大洋下地壳堆晶岩组成及其对蛇绿岩研究的启示*

2022-07-13张维骐刘传周刘通

岩石学报 2022年6期

张维骐刘传周,2,3 刘通

1. 中国科学院地质与地球物理研究所，岩石圈演化国家重点实验室，北京 100029 2. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室，青岛 266061 3. 中国科学院大学，北京 100049

在大洋扩张(岩浆)中心，上涌的地幔经历熔体抽取，残留体抬升形成深海橄榄岩，而幔源岩浆经历一系列岩浆分异、岩浆混合等复杂过程形成洋壳。中上洋壳具有熔体成分特征，由玄武岩、辉绿岩墙组成；大洋下地壳(即层3)则主要为岩浆分异过程中的堆晶矿物及少量残留熔体组成的堆晶岩。岩性上，大洋下地壳主体为辉长岩，也包含一定量的超镁铁质堆晶岩及少量的长英质脉体(即斜长花岗岩)。和大洋喷出岩相比，大洋下地壳堆晶岩记录了更完整的岩浆演化过程，这主要表现在两个方面：(1)由于经历岩浆分异，大洋玄武岩很少具有原始岩浆成分，而与原始岩浆平衡的超镁铁质堆晶岩则可保留在大洋下地壳(Drouinetal., 2009; Godardetal., 2009)；(2)大洋熔岩中很少出现高度演化的富Fe-Ti玄武岩以及流纹岩，但二者对应的深成岩(氧化物辉长岩和斜长花岗岩)在大洋下地壳中较为普遍(Dicketal., 2000; Godardetal., 2009)。因此，对于研究幔源岩浆母岩浆组成以及岩浆分异过程等问题，大洋下地壳堆晶岩是较大洋玄武岩更佳的研究对象。由于岩浆结晶过程受控于物理化学环境(如水含量、压力)以及母岩浆成分(Berndtetal., 2005; Feigetal., 2010)，不同大洋构造环境(洋中脊、俯冲带和洋岛)下形成的堆晶岩应具有不同的岩石组合与地球化学特征。然而到目前为止，对形成于不同构造环境的大洋下地壳堆晶岩的岩石组合与地球化学特征的系统总结还较为缺乏。

大洋下地壳堆晶岩在古老大洋岩石圈的研究中扮演重要角色。蛇绿岩是产于缝合带附近的一套镁铁质-超镁铁质岩石组合，代表了消亡的古老大洋岩石圈(Anonymous, 1972; Coleman, 1977; Dilek and Furnes, 2011, 2014)。蛇绿岩在古洋盆演化、古板块重建以及现今大洋岩石圈形成机制等科学问题的研究中扮演了重要的角色(Coleman, 1977; Dilek and Furnes, 2011, 2014)。蛇绿岩可能的构造环境包括洋中脊(MOR)、俯冲带(SSZ)和地幔柱环境(Miyashiro, 1973; Pearce, 1975; Pearceetal., 1984; Dilek and Furnes, 2011, 2014)。然而蛇绿岩的构造属性存在广泛的争议，许多蛇绿岩体形成的具体构造位置还尚不明确。同时，一些蛇绿岩可能兼具有MOR和SSZ的岩浆活动印记，反映其经历大洋演化的不同阶段(如Oman蛇绿岩，MacLeodetal., 2013; Python and Ceuleneer, 2003)。另外，由于复杂的构造演化以及就位过程中的构造肢解，蛇绿岩中常见不同成因及形成时代的岩性单位(玄武岩、堆晶岩、橄榄岩)通过断层拼贴到一起的现象(Zhangetal., 2021a)。因此，厘定不同蛇绿岩单元有利于恢复完整的古洋盆演化历史，而研究单一岩性则容易造成误判。目前，蛇绿岩构造属性研究主要针对于其中的熔岩、辉绿岩以及地幔橄榄岩(Gongetal., 2020a, b; Xuetal., 2002; Xu and Castillo, 2004; Zengetal., 2018)，而堆晶辉长岩研究则被长期忽视。

堆晶岩的岩石学、地球化学组成能灵敏地反映原始岩浆的物理化学性质(如氧逸度、结晶压力等)和成分(如水含量、微量元素组成)。然而，下部洋壳岩浆房中，原始岩浆的分离结晶和堆晶作用导致残留堆晶岩的全岩组成偏离熔体组成。既然堆晶岩成分不等同于熔体，那么便无法直接应用Pearce图解对蛇绿岩中的堆晶岩进行构造环境判别(Pearce, 2008, 2014)。因此，建立适用于蛇绿岩中堆晶岩的构造环境判别指标极为关键。本文系统性总结了形成于不同构造环境的大洋堆晶岩的岩石学、地球化学组成，并以日喀则蛇绿岩为例阐述大洋下地壳堆晶岩在蛇绿岩研究中的应用。

1 不同大洋构造位置岩浆作用简介

洋中脊以及弧后扩张中心具有较低的地幔潜能温度与相对贫水的地幔源区，此时，岩浆形成于软流圈地幔的减压熔融，并在经历低压条件下的分离结晶过程(Coogan, 2014; Taylor and Martinez, 2003)。尽管弧后盆地玄武岩(岩浆水含量最高可达1.7%，Taylor and Martinez, 2003)具有较MORB(<0.3%)更高的水含量，这种程度的水含量差异对岩浆分异过程中矿物晶出顺序没有显著影响(Berndtetal., 2005; Feigetal., 2010)。洋中脊和弧后扩张中心的岩浆演化都以低压、贫水为特征，它们的地幔源区都为亏损MORB地幔(DMM)。因此，弧后扩张中心的岩浆-构造过程可与同等扩张速率的洋中脊进行对比(Baschetal., 2020; Oharaetal., 2002; Sanfilippoetal., 2013)，二者扩张中心的下洋壳结构与形成机制都与扩张速率密切相关：(1)快速扩张中心存在轴岩浆房以及大型晶粥体；(2)慢速-超慢速扩张中心仅在局部存在活跃岩浆房，下洋壳不连续分布(图1a)。快速与慢速扩张中心差异的下洋壳结构也会造成二者喷出熔岩的成分差异，如高度分异的熔岩(Fe-Ti玄武岩、英安岩、流纹岩)在快速扩张的洋中脊及弧后中心有较多报道(Jeanvoineetal., 2021; Haoetal., 2021; Portneretal., 2021; Wanlessetal., 2010)，但在慢速-超慢速扩张中心极为罕见。

图1 不同构造环境岩浆系统示意图(a，据Coogan, 2014; Paquet et al., 2016修改；b，据Shervais et al., 2021修改；c，据Sen et al., 1990修改)

