河北省遵化—遷西地區(qū)超基性巖生成時(shí)代的探討

李樹(shù)朋，劉小濱，王京隆，趙文浩

華北地質(zhì)勘查局第四地質(zhì)大隊(duì)， 河北 秦皇島 066000

河北省遵化—遷西地區(qū)分布大量超基性巖體，“據(jù)河北地礦局綜合研究隊(duì)（1975）不完全統(tǒng)計(jì)，共有巖體1 171個(gè)，絕大多數(shù)規(guī)模很小，長(zhǎng)數(shù)米、數(shù)十米至數(shù)百米，寬不足1m到數(shù)十米。巖體多呈似層狀、透鏡狀、串珠狀及橢球狀，常成群成帶產(chǎn)出，一般呈單斜楔狀尖滅。超基性巖在其他地區(qū)也有零星分布（圖1）。

李江海教授等將其稱為蛇綠巖或蛇綠巖套，認(rèn)為“冀東遵化的蛇紋巖是新太古代構(gòu)造帶內(nèi)首次識(shí)別出來(lái)的東灣子蛇綠巖套殘片”。其主要根據(jù)是“東灣子蛇綠巖套殘片其被奧長(zhǎng)花崗巖體[鋯石U-Pb(侵位，可以認(rèn)為東灣子蛇綠巖套形成于新太古代，它的發(fā)現(xiàn)對(duì)于早期板塊構(gòu)造的研究意義重大”[2]。

冀東是我國(guó)最古老的區(qū)域變質(zhì)巖分布區(qū)之一,區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，自太古宙至中生代都發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈的的巖漿活動(dòng)，有大量各類巖漿巖侵入，其中不乏超基性巖體。目前，對(duì)于冀東超基性或超鎂鐵質(zhì)巖石的生成時(shí)代存在兩種不同的認(rèn)識(shí)，本文僅就冀東超基性蛇紋巖的生成時(shí)代問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 冀東超基性巖的主要類型

冀東的超基性巖多已蛇紋石化，按其礦物成分、變質(zhì)特征分為兩大類：變質(zhì)超基性巖和未變質(zhì)超基性巖。

1.1 冀東變質(zhì)超基性巖的主要類型

太古宙變質(zhì)超基性巖也叫超鎂鐵質(zhì)巖或單礦物巖，主要有斜方輝石巖、單斜輝石巖、二輝石巖、角閃輝石巖、輝石角閃巖、角閃巖等。它們是冀東多次麻粒巖相—高角閃巖相變質(zhì)的產(chǎn)物。其中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50%～52%，比未變質(zhì)或輕微變質(zhì)蛇紋石化的橄欖巖、純橄欖巖、蛇紋巖（含SiO233%～36%） 高得多，它們的原巖應(yīng)是橄欖巖等超基性巖，由于遭受麻粒巖相變質(zhì)作用的改造，使這些含橄欖石的太古宙超基性巖變成主要由輝石組成的單礦物巖。

這些超基性巖在深成片麻巖中呈“包體”存在，區(qū)域上呈串珠狀、條帶狀分布。如產(chǎn)于撫寧東新寨太古代秦皇島花崗巖中的三個(gè)角閃石巖體，出露面積0.01～0.02 km2,呈串珠狀沿北北東向分布。產(chǎn)于遷西上川麻粒巖相紫蘇花崗巖中的燕子峪兩個(gè)輝石巖體，出露面積只有0.006 km2，含粗晶磷灰石。兩個(gè)輝石巖體出露位置相距不足1 km，也呈北北東向分布，邊緣不整齊有被紫蘇花崗巖溶蝕交代的現(xiàn)象。另外在遷西上營(yíng)，遵化紅山口，青龍大營(yíng)子都見(jiàn)有大小不等的輝石巖、角閃輝石巖分布。這些超鎂鐵質(zhì)單礦物巖規(guī)模小，都沒(méi)有“根”。其中有一些作為超貧磁鐵礦開(kāi)采。推測(cè)原來(lái)可能含富鐵橄欖石，變質(zhì)成輝石（次透輝石）后橄欖石中的鐵被析出來(lái)成為富鐵輝石巖（超貧磁鐵礦）。

