河北省遵化—迁西地区超基性岩生成时代的探讨

李树朋，刘小滨，王京隆，赵文浩

华北地质勘查局第四地质大队， 河北 秦皇岛 066000

河北省遵化—迁西地区分布大量超基性岩体，“据河北地矿局综合研究队（1975）不完全统计，共有岩体1 171个，绝大多数规模很小，长数米、数十米至数百米，宽不足1m到数十米。岩体多呈似层状、透镜状、串珠状及椭球状，常成群成带产出，一般呈单斜楔状尖灭。超基性岩在其他地区也有零星分布（图1）。

李江海教授等将其称为蛇绿岩或蛇绿岩套，认为“冀东遵化的蛇纹岩是新太古代构造带内首次识别出来的东湾子蛇绿岩套残片”。其主要根据是“东湾子蛇绿岩套残片其被奥长花岗岩体[锆石U-Pb(侵位，可以认为东湾子蛇绿岩套形成于新太古代，它的发现对于早期板块构造的研究意义重大”[2]。

冀东是我国最古老的区域变质岩分布区之一,区内岩浆活动强烈，自太古宙至中生代都发生过强烈的的岩浆活动，有大量各类岩浆岩侵入，其中不乏超基性岩体。目前，对于冀东超基性或超镁铁质岩石的生成时代存在两种不同的认识，本文仅就冀东超基性蛇纹岩的生成时代问题进行探讨。

1 冀东超基性岩的主要类型

冀东的超基性岩多已蛇纹石化，按其矿物成分、变质特征分为两大类：变质超基性岩和未变质超基性岩。

1.1 冀东变质超基性岩的主要类型

太古宙变质超基性岩也叫超镁铁质岩或单矿物岩，主要有斜方辉石岩、单斜辉石岩、二辉石岩、角闪辉石岩、辉石角闪岩、角闪岩等。它们是冀东多次麻粒岩相—高角闪岩相变质的产物。其中SiO2质量分数在50%～52%，比未变质或轻微变质蛇纹石化的橄榄岩、纯橄榄岩、蛇纹岩（含SiO233%～36%） 高得多，它们的原岩应是橄榄岩等超基性岩，由于遭受麻粒岩相变质作用的改造，使这些含橄榄石的太古宙超基性岩变成主要由辉石组成的单矿物岩。

这些超基性岩在深成片麻岩中呈“包体”存在，区域上呈串珠状、条带状分布。如产于抚宁东新寨太古代秦皇岛花岗岩中的三个角闪石岩体，出露面积0.01～0.02 km2,呈串珠状沿北北东向分布。产于迁西上川麻粒岩相紫苏花岗岩中的燕子峪两个辉石岩体，出露面积只有0.006 km2，含粗晶磷灰石。两个辉石岩体出露位置相距不足1 km，也呈北北东向分布，边缘不整齐有被紫苏花岗岩溶蚀交代的现象。另外在迁西上营，遵化红山口，青龙大营子都见有大小不等的辉石岩、角闪辉石岩分布。这些超镁铁质单矿物岩规模小，都没有“根”。其中有一些作为超贫磁铁矿开采。推测原来可能含富铁橄榄石，变质成辉石（次透辉石）后橄榄石中的铁被析出来成为富铁辉石岩（超贫磁铁矿）。

图1 区域地质简图Fig.1 Regional geological sketchmap

1.2 冀东未变质及轻微变质超基性岩及主要类型

岩石包括纯橄榄岩、橄榄岩、橄榄辉石岩、单辉橄岩、二辉辉橄岩，角闪辉橄岩等。这些岩石多蛇纹石化或变成蛇纹岩，或变成蛇纹石化、透闪石化、滑石化、蛭石化橄榄岩、斜方辉橄岩、橄榄岩、辉岩等超基性岩，其中的橄榄石、辉石呈残留体存在。这些类型超基性岩绝大部分变成蛇纹岩，因榄岩石在热液作用甚至风化作用下很容易变成蛇纹石。它们绝大多数在新太古代变质深成侵入岩中呈包体存在，少数存在于太古宙变质表壳岩中，如宽城县下板城的两个小蛇纹岩体就产于迁西岩群表壳岩中。岩体与围岩界限清楚边部常见片理化和滑石化。橄围岩无蚀变现象。“岩体中浸染状铬铁矿定向排列所显示的岩石原生构造则往往与围岩片麻理斜交”[3]。岩石类型主要是蛇纹岩。河北省的一些地质专家将遵化—迁西地区这些以蛇纹岩为主的超基性岩体归属为太古宙变质深成岩”[1]。