弧前扩张中心的形成与俯冲起始过程密切相关，在俯冲起始的最初阶段，岩浆主要通过上涌的软流圈地幔减压熔融形成，此时板片熔流体对地幔源区贡献较为有限，这一阶段形成弧前玄武岩(FAB)(图1b)；随着俯冲进行，板片开始脱水导致上覆难熔地幔楔部分熔融形成玻安岩(图1b)。弧前玄武岩和玻安岩都形成于低压体系，但前者具有贫水、MORB型的微量元素特征，后者则富集水以及流体活动性元素并具有超亏损的不相容元素组成(Shervaisetal., 2019, 2021)。

洋岛是受地幔柱控制的大洋板内岩浆活动，加厚的岩石圈使其岩浆分异通常在较高的压力下进行，并且变压分离结晶过程较为普遍，从深度岩石圈地幔至浅部下洋壳内均存在岩浆房(图1c; Gaoetal., 2016; Gleesonetal., 2021; Sen and Jones, 1990)。洋岛玄武岩具有变化的水含量(0.3%～2.0%; Métrichetal., 2014)以及不同程度富集的不相容元素组成。

总之，洋中脊、弧前和弧后扩张中心下部洋壳发育的堆晶岩形成于低压体系岩浆分异，它们的差异体现在岩浆水含量、源区亏损程度以及流体活动性元素富集程度。通常认为洋中脊和弧前、弧后扩张中心地幔源区都具有正常的地幔潜能温度，较薄的岩石圈也使得岩石圈盖层作用在这些位置并不显著。洋岛形成于洋中脊扩张轴外部、厚度较大的大洋岩石圈之上，这导致洋岛岩浆侵位于较深的位置，进而导致岩浆在较高压力下经历分离结晶作用。同时，洋岛位置的岩石圈盖层作用较为明显，这导致洋岛玄武岩原始岩浆形成于地幔的低程度部分熔融；上涌的地幔柱包含显著比例的富集组分并导致较高的地幔潜能温度，这些都使得洋岛玄武岩母岩浆通常具有富集不相容元素的特征。

2 数据选取及处理

2.1 数据选取与分类

本文将大洋堆晶岩产出环境分为四类：洋中脊、弧前、弧后和洋岛，数据位置等基本信息总结于图2和表1。

表1 本文所采用的不同构造环境堆晶岩参考文献来源

续表1

图2 本文选取的典型洋中脊堆晶岩、SSZ蛇绿岩堆晶岩、弧后盆地堆晶岩和洋岛堆晶岩出露点(底图据Warren, 2016修改)

对于洋中脊堆晶岩，本文只选取构造背景明确的现代洋中脊样品，不考虑MOR蛇绿岩堆晶岩的数据。其中，中大西洋脊(MAR)的DSDP 334堆晶岩具有显著不同于其它洋中脊堆晶岩的组成，本文将其单独进行讨论。除西太平洋弧后盆地获取了部分的堆晶岩剖面外(Baschetal., 2020; Oharaetal., 2002; Sanfilippoetal., 2013)，洋内俯冲带位置至今未能获取系统的下地壳堆晶岩样品。因此，本文主要选取构造属性争议较小的弧前型蛇绿岩的堆晶岩作为弧前堆晶岩的代表。弧后堆晶岩则选取西太平洋现今的弧后盆地和Bay of Islands蛇绿岩中的堆晶岩。前人在Hawaii和Canary洋岛中发现了大量的堆晶岩包体(Neumann, 1991; Sen and Presnall, 1986)，本文选取这两个点的堆晶岩包体作为洋岛堆晶岩的代表。

2.2 全岩、矿物地球化学组成

全岩、辉石、尖晶石Mg#和橄榄石Fo值计算将所有Fe考虑为二价铁，计算公式为Mg#(或Fo)=100×Mg/(Mg+FeT) mol/mol。斜长石牌号(An%)定义为100×Ca/(Ca+Na+K) mol/mol。全岩主微量元素组成均扣除烧失量后归一化为总和100%。全岩Ca#定义为100×Ca/(Ca+Na) mol/mol。

2.3 平衡熔体Mg#和稀土元素(REE)组成计算

本文采用Bédard(2010)的经验公式计算单斜辉石-熔体Fe-Mg交换系数，具体公式如下所示：

0.126354×Na-0.003064×Wo

其中，Alⅳ是单斜辉石四面体位Al摩尔量(单位分子式)，Na是单斜辉石单位分子式中Na的摩尔量，Wo是单斜辉石中硅灰石单元组分的摩尔占比。

单斜辉石REE+Y分配系数的计算依据Sun and Liang (2012)的晶格应变模型。玻安岩与洋中脊玄武岩(MORB)的母岩浆平衡温度较为接近，平均约为1170℃(Whattametal., 2020)，为简化计算，本文统一采用1170℃。对于洋中脊堆晶岩，其水含量假设为0.2%，弧前堆晶岩假设为3.0%(Dobsonetal., 1995)。洋岛堆晶岩缺少单斜辉石微量元素报道，故本文仅计算洋中脊和弧前堆晶岩的平衡熔体组成。

3 洋中脊堆晶岩

3.1 岩性组成

洋中脊堆晶岩主要岩性为橄长岩、橄榄辉长岩、辉长岩和氧化物辉长岩(图3、表1)。橄长岩中单斜辉石一般为填隙颗粒，与自形程度更高的橄榄石和斜长石接触(图3b)；橄榄辉长岩中，橄榄石、斜长石和单斜辉石均以半自形颗粒产出(图3c)；氧化物辉长岩中，单斜辉石、斜长石和斜方辉石自形程度接近，而铁钛氧化物为填隙相(图3d)。这些特征指示其结晶顺序为橄榄石→斜长石→单斜辉石→斜方辉石→铁钛氧化物，这与拉斑玄武岩低压贫水体系分离结晶实验结果一致(Grove and Bryan, 1983; Groveetal., 1992)。

图3 不同扩张速率洋中脊形成的大洋下地壳的岩性组成和代表性镜下照片

洋中脊下地壳剖面中仅两例显示出不同于低压贫水体系MORB岩浆分离结晶的岩性组合。其一是中大西洋脊(MAR)的DSDP 334钻孔堆晶岩，主要岩性为堆晶橄榄岩、辉长苏长岩，结晶顺序为：橄榄石→单斜辉石+斜方辉石→斜长石，这被解释为橄榄岩含水重熔(Nonnotteetal., 2005)或蛇纹石化橄榄岩混染(Borisovaetal., 2020)。另一例为东太平洋隆Hess Deep的IODP 1415P钻孔，其中产出显著规模的富斜方辉石橄长岩和橄榄辉长苏长岩，其斜方辉石含量(10%～25%)明显高于同等演化程度的洋中脊堆晶岩(<1%)，其结晶顺序为：橄榄石→斜长石→斜方辉石→单斜辉石，这被解释与榴辉岩来源的富硅熔体混入有关(Chatterjee, 2017)。

