1.超镁铁岩
超镁铁岩（ultramafic rocks）在化学成分上贫SiO2、K2O、Na2O，富MgO、FeO。矿物成分上镁铁质矿物（暗色矿物）含量较高，色率大于90，主要矿物为橄榄石和辉石，其次有角闪石、黑云母和斜长石，副矿物有尖晶石、铬铁矿、石榴子石、钛铁矿、磁铁矿和磷灰石。超镁铁岩主要种属为橄榄岩类和辉石岩类。根据SiO2含量，前者属超基性岩［w（SiO2）＜45%］；后者属基性岩类［w（SiO2）＞45%］。
超镁铁岩常见的产出方式有：① 呈层状产于镁铁质杂岩体中，如南非最大的Bushveld 侵入体；② 分布在环状超镁铁质-镁铁质杂岩体中心，如阿拉斯加环状杂岩体；③ 作为基性碱性杂岩体的一部分产出；④ 产在造山带的蛇绿岩套中，如我国西藏的雅江蛇绿岩带；⑤ 可在玄武质火山岩和金伯利岩中呈捕虏体（包体）形式产出，如在我国东部新生代的玄武岩中常见橄榄岩捕虏体。以前3种方式产出的，是岩浆结晶的产物，属岩浆成因；后两种超镁铁岩一般是直接由地幔岩构造侵位，或由幔源岩浆携带出地幔的，属非岩浆成因。两者在岩石学特征上有一定的差异，研究意义也有所不同。
1）岩浆成因的超镁铁岩
岩浆成因的超镁铁岩代表性的有橄榄岩和辉石岩，它们很少作为独立的岩本产出，而常与镁铁质岩共生形成杂岩体。最典型的共生组合类型是层状侵入体和环状杂岩体。
主要矿物中，橄榄石的牌号一般介于Fo70～Fo80之间，为贵橄榄石。辉石则为En70～En80的斜方辉石和单斜辉石（透辉石、普通辉石和异剥辉石），它们经常在橄榄石之后结晶，有时包围橄榄石颗粒呈反应边结构或包裹橄榄石形成包含结构；有时辉石可见出溶“页片”结构，即斜方辉石中有∥（100）的单斜辉石出溶“页片”，单斜辉石中也可有∥（100）的斜方辉石出溶“页片”；在单斜辉石和斜方辉石中，也可见到出溶的片状或针状磁铁矿、钛铁矿、钛磁铁矿等金属矿物小晶体，沿一定方向分布，称希列构造。原生角闪石为棕色的普通角闪石。黑云母为富镁黑云母或金云母。
结构主要有自形-半自形的粒状结构，常见包含结构、反应边结构和堆晶结构。蛇纹石化蚀变的橄榄岩具网状结构。岩石整体多显示块状构造和层状构造。
根据橄榄石、单斜辉石、斜方辉石和角闪石的相对含量，橄榄岩类可以划分为不同的种类（见第四章）：纯橄榄岩、辉石橄榄岩（又细分方辉橄榄岩、单辉橄榄岩，二辉橄榄岩）和角闪橄榄岩。当辉石的体积分数＞60%时称为橄榄辉石岩（细分为橄榄方辉岩、橄榄单辉岩、橄榄二辉岩）。当橄榄石的体积分数＜10%时，岩石主要由辉石组成，称辉石岩（细分为斜方辉石岩、二辉岩、单斜辉石岩）。绝大多数的橄榄岩都发生了以蛇纹石为主的蚀变，蛇纹石在CO2的作用下，还可进一步反应生成滑石和菱镁矿。蚀变的结果形成蛇纹岩、滑镁岩和石英菱镁岩。
蛇纹岩通常为致密的深色岩石，多呈黑色、暗绿色、黄绿色，具油脂光泽，密度为3.3～2.6，蚀变完全的蛇纹岩可作为玉石材料。
2）非岩浆成因的超镁铁岩
非岩浆成因的超镁铁岩实际上为直接来自上地幔的变形橄榄岩，它们与岩浆成因的橄榄岩存在程度不同的差异。
从地质产状上看，由于非岩浆成因的超镁铁岩体是由构造“侵位”形成的，因此岩体与围岩均为构造接触，而非侵入接触，接触带不存在围岩接触变质现象，岩体多呈形状不规则、大小规模不等无根的构造岩片产出。
在岩石结构构造上，蚀变程度较低的岩石（如新生玄武岩中的地幔橄榄岩捕虏体）则以常见变质变形结构和出现熔融结构与岩浆成因的超镁铁岩区别。常见结构有：
（1）原生粒状结构（protogranular texture）：粗粒（主要矿物粒径 ＞4mm），颗粒之间呈曲线接触，橄榄石中有少量的扭折带。岩石中局部地方发生了重结晶作用，大的颗粒发生了多角化，小的颗粒重结晶具接近相同的方位，在受到重结晶的这部分矿物集合体，矿物颗粒具直线边缘，呈镶嵌结构（图5-1）。
