Timothy Kusky研究团队ESR：综述冀东蛇绿混杂岩研究新进展

蛇绿岩是汇聚大陆边缘的典型产物，它初始是一套理想的大洋岩石圈，在古洋盆的闭合过程中，蛇绿岩常被构造肢解，而与其他岩石（如陆源物质）混杂在一起，构成蛇绿质混杂岩。蛇绿质混杂岩是识别古汇聚板块边界或不同增生地体边界的重要标志之一。尤其，仰冲的弧前蛇绿岩单元和俯冲-折返的下部岩石圈板块单元通常以岩石团块的形式保留在造山带蛇绿混杂岩中，这些岩石团块记录了古板块边界增生碰撞过程的关键地质信息。

中国地质大学（武汉）Timothy Kusky教授带领的团队，在大地构造理论和方法的指导下，通过多年野外精细填图，在华北克拉通冀东杂岩中厘定出了两条新太古代蛇绿质混杂岩带，命名为遵化和上营蛇绿混杂岩。通过详细的变质岩石学、岩石地球化学和地质年代学等综合研究，认为遵化和上营蛇绿混杂岩分别归属于SSZ（俯冲带之上）和MOR（洋中脊）型蛇绿混杂岩。该研究报道了在太古宙变质杂岩区存在不同类型的蛇绿混杂岩，对古老变质地体中大地构造相的划分及识别具有重大指导意义。研究成果于2023年4月6日发表在地质学领域著名综合期刊《Earth-Science Reviews》（W.B. Ning et al., 2023），文章第一作者为中国地质大学（武汉）地球科学学院博士生宁文彬，通讯作者为Timothy Kusky教授，合作作者包括王璐教授、王军鹏副教授、邓浩副教授、黄波副研究员等。

   通过多年系统研究，研究团队在冀东杂岩遵化-上营构造带（也叫洒河桥线状构造带或遵化高级变质绿岩带）内识别出了遵化和上营蛇绿混杂岩，其中遵化蛇绿混杂岩的岩块主要由一系列成因上相互联系的弧前SSZ型超基性-基性岩石团块（橄榄岩、豆荚状铬铁矿，辉石岩，变辉长岩，变玄武岩等）组成。而上营蛇绿混杂岩主要包含N-MORB地球化学特征的变辉长岩和石榴单斜辉石岩团块。这些岩石团块均分布在强烈变形的黑云角闪斜长片麻岩以及辉石/角闪石斜长片麻岩为主的基质中，表现出“基质夹岩块”的组构特征，与显生宙混杂岩典型特征类似。

图1 （A）增生-碰撞型造山带的理想剖面及（B）造山带中混杂岩带的三维结构。注意图（A）中左右两侧两条蛇绿岩/混杂岩带的出露位置。

研究表明，遵化蛇绿混杂岩中的岩石团块构成一套近完整的弧前蛇绿岩岩石序列，这些岩石团块后期通过仰冲（增生逆冲）作用就位于俯冲带的弧前区域，记录了新太古代俯冲起始阶段弧前大洋岩石圈扩张及弧陆碰撞的岩石学证据；而东部出露的上营蛇绿混杂岩中的岩石团块代表了初始形成于大洋中脊的洋壳，后经历俯冲作用并通过俯冲隧道折返就位于弧前增生楔前端靠近海沟处，记录了新太古代洋中脊扩张及弧陆碰撞导致岩块在俯冲隧道内俯冲-折返的地质信息。W.B. Ning et al. (2023) 参照蛇绿岩的分类，将蛇绿混杂岩分为SSZ型蛇绿混杂岩和MOR型蛇绿混杂岩，并认为遵化和上营蛇绿混杂岩分别代表典型的SSZ和MOR型蛇绿混杂岩。值得注意的是，遵化和上营蛇绿混杂岩中均存在有指示超高压/高压的岩石学信息。遵化豆荚状铬铁矿中某些铬铁矿含有TiO2(Ⅱ) 包体等指示UHP条件的矿物相（Kusky et al., 2021），而上营蛇绿混杂岩中的石榴单斜辉石岩被认为是由大洋辉长岩经榴辉岩相变质而来，指示洋壳的俯冲深度曾达65–70 km（W.B. Ning et al., 2022）。

   研究团队进一步收集了对遵化及上营蛇绿混杂岩内岩石团块及其他岩石构造单元的年代学研究成果，表明太古宙俯冲带的地球动力学过程，包括洋底扩张、俯冲起始、弧陆碰撞、弧前逆冲推覆、俯冲隧道折返均发生于 < 80 Myr（百万年）（2.55–2.47 Ga）的时间范围内。将冀东混杂岩与显生宙俯冲-碰撞带（中生代阿曼弧前蛇绿岩带和西阿尔卑斯造山带）记录的地球动力学过程的持续时间进行对比，发现两者具有良好的相似性。结合华北克拉通中部造山带一系列新太古代汇聚板块边界典型及判别性地质证据，表明新太古代末的板块构造样式及产物与现代类似，现代范式的板块构造可能在新太古代末已局部启动。

图2 洋内岛弧体系简图及弧前-俯冲隧道的构造简略模型

图3 冀东杂岩内遵化和上营蛇绿混杂岩的构造演化模型。（A）早期俯冲将地壳物质带入铬铁矿中并作为铬铁矿包体被带入~410 km深度（Kusky et al., 2021）。后期高压铬铁矿相在地幔流的作用下，被携带到伸展的弧前位置并成为弧前新生大洋岩石圈中地幔端元的组成部分（Huang et al., 2021; Ning et al., 2020）。（B）重建的遵化SSZ蛇绿岩的岩石构造剖面。（C）在2.52–2.47 Ga时，弧前大洋岩石圈被增生逆冲断层所肢解，并与海沟及弧前沉积物混杂在一起，最终在增生楔（遵化-上营构造带）的西部形成遵化SSZ型蛇绿混杂岩。与此同时，洋中脊处新生洋壳俯冲到至少65–70 km处，经历榴辉岩相变质作用（Ning et al., 2022），并在俯冲隧道中与沉积物混杂在一起，在俯冲隧道内正浮力的作用下折返，最终构成增生楔（遵化-上营构造带）东部的上营MOR型蛇绿混杂岩。图C中绘制了重建的遵化SSZ型和上营MOR型蛇绿混杂岩岩石构造剖面及它们在增生楔中的位置。

论文信息：

Ning, W.B., Kusky, T.M.*, Wang, L., Wang, J.P., Deng, H., Huang, B., Meng, J.N., Wang, R.Z., Hu, D., Peng, Y.Y., Chen, Z.Y., Zhang, W.K. 2023. Neoarchean SSZ and MOR ultra-/high-pressure ophiolitic mélanges of the Eastern Hebei Complex, North China Craton: dynamics of an Archean paleo-subduction zone. Earth-Science Reviews, 240, 104403. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2023.104403