PDFdoi：10.12029/gc20160104
, YANG Jie, FAN Xian-gang, CUI Jian-tang, CAI Zhen-feng, ZENG Xian-wen,, QU Xiao-xiang, ZHAI Li-ming 东昆仑造山带是中央造山系的重要组成部分[1-6],由北向南可以划分为东昆北构造带、东昆中构造混杂岩带、东昆南构造带以及布青山—阿尼玛卿构造混杂岩带4 个构造单元[7-13]。东昆中构造混杂岩带位于东昆北构造带和东昆南构造带之间,近东西向展布,以出露大量的蛇绿岩块为特征,沿该带断续出露有乌妥蛇绿岩、清水泉蛇绿岩、塔妥蛇绿岩等,其中清水泉蛇绿岩研究程度相对较高。高延林等[14]首次发现并报道了清水泉蛇绿岩,认为清水泉蛇绿岩是在新元古代晚期或早古生代早期秦—祁—昆古大洋扩张初期邻近陆壳部位不远的环境和快速扩张的条件下形成的洋壳,但是也不排除弧后扩张作用形成的可能性。其后,不同研究者对清水泉蛇绿岩的时代和性质进行了研究,如郑健康[15]、Yanget al. [16]、朱云海等[9]、陆松年等[17]相继获得清水泉蛇绿岩的同位素年龄为1279 Ma (Sm-Nd 等时线)、(518±3) Ma (TIMS 锆石U-Pb)、(1372±85) Ma (Sm-Nd 等时线)、(522.3±4.1) Ma (TIMS 锆石U-Pb) ; 王国灿等[18]认为清水泉地区蛇绿岩主要形成于中元古代,不排除有部分早古生代蛇绿岩的构造侵位,而李怀坤等[19]认为Sm-Nd等时线年龄可靠性较低,清水泉蛇绿岩年龄应该在520 Ma左右; Yang et al.[16]和殷鸿福等[7]认为清水泉蛇绿岩形成于拉张的小洋盆环境,但是也有研究者认为清水泉地区镁铁质-超镁铁质岩并不是蛇绿岩组合,可能是大陆之下的岩石圈地幔单元组分[20]。冯建赟等[11]在都兰可可沙地区发现一套镁铁质-超镁铁质杂岩,研究认为其是清水泉蛇绿岩的延伸,并获得镁铁质杂岩中辉长岩的锆石U-Pb 年龄为(509.4±6.8) Ma; Li et al.[21]获得科科可特镁铁质岩锆石U-Pb 年龄为(501±7) Ma,代表弧后盆地或小洋盆构造环境。上述资料表明对于东昆中构造带蛇绿岩的时代、构造属性等还存在较大争议,这也影响了对东昆中地区古洋盆属性的判断。
笔者在东昆仑东段都兰县沟里地区进行1∶5 万区域地质调查时,在清水泉以东约25 km 处的长石山一带新填绘出一条构造混杂岩带,并在混杂岩带中发现了蛇绿岩岩块(包括玄武岩、辉长岩、辉绿岩、蛇纹岩等) 。本文通过对长石山地区新发现的蛇绿岩的年代学、地球化学研究,讨论其形成时代、性质和构造环境,以期为研究东昆中构造带乃至东昆仑造山带的构造演化提供基础地质资料。
1 区域地质研究区位于东昆仑造山带东段东昆中构造混杂岩带内,该带呈NW—NWW向展布,是划分东昆北构造带与东昆南构造带的重要边界(图 1-a) ,也是一条多旋回复合的碰撞缝合带[22]。东昆中构造混杂岩带具有复杂的物质组成和构造变形。区域上,卷入东昆中构造混杂岩带的地层单元主要包括变质基底岩系(古元古界白沙河岩组、中元古界小庙岩组、中元古界苦海岩群) 、下古生界纳赤台岩群(Pz1N.) 、下泥盆统契盖苏组(D1qg) 、下石炭统哈拉郭勒组(C1hl) 、上石炭统浩特洛洼组(C2ht) 、下三叠统洪水川组(T1h) 。古元古界白沙河岩组(Pt1b.) 主要岩性为黑云斜长片麻岩、白云质大理岩、钙硅酸粒岩、含橄榄石大理岩、大理岩,夹含黑云(角闪) 变粒岩、石榴石黑云(角闪) 斜长片麻岩、石英岩、云母石英片岩、长石石英岩等。中元古界小庙岩组(Pt2x.) 以石英质岩石为主,夹有斜长角闪岩、长英质片麻岩等,为浅海陆源碎屑沉积,代表了较为稳定环境的沉积产物。中元古界苦海岩群(Pt2K.) 主要由黑云石英片岩、条带状大理岩、变粒岩、斜长角闪片岩、黑云斜长片麻岩等岩石组成。