圖1 區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Regional geological sketchmap

1.2 冀東未變質(zhì)及輕微變質(zhì)超基性巖及主要類型

巖石包括純橄欖巖、橄欖巖、橄欖輝石巖、單輝橄巖、二輝輝橄巖，角閃輝橄巖等。這些巖石多蛇紋石化或變成蛇紋巖，或變成蛇紋石化、透閃石化、滑石化、蛭石化橄欖巖、斜方輝橄巖、橄欖巖、輝巖等超基性巖，其中的橄欖石、輝石呈殘留體存在。這些類型超基性巖絕大部分變成蛇紋巖，因欖巖石在熱液作用甚至風(fēng)化作用下很容易變成蛇紋石。它們絕大多數(shù)在新太古代變質(zhì)深成侵入巖中呈包體存在，少數(shù)存在于太古宙變質(zhì)表殼巖中，如寬城縣下板城的兩個(gè)小蛇紋巖體就產(chǎn)于遷西巖群表殼巖中。巖體與圍巖界限清楚邊部常見(jiàn)片理化和滑石化。橄圍巖無(wú)蝕變現(xiàn)象。“巖體中浸染狀鉻鐵礦定向排列所顯示的巖石原生構(gòu)造則往往與圍巖片麻理斜交”[3]。巖石類型主要是蛇紋巖。河北省的一些地質(zhì)專家將遵化—遷西地區(qū)這些以蛇紋巖為主的超基性巖體歸屬為太古宙變質(zhì)深成巖”[1]。

他們之所以將蛇紋巖等超基性巖歸屬太古宙，主要是他們認(rèn)為這些蛇紋巖包體是太古宙變質(zhì)深成巖的“捕擄體”，呈包體存在于太古宙深成侵入體中，自然應(yīng)屬太古宙的產(chǎn)物。

2 蛇紋巖體生成時(shí)代的討論

2.1 從冀東麻粒巖相的變質(zhì)作用分析

遵化—遷西地區(qū)的純橄欖巖、橄欖巖等超基性巖大部分變成蛇紋巖，有的專家、教授認(rèn)為它們是新太古裂谷帶蛇綠巖套的殘片。對(duì)此我們有不同的認(rèn)識(shí)，并從以下幾個(gè)方面進(jìn)行討論：

遷西、遵化地區(qū)是冀東變質(zhì)最深的麻粒巖相區(qū)，在中—新太古代該區(qū)處于麻粒巖相變質(zhì)條件下，并發(fā)生多次高級(jí)變質(zhì)作用。根據(jù)中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所通過(guò)二輝石礦物對(duì)所估算的變質(zhì)溫、壓條件，溫度為700～850 ℃，壓力為8～11 bar(張儒媛等1982；Jahn et al.,1987)。同時(shí)區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖常受到不同程度的混合巖化作用，形成不同級(jí)別、不同類型的混合巖。所以麻粒巖相的變質(zhì)作用不是處于封閉系統(tǒng)條件下，而是處于開(kāi)放系統(tǒng)的變質(zhì)環(huán)境，甚至發(fā)生部分熔融和交代。在這種環(huán)境下K、Na、Si、Al、Fe、Mg、Ca、Mn等元素變得很活動(dòng)。如遷安水廠鐵礦受到麻粒巖相變質(zhì)作用和深熔作用，盡管磁鐵石英巖較難改造，但在個(gè)別地區(qū)如，遷西蓮花苑、遷安水廠等地被改造成豆粒大小的，主要由長(zhǎng)石、石英、黑云母、輝石和磁鐵礦組成的“磁鐵片麻巖”，其中偶見(jiàn)殘留的小塊磁鐵石英巖，在麻粒巖相變質(zhì)和超變質(zhì)作用下不僅巖石中的礦物發(fā)生重新組合，重結(jié)晶，也發(fā)生強(qiáng)烈的交代作用。(見(jiàn)表1表2)兩個(gè)表中地臺(tái)區(qū)超基性巖和冀東變質(zhì)的超基性巖（超鎂鐵質(zhì)巖）主要元素氧化物的對(duì)比可以看出兩類超基性巖的主要化學(xué)成分的SiO2、Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3、FeO相差較大，這說(shuō)明冀東太古代超基性巖的變質(zhì)，是處在麻粒巖相高溫高壓開(kāi)放的變質(zhì)環(huán)境。有的人認(rèn)為太古代沒(méi)有橄欖巖等超基性巖，只有單礦物輝石巖。世界上許多太古代綠巖帶中如南非、西澳伊爾崗等綠巖帶都含有“科馬提巖”和一些相應(yīng)的超基性侵入巖。冀東地區(qū)在太古代也不例外。上述含“科馬提巖”的綠巖地體雖然都是太古代的產(chǎn)物，但他們都沒(méi)有變質(zhì)或非常輕微，一直處在古陸之上。冀東地區(qū)經(jīng)受麻粒巖相變質(zhì)而且是多次，當(dāng)然出現(xiàn)兩種不同的結(jié)果。

