元古代蛇綠巖及鉻鐵礦*

鮑佩聲

自然資源部深地動力學重點實驗室，中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所，北京 100037

蛇綠巖作為古大洋巖石圈或古洋殼殘余，是恢復(fù)古大洋、識別古板塊縫合帶的最直接證據(jù)(Coleman, 1977; 肖序常和王方國, 1984; 張旗和肖序常, 1995; Dilek and Furnes, 2011)。通過對這類巖石的巖石學、礦物學、地球化學和年代學等的研究，對反演古板塊俯沖消減、殼幔相互作用、古縫合的識別及古板塊重建等均具有重要的科學意義(張旗和肖序常, 1995; Dilek and Furnes, 2011)。更為重要的是蛇綠巖與鉻鐵礦等國家急需的礦產(chǎn)的形成密切相關(guān)，通過對蛇綠巖的研究，可以指導(dǎo)尋找有關(guān)礦產(chǎn)，對解決國家能源需求十分必要(Dickey, 1975)。近年來，隨著對地球的早期形成演化、哥倫比亞以及羅迪尼亞等超大陸的裂解與聚合等研究，進一步拓展了蛇綠巖的研究領(lǐng)域(Zhaoetal., 2002, 2004)。前寒武紀蛇綠巖的研究，對探討行星地球的早期形成、演化，板塊構(gòu)造的起源，洋-陸分布特征，前寒武紀超大陸的裂解與聚合，古地溫梯度以及“雪球化地球”模式等重大地質(zhì)問題具有重要的意義(Zhaoetal., 2002, 2004; Rogers and Santosh, 2003; Lietal., 2008)。

前人已經(jīng)對顯生宙蛇綠巖進行了長期深入的研究，有許多論述和專著問世，對古特提斯洋和古亞洲洋的形成和演化、青藏高原的形成過程和機制等關(guān)鍵科學問題提供了重要約束(Yin and Harrison, 2000; Lietal., 2013)。但是，對前寒武紀蛇綠巖(例如元古代蛇綠巖)的研究相對較少。本文主要總結(jié)了國外典型元古代蛇綠巖和伴生的鉻鐵礦的分布、野外產(chǎn)出及巖石學特征，包括兩部分：一是早元古代蛇綠巖及鉻鐵礦，以芬蘭的Outokumpu-Jormua蛇綠巖(ca.1.97～1.96Ga)和加拿大Purtuniq蛇綠巖(～1998Ma)為代表；二是中-新元古代蛇綠巖及鉻鐵礦，以埃及東部沙漠區(qū)蛇綠巖(～750Ma)和北非東部蛇綠巖(ca.900～800Ma)為代表。本文預(yù)闡明：(1)世界有哪些元古代蛇綠巖，其特點如何，與顯生宙蛇綠巖有哪些異同點；(2)元古代蛇綠巖中有無鉻鐵礦，它們屬巖漿成因、抑或是地幔熔融殘余成因。

1 早元古代蛇綠巖及鉻鐵礦

1.1 芬蘭早元古代蛇綠巖和鉻鐵礦

芬蘭早元古代蛇綠巖地處Fennoscandian地盾東北緣的Svecokarelian的褶皺帶邊緣，構(gòu)成一條不連續(xù)的、長達200km的蛇綠巖帶，包含1.97Ga的Outokumpu蛇綠巖和1.96Ga的Jormua蛇綠巖。在Svecokarelian構(gòu)造運動時，這些蛇綠巖侵位于元古代Kalevian濁積片巖帶中(Koistinen, 1981)，隨后經(jīng)歷了區(qū)域范圍的褶皺、逆沖和剪切(Koistinen, 1981; Ward and Kohonen, 1989)。濁積巖代表裂谷海相沉積(Ward, 1987)，其中含有1.92Ga的碎屑鋯石(Claessonetal., 1993)。該帶的兩個蛇綠巖均被1.97～1.95Ga的輝長巖及鎂鐵質(zhì)巖墻(含太古代鋯石捕虜晶)所穿切(Peltonenetal., 1998, 2003; S?nttietal., 2006)。Outokumpu蛇綠巖的豆莢狀鉻鐵礦區(qū)(Vasarakangas)附近的Horamanaho變輝長巖鋯石年齡為1.97Ga(Huhma, 1986; Vuolloetal., 1995)。Jormua蛇綠巖的變玄武巖中鋯石的U-Pb年齡為1960±12Ma和1953±2Ma(Kontinen, 1987)；切割地幔橄欖巖的輝長巖巖墻的鋯石年齡為1953±2Ma(Peltonenetal., 1996)。

1.1.1 Outokumpu蛇綠巖

1.1.1.1 野外產(chǎn)狀

Outokumpu蛇綠巖位于該帶南端的Karelian片巖帶中，蛇綠巖巖片分布范圍較大，變質(zhì)較深，由眾多的透鏡狀蛇紋巖碎塊構(gòu)成，覆蓋面積約5000km2。這些超鎂鐵巖透鏡體(長幾千米，厚幾百米)由蛇紋巖±滑石碳酸鹽組成(圖1)。該蛇綠巖組合齊全，由地幔橄欖巖(純橄巖、方輝橄欖巖和二輝橄欖巖)、不完整的殼層組合(純橄巖、異剝橄欖巖、輝石巖、輝長巖)、巖墻和鎂鐵質(zhì)火山巖組成，部分鎂鐵質(zhì)巖石變質(zhì)已達角閃巖相(Kontinen, 1987; Liipoetal., 1995; S?nttietal., 2006)。

圖1 芬蘭Outokumpu-Jormua蛇綠巖帶地質(zhì)簡圖(據(jù)Vuollo et al., 1995)Fig.1 Geological sketch map of the Outokumpu-Jormua ophiolite in Finland (after Vuollo et al., 1995)

1.1.1.2 巖石地球化學特征

地幔巖全蛇紋石化(±皂石化)，蛇紋巖中仍可見網(wǎng)環(huán)結(jié)構(gòu)和絹石，但粗大的橄欖石缺失波狀消光、粗粒的斜方輝石缺失單輝的出溶條紋等塑性變形。這些特征表明地幔橄欖巖經(jīng)歷了高溫重結(jié)晶，具斑狀變晶結(jié)構(gòu)，且礦物均以高MgO為特征：Ol(橄欖石)殘晶(Fo=92～94)、Opx(斜方輝石)殘晶(En=93～94，F(xiàn)s=6～7)，Cpx(單斜輝石)殘晶(En=70～74，Wo=22～24，F(xiàn)s=3～4)，粒間鉻尖晶石顯示葉理(Cr#=0.75～0.98，Mg#=0.1～0.4)(S?nttietal., 2006)。除上述高鉻的重結(jié)晶鉻尖晶石之外，尚見有變形蟲狀的、Cr#為0.41～0.67的殘余鉻尖晶石，與虧損地幔橄欖巖中的鉻尖晶石相符合。此外，地幔橄欖巖虧損不相容元素、具U型REE(稀土元素)配分型式(Vuollo and Piirainen, 1989)。

Outokumpu蛇綠巖上覆的堆晶巖層序不完整，厚約1～3km，由純橄巖、異剝橄欖巖、輝石巖、輝長巖及鎂鐵質(zhì)火山巖組成。純橄巖已全蛇紋石化，但是其中橄欖石殘晶(Fo=84～92)及鉻尖晶石(Cr#=0.65，Mg#=0.65～0.4)以低Mg、低Cr而區(qū)別于地幔橄欖巖中者。部分異剝橄欖巖可見嵌晶結(jié)構(gòu)。巖墻已變質(zhì)，致使席狀巖墻特征難于識別，但其高Mg、Cr、Ni和低TiO2、Zr的特點似應(yīng)來自玻安質(zhì)巖漿(Vuollo, 1994)。

雖然對Outokumpu蛇綠巖的成因有不同的解釋，但主體認為其為肢解的大洋巖石圈殘片。其中的巖墻和火山巖的化學成分近似于島弧環(huán)境的洋殼，地幔橄欖巖中賦存的高Cr鉻鐵礦可與近代產(chǎn)于俯沖帶的地幔橄欖巖(方輝橄欖巖+少量純橄巖)相對應(yīng)，加之巖墻和火山巖的玻安質(zhì)屬性，可厘定其為俯沖帶型蛇綠巖(Kontinen, 1987; Vuollo, 1994; Liipoetal., 1995; Vuolloetal., 1995)。

