​什么是蛇绿岩？ 古大洋地质记录

一、概 述

蛇绿岩套是大洋岩石圈的残留记录，也是确定古板块边界和古洋盆遗迹的重要依据。蛇绿岩主要形成于洋中脊和俯冲带环境，两者的地幔橄榄岩、堆晶岩组合及上部熔岩在岩石学、矿物学和地球化学方面均有不同的地球化学特征，洋-陆俯冲和洋内俯冲是形成俯冲带型蛇绿岩的两种方式，可以解释蛇绿岩的多样性及其与现今大洋岩石圈组成的差异（Moores, 2003）。

豆荚状铬铁矿－蛇绿岩关系柱状图

（据Parlak, 2002，修改）

橄榄岩是蛇绿岩套重要的组成部分，它不同于表面上相似的粗粒辉长岩和超镁铁质深成岩，橄榄岩并不是中下洋壳部分的大量熔体形成的岩浆岩。相反，它们代表的是被提取出玄武岩熔体(岩浆)的上地幔物质部分熔化后留下的残余物。橄榄岩为研究上地幔岩石组成和结构提供了重要线索，它们通常具有变质结构，表明与地幔大规模韧性流动相关的高温固态变形相关（Karson et al., 2015）。

 （蛇绿岩）橄榄岩露头显示地幔流动期间熔融与寄主岩相互作用形成的复杂变形脉体

（Karson et al., 2015）

 蛇绿岩套中常见的蛇纹岩类露头

热液蚀变蛇纹岩露头与白色方解石脉网

（Karson et al., 2015）

世界著名的蛇绿岩有祁连山蛇绿岩、雅鲁藏布江蛇绿岩、塞浦路斯特罗多斯（Troodos）蛇绿岩、古巴东部马亚里—巴拉科阿（Mayarí-Baracoa）蛇绿岩、法属新喀里多尼亚岛屿蛇绿岩，以及阿曼塞迈尔蛇绿岩（Semail）、马西拉蛇绿岩（Masirah）及遵化太古宙蛇绿岩等。

美国加利福尼亚州Avila海岸蛇绿岩的枕状熔岩（John Evarts拍摄）

豆荚状铬铁矿是蛇绿岩套地幔构造岩中的标志性高温岩浆矿产，其矿石发育丰富的岩浆活动－高温变形结构构造类型，豆荚状铬铁矿高温下仍具有稳定的物理化学特性，对认识大洋上地幔扩张、横向运移具有重要指示意义。

 典型蛇绿岩豆荚状铬铁矿矿石结构

a.阿曼蛇绿岩中豆荚状铬铁矿典型豆瘤状结构，该铬铁矿发育在纯橄岩中，箭头表示塑性变形环境下形成的压凹痕（Thayer,1964）；b.古巴Oriente地区豆荚状铬铁矿，典型豆瘤状结构（Arai,1994）；c.塞浦路斯蛇绿岩中豆荚状铬铁矿（Matveev，2002）；d.西藏罗布莎豆荚状铬铁矿典型豆状结构（鲍佩声，1999）;e.土耳其Fethiye 豆荚状铬铁矿，被辉长岩脉切过（Leblanc，1992）。

二、造山带蛇绿岩缝合带

造山带主要可以划分两大类型：1）增生型造山带，大量地幔物质加入地壳大陆增生显著，又可分为安底斯、西太平洋边缘两个亚类。2）碰撞型造山带，地幔物质加入陆壳大陆增生微弱，以喜马拉雅－阿尔卑斯造山带为代表。

碰撞型造山带发育线状和狭长的缝合带，具有碰撞前的岩浆岩，大型的高P-T构造单元，前陆地区形成的大陆边缘沉积楔（sedimentary prisms）。增生型造山带具有巨大的花岗质岩浆带，小规模的高P-T单元，罕见的大规模连续特征，没有类似碰撞造山带的构造样式和形态。

碰撞型造山带与增生型造山带剖面图（据互联网资料）

全球主要造山带的分布略图（AkiraISHIWATARI, 2001）

 

