（一）非巖漿成因的超鎂鐵質(zhì)巖

非巖漿成因的超鎂鐵質(zhì)巖包括造山帶超鎂鐵質(zhì)巖、蛇綠巖中的超鎂鐵質(zhì)巖、呈包體形式產(chǎn)于玄武巖和金伯利巖中的超鎂鐵質(zhì)巖、大陸巖石圈剖面下部以及大洋核雜巖中的超鎂鐵質(zhì)巖。它們要么是在構(gòu)造作用下 “冷” 侵位到淺部的，要么是以包體等形式通過(guò)火山巖漿作用攜帶到地表的。

造山帶超鎂鐵質(zhì)巖巖石類型以二輝橄欖巖為主，少量的尖晶石方輝橄欖巖和純橄巖，橄欖巖中常常發(fā)生頁(yè)理和輝石巖層理（Kaczmarek et al.，2008）。該類超鎂鐵質(zhì)巖常常形成于不同溫度下的高壓－超高壓環(huán)境或者高溫條件下的中低壓環(huán)境，它們是被經(jīng)歷了玄武質(zhì)巖漿提取后的殘余地幔物質(zhì)。造山帶橄欖巖大多數(shù)形成于陸殼向地幔深俯沖過(guò)程中（60～120km），并伴隨著脆性或者韌性變形轉(zhuǎn)移到地殼下部。對(duì)于高壓－超高壓環(huán)境的地幔橄欖巖，其原巖起源于較淺（斜長(zhǎng)石橄欖巖）或中等（尖晶石橄欖巖）地幔深度（20～50km），隨著板片繼續(xù)深俯沖，將會(huì)進(jìn)入地幔深部并發(fā)生高壓－超高壓變質(zhì)作用，如果俯沖深度足夠，這些地幔橄欖巖將出現(xiàn)石榴子石等礦物組合，并具有與發(fā)生榴輝巖化作用的圍巖一致的重結(jié)晶年齡（Brueckner ＆ Medaris，2000）。而對(duì)于高溫地幔橄欖巖，其主要起源于中低壓環(huán)境的尖晶石橄欖巖在高溫條件下重結(jié)晶作用（1200℃），可能與軟流圈地幔有關(guān)。由于地幔橄欖巖侵位深度及地幔類型的不同，它們的成分受到多種源區(qū)的影響，如大洋地幔、大陸巖石圈地幔及軟流圈地幔等。例如，起源于洋殼俯沖環(huán)境的地幔巖，由于地幔楔受俯沖帶流體的影響，其橄欖巖常常發(fā)生重結(jié)晶和混染作用，而隨后的陸殼俯沖作用將導(dǎo)致這些橄欖巖最終侵位。

一般認(rèn)為，大洋巖石圈向大陸消減時(shí)，洋殼下的上地幔超鎂鐵質(zhì)巖會(huì)隨洋殼物質(zhì)一起仰沖、拼貼到大陸邊緣上，組成蛇綠巖的超鎂鐵質(zhì)巖，并常常發(fā)生葉片狀蛇紋石化。由于該類巖石常常形成于洋中脊、島弧、邊緣海等構(gòu)造環(huán)境，與俯沖造山作用密切相關(guān)，導(dǎo)致其常常受到洋底蝕變和造山變質(zhì)作用的改造。例如，巴基斯坦北部白堊紀(jì)科希斯坦島弧環(huán)境的超鎂鐵質(zhì)巖，巖石類型包括純橄巖、異剝橄欖巖、單斜輝石巖、二輝橄欖巖（Dhuime et al.，2007），研究發(fā)現(xiàn)這些超鎂鐵質(zhì)巖石是交代成因，在俯沖帶，上升的軟流圈地幔受到俯沖洋殼流體或沉積物的影響，產(chǎn)生類似玻安巖特征的熔體，這種熔體交代地幔巖形成了島弧型超鎂鐵質(zhì)巖石組合。因此，蛇綠巖中超鎂鐵質(zhì)巖在不同的構(gòu)造位置應(yīng)該具有不同的成因，除了類似島弧的交代或萃取之后的難熔殘余物理論，還有鎂鐵質(zhì)巖漿早期派生的堆積物觀點(diǎn)（即基性巖漿重力分異作用，類似于層狀巖體成因）和地幔碎塊的觀點(diǎn)。最近，楊經(jīng)綏等（2011）在西藏羅布莎蛇綠巖的地幔橄欖巖和鉻鐵礦中發(fā)現(xiàn)了金剛石和強(qiáng)還原條件下形成的特殊礦物群，這對(duì)理解蛇綠巖成因及其與地幔深部活動(dòng)的關(guān)系提供了新的視角。