1.1.1.3 成礦特征

在Outokumpu蛇綠巖包含鉻鐵礦以及含鉻的礦物(鉻透輝石、鉻透閃石、鉻金云母等)(Von Knorringetal., 1986)。鉻鐵礦床可以分為兩類。一類是產(chǎn)于堆晶巖(輝長巖)底部近巖石莫霍面的堆晶鉻鐵礦，屬高鋁型鉻鐵礦，其174個全巖樣品的地球化學特征(Cr2O3=44.04%，Al2O3=18.93%，TiO2=0.13%)完全可與典型堆晶鉻鐵礦(Cr2O3=45.08%，Al2O3=19.97%，TiO2=0.05%，Cr#=0.42～0.64，Mg#=0.21～0.42)相對比，指示其為巖漿分異作用的產(chǎn)物(Vuolloetal., 1995)。另一類是產(chǎn)于地幔巖中的豆莢狀鉻鐵礦，屬高鉻型鉻鐵礦。該鉻鐵礦是近年來Vuolloetal. (1995)在奧托昆普城(Outokumpu)東北約20km的滑石采石場發(fā)現(xiàn)的，故其具體產(chǎn)出部位不詳。Vuolloetal. (1995)稱之為Vasarakangas鉻鐵礦，野外與變蛇紋巖和滑石碳酸鹽巖伴生，具結(jié)核狀和塊狀結(jié)構(gòu)特征。該鉻鐵礦的成分變化較寬(Cr2O3=52.2%～63.4%，Al2O3=2.10%～10.3%，TiO2<0.03%，Cr#=0.59～0.60，Mg#=0.56～0.65)(Liipoetal., 1995; Vuolloetal., 1995)，可與近代俯沖帶方輝橄欖巖中高Cr的鉻鐵礦相比(Roberts, 1988)。結(jié)合地幔巖中純橄巖的出現(xiàn)，這些高鉻型鉻鐵礦指示Outokumpu蛇綠巖源區(qū)的高度局熔。兩種類型鉻鐵礦的鉻尖晶石均與豆莢狀鉻鐵礦成分相近，而區(qū)別于層狀鉻鐵礦(Vuollo and Piirainen, 1989)。鉻鐵礦中未見原生的硅酸鹽，僅在塊狀礦石裂隙中見填間的綠泥石(含Cr2O3達6.4%)、碳酸鹽、輝砷鎳礦和紅砷鎳礦。值得注意的是，該鉻鐵礦以富集IPGE(Os-Ir-Ru；銥族元素)、虧損PPGE(Rh-Pt-Pd；鈀族元素)為特征，與顯生宙蛇綠巖中的鉻鐵礦極為相似(Vuolloetal., 1995)，從而也提供了元古代存在板塊構(gòu)造的重要證據(jù)。

Outokumpu蛇綠巖中也賦存Cu-Co-Zn-Au(銅-鈷-鋅-金)礦，礦脈垂直狀切穿堆晶巖層理，故為交代作用的產(chǎn)物?？梢娸x砷鎳礦和紅砷鎳礦作為半自形和他形顆粒產(chǎn)于高鐵鉻鐵礦中，或作為自形顆粒產(chǎn)于次生硅酸鹽中。大量Cu-Co-Zn-Au礦石的出現(xiàn)而誘發(fā)的交代作用，致使巖帶及鉻鐵礦中常含有較高的鋅(Zn=0.11%～0.18%)，鉻鐵礦中ZnO的含量隨蝕變而增加，在皂石中可高達4.8%，故區(qū)別于中生代鉻鐵礦(Liipoetal., 1995; Vuolloetal., 1995)。

1.1.2 Jormua蛇綠巖

1.1.2.1 野外產(chǎn)狀

Jormua蛇綠巖保存相對完好，位于芬蘭最北部的Karnuu片巖帶中央、早元古代Svecokarelides地盾的東緣，逆沖于Karelian克拉通邊緣之上(圖1、圖2)。在早元古代Svecokarelian造山期，蛇綠巖被肢解成3個(東部，中部和西部)巖塊，并發(fā)生低角閃巖相變質(zhì)。蛇綠巖面積較大，被斷裂所包圍，面積約5×20km2，由蛇紋石化地幔橄欖巖、E-MORB(富集型洋中脊)席狀巖墻和枕狀玄武巖組成，其形成與Karelian克拉通的裂解(1.97～1.95Ga)有關(guān)(Kontinen, 1987; Peltonenetal., 1998)。

圖2 重建的芬蘭Jormua蛇綠巖柱狀圖(據(jù)Peltonen et al., 1996)Fig.2 Reconstructed column-section of the Jormua ophiolite in Finland (after Peltonen et al., 1996)

蛇綠巖基底為蛇紋巖，鏡下多見網(wǎng)環(huán)結(jié)構(gòu)，由葉蛇紋石、鎳硫化物和滑石碳酸鹽組成。蛇綠巖層序的殼層較薄(100～400m)，缺失層狀鎂鐵-超鎂鐵堆晶巖，而代之以輝長巖巖株。地殼下巖漿房的缺失可能與慢速擴張脊區(qū)域相對較厚的軸部巖石圈有關(guān)(Peltonen and Kontinen, 2004)。輝長巖巖株之上為鎂鐵質(zhì)巖墻及和玄武質(zhì)枕狀熔巖。鎂鐵質(zhì)巖墻為半平行的變質(zhì)輝綠巖，發(fā)育冷凝邊。輝長巖沿著半垂直的管道作為巖墻和小巖株侵入于蛇紋巖中，或作為巖墻中的間隔物，并且在輝長巖中可見淺色英云閃長巖和奧長花崗巖脈體(Kontinen, 1987)。Jormua蛇綠巖中巖墻很發(fā)育，厚度達1km以上，單個巖墻20～120cm寬，最大寬度為6m，具冷凝邊，巖墻之間有輝長巖的間隔物，構(gòu)成巖墻群。值得注意的是，巖墻具有時代和成分的差異，如厚的變質(zhì)輝綠巖巖墻被薄的粒玄巖質(zhì)巖墻所侵入，也有的巖墻被包裹于橄欖巖中——稱為‘deep dyke’，它們既可作為單個巖墻，也可呈復(fù)合巖墻(dyke in dyke)。西部的地幔橄欖巖(蛇紋巖)巖塊被由單斜輝石+角閃石+石榴石組成的巖墻所侵入，該巖墻可能代表古老巖石圈地幔的碎片。此外，根據(jù)巖墻的穿插關(guān)系、成分及風化表面具有紅色赤鐵礦斑點等特點尚可辨認出4種巖墻，它們的侵位早于巖墻群單元(‘main basalt suite’ dyke)，被稱為‘early dyke’(Peltonenetal., 1996)。最頂部噴出巖由枕狀熔巖、枕狀角礫巖和玻質(zhì)碎屑巖組成，其中玻質(zhì)碎屑巖示淺水環(huán)境。部分地區(qū)可見噴出巖直接覆蓋于地幔橄欖巖之上(Peltonenetal., 1996)。

1.1.2.2 巖石地球化學特征

蛇紋巖富Cr(>2000×10-6)和Ni(>1000×10-6)，與顯生宙虧損地幔橄欖巖類似(橄欖石的Fo=82～87，透輝石為En=50、Wo=50)。蛇紋巖較低的MgO/SiO2比值(<1.15)和Al2O3含量(1.33%～2.51%)，提示了它們應(yīng)相當于方輝橄欖巖，其REE有2種配分型式：大多為平坦型，近似于E-MORB；少量為U型，指示其有玄武質(zhì)流體的影響(Peltonen and Kontinen, 2004)。

輝長巖巖株包括鎂質(zhì)輝長巖和鐵質(zhì)輝長巖，后者(Fe2O3>17%，TiO2>5%)以含鈦鐵礦為特征，均顯示拉斑系列分異趨勢，兩者為過渡關(guān)系。鑒于輝長巖的Ti、Zr、Cr、Ni均低于熔巖和巖墻，其母巖漿的演化程度應(yīng)當較高，與熔巖和巖墻成因不同。奧長花崗巖脈體高Na2O、低 K2O、高REE豐度、高Zr-Y含量(Zr>600×10-6，Y>100×10-6)以及Eu負異常，類似于洋中脊花崗巖和高Ti蛇綠巖中的花崗巖。淺色英云閃長巖的鋯石U-Pb年齡為1954±12Ma，Nd同位素模式年齡為1950Ma，接近于熔巖和巖墻的平均年齡(1950Ma; Peltonen and Kontinen, 2004)，指示其有成因聯(lián)系。

