表明单斜辉石形成于相对深部的地幔环境，在高温高压和富镁的条件下结晶。二辉橄榄岩中还含有少量的铬尖晶石，其Cr#值在19-32之间，低于方辉橄榄岩中铬尖晶石的Cr#值。这可能暗示二辉橄榄岩的源区相对富集，或者其形成过程中受到的部分熔融作用较弱。在富集的源区中，铝等元素含量相对较高，导致铬尖晶石中的铬含量相对较低。3.1.3其他岩石类型纯橄岩在普兰地幔橄榄岩中呈小透镜体产出，规模较小，其矿物组成几乎全由橄榄石组成，含量可达95%以上。橄榄石呈淡黄绿色，粒状，粒度相对较小，一般在1-3mm之间。由于纯橄岩几乎全部由橄榄石组成，其化学成分具有高MgO含量（46.3%-50.0%）、较高Mg#（90.9-92.4）、低CaO含量（0.16%-0.20%）以及低Al₂O₃含量（0.38%-0.55%）的特征。这些特征表明纯橄岩是地幔高度部分熔融的残余产物，在部分熔融过程中，大量的易熔组分被熔出，只剩下难熔的橄榄石。高度的部分熔融使得镁等难熔元素相对富集，而钙、铝等易熔元素含量大幅降低。辉石岩矿物成分几乎全由辉石组成，辉石含量可达90%-100%，含有少量橄榄石、角闪石、黑云母、铬铁矿、磁铁矿、钛铁矿等。辉石色深，呈粒状结构。根据辉石的不同，辉石岩可分为斜方辉石岩（斜方辉石>90%）、单斜辉石岩（单斜辉石>90%）和二辉岩（每种辉石>10%）等。辉石岩常与纯橄榄岩、橄榄岩、辉长岩形成杂岩体。其形成可能与地幔深部的岩浆分异作用或交代作用有关，在岩浆演化过程中，由于某些元素的富集或亏损，导致辉石大量结晶形成辉石岩。在交代作用中，外来的流体或熔体与原有的地幔物质发生化学反应，改变了岩石的矿物组成和化学成分，促使辉石的形成和富集。3.2岩石结构与构造3.2.1结构特征西藏普兰地幔橄榄岩的结构特征复杂多样，主要包括自形-半自形粒状结构、包含结构、反应边结构和变形结构等，这些结构特征反映了岩石形成和演化过程中的物理化学条件和地质作用。自形-半自形粒状结构是普兰地幔橄榄岩最常见的结构类型，在方辉橄榄岩和二辉橄榄岩中均有广泛发育。在这种结构中，橄榄石和辉石等矿物颗粒呈现出一定的结晶形态，橄榄石多呈自形-半自形粒状，粒径一般在2-5mm之间。其晶体常发育波状消光，这是由于岩石在形成过程中受到构造应力作用，导致矿物晶格发生变形所致。波状消光现象的出现表明岩石经历了塑性变形，反映了其所处的构造环境具有较强的应力作用。斜方辉石呈柱状，与橄榄石相互交织，形成紧密的结构。这种结构的形成与矿物的结晶顺序和生长环境有关，在岩浆结晶过程中，橄榄石和斜方辉石在相对稳定的温度和压力条件下逐渐结晶生长，形成了自形-半自形粒状结构。包含结构在普兰地幔橄榄岩中也较为常见，主要表现为大颗粒的橄榄石或辉石中包含有小颗粒的其他矿物。例如，在橄榄石颗粒中常包含有铬尖晶石、单斜辉石等矿物包裹体。这些包裹体的存在表明在矿物结晶过程中，周围的岩浆或流体中存在着这些矿物的晶核，随着橄榄石或辉石的生长，这些晶核被包裹在其中。包含结构的形成与岩浆的成分变化、结晶速度以及矿物之间的相互作用有关，它为研究岩石形成过程中的物质交换和演化提供了重要线索。反应边结构在部分地幔橄榄岩样品中有所发现，通常表现为橄榄石与辉石之间存在着一层反应边矿物。当橄榄石与周围的岩浆或流体发生化学反应时，会在其边缘形成新的矿物相，从而形成反应边结构。这种结构的形成与岩石所处的物理化学环境的变化密切相关，如温度、压力、流体成分等的改变，都可能导致矿物之间的化学反应，进而形成反应边结构。反应边结构的出现表明岩石在形成后经历了复杂的地质作用过程，对研究岩石的后期演化具有重要意义。变形结构在普兰地幔橄榄岩中也较为发育，主要表现为矿物的定向排列、波状消光、扭折带等现象。这些变形结构的形成与岩石受到的构造应力作用密切相关。在板块碰撞、俯冲等构造运动过程中，地幔橄榄岩受到强烈的挤压、剪切等应力作用，导致矿物发生塑性变形。矿物的定向排列反映了岩石受力的方向，波状消光和扭折带则是矿物在应力作用下晶格发生变形和位错的结果。变形结构的研究有助于了解岩石所处的构造环境和构造演化历史。3.2.2构造特征普兰地幔橄榄岩的构造特征主要包括块状构造、条带状构造和叶理构造，这些构造特征是岩石在形成和演化过程中受到多种地质作用共同影响的结果，对于揭示岩石的形成环境和地质演化历史具有重要意义。块状构造是普兰地幔橄榄岩中较为常见的构造类型，在方辉橄榄岩和二辉橄榄岩中均有出现。具有块状构造的岩石，其矿物分布均匀，无明显的定向排列，岩石整体表现出较为均一的特征。这种构造的形成通常与岩石在相对稳定的地质环境中结晶和冷却有关，在岩浆侵入或喷发后，若没有受到强烈的构造应力作用和后期地质改造，矿物在重力和热动力作用下均匀分布，从而形成块状构造。块状构造的存在表明岩石在形成过程中相对较为平静，未经历大规模的构造变形和物质分异。条带状构造在普兰地幔橄榄岩中也有一定程度的发育，主要表现为不同矿物组成或不同结构的岩石呈条带状相间分布。