19世纪以来全球蛇绿岩研究综述

马比阿伟，阿以拉则，木合塔尔·扎日

（1.新疆大学，乌鲁木齐 830000；2.美姑县国土资源局，凉山 美姑 616450）

蛇绿岩在帮助我们了解地质演化过程中扮演着重要的角色（Dilek,2003）。它们代表着在一系列地质事件，如陆-陆碰撞，弧-陆碰撞，增生楔作用等过程中，嵌入大陆边缘的上地幔及洋壳碎片。蛇绿岩普遍的被发现于两种类型的造山带—碰撞型（如阿尔卑斯，喜马拉雅）和增生型（如北美科迪勒拉，中亚）——缝合线上。在多数造山带上很好的保存和记录了洋盆从裂谷拉开，洋脊扩张，洋壳俯冲直至闭合的地质演化历史(Dilek and Furnes,2011)。19世纪早期，欧洲地质学家首次提出“蛇绿岩”的概念，在此后的研究和探讨中提出了很多问题，也建立了一些有关蛇绿岩的理论。现在，蛇绿岩研究在全球性的不同群体的科学家中取得的共识远远超过地质科学领域的其它主题(Dilek,2003)。

1 19世纪：蛇绿岩概念的起始阶段

“蛇绿岩”这个术语第一次被法国矿物学家Alexandre Brongniart(1813)在他研究混杂岩的过程中通过地质论文向全世界介绍。随后他重新将蛇绿岩定义为出现在亚平宁山脉（Apennines）的一套岩浆岩（1821）。19世纪，欧洲地质学家认为该套岩石由超基性岩，辉长岩，辉绿岩以及火山岩组成。随后，Gustav Steinmann提出了一个“Steinmann 三位一体”的概念，用这个包含蛇绿岩，辉绿-细碧岩和燧石的“三位一体”将蛇绿岩概念定义为空间上从形成的起始阶段就与具有同源关系的岩石共生，好比是原地侵入岩侵位在地槽的核部（Steinmann,1856-1929）。他认为超基性岩、橄榄岩和辉长岩属于早期阶段，随后阶段的火山岩侵入到这些已经形成的、更稠密的岩石中。在这一时段的研究中，Staub(1922)提出了一个蛇绿岩发展时期“重力驱使分离”和“不同岩浆”的概念。Steinmann的研究推断出了辉长岩和火山岩的年龄比橄榄岩更新。这个结论已经被岩石学的以及地球化学的研究所证实。最终，Steinmann(1913)将北亚平宁蛇绿岩以及与其共生的深海沉积岩解释为侵入板片构造叠加在第三纪沉积岩上。随后，这种看法引导了对一系列分布在阿尔卑斯-亚平宁造山系统中的外来推覆体的解释。

2 Alpine型橄榄岩的发展阶段

在Steinmann看来，正如在一个蛇绿岩体中所见一样，alpine型橄榄岩是空间上和时间上与辉长辉绿岩和火山岩没有联系的。与此不同的是，Benson（1926）将橄榄岩和蛇纹岩解释为造山系统中深成侵入体侵入到经过褶皱的地槽沉积岩中，并将它们称之为“alpine型”橄榄岩。

在早期阶段，Benson的alpine型橄榄岩被想像成岩盆状的侵入体。在接近40年的时间后，Thayer在他的论文（1969）中强调了在 alpine型橄榄岩中超基性岩和共生的基性岩具有同源岩浆关系的重要性，并且解释了在 alpine型橄榄岩中，辉绿岩，辉长岩，以及其它的浅色岩石是如何（可能）在初始橄榄岩浆中起源的。随后，Jackson和Thayer(1927)区分出了斜方橄榄岩型alpine橄榄岩，并在蛇绿岩里将其作为海洋中最上部地幔的代表；区分出了二辉橄榄岩型 alpine橄榄岩，对应于大陆下的地幔，或者部分熔融不强烈的深海地幔。近来，科学家们相信斜方橄榄岩型橄榄岩和二辉橄榄岩型橄榄岩都可能会出现在蛇绿岩里，并被用来对蛇绿岩进行划分(Ishiwatari,1985;Boudier and Nicolas,1985,2011;Nicolas.et al,2000)。