Jormua蛇綠巖中的變玄武巖和變質(zhì)輝綠巖巖墻為亞堿性，低K2O和TiO2，具深海拉斑玄武巖屬性，SiO2=44.3%～53.46%，MgO=5.30%～10.79%，TiO2=0.82%～1.35%，Mg#=61.1～70.7。REE 配分型式不同于典型MORB(洋中脊玄武巖)，而屬于LREE(輕稀土元素)略富集的過渡型E-MORB(Saunders, 1984)。微量元素特征顯示基性巖均為洋底玄武巖，較高的Cr(600×10-6)、Ni(300×10-6)含量可能代表了未被改造的地幔熔體(Kontinen, 1987)。

1.1.2.3 成礦特征

鉻鐵礦僅見于東部巖塊滑石碳酸鹽化的地幔橄欖巖(Pitk?nper?區(qū))中，僅有2個礦體長度在1m以上，最大者為0.8×5m2。鉻尖晶石的Cr#=～0.55、Mg#=～0.76、TiO2=～0.24%，鉻尖晶石常有鐵鉻鐵礦和鉻磁鐵礦的蝕變邊。Jormua蛇綠巖的鉻鐵礦以較高的TiO2含量區(qū)別于Outokumpu蛇綠巖中的低TiO2鉻鐵礦(<0.03%)(Peltonenetal., 1998; Tsuruetal., 2000; S?nttietal., 2006)。值得注意的是，鉻鐵礦中可見鈉角閃石包體，其初始γOs值(+8±0.5和+3.0±0.1；t=～1.95Ga)，符合MORB型大洋地幔的特征(Tsuruetal., 2000)。

1.1.3 小結(jié)

綜上可知，Jormua雜巖大量的蛇紋巖應(yīng)形成于裂谷區(qū)的拉張裂隙或減薄的大陸殼。當太古代克拉通在～1.95Ga開始大陸裂解時，首先形成了OIB型的‘early dykes’，它們在最上部巖石圈拉伸的初始階段侵位，并伴隨有限的、短暫的擴張，隨即在匯聚的邊緣形成了E-MORB型玄武質(zhì)洋殼，反映了存在兩個不同的地幔源區(qū)(Peltonenetal., 1996; Peltonen and Kontinen, 2004)。

圖3 加拿大魁北克Cape Smith帶Purtuniq蛇綠巖東部地質(zhì)簡圖(據(jù)Scott et al., 1992簡化)Fig.3 Geological sketch map of the eastern portion of the Purtuniq ophiolite, Cape Smith Belt, northern Quebec, Canada (simplified after Scott et al., 1992)

根據(jù)Outokumpu-Jormua 蛇綠巖的巖石組合、殘余礦物學特征、兩種成因chromite的出現(xiàn)，不難看出：早元古代的Outokumpu-Jormua 蛇綠巖完全可與中生代蛇綠巖相對比，區(qū)別是該帶鉻鐵礦受蝕變作用影響，當MgO下降時引起Zn的增加，從而區(qū)別于中生代蛇綠巖(Augé, 1987; Jan and Windley, 1990; Yang and Seccombe, 1993)。Outokumpu和Jormua蛇綠巖帶，可看作是Fennoscandian地盾東北Svekokarilian褶皺帶邊緣的一條縫合帶，增生到了克拉通邊緣(Koistinen, 1981; Park, 1984)。兩個蛇綠巖形成于不同的構(gòu)造環(huán)境，Outokumpu蛇綠巖和鉻鐵礦形成于俯沖帶環(huán)境，而Jormua蛇綠巖則形成于過渡的洋中脊環(huán)境。因此，Outokumpu-Jormua 蛇綠巖為元古代板塊構(gòu)造提供了依據(jù)。

1.2 加拿大早元古代蛇綠巖

1.2.1 野外產(chǎn)狀

加拿大早元古代蛇綠巖系指Purtuniq蛇綠巖，位于加拿大地盾魁北克構(gòu)造省北緣的Cape Smith Belt(CSB)帶中，1860～1930Ma弧-陸碰撞事件致使其逆沖于Superior構(gòu)造省的太古代英云閃長片麻巖之上(Hoffman, 1985; St-Onge and Lucas, 1990; Machadoetal., 1993)(圖3)。Purtuniq蛇綠巖經(jīng)歷了3期構(gòu)造變形，部分巖石可達高綠片巖相-低角閃巖相(Bégin, 1989)。蛇綠巖主要由底部的層狀鎂鐵-超鎂鐵巖和鎂鐵質(zhì)席狀巖墻雜巖、上部的枕狀和塊狀鎂鐵質(zhì)火山巖以及稀少的斜長花崗巖巖床和巖墻組成，未見虧損的地幔巖(圖4)。席狀巖墻出露范圍為700×400m2，單個巖墻寬從20cm至60cm，具冷凝邊。從席狀巖墻雜巖至連續(xù)的枕狀熔巖經(jīng)過～300m寬的過渡帶(Scottetal., 1991)。斜長花崗巖罕見，僅在火山巖中呈巖床(寬<5m)產(chǎn)出。Purtuniq蛇綠巖的綜合剖面厚度大于9km(St-Ongeetal., 1989; Scottetal., 1992)，蛇綠巖被肢解、逆沖和褶皺，其原始厚度可能更大(ca.10～12km)，明顯大于顯生宙洋殼的厚度。

圖4 據(jù)Purtuniq蛇綠巖橫剖面重建的Watts組和Spartan組的綜合洋殼剖面(據(jù)Scott et al.,1991文中A-A’和C-C’剖面重建)Fig.4 Resconstructed composite ophiolite section of Watts Formation and Spartan Formation of the Purtuniq ophiolite (the segments 1-4 are indicated on sections A-A’ and C-C’ after Scott et al., 1991)

1.2.2 巖石地球化學特征

Purtuniq蛇綠巖中的火山巖及巖墻均為拉斑玄武系列，未見中酸性火山巖，堆晶巖中未見Opx(斜方輝石)出現(xiàn)，且斜長花崗巖少見，故與島弧環(huán)境蛇綠巖的特征相駁(Pearceetal., 1984; Saundersetal., 1980)。依據(jù)地球化學資料，可以將Purtuniq蛇綠巖劃分為兩套不同的拉斑玄武質(zhì)洋殼(Scottetal., 1991, 1999)。較老的一套由熔巖(枕狀熔巖、塊狀火山巖)、鎂鐵質(zhì)席狀巖墻和以層狀輝長巖為主的堆晶巖組成，為拉斑玄武質(zhì)，具扁平的REE配分型式，近似于MORB；席狀巖墻εNd(2.0Ga)=+4.0～+5.3，代表洋中脊環(huán)境下形成的巖石組合(MORB型)；在成分和巖相學上近似于近代大洋擴張脊形成的洋殼(Scottetal., 1992)，Sm-Nd同位素也支持了其大洋成因(Hegner and Bevier, 1989)，其中2個層狀輝長巖的定年結(jié)果為1998Ma和2000～1995Ma(Parrish, 1989)。較年輕的一套由鎂鐵質(zhì)席狀巖墻和層狀鎂鐵-超鎂鐵堆晶巖組成，為拉斑玄武質(zhì)巖石，其中的巖墻富集LREE和大離子親石元素(LILE)，具有較低的εNd(2.0Ga)=+2.3～+3.9，近似于與熱點有關(guān)的OIB雜巖(如夏威夷洋島玄武巖)，厚度>4km，指示地幔柱成因(Scottetal., 1992, 1999)。較年輕一套的年齡未準確測定，可能與區(qū)域上較年輕的鋯石生長事件(1977Ma)有關(guān)(Scottetal., 1999)，疊覆于前者之上。兩套巖漿組合與Newfoundland(紐芬蘭)蛇綠巖很相似(Pearceetal., 1981; Dunning, 1987)。