（2）碎斑结构（porphyroclastic texture）：岩石由碎斑和碎基组成，碎斑颗粒较大，可达 1cm，主要为橄榄石和顽火辉石，因应力造成的晶格位错而具强烈的扭折。碎基由粒度较小的新生变晶组成，有橄榄石、顽火辉石、透辉石、尖晶石等，可呈定向排列（图5-2）。
（3）粒状镶嵌结构（equant mosaic texture）：矿物呈近等轴的粒状，彼此以直线镶嵌接触。理想的情况是，在三矿物接触处界线平直，三个交角均为120°。
图5-1 地幔橄榄岩的原生粒状结构
（4）板状等粒结构（equant tabular texture）：橄榄石有时呈拉长状，顽火辉石多为压扁形态，矿物颗粒边界平直。岩石叶理发育，部分橄榄石具扭折带。
图5-2 地幔橄榄岩的碎斑结构
（5）部分熔融结构：是橄榄岩在源区经历过部分熔融的证据，表现为单斜辉石中出现无光性的深色物质麻点或周边出现海绵边。海绵边是由细小的辉石、橄榄石和空腔组成的，是熔融时发生的破裂所致。部分熔融进一步发展，在岩石中可形成熔融囊体。
部分岩石中可发育叶理、线理等定向组构。岩组测定表明，以捕虏体形式产出的橄榄岩，大部分具矿物的优选定向。
化学成分上，地幔橄榄岩一般比岩浆成因的橄榄岩更富MgO、Cr、Ni、Co，贫K2O、Na2O，地幔不相容元素Rb、Ba、Sr、Th、U、LREE等。尤其是早期有过部分熔融亏损的地幔橄榄岩更是如此。如西班牙、摩洛哥、法国、阿尔卑斯地区造山带橄榄岩中的LREE丰度仅为球粒陨石的0.01～0.6倍。
虽然与岩浆成因的橄榄岩具相似的矿物组合，但地幔橄榄岩中的橄榄石和斜方辉石更富MgO，因而富镁橄榄石（Fo 牌号 ＞88，高者可 ＞95）和斜方辉石（En牌号＞85，高者可＞93）常见。岩石中斜长石、尖晶石或石榴子石分别只存在于各自稳定的压力范围内（图5-3），所以对岩石的来源深度具指相意义。
图5-3 推测地幔橄榄岩的概略相图
非岩浆成因的超镁铁岩直接来自地幔，是研究地幔组成和结构的最直接的样品。一般认为，原始地幔岩的成分为二辉橄榄岩。但是，由于地幔岩是大部分镁铁质岩的岩浆源区，部分地幔岩因易熔组分的熔出而受到的改造，转变成了方辉橄榄岩或纯橄榄岩，因此常见的非岩浆成因的超镁铁岩主要有二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和纯橄榄岩。它们也是研究地幔组成和地幔热事件的重要对象。
2.镁铁质岩类
绝大部分的镁铁质岩（mafic rocks）是由地幔岩（二辉橄榄岩）部分熔融形成的岩浆经过上升侵位固结形成的，常与超镁铁岩一起形成杂岩体产出。镁铁质岩类w（SiO2）（45%～53%）比超镁铁岩高，属基性岩类，铁镁矿物的体积分数在40%～90%，一般在40%～70%之间。由于碱度的不同，镁铁质岩可分为钙碱性系列和碱性系列，前者代表性岩石为辉长岩；后者代表性岩石为碱性辉长岩。
1）辉长岩类（钙碱系列）
组合指数δ＜3，SiO2可以是不饱和的（出现橄榄石），也可以是饱和的（不出现橄榄石），富CaO、Al2O3、MgO、FeO，贫碱［w（K2O+Na2O）约4%］。岩石中Na2O一般大于K2O，CaO较稳定（质量分数为10%±），MgO、FeO变化较大。
矿物以基性斜长石和辉石为主，常见橄榄石角闪石和黑云母，不含或含少量的石英和/或钾长石，副矿物可出现磁铁矿、钛铁矿、钒钛磁铁矿、镍黄铁矿、磷灰石、锆石等。橄榄石在基性岩浆中常为首先晶出的矿物（高压的情况例外），在侵入岩平衡结晶的情况下，可与岩浆中的 SiO2反应生成斜方辉石，或残留在辉石中，形成以橄榄石为中心的反应边结构。辉长岩中的单斜辉石常见为透辉石和异剥辉石，普通辉石少见，可出现“希列”构造或斜方辉石的出溶页片。斜方辉石出现的种属较多，有古铜辉石、紫苏辉石和顽火辉石，有时可见其中有单斜辉石的出溶页片。斜长石常为拉长石或培长石。
