蛇绿岩中的橄榄岩，铬铁矿和金刚石

蛇绿岩为研究大陆裂谷、地幔熔融、软流圈上涌和大洋岩石圈冷却等过程提供了一个重要的窗口。传统上，研究主要集中在蛇绿岩的地壳剖面上。然而，人们越来越认识到地幔剖面包含着蛇绿岩形成和地壳循环的重要信息。本文概述了铬尖晶石及其伴生矿物包裹体在记录蛇绿岩地幔剖面构造背景和历史中的重要性，并重点介绍了它们对地壳深部循环的启示。特别是，在豆荚状铬铁矿和其他蛇绿岩地幔岩中存在的超高压矿物包体，如微金刚石、金属合金、锰硅酸盐和柯石英，提供了深部和还原形成条件的证据。超高压矿物的组成，特别是蛇绿岩含矿金刚石的轻碳同位素组成，表明蛇绿岩地幔部分有地壳物质的再生贡献。地壳物质通过地幔的传输的细节仍然是一个争论的主题和正在进行的研究。在全球范围内开展蛇绿橄榄岩和铬铁矿高压矿物的研究，有助于进一步认识地壳深部循环。

洋脊下软流圈地幔上涌导致绝热减压和部分熔融，产生玄武质岩浆，形成洋壳。因此，洋壳岩石圈地幔代表了洋壳提取后地幔熔融的残余物。蛇绿岩是一种岩石层序，其岩性单位可与在海洋岩石圈的典型横截面上观察到的岩性单位相比较，即地幔部分主要由橄榄岩组成，其上覆地壳部分由超镁铁质和镁铁质堆积、辉长岩、蛇绿岩最初被解释为在洋中脊（MORs）形成的古代海洋岩石圈的残余，随后被挤压到大陆地壳上，因此被认为记录了大洋盆地的形成、板块构造历史和演化过程。

然而，对Troodos蛇绿岩中的枕状熔岩和席状岩脉的分析表明，它们的微量元素组成中存在钙碱性倾向，表明这些玄武岩是岛弧成因的(即形成于俯冲板片之上)。随后，在许多蛇绿岩中发现了俯冲相关的标志。此后，蛇绿岩被广泛划分为洋中脊型（MOR）蛇绿岩和俯冲带(SSZ)型蛇绿岩。两种类型的差异主要表现在俯冲物质(如富集大离子亲石元素)对SSZ型蛇绿岩的贡献、累积岩记录的不同矿物结晶顺序以及地幔岩的耗散程度。

对于大多数蛇绿岩来说，其形成的构造背景传统上是通过其地壳剖面来确定的，仅通过地幔橄榄岩的地球化学分析能否确定其形成的构造背景仍存在争议。蛇绿岩中的地幔橄榄岩往往表现出较大的成分变化，这可能是多种因素共同作用的结果，包括熔融程度的变化、地幔成分的预先变化和熔融-岩石相互作用。因此，某些蛇绿岩的地壳和地幔序列可能并不代表简单的熔融残留关系，仅通过地壳剖面的分析可能不足以全面了解蛇绿岩的成因。因此，有必要确定基于地壳岩石和地幔橄榄岩的蛇绿岩构造判别结果是否一致，或者蛇绿岩橄榄岩剖面中保留的额外信息是否从上覆地壳剖面中丢失。

豆荚状铬铁矿是一种主要由铬铁矿组成的矿床，赋存于蛇绿岩的地幔剖面中，蕴藏着蛇绿岩橄榄岩形成环境的丰富信息。此外，由于铬铁矿相对于其他地幔矿物具有较强的抗蚀性，豆荚状铬铁矿可能保存了蛇绿岩形成的最原始记录。豆荚状铬铁矿，连同蛇绿岩中的其他岩石单元，最初被认为是在地球上地幔的浅层(80km)形成的。然而，由于在蛇绿岩橄榄岩和铬铁矿中发现了一系列不同寻常的矿物，如金刚石和其他奇异的超高压(UHP)矿物，蛇绿岩和豆荚状铬铁矿的浅层形成假说最近受到了挑战。超高压矿物在蛇绿岩橄榄岩中的存在引起了人