蛇綠巖的侵位機(jī)制可能對(duì)不同類型的蛇綠巖的出露起到重要的控制作用。由于大洋巖石圈的巖石類型、密度、熱狀態(tài)和年齡的不同，不同類型的蛇綠巖在俯沖啟動(dòng)時(shí)的命運(yùn)就有差別，因而，弧前盆地、弧后盆地和洋中脊產(chǎn)生的大洋巖石圈，發(fā)生侵位的難易程度也有所不同（圖6－11）。在弧前環(huán)境，由于其組成物質(zhì)密度小，浮力大，俯沖難以進(jìn)行，因而這部分大洋巖石圈更容易侵位而成為弧前蛇綠巖；在弧后環(huán)境，由于俯沖導(dǎo)致的擠壓和地殼縮短，島弧發(fā)生隆升，不利于蛇綠巖侵位于地表；而在洋中脊產(chǎn)生的大洋巖石圈，由于浮力較大的海山碎塊和沉積物會(huì)從俯沖板塊中刮落下來(lái)，而且拆離作用不會(huì)深切到俯沖的巖石圈下部，因此，大洋巖石圈更傾向于向下俯沖，很難在匯聚邊緣形成洋中脊型的蛇綠巖。

圖6－11 三種環(huán)境形成的蛇綠巖的侵位模式示意圖（據(jù)Stem，2004）

世界上以包體形式產(chǎn)出的超鎂鐵質(zhì)巖分布較廣，我國(guó)東部新生代玄武巖（如漢諾壩玄武巖）和青藏高原分布大量地幔包體，其巖石類型有二輝橄欖巖、方輝橄欖巖和二輝巖等。大量的研究認(rèn)為，其中的地幔橄欖巖是原始地幔巖經(jīng)不同程度部分熔融后剩余的殘余體。

大陸地殼剖面中的超鎂鐵質(zhì)巖主要由方輝橄欖巖組成，富含頑火輝石。意大利北部的Ivrea－Verbano構(gòu)造帶（IVZ）是典型的大陸地殼剖面（馬昌前，1998；Mayer et al.，2000），該剖面出露了大量嵌入下地殼巖石的地幔橄欖巖。IVZ可以劃分出兩個(gè)主要的巖石單元，即Kinzigite組地層和基性－超基性巖組，在基性－超基性巖組中含有大量大陸地幔巖石，主要為尖晶石二輝橄欖巖和尖晶石方輝橄欖巖，少量的輝石巖和堆晶超鎂鐵質(zhì)巖石。這些大陸地幔巖呈透鏡體狀與Kinzigite組地層相互交叉接觸共存。Quick（1995）認(rèn)為該殼幔剖面是在阿爾卑斯造山運(yùn)動(dòng)之前的一次俯沖增生事件中混雜形成的，超鎂鐵質(zhì)巖是構(gòu)造侵位產(chǎn)物，否定了前人認(rèn)為是基性巖漿侵入殼幔邊界的觀點(diǎn)。

◎大洋核雜巖（Oceanic Core Complexes，OCCs）：主要出現(xiàn)在緩慢擴(kuò)張洋脊的側(cè)翼，分布在拆離斷層的下盤，在伸展背景下成圓穹狀剝露在洋底，由上地幔至下地殼巖石組成，巖石主體由橄欖輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖組成，夾帶富橄欖石的橄長(zhǎng)巖、純橄巖和方輝橄欖巖等（Ildefonse et al.，2007）。大洋核雜巖與大洋拆離斷層密切相關(guān)（圖6－12），洋脊軸部的拆離作用會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，必然會(huì)與巖漿發(fā)生相互作用，使得洋脊軸部玄武巖的化學(xué)成分與拆離作用之間存在相關(guān)性。一般地，大洋核雜巖都與更接近原生巖漿成分的玄武巖共生，這些玄武巖的結(jié)晶壓力比缺乏拆離作用的對(duì)稱地段的火山巖的結(jié)晶壓力高（Escartín etal.，2008）。

