北祁连乌鞘岭蛇绿混杂岩地球化学特征及其构造环境

2012-09-07 03:20汪双双刘明强柳益群欧健
地质与勘探 2012年5期
关键词:蛇绿岩祁连玄武岩

汪双双,刘明强,柳益群,欧健

(1.西北大学大陆动力学国家重点实验室,西北大学地质学系,陕西西安710069;2.甘肃省地质调查院,甘肃兰州730000;3.江苏省地质调查研究院,江苏南京210018)

北祁连乌鞘岭蛇绿混杂岩地球化学特征及其构造环境

汪双双1,刘明强2,柳益群1,欧健3

(1.西北大学大陆动力学国家重点实验室,西北大学地质学系,陕西西安710069;2.甘肃省地质调查院,甘肃兰州730000;3.江苏省地质调查研究院,江苏南京210018)

乌鞘岭蛇绿混杂岩位于北祁连造山带东段,具有相对完整的蛇绿岩序列,包括:变质地幔橄榄岩单元(蛇纹岩+辉橄岩),镁铁质-超镁铁质堆晶岩单元(橄辉岩+辉石岩),镁铁质侵入岩单元(辉长岩),及基性火山岩单元(玄武岩)。依照TiO2的含量,本文从乌鞘岭蛇绿混杂岩中分出两类玄武岩,即:低Ti玄武岩(TiO2=0.55%~0.76%)和高Ti玄武岩(TiO2=1.35%~1.99%)。低Ti玄武岩大离子亲石元素含量波动较大,具明显Ti负异常,LREE呈略富集的配分模式,整体上具有弧火山岩的特征;高Ti玄武岩大离子亲石元素含量在小范围内变化,未见Nb、Ti负异常,LREE呈略亏损的配分模式,具有典型N-MORB的性质。在构造环境判别图上,低Ti玄武岩和高Ti玄武岩分别落入陆缘弧和大洋中脊环境。高Ti玄武岩是乌鞘岭蛇绿混杂岩的一部分,源于亏损地幔的部分熔融,与陆缘弧型低Ti玄武岩构造混杂在一起。乌鞘岭蛇绿混杂岩大概于中-晚奥陶世形成于北祁连造山带老虎山-毛毛山弧后盆地。

北祁连造山带蛇绿混杂岩陆缘弧弧后盆地

Wang Shuang-shuang,Liu Ming-qiang,Liu Yi-qun,Ou Jian.Geochemical features and tectonic setting of the Wushaoling ophiolite melanges,North Qilian Mountains[J].Geology and Exploration,2012,48(5):1000-1008.

0 引言

北祁连造山带夹持于华北板块和中祁连板块之间,东邻同心-固原逆冲-走滑断层,西部被阿尔金走滑断裂截切(图1),是我国最早开展蛇绿岩研究的区域之一(肖序常等,1978,1988;王荃等,1976)。多年研究表明,北祁连蛇绿岩大致形成两条带,南带主要包括熬油沟蛇绿岩(张招崇等,1999,2001;相振群等,2007),玉石沟蛇绿岩(史仁灯等,2004;侯青叶等,2005),东草河蛇绿岩(曾建元等,2007),水洞峡蛇绿岩(黄增保等,2010);北带主要包括九个泉蛇绿岩(夏小洪等,2010),大岔大坂蛇绿岩(张旗等,1998),老虎山蛇绿岩(张旗等,1997a)。夏林圻等(1995,1996),冯益民等(1996a),张旗等(1997a)在对老虎山猪嘴哑巴一带基性-超基性岩进行系统调研时,发现其与上覆阴沟群枕状熔岩夹沉积岩组成较完整的蛇绿岩套,并将该蛇绿岩形成环境定义为弧后盆地。从区域上看,研究区乌鞘岭蛇绿混杂岩向东与老虎山蛇绿岩相连,向西与扁都口地区、白泉门地区的蛇绿岩相接。本文从岩石地球化学方法入手,探讨乌鞘岭蛇绿混杂岩的源区及构造背景,丰富北祁连地区蛇绿岩的研究资料,为该区的构造演化进一步提供依据。

1 岩相学特征

乌鞘岭蛇绿混杂岩走向NWW,构造侵位于毛毛山-老虎山深大断裂带中,与区域大断裂走向一致。出露岩体长1500m,宽100m不等,与两侧的奥陶纪阴沟群火山-沉积岩系呈断层接触。由于后期构造破坏,各岩石单元相互混杂,呈大小不等的岩片产出,之间为不同类型的基质所充填(图2)。

