全 文 ：第 28卷　第 3期
2009年 5月
岩　石　矿　物　学　杂　志
ACTA　PETROLOGICA　ET　MINERALOGICA
Vol.28, No.3:215～ 224
May, 2009
山东荣成马草夼橄榄岩矿物地球化学研究
任玉峰 1 ,高　翔 2 ,杨经绥 1 ,胡明月3 ,贾泽荣3
(1.国土资源部 大陆动力学实验室 , 中国地质科学院 地质研究所 , 北京　100037;
2.中国地质大学 X光衍射实验室 ,北京　100083;3.国家地质实验测试中心 , 北京　100037)
摘　要:马草夼橄榄岩位于苏鲁超高压变质带山东荣成腾家集附近 , 其原岩为残余地幔方辉橄榄岩 , 经历了超高压变
质作用和后期麻粒岩-角闪岩相变质作用。对马草夼橄榄岩及侵入于其中的辉石岩脉和角闪岩脉的主要矿物橄榄石 、
斜方辉石和角闪石做了单矿物微量元素和稀土元素地球化学分析 , 结果表明 Co和 Ni在橄榄石中含量最高且富集 ,在
斜方辉石和角闪石中含量低且亏损。由于橄榄石在全岩中含量高达 90%以上 , 因而全岩 Co、Ni富集。虽然角闪石在
全岩中体积含量仅占 3% ～ 8%,但斜方辉石和橄榄石的微量和稀土元素含量远远低于角闪石 ,故全岩的微量(Co、Ni除
外)和稀土元素化学特征受控于角闪石。斜方辉石 、橄榄石与角闪石的微量和稀土元素分布特征基本相同 ,辉石岩脉和
角闪岩脉中的角闪石比地幔橄榄岩中的角闪石更富集微量和稀土元素。微量和稀土元素地球化学特征显示马草夼橄
榄岩至少受到了含 Co、Ni的流体 ,富含 LREE、Ba、Sr、Ta的硅酸盐流体和少量低 Th、U的碳酸盐地幔流体的多次交代 ,
流体交代发生于超高压变质后期浅部地幔驻留期间。马草夼橄榄岩所处的氧逸度(相对于 FMQ)为 +1.0 ～ +2.0,落
入正常大陆地幔的范围 ,在折返过程中未受到壳源流体的影响 ,保持了地幔氧同位素特征。
关键词:橄榄岩;矿物微量和稀土元素;氧同位素;氧逸度;荣成;山东
中图分类号:P588.12+5;P595　　　　　　文献标识码:A　　　　 　文章编号:1000-6524(2009)03-0215-10
GeochemistryofmineralsfromMacaokuangperidotite
inRongchengarea, ShandongProvince
RENYu-feng1 , GAOXiang2 , YANGJing-sui1 , HUMing-yue3 andJIAZe-rong3
(1.KeyLaboratoryofContinentalDynamicsofMinistryofLandandResources, InstituteofGeology, CAGS, Beijing100037,
China;2.X-RayDifractiveLaboratory, ChinaUniversityofGeosciences, Beijing100083, China;
3.NationalResearchCenterforGeoanalysis, Beijing100037, China)
收稿日期:2008-07-14;修订日期:2009-01-15
基金项目:973项目(003CB716500);中国地质调查局项目(2001CCB00900);中国地质科学院重点实验室基金资助项目(JB0703)
作者简介:任玉峰(1965-　),女 ,研究员 ,长期从事矿物学 、岩石学研究工作 , E-mail:ryf2003 1999@yahoo.com.cn。
Abstract:LocatedinTengjiajiofRongchengarea, ShandongProvince, theMacaokuangperidotiteliesinthe
northeasternpartoftheSuluultrahighpressuremetamorphicbelt.Theprotolithoftheperidotiteistheresidual
mantleharzburgite, whichunderwentultrahighpressureandthengranulite-amphibolitefaciesmetamorphism.Trace
andrareearthelementabundancesofolivine, orthopyroxeneandamphiboleintheMacaokuangmantleperidotite
andtheorthopyroxeniteveinsandamphiboliteveinswithintheperidotitewereanalyzed, andtheresultshowsthat
CoandNiarehighandmainlyconcentratedinolivine, buttheircontentsarelowinorthopyroxeneandamphibole,
suggestingthatthebulkrockisenrichedinCoandNiduetothehighproportionofolivineintherock.Althoughit
makesuponly3% ～ 8% ofthewholerock, theamphibolecontrolsthecontentsanddistributionpaternsoftrace
andrareearthelementsofthebulkrockwiththeexceptionofCoandNi.Orthopyroxeneandolivinehavemuch
lowertraceandrareearthelementabundancesthanamphibole, andtheelementdistributionpaternsoforthopyrox-
eneandolivinearequitesimilartothepaternofamphibole.Amphiboleinorthopyroxeniteveinsandamphibolite
veinsismoreenrichedintraceandrareearthelementsthanthatinperidotite.Geochemistryoftheelementsshows
thatperidotitemusthaveexperiencedrepeatedmetasomaticactionsofatleastsuchcomponentsasCoandNi-rich
fluids, LREE, Ba, Sr, Ta-richandTh, U-extremelylowsilicatefluidsandcarbonicfluids.Fluidmetasomatism
occurredafterUHPmetamorphismatashalowmantledepth.Olivine, orthopyroxeneandamphiboleintheperido-
titetogetherwiththeintrudedveinsarecharacterizedbynormalmantleoxygenisotopicratiosandshowequilibrium
eachother.Meanwhile, theoxygenfugacityoftheperidotiteis+1.0 ～ +2.0, falinginthenormalcontinental
mantlerange, implyingthattherockhasnotexperiencedmetasomaticactionofcrustalfluids.