3.2 全岩地球化学组成

在全岩Al2O3-MgO相关性图中，当MgO=10%～50%时，洋中脊堆晶岩全岩Al2O3与MgO含量显示出线性的负相关关系，这指示橄榄石和斜长石的堆晶(图4a)；在MgO<10%时，随着MgO含量降低，Al2O3逐渐降低(图4a)，这反映单斜辉石出现在液相线中。洋中脊堆晶岩显示出随着Mg#降低，Ca#逐渐降低的趋势(图4b)。随着全岩Mg#降低，洋中脊堆晶岩的TiO2、Na2O和Y含量均显著升高且高于弧前堆晶岩(图4c-e)，这反映二者母岩浆成分存在差异。洋中脊堆晶岩的全岩Ti/V比值介于10～1000，高于弧前堆晶岩。

图4 不同构造环境大洋堆晶岩全岩地球化学组成特征

3.3 矿物化学

洋中脊堆晶岩中的单斜辉石呈现随着Mg#降低，TiO2先升高后降低的趋势(图5a)，这是由于岩浆演化至晚期Fe-Ti氧化物晶出。此外，随着Mg#降低，洋中脊堆晶岩中单斜辉石的Na2O含量略微升高，Al2O3逐渐降低，而Y含量显著升高(图5b-d)。与弧前堆晶岩相比，洋中脊堆晶岩中单斜辉石具有更高的TiO2、Na2O、Al2O3和Y含量(图5a-d)。

图5 洋中脊、弧前和弧后堆晶岩单斜辉石(Cpx)地球化学组成

扩张速率差异对洋中脊地幔熔融程度产生显著影响。通常而言，随着扩张速率的增加，MORB原始岩浆的Na2O和Al2O3含量逐渐降低(Niu and O’Hara, 2008)。如图6所示，慢速-超慢速扩张脊堆晶岩中的单斜辉石显示出较快速扩张脊堆晶岩更高的Na2O和Al2O3含量，这反映快速扩张脊原始MORB形成于软流圈地幔更高程度的部分熔融。然而，不同扩张速率洋脊的堆晶岩依然显示出较SSZ型堆晶岩更高的单斜辉石Na和Al含量(图6)。

图6 不同扩张速率的洋中脊中堆晶岩单斜辉石Na2O-Mg#和Al2O3-Mg#图解

洋中脊堆晶岩单斜辉石Mg#与斜长石An%显示正相关性，而且随着洋脊扩张速率增加，这一相关性的截距(斜长石An%)逐渐升高(图7a)，这是由于地幔熔融程度随扩张速率增加而升高，从而产生更贫Na、富Ca的母岩浆。此外，洋中脊堆晶岩单斜辉石Mg#与斜长石An%相关性与低压贫水体系分离结晶趋势一致(Kvassnesetal., 2004; 图7b)。

图7 不同构造环境大洋堆晶岩斜长石(Pl)An%-单斜辉石(Cpx)Mg#相关性

洋中脊堆晶岩中尖晶石Cr#为35～70mol/mol，高于MORB中的尖晶石(Cr#=20～60mol/mol)；洋中脊堆晶岩尖晶石Mg#(10～60mol/mol)在给定Cr#下明显低于MORB和深海橄榄岩中的尖晶石(Dick and Bullen, 1984)。此外，洋中脊堆晶岩显示出尖晶石Cr#-Mg#负相关关系和良好的TiO2-Al2O3负相关性(图8a, b)。

图8 不同构造环境大洋堆晶岩尖晶石(Sp)组成

洋中脊堆晶岩中的橄榄石具有良好的NiO与Fo正相关性，其Fo介于26～91mol/mol之间(图9a)。橄榄石Ti含量为11×10-6～188×10-6，高于弧前堆晶岩橄榄石(3×10-6～7×10-6，图9b)。洋中脊堆晶岩斜方辉石的Mg#介于46～91mol/mol，并具较高的TiO2含量(0.1%～0.5%)。斜方辉石TiO2与Mg#不具备明显相关性，但显示Al2O3-Mg#正相关性(图9c, d)。

图9 不同构造环境大洋堆晶岩橄榄石(Ol)和斜方辉石(Opx)组成

3.4 平衡熔体

洋中脊堆晶岩平衡熔体具有平坦的REE+Y配分模式和不同程度的Eu负异常，其REE+Y的含量变化范围较MORB更大(图10a)。平衡熔体Mg#介于27～73mol/mol之间，熔体REE+Y含量与Mg#表现为负相关关系(图10b)。平衡熔体的REE+Y-Mg#组成与MORB重叠，但堆晶岩的平衡熔体成分变化范围更大(图10b)。

3.5 DSDP 334堆晶岩

中大西洋脊DSDP 334钻孔获取了一套～57m厚的堆晶橄榄岩、辉长苏长岩堆晶岩(Nonnotteetal., 2005; Ross and Elthon, 1993)。岩石学特征表明其结晶顺序为橄榄石→单斜辉石+斜方辉石→斜长石，而且其中的单斜辉石具有低TiO2、Al2O3、Na2O和REE+Y的特征(图5a-d)，这些特征表明其来源于超亏损的含水熔体。相较于典型的洋中脊堆晶岩，DSDP 334堆晶岩在给定单斜辉石Mg#下具有更高的斜长石An%，这和含水体系分离结晶过程一致(图7b)。总体上，DSDP 334堆晶岩的岩石学、地球化学特征类似于弧前堆晶岩(图5、图7)，其对应的岩浆类似于弧前玻安岩-安山岩。目前通常将这套堆晶岩解释为蚀变橄榄岩重熔(Nonnotteetal., 2005)或者原始MORB岩浆混染蚀变橄榄岩(Borisovaetal., 2020)。

4 弧前堆晶岩

西太平洋Izu-Bonin-Mariana (IBM)弧前出露的熔岩包括弧前玄武岩(FAB)和玻安岩。弧前玄武岩具有类似MORB的地球化学特征，不显示流体活动性元素富集，但其较MORB亏损高场强元素(HFSE)和低Na2O。弧前玄武岩是俯冲起始最初阶段未受到板片熔流体交代的亏损MORB地幔(DMM)高程度减压熔融的产物(图1b; Reaganetal., 2010; Shervaisetal., 2019)。玻安岩具有高MgO(>8%)、SiO2(52%～63%)和低TiO2(<0.5%)及亏损不相容元素的特征(Crawfordetal., 1989; Pearce and Reagan, 2019)。玻安岩是俯冲起始后随着板片加深，受板片熔流体交代的难熔地幔楔熔融的产物(Shervaisetal., 2021)。随着弧前演化阶段不同，玻安岩由低硅系列过渡至高硅系列，这是由于源区沉积物和板片熔流体参与程度和源区亏损程度逐渐增加(Shervaisetal., 2021; Whattametal., 2020)。