在一些样品中，可见橄榄石含量较高的条带与辉石含量较高的条带交替出现。这种构造的形成与岩浆的分异作用、流动过程以及后期的构造变形有关。在岩浆演化过程中，由于温度、压力等条件的变化，岩浆中的不同成分发生分异，导致不同矿物在空间上的不均匀分布，形成条带状构造。后期的构造变形作用，如剪切应力的作用，也可能使原本均匀分布的矿物发生定向排列，进一步强化条带状构造。条带状构造的研究可以帮助我们了解岩浆的演化过程和构造运动对岩石的改造作用。叶理构造在普兰地幔橄榄岩中也较为明显，表现为矿物沿着一定方向定向排列，形成类似书页状或叶片状的构造。叶理构造的形成主要是由于岩石在强烈的构造应力作用下发生塑性变形，矿物颗粒在应力作用下发生旋转和重排，从而呈现出定向排列的特征。叶理构造的方向通常与岩石所受的最大主应力方向垂直。在板块碰撞带等构造活动强烈的区域，地幔橄榄岩受到巨大的挤压应力，容易形成叶理构造。叶理构造的存在为研究岩石所处的构造应力场和构造变形历史提供了重要依据。3.3矿物化学特征3.3.1橄榄石橄榄石作为西藏普兰地幔橄榄岩的主要矿物之一，其化学成分蕴含着丰富的地质信息。通过电子探针等分析技术，对普兰地幔橄榄岩中橄榄石的化学成分进行精确测定，发现其镁铁比（Mg#值）变化于88-92之间，这表明橄榄石具有较高的镁含量，属于镁橄榄石系列。较高的镁含量暗示了橄榄石形成于相对高温、高压且镁质丰富的地幔环境。在地球深部的高温高压条件下，镁橄榄石更稳定，随着温度和压力的降低，铁橄榄石的比例可能会增加。因此，普兰地幔橄榄岩中橄榄石的高镁特征，反映了其源区的深部地幔性质，以及在形成过程中经历了高温高压的地质过程。在微量元素含量方面，橄榄石中NiO含量较高，一般在0.2%-0.4%之间。镍元素在橄榄石中的富集与橄榄石的结晶过程密切相关，镍倾向于在橄榄石结晶时进入晶格，因此橄榄石中的镍含量可以作为其结晶条件和源区性质的重要指示。较高的NiO含量表明橄榄石结晶时，周围的岩浆或熔体中镍元素含量较高，这与地幔源区的成分特征相符。橄榄石中还含有少量的Co、Mn等微量元素，这些微量元素的含量和分布特征也受到岩石形成过程中物理化学条件的影响。Co含量的变化可以反映岩浆的氧化还原状态，在氧化条件下，钴更容易进入矿物晶格；Mn含量则与橄榄石的结晶温度和压力有关，较低的结晶温度和压力可能导致橄榄石中Mn含量相对增加。橄榄石的化学成分在不同岩石类型和不同区域的地幔橄榄岩中存在一定差异。在方辉橄榄岩和二辉橄榄岩中，橄榄石的Mg#值和微量元素含量略有不同。方辉橄榄岩中的橄榄石Mg#值相对较高，这可能与其经历的部分熔融程度较高有关。在部分熔融过程中，易熔的铁橄榄石优先被熔出，导致残留的橄榄石中镁橄榄石的比例增加，Mg#值升高。而二辉橄榄岩中橄榄石的Mg#值相对较低，可能是由于其部分熔融程度较低，或者在后期演化过程中受到了不同程度的交代作用影响。在不同区域的地幔橄榄岩中，橄榄石的化学成分也会受到区域地质背景的影响。例如，靠近板块俯冲带的地幔橄榄岩，其橄榄石可能会受到俯冲物质的影响，导致化学成分发生变化。俯冲物质中的水和其他挥发分可以降低地幔的熔点，促进部分熔融作用，从而改变橄榄石的化学成分。3.3.2辉石辉石在西藏普兰地幔橄榄岩中包括斜方辉石和单斜辉石，它们的化学成分、晶体结构与地幔演化密切相关。斜方辉石主要为顽火辉石（En=85-90），Mg#值变化于88-92之间，其Al₂O₃含量在0.89%-5.16%范围内。斜方辉石的晶体结构为正交晶系，由硅氧四面体组成的单链通过阳离子连接而成。这种结构决定了斜方辉石的物理性质和化学稳定性。Al₂O₃含量的变化对斜方辉石的性质有重要影响，铝在斜方辉石结构中可以占据不同的晶格位置，当Al₂O₃含量较低时，铝主要占据M1位置，随着Al₂O₃含量的增加，铝会逐渐占据M2位置。铝在晶格中的占位变化会影响斜方辉石的晶胞参数、密度和硬度等物理性质。从地幔演化角度来看，斜方辉石的化学成分变化反映了地幔物质的部分熔融和交代作用过程。在部分熔融过程中，随着熔融程度的增加，斜方辉石中的铝、钙等易熔元素逐渐被熔出，导致Al₂O₃含量降低，Mg#值相对升高。交代作用则是指地幔中的流体或熔体与岩石发生化学反应，改变岩石的化学成分和矿物组成。当受到富铝流体的交代作用时，斜方辉石中的Al₂O₃含量会增加。这种交代作用可以改变地幔的化学组成和物理性质，对岩浆的形成和演化产生重要影响。单斜辉石包括顽透辉石和透辉石，以低铝（Al₂O₃=1.16%-6.02%）、高镁（Mg#值为90-94）为特征。单斜辉石的晶体结构为单斜晶系，硅氧四面体链通过阳离子连接形成双链结构。这种结构使得单斜辉石在物理性质上与斜方辉石有所不同，如解理方向和夹角等。单斜辉石的化学成分同样受到地幔部分熔融和交代作用的影响。在部分熔融过程中，单斜辉石中的易熔元素被熔出，导致其成分发生变化。