陆-陆碰撞型造山带剖面构造模式图（据互联网资料）

造山带二级单元构造划分：缝合带、内带杂岩、外带冲断带、山间盆地、地块

造山带剖面构造模式图

（Pluijm et al.，2004）

In a mature collision orogen, the subducting slab hasbroken off, a suture has formed, and metamorphic rocks are uplifted and exhumedin the interior of the orogen

在一个成熟的碰撞造山带中，俯冲板已断裂，缝合带已形成，变质岩抬升并在造山带内部出露

中阿尔卑斯造山带地壳断面图

（Schlunegger  et al.，2007）

东阿尔卑斯造山带地壳断面图 （据互联网资料）

西阿尔卑斯造山带地壳断面图（据互联网资料）

瑞士西阿尔卑斯造山带构造横剖面图

（Wolfgang Frisch et al，2011）

早渐新世的快速隆升过程伴随着沉积物充填前渊盆地，该过程是由大量地壳席体快速堆叠和洋壳俯冲板块的部分断裂的板片所导致。

 全球不同时代造山带蛇绿混杂岩带与现代板块边界分布图

（Dilek andFurnes, 2011）

（投影方式：柏哥斯星状投影；中心位于北极点）

上图中，选取北极点为投影中心的帕格斯星状投影图中（Dilek and Furnes, 2011），全球蛇绿混杂岩代分布主要沿着以下造山带分布：1）塔斯马尼亚造山带，主要分布在澳大利亚的西缘，形成时间为中古生代；2）阿巴拉契亚-加里东-海西-乌拉尔/中亚造山带，主要形成于晚古生代；3）阿尔卑斯-喜马拉雅造山带，主要形成时间为侏罗纪到白垩纪；4）环太平洋造山带，主要沿太平洋东西两岸分布，形成时间是古生代-新近纪；5）印度尼西亚造山带，沿巽他海沟分布，形成时间是新生代。

地史上的板块缝合带分布略图

（Heron et al.,2016）

图中标出了活动和潜在的板块边界和变形带。

从上图可以推断过去和未来造山带扩张的区域。深部岩石圈的异常可以主导板块内部活动构造的浅部地质特征。数值模拟发现通过板块构造运动，一些构造进入地幔岩石圈，在远程应力力作用下，准板块边界重新激活。板块内部早期缝合带留下裂缝，板块边界存在的地方可能持续性构造活动。之前的板块边界可能隐藏在地球表面深处。这些有数百万年历史的构造体，位于远离现今板块边界的地方，可能会引发大陆内部地区表面结构和性质的变化。这可能是对板块构造学基本概念的重大修正（Heron et al.,2016）。 

三、阿曼塞迈尔蛇绿岩

阿曼塞迈尔蛇绿岩，是特提斯造山带蛇绿岩的典型代表，也是世界上出露规模最大、保存最完整的蛇绿岩之一。自1960年被发现以来，阿曼山成为中东乃至世界最经典的地质研究区之一（Rollinson etal.，2014）。其中，蛇绿岩的研究有力地推动了板块构造理论的发展和对大洋岩石圈组成和结构的深入认识，特别是开展了与快速扩张洋中脊的对比研究。阿曼山成为地球上研究最深入的前陆褶皱冲断带之一，伴随晚白垩世蛇绿岩的仰冲及其晚古新世的褶皱变形和隆起作用。

波斯湾区域构造简图（Afifi，2005）

地中海东部地区构造简图显示新特提斯蛇绿岩的区域分布特征

 (Attarzadeh et al.，2016)

阿曼塞迈尔蛇绿岩套沿北西—南东向（NW-SE）呈带状展布，西起阿联酋东北部，一直延伸到阿曼东海岸，全长近500 km。塞迈尔蛇绿岩自下而上包括：变质底板、地幔橄榄岩、层状辉长岩、均质辉长岩、席状岩墙以及枕状玄武岩，其壳-幔岩石厚度可达20 km。