下古生界纳赤台岩群(Pz1N.) 在长石山混杂岩带北侧出露岩性主要为变砂岩、千枚岩和碳酸盐岩,在乌妥—科科可特—达瓦特沟—带及各纳各热—肯地岗一带出露岩性主要为石英片岩和绿片岩,陈有炘等[23]获得变火山岩(绿片岩) 的LA-ICP-MS 锆石U-Pb 年龄为(474±7.9) Ma,代表弧后盆地产物。下泥盆统契盖苏组(D1qg) 为一套磨拉石建造,主要分布于长石山西侧,下部以碎屑岩为主夹火山岩,上部为火山岩夹碎屑岩,下部流纹岩的锆石U-Pb 年龄为(414±15) Ma (项目未刊资料) 。下石炭统哈拉郭勒组(C1hl) 主要分布于清水泉—塔妥—曲什昂一带,岩石类型主要为海陆交互相碳酸盐岩及碎屑岩,自下而上可以分为砂岩夹灰岩段、钙质细砂岩段以及生物碎屑碳酸盐岩段。上石炭统浩特洛洼组(C2ht) 主要分布于东昆南构造带的哈嘎诺尔沟和瑙木浑牙马托一带,主要岩性为灰岩、钙质粉砂岩、粉砂岩、砂岩等。下三叠统洪水川组(T1h) 为一套弧前盆地沉积[24],在东昆中构造带零星出露。此外沿该带断续出露有乌妥蛇绿岩、清水泉蛇绿岩、塔妥蛇绿岩、吉日迈蛇绿岩以及岛弧型岩块、碳酸盐岩块等,各岩石单元均呈断块形式构造混杂叠置在一起。东昆中构造混杂岩带还发育断续分布的韧性剪切带,在带内形成糜棱岩、千糜岩等动力变质岩,李小兵等[25]研究认为该带至少经历2 期韧性剪切作用。东昆中构造混杂岩带两侧地质特征具有明显差异性,北侧出露前寒武纪变质基底,以发育大量的弧岩浆岩为特征,该带的岛弧型岩浆岩主要与东昆中古洋盆的向北俯冲相关; 南侧为东昆南构造带,出露地层有前寒武纪变质基底、中元古代狼牙山组、早古生代纳赤台岩群及未变质的晚古生代—新生代沉积地层,发育与布青山—阿尼玛卿原特提斯洋、古特提斯洋演化相关的加里东期、晚华力西期—印支期构造-岩浆活动。
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图1 长石山地区地质简图 —第四系; 2—下三叠统洪水川组; 3—下泥盆统契盖苏组; 4—下古生界纳赤台岩群; 5—中元古界苦海岩群; 6—古元古界白沙河岩组;7—中三叠世正长花岗岩; 8—早三叠世二长花岗岩; 9—中志留世二长花岗岩; 10—中志留世花岗闪长岩; 11—中志留世英云闪长岩;12—中奥陶世花岗闪长岩; 13—中奥陶世角闪闪长岩; 14—灰岩岩块; 15—白云岩岩块; 16—硅质岩岩块; 17—砾岩岩块;18—变石英砂岩岩块; 19—玄武岩岩块; 20—辉长岩岩块; 21—辉绿岩岩块; 22—蛇纹岩岩块; 23—千糜岩; 24—断层及产状; 25—层理;26—面理; 27—片麻理; 28—剖面位置; 29—同位素样品采样位置 Fig.1 Simplified geological map of Changshishan area 1-Quaternary; 2-Lower Triassic Hongshuichuan Formation; 3-Lower Devonian Qigaisu Formation; 4-Lower Paleozoic Nachitai Rock Group;5-Mesoproterozoic Kuhai Rock Group; 6-Paleo-Proterozoic Baishahe Rock Formation; 7-Middle Triassic syenogranite; 8-Early Triassicmonzonitic granite; 9-Middle Silurian monzonitic granite; 10-Middle Silurian granodiorite; 11-Middle Silurian tonalite; 12-Middle Ordoviciangranodiorite; 13-Middle Ordovician amphibolite; 14-Limestone; 15-Dolomite; 16-Chert; 17-Conglomerate; 18-Variable quartz sandstone;19-Basalt; 20-Gabbro; 21-Diabase; 22-Serpentinite; 23-Phyllonite; 24-Fault and attitude; 25-Stratification; 26-Foliation; 27-Gneissosity;28-Location of profile; 29-Sampling position |