表1 中國(guó)地臺(tái)區(qū)各類超基性巖的化學(xué)成分一覽表（劉若新等）Table 1 Chemical composition list of all kinds of ultrabasic rocks in China Platform (LIU Ruo-xin etc. )

表2 冀東太古宙超基性巖主要巖石類型的平均化學(xué)成分一覽表Table 2 Average chemical composition list of themain rock types in Archean ultrabasic rocks of Eastern Hebei Province

混合巖化和變質(zhì)作用是緊密相關(guān)的，它是溫、壓條件進(jìn)一步升高的結(jié)果“，太平寨地區(qū)的麻粒巖相混合巖（實(shí)為紫蘇花崗巖-筆者），根據(jù)構(gòu)造型式和變形史至少可區(qū)分出兩個(gè)主要類型（徐樹(shù)桐等，1984）。早期主要為閃長(zhǎng)-英云閃長(zhǎng)質(zhì)麻粒巖（深成侵入體-筆者），經(jīng)歷了早期階段的塑性變形（徐樹(shù)桐等，1984），其中常見(jiàn)基性麻粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖和超鎂鐵質(zhì)巖石包體。其年齡為27.3 億年（根據(jù)中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所銣鍶組1978年發(fā)表的Rb-Sr全巖資料重新計(jì)算）。晚期為奧長(zhǎng)花崗質(zhì)麻粒巖（實(shí)為紫蘇花崗巖-筆者），其分布與第二變形期有關(guān)（徐樹(shù)桐和張為民，1984），該類混合片麻巖的年齡是24.5億年（pidgeon,1980; Compston et la.,1983）。”[6]上述閃長(zhǎng)-英云閃長(zhǎng)質(zhì)麻粒巖和奧長(zhǎng)花崗質(zhì)麻粒巖都是太古宙深成侵入體，同時(shí)也遭受麻粒巖變質(zhì)作用的改造和混合巖化作用的影響。

根據(jù)地幔熱柱理論它們與區(qū)域變質(zhì)作用和混合巖化有密切關(guān)系，地幔熱柱每次上升侵位都發(fā)生一次區(qū)域變質(zhì)作用。上面的27.3 億年和24.5億年代表冀東兩個(gè)不同時(shí)代地幔熱柱上侵時(shí)期或深成侵入體的侵入時(shí)期，也是變質(zhì)作用期。冀東變質(zhì)巖大量的同位素測(cè)試結(jié)果表明還存在其他時(shí)代的變質(zhì)年齡，如遷安縣水廠羊崖山鉀長(zhǎng)花崗巖的鋯石U-Pb一致線和蒸發(fā)鉛年齡為2 960 Ma（誤差+135 Ma及-115 Ma）Ma及2 960 Ma[7].這說(shuō)明冀東地區(qū)在30億年前后也發(fā)生一次區(qū)域變質(zhì)作用，孫大中認(rèn)為：“根據(jù)變質(zhì)作用特征，同位素年齡，原巖建造及區(qū)域構(gòu)造等，本區(qū)可能經(jīng)歷三次區(qū)域變質(zhì)作用”。由此可見(jiàn)區(qū)內(nèi)至少經(jīng)受兩次麻粒巖相變質(zhì)作用。問(wèn)題是作為捕擄蛇紋巖體的閃長(zhǎng)-英云閃長(zhǎng)巖和奧長(zhǎng)花崗巖已受到麻粒巖相變質(zhì)作用的強(qiáng)烈改造，其捕擄的蛇紋巖幾乎未受到任何影響，這種現(xiàn)象從變質(zhì)作用來(lái)講不能作出合理解釋。