（二）火成堆晶成因的超鎂鐵質(zhì)巖

無(wú)論是環(huán)狀超鎂鐵質(zhì)巖還是層狀超鎂鐵質(zhì)巖，在野外均與相應(yīng)的鎂鐵質(zhì)－中性巖緊密共生，在巖相學(xué)和巖石化學(xué)方面表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。對(duì)于層狀巖體，早期的研究認(rèn)為，重力沉積機(jī)制的多樣性是造成巖漿成層的控制因素。但是，后來(lái)的研究提出了更多的影響因素。例如，橄欖石、磁鐵礦和輝石具有較大的密度，但卻可以呈層堆積在巖漿房頂部，而具有較小密度的斜長(zhǎng)石則可以堆積在巖漿房底部，這顯然不能簡(jiǎn)單地用重力分異解釋。目前有多種觀點(diǎn)解釋層狀巖體成因，較常見(jiàn)的是成分分層和原位結(jié)晶理論。該理論認(rèn)為，在層狀巖體中，特別是正堆晶結(jié)構(gòu)的巖石中，細(xì)長(zhǎng)的晶體在具有成分分層特征的巖漿層面上垂直生長(zhǎng)，當(dāng)結(jié)晶條件改變時(shí)，這種生長(zhǎng)過(guò)程會(huì)重復(fù)性發(fā)生，產(chǎn)生一系列礦物層理，這種過(guò)程類似于斜長(zhǎng)石的振蕩環(huán)帶的形成。

而環(huán)狀超鎂鐵質(zhì)巖體則具有同心分帶特征，核部為純橄巖，它被異剝橄欖巖、橄欖輝石巖、磁鐵輝石巖和角閃石輝石巖連續(xù)圓柱狀殼層包圍。這些殼層中，除了最外邊的普通角閃輝石巖外，都具有水平韻律層，即具有橄欖石和輝石晶體的厘米級(jí)層理，這種特征在垂直剖面中可以連續(xù)保持到幾百米厚度?？梢?jiàn)，這種構(gòu)造反映了超鎂鐵質(zhì)巖漿中晶體的沉積，并且穿過(guò)作為分異結(jié)晶順序的連續(xù)帶，巖漿體系的液相線溫度向外逐漸減小。其成因模式大致為：超鎂鐵質(zhì)巖漿侵位于巖體中心，按照液相線溫度增加的次序，自外向內(nèi)依次結(jié)晶出角閃輝石巖、磁鐵輝石巖、異剝橄欖巖和純橄巖。

圖6－12 大洋核雜巖剖面示意圖（據(jù)Escartín et al.，2008）

（三）超鎂鐵質(zhì)熔巖

苦橄巖既可能含有堆晶礦物，也可能是原生地幔巖漿直接結(jié)晶形成的（Zhang et al.，2006，2008）。O'Hara（1968）的地幔巖熔融實(shí)驗(yàn)表明，石榴子石橄欖巖在大于3GPa（＞100km）的高壓條件下，5％～30％的部分熔融程度，可形成含30％～40％橄欖石標(biāo)準(zhǔn)分子（Ol）的苦橄質(zhì)巖漿。Takahashi（1986）對(duì)二輝橄欖巖進(jìn)行的干體系的熔融實(shí)驗(yàn)表明，在5～7GPa的條件下（150～200km）熔出的巖漿MgO ＞30％，類似于太古宙的橄欖巖質(zhì)科馬提巖。實(shí)驗(yàn)資料證實(shí)，在特定的條件下，地?？梢匀鄢龈哝V的超鎂鐵質(zhì)巖漿，部分超鎂鐵質(zhì)火山巖可以代表地幔原生巖漿成分。

