蛇綠巖被認為是古大洋巖石圈殘片，其地幔序列主要由下部二輝橄欖巖和上部方輝橄欖巖組成，為地幔部分熔融的產(chǎn)物。這些地幔橄欖巖的全巖和礦物化學(xué)組成被廣泛用來(lái)示蹤地幔部分熔融過(guò)程，如橄欖石的Fo值、尖晶石Cr#以及輝石Al2O3含量等。然而事實(shí)并非完全如此，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的蘇本勛研究員與合作者，對特提斯帶多個(gè)蛇綠巖的地幔橄欖巖進(jìn)行了大量野外和鏡下觀(guān)察以及地球化學(xué)分析，并與全球其他地區蛇綠巖進(jìn)行了總結對比，研究發(fā)現：
（1）尖晶石產(chǎn)出狀態(tài)多樣且成分復雜。尖晶石多呈他形，可與單斜輝石、斜方輝石交織共生，亦可以包裹體形式出現在斜方輝石中；尖晶石也普遍含有各類(lèi)型礦物包裹體，與鉻鐵礦石中鉻鐵礦的包裹體發(fā)育程度類(lèi)似（圖1）；同一蛇綠巖及同一橄欖巖樣品中尖晶石成分變化范圍非常寬泛，亦可發(fā)育成分環(huán)帶。
圖1 蛇綠巖中鉻鐵礦石（a和b）和橄欖巖（c-i）中的尖晶石形態(tài)特征
（2）單斜輝石產(chǎn)出形態(tài)復雜，除與尖晶石共生外，或呈團斑狀或棒狀產(chǎn)出在斜方輝石顆粒內部及反應邊，或作為尖晶石中的礦物包裹體，亦可包裹尖晶石、斜方輝石和橄欖石等（圖1）；化學(xué)成分上，其Cr2O3和Al2O3呈正相關(guān)關(guān)系，與典型部分熔融成因的地幔橄欖巖以及理論上的變化趨勢截然相反（圖2）。
圖2 蛇綠巖地幔橄欖巖中單斜輝石和斜方輝石的Cr2O3-Al2O3相關(guān)圖解
（3）蛇綠巖中地幔橄欖巖的斜方輝石以顆粒粗大（可達2cm）為特征，然而多數斜方輝石含有尖晶石、單斜輝石、橄欖石、角閃石包裹體，并發(fā)育反應邊（圖1）；有些看似顆粒粗大的斜方輝石實(shí)則為細粒橄欖石、斜方輝石、單斜輝石、尖晶石和角閃石的礦物結合體，甚至實(shí)則為橄欖石晶體（圖3）；與單斜輝石組成相似，其Cr2O3和Al2O3含量呈非常好的正相關(guān)關(guān)系（圖2）。
圖3 蛇綠巖地幔橄欖巖中粗粒斜方輝石顆粒的產(chǎn)出形態(tài)（a-d）以及看似斜方輝石實(shí)則為細粒礦物集合體（e和f）和橄欖石
（4）作為地幔橄欖巖含量最多的礦物，橄欖石的成分變化主要體現在微量元素和同位素組成上，尤其是其變化范圍較大的Li同位素組成、與理論上和已報道數據“反轉”的Fe和Cr同位素組成（顯著(zhù)重于共生的尖晶石同位素組成）以及較高的水含量（圖4）。
圖4 蛇綠巖地幔橄欖巖和鉻鐵礦石中礦物的Fe和Cr同位素及水含量組成
（5）角閃石被認為是地幔交代作用的產(chǎn)物，在橄欖巖中有非常大的成分變化，并與鉻鐵礦石中的角閃石組成類(lèi)似；同時(shí)，獨立產(chǎn)出的角閃石和尖晶石中的角閃石包裹體亦具有可比性；地幔巖石與殼幔過(guò)渡帶巖石的角閃石顯示成分上的連續變化。
（6）野外、手標本觀(guān)察以及鉆孔信息均揭示蛇綠巖地幔序列并非理想的上部方輝橄欖巖下部二輝橄欖巖，而是二者與純橄巖互層產(chǎn)出，甚至可發(fā)育韻律層；巖性之間的宏觀(guān)和微觀(guān)尺度的成分變化類(lèi)似。
上述特征表明蛇綠巖中地幔橄欖巖的所有礦物均經(jīng)歷了形態(tài)和成分改造，已很少保留大洋巖石圈地幔部分熔融的信息。改造地幔橄欖巖的相關(guān)過(guò)程可能與俯沖階段板片脫水或熔融、鉻鐵礦床形成引起熔流體滲透、仰沖過(guò)程中變質(zhì)底板脫水或熔融等有關(guān)（圖5）。
圖5 蛇綠巖地幔橄欖巖經(jīng)歷的三種可能的改造過(guò)程
研究成果發(fā)表于Earth-Science Reviews (蘇本勛，潘旗旗，肖燕，景揭俊，Paul T. Robinson，Ibrahim Uysal，劉霞，劉建國. Mantle peridotites of ophiolites rarely preserve reliable records of paleo-oceanic lithospheric mantle[J]. Earth-Science Reviews, 2023, 244: 104544. DOI: 10.1016/j.earscirev.2023.104544) 。研究得到了第二次青藏科考、國家自然科學(xué)基金委、巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗室和中國科學(xué)院青促會(huì )的共同資助。