Keywords:peridotite;traceandrareearthelementsofmineral;oxygenisotope;oxygenfugacity;Rongcheng;
ShandongProvince
1　地质背景
马草夼橄榄岩地处苏鲁超高压变质带东北端的
山东省荣成市腾家集附近(图 1),呈不规则的卵圆
状分布于本区大面积出露的新元古代花岗闪长质片
麻岩中 。该片麻岩中产出的榴辉岩块 、大理岩块及
片麻岩本身均经历了超高压变质作用 (叶凯等 ,
1992;Hirajimaetal., 1993;Zhangetal., 1994;Ye
andHirajima, 1996;Hackeretal., 1997;Katoet
al., 1997;Walisetal., 1997)。
图 1　荣成地区地质简图
Fig.1　GeologicsketchmapoftheRongchengarea
1—橄榄岩;2—榴辉岩;3—片麻岩;4—大理岩;5—花岗岩;
6—第四系;7—岩石产状;8—绿片岩相变质带;
9—苏鲁-大别高压超高压变质带;10— PP6钻孔位置
1— peridotite;2— eclogite;3— gneiss;4— marble;5— granite;
6— Quaternary;7— atitudeofrock;8— greenschistmetamorphicbelt;
9— Sulu-DabieHPandUHPmetamorphicbelt;
10— locationoftheCCSDPP6 drilhole
在该橄榄岩上实施了 197 m的科学钻探。经详
细的岩石学研究 ,岩石主体原岩为亏损的地幔方辉
橄榄岩 ,被岩浆成因的辉石岩脉和角闪岩脉所切割
(图 2)。橄榄岩主要矿物组成为橄榄石 (90% ～
95%)、斜方辉石(3% ～ 5%)、角闪石(3% ～ 8%)、
尖晶石(<0.5%)、镍硫化物(<0.1%)和单斜辉石
(<0.1%)(图 3)。其中 ,橄榄石发生了不同程度的
蛇纹石化。在该岩石中还发现了呈团簇状分布的微
米级细粒石榴石 。根据该岩石的矿物组合和结构 ,
笔者认为该岩石经历了早期部分熔融 、中期超高压
变质和后期的退变质交代作用(任玉峰等 , 2007)。
图 2　地幔橄榄岩中穿插的岩浆岩脉
Fig.2　Magmaticveinsintrudedinthemantleperidotite
a—橄榄岩-方辉岩-角闪岩脉 ,依次呈暗色 、灰白色 、深灰色 ,
具条带构造;b—地幔橄榄岩中穿插的方辉岩脉
a—peridotite-orthopyroxenite-amphiboliteveins;
b— orthopyroxenitevein
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图 3　马草夼地幔橄榄单偏光照片
Fig.3　MicrographofMacaokuangperidotiteunderplanelight
在该橄榄岩中发现有 2条岩浆成因的岩脉 ,包
括辉石岩脉(50-112)和角闪岩脉(44-99),后者与橄
榄岩和辉石岩一起呈条带状分布于地幔橄榄岩中
(图 2)(任玉峰等 , 2007)。橄榄岩的矿物化学成分
(Fo=88, En=88)完全不同于地幔橄榄岩(Fo=92,
En=92)。辉石岩脉和角闪岩脉厚度 1 ～ 2 cm,前者
由顽火辉石(～ 95%)、角闪石(～ 3%)和橄榄石(1
～ 2%)组成 ,后者由韭闪石(～ 95%)和黑云母(～
5%)组成。这些岩脉与地幔橄榄岩之间界限清晰。
从全岩化学分析知 ,该地幔橄榄岩轻稀土元素
富集 ,重稀土元素亏损(任玉峰等 , 2007)。那么 ,这
些微量和稀土元素存在于何种矿物中? 在长期的地
幔岩演化过程中该岩石所处环境的氧逸度是否有改
变 ?与该地幔橄榄岩相伴的具有侵入体性质的岩脉
的地球化学特点是什么? 本文从岩石地球化学的角
度对此展开了探讨。
2　分析方法
矿物的微量和稀土元素分析在国家地质研究测
试中心完成 。采用 FinniganElement2等离子质谱
仪 ,配合 NEWWAVEUP213激光器 ,对厚约 0.1 mm
的岩石薄片中的矿物进行了原位分析。激光光斑直
径为 40 μm,采用的玻璃标样为美国国家标准技术
研究院研制的标准 NIST612和德国马普化学所提供
的标准物质 KL2-G,结合橄榄岩中矿物的电子探针
数据进行校正 。绝大多数元素含量检出限可达到
10
-9至 10-10g/g,在 1 h内 ,重复测定标准物质 ,痕量
元素分析精度为 2% ～ 5%。
分析的矿物有角闪石 、斜方辉石和橄榄石。其
中角闪石来自地幔橄榄岩 (39-92)、辉石岩脉 (50-
112)和角闪岩脉(44-99);斜方辉石来自地幔橄榄岩
中的残余辉石斑晶和细粒低钙辉石(39-92)、辉石岩
脉(50-112);橄榄石来自地幔橄榄岩(39-92)。橄榄
石粒径细小 ,多在 0.2 ～ 0.5 mm,裂隙发育 ,再加上
薄片厚度大 ,可供分析的数据偏少 ,但已具有一定的
代表性 。
氧同位素分析在中国地质科学院矿产资源研究
所氧同位素实验室完成。采用常规的 BrF5氧同位
素制样方法 ,利用质谱仪 MAT253EM分析 ,采用国
际标准 SMOW,分析精度为 ±0.2‰。分析样品为单
