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铂族元素(PGE,Platinumgroupelement)是一组相关的亲硫、亲铁元素,包括Os、Ir、Ru、Rh、Pt和Pd,根据熔融温度可将PGE分为两组:IPGE(熔融温度>2000℃,Os、Ir和Ru)和PPGE(熔融温度<2000℃,Rh、Pt和Pd)。由于它们独特的地球化学属性,它们能为全球尺度的分异过程如核一幔分离、后期增生历史和核幔交换提供关键性的信息。它们还可以用来区分岩浆的源区,揭示复杂的成岩过程,如地幔中的部分熔融、熔体渗透和交代作用,岩浆房中的岩浆混合和地壳混染作用,以及熔体的结晶作用等。同时,(超)镁铁岩相对其它类型的岩浆岩而言,其REE含量较低而PGE含量较高,所以PGE在研究这类岩石的成因和演化上具有优势。本文选取大别山地区的(超)镁铁岩石和阜新地区的火山岩进行铂族元素分析,根据这些元素的分布规律和化学行为,结合其它元素地球化学特征,反演(超)镁铁岩石和火山岩的成岩过程和源区地幔特征。
大别地区出露有许多(超)镁铁质岩体,本文按照这些岩石的变质变形程度,将其分为三类:一类是几乎未发生变形变质的(超)镁铁质侵入体,如沙村、祝家铺、斑竹畈、青山、小河口、椒子岩、任家湾、道士冲等岩体;一类是经历过超高压变质的(超)镁铁质岩石,部分已形成榴辉岩,如碧溪岭岩体、毛屋岩体等;一类是已强烈变质变形、呈构造侵位的阿尔卑斯型(超)镁铁质岩石,如饶拔寨岩体、大化坪岩体等。目前对这些(超)镁铁质岩体和榴辉岩的形成及所代表的地质环境存在分歧,本文对三类岩石中的代表性岩体,运用镍锍火试金结合ICP-MS法进行铂族元素的测定。
从铂族元素的分布可知,大别山白垩纪(超)镁铁岩的成因可用软流圈地幔+岩石圈地幔+地壳三者混合的模式解释,其母源岩浆发生过硫饱和,对地幔中Pd的反演显示此时的地幔富集铂族元素。发生了超高压变质的碧溪岭和毛屋(超)镁铁岩,其PGE分布特征显示它们是岩浆分异结晶的产物,但不同的岩体经历的成岩过程不同,反演得知其源区地幔亏损铂族元素。从120-130Ma之前PGE亏损的地幔,变化到120Ma左右PGE富集的地幔,与中国东部的构造体制转折存在时间上的耦合,同时白垩纪(超)镁铁岩携带有深部地幔的信息,说明可能是深部过程造成了浅部的构造运动。呈构造侵位的阿尔卑斯型(超)镁铁岩石的铂族元素特征显示,它经历过两种交代作用—板片来源的含水流体和硅酸盐熔体共同的作用。
此外,还对华北北缘的阜新火山岩进行了铂族元素分析,发现阜新火山岩中Pt负异常,可能是包含Pt的金属合金残留在地幔造成,铂族元素的分布也显示亏损的碱锅玄武岩来自软流圈地幔,而乌拉哈达高镁安山岩含有岩石圈的成分。