长石山地区蛇绿岩遭受多期构造活动的破坏,已被构造“肢解”成为混杂岩块,以大小不一的构造岩块或透镜体形式产出于构造混杂岩带中,长轴方向为NWW向,与区域构造线一致(图 1-b) 。蛇绿岩岩石组合包括蛇纹岩、辉长岩、辉绿岩、玄武岩、含泥炭硅质岩等(图 2) 。各蛇绿岩组分之间为断层接触或被混杂岩带基质分隔,混杂岩带基质为强变形的千糜岩,岩块与基质亦为断层接触。与典型蛇绿岩套(底部为变质橄榄岩和堆积橄榄岩,上部为层状辉长岩、席状辉绿岩墙和枕状熔岩以及顶部覆盖的含放射虫远洋硅质岩等沉积岩系) 的完整层序虽然存在一定程度的差距,但从野外分布及岩石组合整体特征上来看,仍然是一个岩石组合较为完整的蛇绿岩套。
长石山地区蛇绿岩中蛇纹岩蛇纹石化强烈,原岩的矿物成分、结构等特征肉眼已经无法辨别,蛇纹岩表面常见不同方向的擦痕(图 3-a) ,暗示蛇绿岩在构造侵位过程及以后可能发生过多次不同方向的构造运动。辉长岩大都呈块状,局部可见堆晶结构(图 3-b) 和弱片麻状构造。辉绿岩为块状(图 3-c) ,发育典型辉绿结构。玄武岩出露面积相对较大,有块状玄武岩和枕状玄武岩(图 3-d) ,枕状玄武岩的岩枕大小一般在30 cm 左右,岩石普遍发生强蚀变,局部碎裂化。含泥碳硅质岩出露规模较小。
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图2 长石山地区蛇绿岩剖面图 1—纳赤台岩群白云质灰岩; 2—白云岩岩块; 3—中三叠世正长花岗岩; 4—枕状玄武岩岩块; 5—辉长岩岩块; 6—蛇纹岩岩块;7—钙质绢云千糜岩; 8—产状; 9—逆断层 Fig.2 Geological section of ophiolite in Changshishan area 1-Dolomite limestone of Nachitai Rock Group; 2-Dolomite; 3-Middle Triassic syenogranite; 4-Pillow basalt; 5-Gabbro; 6-Serpentinite; 7-Phyllonite; 8-Attitude; 9-Reverse fault |
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图3 长石山蛇绿岩野外和镜下照片 a—蛇纹岩野外露头及擦痕; b—辉长岩堆晶结构; c—辉绿岩野外露头; d—枕状玄武岩野外露头; e—辉绿岩显微照片;f—枕状玄武岩显微照片; Di—透辉石; Pl—斜长石 Fig.3 Field and microscopic features of the Changshishan ophiolite a-Outcrop and scratches of serpentinite; b-Cumulative texture of gabbro; c-Outcrop of diabase; d-Outcrop of pillow basalt; e-Microphotograph of diabase; f-Microphotograph of pillow basalt; Di-Diopside; Pl-Plagioclase |
通过野外宏观特征和室内显微特征观察,长石山地区蛇绿岩岩石类型包括蛇纹岩、辉长岩、辉绿岩、玄武岩以及含泥碳硅质岩等