矿物橄榄石 、斜方辉石和角闪石 。其中橄榄石和斜
方辉石残余斑晶是从 15个地幔岩样品破碎后挑选
出来的 。角闪石是从角闪岩脉(44-99)中挑选的 。
3　矿物微量元素地球化学
表 1为橄榄石 、斜方辉石 、角闪石的单矿物微量
元素地球化学分析结果。与原始地幔岩的 Co、Ni相
比(Co105 ×10-6 , Ni1 960 ×10-6 , MacDonoughand
Sun, 1995),橄榄岩全岩表现为 Co、Ni富集(Co108
×10-6 ～ 119×10-6 , Ni2 059 ×10-6 ～ 2 504 ×10-6 ,
任玉峰等 , 2007),而单矿物微量元素显示(表 1),仅
橄榄石表现为富集(Co134 ×10-6 ～ 144 ×10-6 , Ni
3 535 ×10-6 ～ 4 831 ×10-6),其他矿物 Co、Ni含量
均低于原始地幔 ,表现为亏损。因此 ,橄榄岩中 Co
和 Ni主要存在于橄榄石中 。由于橄榄石占到原岩
矿物体积的 70% ～ 80%,蛇纹石占约 25% ～ 15%,
其他矿物 5% ～ 10%,因此全岩仍然表现为 Co、Ni富
集 。但值得注意的是 ,该橄榄岩同苏鲁其他橄榄岩
块一样 ,含有包括镍黄铁矿和赫硫镍矿 (Zhanget
al., 2004)在内的镍硫化物 ,它们分布于蛇纹石中 ,
多呈不规则的形态与磁铁矿交生在一起(图 4)。从
岩石微量元素地球化学知 ,蛇纹石化强烈的 2个样
品其 Co、Ni正异常程度低于蛇纹石化弱的岩石(任
玉峰等 , 2007),表明这些元素在流体的作用下有一
定的迁移 ,使 Co、Ni有所降低 。与橄榄岩相邻的片
麻岩中几乎看不到镍硫化物和磁铁矿 。可见 ,蛇纹
石化及硫化物的生成仅限于橄榄岩内部。 Zhang等
(2004)认为这些硫化物为残余地幔熔体 ,但根据橄
榄石富含 Co、Ni,且 Co、Ni硫化物常与磁铁矿呈交生
结构分布于蛇纹石中 ,笔者认为这些Co、Ni硫化物
217第 3期　　　　　　　　　　　　任玉峰等:山东荣成马草夼橄榄岩矿物地球化学研究
218 岩　石　矿　物　学　杂　志　　　　　　　　　　　　　　　　　第 28卷
极可能是橄榄石蛇纹石化 、从橄榄石分离的产物 ,或
橄榄岩受到含镍流体的交代 ,使 Co、Ni增加 ,后期蚀
变使 Co、Ni从橄榄石中分离 、以硫化物方式出现。
图 4　马草夼橄榄岩中镍黄铁矿和磁铁矿的
交生结构扫描电镜照片
Fig.4　Backscatteringelectricimageofpentlanditeand
magnetiteintergrowthintheMaocaokuangperidotite
从表 1知 ,橄榄石中除 Co、Ni外 ,其他微量元素
含量极低 ,远远低于辉石和角闪石。从图 5矿物微量
元素平均含量相对于原始地幔的分布方式可以看出 ,
橄榄石和斜方辉石的微量元素都是亏损的(除 Co、Ni
外),而角闪石中许多微量元素(如 Rb、Ba、Nb、Ta、Sr)
是富集的。矿物中所含微量元素的变化趋势与岩石
基本一致 ,如Th、U、Pb、Y显示负异常 , Ba、Ta、Sr显示
图 5　矿物微量元素平均含量相对于原始地幔分布图
Fig.5　Pyrolitenormalizedtraceelementsof
mineralsinMacaokuangperidotite
Ol—橄榄石;Opx—斜方辉石;Amp—角闪石;阴影—岩石 /原始地幔
Ol— olivine;Opx— orthopyroxene;Amp— amphibole;
shadow— rock/pyrolite
正异常(图 5)。橄榄岩中的斜方辉石残余斑晶与基质
中细粒低铝斜方辉石微量元素含量区别不大(表 1)。
具岩浆性质的斜方辉石 ,其微量元素含量变化趋势类
似于橄榄岩中的残余辉石 ,而且 ,相对与原始地幔也
是亏损的(图 5)。角闪石中大离子亲石元素 Rb、Ba、
Nb、Ta、Sr、Nd是富集的 , Ba、Ta、Sr呈正异常 , Th、U强
烈亏损 ,呈负异常 ,高场强元素 Zr、Hf、Ti较平坦。岩
浆成因的角闪石与橄榄岩中的角闪石相比 ,主元素组
成几乎完全相同(任玉峰等 , 2007),但所含的 Sr、Nd、
Zr、Ha、Ti均高于地幔岩中的角闪石 ,尤其是 Ti相对
于原始地幔是富集的 ,而在后者中总是亏损的(表 1)。
这与角闪岩脉内可见副矿物钛铁矿 、后者仅见到副矿
物铬铁矿和磁铁矿是一致的(任玉峰等 , 2007)。所有
脉岩(50-112、44-99)中矿物 Ti含量均高于残余地幔
岩中的矿物(39-92)。
4　矿物稀土元素地球化学
表 2为橄榄石 、斜方辉石 、角闪石的单矿物稀土
元素地球化学分析结果。橄榄石和辉石的稀土元素
含量极低 ,几乎不含稀土 ,而角闪石的稀土元素含量
极高 ,且辉石岩脉中和角闪岩脉中的角闪石的稀土含
量高于橄榄岩中的角闪石(图 6)。从橄榄岩的稀土
元素含量来看 ,稀土元素总量为 1.08 ×10-6 ～ 2.41
×10-6 ,其中轻稀土元素在 1.00 ×10-6 ～ 2.20 ×
10
-6(任玉峰等 , 2007)。而对于单矿物角闪石 ,稀土
图 6　矿物稀土元素平均含量相对于原始地幔分布图
Fig.6　Pyrolitenormalizedrareearthelementsof