原生苦橄質(zhì)熔體成分與源區(qū)深度、熔融程度、溫度壓力有關(guān)。研究表明，苦橄質(zhì)熔體的形成壓力在2.5GPa以上，處于石榴子石穩(wěn)定區(qū)之內(nèi)（Woodland et al.，2002），如我國(guó)與峨眉山地幔柱有關(guān)的麗江苦橄巖（Zhang，2006），其巖漿形成于1630～1690℃、4GPa的高溫高壓環(huán)境，是在石榴子石穩(wěn)定存在條件下地幔物質(zhì)輕度熔融形成的?？嚅蠋r形成于不同構(gòu)造位置（Révillon et al.，1999），可以產(chǎn)于大洋高原，如加勒比海庫(kù)拉索島，該區(qū)的苦橄巖起源于含12％MgO的熔體，該熔體是由大洋巖石圈下部中等深度的地幔物質(zhì)發(fā)生中等程度的部分熔融產(chǎn)生的；苦橄巖也可形成于洋中脊熱點(diǎn)地區(qū)，如冰島的苦橄巖起源于含12％MgO的熔體，但是該熔體從地幔上升到地殼底部過(guò)程中發(fā)生了較強(qiáng)的分離結(jié)晶；苦橄巖也可形成于裂谷環(huán)境，如格林蘭海岸苦橄巖來(lái)源于含20％MgO的熔體，該熔體是在地幔較深位置發(fā)生低度部分熔融形成。哥倫比亞Gorgona島出露的苦橄巖具有較高的MgO含量（21％ ～26％），較低的Fe和Ni含量，具有較低的不相容元素，同時(shí)虧損重稀土元素，研究認(rèn)為起源于含石榴子石殘余地幔高度部分熔融。

一般認(rèn)為，科馬提巖巖漿是在高溫高壓（＞8GPa）條件下地幔巖石高度部分熔融（＞40％）的產(chǎn)物（Herzberg ＆ O'Hara，1998），溫度比MORB源區(qū)地幔溫度高出200～300℃。這樣的深度上，源區(qū)一般處于軟流圈內(nèi)，而成分接近地幔巖（mantle pyrolite，McDonough ＆ Sun，1995）。由于現(xiàn)今地球上很少有如此高溫高鎂的巖漿噴發(fā)，對(duì)于科馬提巖的熔融條件和構(gòu)造環(huán)境還存在較多爭(zhēng)議，目前有三種模式解釋其成因。一種觀點(diǎn)認(rèn)為科馬提巖是由干地幔源區(qū)發(fā)生30％ ～50％部分熔融形成的（Herzberg，1992），這樣的科馬提巖巖漿常常產(chǎn)生在地幔柱環(huán)境，噴發(fā)形成洋島或者大洋高原；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為科馬提巖形成于淺部、受俯沖板片流體交代影響的虧損地幔的部分熔融，由此認(rèn)為科馬提巖可以形成于較低的地幔溫度條件下（Parman et al.，2001）；第三種觀點(diǎn)結(jié)合了前兩種觀點(diǎn)，認(rèn)為科馬提巖形成于地幔柱對(duì)俯沖的大洋巖石圈的相互作用過(guò)程中（Hollings ＆Wyman，1999）。

關(guān)于麥美奇巖的成因，可以西伯利亞大火成巖省研究為例來(lái)說(shuō)明。最新的研究認(rèn)為，麥美奇巖的巖漿起源于干的二輝橄欖巖在大約7GPa壓力下的部分熔融，巖漿溫度約1650℃，遠(yuǎn)高于洋中脊環(huán)境玄武質(zhì)原生巖漿的溫度，暗示起源于軟流圈－巖石圈邊界（Ryabchikov etal.，2009）。但也有人認(rèn)為西伯利亞麥美奇巖的巖漿是方輝橄欖巖在200km深處部分熔融形成的（Sobolev et al.，2009），源區(qū)具有石榴子石和富鉀單斜輝石的殘余，認(rèn)為是在巖石圈地幔的拆沉過(guò)程中，方輝橄欖巖碎塊被上升的高溫地幔捕獲，在1650℃的高溫下熔融產(chǎn)生麥美奇巖巖漿。