表3 冀東地區(qū)變質(zhì)輝綠巖化學(xué)全分析數(shù)值一覽表Table 3 Complete chemical analysis numerical list ofmetamorphic diabases in Eastern Hebei Province

2.2 蛇綠巖包體問(wèn)題

一些專家認(rèn)為“灣子蛇綠巖套殘片其被奧長(zhǎng)花崗巖體[鋯石U-Pb( 2 501+19-16)Ma]侵位，可以認(rèn)為東灣子蛇綠巖套形成于新太古代，它的發(fā)現(xiàn)對(duì)于早期板塊構(gòu)造的研究意義重大”[2]。實(shí)際是蛇綠巖或蛇紋巖在太古宙奧長(zhǎng)花崗巖、英云閃長(zhǎng)巖中的包體是捕擄體還是侵入體的問(wèn)題。

他們只因?yàn)榛◢徺|(zhì)巖體侵位的年齡是2 501 Ma，被侵位或捕擄的蛇紋巖就應(yīng)比奧長(zhǎng)花崗巖還要老，這種認(rèn)識(shí)有些簡(jiǎn)單了。

首先，橄欖石“在自變質(zhì)、熱液蝕變和風(fēng)化過(guò)程中“極易蝕變，最常見(jiàn)的蝕變礦物是蛇紋石”[4]，遵化—遷西地區(qū)自太古宙以來(lái)經(jīng)歷多次麻粒巖相變質(zhì)作用和無(wú)數(shù)次區(qū)域動(dòng)力變質(zhì)作用，易變的橄欖石蛇紋石化以后的殘留體同蛇紋石一起被保留下來(lái)的，未受到太古宙區(qū)域變質(zhì)作用的影響是不可想象的。

其二，在遵化、遷西深變質(zhì)巖區(qū)普遍存在一種變質(zhì)輝綠巖，在小官莊一帶有密集分布，它的原始化學(xué)成分同燕山期的未變質(zhì)輝綠巖相同，它的原始礦物成分和組構(gòu)也應(yīng)與燕山期的輝綠巖相同（見(jiàn)表3），從見(jiàn)表3可以看出，遷西小關(guān)莊、烈馬峪、龍灣和牛甸子的變質(zhì)輝

綠巖與戴里未變質(zhì)輝綠巖的化學(xué)成分相同，差別非常小。這說(shuō)明遷西的太古代輝綠巖在他侵入上部冷的地殼后，冀東地區(qū)再次下沉到20 km 以下的深部受到麻粒巖相變質(zhì)作用的改造。

輝綠巖由基性斜長(zhǎng)石和普通輝石兩種礦物組成，具輝綠結(jié)構(gòu)。但在晚太古代高角閃巖相—麻粒巖相變質(zhì)作用下，原巖的輝綠結(jié)構(gòu)消失了，其中的基性斜長(zhǎng)石、普通輝石被中酸性斜長(zhǎng)石、角閃石、透輝石、石榴石及少量黑云母、石英代替，變成它形粒狀變晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，但巖墻保留原巖的冷凝邊。這說(shuō)明輝綠巖最初是侵入到上部冷的地殼中，生成環(huán)境同燕山期輝綠巖是一樣的。輝綠巖新的礦物組合說(shuō)明它受到角閃巖相變質(zhì)作用的改造。也證實(shí)它侵位在地殼淺部冷凝結(jié)晶（有冷凝邊）以后。地殼又再次下沉到深部經(jīng)受太古宙晚期最后一次高角閃巖相—麻粒巖相變質(zhì)作用。除冷凝邊外輝綠巖被徹底改造了。那么極易蝕變的橄欖石在高角閃巖相—麻粒巖相變質(zhì)作用下僅僅發(fā)生蛇紋石化，橄欖石、蛇紋石還能保留下來(lái)，這是絕對(duì)不可能的。