变质地幔橄榄岩单元:蛇纹岩呈黄绿色、黑绿色,在显微镜下观察,岩石具格子状结构,局部呈叶片状及变余粒状结构,格子的空洞被叶片状蛇纹石所充填。变质辉橄岩呈灰黑、黑色,由于构造肢解作用,形成强弱不同的构造变形域,强变形域岩石呈构造片状,围绕弱变形域岩石呈波状条带展布,岩石总体破碎,遭受不同程度的蛇纹石化、帘石化,具有纤维状-显微隐晶质变晶结构。

堆晶岩单元:橄辉岩呈暗绿色、灰绿色,具变中细粒结构,遭受强烈的蚀变作用,原岩的辉石均蚀变为纤闪石,橄榄石发生蛇纹石化,主要矿物为橄榄石(30%)和普通辉石(70%),微量矿物为星散状磁铁矿、黄铁矿、镍黄铁矿等。辉石岩呈灰绿色、暗绿色,具有堆晶结构,主要由辉石组成,橄榄石少见,偶见星散状黄铁矿和磁铁矿,普遍发生蛇纹石化和滑石化。

侵入岩单元:辉长岩受到强烈的绿泥石和方解石化,从蚀变矿物组合和残留组构可看出辉长结构。斜长石强钠黝帘石化,大部分的颗粒已完全被次生矿物集合体交代,仅具板状晶形假象,残留体可见聚片双晶纹,粒径介于0.15~1.0mm间。暗色矿物则完全被绿泥石和方解石集合体交代,仅残留半自形-它形的柱状、粒状晶形假象,粒径在0.15~0.50mm之间,部分颗粒在蚀变的同时有大量的铁质析出,形成磁铁矿。

基性火山岩单元:玄武岩具斑状结构,气孔-杏仁构造。斑晶为单一的斜长石,呈自形宽板状,粒径0.3~0.4mm,遭受钠黝帘石化作用,表面较脏。基质具间隐结构,斜长石微晶杂乱分布,在形成的空隙中充填着金属矿物、隐晶质和微量的暗色矿物。斜长石微晶为细的长板条状,长轴0.1~0.4mm,强钠黝帘石化,但隐隐可见聚片双晶;暗色矿物完全被绿泥石集合体交代。气孔为不规则椭圆状,直径1.0~2.5mm,均被绿泥石、方解石和玉髓充填,玉髓多分布于气孔的边缘。

2 岩石化学与地球化学

乌鞘岭蛇绿混杂岩地球化学分析测试在国土资源部中南矿产资源监督检测中心完成,其中主量元素采用XRF方法测定,分析误差小于10%,微量元素和稀土元素采用ICP-MS法测定,经国际标准样(AGV和G2)和国家标准样(GSR-1,GSR-2,GSR-3)监控,误差小于5%。测试结果列于表1。

2.1 岩石化学

变质地幔橄榄岩:主量元素含量稳定,以低SiO2(38.2%)、TiO2(0.02%)、K2O(0.01%),Na2O (0.02%),CaO(1.25%)和Al2O3(1.19%),高MgO (36.3%)和Mg#(0.83)为特征,表明岩石主要由橄榄石+斜方辉石±尖晶石组成,具上地幔岩的矿物学特征,与阿尔卑斯型超基性岩相似,属于地幔残留物。

堆晶岩:橄辉岩具有与变质橄榄岩相似的主量元素特征,但具相对高的Na2O(1.00%),TiO2(0.08%),FeOT(9.25%)和相对低的Mg#值(0.80),属于超镁铁质堆晶岩。辉石岩SiO2含量为48.5%~48.6%,具有低TiO2(0.27%~0.29%)、FeOT(10.9%~12.3%)、MnO(0.18%~0.19%)和高MgO(13.8%~20.7%)、Mg#(0.56~0.63),相当于镁铁质堆晶岩,与超镁铁质堆晶岩相比,MgO和Mg#值较低,而SiO2、TiO2、CaO和Al2O3等含量则均较高。