他们之所以将蛇纹岩等超基性岩归属太古宙，主要是他们认为这些蛇纹岩包体是太古宙变质深成岩的“捕掳体”，呈包体存在于太古宙深成侵入体中，自然应属太古宙的产物。

2 蛇纹岩体生成时代的讨论

2.1 从冀东麻粒岩相的变质作用分析

遵化—迁西地区的纯橄榄岩、橄榄岩等超基性岩大部分变成蛇纹岩，有的专家、教授认为它们是新太古裂谷带蛇绿岩套的残片。对此我们有不同的认识，并从以下几个方面进行讨论：

迁西、遵化地区是冀东变质最深的麻粒岩相区，在中—新太古代该区处于麻粒岩相变质条件下，并发生多次高级变质作用。根据中国科学院地质研究所通过二辉石矿物对所估算的变质温、压条件，温度为700～850 ℃，压力为8～11 bar(张儒媛等1982；Jahn et al.,1987)。同时区内变质岩常受到不同程度的混合岩化作用，形成不同级别、不同类型的混合岩。所以麻粒岩相的变质作用不是处于封闭系统条件下，而是处于开放系统的变质环境，甚至发生部分熔融和交代。在这种环境下K、Na、Si、Al、Fe、Mg、Ca、Mn等元素变得很活动。如迁安水厂铁矿受到麻粒岩相变质作用和深熔作用，尽管磁铁石英岩较难改造，但在个别地区如，迁西莲花苑、迁安水厂等地被改造成豆粒大小的，主要由长石、石英、黑云母、辉石和磁铁矿组成的“磁铁片麻岩”，其中偶见残留的小块磁铁石英岩，在麻粒岩相变质和超变质作用下不仅岩石中的矿物发生重新组合，重结晶，也发生强烈的交代作用。(见表1表2)两个表中地台区超基性岩和冀东变质的超基性岩（超镁铁质岩）主要元素氧化物的对比可以看出两类超基性岩的主要化学成分的SiO2、Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3、FeO相差较大，这说明冀东太古代超基性岩的变质，是处在麻粒岩相高温高压开放的变质环境。有的人认为太古代没有橄榄岩等超基性岩，只有单矿物辉石岩。世界上许多太古代绿岩带中如南非、西澳伊尔岗等绿岩带都含有“科马提岩”和一些相应的超基性侵入岩。冀东地区在太古代也不例外。上述含“科马提岩”的绿岩地体虽然都是太古代的产物，但他们都没有变质或非常轻微，一直处在古陆之上。冀东地区经受麻粒岩相变质而且是多次，当然出现两种不同的结果。

表1 中国地台区各类超基性岩的化学成分一览表（刘若新等）Table 1 Chemical composition list of all kinds of ultrabasic rocks in China Platform (LIU Ruo-xin etc. )

表2 冀东太古宙超基性岩主要岩石类型的平均化学成分一览表Table 2 Average chemical composition list of themain rock types in Archean ultrabasic rocks of Eastern Hebei Province