。蛇纹岩呈墨绿-灰黑色,块状构造,具纤维状变晶结构,基本都由蛇纹石组成,蛇纹石含量在96%以上,此外还含有少量磁铁矿、滑石细脉、菱镁矿细脉。辉长岩有细粒辉长岩和中粗粒辉长岩。
细粒辉长岩发生强蚀变,呈深灰色,具残余细粒辉长结构、碎裂化结构,块状构造,主要由纤闪石(54%~55%) 和斜长石(45%~46%) 组成,矿物粒径大多在1.5~2 mm,纤闪石是由辉石纤闪石化形成,纤闪石还残留有辉石特征,斜长石和辉石的自形程度相似,都呈半自形-他形粒状,构成辉长结构。中粗粒辉长岩具辉长结构,发育明显的堆晶结构和堆晶条带,堆晶晶体主要为斜长石,次为辉石。斜长石呈自形—半自形板柱状,具有聚片双晶,部分绢云母化,表面浑浊。辉石呈自形—半自形短柱状,无色或浅绿色,部分表面色不均匀,正高突起,具辉石式解理,Ⅰ~Ⅱ级干涉色,部分绿帘石、角闪石化(显示角闪石式解理) ,但保留辉石假象。
辉绿岩具细粒辉绿结构(图 3-e) ,块状构造,主要由斜长石(47%~48%) 、透辉石(37%~38%) 、绿泥石(11%~12%) 组成,此外还含有少量方解石、磁铁矿、绿帘石等。岩石中长石呈细小的半自形板状,表面浑浊,发生高岭土化、绿帘石化,隐约显示钠氏双晶,晶体杂乱排列,形成的三角形间隙中充填透辉石等,构成辉绿结构。
辉绿玢岩呈灰绿色,具斑状结构,基质具含长嵌晶结构,块状构造。岩石斑晶含量在5%~10%,斑晶以斜长石为主,个别为纤闪石,斜长石斑晶呈半自形板状,已发生钠长石化,粒径大小0.5~2 mm,纤闪石斑晶含量较低,大小在0.5 mm左右,为暗色矿物蚀变形成,斑晶杂乱分布。基质矿物含量约在90%以上,基质主要由斜长石(>50%) 、透辉石(30%~35%) 组成,基质中斜长石呈细板条状杂乱分布,其间分布有暗色矿物,呈含长结构。暗色矿物是透辉石,呈等轴粒状,粒径小于0.1 mm,均匀分布于斜长石之间。岩石中还见少量次生绿泥石脉和褐铁矿细脉。
玄武岩呈灰-灰绿色,具间隐结构(图 3-f) ,显微嵌晶含长结构,块状构造或枕状构造,岩石主要由斜长石(60%~70%) 和透辉石(30%~40%) 组成。斜长石呈细小的板条状杂乱分布,其间分布有暗色矿物透辉石,有些较大的透辉石中有细小的板条状斜长石嵌晶,呈嵌晶含长结构。透辉石粒度较细,大小在0.05 mm~0.1 mm×0.2 mm~0.5 mm,与斜长石混杂,均匀分布,已发生蚀变。岩石中还发育次生绿帘石脉体,脉体中绿帘石结晶粗大,脉宽3~8mm,切穿玄武岩分布。
含泥炭硅质岩呈深灰色,含泥隐晶结构,层状构造,岩石成分主要为隐晶石英(87%~88%) ,其次为炭泥质(12%~13%) ,隐晶石英颗粒细小,粒径一般都小于0.004 mm,炭泥质成分均匀分布,并明显定排列,形成层状构造,岩石中还发育细小的石英脉,杂乱贯入。
4 同位素年代学在详细野外地质调查和镜下观察的基础上,选择从长石山地区蛇绿岩中采集新鲜无脉体贯入的中粗粒堆晶辉长岩样品(3573-2) 进行测年,样品采集重量大于30 kg,采样坐标为N: 35°38′35.39″,E:98°35′07.67″。
4.1 测试方法岩石样品在河北省地勘局廊坊实验室经过破碎、常规重力和磁选方法分选出约1000 粒锆石,然后在双目镜下挑选晶型较好、干净透明的锆石制作样靶。锆石制靶在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成,阴极发光在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室扫描电镜加载阴极发光仪上完成。锆石U-Pb 同位素测定在西北大学大陆动力学国家重点实验室激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS) 上完成,测试数据处理采用GLITTER 程序,并用Andersen 软件对测试数据进行铅校正,年龄计算以及协和图绘制采用ISOPLOT 软件完成。详细的实验流程、原理、仪器参数等见文献[26-27]。