基本上与 Steinmann关于阿尔卑斯-亚平宁蛇绿岩的论文发表同时，实验岩石学家 Norman L.Bowen(1927)给出了一种不同的解释，争议alpine型橄榄岩和蛇纹岩必须从注入的橄榄石和富辉石的大集块在岩浆固结阶段形成。他认为野外地质学家的思考结果和实验岩石学家在解决超基性岩和蛇纹岩的起源中的研究发现都建立于alpine型橄榄岩上。

Harry H.Hess(1938)在研究阿巴拉契亚山脉（Appalachian）的超基性岩和蛇纹岩时发现，在阿巴拉契亚橄榄岩周边的接触变质作用中明显缺乏高温接触变质带；并且大量的蛇纹岩与橄榄岩共生。因此，他暗示橄榄岩可能在低温阶段被富水的超基性岩浆侵位，而蛇纹岩由起源（初始）岩浆形成。这种解释开始了Bowen和Hess之间的争议（Young,2003）。然而，无论是Bowen或者Hess都既没有认识到Steinmann的蛇绿岩套中橄榄岩和火山岩之间的空间和成因联系，也没有将这些超基性岩石作为构造侵位的一部分来思考。与此同时，欧洲的地质学家开始出版了一些关于在蛇绿岩套中，共生的橄榄岩，辉长岩和玄武质岩石有着紧密的成因联系的著作；并将阿尔卑斯和亚平宁上一连串外来的蛇绿岩作为长距离（推覆）的推覆体。但都不能很好的用超基性岩的演化来解释相连的蛇纹岩的起源。

3 关于蛇绿岩中地幔成分的来源的早期讨论

在20世纪中期，欧洲地质学家将蛇绿岩看成是海底优地槽盆地上，大规模的玄武质岩浆涌出海底的产物。根据他们的研究（Dubertret,1955;Brunn,1956,1960,1961;Aubouni and Ndojaj,1964；引自Dilek，2003），玄武质的岩浆作为一个巨大的侵入体在它侵位到海底后开始分异，早期结晶的矿物集聚后开始的岩浆可能产生明显的，像地层一样的层序：从位于底部的橄榄岩，向上是辉长岩，以及最顶部的玄武质熔岩。一种关于在一套蛇绿岩中，橄榄岩，辉长岩和火山岩具有一个单一的、同源岩浆来源的理念，在一段时间内成为蛇绿岩概念的发展进展，这种进展在充满障碍和疑问重重中进行着。然而，荷兰地质学家 De Roever(1957)暗示这些超基性岩是橄榄岩层的构造侵位碎片（断片）。同时他将“Steinmann三位一体”重新解释为地幔熔融的产物，产生了位于顶部的玄武质岩石和位于底部的，剩余的超基性岩石。不久后，瑞士岩石学家 Vuagnat(1963)陈述道，与小体积出现的辉长质岩石相比，蛇绿岩中大而多的超基性岩也许不能被简单的解释为通过玄武质岩浆在海底涌出分异。他分析到，这种过程(玄武质岩浆在海底涌出分异)看似在大陆的层状的，火成岩复式岩体中产生更多的辉长岩；同时他暗示到蛇绿岩中的橄榄岩是上地幔部分熔融的剩余物。

4 板块构造学说兴起后对蛇绿岩的研究

上世纪60年代中期，板块构造假说成为了地质学领域的核心。在蛇绿岩的研究上，板块构造理论帮助了国际地质科学界系统的建立了一些推论，同时提供了一些对蛇绿岩概念的不同方面看起来是条理清楚的，似乎正确的解释。

Hess(1965)认为蛇绿岩是山岳带（mountain belt）中的外来物体或是侵入板片，同时也将蛇绿岩解释为海底碎片。70年代中期，沿着大陆边缘分布的蛇绿岩侵位机制成为了蛇绿岩研究者中间最激烈的辩论主题。与此同时，科学家认为蛇绿岩是古老海洋岩石圈的碎片，是在消减板块边界被推移或是“仰冲”进入大陆边缘(Coleman,1971;Dewey and Bird,1971;Dewey,1976)。