阿曼塞迈尔蛇绿岩露头区的地质简图（据互联网资料）

阿曼塞迈尔蛇绿岩的构造剖面图（Searle,2014?）

塞迈尔蛇绿岩自下而上的主要岩石构造单元包括：变质底板、地幔橄榄岩、层状辉长岩、均质辉长岩、席状岩墙以及枕状玄武岩，其壳-幔岩石厚度可达20 km。

阿曼蛇绿岩的枕状熔岩及基性岩墙的野外照片

（据互联网资料）

阿曼蛇绿岩的豆荚铬铁矿手标本图片（据互联网资料）

四、雅鲁藏布江蛇绿岩缝合带

青藏高原是由各种地质体拼合形成的造山带，发育多条缝合带。雅鲁藏布江缝合带(YTS)是其最南端的缝合带，分隔欧亚板块与印度板块。蛇绿岩体沿着YTS不连续出露，它们被普遍认为是新特提斯洋的地质遗迹。YTS蛇绿岩以大量出现地幔岩为特征，地壳剖面上的岩石规模较小。

青藏高原大地构造简图（许志琴等，2012）

主要代号：BNS-班公湖-怒江缝合带；GDS-冈底斯地体；IDB-印度陆块；IYS-印度斯-雅鲁藏布江缝合带；KST/LDK-科希斯坦-拉达克地体；KKF-喀喇喀喇走滑断层；QMF-恰曼断裂；SQT/BS-南羌塘/保山地体

喜马拉雅造山带主要地质构造单元（据互联网资料）

雅鲁藏布江蛇绿岩带位于特提斯喜马拉雅与拉萨地块之间，岩带宽不足15 km，长度超过2000 km，是青藏高原南部最重要的大地构造界线，印度板块与欧亚大陆的最后一条缝合带，代表新特提斯洋盆的残余（熊发挥等，2015）。

喜马拉雅造山带简化地质图

（https://zanskar./）

显示上盘北东指向的伸展剪切作用

喜马拉雅造山带西北段北东向上的岩石圈断示意面图

（www.zanskar./）

雅鲁藏布江缝合带蛇绿岩及其豆荚状铬铁矿剖面图

（熊发挥等，2015）

本区的地幔岩与上覆大洋地壳剖面具有内在联系，这可能被后期发生的印-欧亚大陆碰撞所掩盖。地质年代学研究表明，它们主要形成于130-120 Ma 。已提出雅鲁藏布江蛇绿岩的构造环境包括：洋中脊、弧后和弧前盆地，其中段的日喀则蛇绿岩形成于缓慢扩张的洋中脊环境，与彭罗斯型海洋岩石圈相比，其地壳剖面要薄得多(Zhang et al.，2020)。

罗布莎蛇绿岩位于拉萨市东南约200 km的雅鲁藏布江缝合带东段，沿雅鲁藏布江谷地展布，东西延伸约42 km，最宽处约3.7 km，面积达70km²，平面略呈一平置的反“S”形。其南侧为上三叠统复理石沉积，与岩体呈断层接触关系，北侧被古近-新近系罗布莎群不整合覆盖。罗布莎蛇绿岩主要由地幔橄榄岩和堆晶岩组成，以及少量被肢解的火山岩和硅质岩构成的混杂岩出露在堆晶岩的北侧。豆荚状铬铁矿床分布于纯橄岩-方辉橄榄岩内。矿体边缘一般具有一层薄的纯橄岩外壳。铬铁矿矿体多呈似板状、透镜状以及其他不规则形态，并具成群分布，成带集中，侧向延伸有限的特征。自西向东分为罗布莎、香卡山、康金拉3个矿区。除香卡山矿区Ⅺ矿群产于堆晶结构纯橄岩相带中外，主要工业矿体多集中产于蛇绿岩壳-幔边界以下方辉橄榄岩相与堆晶状纯橄岩相接触界面之下的方辉橄榄岩相带一侧（熊发挥等，2015）

