苦字是从日文转译而来,是镁的意思,因该岩石中主要造岩矿物为富镁的橄榄石,所以得名苦橄岩。

苦橄岩是富含橄榄石的超镁铁质火山岩,深色,具粒状结构,苦橄岩这一术语最初用于含橄榄石和辉石极其丰富的一类粗玄岩或玄武岩,也用来表示与含长石橄榄岩或碱性橄榄岩相对应的火山岩,以及表示辉长岩和沸绿岩的富橄榄石变种,此词中国原译辉云橄榄岩,该术语源于希腊语,意为苦,系指氧化镁含量高,有人认为成分与橄辉岩相当的火山岩称为苦橄岩,而成分相当于纯橄榄岩的火山岩称为麦美奇岩。

(一)苦橄岩

苦橄岩(picrite)成分相当于侵入岩的辉橄岩或橄榄岩,呈黑绿—黑色,隐晶质结构、斑状结构、玻基斑状结构,斑晶常见熔蚀或熔蚀麻点结构(照片4-2),基质为微晶结构和嵌晶结构等。主要矿物为贵橄榄石(50%~75%)和辉石,辉石为普通辉石和易变辉石(或紫苏辉石)。有时出现少量褐色普通角闪石和基性斜长石(5%±)。副矿物为钛铁矿、磁铁矿和磷灰石等。苦橄岩中偶见辉石捕虏晶,特点是其边部或全部与熔浆反应,生成细小辉石等矿物集合体,构成反应边或全部替代捕虏晶(照片4-1)。当岩石具典型的斑状结构时,Barker(1979)称之为斑状苦橄岩(porphyritic picrite)或称苦橄玢岩(picrite-porphyrite)。当基质为玻璃质时,称玻基斑状苦橄岩。当基质由辉石微晶组成时,称微晶苦橄岩(microlitic picrite,照片4-3)。IUGS将其归入苦橄岩。苦橄岩常同亚碱性玄武岩和辉绿岩共生。

喷出岩的主要类型

超基性岩类的喷出岩分布很少,常见的岩石为苦橄岩、科马提岩、玻基纯橄岩(麦美奇岩)、玻基辉橄岩、碳酸岩等。下面只介绍其中的两种。

图2-6 金伯利岩(产地南非金伯利)

(据Mac Kenzie et al.,1982)

斑晶为橄榄石,具有很小的蛇纹石边,少数斑晶为辉石,基质中的黑色矿物为钙钛矿(CaTiO3)

1.苦橄岩

苦橄岩(picrite)成分相当于侵入岩中的橄榄岩。矿物成分以橄榄石、辉石为主,不含或含少量的基性斜长石、普通角闪石,副矿物为钛铁矿、磁铁矿、磷灰石等。此外,还含有玻璃质,但均已脱玻化变为粘土类矿物。岩石呈暗绿色至黑色。具细粒-微粒结构、斑状结构,橄榄石大部分呈斑晶。苦橄岩的“苦”字系从日文转译而来的,是“富含镁”的意思。有人主张将成分与辉橄岩相当的喷出岩称为苦橄岩,而成分相当于纯橄岩的喷出岩称为麦美奇岩(meymechite),后者由于产在俄罗斯堪察加的麦美奇河而得名。常呈岩被、岩脉产出,可以向基性的辉绿岩过渡。

2.科马提岩

科马提岩(komatiite)是一种含镁很高的超镁铁质火山岩。因首先发现于南非科马提河流域而得名。1969年发现于南非阿扎尼亚科马提河太古宙绿岩带下部(>25亿年),后来又发现于其他地区的前寒武纪绿岩中,仅少数形成于古生代和中生代。这种岩石常与拉斑玄武岩呈互层产出于太古宙绿岩带中。主要矿物成分为含镁较高的橄榄石、富铝单斜辉石、铬尖晶石、钛铁矿及磁铁矿。科马提岩的一个重要特征是其中的橄榄石和单斜辉石具针状骸晶,平行排列成簇,分布在玻璃基质中,似鬣刺草(澳大利亚的一种草名),形成特殊的鬣刺结构(spinifex texture)(状如马颈上的长毛)(图2-7)。这种结构是熔岩迅速冷却的结果。科马提岩除产于南非外,近来在加拿大、澳大利亚也有发现,都发育于前寒武纪的造山带中。在它的底部常堆积有重大工业意义的铜镍硫化物矿床。

图2-7 科马提岩,普通辉石呈针状(加拿大,3×)

(据MacKenzie et al.,1982)

超镁铁质火山岩

超镁铁质火山岩主要包括苦橄岩、麦美奇岩和科马提岩等。

(一)苦橄岩(picrite)

苦橄岩往往产于玄武岩系的底部,常与苦橄质玄武岩共生。岩石多为斑状结构,斑晶多为橄榄石,也有少量的辉石。此外,岩石中可含少量的斜长石、角闪石、金属矿物等。橄榄石含量高达50%~75%,辉石为普通辉石,含铬透辉石、易变辉石和紫苏辉石。化学成分与富含橄榄石斑晶的大洋玄武岩的相近,但SiO2较低,其Al2O3、K2O、Na2O含量相对超镁铁质侵入岩较高,表现在矿物组成上含有一定的斜长石。