其三，遵化縣毛家廠鉻鐵礦產(chǎn)于較大的純橄欖巖體中，純橄欖巖體已完全蛇紋石化。其中的鉻鐵礦常呈圓粒狀、空心圓環(huán)狀（見(jiàn)素描圖2、3）產(chǎn)于蛇紋巖中。圍巖為角閃斜長(zhǎng)片麻巖（太古宙深成侵入體），具粗粒變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，其中的輝石、角閃石強(qiáng)定向排列，圍巖的片麻理方向與蛇紋巖體的邊界斜交。圍巖的強(qiáng)片麻狀構(gòu)造說(shuō)明變質(zhì)時(shí)在地殼深處受到強(qiáng)動(dòng)力作用，那么作為太古宙深成片麻巖的包體或捕擄體，其中的圓粒狀、空心圓環(huán)狀鉻鐵礦為什么沒(méi)有被壓扁仍保留其圓形構(gòu)造；為什么蛇紋巖中的呈圓粒狀、空心環(huán)狀鉻鐵礦的排列方向與圍巖片麻理斜交，而不與片麻理趨于同向。

其四，英云閃長(zhǎng)巖是在20～30 km以下的深處捕擄純橄欖巖的，只有在這個(gè)深度英云閃長(zhǎng)巖在高溫、高壓變質(zhì)條件下，長(zhǎng)期緩慢結(jié)晶成具粗粒結(jié)構(gòu)的角閃斜長(zhǎng)片麻巖。英云閃長(zhǎng)巖捕擄橄欖巖不可能發(fā)生在地殼的淺部，因淺部壓力小，溫度雖高但結(jié)晶持續(xù)的時(shí)間短，其環(huán)境同燕山期花崗巖差不多，奧長(zhǎng)花崗巖或英云閃長(zhǎng)巖不可能發(fā)生麻粒巖相變質(zhì)作用，除非奧長(zhǎng)花崗巖或英云閃長(zhǎng)巖再次下沉到20～30 km以下的深處，接受麻粒巖相變質(zhì)作用的變質(zhì)。不管哪種情況被捕擄橄欖巖都應(yīng)與奧長(zhǎng)花崗巖或英云閃長(zhǎng)巖一起至少遭受兩次麻粒巖相變質(zhì)作用的改造，奧長(zhǎng)花崗巖或英云閃長(zhǎng)巖才能變成具粗粒結(jié)構(gòu)，輝石、角閃石強(qiáng)定向排列的輝石角閃斜長(zhǎng)片麻巖。而其中的包體蛇紋巖沒(méi)有任何變質(zhì)的跡象是無(wú)論如何不能做出合理解釋的。

圖2 遵化豆莢狀鉻鐵礦典型結(jié)構(gòu)素描圖Fig. 2 Sketchmap of the typical structure of Zunhua podiform chromite

圖3 遵化毛家廠蛇紋巖中的鉻鐵礦Fig. 3 Chromite of serpentinite in the Maojiachang of Zunhua

其五，在“河北省地質(zhì)、礦產(chǎn)、環(huán)境”、 “冀東新太古代蛇綠巖套基本特征的初步報(bào)道”“ 冀東遵化太古代蛇綠混雜巖帶巖石學(xué)與構(gòu)造特征”。等文獻(xiàn)中都把橄欖巖、輝橄巖、自變質(zhì)的蛇紋巖與太古宙變質(zhì)的輝石巖、角閃輝石巖、角閃石巖混在一起，統(tǒng)統(tǒng)歸屬太古宙的產(chǎn)物，這是不合適的。因?yàn)殚蠙鞄r、輝橄巖，在自變質(zhì)和風(fēng)化作用下很容易變成蛇紋巖，它們沒(méi)有受到遵化、遷西地區(qū)麻粒巖相變質(zhì)作用的改造說(shuō)明它們是顯生宙的產(chǎn)物。