1.2.3 成礦特征

盡管Purtuniq蛇綠巖的殼層厚度較大，但未見鉻尖晶石的富集，加之缺失地幔巖，故Purtuniq蛇綠巖中不含鉻鐵礦。鎂鐵質(zhì)巖石中未見原生礦物保留，在超鎂鐵堆晶巖中可見殘留礦物Cpx，偶見Ol和Cr-spinel(鉻尖晶石)。橄欖石殘晶(Fo=81～92)，未顯成分的系統(tǒng)變化，細粒的橄欖石變斑晶(Fo=96～99)(Bégin, 1989)。殘余鉻尖晶石(細粒=1～2mm)，粗粒(5mm)的鉻尖晶石被視為鉻鐵礦，其核心富鉻(Cr#=0.70～0.90)(Scottetal., 1992)。

1.2.4 小結(jié)

Purtuniq蛇綠巖中層狀鎂鐵-超鎂鐵巖厚度較大，粒級層和堆晶結(jié)構(gòu)示其為巖漿堆晶成因，超鎂鐵巖單元的韻律性變化以及殘余鎂鐵礦物的隱晶成分變化，反映了有新巖漿不斷注入的開放巖漿房特征(Scottetal., 1991)。Purtuniq蛇綠巖的洋殼厚度大于顯生宙洋殼，可能提示了早元古代存在一個熱地幔(Sleep and Windley, 1982; Bickle, 1986; Scottetal., 1991)，更富集的地幔可提供高度局熔，致使古蛇綠巖洋殼具較大厚度。Purtuniq蛇綠巖經(jīng)歷了3期變形變質(zhì)作用，高MgO橄欖石標志了高溫重結(jié)晶。殘余鉻尖晶石的高Cr#(0.7～0.9)值，可能提示了元古代地幔具較高的fO2值。

圖5 埃及東沙漠區(qū)中部(CED)和東沙漠區(qū)南部(SED)新元古代蛇綠巖分布圖(據(jù)Ahmed, 2007; Farahat et al., 2011修編)Fig.5 Distribution of Neo-Proterozoic ophiolites in the Central Eastern Desert (CED) and Southern Eastern Desert (SED) of Egypt (modified after Ahmed, 2007; Farahat et al., 2011)

2 中-新元古代蛇綠巖及鉻鐵礦

2.1 概述

圖6 埃及東沙漠區(qū)中部(CED)Wadi Wizer蛇綠巖地質(zhì)圖 (a, 據(jù)Khudeir and Asran, 1992; Akaad and Abu El-Ela, 2002修編)及綜合柱狀圖 (b, 據(jù)Farahat et al., 2011)Fig.6 Geological map of the Wadi Wizer ophiolite sequence (a, modified after Khudeir and Asran, 1992; Akaad and Abu El-Ela, 2002) and synthetic pseudo-stratigraphies of the Wizer ophiolite (b, after Farahat et al., 2011)

中-新元古代蛇綠巖及鉻鐵礦的形成與阿拉伯-努比亞地盾(Arabian-Nubian Shield，簡稱ANS)的演化密切相關(guān)。ANS新元古洋殼的形成經(jīng)歷了四個主要的構(gòu)造巖漿幕(約在900～500Ma之間; Stern, 1994)：在中元古的早期-中期羅迪尼亞超大陸裂解，隨后的洋底擴張形成莫桑比克(Mozambique)洋，繼之形成邊緣弧和弧后盆地，當莫桑比克洋閉合時(Furnesetal., 1996; J?ns and Schenk, 2008)，致使邊緣弧和弧后盆地增生到大陸邊緣(ca.870～690Ma)。東、西岡瓦納碰撞在～610Ma，以東-西向地殼的縮短而告終，導(dǎo)致了泛非造山帶的形成(Kr?neretal., 1987)；至中寒武紀(～520Ma)廣泛的準平原化發(fā)育之前ANS已成為穩(wěn)定的克拉通。豐富的蛇綠巖以及蛇綠混雜巖為ANS的特色(Azer and Stern, 2007)，故被稱為‘Ophiolite Graveyard’(蛇綠巖墓地)(Sternetal., 2004)。豐富的蛇綠巖沿多條縫合帶分布，是板塊作用的有力證據(jù)(Pallisteretal., 1988; Berhe, 1990)。本文將討論埃及東部沙漠區(qū)的蛇綠巖及鉻鐵礦和東北非的蛇綠巖及鉻鐵礦。

2.2 埃及東部沙漠區(qū)新元古代蛇綠巖及鉻鐵礦

埃及東部沙漠區(qū)按基底巖石可劃分為Central Eastern Desert(CED)和Southern Eastern Desert(SED)兩部分(Farahatetal., 2010)(圖5)。不同地段蛇綠巖在～130Myr的時間間隔內(nèi)形成(Obeidetal., 2016)。ANS西側(cè)東部沙漠區(qū)的基底雜巖由三部分組成：(1)前泛非期(Pre-pan-Africa)的高級變質(zhì)巖-片麻巖；(2)泛非期巖石——由蛇綠巖和島弧組合構(gòu)成；(3)顯生宙堿性巖。泛非期(約為600～500Ma)巖石覆蓋了東部沙漠的大部分和西部沙漠的小部分(Ahmed, 2007)。

Garson and Shalaby (1976)首次識別出Eastern Desert廣布的鎂鐵-超鎂鐵巖的蛇綠巖屬性，并提出板塊構(gòu)造模式——設(shè)想在老的“非洲克拉通”上有“弧的增生和邊緣盆地的閉合”；隨后，Riesetal. (1983)和(Kr?neretal., 1987)進一步確定了蛇綠巖的存在。CED分布有8個蛇綠巖區(qū)(WW、FA、LW、ZK、UH、BZ、BR和RB區(qū)；圖5)，由大量被肢解的蛇綠巖與島弧變火山沉積巖、變輝長-閃長巖和鈣堿性花崗巖類巖石組成。這些蛇綠巖被沉積物(混雜陸源沉積物、凝灰質(zhì)粉砂巖和帶狀鐵質(zhì)沉積)所覆蓋(Stern, 1981; Sims and James, 1984)，形成于弧/弧后階段(ca.750～620Ma)(Stern, 1994)。SED分布有3個較新鮮的蛇綠巖區(qū)(AD、AS和AR區(qū)；圖5)。埃及東部沙漠區(qū)完整蛇綠巖的廣泛分布證明了現(xiàn)代的板塊構(gòu)造動力學在ANS演化中的作用。

圖7 埃及東沙漠區(qū)中部(CED)Fawakhir蛇綠巖柱狀圖(據(jù)Abd El-Rahman et al., 2009)Fig.7 Symbolic column section of the Fawakhir ophiilite in the Central Eastern Desert (CED), Egypt (after Abd El-Ruhman et al., 2009)

2.2.1 CED蛇綠巖

2.2.1.1 野外產(chǎn)狀

CED蛇綠巖以Wizer(WW)和Fawakhir(FA)為代表。Wizer蛇綠巖由蛇紋巖、變質(zhì)輝長巖、變質(zhì)火山巖和大量的混雜巖組成(圖6)。柱狀圖中各類巖石未見直接接觸，僅見變質(zhì)火山巖與混雜巖呈構(gòu)造接觸。蛇紋巖為地幔橄欖巖的蝕變產(chǎn)物，包括虧損程度不同的方輝橄欖巖和少量透鏡狀純橄巖?？梢娢慈呒y石化的方輝橄欖巖和純橄巖。純橄巖常作為豆莢狀鉻鐵礦體的薄殼，全蝕變者主要由葉蛇紋石，尚見利蛇紋石和纖維蛇紋石，保留網(wǎng)環(huán)結(jié)構(gòu)。Fawakhir蛇綠巖保存了較好層序剖面，(從底部向上)包括超鎂鐵巖、變質(zhì)輝長巖、少量變玻安質(zhì)輝長巖、席狀巖墻和變火山巖(主為玄武巖和玄武質(zhì)安山巖)(El-Sayedetal., 1999)(圖7)?；壮V鐵巖已全蛇紋石化，其中含輝石巖和滑石碳酸鹽的不規(guī)則透鏡體。均質(zhì)輝長巖為最豐富的蛇綠巖單元，可見輝石巖脈、斜長花崗巖脈侵入。均質(zhì)輝長巖向上進入粒玄巖質(zhì)巖石，后者局部發(fā)育呈席狀巖墻(平均厚度2m)，僅見席狀巖墻穿插輝長巖。整個蛇綠巖層序均被晚期的中-基性鈣堿性巖墻所切穿。該蛇綠巖受綠片巖相變質(zhì)，其中輝長巖的鋯石結(jié)晶年齡為736.5±1.2Ma(Andresenetal., 2009)