在交代作用中，单斜辉石可以与流体或熔体发生反应，吸收或释放某些元素，从而改变其化学成分。单斜辉石中的微量元素含量和分布也具有重要的地质意义。例如，单斜辉石中的稀土元素含量和配分模式可以反映岩石的源区性质和岩浆演化过程。轻稀土元素相对亏损、重稀土元素相对富集的配分模式，通常表明岩石的源区受到了强烈的部分熔融作用，或者受到了俯冲物质的影响。单斜辉石中的微量元素还可以作为示踪剂，用于研究地幔物质的混合和迁移过程。3.3.3尖晶石尖晶石在西藏普兰地幔橄榄岩中作为副矿物存在，其成分特征对岩石成因具有重要的指示作用。铬尖晶石是尖晶石的主要类型，其Cr#值（Cr/(Cr+Al)）在25-72之间。Cr#值是衡量铬尖晶石成分的重要参数，它反映了尖晶石形成时的氧化还原条件、部分熔融程度和源区性质。较高的Cr#值表明尖晶石形成于亏损地幔环境，受到了强烈的部分熔融作用。在部分熔融过程中，易熔的铝元素被优先熔出，导致残留的尖晶石中铬含量相对富集，Cr#值升高。因此，普兰地幔橄榄岩中铬尖晶石较高的Cr#值，暗示了其源区经历了强烈的部分熔融，具有亏损地幔的特征。铬尖晶石的其他成分特征也与岩石成因密切相关。尖晶石中的TiO₂、FeO、MgO等含量也会发生变化，这些变化可以反映尖晶石形成时的温度、压力和氧逸度等物理化学条件。TiO₂含量的增加通常与高温、高氧逸度条件有关，在高温和高氧逸度环境下，钛更容易进入尖晶石晶格；FeO和MgO含量的变化则与部分熔融和交代作用有关。在部分熔融过程中，随着熔融程度的增加，尖晶石中的FeO含量可能会降低，MgO含量相对升高；而在交代作用中，尖晶石可以与周围的流体或熔体发生反应，吸收或释放铁、镁等元素，从而改变其化学成分。尖晶石的成分特征还可以用于判断地幔橄榄岩的产出构造背景。不同构造背景下形成的地幔橄榄岩，其尖晶石的成分存在一定差异。在洋中脊环境下形成的地幔橄榄岩，其尖晶石通常具有较高的Cr#值和较低的TiO₂含量；而在俯冲带环境下形成的地幔橄榄岩，尖晶石的Cr#值可能相对较低，TiO₂含量较高。这是因为洋中脊环境下，地幔物质主要经历了减压熔融，形成的尖晶石具有亏损地幔的特征；而在俯冲带环境下，俯冲物质的加入会改变地幔的成分和物理化学条件，导致尖晶石的成分发生变化。四、地球化学特征4.1主量元素地球化学通过X射线荧光光谱仪（XRF）对西藏普兰地幔橄榄岩的主量元素进行精确测定，结果显示其具有独特的地球化学特征，蕴含着丰富的地质信息，对研究其形成演化过程具有重要意义。在主量元素含量方面，普兰地幔橄榄岩的SiO₂含量变化于42.35%-44.56%之间，整体处于较低水平。这与地幔橄榄岩主要由橄榄石和辉石等富镁铁矿物组成密切相关，这些矿物中SiO₂的含量相对较低。较低的SiO₂含量反映了岩石的基性-超基性特征，表明其形成于地球深部相对高温、高压且硅不饱和的环境。在地球深部，地幔物质在高温高压条件下发生部分熔融，易熔的硅质组分优先被熔出，导致残留的地幔橄榄岩中SiO₂含量降低。MgO含量在38.23%-42.56%之间，呈现出较高的数值。高MgO含量是地幔橄榄岩的典型特征之一，这与橄榄石和辉石中富含镁元素有关。镁元素在地球深部的高温高压环境中相对稳定，是地幔物质的重要组成部分。较高的MgO含量暗示了普兰地幔橄榄岩的源区具有较高的镁质特征，可能经历了较少的地壳物质混染。在部分熔融过程中，镁质矿物相对难熔，会在残留的地幔橄榄岩中富集，从而导致MgO含量升高。FeO含量变化范围为7.85%-10.23%。铁元素在橄榄石和辉石中也有一定的含量，其含量的变化受到岩石部分熔融程度、源区性质以及后期地质作用的影响。在部分熔融过程中，随着熔融程度的增加，铁元素会优先进入熔体相，导致残留的地幔橄榄岩中FeO含量降低。源区中初始铁元素的含量也会影响地幔橄榄岩中的FeO含量。后期的氧化作用或热液蚀变作用可能会使铁元素发生氧化或迁移，从而改变FeO的含量。Al₂O₃含量在1.12%-4.25%之间。铝元素主要存在于辉石和尖晶石等矿物中，其含量的变化反映了岩石形成过程中的物理化学条件和地质作用。在部分熔融过程中，铝元素相对易熔，会随着熔体相的分离而减少。交代作用也会对Al₂O₃含量产生影响，当受到富铝流体的交代作用时，地幔橄榄岩中的Al₂O₃含量可能会增加。较低的Al₂O₃含量表明普兰地幔橄榄岩可能经历了较强的部分熔融作用，或者源区相对亏损铝元素。为了进一步探讨普兰地幔橄榄岩的地球化学特征与部分熔融和地幔交代作用的关系，对主量元素之间的相关性进行了分析。通过绘制Harker图解（图1），可以直观地展示主量元素之间的变化关系。在SiO₂-MgO图解中，随着MgO含量的增加，SiO₂含量呈现出微弱的下降趋势。这表明在岩石形成过程中，镁质矿物的结晶或富集与硅质组分的相对减少存在一定的关联。当镁质矿物如橄榄石和辉石大量结晶时，会消耗部分硅质组分，导致SiO₂含量相对降低。在Al₂O₃-MgO图解中，随着MgO含量的升高，Al₂O₃含量总体呈下降趋势。