西藏罗布莎蛇绿岩及其豆荚状铬铁矿地质简图（熊发挥等，2015）

西藏雅鲁藏布江缝合带中的罗布莎蛇绿岩，罗布莎地幔橄榄岩中产出了我国最大的铬铁矿床，矿区的岩石类型为方辉橄榄岩、二辉橄榄岩和纯橄岩

罗布莎蛇绿岩及其豆荚状铬铁矿照片

（Zheng et al.，2019）

五、青海阿尼玛卿蛇绿岩套

青藏高原北部的青海德尔尼蛇绿岩主要由玄武岩、辉长岩及蛇纹岩组成，见于东昆仑南缘缝合带阿马尼卿缝合带，位于青藏高原最西北端的特提斯蛇绿岩，海拔高度大于4000 m。蛇绿岩的地质年代为石炭纪（洋脊玄武岩Ar-Ar年龄354.3±7.9），形成于典型洋中脊的成熟洋盆环境（陈亮等，2001）。

该蛇绿岩最大残片的为德尔尼超镁铁质岩体，长17 km，最宽处1 km。下伏岩体仅数米至数十米。超镁铁岩类型有纯橄岩、辉橄岩、橄榄岩、辉石岩等。以辉橄岩（斜辉橄榄岩）为主。岩块与围岩构造接触，出现片状蛇纹岩带。

德尔尼铜矿是发育在块状硫化物矿床，其赋矿围岩为阿尼玛卿蛇绿岩套中的超基性岩。

德尔尼地区识别出4个大矿体和22个小矿体（章午生，1995），矿体为似层状或透镜状，构造变形还形成褶皱形态。

德尔尼铜矿床13号勘探线I号矿体矿石类型分布图（左）和ZK1303钻孔（右）

（张华添等，2014）

矿体自上而下分别为疏松状硫化物、块状硫化物和条带状硫化物，上覆一层板岩，与矿体接触的蛇纹岩发生片理化，片理方向与矿体边界平行。ZK1303显示矿体深部（约770 km）发育厚层玄武岩（厚度大于200 m），玄武岩与超基性岩之间发育厚层板岩

德尔尼铜矿为慢速扩张洋脊超镁铁岩海底热水活动的产物，类似于大西洋中脊的Lagatchev和Rainbow等热液活动区，提供了其形成过程的现代实例（李江海等，2010）。

六、遵化新太古代蛇绿混杂岩带

遵化蛇绿混杂岩带向东南逆掩于迁西-迁安古陆块上，在青龙地区还出现典型前陆逆冲构造带。而在迁安西部出现叠瓦状逆冲推覆构造带，对应于前陆逆冲带的向南延伸。在蛇绿岩混杂带西部出现大面积条带状铁建造，可能形成于弧后盆地构造环境内。遵化北部的蛇绿混杂岩带向北东方向可以追索到辽宁西部变质岩区，在那里出现完全相同蛇绿岩混杂带及蛇绿岩块。遵化-辽西混杂构造带的长度超过了200 km，构成区域上一条显著的古板块碰撞缝合边界，并可能到五台-太行山区。

遵化构造带内已发现千余个新太古代的超基性的构造包体，大小从数米至数公里。在东部出现较大规模的变基性层状杂岩，主体呈北东-北东东向展布，这些基性岩带被东侧的崔杖子英云闪长质-奥长花岗质片麻岩体(岩体，2.40Ga)侵入。大量的地球化学研究揭示了冀东-青龙地区基性火山岩具有洋壳特征，表现为平坦的REE模式，LREE平坦一致亏损，它们成为深入研究该区蛇绿岩的重要线索。

遵化太古代蛇绿岩层系综合剖面图（李江海等，2002）

在遵化－迁西北部山区北东向的混杂构造带内至少发现7个中型蛇绿岩残片集中分布区，并伴随有无数个小尺度的蛇绿岩残块共同出现。在已发现的7个蛇绿岩残片集中分布区中，以珠岭地区蛇绿岩残片岩石类型最为丰富，超镁铁岩块面积也较大，主要由蛇绿岩套的地幔构造岩类及豆荚状铬铁矿组成。其他6个地区岩块类型相对简单较少，但也涉及蛇绿岩不同层序。这些超镁铁岩块的共同特点在于它们以不同尺度岩块出现于强应变的片麻岩围岩内，岩块的延长方向平行片麻理，围岩中广泛发育逆冲推覆构造及平卧褶皱。根据上述不同蛇绿岩露头构造及其岩石学特征综合研究对比，可以恢复出蛇绿岩基本层序，并与典型蛇绿岩层序（如阿曼蛇绿岩）进行对比。