常见结构有辉长结构和辉绿结构。
辉长结构：是辉长岩的典型结构，表现为基性斜长石和辉石的自形程度相近，均呈现半自形-他形粒状。从Di-An体系相图（图5-4）可看出，相当于镁铁质岩成分（成分点 X）的岩浆结晶时，辉石的首晶区随的增加而扩大，而斜长石的首晶区正好相反。在相当于中—深成相（6～7 km 深，≈2×108Pa）条件下，An-Di 的共结点在 50%An 左右，与基性岩浆的 An-Di 组成相当，结晶作用基本上是在共结点处由辉石和斜长石同时结晶来完成的，因此会形成两矿物自形程度相近的辉长结构（gabbro texture）（图5-5）。
图5-4 不同下 An-Di二元系
图5-5 辉长岩、辉绿岩
辉绿结构：是浅成基性侵入岩（辉绿岩）中的典型结构。斜长石和辉石颗粒大小相差不多，自形晶斜长石之间形成近三角形空隙，其中充填单个的他形辉石颗粒。在浅成相条件下，降低（＜108Pa、深度 ＜3km），Di-An 共结点移向Di一侧，相当于 X 点成分的岩浆首先结晶斜长石，直到熔体组成达共结比，辉石才同时晶出，因此形成斜长石自形程度好于辉石的辉绿结构（图5-5）。
辉长岩的进一步命名是依据岩石中斜长石、辉石、橄榄石和角闪石的相对含量（图4-9、4-10）。镁铁质侵入岩常见种属有辉长岩、斜长岩、辉绿岩：
（1）辉长岩（gabbro）：具中至粗粒结构，辉长结构，主要矿物成分是基性斜长石和单斜辉石，可含少量的橄榄石、斜方辉石、棕色普通角闪石和黑云母或少量钾长石和石英，暗色矿物和浅色矿物含量相近，呈深灰色。通常为块状构造，也见条带状或韵律层构造。根据斜方辉石和单斜辉石的相对含量可进一步分为辉长岩（Cpx＞Opx）、苏长岩（Cpx＜Opx）和辉长苏长岩（Cpx≈Opx）。当橄榄石或角闪石体积分数＞5%时，可作为前缀参加定名。
（2）辉绿岩（diabase）：为浅成相的基性侵入岩，可呈岩脉、岩墙或岩床等产状产出，暗绿或黑绿色，具典型的辉绿结构（ophitic texture），含斑晶时称辉绿玢岩。矿物成分与辉长岩相似。
（3）斜长岩（anorthosite）：斜长石体积分数＞90%，可含少量的普通辉石、古铜辉石、角闪石、橄榄石。通常具半自形或他形粒状结构。很多情况下，斜长石会发生钠黝帘石化，暗色矿物发生绿泥石化。斜长岩可构成大的独立岩体，更常见的是与辉长岩共生，位于层状侵入体的上部，表明它是辉长岩岩浆分异的结果。我国河北大庙有斜长岩分布，它与钒钛磁铁矿矿床有成因联系。
2）碱性辉长岩类
与辉长岩相比，碱性辉长岩在化学成分上富碱［w（K2O+Na2O）＞5%，可达9%，一般w（Na2O）＞w（K2O），w（K2O）＞w（Na2O）者少见］，SiO2、MgO含量比辉长岩低，而TiO2高。在矿物成分上以含大量碱性长石、碱性暗色矿物、富钛辉石、富铁云母等为特征，如果岩石碱性较强时，还会出现似长石。
碱性辉长岩除有与辉长岩类似的辉长结构、辉绿结构外，还可出现二长结构。后者表现为斜长石和碱性长石数量接近相等，斜长石自形程度好，为自形—半自形，他形的钾长石充填在斜长石间隙中。常见的岩石种类有：
（1）碱性辉长岩（alkali gabbro）：由基性斜长石或中长石、碱性辉石和正长石组成，可含霓石、棕闪石、黑云母、橄榄石、霞石。斜长石多于碱性长石，霞石含量不定。当霞石很少、正长石增加，则过渡为正长辉长岩。碱性辉长岩的浅成相侵入岩为碱性辉绿岩。
（2）霞斜岩（theralite）：又称企猎岩，主要由含钛普通辉石、基性斜长石和霞石组成，碱性长石含量很少或无，有少量的黑云母和橄榄石。暗色矿物体积分数约50%，霞石的体积分数一般较小（10%～15%）。结构特征是斜长石比碱性长石和霞石自形。
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