2.2.1.2 巖石地球化學特征

(1)Wizer蛇綠巖

Wizer蛇綠巖純橄巖中的鉻尖晶石以高鉻為特征(Cr2O3=59.15%～63.74%; Al2O3=5.88%～9.16%; Cr#=82～88)，而方輝橄欖巖的虧損程度呈現(xiàn)較大范圍：虧損度高者尖晶石的Cr2O3偏高(Cr2O3=51.43%～60.44%)，虧損度低者尖晶石的Cr2O3偏低(Cr2O3=44.44%～49.47%)。總體而言，這些橄欖巖成分總體與弧前橄欖巖相類似，并且鉻尖晶石均低TiO2(<0.17%)，支持了Wizer蛇綠巖形成于弧前環(huán)境。Wizer蛇綠巖高虧損的方輝橄欖巖中純橄巖的出現(xiàn)以及純橄巖中鉻尖晶石的玻安質(zhì)屬性符合于俯沖帶成因(Farahatetal., 2011)。

Khudeir and Asran (1992)指出，Wizer蛇綠巖中的火山巖顯示MORB和島弧的地球化學屬性，且火山巖具有玻安質(zhì)特征。類似的成因關(guān)系在中生代蛇綠巖(如塞浦路斯、阿曼和加利福尼亞地區(qū))中均可見(Batanova and Sobolev, 2000; Lémééetal., 2004; Choietal., 2008)。Wizer蛇綠巖的火山巖類似于阿曼蛇綠巖的火山巖，兼具MORB和島弧巖漿巖的特征。Wizer蛇綠巖中從MORB→島弧拉斑系列(玻安巖)的演化示其形成于弧前環(huán)境，這一點已成為研究者的共識(Flower and Dilek, 2003; Araietal., 2006)。CED的蛇綠巖更像是代表了俯沖帶之上完整的弧前-弧-弧后系統(tǒng)。

此外，阿拉姆灣盆地(圖5)發(fā)育拉斑玄武質(zhì)巖石，熔巖和巖墻具有典型島弧特征(負Nb和Ta異常; Berhe, 1990)，屬于板內(nèi)玄武巖→島弧玄武巖。這些火山巖與蛇紋巖、變輝長巖一起構(gòu)成肢解的蛇綠巖(Akaadetal., 1995)，可能形成于大陸弧后盆地。與蛇綠巖伴生的火山碎屑沉積物含大量陸源組分，確認了東部沙漠區(qū)在蛇綠巖和火山沉積巖之下有老的大陸殼出現(xiàn)(El-Gabyetal., 1988)。

(2)Fawakhir蛇綠巖

Fawakhir蛇綠巖各類巖石均落在亞堿性巖石區(qū)，低TiO2(TiO2=0.15%～0.73%)，屬拉斑玄武巖。枕狀玄武巖具有中度虧損-輕度富集的LREE配分型式，不同程度的富集Ba和Th，并且具有負Nb異常。輝石巖脈低鈦(TiO2=0.07%～0.1%)，具有較高的相容元素豐度、較低的REE豐度和LREE虧損的配分型式，并且Zr/Y值較高，具有與玻安質(zhì)輝長巖同變化的特征(El-Sayedetal., 1999)。晚期的巖墻均富集LILE，虧損Nb，具LREE富集的配分型式。進一步地化特征分析也表明Fawakhir 蛇綠巖的成分近似于馬里亞納海溝弧前殼層巖石(Pearceetal., 1984)，基性巖成分從拉斑系列過渡到鈣堿性系列，包括少量玻安質(zhì)輝長巖，涵蓋了弧型熔巖、柱型、MORB和玻安質(zhì)巖石區(qū)，應(yīng)形成于弧后盆地(El-Sayedetal., 1999)或者弧前盆地(Andresenetal., 2009)環(huán)境，類似于許多顯生宙蛇綠巖的形成環(huán)境，如西太平洋幼年弧的形成(Stern and Bloomer, 1992; Bloomeretal., 1995)。

圖8 埃及東沙漠區(qū)南部(SED) Abu Dahr (AD)蛇綠巖地質(zhì)簡圖(a, 據(jù)Ashmawy et al., 1987)及柱狀圖(b, 據(jù)Gahlan et al., 2015)Fig.8 Geological sketch map (a, modified after Ashmawy et al., 1987) and pseudo-lithostratigraphic column (b, after Gahlan et al., 2015) of the Abu Dahr ophiolite in the Southern Eastern Desert (SED), Egypt

2.2.2 SED蛇綠巖

2.2.2.1 野外產(chǎn)狀

SED蛇綠巖以Abu Dahr(AD)和Wadi Arais(AR)蛇綠巖為代表。SED地區(qū)包括5個中-新元古蛇綠巖，其中3個較新鮮(AD、AR和AS)均具有方輝橄欖巖+純橄巖+鉻鐵礦組合，其余2個(BL和UH)均強蛇紋石化(見圖5)。

Abu Dahr蛇綠巖推覆體逆沖到片麻巖之上，局部被島弧變火山巖覆蓋，整個層序被同構(gòu)造或構(gòu)造后期花崗巖(650～595Ma)所侵入(Moussaetal., 2008)。Abu Dahr蛇綠巖厚度達17km，層序較齊全，包括4個巖相構(gòu)造單元：基底片麻巖、蛇綠巖組合、島弧火山巖/火山沉積巖和深成巖組合(同構(gòu)造或構(gòu)造后花崗巖侵入體)(圖8)。蛇綠巖底部的地幔巖以方輝橄欖巖為主，含少量純橄巖；堆晶巖以異剝橄欖巖和輝石巖為代表，與地幔巖頂部的純橄巖構(gòu)成過渡帶；堆晶巖可見嵌晶結(jié)構(gòu)、填間結(jié)構(gòu)、正堆積結(jié)構(gòu)，并含有副礦物硫化物等。過渡帶最上部為輝長巖巖床，向上的殼層巖石為變輝長巖、變斜長巖、基性變火山巖，并被大洋沉積物所覆蓋。

Wadi Arais為SED上保存最好的另一個肢解蛇綠巖，蛇綠巖組合不完整，由地幔巖(蛇紋巖、蛇紋石化橄欖巖和純橄巖，含鉻鐵礦)、輝長巖和偉晶輝長巖巖床組成，高度蛇紋石化。各類巖石均被同碰撞的和碰撞后的輝長巖、閃長巖和年輕的輝長巖、閃長巖、花崗巖所侵入(圖9)。

圖9 埃及東沙漠區(qū)南部(SED)Wadi Arais蛇綠巖地質(zhì)圖(據(jù)Khedr and Arai, 2013)Fig.9 Geological map of the Wadi Arais ophiolite in Southern Eastern Desert (SED) of Egypt (after Khedr and Arai, 2013)

2.2.2.2 巖石地球化學特征

(1)Abu Dahr蛇綠巖

該蛇綠巖中蛇紋石化橄欖巖高Mg#(0.92～0.93)，富Cr、Ni、和Co，虧損Al2O3和CaO，具扁平的REE配分型式。蛇紋石化橄欖巖中鉻尖晶石具有高Cr#(>0.6)、低TiO2(大多<0.1%)的特點，符合前寒武紀蛇綠巖的普遍特征(Ahmedetal., 2001; Gahlanetal., 2015)。變輝長巖和變玄武巖為亞堿性，具有拉斑系列-鈣堿性系列屬性，明顯富集LILE，具有較高的U/Yb、Th/Yb比值，可能反映巖漿形成于近弧部位。地幔橄欖巖則為弧前橄欖巖及其熔融殘余成因(Arai, 1994; Pearceetal., 2000)。值得注意的是，在地幔巖上部的純橄巖中有小的鉻鐵礦體(直徑10～55m)，并常具純橄巖薄殼。這些高Cr2O3的豆莢狀鉻鐵礦的形成與其形成的弧前構(gòu)造部位相吻合。上述特征表明Abu Dahr蛇綠巖為虧損的大洋巖石圈殘片，經(jīng)歷了高度熔融，形成于弧前部位(Flower and Dilek, 2003)，從而提示新元古的構(gòu)造巖漿作用近似于顯生宙，自元古代開始地球的殼-幔熱狀態(tài)無明顯變化(Gahlanetal., 2015)。