本文从蛇绿岩和现代海洋岩石圈两个方面探讨了地幔橄榄岩的主要特征，以探讨根据地幔岩石矿物化学特征进行构造判别的可行性。对蛇绿岩中铬铁矿形成的现有模式进行了评价。此外，本文还综述了蛇绿岩橄榄岩和豆荚状铬铁矿中微金刚石及其他超高压外来矿物的形成和成因。最后，综合近年来的研究成果，指出古海洋地壳深部旋回作用和壳幔相互作用对豆荚状铬铁矿及其宿主蛇绿岩的形成起着重要作用。

构造的区分

海洋岩石圈被认为是由MORs下面上涌的软流圈地幔部分熔融和随后冷却而形成的。因此，地幔橄榄岩与伴生洋壳应该是同源耦合的，表明蛇绿岩地幔剖面的构造背景与上覆地壳岩石的构造背景相吻合。因此，有必要验证地幔橄榄岩确定构造背景的有效性，以评价蛇绿岩中地幔与地壳岩石之间的关系，并确定地幔剖面可在多大程度上提供蛇绿岩的形成信息。

矿物化学

现代深海橄榄岩和弧前橄榄岩的矿物化学可以用来判别蛇绿岩的构造环境，因为现代橄榄岩的构造环境是明确的。通过对典型的mor型和ssz型蛇绿岩地壳剖面中基性岩的构造背景进行分析，并与现代深弧型和弧前型橄榄岩的矿物组成进行比较，确定其地壳和地幔构造判别是否匹配。

地壳组成成分

威尔逊旋回不同阶段形成的蛇绿岩中，海洋盆地的演化保存完好。蛇绿岩的地球化学性质与蛇绿岩形成的构造环境密切相关，目前公认的蛇绿岩分类主要依据其地壳成分的地球化学性质。有些蛇绿岩是单发生的，在纯SSZ特征上具有纯MOR特征。然而，许多蛇绿岩是多成因的，同时具有MOR和SSZ特征。

图1一个典型的蛇绿岩序列

图2全球蛇绿岩带及含金刚石蛇绿岩分布

蛇绿岩地幔剖面与现代深海的矿物学资料比较弧前橄榄岩证实，蛇绿橄榄岩一般可以作为构造背景的代表。大多数MOR型蛇绿岩橄榄岩中尖晶石和斜辉石的组成与深海橄榄岩相似。SSZ型蛇绿岩的矿物组成与弧前橄榄岩重叠(图1，3)。尖晶石的数据多色的蛇绿岩(如Semail和Troodos)跨领域的弧前和深海橄榄岩(图3)。然而,当斜辉石通常是第一个消耗完的矿物在地幔的部分熔融过程中,再加上斜辉石的数据从地幔SSZ蛇绿岩是有限的,因此,不能用作构造鉴别器(图3)。

豆荚状铬铁矿

在现代海洋岩石圈和从新生代到太古代的蛇绿岩中已经发现了豆荚状铬铁矿。豆荚状铬铁矿提供了有关各种地幔过程的详细信息，包括橄榄岩-岩浆反应、深部岩浆演化和地幔动力学。然而，围绕着豆荚状铬铁矿形成的问题仍然存在，这对于理解地幔橄榄岩的起源有着实质性的意义。特别是，重要的是要考虑铬铁矿是在深地幔(千米)形成的还是在浅层软流层压力下形成的。

图3橄榄岩构造判别图

传统的形成机制

蛇绿岩橄榄岩地块中的豆荚状铬铁岩的典型形成模式是:类拉斑玄武岩或类玄武岩岩浆与橄榄岩围岩(如方辉橄榄岩或二辉橄榄岩)局部相互作用，然后在较浅的深度(80km)进行不同演化的岩浆的熔融混合。已有研究认为，熔融相互作用和熔体混合的综合作用使液体进入铬铁矿结晶场，从而形成铬铁矿。铬铁矿的浅层熔融-岩石相互作用和岩浆混合成因的支持来自于几条证据线。例如，存在从岩石到纯橄榄石包裹体的过渡性地球化学变化，经常发现在豆荚状铬铁矿周围;铬铁矿铂族矿物的非均质锇同位素组成高铝铬铁矿中铬铁矿与洋中脊型火山岩中铬铁矿的成分相似性，以及高铬铬铁矿中铬铁矿与熔体中铬铁矿的成分相似性;相平衡研究的结果表明，熔体-岩石相互作用模型是可行的。

图4在蛇绿岩中发现的原位金刚石及其矿物包体

但是，超高压矿物包裹体的存在揭示着越来越多的证据，可以推测，超高压特征可能普遍存在于豆浆状铬铁矿及其宿主橄榄岩中。其中，蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中普遍存在的超高压特征为深部和浅部地幔物质运移提供了有力的矿物学证据。