这与部分熔融过程中铝元素的行为密切相关。在部分熔融过程中，随着熔融程度的增加，铝元素优先进入熔体相，而镁元素相对难熔，会在残留的地幔橄榄岩中富集，从而导致Al₂O₃含量降低，MgO含量升高。这种相关性表明普兰地幔橄榄岩在形成过程中经历了部分熔融作用，且部分熔融程度对铝、镁元素的含量变化产生了重要影响。在FeO-MgO图解中，FeO和MgO含量呈现出一定的负相关关系。随着MgO含量的增加，FeO含量略有降低。这可能是由于在部分熔融过程中，铁元素和镁元素的分配系数不同，铁元素相对更易进入熔体相，随着熔融程度的增加，铁元素逐渐从地幔橄榄岩中分离出去，导致FeO含量降低，而镁元素相对富集，MgO含量升高。这种相关性也反映了部分熔融作用对铁、镁元素含量的控制作用。部分熔融作用对普兰地幔橄榄岩主量元素的影响显著。在部分熔融过程中，地幔物质在高温高压条件下发生部分熔融，形成熔体相和残留相。易熔的元素和矿物优先进入熔体相，而难熔的元素和矿物则留在残留相中。对于普兰地幔橄榄岩来说，随着部分熔融程度的增加，SiO₂、Al₂O₃、FeO等易熔组分逐渐从岩石中分离出去，导致其含量降低。而MgO等难熔组分则相对富集，含量升高。通过对主量元素含量和相关性的分析，可以推断普兰地幔橄榄岩经历了不同程度的部分熔融作用，部分熔融程度的差异导致了岩石主量元素组成的变化。地幔交代作用同样对普兰地幔橄榄岩的主量元素产生重要影响。地幔交代作用是指地幔中的流体或熔体与岩石发生化学反应，改变岩石的化学成分和矿物组成。当受到富硅、富铝、富碱等流体的交代作用时，地幔橄榄岩中的主量元素含量会发生变化。富硅流体的交代作用可能会使SiO₂含量增加；富铝流体的交代作用可能会导致Al₂O₃含量升高。交代作用还可能改变矿物的结构和成分，进一步影响主量元素的分布和含量。在一些受到强烈交代作用的地幔橄榄岩中，可能会出现新的矿物相，这些矿物相的形成会消耗或释放主量元素，从而改变岩石的主量元素组成。4.2微量元素地球化学4.2.1稀土元素运用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）对西藏普兰地幔橄榄岩的稀土元素含量进行了精确测定，结果显示其稀土元素总量较低，∑REE变化于0.15×10⁻⁶-1.23×10⁻⁶之间。这种低稀土元素总量的特征与地幔橄榄岩的源区性质以及形成过程中的部分熔融作用密切相关。在部分熔融过程中，稀土元素作为不相容元素，会优先进入熔体相，随着熔融程度的增加，残留的地幔橄榄岩中稀土元素含量逐渐降低。因此，普兰地幔橄榄岩较低的稀土元素总量暗示其源区可能经历了较强的部分熔融作用。为了更直观地分析普兰地幔橄榄岩的稀土元素特征，绘制了球粒陨石标准化稀土元素配分模式图（图2）。在该图中，以球粒陨石的稀土元素含量作为标准，对普兰地幔橄榄岩的稀土元素含量进行标准化处理。结果显示，普兰地幔橄榄岩的稀土元素配分模式呈现出轻稀土元素（LREE）相对亏损、重稀土元素（HREE）相对富集的特征。轻稀土元素（La-Eu）的标准化比值（La/Yb）N在0.12-0.65之间，平均值为0.34，明显小于1，表明轻稀土元素相对亏损；重稀土元素（Gd-Lu）的标准化比值（Gd/Yb）N在1.05-2.16之间，平均值为1.58，大于1，显示重稀土元素相对富集。这种轻稀土亏损、重稀土富集的配分模式与典型的亏损地幔特征相符，进一步证明了普兰地幔橄榄岩源区经历了强烈的部分熔融作用。轻稀土元素和重稀土元素的分馏情况对揭示地幔橄榄岩的形成环境和演化过程具有重要意义。在部分熔融过程中，轻稀土元素的不相容性比重稀土元素更强，更容易进入熔体相。因此，随着部分熔融程度的增加，轻稀土元素优先从地幔橄榄岩中分离出去，导致轻稀土元素亏损更为明显。重稀土元素相对更难熔，在残留的地幔橄榄岩中相对富集。这种分馏特征可以作为判断地幔橄榄岩部分熔融程度和源区性质的重要依据。在不同岩石类型的普兰地幔橄榄岩中，稀土元素配分模式存在一定差异。方辉橄榄岩的稀土元素总量相对较低，轻稀土元素亏损程度更为显著，（La/Yb）N比值在0.12-0.35之间，平均值为0.22。这可能是由于方辉橄榄岩经历的部分熔融程度较高，导致轻稀土元素大量进入熔体相，残留的方辉橄榄岩中轻稀土元素含量更低。二辉橄榄岩的稀土元素总量相对较高，轻稀土元素亏损程度相对较弱，（La/Yb）N比值在0.30-0.65之间，平均值为0.45。这表明二辉橄榄岩经历的部分熔融程度相对较低，或者在后期演化过程中受到了其他地质作用的影响，使得其稀土元素配分模式与方辉橄榄岩有所不同。这种差异为研究不同岩石类型地幔橄榄岩的形成机制和演化路径提供了重要线索。4.2.2微量元素蛛网图为了深入研究西藏普兰地幔橄榄岩的微量元素特征，绘制了原始地幔标准化微量元素蛛网图（图3）。在该图中，以原始地幔的微量元素含量作为标准，对普兰地幔橄榄岩的微量元素含量进行标准化处理。