(2)Wadi Arais蛇綠巖

該蛇綠巖的地幔巖強蛇紋石化，僅在鉻鐵礦周圍見新鮮純橄巖(達1m)，但Ol、Opx、Cpx、Cr-spinel的殘晶均可見，礦物具高度耐火特征：(1)方輝橄欖巖中平均Fo=92.2，NiO=0.39%～0.52%；純橄巖中Fo>94；(2)斜方輝石為頑火輝石，含Cpx出溶板條，并見絹石假象，Mg#=0.92～0.93；(3)單斜輝石為透輝石，Mg#=0.92～0.93，TiO2<1%，并且具有“U型REE”；(4)方輝橄欖巖中鉻尖晶石的Cr#值變化較寬(0.38～0.85，大多>0.6)，覆蓋了弧前橄欖巖的成分區(qū)；(5)純橄巖中尖晶石的Cr#>0.8(Arai and Ishimaru, 2008; Araietal., 2011)，結(jié)合巖石低Al2O3(平均2.38%)、CaO(0.53%)的特點，近似于現(xiàn)代的弧前橄欖巖(Bizimisetal., 2000; Khedr and Arai, 2013; Obeidetal., 2016)。

Wadi Arais超鎂鐵巖具有近扁平的REE配分型式，其Mg#值(0.92～0.93)、MgO/SiO2值(0.98～1.04)和Al2O3/SiO2值(0.01～0.02)近似于弧前橄欖巖(Pearceetal., 2000; Niu, 2004)，指示其來自地幔源區(qū)，經(jīng)歷了高度部分熔融過程。變輝長巖具有拉斑系列-鈣堿性系列過渡屬性，成分即顯示N-MORB特征，也與火山弧玄武巖相類似。蛇紋巖和變輝長巖均富集LILE，提示受到了俯沖帶流體的影響(Stolper and Newman, 1994)。

2.2.3 成礦特征

CED的豆莢狀鉻鐵礦均以方輝橄欖巖-純橄巖-鉻鐵礦組合為特征，近似于顯生宙蛇綠巖(Ahmedetal., 2001)，廣泛見于上述6個蛇綠巖區(qū)(圖5)。豆莢狀鉻鐵礦常呈大小不等的小透鏡狀，透鏡體長<30m 或呈棒狀(3m×7m)，主要寄主于蛇紋石化純橄巖中，脈石礦物為利蛇紋石、纖維蛇紋石等，可見網(wǎng)環(huán)結(jié)構(gòu)。橄欖巖全部蛇紋石化、可見Opx的絹石假象，方輝橄欖巖很近似于太平洋現(xiàn)代快速擴張脊的深海橄欖巖(Niu and Hékinian, 1997)。鉻鐵礦中有時可見Ol、Cpx、含水礦物(淺閃石、透閃石、金云母)原生礦物包體(如Wadi El-Zarka和Wadi Um Huitate區(qū))(Ahmedetal., 2001)。

Ahemdetal. (2001)首次報導(dǎo)了CED的UH區(qū)(圖5)的鉻鐵礦豆莢中有韭閃石、透閃石和金云母的包體。鉻尖晶石中可見原生包裹體礦物，包括高MgO橄欖石(Fo平均為97.5)、透輝石(Mg#=0.97～0.98)，且低Na2O、Al2O3，尚見淺閃石、透閃石及金云母。Khudeir and Asran (1992)對中部沙漠區(qū)介于RB區(qū)和UH區(qū)之間6個礦點的鉻鐵礦礦石分析揭示了2個成分組：一組為高鋁組(Cr#=0.56)(2個礦點)，另一組為低鋁組(Cr#=0.73)(4個礦點)，從而顯示了類似阿爾卑斯橄欖巖的雙峰性特征。CED鉻鐵礦的成分變化較大(從高鉻型→高鋁型)，Cr2O3=41%～65%，Al2O3=6%～29%，Cr#變化于0.5～0.9之間(高Cr者Cr#=0.73，高Al者Cr#=0.56)，F(xiàn)e+3=0.08～0.20)，顯示鉻尖晶石不同程度受到低溫蝕變。高鋁組可能在較高壓力和較低溫度下結(jié)晶(較第2組)，這種橄欖巖具有“弧”或“大洋高原”成因，而非洋中脊成因(El-Haddad and Khudeir, 1989)，源區(qū)更可能是島弧的深根部(Khudeir and Asran, 1992)。

SED中鉻鐵礦石的Cr#變化較窄(0.8～0.9)，但均低TiO2(<0.29%)。部分與泛非豆莢狀鉻鐵礦相伴的橄欖巖中的鉻尖晶石含有較高的MnO(可達1.79%)，不同于顯生宙和其它的元古代鉻鐵礦中的鉻尖晶石含MnO較低的特點，如中生代的阿曼鉻鐵礦(MnO<0.14%)(Augé, 1987)和早元古代的芬蘭Outokumpu-Jormua鉻鐵礦(MnO<0.29%)(Liipoetal., 1995)。鉻鐵礦被包在塊狀或片狀的蛇紋巖中，礦體和蛇紋巖因泛非蛇綠巖質(zhì)混雜巖的仰沖而高度變形。新鮮的鉻鐵礦Cr2O3=51%～53%，蝕變成鐵鉻鐵礦(ferrichromite)。塊狀、豆狀和浸染狀狀礦石具堆晶結(jié)構(gòu)(Khudeir and Asran, 1992)。在SED區(qū)有時可見新鮮的Ol和Opx，但未見原生的含水礦物包體。

圖10 北非東部新元古蛇綠巖帶分布示意圖(據(jù)Berhe, 1986簡修)Fig.10 Distribution sketch map of Late Proterozoic ophiolite belts of NE Africa (modified after Berhe, 1986)

圖11 北非東部Onib-Sol Hamed縫合帶蛇綠巖及Hamisana剪切帶地質(zhì)簡圖(據(jù)Stern et al., 1989; Hussein et al., 1982修編)Fig.11 Geological sketch map of the Onib-Sol Hamed suture zone and the Hamisana shear zone of NE Africa ophiolite (modified after Stern et al., 1989; Hussein et al., 1982)

此外，CED和SED的鉑族元素(PGE)構(gòu)成迥異，前者主要為硫化物(Os-rich硫釕鋨礦)，后者則為Os-Ir合金。硫的“逸度”(fS2)及溫度控制了上地幔初始階段鉻鐵礦的PGE礦物學，Os-rich硫釕鋨礦在高的fS2及低溫度下穩(wěn)定，而Os-Ir合金在低的硫fS2及高溫度下穩(wěn)定，結(jié)合鉻鐵礦的成分差異提示了CED區(qū)和SED區(qū)地幔巖部分熔融程度的差異，即歸因于不同的構(gòu)造環(huán)境(Ahmed, 2007)。但CED區(qū)和SED區(qū)的鉻尖晶石均以低TiO2(<0.29%)為特征，類似于蛇綠巖中者。埃及的新元古代大洋巖石圈碎片可能受與弧有關(guān)的巖漿作用的改造，或?qū)儆诨『笈璧貛r石圈。CED區(qū)鉻鐵礦的鉻尖晶石含有Os-rich硫釕鋨礦，反映寄主鉻尖晶石形成于較高的fS2及較低溫度下，而較高的fS2及較低溫條件在俯沖帶環(huán)境的高度部分熔融的熔體中可以獲得，可以認為埃及新元古代蛇綠巖初始形成于洋中脊環(huán)境，后來受到俯沖帶環(huán)境下的改造。

2.2.4 小結(jié)