20世纪80年代，蛇绿岩研究在证实的过程中不断去检验、去完善，去越来越好的将其限制在海洋地质学家和地球物理学家所建立的岩浆房模式中（Cann,2003;Thy and Dilek,2003)。无论是海洋地质学家，还是地球物理学家，都认为蛇绿岩中一系列深成侵入体代表了已经固结的古岩浆房。与此同时，出现了对分离边界上板块的标准运动过程的解释。

近来，一些地质学家认为蛇绿岩是古海洋岩石圈的一部分，由洋壳和最上部地幔组成；方辉橄榄岩和纯橄榄岩代表亏损地幔，辉岩和辉长岩来自于这些地幔的部分熔融。（地幔单元中的）纯橄榄岩体是扩张轴（洋中脊）下软流圈对流时地幔岩石的高温（1000～1200°C)变形的结果(Nicolas,1989;Dilek,2003)。

5 Penrose会议上对蛇绿岩的定义

在板块构造理论的框架内，蛇绿岩被认为是产生于大洋中脊的洋壳。在那些有古老的洋中脊存在的地方，地质学家们用蛇绿岩和洋壳进行类比去重建古大洋岩石圈的演化历史。这项工作使得主要基于地球物理的现代洋壳演化模式被建立起来(Thy and Dilek,2003;Dilek,2003)。随后，更多来自于现代大洋盆地，特别是来自于太平洋的地震数据使得蛇绿岩套变成一种被用来解释现代大洋岩石圈地震速率结构的理念(McClain,2003;Dilek,2003)。不久，现代洋壳地震速率结构和它所推断出的——拥有像蛋糕一样的层状结构（layer-cake）的似地层（pseudostratigraphy）,成为了“蛇绿岩模式”而被众所周知，这个结果使得一个关于蛇绿岩的国际penrose会议在1972年9月召开。与会的参与者在美国西部的多个蛇绿岩体上进行野外观察，讨论欧洲的蛇绿岩概念，对现代洋壳和蛇绿岩进行类比分析，最后产生了一个大家一致同意的关于蛇绿岩的解释(Anonymous,1972)。在这次会议上，地质学家们将蛇绿岩定义为一套从基性岩到超基性岩的，可以区分的复式岩体；在地质图上，蛇绿岩不该被用来作为一种岩石，或一种岩性学意义上的单元体。一个完整的蛇绿岩内出现的岩石类型，自下而上具有以下序列：

1）超基性杂岩体；由方辉橄榄岩，二辉橄榄岩和纯橄榄岩组成，各岩石间比例多变，通常具有动力变质结构。

2）辉长岩杂岩体；常见由通常具有堆积结构的橄榄岩和辉石岩组成，变形程度一般弱于超基性杂岩体。

3）基性岩席（板片状岩墙）。

4）基性火山岩；通常具有枕状结构。

5）共生岩石。包括①上覆沉积岩层；典型的剖面为燧石条带，薄层页岩夹层，以及结晶颗粒很细的石灰岩。②铬铁矿透镜体通常与纯橄榄岩共生。③钠质中酸性侵入岩和喷出岩。

填图尺度上（可以标注在地质图上）的各单元之间通常呈断层接触。一个蛇绿岩可能是不完整的（剖面），被肢解过的，或者是变形了的蛇绿岩。然而蛇绿岩通常被解释成洋壳和上地幔，在术语的使用时应该独立于它所被假定的起源(Anonymous,1972)。

6 一些讨论蛇绿岩的重要会议以及地球科学新进展对蛇绿岩研究的影响

1973年3月31日至6月14日，蛇绿岩专家在苏联召开了一个专讨会，主要探讨了大陆边缘和山岳带（mountain belts）中蛇绿岩的侵位机制。与会参与者在苏联段的中亚和高加索局部地区进行了野外旅行，发现许多被称为“Tethyan蛇绿岩”的蛇绿岩中普遍的缺少板状岩墙（基性岩席），其上的火山岩通常很薄直至缺失。随后的调查同样显示这种现象实际上是Tethyan蛇绿岩的一种常见特征。

随后召开的一些会议和野外旅行，对整合欧洲和北美关于蛇绿岩概念的理念起到很好的作用（Dilek,2003），同时发表了一些关于蛇绿岩的论文和专著(Robert Coleman and Potter Irwin,1977;Coleman,1977)。