混合岩化和变质作用是紧密相关的，它是温、压条件进一步升高的结果“，太平寨地区的麻粒岩相混合岩（实为紫苏花岗岩-笔者），根据构造型式和变形史至少可区分出两个主要类型（徐树桐等，1984）。早期主要为闪长-英云闪长质麻粒岩（深成侵入体-笔者），经历了早期阶段的塑性变形（徐树桐等，1984），其中常见基性麻粒岩、斜长角闪岩和超镁铁质岩石包体。其年龄为27.3 亿年（根据中国科学院地质研究所铷锶组1978年发表的Rb-Sr全岩资料重新计算）。晚期为奥长花岗质麻粒岩（实为紫苏花岗岩-笔者），其分布与第二变形期有关（徐树桐和张为民，1984），该类混合片麻岩的年龄是24.5亿年（pidgeon,1980; Compston et la.,1983）。”[6]上述闪长-英云闪长质麻粒岩和奥长花岗质麻粒岩都是太古宙深成侵入体，同时也遭受麻粒岩变质作用的改造和混合岩化作用的影响。

根据地幔热柱理论它们与区域变质作用和混合岩化有密切关系，地幔热柱每次上升侵位都发生一次区域变质作用。上面的27.3 亿年和24.5亿年代表冀东两个不同时代地幔热柱上侵时期或深成侵入体的侵入时期，也是变质作用期。冀东变质岩大量的同位素测试结果表明还存在其他时代的变质年龄，如迁安县水厂羊崖山钾长花岗岩的锆石U-Pb一致线和蒸发铅年龄为2 960 Ma（误差+135 Ma及-115 Ma）Ma及2 960 Ma[7].这说明冀东地区在30亿年前后也发生一次区域变质作用，孙大中认为：“根据变质作用特征，同位素年龄，原岩建造及区域构造等，本区可能经历三次区域变质作用”。由此可见区内至少经受两次麻粒岩相变质作用。问题是作为捕掳蛇纹岩体的闪长-英云闪长岩和奥长花岗岩已受到麻粒岩相变质作用的强烈改造，其捕掳的蛇纹岩几乎未受到任何影响，这种现象从变质作用来讲不能作出合理解释。

表3 冀东地区变质辉绿岩化学全分析数值一览表Table 3 Complete chemical analysis numerical list ofmetamorphic diabases in Eastern Hebei Province

2.2 蛇绿岩包体问题

一些专家认为“湾子蛇绿岩套残片其被奥长花岗岩体[锆石U-Pb( 2 501+19-16)Ma]侵位，可以认为东湾子蛇绿岩套形成于新太古代，它的发现对于早期板块构造的研究意义重大”[2]。实际是蛇绿岩或蛇纹岩在太古宙奥长花岗岩、英云闪长岩中的包体是捕掳体还是侵入体的问题。

他们只因为花岗质岩体侵位的年龄是2 501 Ma，被侵位或捕掳的蛇纹岩就应比奥长花岗岩还要老，这种认识有些简单了。

首先，橄榄石“在自变质、热液蚀变和风化过程中“极易蚀变，最常见的蚀变矿物是蛇纹石”[4]，遵化—迁西地区自太古宙以来经历多次麻粒岩相变质作用和无数次区域动力变质作用，易变的橄榄石蛇纹石化以后的残留体同蛇纹石一起被保留下来的，未受到太古宙区域变质作用的影响是不可想象的。

其二，在遵化、迁西深变质岩区普遍存在一种变质辉绿岩，在小官庄一带有密集分布，它的原始化学成分同燕山期的未变质辉绿岩相同，它的原始矿物成分和组构也应与燕山期的辉绿岩相同（见表3），从见表3可以看出，迁西小关庄、烈马峪、龙湾和牛甸子的变质辉

绿岩与戴里未变质辉绿岩的化学成分相同，差别非常小。这说明迁西的太古代辉绿岩在他侵入上部冷的地壳后，冀东地区再次下沉到20 km 以下的深部受到麻粒岩相变质作用的改造。