mineralsintheMacaokuangperidotite
Ol—橄榄石;Opx—斜方辉石;Amp—角闪石;阴影—岩石 /原始地幔
Ol— olivine;Opx— orthopyroxene;Amp— amphibole;
shadow— rock/pyrolite
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220 岩　石　矿　物　学　杂　志　　　　　　　　　　　　　　　　　第 28卷
元素总量为 2.55 ×10-6 ～ 31.31 ×10-6 ,轻稀土元素
为 2.26 ×10-6 ～ 25.9 ×10-6 ,其中角闪岩脉中的角
闪石稀土元素总量 36.11 ×10-6 ～ 49.72 ×10-6 ,轻
稀土元素 30.56×10-6 ～ 49.72 ×10-6。与原始地幔
岩相比 , 3种角闪石均表现为轻稀土元素富集 ,重稀
土元素亏损 。与岩石稀土元素分布模式相比较(图
6),可知橄榄岩全岩稀土元素的特征及其贡献主要
来自角闪石 。
5　矿物氧同位素
橄榄石的 δ18O/δ16O值为 4.3‰(表 3),与仰口
石榴石橄榄岩的橄榄石(4.4‰)一致(ZhangRYet
al., 2005), 但比正常地幔橄榄石氧同位素比值
(5.1‰, Mateyetal., 1994;Chazotoetal., 1997)
偏低 ,这可能与测试方法有关。采用传统的单矿物
粉末方法 ,由于橄榄石颗粒很细 ,不易剔除边缘和内
部蛇纹石的影响 。而采用激光熔样对单颗粒矿物分
析的方法 ,能够避开蛇纹石的影响。显然 ,该比值比
“壳源”石榴石橄榄岩(原岩为侵入地壳的橄榄岩 ,后
来经历了超高压变质作用)橄榄石的单颗粒氧同位
素比值 3.3‰ ～ 3.8‰高的多(李天福等 , 2006a),仍
然反映了马草夼橄榄岩中橄榄石来自地幔 ,而非地
壳 。橄榄岩中斜方辉石残余斑晶的氧同位素比值为
5.9‰(表 3),反映了地幔氧同位素特征 。来自岩浆
成因的角闪石也显示了地幔氧同位素特征 ,为 5.8‰
(表 3),接近于含水的地幔橄榄岩中角闪石氧同位
素比值 5.3‰ ～ 5.5‰范围(Chazotetal., 1997)。另
外 ,斜方辉石和角闪石氧同位素差值 ΔOpx-Ampδ18O=
0.1‰,表明该地幔橄榄岩与角闪岩脉的氧同位素之
间是平衡的 。因此 ,马草夼橄榄岩中的辉石岩脉和
角闪岩脉均为残余地幔进一步熔融产生的熔体结晶
的产物 ,而且 ,后期均未受到地壳流体的改造。
表 3　造岩矿物氧同位素分析结果
Table3　Oxygenisotopicratiosofmineralsfrom Macao-
kuangperidotiteinRongchengarea, ShandongProvince
样品号 单矿物 δ18O/δ16O
r-15-Ol 橄榄石 4.3
r-15-Opx 斜方辉石(斑晶) 5.9
44-99-Amp 角闪石(岩脉) 5.8
6　岩石氧逸度
对于马草夼橄榄岩 ,根据橄榄石 、尖晶石和斜方
辉石的探针数据 (任玉峰等 , 2007),利用 Brey和
kohler(1991)有关 Ca在斜方辉石中溶解度的温度
计 、Wit-Eickschen和 Seck(1991)有关尖晶石-橄榄
石中 Ca和 Al在斜方辉石中溶解度的温度计以及
Balhaus等(1991)有关橄榄石-尖晶石 Fe-Mg交换反
应温度计 ,计算出在尖晶石橄榄岩压力范围内共同
温度范围在 830 ～ 925℃。在此基础上 ,根据 Balhaus
等(1991)有关橄榄石 -斜方辉石-尖晶石的氧逸度关
系式(适用范围:t=800 ～ 1 300℃, p=0.3 ～ 2.7
GPa)计算出马草夼橄榄岩氧逸度在 +1.0 ～ +2.0,
大多在 +1.1 ～ +1.8之间 ,与大陆地幔橄榄岩氧逸
度数据相一致 (Matiolietal., 1989;Woodlandet
al., 1992),表明地幔交代伴随者岩石的氧化作用 ,
残余地幔已经历地幔流体的普遍改造 。
7　讨论
马草夼橄榄岩主体原岩为方辉橄榄岩 ,与 PP1
钻孔中的石榴石方辉橄榄岩和无石榴石的橄榄岩有
相似矿物组合特征(李天福等 , 2006b)。不同的是马
草夼橄榄岩含角闪石和少量微米尺度的石榴石 ,几
乎不含云母(少量仅见于辉石和角闪岩脉),个别样
品中含有少量的他形且成分不均匀的白云石 ,菱镁
矿仅以包体方式出现在橄榄石中 。据矿物组合和温
压计算 ,该岩石经历了超高压变质作用(任玉峰等 ,
2007)。前人对中国东部岩石圈地幔岩做了大量的
研究(Zhangetal.2002;张宏福等 , 2005;郑建平等 ,
2006;Zhengetal., 2005a, 2005b, 2006a, 2006b),
郑建平等(2007)提出华北克拉通岩石圈主体至少保
留到早古生代与扬子板块俯冲碰撞之前 ,中国东部
岩石圈地幔的交代作用发生在超高压变质作用后 ,
而且交代流体与华北-扬子地块碰撞产生的流体有
关 。Xu等(2003)研究了中国东部玄武岩中尖晶石
和石榴石橄榄岩微量元素地球化学特征 ,提出橄榄
岩的变质交代作用发生在玄武岩喷发前不太长的时
间内 ,即地幔交代作用不是在残余地幔形成后就开
始的。任玉峰等(2007)认为马草夼橄榄岩在超高压