4.1 岩性组成

由于母岩浆水、硅含量差异，俯冲起始不同阶段形成的堆晶岩具有不同的矿物结晶顺序，这也反映在弧前玄武岩和玻安岩的斑晶组成上。弧前玄武岩斑晶主要为单斜辉石和斜长石，暗示斜长石结晶早于单斜辉石；低硅玻安岩斑晶主要由橄榄石和少量斜方辉石和单斜辉石组成，缺失斜长石，暗示橄榄石→单斜辉石+斜方辉石→斜长石的结晶顺序；高硅玻安岩斑晶则主要由斜方辉石和橄榄石组成，仅含少量单斜辉石，暗示橄榄石+斜方辉石→单斜辉石的结晶顺序(Whattametal., 2020)。本文统计的弧前蛇绿岩堆晶岩总体显示出辉石结晶早于斜长石和富集斜方辉石的特征(表1)，表明这些堆晶岩对应的熔体具有玻安质组成。

绝大多数弧前堆晶岩都缺失橄长岩，而常见易剥橄榄岩、辉石岩等(表1、图11a)。Troodos蛇绿岩中报道有堆晶方辉橄榄岩，表明斜方辉石结晶早于单斜辉石和斜长石(图11b)；弧前易剥橄榄岩含浑圆状橄榄石颗粒和填隙单斜辉石(图11c)，且不与橄长岩伴生，表明其结晶顺序为橄榄石→单斜辉石→斜长石。弧前堆晶岩中常见富斜方辉石的辉长苏长岩(表1)，斜方辉石可以自形-半自形颗粒产出，也可以填隙颗粒产出。如New Caledonia蛇绿岩中的辉长苏长岩中的斜方辉石的自形程度低于斜长石(图11d)。不同弧前堆晶岩中斜方辉石相对于单斜辉石、斜长石的结晶顺序存在一定差异，这是由于弧前扩张不同阶段产生的岩浆的水、硅含量存在差异(Shervaisetal., 2019, 2021)。总体上，弧前蛇绿岩堆晶岩显示出：(1)斜长石结晶晚于辉石和(2)斜方辉石较早结晶的特征，这反映了母岩浆富水、富硅的性质(Elthonetal., 1982; Falloon and Danyushevsky, 2000; Feigetal., 2010; Gaetanietal., 1993)。

4.2 全岩地球化学组成

在全岩Al2O3-MgO相关性图中，当MgO>20%时，弧前堆晶岩全岩组成显示出较缓的斜率，指示橄榄石和单斜辉石的堆晶过程；当MgO<20%时，弧前堆晶岩的Al2O3-MgO相关性斜率明显升高(图4a)，这指示橄榄石→单斜辉石→斜长石的结晶顺序。在给定的Mg#下，弧前堆晶岩Ca#显著高于洋中脊堆晶岩，表现为随着全岩Mg#降低，Ca#仅略微地降低。随着全岩Mg#降低，弧前堆晶岩TiO2、Y逐渐增加，但Mg#和Na2O却未显示出明显的相关性(图4c-e)。弧前堆晶岩在给定Mg#下较洋中脊堆晶岩亏损TiO2、Na2O和Y，并具有低的Ti/V比值(通常<10；图4c-f)。

4.3 矿物化学

随着Mg#降低，弧前堆晶岩单斜辉石的TiO2、Na2O略微增加，而Al2O3略微降低。相较于洋中脊堆晶岩，弧前堆晶岩中的单斜辉石在给定Mg#下具有更低的TiO2、Na2O、Al2O3和Y(图5a-d)。与洋中脊堆晶岩不同，随着单斜辉石Mg#降低，弧前堆晶岩中斜长石An%仅略微地降低(图7b)。在给定单斜辉石Mg#下，弧前堆晶岩斜长石An%明显高于洋中脊堆晶岩，这与拉斑质玄武岩在低压富水体系下的分离结晶过程相一致(Kvassnesetal., 2004)。

弧前堆晶岩中的尖晶石具有较大的Cr#变化范围(18～86mol/mol)，但其Cr#总体低于玻安岩尖晶石斑晶，且其Cr#-Mg#缺乏明显的相关性(图8a)。弧前堆晶岩尖晶石显示出较差的TiO2-Al2O3相关性和较低的TiO2含量(普遍<0.7%)，这区别于其它构造环境堆晶岩中的尖晶石(图8b)。

弧前堆晶岩中橄榄石Fo值介于75～92mol/mol之间，在NiO-Mg#图中与洋中脊堆晶岩中的橄榄石组成一致(图9a)。New Caledonia堆晶岩橄榄石较洋中脊堆晶岩橄榄石明显亏损Ti(图9b)。弧前堆晶岩斜方辉石具有低TiO2含量(通常<0.2%)，且TiO2与Mg#无明显相关性(图9c)。与单斜辉石明显不同的是，弧前堆晶岩和洋中脊堆晶岩中的斜方辉石在Al2O3-Mg#图中是重叠的(图9d)。

4.4 平衡熔体

弧前堆晶岩平衡熔体REE较MORB亏损，且其REE配分变化较大，从LREE亏损到LREE富集皆有。总体上，弧前堆晶岩平衡熔体和IBM玻安岩在REE配分和绝对含量上十分类似(图10c)。弧前堆晶岩平衡熔体显示出较大的Mg#变化范围(30～76mol/mol)，而玻安岩的Mg#变化则较为狭窄(60～84mol/mol，图10d)。在熔体REE+Y-熔体Mg#图上，弧前堆晶岩平衡熔体与IBM玻安岩是重叠的(图10d)。

5 弧后盆地堆晶岩

现今的弧后盆地主要分布在西太平洋，包括Mariana、Lau和Manus等，其扩张速率从慢速(<50mm/yr)到快速(>100mm/yr)均有分布。目前报道有堆晶岩的弧后盆地均为慢速扩张中心，其中两例发育拆离断层(表1)。

弧后盆地玄武岩(BABB)的成分类似于MORB，但显示出一定程度LILE富集，这表明其源区为受低程度板片熔体交代的DMM源区。BABB水含量可从MORB范围(<0.4%)分布到～1.7%(Taylor and Martinez, 2003)。低压拉斑玄武岩结晶实验表明在BABB的水含量范围内斜长石结晶早于单斜辉石(Feigetal., 2010; Münteneretal., 2001)。因此，BABB对应的堆晶岩应具有类似于洋中脊堆晶岩的岩石组合、矿物结晶顺序和地球化学组成。