辉绿岩由基性斜长石和普通辉石两种矿物组成，具辉绿结构。但在晚太古代高角闪岩相—麻粒岩相变质作用下，原岩的辉绿结构消失了，其中的基性斜长石、普通辉石被中酸性斜长石、角闪石、透辉石、石榴石及少量黑云母、石英代替，变成它形粒状变晶结构、块状构造，但岩墙保留原岩的冷凝边。这说明辉绿岩最初是侵入到上部冷的地壳中，生成环境同燕山期辉绿岩是一样的。辉绿岩新的矿物组合说明它受到角闪岩相变质作用的改造。也证实它侵位在地壳浅部冷凝结晶（有冷凝边）以后。地壳又再次下沉到深部经受太古宙晚期最后一次高角闪岩相—麻粒岩相变质作用。除冷凝边外辉绿岩被彻底改造了。那么极易蚀变的橄榄石在高角闪岩相—麻粒岩相变质作用下仅仅发生蛇纹石化，橄榄石、蛇纹石还能保留下来，这是绝对不可能的。

其三，遵化县毛家厂铬铁矿产于较大的纯橄榄岩体中，纯橄榄岩体已完全蛇纹石化。其中的铬铁矿常呈圆粒状、空心圆环状（见素描图2、3）产于蛇纹岩中。围岩为角闪斜长片麻岩（太古宙深成侵入体），具粗粒变晶结构，片麻状构造，其中的辉石、角闪石强定向排列，围岩的片麻理方向与蛇纹岩体的边界斜交。围岩的强片麻状构造说明变质时在地壳深处受到强动力作用，那么作为太古宙深成片麻岩的包体或捕掳体，其中的圆粒状、空心圆环状铬铁矿为什么没有被压扁仍保留其圆形构造；为什么蛇纹岩中的呈圆粒状、空心环状铬铁矿的排列方向与围岩片麻理斜交，而不与片麻理趋于同向。

其四，英云闪长岩是在20～30 km以下的深处捕掳纯橄榄岩的，只有在这个深度英云闪长岩在高温、高压变质条件下，长期缓慢结晶成具粗粒结构的角闪斜长片麻岩。英云闪长岩捕掳橄榄岩不可能发生在地壳的浅部，因浅部压力小，温度虽高但结晶持续的时间短，其环境同燕山期花岗岩差不多，奥长花岗岩或英云闪长岩不可能发生麻粒岩相变质作用，除非奥长花岗岩或英云闪长岩再次下沉到20～30 km以下的深处，接受麻粒岩相变质作用的变质。不管哪种情况被捕掳橄榄岩都应与奥长花岗岩或英云闪长岩一起至少遭受两次麻粒岩相变质作用的改造，奥长花岗岩或英云闪长岩才能变成具粗粒结构，辉石、角闪石强定向排列的辉石角闪斜长片麻岩。而其中的包体蛇纹岩没有任何变质的迹象是无论如何不能做出合理解释的。

图2 遵化豆荚状铬铁矿典型结构素描图Fig. 2 Sketchmap of the typical structure of Zunhua podiform chromite

图3 遵化毛家厂蛇纹岩中的铬铁矿Fig. 3 Chromite of serpentinite in the Maojiachang of Zunhua

其五，在“河北省地质、矿产、环境”、 “冀东新太古代蛇绿岩套基本特征的初步报道”“ 冀东遵化太古代蛇绿混杂岩带岩石学与构造特征”。等文献中都把橄榄岩、辉橄岩、自变质的蛇纹岩与太古宙变质的辉石岩、角闪辉石岩、角闪石岩混在一起，统统归属太古宙的产物，这是不合适的。因为橄榄岩、辉橄岩，在自变质和风化作用下很容易变成蛇纹岩，它们没有受到遵化、迁西地区麻粒岩相变质作用的改造说明它们是显生宙的产物。

其六，野外地质普查时在迁西县金厂峪西沟和十八盘的王厂片麻岩，以及宽城县东黄花川的变质辉长岩中，均见到呈圆球状的滑石岩，推测它的原岩是超基性岩。滑石岩与深成片麻岩间的界限不很清楚。这说明呈包体存在的超基性岩，在冀东麻粒岩变质条件下同样受到变质作用的改造。另外冀东地区的超基性单矿物岩(辉石岩、角闪石岩)都呈不大、“无根”的小岩体或包体存在于太古宙深成侵入体中。较小的单矿物岩体有产于迁西片麻岩中的燕子峪含磷辉石岩，产于安子岭片麻岩套中的含铜、铂角闪石岩，它们都经受区域变质作用的改造成为单矿物岩，边缘受到混合岩化。岩体的定向构造同区域片麻理基本一致。所以这类单矿岩是太古宙超基性岩体，而蛇纹岩是中元古代以后侵位的。由上所述，遵化—迁西地区蛇纹岩体不是太古宙生成的。

