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张宗斌,Nov. 22, 2022
一、科学问题
松树沟橄榄岩位于中国中部秦岭造山带的松树沟橄榄岩，是全球范围内非常典型、并且非常新鲜的地幔楔橄榄岩，大量研究表明其经历了复杂的熔体-岩石反应过程，并且发育有一系列具有演化特征的岩石。对松树沟橄榄岩的研究，不仅有助于厘清秦岭地区的地质演化史，还可以查明熔体-岩石反应过程中的元素及同位素迁移机制等重要问题。
图1.松树沟区域地质图（详见张宏福，2019，地球科学）
图2.松树沟橄榄岩（课题组于2018年，野外实摄）
二、松树沟橄榄岩成因争议概述
松树沟橄榄岩成因争议主要有三点：
（1）被地幔柱改造过的次大陆岩石圈地幔(Su et al., 2005)；
（2）大型蛇绿岩套下的超基性岩(e.g., Dong et al., 2008; Lee et al., 2010)；
（3）弧前地幔楔(e.g., Cao et al., 2016, Nie et al., 2017)。
关于地幔柱的改造：最初，基于松树沟橄榄岩体中的岩石学、矿物组成、主要微量元素和原始熔体包裹体进行了综合研究，考虑到罗迪尼亚大陆的解体与超级plume有关，有学者将其联系起来，认为松树沟橄榄岩经历了与地幔柱有关的高镁熔体渗流。但这种观点现在已经被摒弃，因为后续研究基于对熔体包裹体的详细分析，证明这种熔体与地幔柱无关，而是玻安质的。
关于蛇绿岩套：前人基于基于微量元素丰度与阿曼和塞浦路斯蛇绿岩的相似性，提出超基性岩是新元古代大洋岩石圈的遗迹。但是，蛇绿岩套的前提是，镁铁质岩石与超镁铁质岩石应该具有耦合的时间、空间演化关系。随着研究程度加深发现并不然，从时间角度来说，亏损的超镁铁质岩石形成于1.24Ga，而镁铁质岩石形成于0.79Ga，相差0.35Ga，时间上并非耦合。从空间角度来说，二者具有完全不同的P-T演化轨迹。因此二者的与~500Ma的结合只是偶然，结合之前它们并不是耦合演化的。因此这个观点现今并非主流。
图3.松树沟橄榄岩地质背景判别图（落入弧前地幔楔区域，显示被玻安质熔体所改造，详见Cao et al., 2016）
关于弧前地幔楔：随着研究程度加深，这种观点成为主流。首先，基于单矿物中与构造背景密切相关的指标投图（例如橄榄石的Ni-Fo等），松树沟橄榄岩样品普遍落入弧前橄榄岩区域；其次，基于对松树沟橄榄岩的熔体包裹体详细分析，表明这种改造的熔体是玻安质的，这对应于弧前地幔楔的环境；再次，玻安质熔体是硅不饱和熔体，这种熔体与方辉橄榄岩反应可以形成大量橄榄石，同时结晶大量铬铁矿，并且熔体演化会导致后期形成一系列辉石岩脉，这与松树沟橄榄岩的观测不谋而合。因此，这种观点现今是主流观点。
图4.松树沟橄榄岩岩石学演化简图(详见Cao et al., 2016)
三、本次研究的结果及解释
通过岩相学及CIPW计算、投图，我们将松树沟橄榄岩分为以下几类：纯橄岩，I类方辉橄榄岩（熔岩反应特征），II类方辉橄榄岩（堆晶特征），橄榄石斜方辉石岩，橄榄石二辉石岩，二辉石岩。
主量元素结果表明，I类方辉橄榄岩经历超过20%的熔体提取，呈现难熔特征，纯橄岩与方辉橄榄岩特征相似，表明二者具有密切演化关系，由于上述岩石均指向“ol组分”，表明方辉橄榄岩被改造，生成大量ol，代价是消耗opx，进而生成纯橄岩，这也被镜下相关特征所证实，并与前人结果一致。
II类方辉橄榄岩由于具有大量堆晶，这表明是从熔体中结晶，而该熔体应该处于opx饱和状态，说明是演化的熔体，橄榄石斜方辉石岩，橄榄石二辉石岩，二辉石岩在主量元素上呈现出与II类方辉橄榄岩相似特征并构成一个良好的演化序列。结合(Zr/Yb)N和Ba/La等熔体/流体敏感指标的分析，进一步证实这是熔体自身演化的结果（不需要额外板片组分进一步贡献）。
为了进一步确实玻安质熔体是否为改造方辉橄榄岩的熔体，对微量元素进行了详细分析，结果表明，I类方辉橄榄岩和纯橄岩与前人文献中强调的被玻安质熔体改造过的方辉橄榄岩、纯橄岩特征相符。
因此，松树沟橄榄岩的岩石学过程是：在饱满地幔经历高度熔体提取的前提下，再次被玻安质熔体改造，分别形成方辉橄榄岩、纯橄岩，熔体进一步演化形成堆晶方辉橄榄岩、橄榄石斜方辉石岩、橄榄石单斜辉石岩、橄榄石二辉石岩、二辉石岩。
四、结论
结合秦岭地区的地质背景，我们得出松树沟橄榄岩的演化模型：
第一阶段：二辉橄榄岩经过＞20%熔体提取，形成方辉橄榄岩。
第二阶段：方辉橄榄岩被玻安质熔体改造，前期形成大量纯橄岩，后期熔体
进一步演化，形成一系列过渡岩石。
第三阶段：松树沟橄榄岩经历弧陆碰撞，进而经历俯冲带变质过程，伴随角闪石、绿泥石、滑石等交代矿物生成。
第四阶段：陆-陆碰撞造山，松树沟橄榄岩被挖掘至地表（至今）。
图5.松树沟橄榄岩演化地质图（详见Nie et al., 2017）
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