它们分别涉及蛇绿岩套的枕状熔岩、席状岩墙杂岩、变辉长岩、镁铁-超镁铁堆积岩、地幔橄榄岩以及豆荚状铬铁矿等岩石单元。它们呈不同尺度（10-400 m）的构造包体或岩块见于强应变的细粒黑云斜长片麻岩及BIF内，并被2.50Ga的花岗岩－英云闪长岩体侵位。黑云斜长片麻岩围岩多见斜长石残斑，经历拉长剪切变形，并出现斜长角闪岩和蛇纹岩及方辉橄榄岩构造透镜体。遵化北部地区主要保存了蛇绿岩套中下部层序的变辉长岩－辉石岩及超镁铁构造岩类单元，尽管也有变枕状熔岩和席状岩墙杂岩，但分布范围局限，或者由于变质作用改造，在野外常难以识别和判断原始岩浆结构和构造。

上述的基性－超镁铁岩块保留了丰富的蛇绿岩构造和结构特征，如变辉长岩、堆积岩的残留岩浆结构、席状岩墙构造及其冷凝边，以及地幔构造岩等。特别是豆荚状铬铁矿及其相关结构的发现，提供了早期古大洋岩石圈地幔的重要线索。目前至少在10余个不同地点的超镁铁岩体内识别出了豆荚状铬铁矿，在一些地区还发现保存相对完整的蛇绿岩残片。

遵化新太古代蛇绿岩豆荚状铬铁矿手标本照片（李江海等，2001）

遵化豆荚状铬铁矿见于新太古代蛇绿岩混杂岩带超镁铁质岩块内（Li et al., 2002）。这里的铬铁矿在上个世纪70年代初已经进行了开采，当时板块构造理论刚出现，并不为人所广泛熟悉，使遵化豆荚状铬铁矿的其科学意义未得到应有的重视和深入研究。在区域上，遵化地区处于华北中部25亿年造山带东北段前陆地区（李江海等，2002；黄雄南等，2003）， 在遵化蛇绿混杂带内，各种蛇绿岩块（方辉橄榄岩、纯橄岩、变质辉长岩－辉石岩、层状辉长岩和枕状熔岩）以构造透镜体保留于变质沉积－火山岩系（细粒黑云斜长片麻岩）内，并被新太古代末期花岗岩－英云闪长岩体（约2.50 Ga）侵位。

工作区位于遵化市北部的北峪、珠岭、毛家厂等地区，豆荚状铬铁矿一般产于纯橄岩中，少量产于蛇纹岩化的辉橄岩中。我们在美国卡内基实验室获得遵化豆荚状铬铁矿的Re-Os等时线年龄为2547±10 Ma（Kusky,2004）。遵化新太古代豆荚状铬铁矿的结构和构造特征与阿曼、塞浦路斯等典型蛇绿岩非常相似（Nicolas,1989；Li et al.,2002；Li et al.,2002），发育丰富而特征的结构构造。

遵化蛇绿混杂岩带地质图和地质剖面(修改自黄雄南，2003；李江海，2002)

1.强应变细粒黑云斜长片麻岩和磁铁石英岩（围岩）；2.蛇纹石化方辉橄榄岩；3.变质辉石岩－辉长岩；4.变质闪长岩；5.斜长角闪岩；6.面理和线理产状（数字表示倾角度数）；7.豆荚状铬铁矿产处及样品采集位置

遵化太古宙豆荚状铬铁矿变形模式图（李江海等，2002）

a. 完全碎裂但保持较完整豆体形态的铬铁矿，以及被剪切作用截断的豆壳状铬铁矿；b. 铬铁矿层间的相互作用，反映变形的初期形态；c. 原始的豆状、豆壳状铬铁矿；d. 受剪切作用发生变形的豆壳体，但整体相对完整，反映变形初期阶段；e. 拉长网孔构造；f. 条带状结构；g.糜棱岩化铬铁矿；h. 铬铁矿在后期蛇纹石化过程中，形成的低温破裂

本文据（李江海，2021，《世界地质学》（讲义））修改补充