侵入岩:辉长岩SiO2介于42.8%~49.2%之间,属基性岩类。与世界典型基性侵入岩体相比,辉长岩的TiO2(0.13%~0.69%),FeOT(4.18%~11.31%)和Na2O(1.07%~2.05%)含量偏低,MgO (9.45%~10.8%)和CaO(7.76%~19.2%)相应偏高,反映母岩浆的结晶分异较低。

基性火山岩:依据TiO2含量的不同,本文从乌鞘岭蛇绿混杂岩中分出两类玄武岩,低Ti玄武岩(TiO2=0.55%~0.76%)和高Ti玄武岩(TiO2= 1.35%~1.99%)。二者SiO2含量介于48.2%~51.8%之间,在TAS图解中(图3),样品点基本落入亚碱性区域(仅D8213-3具有异常高的K2O,落入粗面玄武岩区域,可能与后期的热液蚀变有关)。低Ti玄武岩和高Ti玄武岩具有相似的MgO含量和Mg#(MgO=4.63%~8.8%;Mg#=0.39~0.44),其Mg#偏低,可能与玄武岩浆早期发生过的橄榄石、辉石分离结晶作用有关,表明玄武岩为演化的岩浆。

图3 TAS图解(○-低Ti玄武岩;△-高Ti玄武岩) (Irvine TN et al,1971;Lemaitre RW et al,1989)Fig.3TAS diagram(○-Low-Ti basalt;△-High-Ti basalt)(Irvine TN et al,1971;Lemaitre RW et al,1989)

2.2 微量元素与稀土元素

变质地幔橄榄岩:变质地幔橄榄岩富集相容元素Cr(3920~4610 μg/g)、Co(90.3~109 μg/g)、Ni (221~248μg/g),贫不相容元素(Rb、Ba、K、Sr等),轻、重稀土分馏明显((La/Yb)N=7.66~66.9),配分模式呈右倾式(图4E,J),反映了一种被流体交代的残留地幔岩的特点,类似于云南哀牢山蛇绿岩变质橄榄岩单元中的方辉橄榄岩(沈上越等,1998)。

图4 原始地幔标准化微量元素蛛网图与球粒陨石标准化稀土元素配分图解。用于标准化的原始地幔来自McDonough W T&Sun S S(1995),用于标准化的球粒陨石来自Boynton W V(1984)Fig.4Primitive mantle-normalized spider-diagrams and chondrite-normalizedREE distribution diagrams.Primitive-mantle normalizing values are from McDonough W T&Sun S S(1995),chondrite normalizing values come from Boynton W V(1984)

堆晶岩:辉石岩较富集相容元素Cr(1080~1200 μg/g)、Co(68.7~105 μg/g)、Ni(216~314 μg/g),不相容元素含量波动范围大,总稀土含量较低,为球粒陨石的3~5倍,稀土配分型式略左倾,轻重稀土分馏不明显((La/Yb)N=0.78~0.84),Eu无异常或具轻微Eu负异常(图4D,I)。橄辉岩具有更高的Cr、Co、Ni含量(分别为1980μg/g,145μg/g,1520μg/ g),更低的大离子亲石元素和高场强元素含量,稀土元素配分型式为平坦型,轻重稀土基本未发生分馏((La/Yb)N=0.94),总稀土含量仅3.28μg/g,与球粒陨石相当。

侵入岩:三个辉长岩样品在微量元素蛛网图,稀土配分图解上的表现不一。PM118-6-2的轻、重稀土均发生分馏作用,稀土配分型式呈明显的右倾型((La/Yb)N=6.43),呈LREE富集趋势,与火山弧玄武岩相似;D8460-6和PM139-4-2仅轻稀土发生分馏,重稀土近于平坦,与大洋中脊拉斑玄武岩相似(图4C,H)。三个样品的δEu值介于1.05~1.73之间,具正的Eu异常,表明一定量的斜长石发生了堆晶作用。

基性火山岩:低Ti玄武岩和高Ti玄武岩的Nb含量介于2.17μg/g~5.72μg/g之间,均小于12,表明为火山弧玄武岩或者N-MORB。低Ti玄武岩Zr,Hf含量分别为:41.6~68.2 μg/g,2.02~2.89μg/g,与火山弧玄武岩相似(火山弧拉斑和钙碱性玄武岩Zr,Hf平均丰度分别为40~71μg/g,1.17~2.23μg/g)(Pearce J A,1982);高Ti玄武岩Zr,Hf含量分别为:67.8~114μg/g,4.1~5.0μg/g,大致与MORB一致(N-MORB和E-MORB的Zr,Hf平均丰度分别为90~96μg/g,2.4~2.93μg/g)(Pearce J A,1982)。