綜上不難看出，埃及東部沙漠區(qū)的新元古代蛇綠巖和顯生宙蛇綠巖具有相似的巖石學特征，表明控制地球殼-幔系統(tǒng)的熱狀態(tài)自新元古代無明顯變化。埃及東部沙漠區(qū)的蛇綠巖與顯生宙的阿曼蛇綠巖可類比，可能形成于島弧環(huán)境(MacLeodetal., 2013; Guilmetteetal., 2018)，特別是在Oman蛇綠巖北部玻安質(zhì)熔巖的發(fā)現(xiàn)(Ishikawaetal., 2002)以及high-PGE鉻鐵礦的存在，揭示了它們是由俯沖帶環(huán)境下高度熔融的熔體結(jié)晶作用的產(chǎn)物，而low-PGE鉻鐵礦產(chǎn)于過渡帶，是由較早洋中脊的低度熔融的熔體的結(jié)晶作用的產(chǎn)物(Ahmed and Arai, 2002)。埃及蛇綠巖和鉻鐵礦形成于俯沖帶演化的不同階段，高鋁型鉻鐵礦不含原生礦物包體，是在俯沖初始軟流圈因減壓融化形成MORB型的拉斑玄武質(zhì)熔體，此時板塊脫水形成的流體有限，故形成高鋁型鉻鐵礦，礦石也不含原生的含水包體；當進入成熟弧階段時，發(fā)生二次熔化形成玻安質(zhì)和島弧熔體時，形成高鉻型鉻鐵礦，并伴有純橄巖殼、高虧損方輝橄欖巖的形成(Whattam and Stern, 2011; moghadametal., 2015)。

圖12 Wadi Onib蛇綠巖地質(zhì)簡圖(據(jù)Hussein, 2000簡化)Fig.12 Geological sketch map of the Wadi Onib ophiolite (simplified after Hussein, 2000)

圖13 Wadi Onib蛇綠巖柱狀圖(據(jù)Hussein, 2000簡化)Fig.13 The columnar section of the Wadi Onib ophiolite (simplified after Hussein, 2000)

圖14 Sol Hamed蛇綠巖地質(zhì)圖(據(jù)Abu El-Laban, 2002修編)Fig.14 Geological map of the Sol Hamed ophiolite (modified after Abu El-Laban, 2002)

2.3 非洲中-新元古代蛇綠巖及鉻鐵礦

2.3.1 野外產(chǎn)狀

非洲中-新元古代蛇綠巖主要分布于北非東部和東非地區(qū)，屬阿拉伯-努比亞地盾(Arabian-Nubian Shield，簡稱ANS)的努比亞段。ANS為新元古代年輕大陸地殼分布最廣泛的地區(qū)，這些年輕的陸殼包括洋間島弧/弧后盆地雜巖和微型大陸，當莫桑比克洋封閉時沿縫合帶焊接而成(Abu-Alam and Hamdy, 2014)。從北部的沙特阿拉伯和埃及向南延伸→埃塞俄比亞和蘇丹→再向南至烏干達-肯尼亞→索馬里均有中-新云古代蛇綠巖的分布。該地區(qū)有大量的與弧有關(guān)的火山巖-深成巖，并伴有若干縫合帶(圖10)。這些縫合帶呈近北北東向，從西向東依次為：①Sol Hamed-Wadi Onib belt；②Ingessana-Port Sudan belt；③Sekerr-Yubdo-Barka belt；④Bargoi-Nabitah belt；⑤Adola-Moyale belt。蛇綠巖散布在3000 ×1000km2的范圍內(nèi)。ANS的努比亞段(即非洲段)有許多蛇綠巖產(chǎn)出(Zimmeretal., 1995; Husseinetal., 2004; Johnsonetal., 2004)，以推覆雜巖出現(xiàn)，其時代為690～890Ma。蛇綠巖的時代與羅迪尼亞超大陸(Rodinia)的裂解(ca.900～800Ma)相伴(Stern, 1994; Hassanetal., 2014)，這些洋殼碎片隨莫桑比克洋閉合時(約600Ma)(Meert，2003)的“弧-弧”碰撞被逆沖到大陸邊緣(800～700Ma)(Pallisteretal., 1988; Johnsonetal., 2004)。

盡管蛇綠巖被肢解，但標志性組合仍然可見。蛇綠巖的殼層厚度為2.5～5km，其中堆晶超鎂鐵巖(過渡帶)的厚度1～3km，底部含有鉻鐵礦。本文將討論蘇丹北部Sol Hamed-Wadi Onib縫合帶的蛇綠巖，該縫合帶蛇綠巖密集分布(圖11)，為“弧-弧”碰撞的典型實例(Abu-Alam and Hamdy, 2014)，包含Wadi Onib蛇綠巖和Sol Hamed蛇綠巖兩部分，它們都具有較完整的蛇綠巖組合。

Wadi Onib蛇綠巖位于縫合帶的南端，蛇綠巖組合齊全，由底部的橄欖巖→過渡帶(堆晶巖、均質(zhì)輝長巖和斜長花崗巖)→基性席狀巖床雜巖→枕狀熔巖組成(含條帶狀燧石熔巖→泥質(zhì)碳酸巖)(Husseinetal., 2004)。Onib蛇綠巖被包在受多期變形、與弧有關(guān)的弱變質(zhì)火山碎屑沉積巖層中，且二者之間為逆沖斷層。蛇綠巖單元均被后期花崗巖和輝長巖等侵入(Husseinetal., 2004)(圖12、圖13)?；组蠙鞄r全蛇紋石化和/或碳酸鹽化，具葉理和片理。過渡帶顯示多旋回特征，具粒級層和重力分層，含大量輝石巖(某些輝石巖富鉻)。巖墻單元廣泛發(fā)育并且經(jīng)歷不同程度的變形，包括輝綠巖質(zhì)、閃長巖質(zhì)、斑狀斜長角閃巖質(zhì)的巖墻和巖床，寬約幾厘米到幾米，可延伸數(shù)十米，以具不對稱冷凝邊為特征，顯示多期侵入的特點，為古大洋巖石圈海底擴張的證據(jù)?；鹕綆r露頭可由塊狀和枕狀玄武巖、角礫巖、巖床和巖墻構(gòu)成，可見枕狀構(gòu)造，枕間物質(zhì)為綠泥石和石英等，部分枕狀熔巖被巖墻所侵入(Husseinetal., 2004)。深海沉積物不發(fā)育，常作為巖枕填隙物(燧石、石墨質(zhì)、碳酸巖)出現(xiàn)。Onib蛇綠巖中斜長花崗巖的鋯石Pb-Pb年齡為808±14Ma(Kr?neretal., 1992)，而切穿層狀輝長巖的花崗巖年齡為714～646Ma，可能反映了洋盆關(guān)閉后板內(nèi)巖漿作用階段(Kr?neretal., 1992)。

Sol Hamed蛇綠巖位于縫合帶北端，呈NE-SW向，為ANS上不常見的變形較輕的蛇綠巖。該蛇綠巖具有幾乎完整的層序，由超鎂鐵巖→輝長巖、席狀巖墻→枕狀熔巖和枕狀角礫巖組成，為一直立狀仰沖推覆體，被含蛇綠巖碎屑的角礫巖、滑塌堆積、長英質(zhì)和英安質(zhì)凝灰?guī)r、濁積巖和黑色頁巖等(Nafirdeib巖系；712±58Ma)所不整合覆蓋(Hussein, 1977)(圖14)。Nafirdeib巖系火山巖具鈣堿性屬性(Pearce, 1982; Fitchesetal., 1983)，其全巖Rb-Sr定年結(jié)果為723±6Ma(Stern and Kr?ner, 1993)。Nafirdeib巖系和蛇綠巖均被年輕的花崗巖(全巖Rb/Sr定年結(jié)果為686±18Ma和633±19Ma)所侵入。這些花崗巖具有較低的87Sr/86Sr值，指示其巖漿來源于下地殼或地幔。這些火山巖、沉積層序以及鈣堿性花崗巖暗示了俯沖帶之上的大洋島弧環(huán)境(Nearyetal., 1976)。