结果显示，普兰地幔橄榄岩的微量元素蛛网图呈现出复杂的特征，反映了其形成和演化过程中受到多种地质作用的影响。在微量元素蛛网图中，大离子亲石元素（LILE）如Rb、Ba、Sr等表现出明显的富集特征。Rb的标准化比值（Rb/Nb）N在1.25-5.68之间，平均值为3.16，明显大于1；Ba的标准化比值（Ba/Nb）N在12.56-56.84之间，平均值为32.56；Sr的标准化比值（Sr/Nb）N在15.23-45.67之间，平均值为28.56。大离子亲石元素的富集可能与地幔交代作用有关。地幔交代作用是指地幔中的流体或熔体与岩石发生化学反应，改变岩石的化学成分和矿物组成。当受到富含大离子亲石元素的流体或熔体的交代作用时，地幔橄榄岩中的大离子亲石元素含量会增加。这种交代作用可能是由于俯冲带中脱水作用产生的流体上升进入地幔，与地幔橄榄岩发生反应，导致大离子亲石元素的富集。高场强元素（HFSE）如Nb、Ta、Zr、Hf等则表现出不同程度的亏损特征。Nb的标准化比值（Nb/La）N在0.56-1.23之间，平均值为0.85，小于1；Ta的标准化比值（Ta/La）N在0.05-0.12之间，平均值为0.08，明显小于1；Zr的标准化比值（Zr/Y）N在2.56-5.68之间，平均值为3.85，小于典型地幔值；Hf的标准化比值（Hf/Y）N在0.12-0.25之间，平均值为0.18，也小于典型地幔值。高场强元素的亏损可能与部分熔融作用和地幔交代作用的综合影响有关。在部分熔融过程中，高场强元素相对难熔，倾向于留在残留的地幔橄榄岩中。然而，在俯冲带环境下，俯冲物质中的高场强元素含量较低，当俯冲物质参与地幔交代作用时，可能导致地幔橄榄岩中高场强元素的亏损。这种亏损特征也反映了普兰地幔橄榄岩形成于复杂的地质环境，受到了俯冲带相关地质作用的影响。微量元素蛛网图中元素的富集和亏损特征与地幔橄榄岩的源区性质和地质演化历史密切相关。大离子亲石元素的富集表明地幔橄榄岩的源区可能受到了俯冲带流体或熔体的交代作用，这与普兰地区处于板块碰撞带的地质背景相符。俯冲带中洋壳的俯冲会导致脱水作用，产生富含大离子亲石元素的流体，这些流体上升进入地幔，与地幔橄榄岩发生反应，改变其化学成分。高场强元素的亏损则暗示地幔橄榄岩在形成过程中可能经历了部分熔融作用，并且受到了俯冲物质的影响。这种微量元素特征的分析为研究普兰地幔橄榄岩的形成机制和构造背景提供了重要依据。4.3同位素地球化学4.3.1Sr-Nd-Pb同位素对西藏普兰地幔橄榄岩的Sr、Nd、Pb同位素组成进行分析，结果显示其具有独特的地球化学特征，为研究地幔橄榄岩的物质来源和演化历史提供了重要线索。在Sr同位素方面，普兰地幔橄榄岩的87Sr/86Sr比值变化于0.7032-0.7045之间。这一比值相对较低，接近亏损地幔的Sr同位素组成范围。亏损地幔通常具有较低的87Sr/86Sr比值，这是因为在地球演化过程中，放射性锶（87Sr）是由铷（87Rb）经过放射性衰变产生的，而亏损地幔经历了强烈的部分熔融作用，使得易熔的铷元素优先进入熔体相，导致残留的地幔中铷含量较低，从而87Sr/86Sr比值也较低。普兰地幔橄榄岩较低的87Sr/86Sr比值暗示其源区可能经历了较强的部分熔融作用，或者受到了亏损地幔物质的影响。Nd同位素组成中，普兰地幔橄榄岩的143Nd/144Nd比值在0.5127-0.5131之间，对应的εNd（t）值为3.5-6.8。较高的143Nd/144Nd比值和正的εNd（t）值同样表明其源区具有亏损地幔的特征。εNd（t）值是衡量Nd同位素组成与球粒陨石均一储库（CHUR）差异的重要参数，正的εNd（t）值表示样品的143Nd/144Nd比值高于CHUR，反映了源区相对亏损轻稀土元素，这与亏损地幔的特征相符。较高的143Nd/144Nd比值说明在地球演化过程中，普兰地幔橄榄岩的源区相对富集重稀土元素，而轻稀土元素相对亏损，这可能是由于部分熔融作用或地幔交代作用导致的。对于Pb同位素，普兰地幔橄榄岩的206Pb/204Pb比值在18.12-18.35之间，207Pb/204Pb比值在15.45-15.56之间，208Pb/204Pb比值在37.65-38.12之间。这些比值与亏损地幔的Pb同位素组成范围存在一定差异，显示出较为复杂的特征。206Pb/204Pb比值相对较低，可能暗示源区受到了古老地壳物质的混染，或者经历了特殊的地质过程。古老地壳物质通常具有较低的206Pb/204Pb比值，当地壳物质混入地幔橄榄岩源区时，会导致其206Pb/204Pb比值降低。207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值的变化则可能与地幔交代作用、俯冲带物质的加入等因素有关。俯冲带物质中可能含有不同Pb同位素组成的物质，当这些物质参与地幔橄榄岩的形成过程时，会改变其Pb同位素组成。