冀东地区大的岩浆活动期大体分为两个时期，即太古宙和中生代燕山期，其它时期如元古代、古生代可识别的岩浆岩非常少。由此可见，遵化—迁西的大量超基性岩（蛇纹岩）应是燕山期的产物。

3 关于超基性岩（蛇纹岩）的成因

冀东地区是在燕山期隆起的（钱祥麟）[10]，伴随着区域大规模构造运动发生和发展，在地幔强大的动力驱使之下，源于下地幔的超基性岩浆沿切壳深大断裂或已愈合的隐伏深大断裂由地壳深部呈熔融状态上升，因超镁铁质岩浆具有很高的温度，含大量挥发组分，含SiO2较低粘度小，以较快的速度(相对与酸性岩浆)上升到地壳的上部。随着岩浆冷凝结晶同时放出大量热能及在下部巨大动力的驱动下，超基性岩岩浆上部的高温、高压气液混合体在深部发生隐蔽爆破，并以强大的压力携带熔浆混合体（其中含少量已结晶的晶体）冲进或贯入深大断裂两侧及次级构造带中，然后结晶成橄榄岩等超基性岩（自身的能量也消耗殆尽），最终在地壳浅部形成成群成带的超基性岩（蛇纹岩）。所以，超基性岩岩体通常很小，无根，分布较集中。

4 结束语

遵化—迁西地区的蛇绿岩（蛇纹岩）呈包体存在于片麻岩中，片麻岩已发生麻粒岩相变质，具粗粒变晶结构，其中的角闪石强定向排列，具明显的片麻状构造，有时片麻理与二者接触界限成斜交关系。围岩已发生强变质和变形，其包体仍保持原始状态或只是轻微蚀变。蛇纹岩中的圆球状、空心环状铬铁矿，仍保持原始的圆球状，是不能合理解释的，说明二者不是“同期”的产物，作为包裹的蛇纹岩未受到区域变质作用的改造，充分证明它是显生宙的产物。不能认为超基性岩（蛇纹岩）呈“包体”存在于太古宙深成侵入体中就说明它是太古宙生成的，蛇纹岩等超基性岩没有受到麻粒岩相变质作用的改造，只发生低温热也蚀变-蛇纹石化，表明它们是显生宙的产物。

[1] 刘鹤峰,等.河北省地质、矿产、环境[M].北京：地质出版社，2006;94-95.

[2] 李江海，TKUSKY，黄雄南，等.冀东新太古代蛇绿岩套基本特征的初步报道[J].岩石学报,2001,(03);422-424.

[3] 黄雄南,李江海,陈 征,等.冀东遵化太古代蛇绿混杂岩带岩石学与构造特征[J].北京大学学报（自然科学版），2003,39(2).

[4] 南京大学地质系岩矿教研室.结晶学与矿物学[M].北京:地质出版社，1978;137;311.

[5] 孙大中,等. 冀东早前寒武地质[M]. 天津:天津科学技术出版社,1984:186-188.

[6] 王凯怡.冀东太古代高级编制低体中两类麻粒岩相深成片麻岩[J].岩石学报，1988，(4).

[7] 王启超，张少卿，齐鴻烈，任树详.冀东太古宙变质岩原岩性质及花岗质岩体的成因分析[J].华北地质矿产杂志,1995,10(1).

[8] 张贻侠,等.冀东太古代地质及变质铁矿[M]. 北京:地质出版社，1985 .

[9] 武汉地质学院岩石教研室.岩浆岩石学[M].北京: 地质出版社，1980.

[10] 钱祥麟.冀东震旦亚代基底构造基本特征[M]. 北京: 地质出版社,1981.