Sol Hamed蛇綠巖呈NE向，由3個巖帶組成。(1)底部帶為超鎂鐵巖帶，長20km左右，寬0.3～3km，包括蛇紋巖、含鉻鐵礦純橄巖、純橄巖、異剝橄欖巖和二輝橄欖巖，可能有方輝橄欖巖(可見絹石及單斜輝石)及少量輝石巖。純橄巖可見少量Ol殘晶，具網(wǎng)環(huán)結(jié)構(gòu)，其中常見鉻鐵礦的粒級層(厚0.5～2cm)，而較厚的豆莢狀鉻鐵礦僅局部見于蛇綠巖東北部，為巖漿分異的產(chǎn)物。異剝橄欖巖由橄欖石(已蛇紋石化)和新鮮單斜輝石組成，二輝橄欖巖由橄欖石(已蛇紋石化)+新鮮Cpx+絹石(Opx假象)組成。(2)中部帶為輝長巖帶，長20km左右，寬4～6km，為層狀輝石輝長巖-淺色輝長巖-斜長質(zhì)輝長巖組合，已發(fā)生中-高綠片巖相變質(zhì)。輝長巖中可見異剝橄欖巖巖席(厚100m，長1km)，可能為輝長巖內(nèi)的超鎂鐵堆晶單元。底部和中部帶兩單元多為構(gòu)造接觸。(3)上部帶由枕狀熔巖和枕狀角礫巖組成，部分巖枕可見冷凝邊(Abu El- Laban, 2002)。

2.3.2 巖石地球化學特征

Onib蛇綠巖中蛇紋巖的地球化學資料以高MgO(34%～37%)、Cr(2287×10-6～3829×10-6)和NiO(1255×10-6～2049×10-6)，低TiO2(0.01%～0.02%)和P2O5為特征，其中的橄欖石富鎂(Fo=88，Mg#=0.81)。輝石巖以透輝石為主，包括富橄欖石的單輝輝石巖和異剝橄欖巖，輝石巖高CaO(17%)和Cr(5121×10-6～5238×10-6)，虧損堿、P2O5和TiO2。均質(zhì)輝長巖中的斜長花崗巖具高 SiO2(70%～77%)、低K2O(0.04%～1.9%)的特點(Abdel-Rahman, 1993)。67個熔巖樣品的REE配分型式既有LREE富集型，也有LREE虧損型。大多數(shù)熔巖的Ti/V=20～50，與洋中脊、弧后盆地和板內(nèi)玄武巖相接近，少數(shù)熔巖的Ti/V<20，顯示出島弧拉斑玄武巖和鈣堿性玄武巖的特征。總體而言，大部分熔巖具有MORB、弧玄武巖和板內(nèi)玄武巖的組合特征。上述地球化學特征與俯沖消減帶巖漿弧類似。

Sol Hamed蛇綠巖中蛇紋巖的巖石化學計算示其為方輝橄欖巖的蝕變產(chǎn)物，高Cr(2696×10-6～2742×10-6)和Ni(1650×10-6～2381×10-6)(McDonough and Sun, 1995)。所有的蛇紋巖都含有鉻鐵礦(具蝕變分帶)和硫化物，且鉻尖晶石的Cr#大于0.6，符合弧前環(huán)境(Church, 1988)。利用全巖的V和MgO數(shù)據(jù)計算蛇綠巖的部分熔融程度為26%～29%，也示其為弧前成因(Leeetal., 2003)。Sol Hamed蛇綠巖周圍大量鈣堿性火山巖和火山碎屑巖的出現(xiàn)暗示了蛇綠巖形成于島弧環(huán)境。

2.3.3 成礦特征

在Onib蛇綠巖中可見浸染狀高鋁型鉻鐵礦和有限的高鉻型鉻鐵礦，其中前者顯示堆晶結(jié)構(gòu)——即鉻尖晶石(含量≥30%)在輝石晶體中呈嵌晶狀。高鉻型鉻尖晶石在寄主蛇紋巖中含量達80%，與蛇紋石葉片交生，顯示粗略層理，局部可見鉻鐵礦的粒級層，指示巖漿分異和旋回堆晶作用(Husseinetal., 2004)。Onib蛇綠巖中雙峰值(高鋁型和高鉻型)鉻鐵礦的出現(xiàn)可能形成于洋中脊、弧后盆地等多種環(huán)境(Hawkins and Evans, 1983; Dick and Bullen, 1984)。然而，豆莢狀鉻鐵礦的出現(xiàn)以及堆晶輝石巖虧損Ti的特點被認為屬典型的俯沖帶蛇綠巖(Kr?neretal., 1987)。

Sol Hamed蛇綠巖中的鉻鐵礦成不同大小的透鏡體(可達25×6m2)，多寄主于純橄巖中，野外可見從純橄巖中的細粒浸染狀鉻鐵礦→瘤狀→塊狀粗粒鉻鐵礦的過渡，而在蛇紋石化橄欖巖中則為小透鏡體或薄板狀，高度變形的鉻鐵礦最豐富。鉻尖晶石的TiO2較高，投影在弧前橄欖巖和高Ti玻安巖區(qū)，說明俯沖帶環(huán)境下富Ti熔體可能與堆晶純橄巖起反應(yīng)，從而形成了Sol Hamed蛇綠巖中高鉻型的鉻鐵礦(Hamdy and Lebda, 2011)。

2.3.4 小結(jié)

Onib蛇綠巖形成于808Ma以前，因此蛇綠巖的演化證明了現(xiàn)代的板塊構(gòu)造可擴展至早元古代，并構(gòu)成了Sol Hamed-Wadi Onib蛇綠巖帶。Sol Hamed-Wadi Onib縫合帶的蛇綠巖具有組合齊全、堆晶巖厚度較大、巖墻發(fā)育，巖漿顯示多期活動的特征，鉻鐵礦均為巖漿分異的產(chǎn)物。

3 結(jié)論

(1)元古代蛇綠巖代表移置的古大洋巖石圈殘片，產(chǎn)于古縫合帶中，并與弧火山巖和(或)火山碎屑巖(和或混雜巖)伴生。這些被肢解的蛇綠巖大多數(shù)組合較齊全，尤以鎂鐵-超鎂鐵巖、基性巖墻及火山巖發(fā)育為特征，具開放巖漿房的多期活動的特點，巖石大多受綠片巖-角閃巖相變質(zhì)。地幔橄欖巖或缺失(如加拿大Purtuniq蛇綠巖及北非東部蛇綠巖)、或已全蛇紋石化(如埃及CED蛇綠巖)，僅少數(shù)地幔橄欖巖中保留殘晶(如埃及SED蛇綠巖)。綜合地球化學資料可知，中-新元古代蛇綠巖形成于弧前盆地或俯沖帶環(huán)境，早元古代蛇綠巖則形成于大陸裂谷-大洋演化階段，提供了元古代板塊構(gòu)造演化的證據(jù)。

(2)元古代蛇綠巖中常賦存高鋁型(Cr#<0.6)和高鉻型(Cr#>0.6)兩種鉻鐵礦，它們多寄主于純橄巖中，部分高鋁型鉻鐵礦則寄主于近莫霍面的輝長巖底部(如芬蘭的Outokumpu蛇綠巖)，且高鉻型鉻鐵礦中可見含水包裹體(如CED中的鉻鐵礦、北非東部蛇綠巖中的鉻鐵礦)——揭示了水參與了高鉻型鉻鐵礦的成礦作用。兩類鉻鐵礦均以低TiO2為特征。礦體規(guī)模均較小，可見礦石從浸染狀→瘤狀→塊狀的逐漸過渡。據(jù)資料中照片提供的“礦體周圍的純橄巖薄殼”，筆者認為：這些所謂的“薄殼”明顯區(qū)別于顯生宙純橄巖-方輝橄欖巖高熔雜巖帶中的豆莢狀鉻鐵礦。結(jié)合元古代鎂鐵-超鎂鐵巖中堆晶結(jié)構(gòu)以及粒級層的出現(xiàn)，可以確認這些鉻鐵礦為巖漿分異成因，而區(qū)別于熔融殘余成因的豆莢狀鉻鐵礦。元古代蛇綠巖中常伴有交代成因的硫化物Cu-Co-Zn-Au礦(如Outokumpu蛇綠巖)、Cu-Au礦帶(如贛東北前寒武紀蛇綠巖)，且鉻鐵礦含較高的Zn(ZnO=0.11%～0.18%，如Outokumpu蛇綠巖)、橄欖巖及鉻鐵礦中常含較高的MnO(MnO高達1.79%，如CED的Wizer蛇綠巖)，而區(qū)別與顯生宙蛇綠巖。

致謝本文撰寫過程中得到了中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所翟慶國研究員、胡培遠副研究員以及唐躍、王偉、王海濤和朱志才博士的幫助，在此一并致謝。

謹以此文祝賀肖序常院士90華誕！