刘通等-CMP:古洋脊扩张速率对蛇绿岩多样性的绝对控制

　　蛇绿岩（ophiolite）是构造就位于大陆之上的大洋岩石圈残片。1972年Penrose会议建立了理想的蛇绿岩剖面，自底部向上依次包括地幔橄榄岩、堆晶杂岩（辉长质）、席状岩墙（辉绿岩为主）和枕状/块状熔岩。然而全球范围内仅有少数蛇绿岩具有“Penrose型”岩石组合，大多数蛇绿岩中往往缺失某个或多个地质单元。这种蛇绿岩之间结构上的差别称为蛇绿岩的多样性（ophiolite diversity），长期以来研究者普遍将之归因于就位过程中的构造肢解，暗示蛇绿岩在形成时应具有相似的结构特征。然而，即使某些蛇绿岩具有完整的剖面，但其不同地质单元之间的比例也与“Penrose型”蛇绿岩差别极大，显然其独特的岩石-构造特征并不能简单地用构造肢解来解释。由此可见，蛇绿岩多样性的原因和机制尚未得到很好地约束。随之而来的问题是，究竟什么是蛇绿岩？在野外如何识别蛇绿岩？这些也是长期令人困扰的基础问题。 

　　针对蛇绿岩多样性的成因问题，中科院地质与地球物理所岩石圈演化国家重点实验室刘通博士后与吴福元院士、刘传周研究员以及意大利帕维亚大学Riccardo Tribuzio教授合作，对藏南日喀则蛇绿岩开展了详细的岩石学和地球化学研究，结果显示： 

　　（1）日喀则蛇绿岩具有独特的地质特征，明显区别于“Penrose型”蛇绿岩（如阿曼蛇绿岩）。日喀则蛇绿岩以地幔橄榄岩为主（4-10 km厚），地壳岩石规模较小（厚度普遍小于1公里）（图1），而阿曼蛇绿岩的地壳单元厚达5 km；日喀则蛇绿岩中的堆晶岩仅在吉定、白岗和大竹区三个地区发育，其他地区辉长岩主要以岩脉的形式就位于地幔橄榄岩中（图1），而在阿曼蛇绿岩中，堆晶岩为连续分布；野外可见日喀则蛇绿岩中大量辉绿岩岩墙或岩床侵入堆晶岩和地幔橄榄岩，而在阿曼蛇绿岩中，辉绿岩仅产出于堆晶岩以上层位。 

图1 日喀则蛇绿岩地质简图

　　（2）日喀则蛇绿岩中不同地区的堆晶岩具有不同的岩石和地球化学特征。相比于吉定辉长岩，白岗和大竹区辉长岩中的橄榄石具更高的Fo含量，单斜辉石具更高Mg#值、更低Ti和REE含量。这些特征表明白岗和大竹区辉长岩来源于更加原始的熔体。根据单斜辉石微量元素计算获得的平衡熔体成分以及根据全岩主量元素计算获得的平均估算成分（Bulk composition estimates），也显示了类似的差别。例如，白岗和大竹区单斜辉石平衡熔体的稀土含量低于N-MORB，而吉定单斜辉石平衡熔体的稀土含量与N-MORB大致相当（图2）。此外，白岗和大竹区辉长岩的平均估算成分含0.1%-0.3%的TiO2和14.9%-13.5%的CaO，其Mg#为88-83，而吉定地区相应值分别为0.4%、12.8%和76。 

图2 日喀则蛇绿岩辉长质岩石的单斜辉石平衡熔体稀土元素组成（14JD27-吉定，15BG12-白岗，14DZQ36-大竹区）　　  

　　以上研究成果表明日喀则蛇绿岩中辉长岩的分布极不连续，并且不同辉长岩体具有不同的演化性质。这些特征与现今大洋慢速-超慢速扩张脊的辉长岩十分相似。地球物理资料已经证实：慢速-超慢速扩张脊（如西南印度洋中脊）下部洋壳（辉长岩）往往不连续分布、厚度变化极大。因此，文章认为日喀则蛇绿岩具有与慢速-超慢速扩张脊类似的岩石圈结构。作为对比，阿曼蛇绿岩中的辉长岩连续分布于地幔橄榄岩和席状岩墙之间，与快速扩张的东太平洋隆类似，被认为形成于快速扩张的构造环境。因此，日喀则蛇绿岩和以阿曼为代表的“Penrose型”蛇绿岩在结构上的差别（即蛇绿岩的多样性），很可能主要受控于古洋脊的扩张速率。抛开构造肢解的影响，蛇绿岩本身在结构上就是“多种多样”的。 

　　洋脊扩张速率对大洋岩石圈结构的绝对控制在现今海洋地质中早已提出。快速扩张脊岩浆供应充足，可以发育稳定的岩浆房和对称的岩石圈结构，并且洋壳的厚度较为均一（Penrose model，图3a）。相反，慢速-超慢速扩张脊岩浆供应不足，往往发育大洋核杂岩、拆离断层和不对称的岩石圈结构，洋壳分布高度不均一（Chapman model，图3b）。将今论古，蛇绿岩和现今大洋岩石圈的对比研究不仅为解决蛇绿岩中的一些难题提供全新思路，也已经成为蛇绿岩和大洋岩石圈成因研究中的重要方向。 

图3 现今大洋洋壳增生的Penrose model（快速扩张）和Chapman model（慢速-超慢速扩张）　　  

　　研究成果发表于Contributions to Mineralogy and Petrology。（Liu T, Wu F Y, Liu C Z, et al. Variably evolved gabbroic intrusions within the Xigaze ophiolite (Tibet): new insights into the origin of ophiolite diversity[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 2018, 173(11): 91.）（DOI：10.1007/s00410-018-1518-6）