微量元素蛛网图(图4A,B)上,低Ti玄武岩的大离子亲石元素含量变化大,整体右倾,表现出明显的Ti负异常,由于后期热液蚀变,K含量变化大,图中显示Nb还是表现出相对负异常的特征,总体特征倾向于火山弧的特点;高Ti玄武岩的大离子亲石元素含量变化较为一致,整体略左型,未见Ti、Nb的异常,高场强元素含量高于低Ti玄武岩。

稀土元素配分图解(图4F,G)上,低Ti玄武岩的轻、重稀土均有分馏,其中D8213-3,D8134-7为富集型,其(La/Yb)N值分别为13.9,1.5,与岛弧火山岩相似,PM117-13-2为略亏损型,(La/Yb)N值为0.75,既不同于典型大洋玄武岩,又与弧火山岩有较大差异,推测为二者混合来源;高Ti玄武岩轻重稀土分馏不明显,整体略左倾,具典型N-MORB的特征。

3 岩浆源区

乌鞘岭蛇绿混杂岩具有完整的蛇绿岩序列,包括变质地幔橄榄岩,镁铁-超镁铁质堆晶岩,镁铁质侵入岩及基性火山岩。在基性火山岩中,本文依照TiO2的含量分出两类玄武岩(低Ti玄武岩和高Ti玄武岩)。

低Ti玄武岩的TiO2含量小于0.8%,Nb、Zr、Hf等高场强元素含量与火山弧玄武岩相似,在微量元素蛛网图上,大离子亲石元素含量变化大,表现出明显的Ti负异常,Nb总体为负异常,整体右倾,且轻、重稀土均发生分馏作用,具有岛弧玄武岩的特征。高Ti玄武岩的TiO2含量介于1.35%~1.99%之间,Nb、Zr、Hf等高场强元素含量与平均大洋中脊玄武岩一致,在微量元素蛛网图上未见大离子亲石元素的富集,Ti、Nb也未表现出异常,轻重稀土分馏不明显,稀土配分形式略左倾,具典型N-MORB的特征。

在构造环境判别图Nb-Zr-Y,Ti-Zr-Y(图5A,B)中,低Ti玄武岩和高Ti玄武岩一律落入MORB和火山弧玄武岩的叠合区。在TiO2-Zr,Ti-Zr-Sr个图解(图5C,D)中,高Ti玄武岩均落入MORB范围,低Ti玄武岩均落入岛弧钙碱性玄武岩区域,表明高Ti玄武岩源自亏损地幔,低Ti玄武岩形成于陆缘弧环境,与主微量元素地球化学分析的结论一致。

综合分析认为高Ti玄武岩是乌鞘岭蛇绿混杂岩的组成部分,低Ti玄武岩为陆缘弧玄武岩,二者构造混杂在一起。乌鞘岭蛇绿混杂岩源自亏损地幔的部分熔融。

4 时代及构造环境

根据夏林圻等(1995,1996)对北祁连山弧后盆地火山熔岩的Sm-Nd等时线测年数据,获得的同位素地质年龄为:东部老虎山地区(辉石细碧玢岩)年龄为453.56±4.44Ma;中部扁都口地区(角斑岩)年龄为464.59±21.89 Ma;西部白泉门地区(辉石玄武岩)年龄为46.88±46.3 Ma,均相当于中-晚奥陶世。从区域上看,乌鞘岭蛇绿混杂岩沿着毛毛山-老虎山深大断裂带断续展布,向东与老虎山蛇绿岩相连,向西与中部扁都口地区、白泉门地区的蛇绿岩相接,在构造上同属于北祁连造山带老虎山-毛毛山弧后盆地。乌鞘岭蛇绿混杂岩位于老虎山地区与白泉门地区之间,构造侵位的层位与老虎山地区蛇绿岩相当。乌鞘岭蛇绿混杂岩形成时代大概为中-晚奥陶世,形成于弧后盆地环境,属于SSZ型蛇绿岩。

图5 构造判别图解(○-低Ti玄武岩;△-高Ti玄武岩) (Pearce JA and Cann JR,1973;Meschede M,1986)Fig.5Discrimination diagrams(○:Low-Ti basalt;△:High-Ti basalt)