4.2 锆石特征选自辉长岩样品(3573-2) 的锆石晶粒呈无色透明至浅黄色,多数为短柱状、半截锥状晶体,晶体颗粒自形程度较高,长度介于70~120 μm,宽度介于50~110 μm,晶体长宽比大多为2∶1。阴极发光(CL) 图像(图 4-a) 显示大多数锆石具有典型的岩浆韵律环带,无明显的残留核,表明锆石为岩浆结晶产物。从表 1可以看出只有一个锆石的Th/U 比值为0.02,其他锆石的Th/U比值(0.26~0.64)均大于0.1; 锆石的轻稀土总量较低(3.68×10-6~31.47×10-6) ,重稀土总量较高(161.97×10-6~1379.80×10-6) ,(Gd/Yb) N比值均小于1(表 2) ,具有轻稀土亏损,重稀土明显富集的曲线特征(图 4-b) ,曲线还显示明显的Ce正异常和Eu负异常,这些特征均指示锆石为岩浆成因[28-29]。为了保证数据的准确和可靠性,测点位置都选在岩浆成因的明暗相间的震荡环带上。
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图4 长石山蛇绿岩中辉长岩(3573-2) 代表性锆石CL图像、年龄值及锆石REE配分图(球粒陨石标准化值据[30]) 注解 Fig.4 Representative zircon CL images, ages and REE abundances of zircons (chondrite data for normalization after reference [30]) for gabbro (3573-2) from Changshishan ophiolite |
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表1 长石山蛇绿岩中辉长岩(3573-2) 的LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测试结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotope data of gabbro (3573-2) from Changshishan ophiolite |
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表2 长石山蛇绿岩中辉长岩(3573-2) 锆石稀土元素含量（10-6）测试结果 Table 2 Rare earth element composition of gabbro (3573-2) zircon from Changshishan ophiolite/10-6 |
样品3573-2 中锆石共测试了30 个点,有6 个锆石打穿,测点数据明显偏离谐和线,去除这6 个测点剩余24 个测点为有效点,24 个有效测点的206Pb/238U和207Pb/235U 谐和性较好,其206Pb/238U 加权平均年龄为(537.2±3.5) Ma (MSWD=0.0023) (图 5) ,代表了蛇绿岩中辉长岩的结晶年龄。因此,本文认为长石山地区蛇绿岩的形成年龄为(537.2±3.5) Ma,其形成时代属于早寒武世。
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图5 长石山蛇绿岩中辉长岩(3573-2) 锆石U-Pb谐和图 Fig.5 Zircon U-Pb concordia diagram of gabbro (3573-2) from Changshishan ophiolite |