西太平洋的三个弧后盆地堆晶岩出露点(Godzilla Megamullion、Mado Megamullion和Mariana Trough)的堆晶岩岩性主要为橄长岩、橄榄辉长岩、辉长岩、氧化物辉长岩和角闪辉长岩(表1、图11e-g)，指示了橄榄石→斜长石→单斜辉石→Fe-Ti氧化物→角闪石的结晶顺序。在Godzilla Megamullion出露有类似于MAR贫岩浆段熔体-橄榄岩反应成因的富橄榄石橄长岩(图11e)，这反映弧后慢速扩张中心轴下较厚的岩石圈地幔(Sanfilippoetal., 2013)。

Bay of Islands蛇绿岩被作为弧后盆地蛇绿岩的代表，其主要依据是其中的熔岩、辉绿岩尽管在地球化学组成上类似于MORB，却具有一定的Nb-Ta负异常，以及空间上它向西与同时代的岛弧杂岩接触(Elthon, 1991; Jenneretal., 1991; Kurth-Velzetal., 2004)。Bay of Islands蛇绿岩主要由四个大型岩体组成，其中最西侧的Lewis Hill岩体西部显示出明显的弧岩浆作用的印记(Kurth-Velzetal., 2004)，而东侧的三个岩体(如North Arm Mountain)总体显示弧后盆地岩浆活动的特征，前人对其中的North Arm Mountain岩体的堆晶岩剖面进行了细致的研究(Elthon, 1991; Elthonetal., 1982)。尽管North Arm Mountain岩体被解释为弧后盆地成因，但其壳幔过渡带超镁铁质堆晶岩层具有洋弧或弧前堆晶岩的特征，如斜方辉石早结晶和辉石结晶早于斜长石等，这可能代表了一期轴外岩浆事件(Bédard, 1991)。North Arm Mountain岩体的层状辉长岩单元主要岩性为橄长岩、橄榄辉长岩、辉长岩、斜长岩(表1)，指示橄榄石→斜长石→单斜辉石的结晶顺序。

弧后堆晶岩显示出类似于洋中脊堆晶岩的全岩-矿物化学组成：1)仅有Bay of Islands蛇绿岩的层状辉长岩单元报道有全岩主量元素数据，它在Al2O3-MgO、Ca#-Mg#、TiO2-Mg#和Na2O-Mg#图上的范围与洋中脊堆晶岩一致(图4a-d)；2)弧后堆晶岩显示出类似洋中脊堆晶岩的单斜辉石TiO2-Mg#、Na2O-Mg#、Al2O3-Mg#和Y-Mg#组成(图5e-h)；3)弧后堆晶岩显示出类似洋中脊堆晶岩的斜长石An%-单斜辉石Mg#正相关性(图7c)；4)仅有Godzilla Megamullion核杂岩的橄长岩中报道有尖晶石数据，其Cr#-Mg#和TiO2-Al2O3相关性与洋中脊堆晶岩一致(图8)；5)弧后堆晶岩橄榄石的NiO-Fo组成、斜方辉石的TiO2-Mg#、Al2O3-Mg#组成类似于洋中脊堆晶岩(图9)。

6 洋岛堆晶岩

前人研究表明Hawaii和Canary洋岛仅有少量的辉长岩包体可能代表热点活动前的大洋下地壳，绝大多数堆晶岩包体形成于热点活动阶段(Gaoetal., 2016; Neumannetal., 2000)。研究认为Hawaii堆晶岩包体的母岩浆可能为拉斑系列玄武岩(Sen and Presnall, 1986)，而Canary堆晶岩包体母岩浆可能为碱性系列(Neumann, 1991; Neumannetal., 2000)。Hawaii和Canary洋岛堆晶岩包体岩性含纯橄岩、易剥橄榄岩、辉石岩、橄榄辉长岩、辉长岩、氧化物辉长岩等(表1、图4)，这反映了橄榄石→单斜辉石+斜方辉石→斜长石→Fe-Ti氧化物的结晶顺序。其中，超镁铁质包体中辉石较斜长石早结晶与较高的结晶压力有关(可达1.3GPa; Bohrson and Clague, 1988)，辉长岩包体的结晶压力则相对较低(0.3～0.5GPa, Gaoetal., 2016)。

洋岛堆晶岩显示出类似于弧前堆晶岩的全岩Al2O3-MgO相关性(图4a)，这指示了橄榄石→单斜辉石→斜长石的矿物结晶顺序。然而，洋岛堆晶岩总体较弧前堆晶岩具有更低的Ca#，多数洋岛堆晶岩的Ca#-Mg#组成类似于洋中脊堆晶岩(图4b)。洋岛堆晶岩较低的Ca#表明其母岩浆具有较低的水含量，如Hawaii建盾阶段玄武岩水含量<0.7%(Bizimis and Peslier, 2015; 图4c)，部分洋岛堆晶岩具有较洋中脊堆晶岩更高Ca#，这暗示其母岩浆具有更高的水含量，例如Hawaii新生阶段玄武岩水含量～2%(Bizimis and Peslier, 2015)。此外，洋岛堆晶岩的Na2O-Mg#、Y-Mg#相关性类似于洋中脊堆晶岩，但在TiO2-Mg#相关性上不同于洋中脊堆晶岩。随着全岩Mg#降低，洋岛堆晶岩的TiO2含量逐渐降低(图4c-e)。此外，洋岛堆晶岩具有类似于洋中脊堆晶岩的Ti/V比值(通常10～100；图4f)。

Mg#>80mol/mol的洋岛堆晶岩单斜辉石具有和洋中脊堆晶岩单斜辉石类似的TiO2，但Mg#<80mol/mol的洋岛堆晶岩TiO2则显著高于洋中脊堆晶岩(图12a)。洋岛堆晶岩中单斜辉石在给定Mg#下具有比洋中脊堆晶岩更高的Na2O和Al2O3含量(图12b, c)。此外，洋岛堆晶岩具有类似洋中脊堆晶岩的斜长石An%-单斜辉石Mg#相关性(图7d)。

图12 洋岛堆晶岩单斜辉石(Cpx)化学组成

洋岛堆晶岩中的尖晶石在Cr#-Mg#和TiO2-Al2O3组成上与洋中脊堆晶岩尖晶石一致(图8c, d)。洋岛堆晶岩的橄榄石NiO-Fo组成与洋中脊和弧前、弧后堆晶岩均一致(图9)。而洋岛堆晶岩的斜方辉石在TiO2-Mg#组成上介于洋中脊和弧前堆晶岩之间，但其Al2O3含量明显高于洋中脊堆晶岩斜方辉石(图9c, d)。