变质作用后在浅部地幔发生了麻粒岩相 -角闪岩相
变质交代事件。 ZhangRY等(2005)认为流体缺乏
是导致超高压变质过程中初始和低压相存在的主要
原因。 Canil(2002, 2004)研究了约 1 700个地幔橄
榄岩中等不相容元素 Al、Cr、Sc、V、Yb所代表的橄榄
岩分离熔融模式 ,提出所有的橄榄岩无论其形成于
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何种构造背景 ,其在地幔中平衡成为地幔残余的压
力均小于 3 GPa,即为尖晶石相 ,而呈石榴石相的橄
榄岩是在汇聚边界俯冲到更深部位的结果 。从马草
夼橄榄岩岩相来看 ,保留有早期地幔残余的特征 ,如
含有具透辉石 +铬铁矿出溶体的高铝顽火辉石残余
斑晶 ,而微米级石榴石 +细粒低铝顽火辉石组合表
明岩石曾从地幔浅部俯冲到深部 ,或者浅部地幔橄
榄岩受陆-陆碰撞形成的挤压应力作用 ,所处深度并
未加大 ,而压力增大 ,发生了榴辉岩相超高压变质作
用 。据郑建平等(2007)对 CCSD-PP1钻孔橄榄岩的
研究和 Reverdato等(2008)对来自壳源橄榄岩和幔
源橄榄岩主元素和微量元素地球化学对比研究 ,我
们认为马草夼橄榄岩应属于华北克拉通地幔残余 ,
且经历了超高压变质作用 。
马草夼橄榄岩的主要矿物为橄榄石 +蛇纹石 ,
其次为斜方辉石和角闪石 。从前面矿物的微量和稀
土元素分析知 ,除 Co、Ni外 ,马草夼橄榄岩全岩稀土
和微量元素的主要贡献者为角闪石 ,斜方辉石和橄
榄石几乎不含稀土 ,这与角闪石中含有离子半径较
大的 Na+和 Ca2+、可与大离子亲石元素和稀土元素
相互取代有关 。当岩石中含有单斜辉石和石榴石 ,
全岩微量和稀土元素含量将受控于它们(Xuetal.,
2003)。当岩石中角闪石的模式含量较高时 ,角闪石
所含微量元素将超过单斜辉石和石榴石(Xuetal.,
2003)。因此 ,马草夼橄榄岩中橄榄石 、斜方辉石不
是容纳微量和稀土元素的主体 ,这与 Xu等 (2003)
的研究结果是相一致的。但特别注意的是 Co、Ni这
两种微量元素主要赋存在橄榄石中。
当橄榄岩受到含水硅酸盐流体交代 ,岩石将富
集大离子亲石元素和高场强元素 ,而受到碳酸盐流
体交代时 ,岩石将富含大离子亲石元素 、轻稀土元
素 、U和 Th,但高场强元素含量低(Rudnicketal.,
1993;Coltortletal., 1999;Zanetietal., 1999)。通
常 ,这两者流体均存在(Xuetal., 2003)。马草夼橄
榄岩表现为轻稀土元素富集 、重稀土元素亏损 ,具明
显的 Ba、Ta、Sr正异常 , Th、U、Pb强烈亏损 ,而 Ti相
对 Y呈正异常。笔者认为 ,马草夼橄榄岩可能受到
多期流体的交代 ,包括含水硅酸盐流体和少量低 Th、
U的碳酸盐流体的相互作用 ,使岩石强烈亏损 Th和
U,高场强元素平坦。其交代流体特征与仰口石榴石
橄榄岩(ZhangRYetal., 2005)和芝麻坊橄榄岩
(李天福等 , 2006b)有所差别 。对于侵入到橄榄岩中
的辉石岩脉和角闪岩脉 ,其基性程度高 ,应为地幔橄
榄岩重熔的产物 ,可能形成于超高压变质之前 ,也可
能形成于超高压变质中或稍晚的阶段。这需要进一
步的研究证据。
从矿物微量和稀土元素的分布模式来看 ,岩石
的微量和稀土元素分布模式是单矿物分布模式及各
元素丰度变化的综合 。由于辉石岩脉和角闪岩脉中
角闪石 +辉石的含量远远大于橄榄岩中角闪石的含
量 ,因此 ,脉岩中相应的微量和稀土元素比橄榄岩中
的更富集 ,且其分布模式完全取决于角闪石。
前人对尖晶石橄榄岩 、石榴石橄榄岩和含金刚
石橄榄岩(Mateyetal., 1994;Ionovetal., 1994)以
及含水地幔橄榄岩(Chazotoetal., 1997)的氧同位
素研究表明 ,橄榄石 、辉石 、石榴石及角闪石的 δ18O
在 4.8‰ ～ 6.2‰之间 ,其中 δ18 O橄榄石 ≈δ18O石榴石 <
δ18O尖晶石 <δ18O单斜辉石 <δ18O斜方辉石 ,含水和无水的橄
榄岩氧同位素并无系统差别 ,说明地幔内流体被橄
榄石的氧同位素所缓冲 ,流体循环沉淀出角闪石 、云
母 ,或地幔流体氧同位素与地幔氧同位素组成相同。
储雪蕾等(1999)、于慧敏等(2005a, 2005b)对中国东
部玄武岩中地幔橄榄岩包体同位素研究表明 ,其单
矿物氧同位素比值均落入正常地幔氧同位素的范围
内 ,但矿物之间存在氧同位素分馏 ,并将其归因于各
种地幔流体的交代。对于苏鲁地区经历了超高压变
质作用的地幔橄榄岩 , 如仰口的石榴石橄榄岩
(ZhangRYetal., 2005)和芝麻坊橄榄岩(ZhangZ
Metal., 2005),其氧同位素比值也落入了正常地幔
的范围内。同样 ,位于荣成的马草夼橄榄岩也具有
正常地幔氧同位素特征 。由于流体 ,尤其是外来流
体或地壳流体或来自俯冲板片流体作用有限 ,使得
这些经历了超高压变质的地幔橄榄岩保持了地幔岩
的氧同位素特征 ,以构造侵位的方式卷入了代表扬
子陆壳的大面积分布的片麻岩中。可见 ,中国东部
岩石圈地幔无论以捕虏体方式还是以 “冷侵位 ”方式
进入地壳 ,均保持了地幔氧同位素的特征 。
李建平等(2001)对安徽女山地幔橄榄岩包体的