综合Sr、Nd、Pb同位素组成特征，普兰地幔橄榄岩的物质来源和演化历史较为复杂。其Sr、Nd同位素组成显示出亏损地幔的特征，表明源区经历了强烈的部分熔融作用，这与前面主量元素和微量元素分析中得出的结论一致。部分熔融作用使得地幔物质中的易熔组分被分离出去，导致残留的地幔橄榄岩具有亏损地幔的特征。而Pb同位素组成的复杂性则暗示源区可能受到了古老地壳物质的混染，或者经历了俯冲带物质的加入等特殊地质过程。古老地壳物质的混染可能是由于板块碰撞过程中地壳物质的卷入，俯冲带物质的加入则与区域的板块构造活动密切相关。这些特殊地质过程改变了地幔橄榄岩的Pb同位素组成，使其呈现出与Sr、Nd同位素组成不完全一致的特征。4.3.2Os同位素对西藏普兰地幔橄榄岩的Os同位素组成及模式年龄进行研究，结果显示其在探讨地幔橄榄岩的成因和演化方面具有重要意义。在Os同位素组成方面，普兰地幔橄榄岩的187Os/188Os比值变化于0.125-0.135之间。这一比值范围与典型的亏损地幔和富集地幔均存在一定差异，显示出独特的特征。亏损地幔的187Os/188Os比值通常较低，而富集地幔的比值相对较高。普兰地幔橄榄岩的187Os/188Os比值处于两者之间，表明其源区可能经历了复杂的地质过程，受到了多种因素的影响。在地球深部，地幔物质的部分熔融、地幔交代作用以及不同地幔端元的混合等过程都会改变Os同位素组成。部分熔融过程中，Re作为中等不相容元素优先进入熔体，而Os作为强不相容元素保留在残留相（岩石圈地幔），使Re/Os发生显著分馏，从而影响187Os/188Os比值。地幔交代作用中，富含Os的流体或熔体与地幔橄榄岩相互作用，也会改变其Os同位素组成。通过对Os同位素组成的分析，可以计算出普兰地幔橄榄岩的模式年龄。模式年龄是指根据地质样品的同位素组成及一些地球演化模式、参数的假设获得的该样品从某个源区分离的年龄。对于地幔橄榄岩，常用的是Re-Os模式年龄（TMA）。用地幔橄榄岩的Re-Os同位素组成计算得到的模式年龄，能够为地幔橄榄岩的形成年龄提供重要约束。普兰地幔橄榄岩的Re-Os模式年龄可达～20亿年，这表明其源区具有较长的演化历史。如此古老的模式年龄暗示普兰地幔橄榄岩的源区可能经历了多期次的地质事件，在漫长的地质历史时期中，地幔物质经历了多次部分熔融、交代作用以及混合作用等，逐渐形成了现今的地幔橄榄岩。这种多期次的地质事件与区域的构造演化密切相关，例如特提斯洋的开合、印度板块与欧亚板块的碰撞等，这些构造运动导致地幔物质的循环和演化，影响了地幔橄榄岩的形成和演化过程。普兰地幔橄榄岩的Os同位素组成及模式年龄特征为其成因和演化提供了重要约束。独特的187Os/188Os比值和古老的模式年龄表明其源区经历了复杂的地质过程，受到了多种因素的综合影响。这些信息有助于我们深入理解地幔橄榄岩的形成机制和区域地质演化历史，为构建地球深部动力学模型提供关键依据。通过与其他地区地幔橄榄岩的Os同位素数据进行对比，可以进一步探讨普兰地幔橄榄岩在全球构造演化中的位置和作用，揭示地球深部物质循环和演化的规律。五、岩石成因与演化5.1部分熔融作用通过对西藏普兰地幔橄榄岩的岩石学和地球化学特征进行深入分析，采用多种方法对其部分熔融程度进行估算，从而揭示部分熔融过程对岩石成分的深刻影响。5.1.1估算方法与结果基于矿物化学方法，依据橄榄石和辉石等矿物的化学成分来估算部分熔融程度。在部分熔融过程中，矿物的化学成分会发生有规律的变化，橄榄石中的镁铁比（Mg#值）会随着熔融程度的增加而升高。这是因为在部分熔融时，铁元素相对更易进入熔体相，使得残留橄榄石中的镁含量相对富集，Mg#值增大。辉石中的某些微量元素，如稀土元素等，其含量和配分模式也会受到部分熔融作用的显著影响。通过对普兰地幔橄榄岩中橄榄石和辉石的详细矿物化学分析，利用相关的矿物化学模型和计算公式，估算出方辉橄榄岩经历的部分熔融程度约为15%-25%，二辉橄榄岩经历的部分熔融程度约为9%-15%。这种差异表明不同岩石类型在形成过程中所经历的部分熔融程度存在明显不同，方辉橄榄岩相对经历了更高程度的部分熔融。运用微量元素定量模型也是估算部分熔融程度的重要手段。根据微量元素在部分熔融过程中的分配系数差异，以及它们在岩石中的含量变化，可以构建定量模型来估算部分熔融程度。在部分熔融过程中，不相容元素倾向于优先进入熔体相，其在残留岩石中的含量会随着熔融程度的增加而显著降低。通过对普兰地幔橄榄岩中稀土元素等微量元素的含量分析，结合合适的微量元素定量模型，如Dymek和Smith提出的模型，计算得到的部分熔融程度与矿物化学方法估算结果基本一致。这进一步验证了估算结果的可靠性，表明两种方法相互补充，能够更准确地揭示地幔橄榄岩的部分熔融程度。5.1.2对岩石成分的影响部分熔融作用对西藏普兰地幔橄榄岩的主量元素和微量元素组成均产生了显著影响。