7 讨论与启示

7.1 大洋下地壳堆晶岩岩性组合的控制因素

堆晶岩的岩石组合受到原始岩浆成分(水、硅含量)、结晶压力控制。实验岩石学研究表明在低压(一般<0.7GPa)、贫水(<2.5%)体系中，拉斑玄武质岩浆结晶分异过程中，斜长石结晶早于辉石，斜方辉石结晶晚于单斜辉石与铁钛氧化物(Berndtetal., 2005; Feigetal., 2010; Koepkeetal., 2018)，这解释了为什么洋中脊和弧后扩张中心大洋下地壳的岩石组合为橄长岩、橄榄辉长岩、氧化物辉长岩(图3、图11)。而在较高的结晶压力下(>1.0GPa)，斜长石结晶会晚于辉石，而且斜方辉石出现在液相线的温度也会升高(Elthonetal., 1985; Feigetal., 2006; Villigeretal., 2007)，这是洋岛下地壳包体中常见易剥橄榄岩、二辉石岩和辉长苏长岩的原因(图11a)。一般而言，拉斑玄武质岩浆体系中水的加入也会导致体系氧逸度对应的升高，而实验岩石学表明高的水含量和氧逸度可以导致斜长石结晶晚于单斜辉石，并使得斜方辉石结晶提前(Berndtetal., 2005; Feigetal., 2006)，这可以解释为什么弧前下洋壳的主要岩性为易剥橄榄岩、辉石岩以及辉长苏长岩(图11a)。另一个导致弧前堆晶岩中富集斜方辉石的因素是母岩浆的硅含量。实验岩石学表明橄榄岩低压、含水体系熔融形成的熔体除了富集水外，也具有较高的硅含量(Falloon and Danyushevsky, 2000)。更难熔的源区含水熔融也会形成更富硅的原始岩浆，例如弧前扩张中心轴外的高硅玻安岩岩浆活动(Shervaisetal., 2021)。此外，在洋中脊环境通过熔体与橄榄岩反应也可以导致富硅岩浆的形成，例如东太平洋隆Hess Deep的ODP 895钻孔中常见与橄榄岩伴生的富镁辉长苏长岩，这被解释为MORB岩浆混染方辉橄榄岩导致硅富集(Dick and Natland, 1996)。

7.2 大洋下地壳堆晶岩地球化学组成的控制因素

7.2.1 全岩地球化学

堆晶岩全岩地球化学受到岩浆成分、堆晶矿物成分、堆晶矿物比例和粒间熔体比例等因素控制，因而通常无法直接反映平衡熔体的组成。通过堆晶岩全岩地球化学成分计算平衡熔体组成需要假定粒间熔体比例、矿物模式含量和矿物-熔体分配系数(Bédard, 1994, 2001)。这种平衡熔体计算方法非常依赖矿物、粒间熔体比例以及分配系数的选择，其计算结果显然很难如玄武岩一样直接应用构造环境判别图解。但是堆晶岩全岩化学组成可用以间接推断矿物结晶顺序和熔体不相容元素亏损程度、含水性及氧逸度等关键信息，因而可以通过其它指标进行构造环境判别。

全岩Al2O3-MgO相关性受到斜长石和单斜辉石矿物比例的控制，可以用来反映斜长石和单斜辉石结晶相对顺序，洋中脊和弧后盆地堆晶岩这类低压、贫水体系演化产物通常呈现上凸型的Al2O3-MgO相关性，而形成于含水体系的弧前堆晶岩和形成于高压结晶体系的洋岛堆晶岩均显示出下凹型的Al2O3-MgO相关性(图4a)。

全岩Ca#-Mg#相关性则反映母岩浆的含水性，这是由于熔体水含量增加影响斜长石-熔体Ca/Na分配系数(Housh and Luhr, 1991)，使得与熔体平衡的斜长石具有较高的Ca/Na，从而使全岩Ca#升高。因此，贫水体系形成的堆晶岩(洋中脊、弧后盆地以及洋岛)通常显示出良好的Ca#-Mg#正相关性和Na2O-Mg#负相关性，而弧前堆晶岩随着Mg#降低而保持较高的Ca#和较低的Na2O含量(图4b)。与此原理类似，斜长石An%牌号与单斜辉石Mg#的相关性也反映母岩浆含水性，在给定Mg#下，弧前堆晶岩具有比其它类型堆晶岩更高的斜长石An%牌号(图7)。

全岩的Mg#与不相容微量元素(Ti、Y等)的相关性主要反映母岩浆的亏损程度，其中弧前堆晶岩在给定Mg#下具有最低的Ti、Y含量(图4c, e)，反映其来源于超亏损的母岩浆，这与平衡熔体估算结果一致(图10c, d)。

全岩Ti-V相关性反映岩浆氧逸度差异对矿物-熔体V的分配行为的控制作用(Shervais, 1982)。其中，洋中脊和洋岛堆晶岩的Ti/V(总体10～1000)总体高于弧前堆晶岩(总体1～10)，反映后者母岩浆具有更高的氧逸度。

7.2.2 矿物化学

堆晶岩中矿物化学组成主要受控于平衡熔体化学组成，次要控制因素为温压、氧逸度及水含量等条件对不同元素分配行为的影响、熔体-矿物相间元素扩散等。相较于全岩化学组成，矿物化学不受堆晶矿物及粒间熔体比例的影响，是计算平衡熔体组成的更优选择。

单斜辉石是大洋下地壳堆晶岩中最常见、最能准确反映平衡熔体不相容元素组成的矿物，这是由于单斜辉石中常见的不相容元素(如REE、Zr、Hf等)的扩散速率较慢并且分配系数受到温度、压力影响相对较小(Cherniak and Dimanovetal., 2010; van Ormanetal., 2001; Sun and Liang, 2012)。斜长石中的高场强和重稀土元素的分配系数则受温度影响较大，因而对于缓慢冷却的大洋下地壳堆晶岩而言，基于斜长石计算的平衡熔体组成并不可靠(Sunetal., 2017)。铬尖晶石与橄榄石中的常见元素(如Fe-Mg、Cr、Ti、Zr、REE等)均具有较快的扩散速率(Spandleretal., 2007)，因而容易受到扩散再平衡的影响而无法用以计算平衡熔体组成。基于单斜辉石化学组成，本文计算了洋中脊和弧前堆晶岩对应的平衡熔体组成，结果显示：1)洋中脊、弧前堆晶岩平衡熔体分别与MORB和玻安岩成分一致；2)堆晶岩的平衡熔体成分具有远超过熔岩的变化范围(图10)。这一结果也表明大洋堆晶岩记录了比玄武岩更完整的岩浆演化过程。

弧前堆晶岩中的单斜辉石具有比洋中脊堆晶岩单斜辉石更低的TiO2、Na2O、Al2O3和REE含量(图5a-d)，这与典型弧前熔岩(如玻安岩)的亏损特征相吻合。而洋中脊和弧后盆地堆晶岩中的单斜辉石组成大体一致，这与弧后盆地玄武岩具有MORB型地球化学特征一致。值得注意的是区别弧后盆地和洋中脊玄武岩的特征性元素(如Th、Nb、Rb、Ba等)在单斜辉石中含量过低难以准确测试，因而目前很难从堆晶岩角度区分弧后盆地和洋中脊环境。