张招崇等(Zhang et al.,2006)在云南丽江地区发现了苦橄岩,其斑晶橄榄石较自形,未见扭曲变形,基质为微晶的橄榄石、透辉石和斜长石,丽江苦橄岩的地球化学特征为高MgO(18%~25%),较高的Mg#(72~83),其较高的CaO/Al2O3比值(0.84~1.11)指示其形成源区压力较高,同时其微量元素以高度富集Cr、Ni等亲铁元素为特征,研究表明该苦橄岩形成于较干的原始地幔源区。苦橄岩常常形成于与地幔柱活动有关的大陆溢流玄武岩区或者大洋溢流玄武岩区,如我国的峨眉山玄武岩省,也有少量的苦橄岩形成于与俯冲有关的岛弧环境,如加拿大大不列颠的Kamloops地区。

(二)麦美奇岩(meymechite)

麦美奇岩又称玻基纯橄岩,首次发现于西伯利亚的麦美奇河流域。岩石具玻基斑状结构,橄榄石是唯一的斑晶,基质为黑色的火山玻璃,有时含少量的钛普通辉石微晶。岩石常常出现蛇纹石化或碳酸盐化。化学成分上SiO2含量为20%~38%,铁质较高,与其他超镁铁质岩相比,麦美奇岩无金云母、镁铝榴石和铬透辉石等。

(三)科马提岩(komatiite)

科马提岩是1969年在南非阿扎尼亚马河太古宙绿岩带下部首次发现的。科马提岩常呈岩流或浅成岩体产出。岩石由高镁的橄榄石(Fo90~95)、辉石及少量金属矿物和基性玻璃组成。常见枕状构造,具独特的鬣刺结构。鬣刺结构(spinifex texture)是橄榄石(或辉石)呈细长的锯齿状晶体(或骸晶),以树枝状、放射状、交织状、蘑菇状、花瓣状或近于平行丛生,状如鬣刺草(图6-10),是高镁熔体快速结晶的产物。此外,科马提岩还具有微晶结构等,表现为橄榄石、透辉石等呈针状、柱状和纤状细小晶体。在化学成分上以高MgO(>18%)、低碱(K2O <0.9%)为特征。据SiO2和MgO的含量,科马提岩可分两类:橄榄质科马提岩(SiO2 <44%,MgO 20%~40%)和玄武质科马提岩(SiO244%~56%,MgO9%~20%),具有较低的稀土含量(REE 10×10-6~59×10-6),(La/Lu)N比值较低,约0.24~4.8。国际上常常按照CaO/Al2O3比值划分为两类(Nesbitt et al.,1979):铝亏损型(较高的CaO/Al2O3比值,约1.5,亏损Al、V、Sc和重稀土元素)和铝不亏损型(较低的CaO/Al2O3比值,约1,具有平坦的重稀土分配模式)。我国山东蒙阴地区也发现过科马提岩,其矿物组合为橄榄石、辉石、透闪石、蛇纹石和磁铁矿等,成分上表现出橄榄质科马提岩特征。目前,已提出了多种科马提岩的成因模式,例如,干地幔熔融模式、湿地幔熔融模式、板块俯冲模式、地幔柱熔融模式等,但目前地幔柱熔融模式获得了较广泛的支持。

图6-10 不同形状的鬣刺结构(据张荣隋等,2001)

国际地科联(LeBas,2000)对超镁铁质火山岩进行了化学成分分类:若岩石的MgO>12%,SiO2在30%~52%之间,且Na2O+K2O低于3%,则为苦橄岩;若MgO>18%,SiO2在30%~52%之间,且Na2O+K2O低于2%,则为科马提岩(TiO2 <1%)或麦美奇岩(TiO2>1%)。

超基性火山岩类有哪些?

超基性火山岩类(ultrabasic volcanic rocks)为化学成分分类中最贫硅(w(SiO2)<45%)的一种,相当于矿物成分分类中的超镁铁质火山岩,两者的区别在于前者以SiO2质量分数(45%)为根据,而后者以矿物成分为根据,即暗色(镁铁质)矿物含量>90%为标志。多数情况下超基性火山岩相当于超镁铁质火山岩,仅少数不太常见的岩石如玻基辉石岩等火山岩的w(SiO2)>45%,严格地说,这已不属于典型的超基性岩,但为避免术语使用上的混乱,本书统一用超基性火山岩这一术语。超基性火山岩以苦橄岩为其代表,故可称为苦橄岩类。苦橄岩类以其化学成分可划分为:

苦橄岩 w(MgO)>18%w(Na2O+K2O)>1%(一般<2%);麦美奇岩 w(MgO)>18%w(Na2O+K2O)<1%w(TiO2)>1%;科马提岩 w(MgO)>18%w(Na2O+K2O)<1%w(TiO2)<1%;它们因富镁而被称为高镁火山岩(含中基性的玻古安山岩)。

在作者提出的分类中位于表2-2和表2-3的偏碱性系列的超基性火山熔岩栏中。