氧化-还原状态做了分析 ,计算得到 ΔlogfO2 (FMQ)
=-2.5 ～ +1.5,且提出可能受到含 CO-CH4流体的
影响 ,使女山角闪石橄榄岩的氧逸度降低 。笔者对
马草夼橄榄岩氧逸度计算表明 ,较高的温度使得氧
逸度计算值范围变窄 。在尖晶石橄榄岩的压力范围
内 ,平衡温度在 830°C以上时 ,马草夼橄榄岩氧逸度
(相对于 FMQ)范围为 +1.0 ～ +2.0,而对于角闪岩
相的橄榄岩计算的氧逸度范围在 +0.3 ～ +2.1之
222 岩　石　矿　物　学　杂　志　　　　　　　　　　　　　　　　　第 28卷
间 ,未出现负值 ,表明地幔氧化程度不均匀 ,且氧化
程度高 , 但落入了正常大陆地幔氧化-还原范围
(±2, Matiolietal., 1989)。
8　结论
(1)马草夼橄榄岩属于华北克拉通残余地幔岩 ,
经历了超高压变质作用 ,后期受到地幔流体的改造。
(2)马草夼橄榄岩 Co、Ni微量元素主要赋存在
橄榄石中 ,其他稀土和微量元素主要赋存于角闪石
中 。斜方辉石和橄榄石几乎不含稀土元素 ,微量元
素含量极低。角闪石(体积含量仅 3% ～ 8%)的微
量和稀土元素分布模式决定着地幔岩微量和稀土元
素分布模式 。侵入脉岩辉石岩和角闪岩的微量和稀
土元素比地幔岩更富集。
(3)马草夼橄榄岩轻稀土元素富集 、重稀土元
素亏损 ,具明显的 Ba、Ta、Sr正异常 , Th、U、Pb强烈
亏损 ,可能受到包括含水硅酸盐流体和少量低 Th、U
的碳酸盐流体的多期流体的交代。
(4)马草夼橄榄岩以构造侵位方式进入地壳 ,
未受到壳源流体的交代 ,具地幔氧同位素的特征。
(5)马草夼橄榄岩在尖晶石橄榄岩的压力范围
内 ,氧逸度(相对于 FMQ)范围为 +1.0 ～ +2.0之
间 ,氧化程度不均匀 ,属于正常大陆地幔氧化-还原
范围。
References
BallhausC, BerryRFandGreenDH.1991.Highpressureexperimental
calibrationofolivine-orthopyroxene-spineloxygengeobarometer:im-
plicationsfortheoxidationstateoftheuppermantle[ J] .Contrib.
Mineral.Petrol., 107:27～ 40.
BreyGPandKöhlerT.1990.Geothermobarometryinfourphaselherzo-
lites, partI:newthermobarometersandpracticalassessmentofex-
istingthermobarometers[ J] .JournalofPetrology, 31:1 353 ～
1 378.
CanilD.2002.Vanadiuminperidotites, mantleredoxandtectonicenvi-
ronments:Archeantopresent[ J].EarthandPlanetaryScienceLet-
ters, 195:75 ～ 90.
CanilD.2004.Mildlyincompatibleelementsinperidotitesandtheorigins
ofmantlelithosphere[J].Lithos, 77:375～ 393.
ChazotG, LowryD, MenziesM, etal.1997.Oxygenisotopiccomposition
ofhydrousandanhydrousmantleperidotites[ J] .Geochimicaet
CosmochimicaActa, 61(1):161～ 169.
ColtortlM, BonadimanC, HintonRW, etal.1999.Carbonatitemetaso-
matismoftheoceanicuppermantle:evidencefromclinopyroxenes
andglassesinultramaficxenolithsofGranadeComore, Indian
Ocean[ J] .JournalofPetrology, 40:133 ～ 163.
HackerBR, SharpT, ZhangRY, etal.1997.Determiningtheoriginof
ultrahigh-pressurelherzolite[J].Science, 278:702～ 704.
HirajimaT, WalisSR, ZhaiM, etal.1993.Eclogitizedmetagraintoid
fromtheSu-Luultrahighpressure(UHP)province, easternChina
[ J] .ProceedingsoftheJapanAcademy, 68:249～ 254.
IonovDA, HarmonRS, France-LandordC, etal.1994.Oxygenisotope
compositionofgarnetandspinelperidotitesinthecontinentalman-
tle:evidencefromtheVitimxenolithsuite, southernSiberia[ J].