尖晶石的Cr、Al、Fe、Mg具有较快的扩散速率(Spandleretal., 2007)，因此在冷却过程中容易与周围矿物及粒间熔体发生扩散交换。随着温度降低，尖晶石与橄榄石的Fe-Mg交换会导致尖晶石Mg#降低；如果熔体经历了斜长石的分离结晶，熔体的Cr/Al比值会明显升高，尖晶石-熔体的Cr-Al交换使得尖晶石Cr#升高；如果斜长石晶出较晚，则熔体的Cr/Al会逐渐降低，这导致尖晶石Cr#降低(Dick and Bullen, 1984)。显然，堆晶岩中的尖晶石的Cr#、Mg#不反映初始熔体的成分，而是受控于岩浆分异和冷却过程中的扩散交换。洋中脊和弧后堆晶岩的形成过程受控于以斜长石、橄榄石为主的分异过程，受到与熔体及橄榄石间扩散交换的影响，铬尖晶石Cr#逐渐升高、Mg#逐渐降低；弧前和洋岛堆晶岩的形成过程中斜长石晶出较晚，此时，铬尖晶石Cr#与Mg#均逐渐降低(图8)。尽管不同构造环境玄武岩和橄榄岩中的尖晶石具有不同的Cr#和Mg#，但堆晶岩中的尖晶石则显示出重合的Cr#-Mg#组成(图8)。因此，堆晶岩中的尖晶石Cr#无法作为构造环境判别指标。弧前堆晶岩显示出与洋中脊、弧后和洋岛堆晶岩截然不同的尖晶石TiO2-Al2O3相关性，这反映了前者熔体亏损Ti、Al的组成(图8b, d)。

7.3 堆晶岩构造环境判别指标

SSZ与MOR型蛇绿岩的判别是蛇绿岩研究中争议最大的问题之一，而且一些蛇绿岩可能兼具二者的性质，例如Oman蛇绿岩中存在近同期的洋中脊扩张与俯冲起始阶段的岩浆记录(Riouxetal., 2021)。蛇绿岩中也常见不同成因、形成时代的岩性单元被混杂在一起的现象，例如西藏蓬错蛇绿岩的堆晶岩单元为早侏罗世的洋底高原残片，地幔单元则包含具有洋中脊性质的二辉橄榄岩，而上部熔岩及岩墙单元则主要为中晚侏罗世的弧前或岛弧岩浆作用产物(卢雨潇等, 2019; Zhangetal., 2021a)，这反映了洋底高原-海沟碰撞后的俯冲起始过程以及就位过程中的构造肢解。因此，厘定蛇绿岩中不同岩性单元的构造属性有利于古大洋的多阶段的演化过程的研究。与玄武岩不同，下洋壳辉长岩无法直接应用Pearce图解(Pearce, 2014)。如图13所示，在V-Ti和Th/Yb-Nb/Yb图解中，洋中脊堆晶岩组成明显区别于MORB，显示出较低的Ti/V比值和较大变化范围的Th/Yb比值。因此，利用蛇绿岩中堆晶岩的岩石、地球化学组成进行构造环境判别需要建立一系列新的指标。

图13 洋中脊和SSZ蛇绿岩堆晶岩全岩V-Ti和Th/Yb-Nb/Yb图解(底图据Shervais, 1982; Pearce, 2008)

本文总结了弧前堆晶岩区别于洋中脊堆晶岩的岩石学和地球化学组成上的主要区别：

(1)岩石组合：弧前蛇绿岩的堆晶岩中常见易剥橄榄岩、辉石岩、辉长苏长岩；洋中脊堆晶岩中常见橄长岩，通常不含易剥橄榄岩、辉石岩。

(2)矿物结晶顺序：弧前堆晶岩表现为辉石结晶早于斜长石和斜方辉石较早结晶；洋中脊堆晶岩表现为斜长石结晶晚于辉石，斜方辉石结晶通常晚于Fe-Ti氧化物。

(3)全岩化学组成：弧前堆晶岩通常显示出“凹形”的Al2O3-MgO负相关性(图4a)；洋中脊堆晶岩则显示出“凸形”的Al2O3-MgO负相关性(图4a)。弧前堆晶岩具有高Ca#和低Na2O的特征，且其Ca#和Na2O通常不随着Mg#降低发生明显变化(图4b, d)。

(4)单斜辉石化学组成：弧前堆晶岩中单斜辉石在同一Mg#下具有明显低于洋中脊堆晶岩的TiO2、Na2O、Al2O3和REE+Y含量(图5a-d)。

(5)斜长石An%-单斜辉石Mg#相关性：弧前堆晶岩显示出较洋中脊堆晶岩更平缓的斜长石An%-单斜辉石Mg#相关性(图7b)。

(6)尖晶石化学组成：弧前堆晶岩中的尖晶石通常不表现出明显的TiO2-Al2O3相关性，且其TiO2含量较洋中脊堆晶岩尖晶石更低；洋中脊堆晶岩尖晶石则显示出良好的TiO2-Al2O3负相关性(图8b)。

弧前堆晶岩的岩石学、地球化学组成表明其来源于富水、富硅、超亏损的玻安质岩浆；而洋中脊堆晶岩的岩石学、地球化学组成则指示了MORB岩浆在贫水、低压条件下的分离结晶过程。但值得注意的是，含水、玻安质岩浆形成的堆晶岩在洋中脊也有发现(DSDP 334堆晶岩)，但其规模很小(数十米厚度)，前人研究通常将其解释为海水蚀变的难熔橄榄岩重熔或MORB岩浆混染蚀变蛇纹岩的产物(Nonnotteetal., 2005; Ross and Elthon, 1993)。因此，在进行蛇绿岩堆晶岩研究时需侧重于大型堆晶岩体，而非选取局部的小型侵入体作为研究对象，否则容易引起误判。

除了玻安质-安山质岩浆活动外，弧前岩浆还包括弧前玄武岩(FAB)，它代表俯冲起始最初阶段未受明显板片熔流体交代的DMM型地幔减压熔融的产物。FAB的成分类似于最亏损的MORB，并具有较低的水含量(Reaganetal., 2010; Shervaisetal., 2019)，这暗示其对应的堆晶岩类似于洋中脊堆晶岩。但如图5a-c所示，FAB单斜辉石斑晶具有明显低于洋中脊堆晶岩单斜辉石的TiO2和Na2O以及更高的Al2O3，这表明运用单斜辉石的化学组成依然可以区别FAB对应的堆晶岩和洋中脊堆晶岩。