蛇绿岩金刚石内部的矿物包裹体可以提供有关其形成深度的细节，从而可以深入了解蛇绿岩本身的构造历史。广泛的夹杂物已确定在蛇绿岩金刚石中,包括金属合金、柯石英、含锰硅酸盐(如锰橄榄石和锰铝榴石),氧化锰,钙钛矿,碳硅石、铬铁矿、磁铁矿、赤铁矿和一些流体包裹体(图4)。富锰矿物包裹体从蛇绿岩金刚石中被发现在微粒金刚石，此外，蛇绿岩金刚石中流体包裹体的成分与金伯利岩和变质岩金刚石中流体包裹体的成分相当，这表明蛇绿岩金刚石具有类似的超高压来源。

蛇绿岩中铬铁矿的形成

蛇绿岩橄榄岩地幔剖面中金刚石和其他超高压矿物的存在，对传统的低压下的豆荚状铬铁矿和蛇绿岩形成假说提出了一些问题和挑战。因此，蛇绿岩的形成机制需要重新考虑，并提出了蛇绿岩中铬铁矿形成的几种新模式，包括俯冲板块混染模式和快速的深俯冲模式。

深部地壳循环与蛇绿岩

蛇绿岩橄榄岩及其豆荚状铬铁矿的组成特征，以及金刚石等超高压矿物在这些单元内的赋存状态，表明它们具有深地幔成因。然而，在蛇绿岩橄榄岩和铬铁矿中还发现了其他一些不寻常的现象，这些现象指向了更为复杂的形成历史，并结合超高压形成的证据，为蛇绿岩铬铁矿及其宿主橄榄岩的起源、全球碳循环、地幔异质性、地幔对流和动力学等问题提供了新的认识。锆石的存在和许多其他地壳超高压含矿矿物橄榄岩和铬铁岩,例如,表明地壳物质回收到深地幔,与地幔层析成像的证据相一致的是,地球化学和同位素异构性问题记录在大洋岛玄武岩在金伯利岩和超金刚石。

地壳矿物、蛇绿岩型金刚石和莫砂岩的鉴定为地壳物质向地幔深部循环提供了新的矿物学证据。地壳再循环也可以通过对流地幔的化学非均质性来表现，而地幔源岩浆的成分则可以观察到这种非均质性。

图5蛇绿岩型金刚石的碳、氮同位素组成

图6地幔中金刚石和铬铁矿的形成

蛇绿岩序列中的橄榄岩、铬铁矿和金刚石为研究地幔深部成分和动力学提供了一个重要的窗口。然而，这些矿物及其寄主蛇绿岩、橄榄岩和铬铁矿的成因仍有争议。从蛇绿岩橄榄岩和铬铁矿中回收的金刚石和伴生的地壳矿物提供了地壳深部循环物质的真实样本，这可以为地幔异质性的起源提供约束。本文提出了蛇绿岩中铬铁矿及其寄主橄榄岩的深部成因模式，尽管在某些蛇绿岩中，虽然一些次生过程的超高压形成的特征并不明显。超高压矿物的广泛存在，极大地影响了对蛇绿岩和铬铁矿形成的认识，以及对海洋地幔岩石圈组成和岩石成因演化的现有模式的认识。然而，在我们对蛇绿岩中铬铁矿形成的认识中仍有几个重要的未解决的问题，特别是在蛇绿岩序列中发现了原位金刚石和超高压矿物之后。例如，重要的是要考虑含有超高压矿物和再生地壳物质的橄榄岩是如何从地幔过渡带深部搬运到浅部地幔的，在那里它们在一系列地球动力学背景下经历了第二阶段的部分熔融过程。未来的研究应考虑不同构造环境下蛇绿岩中是否含有不同的超高压矿物，这可能为不同构造环境下地幔动力学研究提供重要信息。为了解决这些突出的问题，需要对全球范围内的蛇绿岩和海洋地幔进行研究。未来的研究可能会改变目前人们对海洋岩石圈和上地幔结构和组成、海洋扩张中心下的熔融演化以及蛇绿岩层序形成过程中俯冲作用的认识。

参考文献：Yang,J.,Wu,W.,Lian,D.etal.Peridotites,chromititesanddiamondsinophiolites.NatRevEarthEnviron().