GeochimicaetCosmochimicaActa, 58 (5):1 463～ 1 470.
KatoT, EnamiMandZhaiM.1997.Ultra-high-pressure(UHP)marble
andeclogitesintheSu-LuUHPterane, easternChina[ J].J.Met-
amorphicGeol., 15:169 ～ 182.
LiJianping＆ZhangSheng.2002.Redoxstateofamphibole-bearingman-
tleperidotitefromNushan, AnhuiProvinceineasternChinaandits
implications[ J] .ScienceinChinaSeriesD, 45(4):348～ 357.
LiTianfu, YangJingsuiandRumbleD.2006a.Magmaticultramaficrock
inSuluultrahighpressuremetamorphicbelt:depletedoxygeniso-
topeevidencefrommainholeofChineseContinentalScientificDril-
ingProject[J].ActaPetrologicaSinica, 22 (7):1 933 ～ 1 940
(inChinesewithEnglishabstract).
LiTianfu, YangJingsuiandZhangRuyuan.2006b.K-richandcarbonat-
icmeltmetasomatismindepleteduppermantle:geochemicalevi-
dencesfromperidotitesinpre-pilotholeofChineseContinentalSci-
entificDrilingProject[J] .EarthScience(JournalofChinaUniver-
sityofGeosciences), 31 (4):457 ～ 471(inChinesewithEnglish
abstract).
MacDonoughWFandSunSS.1995.ThecompositionoftheEarth[ J].
ChemicalGeol., 120:223～ 252.
MateyD, LowryDandMacphersonC.1994.Oxygenisotopecomposition
ofmantleperidotite[ J] .EarthandPlanetaryScienceLeters, 128:
231 ～ 241.
MatioliGS, BakerMBandRuterMJ.1989.Uppermantleoxygenfu-
gacityanditsrelationtometasomatism[ J] .J.Geol., 97:521～
536.
RenYufeng, YangJingsui, ZhangZhongming, etal.2007.Studyofthe
MacaokuangperidotitebodyfromthePP6 drilholeoftheChinese
ContinentalScientificDriling(CCSD)Project[J].ActaGeologica
Sinica, 81(7):1 004～ 1 016(inChinesewithEnglishAbstract).
ReverdatoVV, SelyatitskiyAYandCarswelDA.2008.Geochemical
distinctionsbetween“ crustal” andmantle-derivedperidotites/py-
roxenitesinhigh/ultrahighpressuremetamorphiccomplexes[ J].
RussianGeologyandGeophysics, 49:73 ～ 90.
RudnickRL, McDonoughW FandChappelBW.1993.Carbonatite
metasomatisminthenorthernTanzanianmantle:Petrographicand
geochemicalcharacteristics[ J].EarthandPlanetaryScienceLet-
ters, 114:463 ～ 475.
WallisSR, IshiwatariA, HirajimaT, etal.1997.Occurrenceandfield
relationshipsofultrahigh-pressuremetagraintoidandcoesiteeclo-
gitesintheSu-Luterane, easternChina[ J].JournaloftheGeo-
logicSocietyofLondon, 154:45 ～ 54.
Wit-EickschenGandSeckHA.1991.SolubilityofCaandAlinor-
thopyroxenefromspinelperidotite:animprovedversionofanempir-
icalgeothermometer[J].ContributionstoMineralogyandPetrology,
223第 3期　　　　　　　　　　　　任玉峰等:山东荣成马草夼橄榄岩矿物地球化学研究
106:431～ 439.
WoodlandA, KornprobstJWoodB.1992.Oxygenthermobarometryof
orogeniclherzolitemassifs[J] .J.Petrol., 33:203～ 230.
XuX, O ReilySY, GrifinW L, etal.2003.Enrichmentofupper
mantleperidotite:petrological, traceelementandisotopicevidence
inxenolithsfrom SEChina[ J] .ChemicalGeology, 198:163 ～
188.
YeK andHirajimaT.1996.High-pressuremarbleatYangguantun,
Rongchengcounty, ShandongProvince, easternChina[ J] .Miner-
alogyandPetrology, 57:151～ 165.
YeKaiandXuPing.1992.Petrogenesisofeclogitesandrelatedperidotit-
icrocksinDatuanareaofRongchengCounty, ShandongProvince
[ J] .ActaPetrologicaSinica, 8 (1):27 ～ 39(inChinesewith
Englishabstract).
YuHuimin, XiaQunke, DallaiL, etal.2005a.Oxygenisotopeand
traceelementcompositionsofperidotitexenolithsfromNushanvol-
cano, SEChinaandimplicationsformantlemetasomatism[ J] .Acta
PetrologicaSinica, 21 (3):829 ～ 838(inChinesewithEnglishab-
stract).
YuHuimin, XiaQunke, WangRucheng, etal.2005b.Oxygenisotope
andtraceelementcompositionsofperidotitexenolithsfromPanshis-
hanvolcano, SEChina[ J] .ActaPetrologicaSinica, 21(6):1 609
～ 1 616(inChinesewithEnglishabstract).
ZanetiA, MazzuccheliM, RivalentiG, etal.1999.TheFinerophlogo-
pite-peridotitemassif:Anexampleofsubduction-relatedmetasoma-
tism[ J] .ContributionstoMineralogyandPetrology, 134:107 ～
122.
ZhangHF, SunM, ZhouXH, etal.2002.Mesozoiclithospherede-
structionbeneaththeNorthChinaCraton:evidencefrommajor,
trace-elementandSr-Nd-PbisotopestudiesofFangchengbasalts
[ J] .Contrib.Mineral.Petrol., 144:241 ～ 253.