其六，野外地質(zhì)普查時(shí)在遷西縣金廠峪西溝和十八盤的王廠片麻巖，以及寬城縣東黃花川的變質(zhì)輝長(zhǎng)巖中，均見(jiàn)到呈圓球狀的滑石巖，推測(cè)它的原巖是超基性巖。滑石巖與深成片麻巖間的界限不很清楚。這說(shuō)明呈包體存在的超基性巖，在冀東麻粒巖變質(zhì)條件下同樣受到變質(zhì)作用的改造。另外冀東地區(qū)的超基性單礦物巖(輝石巖、角閃石巖)都呈不大、“無(wú)根”的小巖體或包體存在于太古宙深成侵入體中。較小的單礦物巖體有產(chǎn)于遷西片麻巖中的燕子峪含磷輝石巖，產(chǎn)于安子嶺片麻巖套中的含銅、鉑角閃石巖，它們都經(jīng)受區(qū)域變質(zhì)作用的改造成為單礦物巖，邊緣受到混合巖化。巖體的定向構(gòu)造同區(qū)域片麻理基本一致。所以這類單礦巖是太古宙超基性巖體，而蛇紋巖是中元古代以后侵位的。由上所述，遵化—遷西地區(qū)蛇紋巖體不是太古宙生成的。

冀東地區(qū)大的巖漿活動(dòng)期大體分為兩個(gè)時(shí)期，即太古宙和中生代燕山期，其它時(shí)期如元古代、古生代可識(shí)別的巖漿巖非常少。由此可見(jiàn)，遵化—遷西的大量超基性巖（蛇紋巖）應(yīng)是燕山期的產(chǎn)物。

3 關(guān)于超基性巖（蛇紋巖）的成因

冀東地區(qū)是在燕山期隆起的（錢祥麟）[10]，伴隨著區(qū)域大規(guī)模構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生和發(fā)展，在地幔強(qiáng)大的動(dòng)力驅(qū)使之下，源于下地幔的超基性巖漿沿切殼深大斷裂或已愈合的隱伏深大斷裂由地殼深部呈熔融狀態(tài)上升，因超鎂鐵質(zhì)巖漿具有很高的溫度，含大量揮發(fā)組分，含SiO2較低粘度小，以較快的速度(相對(duì)與酸性巖漿)上升到地殼的上部。隨著巖漿冷凝結(jié)晶同時(shí)放出大量熱能及在下部巨大動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下，超基性巖巖漿上部的高溫、高壓氣液混合體在深部發(fā)生隱蔽爆破，并以強(qiáng)大的壓力攜帶熔漿混合體（其中含少量已結(jié)晶的晶體）沖進(jìn)或貫入深大斷裂兩側(cè)及次級(jí)構(gòu)造帶中，然后結(jié)晶成橄欖巖等超基性巖（自身的能量也消耗殆盡），最終在地殼淺部形成成群成帶的超基性巖（蛇紋巖）。所以，超基性巖巖體通常很小，無(wú)根，分布較集中。

4 結(jié)束語(yǔ)

遵化—遷西地區(qū)的蛇綠巖（蛇紋巖）呈包體存在于片麻巖中，片麻巖已發(fā)生麻粒巖相變質(zhì)，具粗粒變晶結(jié)構(gòu)，其中的角閃石強(qiáng)定向排列，具明顯的片麻狀構(gòu)造，有時(shí)片麻理與二者接觸界限成斜交關(guān)系。圍巖已發(fā)生強(qiáng)變質(zhì)和變形，其包體仍保持原始狀態(tài)或只是輕微蝕變。蛇紋巖中的圓球狀、空心環(huán)狀鉻鐵礦，仍保持原始的圓球狀，是不能合理解釋的，說(shuō)明二者不是“同期”的產(chǎn)物，作為包裹的蛇紋巖未受到區(qū)域變質(zhì)作用的改造，充分證明它是顯生宙的產(chǎn)物。不能認(rèn)為超基性巖（蛇紋巖）呈“包體”存在于太古宙深成侵入體中就說(shuō)明它是太古宙生成的，蛇紋巖等超基性巖沒(méi)有受到麻粒巖相變質(zhì)作用的改造，只發(fā)生低溫?zé)嵋参g變-蛇紋石化，表明它們是顯生宙的產(chǎn)物。

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