1979年，在塞浦路斯(Cyprus)的尼科西亚(Nicosia)召开了一个国际蛇绿岩专讨会，在这个专讨会上，蛇绿岩专家讨论、提出了当时存在的蛇绿岩问题；对世界范围内的蛇绿岩成因交换了看法以及进行评论，随后出版了一本书(Panayiotou,1980)。这本书包含了构造的，岩石学的，地球化学的数据，以及1980年之前关于蛇绿岩的有价值的信息。

洋中脊的地质和地球物理研究结果，给现代洋壳结构和加强蛇绿岩-洋壳类比研究提供了新的信息。然而，研究者不得不艰难的去寻找蛇绿岩侵位的当前的一个事例。换句话说，现代洋壳并入大陆边缘，也既蛇绿岩的侵位，看似还没有当前的，与之对应的事例（意思是，当前存在的大陆边缘，如美国西海岸等地，人们还没有发现洋壳并入其中的事例）。

整个显生宙地球历史上产生于洋中脊系统的洋壳，目前保存在造山带里的还不到总数的0.001%。通过观察，太平洋上还没有晚于 160百万年的的洋壳通过板块构造并入任何大陆边缘上。这就暗示了洋中脊产生的大洋岩石普遍的、基本上全部的进入俯冲带，蛇绿岩中的古洋壳侵位可能是地球历史上独特的构造事件的结果。Coleman(1977)首先质疑了现代洋壳与蛇绿岩之间的联系，他觉得不应该假设现代洋壳的演化过程和过去产生蛇绿岩时的古洋壳演化过程是一样的。日本地球化学家Akiho Miyashiro在研究西太平洋蛇绿岩的过程中给出了第一个质疑蛇绿岩来源于洋中脊的事例，从而转变了人们对蛇绿岩来源于洋中脊的看法。他认为蛇绿岩块体来源于一个拥有相对薄的洋壳的岛弧上的玄武质火山岩更甚于来源于一个洋中脊（Miyashiro,1973）。

通过对一小群蛇绿岩的研究，在得出了他们的火山岩系列和岩石学的和地球化学的数据后，Miyashiro(1975)将蛇绿岩划分为三种类型：①Class-I 来源与岛弧，岩石组合包含钙碱系列和拉斑玄武岩系列两种火山岩；②Class-II 起源于岛弧或者洋中脊，岩石组合为拉斑玄武岩系列火山岩；③Class-III 来源于洋（内）岛或者靠近它的地方，或者是沿着大陆边缘的裂谷带上，岩石组合为拉斑玄武岩系列和碱性火山岩。他的这些研究成果帮助我们了解了蛇绿岩可以形成于多种构造背景，而不是一定需要一个典型的“Penrose型”洋壳(Dilek,2003)。

20世纪70年代中后期，对西太平洋上俯冲带环境的弧前地区和大陆边缘盆地上的一系列研究，促使科学家更加严肃的去思考俯冲带上上浮板块中拉张环境内蛇绿岩的演化(Hawkins,1977 and 2003;Pearce,2003)。不久后，这些研究加上一些蛇绿岩研究成果——是在现代汇聚边界环境中陆地上和海洋上的地质学的和地球物理的调查中得出的，给出了一个在80年代早期形成的，关于蛇绿岩起源的新的理念——俯冲上叠（Suprasubduction,引自周国庆（2008）的翻译）蛇绿岩。

值得一提的是，这里有些研究帮助我们明白了为什么上浮板块内蛇绿岩缺乏火山结构可能是因为俯冲时间短和俯冲突然中断的原因：①在西太平洋板块汇聚边界环境上的钻探结果；②对蛇绿岩中火成岩的系统的地质年代学研究，以及蛇绿岩杂岩体之下高级变质岩的研究（Jamieson,1986;Hacker,1990）。不同蛇绿岩中的岩石精确的放射性同位素数据指示蛇绿岩和变质岩间的年龄不同是常见现象(Wakabayashi and Dilek,2000)。

7 蛇绿岩与造山带间的联系

根据过去的和现在的大陆基底，岛弧火山机构和增生混杂岩，Moores(1982)将蛇绿岩划分为：①Tethyan型，被认为是形成于洋中脊和活动大陆边缘上；②Cordilleran型，形成与像岛弧，弧前，弧内一样的汇聚边缘环境内，空间和时间上与岛弧和弧火山机构，火山碎屑岩，以及增生混杂岩共生。