在主量元素方面，随着部分熔融程度的增加，地幔橄榄岩中的SiO₂、Al₂O₃、FeO等易熔组分逐渐进入熔体相，导致其在残留岩石中的含量降低。这是因为在部分熔融过程中，低熔点的矿物和元素优先发生熔融，进入熔体，而高熔点的矿物和元素则残留下来。SiO₂含量的降低使得岩石的硅不饱和程度增加，反映了岩石向基性方向演化的趋势。Al₂O₃含量的减少表明岩石中铝质矿物的相对含量降低，这对岩石的矿物组成和结构产生了重要影响。FeO含量的变化则与铁元素在部分熔融过程中的分配行为密切相关，随着熔融程度的增加，铁元素更多地进入熔体，导致残留岩石中FeO含量降低。相反，MgO等难熔组分在残留岩石中相对富集，含量升高。镁元素主要存在于橄榄石和辉石等难熔矿物中，在部分熔融过程中，这些矿物相对稳定，不易被熔出，从而使得MgO在残留岩石中得以富集。高含量的MgO是地幔橄榄岩的重要特征之一，反映了其源区的深部地幔性质和较高的部分熔融程度。在微量元素方面，部分熔融过程中不相容元素优先进入熔体相，导致其在残留地幔橄榄岩中的含量显著降低。稀土元素作为典型的不相容元素，在部分熔融过程中表现出明显的分馏现象。轻稀土元素（LREE）的不相容性比重稀土元素（HREE）更强，更容易进入熔体相。随着部分熔融程度的增加，轻稀土元素优先从地幔橄榄岩中分离出去，导致轻稀土元素亏损更为明显。重稀土元素相对更难熔，在残留的地幔橄榄岩中相对富集。这种分馏特征在普兰地幔橄榄岩的稀土元素配分模式图中表现得十分明显，呈现出轻稀土元素相对亏损、重稀土元素相对富集的特征，与典型的亏损地幔特征相符。微量元素的分馏还受到部分熔融程度和熔融方式的影响。在不同的部分熔融程度下，微量元素的分馏程度不同。当部分熔融程度较低时，微量元素的分馏相对较弱；随着部分熔融程度的增加，微量元素的分馏程度逐渐增强。熔融方式也会对微量元素的分馏产生影响，批式熔融和分离熔融会导致不同的微量元素分馏模式。批式熔融是指在部分熔融过程中，熔体与残留固相始终保持平衡，直到部分熔融结束；而分离熔融则是指熔体一旦形成就立即从残留固相中分离出去。这两种熔融方式下，微量元素在熔体和残留固相中的分配行为不同，从而导致不同的分馏模式。通过对普兰地幔橄榄岩微量元素分馏特征的分析，可以推断其部分熔融过程中可能经历了不同程度的批式熔融和分离熔融，这进一步揭示了其复杂的形成过程。5.2地幔交代作用西藏普兰地幔橄榄岩中存在着明显的地幔交代作用证据，主要表现为交代矿物的出现和元素地球化学特征的异常。在部分地幔橄榄岩样品中，发现了角闪石、云母等交代矿物。角闪石呈柱状或针状，颜色多为绿色或深绿色，晶体边缘常呈现出溶蚀现象，表明其是在后期地质作用过程中形成的。云母则呈片状，具有明显的珍珠光泽，常与角闪石共生。这些交代矿物的出现表明地幔橄榄岩受到了富含挥发分的流体或熔体的交代作用。富含挥发分的流体或熔体中含有大量的水、二氧化碳等成分，这些成分在高温高压条件下与地幔橄榄岩发生化学反应，导致矿物的溶解和新矿物的结晶，从而形成了交代矿物。从元素地球化学特征来看，普兰地幔橄榄岩的大离子亲石元素（LILE）如Rb、Ba、Sr等表现出明显的富集特征。Rb的标准化比值（Rb/Nb）N在1.25-5.68之间，平均值为3.16，明显大于1；Ba的标准化比值（Ba/Nb）N在12.56-56.84之间，平均值为32.56；Sr的标准化比值（Sr/Nb）N在15.23-45.67之间，平均值为28.56。大离子亲石元素的富集通常与地幔交代作用密切相关。在俯冲带环境下，洋壳俯冲脱水会产生富含大离子亲石元素的流体，这些流体上升进入地幔，与地幔橄榄岩发生交代作用，使得地幔橄榄岩中的大离子亲石元素含量增加。这种元素富集特征进一步证实了地幔交代作用的存在。根据地幔交代作用的特征和相关理论，可判断其类型主要为显性交代作用。显性交代作用是指后期熔体通过渗透或扩散等方式改变地幔橄榄岩成分，且有除了常见矿物（如橄榄石、辉石、尖晶石等）之外的交代矿物加入。在普兰地幔橄榄岩中，角闪石、云母等交代矿物的出现符合显性交代作用的特征。这些交代矿物的形成是由于地幔中的流体或熔体与原有的地幔橄榄岩发生化学反应，导致矿物组成发生改变。在流体或熔体的作用下，原有的矿物发生溶解，同时新的矿物在反应界面上结晶生长，形成了交代矿物。地幔交代作用对西藏普兰地幔橄榄岩的岩石演化产生了多方面的影响。在矿物组成方面，交代作用导致了新矿物的形成，改变了岩石的矿物组合。角闪石和云母等交代矿物的出现，使得岩石的矿物组成更加复杂。这些新矿物的形成会影响岩石的物理和化学性质，角闪石的硬度和密度与橄榄石、辉石等矿物不同，会改变岩石的力学性质；云母的存在会影响岩石的导电性和热稳定性等。交代作用还可能导致原有矿物的化学成分发生变化。在交代过程中，流体或熔体中的元素会与原有矿物发生离子交换，从而改变矿物的化学成分。橄榄石中的镁、铁等元素可能会与流体中的其他元素发生交换，导致橄榄石的化学成分发生改变。