乌鞘岭蛇绿混杂岩中MOR型玄武岩与陆缘弧玄武岩混杂在一起,推测其形成过程为:北祁连洋向北俯冲形成陆缘弧(王金荣等,2003a,2003b),同时在岛弧后侧发生拉张,引发次级洋底扩张,形成老虎山弧后盆地,其向北俯冲闭合(王金荣等,2006,2008),形成乌鞘岭蛇绿岩,后经构造挤压作用将陆缘弧火山岩和乌鞘岭蛇绿岩混杂在一起,形成现在所见到的乌鞘岭蛇绿混杂岩。

5 结论

(1)乌鞘岭蛇绿混杂岩具有完整的蛇绿岩序列,包括:变质地幔橄榄岩、镁铁-超镁铁质堆晶岩、镁铁质侵入岩及基性火山岩。

(2)乌鞘岭蛇绿混杂岩大洋中脊型玄武岩与陆缘弧玄武岩构造共生在一起,但陆缘弧玄武岩并不是乌鞘岭蛇绿混杂岩的组成部分。

(3)乌鞘岭蛇绿混杂岩形成时代大概为中-晚奥陶世,形成于北祁连造山带老虎山-毛毛山弧后盆地。

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(3)农作物类型及种植面积遥感监测技术。农作物种植面积及其空间分布是旱情评估的重要依据。目前,农作物种植面积数据主要是通过抽样调查和统计部门逐级上报,此类方法不仅耗时耗力而且缺乏空间分布信息。遥感技术因其高时效、大范围和低成本等优点,被广泛应用于农作物种植面积遥感监测。根据不同农作物光谱特征的差异,通过遥感影像记录的地表信息,识别不同的农作物类型,统计农作物种植面积。通过遥感技术能够实现信息的快速收集和定量分析,大幅度减少野外工作量,有效提高工作效率。

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[附中文参考文献]

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Geochemical Features and Tectonic Setting of the Wushaoling Ophiolite Melanges,North Qilian Mountains

WANG Shuang-shuang1,LIU Ming-qiang2,LIU Yi-qun1,OU Jian3
(1.State Key Laboratory of Continental Dynamics,Geology Department of Northwest University,Xi’an,Shanxi710069;2.Geological Survey of Gansu Province,Lanzhou,Gansu730000; 3.Geological Survey of Jiangsu Province,Nanjing,Jiangsu210018)

The Wushaoling ophiolite melanges,located in the eastern part of the North Qilian orogenic belt,display a relatively complete sequence,including the meta-mantle peridotite unit(serpentinite+harzburgite),mafic-ultramafic cumulate unit(olivine pyroxenolite+pyroxenolite),mafic intrusive unit(gabbro)and basic volcanic unit(basalt).According to the content of TiO2,we divide the basalts from the Wushaoling ophiolites into low-Ti basalts(TiO2=0.55%~0.76%)and high-Ti basalts(TiO2=1.35%~1.99%).For the low-Ti basalts,the content of the LILEs has a wide range; there are obviously Ti anomalies,and they are enriched in LREE.The low-Ti basalts display typical characteristics of arc volcanic rocks.Whereas,for high-Ti basalts,the content of the LILEs changes in a narrow range;there are no Ti or Nb anomalies,and they are depleted in LREE,showing typical NMORB characteristics.In the discrimination diagrams,the low-Ti basalts sit in the continental arc setting,and the high-Ti basalts fall into the mid-oceanic ridge setting.The high-Ti basalts are part of the Wushaoling ophiolite melanges,derived from depleted mantle,which occur together with the continental arc basalts due to the later tectonic movements.The Wushaoling ophiolite melanges probably formed in the middle-late Ordovician in the Laohushan-Maomaoshan back-arc basin of the North Qilian orogene belt.

North Qilian orogenic belt,ophiolites,continental arc,back-arc basin

book=9,ebook=503

P595+P542

A

0495-5331(2012)05-1000-9

2011-09-30;

2012-01-02;[责任编辑]郝情情。

西北大学研究生交叉学科资助项目(项目编号:10YJC10)和国家自然科学基金青年科学基金项目(批准号:40802024)资助的成果。

汪双双(1984年-),女,西北大学在读博士,矿产普查与勘探专业。E-mail:sharonwang84@sina.com。

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