根据蛇绿岩侵位的构造环境，Nicolas(1989)将蛇绿岩划分为三种主要类型：①缝合带蛇绿岩，或碰撞型蛇绿岩，出现在陆-陆碰撞带或者弧-陆碰撞带；实例是阿尔卑斯-喜马拉崖造山系统上的蛇绿岩。②侵位在被动大陆边缘上的蛇绿岩，对应于Moores所划分的Tethyan型蛇绿岩；实例是阿曼（Oman）蛇绿岩。③定位在活动大陆边缘上的蛇绿岩，与Moores所划分的Cordilleran型蛇绿岩相对应；实例是位于美国加利福利亚州的Franciscan复式岩体。

近年来出版的一些文献指出(Flower,2003;Dilek,2003)，高温环境的双变质带，蛇绿混杂岩，拥有截然不同的年龄和类同的地球化学特征的蛇绿岩，成为了增生型造山带的特征。大块的高压和超高压变质岩可能出现在碰撞形成的造山带上；但是因为碰撞型造山带内缺少高温变质岩，因此不会出现双变质带。

8 21世纪：新时代，新认识

Sturm等(2000)在论文中描述了熔岩是如何沿着智利南部的洋中脊喷发的，他们发现火山熔岩显示反常的洋中脊玄武岩特征，其地球化学特征倒具有俯冲带特征。在文中，他们不仅给出了与俯冲作用有关的，洋中脊下地幔的混染的证据，而且将这种现象解释为“俯冲混染的流体和熔融物可能从软流圈地幔中泄露出来，然后流入洋中脊下一个厚的板片，从而产生了具有汇聚边缘地球化学特征的MORB型蛇绿岩”。

通过对麦夸里(Macquarie)上杂岩体的研究——这个杂岩体形成于一个小规模的洋中脊缓慢拉张，在板块边界变成汇聚边界时因为转化压缩作用（transpression），随后被抬升到海平面之上。Varne等(2000)在他们的著作中展示了年轻洋壳上从正常型MORB(N-MORB)到富集型MORB(E-MORB)的特征，同时通过研究结果展示了正在活动张开的洋中脊下非典型的熔融演化。

在研究加利福利上蛇绿岩的大地构造，以及他们在北美大陆边缘的侵位机制和过程后，Coleman(2000)使用以下数据将加利福利上的蛇绿岩分为 5个群体：①地质演化历史；②与沉积地层的联系；③岩石和地球化学特征；④地球化学参数；⑤火成岩的年龄。

图1 与板块俯冲无关的蛇绿岩和与板块俯冲有关的蛇绿岩的构造背景和演化过程，据Dilek and Furner(2011)

Dilek(2003)相信不同的蛇绿岩指示不同的大地构造背景，因此，通过对已有文献中一些典型的蛇绿岩事例进行总结后，给出了一个关于蛇绿岩的工作划分方案。他将蛇绿岩划分为以下几种类型：①Ligurian型蛇绿岩；②Mediterranean型蛇绿岩；③Sierran型蛇绿岩；④Chilean型蛇绿岩；⑤Macquarie型蛇绿岩；⑥Caribbean型蛇绿岩；⑦Franciscan型蛇绿岩。同时他也暗示了这种划分方案可能需要在以后的工作中不断改正。

通过对不同大陆动力背景下蛇绿岩形成过程中不同的岩石学特征，地球化学特征，以及构造演化过程的研究，Dilek和Furner(2011)将蛇绿岩定义为一套岩石，时间和空间上超基性岩到长英质岩石共生。基于蛇绿岩内清晰的内部结构，地球化学特征，以及区域构造；他们在他们的论文(Dilek and Furner,2011)中介绍了一种新的，更加容易理解的蛇绿岩划分方案。在这种方案中，他们他们首先将蛇绿岩划分为“与板块俯冲无关的洋壳”和“与板块俯冲有关的洋壳”两大类（图1）。在这两大类下，第一类包含三种类型的蛇绿岩：①大陆边缘(CM)型；②洋中脊(MOR)型；③热点(P)型。第二大类蛇绿岩则由俯冲带上叠 (SSZ)型和火山弧（VA）型组成。

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