在岩石的地球化学特征方面，地幔交代作用显著改变了岩石的微量元素和同位素组成。大离子亲石元素的富集使得岩石的微量元素特征发生变化，影响了岩石的地球化学行为。Rb、Ba、Sr等元素在地球化学过程中具有重要作用，它们的富集可能会影响岩石的熔点、粘度等物理性质，进而影响岩浆的形成和演化。交代作用还可能改变岩石的同位素组成。流体或熔体中的同位素组成与地幔橄榄岩原有的同位素组成不同，在交代过程中，会导致岩石的同位素组成发生变化。在Sr同位素组成中，由于交代流体中Sr同位素的加入，可能会使地幔橄榄岩的87Sr/86Sr比值发生改变。从岩石演化的角度来看，地幔交代作用是岩石演化过程中的一个重要阶段。它改变了地幔橄榄岩的初始状态，为后续的岩浆活动和岩石形成奠定了基础。受到交代作用影响的地幔橄榄岩，在后续的部分熔融过程中，其形成的岩浆成分会发生改变，从而影响到岩浆岩的类型和特征。交代作用还可能与其他地质作用相互作用，共同影响岩石的演化。交代作用与部分熔融作用的先后顺序和强度不同，会导致岩石的演化路径发生变化。如果先发生部分熔融作用，形成的残留地幔橄榄岩再受到交代作用影响，其岩石特征和演化方向会与先发生交代作用再进行部分熔融的情况有所不同。5.3形成环境与构造背景综合地球化学和同位素数据，能够推断出西藏普兰地幔橄榄岩形成于复杂而特殊的地质环境，对区域构造演化意义深远。从地球化学特征来看，普兰地幔橄榄岩的主量元素表现出低SiO₂、高MgO的特征，这与典型的地幔橄榄岩特征相符，暗示其形成于地球深部的地幔环境。较低的SiO₂含量反映了岩石的基性-超基性特征，表明其形成于相对高温、高压且硅不饱和的环境，这与地幔深部的物理化学条件相一致。高MgO含量则表明岩石的源区具有较高的镁质特征，可能经历了较少的地壳物质混染。微量元素方面，普兰地幔橄榄岩呈现出轻稀土元素相对亏损、重稀土元素相对富集的特征，这与典型的亏损地幔特征相符。轻稀土元素的亏损和重稀土元素的富集表明岩石的源区经历了强烈的部分熔融作用。在部分熔融过程中，轻稀土元素作为不相容元素，优先进入熔体相，随着熔融程度的增加，残留的地幔橄榄岩中轻稀土元素含量逐渐降低；而重稀土元素相对难熔，在残留的地幔橄榄岩中相对富集。这种稀土元素特征进一步支持了普兰地幔橄榄岩形成于亏损地幔环境的推断。大离子亲石元素（LILE）如Rb、Ba、Sr等表现出明显的富集特征，高场强元素（HFSE）如Nb、Ta、Zr、Hf等则表现出不同程度的亏损特征。大离子亲石元素的富集可能与地幔交代作用有关，在俯冲带环境下，洋壳俯冲脱水会产生富含大离子亲石元素的流体，这些流体上升进入地幔，与地幔橄榄岩发生交代作用，使得地幔橄榄岩中的大离子亲石元素含量增加。高场强元素的亏损可能与部分熔融作用和地幔交代作用的综合影响有关。在部分熔融过程中，高场强元素相对难熔，倾向于留在残留的地幔橄榄岩中。然而，在俯冲带环境下，俯冲物质中的高场强元素含量较低，当俯冲物质参与地幔交代作用时，可能导致地幔橄榄岩中高场强元素的亏损。这种微量元素特征表明普兰地幔橄榄岩的形成受到了俯冲带相关地质作用的影响。从同位素地球化学特征分析，Sr、Nd同位素组成显示出亏损地幔的特征，表明源区经历了强烈的部分熔融作用。较低的87Sr/86Sr比值和较高的143Nd/144Nd比值，以及正的εNd（t）值，都与亏损地幔的同位素组成特征相符。这进一步证实了普兰地幔橄榄岩的源区经历了强烈的部分熔融作用，导致易熔的铷、钐等元素优先进入熔体相，使得残留的地幔橄榄岩具有亏损地幔的同位素特征。Pb同位素组成的复杂性则暗示源区可能受到了古老地壳物质的混染，或者经历了俯冲带物质的加入等特殊地质过程。较低的206Pb/204Pb比值可能暗示源区受到了古老地壳物质的混染，古老地壳物质通常具有较低的206Pb/204Pb比值，当地壳物质混入地幔橄榄岩源区时，会导致其206Pb/204Pb比值降低。207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值的变化则可能与地幔交代作用、俯冲带物质的加入等因素有关。俯冲带物质中可能含有不同Pb同位素组成的物质，当这些物质参与地幔橄榄岩的形成过程时，会改变其Pb同位素组成。综合以上地球化学和同位素数据，普兰地幔橄榄岩可能形成于洋中脊或俯冲带附近的地幔环境。在洋中脊环境下，地幔物质发生减压熔融，形成亏损地幔橄榄岩，这与普兰地幔橄榄岩的亏损地幔特征相符。地幔物质在洋中脊处受到减压作用，熔点降低，发生部分熔融，形成的熔体上升形成洋壳，残留的地幔橄榄岩则具有亏损地幔的特征。然而，其微量元素和同位素特征中显示出的俯冲带相关信息，如大离子亲石元素的富集和Pb同位素组成的复杂性，又表明其可能受到了俯冲带物质的影响。在俯冲带附近，洋壳俯冲导致地幔物质发生交代作用和部分熔融作用，改变了地幔橄榄岩的化学成分和同位素组成。俯冲带中洋壳的俯冲会导致脱水作用，产生富含大离