研究表明，随着弧后扩张的进行，弧后盆地玄武岩的地球化学成分存在从岛弧性质向MORB性质演变的特点，这反映其地幔源区包含先前弧下地幔楔物质贡献比例的逐渐降低(Chenetal., 2021)。而目前报道有数据的弧后盆地堆晶岩主要发育在相关成熟的弧后扩张中心(如Parece Vela盆地)，其母岩浆性质更接近于MORB。目前报道的弧后盆地堆晶岩则无论在岩石组合、矿物结晶顺序还是全岩、矿物地球化学上都与洋中脊堆晶岩一致，这表明它们形成于低压、贫水体系下MORB岩浆的分离结晶过程，其地幔源区为受到较低程度板片熔流体交代的DMM型源区(Baschetal., 2020; Taylor and Martinez, 2003)。由于初始弧后扩张中心母岩浆地球化学组成更接近于弧玄武岩，因此，初始弧后盆地堆晶岩应当具有区别于洋中脊堆晶岩的地球化学组成。然而，目前尚未有研究报道过初始弧后扩张中心(如Mariana Trough北部)的下部洋壳堆晶岩数据。但目前已有数据至少说明，仅从堆晶岩角度无法区别MOR和成熟弧后扩张中心成因的蛇绿岩。弧后盆地蛇绿岩的判别还需要结合其它蛇绿岩单元(熔岩、橄榄岩)以及区域地质的研究结果。

洋岛岩浆中心构筑于厚的、老的大洋岩石圈之上，因此洋岛原始岩浆就位深度通常较大，一些研究甚至表明洋岛岩浆房可以位于上地幔中，深度可达近24km(Gleesonetal., 2021)。因此，洋岛堆晶岩的一个显著特征是其较大的结晶深度，较大的结晶压力导致辉石结晶早于斜长石，以及斜方辉石早结晶(Elthonetal., 1982)，这导致易剥橄榄岩和辉长苏长岩这类岩性的产生。洋岛堆晶岩的母岩浆水含量(水含量通常小于2%，Guetal., 2019)较玻安岩更低，在全岩Ca#-Mg#(图4b)和斜长石An%-单斜辉石Mg#(图7d)上可以很好地将其与弧前堆晶岩进行区分。洋岛堆晶岩母岩浆具有较MORB更富集不相容元素的特征，因而洋岛堆晶岩的矿物微量元素组成上应当具有富集强不相容元素的特征。然而由于全岩、矿物微量元素数据的缺乏，目前尚不清楚洋岛堆晶岩与其它构造环境堆晶岩在全岩、矿物微量元素组成存在何种差别。

7.4 应用实例：日喀则蛇绿岩

位于雅鲁藏布江蛇绿岩带中段的日喀则蛇绿岩代表新特提斯洋的残片，它主体形成于120～130Ma(Liuetal., 2016)。日喀则蛇绿岩具有“厚幔薄壳”的特征，出露有大面积地幔橄榄岩和较薄的洋壳单元，其中绝大多数剖面缺失堆晶岩，仅在吉定、白岗和大竹曲分布有三个数百米厚的堆晶岩体(表2)。多数剖面中，辉长岩以岩脉形式侵入于橄榄岩中。以上的这些特征被认为是日喀则蛇绿岩形成于慢速-超慢速扩张脊的证据(Liuetal., 2016, 2021; 吴福元等, 2014)。另一种观点认为日喀则蛇绿岩形成于弧前环境，主要依据是日喀则蛇绿岩中玄武岩、辉绿岩具有弧的特征(如Nb-Ta负异常)(Daietal., 2013; Hébertetal., 2012)，部分玄武岩、辉绿岩被认为具有玻安质的特征(Daietal., 2013)。

表2 日喀则蛇绿岩堆晶岩、辉长岩脉出露点信息

检验日喀则蛇绿岩内的堆晶岩体以及侵入于橄榄岩中的辉长岩脉的岩石、地球化学组成可以很好地限定蛇绿岩形成时岩浆的性质，进而限定其构造环境。本文总结了已发表的日喀则蛇绿岩内堆晶岩体和辉长岩脉的结果(数据来源文献见表2)。

吉定堆晶岩体主体为辉长岩，并含少量橄榄辉长岩、辉长苏长岩；白岗和大竹曲堆晶岩体主体均为橄长岩、辉长岩(Liuetal., 2018, 2021)，且所有的辉长岩均缺乏斜方辉石，这一类型的岩石组合和洋中脊或弧后堆晶岩特征一致。日喀则蛇绿岩的深成脉岩主要为贫斜方辉石的辉长岩，缺失与玻安质熔体相关的辉长苏长岩、易剥橄榄岩和堆晶辉石岩脉。这一点不同于典型的受弧前岩浆活动影响的Oman蛇绿岩，Oman蛇绿岩广泛地被与俯冲起始有关的辉石岩、辉长苏长岩、易剥橄榄岩脉(Python and Ceuleneer, 2003)以及辉长苏长岩堆晶岩体(Yamasakietal., 2006)侵入。

全岩地球化学组成上，日喀则的堆晶岩体和辉长岩脉均与洋中脊堆晶岩一致：1)与橄榄石+斜长石分异趋势吻合的Al2O3-MgO相关性(图14a)；2)全岩Ca#随着全岩Mg#降低而显著降低(图14b)；3)与洋中脊堆晶岩类似的TiO2-Mg#、Na2O-Mg#和Y-Mg#相关性(图14c-e)；4)较高的全岩Ti/V比值(图14f)。

图14 日喀则蛇绿岩中堆晶岩体和辉长岩脉全岩化学组成数据来源见表2

日喀则蛇绿岩内的堆晶岩体和辉长岩脉的岩石学、地球化学组成都类似于洋中脊堆晶岩，表明它们形成于贫水、MORB岩浆的低压分离结晶，而弧前岩浆活动(FAB、玻安岩)相关的堆晶岩或深成脉岩在日喀则蛇绿岩中缺失。这至少表明日喀则蛇绿岩的下部洋壳主体并非形成于弧前扩张中心，而更可能形成于洋中脊或者弧后盆地。尽管从堆晶岩角度无法很好地区分弧后和洋中脊成因，但考虑到区域内缺乏与日喀则蛇绿岩同时期、空间上联系的岛弧记录，日喀则蛇绿岩很难被解释为弧后盆地成因。这至少说明日喀则蛇绿岩中的下洋壳堆晶岩形成于早白垩世靠近欧亚大陆边缘的慢速-超慢速扩张脊(Liuetal., 2016, 2018, 2021; 吴福元等, 2014)。然而，日喀则蛇绿岩的熔岩、部分地幔橄榄岩表现出一定程度的俯冲改造痕迹(Daietal., 2013; Hébertetal., 2012)，以及与蛇绿岩洋壳近同期的变质底板的发现(Guilmetteetal., 2009)，都表明日喀则蛇绿岩记录俯冲起始过程。综合上述结果，日喀则蛇绿岩的成因可能涉及洋脊-海沟碰撞以及随后的俯冲起始过程(Liuetal., 2022; Zhangetal., 2019)。