ZhangHongfu, ZhouXinhua, FanWeiming, etal.2005.Nature, com-
position, enrichmentprocessesanditsmechanism oftheMesozoic
lithosphericmantlebeneaththesoutheasternNorthChinaCraton
[ J] .ActaPetrologicaSinica, 21 (4):1 271 ～ 1 280(inChinese
withEnglishabstract).
ZhangRY, LiouJGandZhengJP.2004.Ultrhigh-pressurecorundum-
richgarnetiteingarnetperidotite[ J] .Contrib.Mineral.Petrol.,
147:21～ 31.
ZhangRY, LiouJG, CongB, etal.1994.Petrogenesisofgarnet-bear-
ingultramaficrocksandassociatedeclogitesintheSu-Luultra-high-
pressuremetamorphicterrane, easternChina[ J].J.Metamorphic
Geol., 12:169～ 186.
ZhangRY, LiouJG, ZhengJP, etal.2005.Petrogenesisofthe
Yangkoulayeredgarnet-peridotitecomplex, SuluUHPterane, Chi-
na[J] .AmericanMineralogist, 90:801～ 813.
ZhangZM, RumbleD, LiouJG, etal.2005.Oxygenisotopegeochem-
istryofrocksfromthePre-PilotHoleoftheChineseContinentalSci-
entificDrilingProject(CCSD-PPH1)[ J] .AmericanMineralogist,
90:857～ 863.
ZhengJP, GrifinWLandO ReilySY.2006a.Mineralchemistryof
peridotitesfromPaleozoic, MesozoicandCenozoiclithosphere:con-
straintsonmantleevolutionbeneatheasternChina[ J] .Journalof
Petrology, 47:2 233～ 2 256.
ZhengJP, GrifinWL, O ReilySY, etal.2006b.Arefractorymantle
protolithinyoungercontinentalcrust, east-centralChina:ageand
compositionofzirconintheSuluUHPperidotite[ J] .Geology, 34
(9):705 ～ 708.
ZhengJianping, LuFengxiang, YuChunmei, etal.2006.Peridotitic
petrochemistryoftheeasternNorthChina:Significanceforlithos-
phericmantleevolution[ J].EarthScience(JournalofChinaUni-
versityofGeosciences), 31 (1):49～ 56(inChinesewithEnglish
abstract).
ZhengJP, SunM, ZhouM F, etal.2005a.TraceelementalandPGE
geochemicalconstraintsofMesozoicandCenozoicperidotiticxeno-
lithsonlithosphericevolutionoftheNorthChinacraton[ J].
Geochim.Cosmochim.Acta, 69:3 401 ～ 3 418.
ZhengJP, SunM, ZhouMF, etal.2005b.LateMesozoic-Eoceneman-
tlereplacementbeneaththeeasternNorthChinacraton?:evidences
fromthePaleozoicandCenozoicperidotitexenoliths[ J] .Intern.
Geol.Rev., 47:454 ～ 472.
ZhengJianping, TangHuayun, ZhangZhihai, etal.2007.Mantleprop-
ertyoftheCCSD-PP1 peridotiteanditssignificanceforthedynamics
[ J] .Geoscience, 21(2):275 ～ 285(inChinesewithEnglishab-
stract).
附中文参考文献
储雪蕾 ,徐九华 ,佐腾久夫.1999.汉诺坝等地地幔捕虏体的氧同位素
[ J] .自然科学进展 , 9(4):373～ 377.
李建平 ,张　生.2001.中国东部安徽女山含角闪石地幔橄榄岩的氧
化还原状态及其意义 [ J].中国科学(D辑), 31(8):648 ～ 655.
李天福 ,杨经绥 , RumbleD.2006a.苏鲁超高压变质带的岩浆型超镁
铁岩:来自中国大陆科学钻探主孔的亏损氧同位素证据 [ J] .岩
石学报 , 22(7):1 933～ 1 940.
李天福 ,杨经绥 ,张儒媛.2006b.亏损上地幔中的富钾熔体和碳酸盐
交代作用:来自 CCSD预先导孔橄榄岩的地球化学证据 [ J] .地
球科学 , 31(4):457 ～ 471.
任玉峰 ,杨经绥 ,张仲明 ,等.2007.中国大陆科学钻探工程卫星孔
CCSDPP6钻孔橄榄岩岩石学研究 [ J].地质学报 , 81(7):1 004～
1 016.
叶　凯 ,徐　平.1992.山东荣城大幢榴辉岩成因岩石学研究 [ J] .岩
石学报 , 8(1):27～ 39.
于慧敏 ,夏群科 , DalaiL,等.2005a.安徽女山橄榄岩包体的氧同位素
比值和微量元素组成:地幔交代作用 [ J] .岩石学报 , 21(3):829
～ 838.
于慧敏 ,夏群科 ,王汝成 ,等.2005b.江苏盘石山玄武岩中橄榄岩包体
的氧同位素和微量元素地球化学 [ J] .岩石学报 , 21(6):1 609～
1 616.
张宏福 ,周新华 ,范蔚茗 , 等.2005.华北东南部中生代岩石圈地幔性
质 、组成 、富集过程及其形成机理 [ J] .岩石学报 , 21(4):1 271～
1 280.
郑建平 ,路凤香 ,余淳梅 , 等.2006.华北东部橄榄岩岩石化学特征及
其岩石圈地幔演化意义 [ J].地球科学(中国地质大学学报), 31
(1):49～ 56.
郑建平 ,汤华云 ,张志海 ,等.2007.大陆科学钻探先导孔(CCSD-PP1)
橄榄岩地幔属性及动力学意义 [ J] .现代地质 , 21(2):275 ～ 285.
224 岩　石　矿　物　学　杂　志　　　　　　　　　　　　　　　　　第 28卷