本研究用于岩石地球化学测试的样品均采自长石山地区,其中蛇纹岩采集4 件,辉长岩采集5件,玄武岩采集7 件,分析测试在咸阳市核工业203研究所分析测试中心完成,分析项目包括主量元素、稀土元素和微量元素,分析结果见表 3。由于本区岩石普遍遭受不同程度的蚀变,烧失量较大,蛇纹岩的烧失量均大于12%,辉长岩和玄武岩的烧失量基本都大于2%,所以,对这些样品的主量元素在去除烧失量后进行归一化,下面的讨论和作图均按照归一化后的数据进行。
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表3 长石山蛇绿岩的主量元素(%) 和微量元素(10-6) 分析数据 Table 3 Major element (%) and trace element (10-6) data for Changshishan ophiolite |
蛇纹岩的烧失量普遍较大,均大于12%,去掉烧失量重新计算,岩石的SiO2 含量为43.90%~45.92%,平均为45.18%; TiO2含量非常低,为0.01%~0.06%,平均为0.03%,低于大洋中脊地幔的TiO2含量(0.1%~0.4%) ,而符合消减带之上的蛇绿岩中相应岩石的TiO2 含量(<0.1%) [31]; MgO 含量较高,为43.83%~45.13%,平均为44.24%,在世界典型蛇绿岩中地幔方辉橄榄范围内(MgO=39.6%~48.4%) ,而高于典型二辉橄榄岩(MgO=38.98%) [32]; Na2O 和K2O含量较低且变化大,分别为0.08%~0.46%(平均为0.18%) 和0.03%~1.13%(平均为0.31%) ; Al2O3含量变化较大,为0.58%~2.69%,平均1.19%; CaO 含量较低,为0.06%~0.25%,平均为0.13%; TFe2O3含量在7.63%~9.59%,平均为8.66%。
五件辉长岩样品的主量元素含量较稳定,归一化后,辉长岩的SiO2含量为48.70%~50.70%,在基性岩范围内,TiO2=0.17%~0.21%,MgO=9.06%~10.89%,Na2O=2.40% ~3.55% ,K2O=0.23% ~0.27% ,Al2O3=15.72%~16.77%,CaO=10.49%~11.97%,岩石整体具有低TiO2(平均为0.19%) 、贫K2O(平均为0.25%) 、富Na2O(平均为3.02%) 、高Al2O3(平均为16.33%) 的特征,而高Al是消减带典型的岩石类型[33]。
玄武岩样品主量元素归一化后,SiO2 含量为48.95%~54.24%,平均为51.13%,属于基性岩类;TiO2含量为0.75%~1.30%,平均为1.04%,类似于弧后盆地玄武岩(TiO2为0. 7%~2.0%) [34]; MgO含量较高,为4.46%~8.76%,平均为7.02%; Na2O 含量为2.24%~3.65%,平均为2.99%; K2O含量变化较大,为0.17%~1.95%,平均为0.89%; Al2O3 含量变化较大,在13.11%~17.95%,较高的Al 含量暗示岩石可能形成于消减带环境; CaO 含量为7.11%~11.29%,平均为9.01%; TFe2O3 含量为9.69%~14.90%,平均为12.75%; P2O5含量为0.07%~0.26%,平均为0.13%。
在Al2O3-CaO-MgO图解(图 6-a) 中,蛇纹岩样品均落在变质橄榄岩区域内,表明本区蛇纹岩的原岩为橄榄岩类,所有辉长岩样品均落入镁铁堆积岩区域内,反映了岩石的堆晶成因,与野外特征相符。在Nb/Y-Zr/TiO2×10-4图解(图 6-b) 中,所有玄武岩样品点都落入亚碱性玄武岩区域,AFM 图解(图 6-c) 显示样品主体为拉斑系列。
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图6 长石山蛇绿岩Al2O3-CaO-MgO图解(据[32])、Zr/TiO2×10-4-Nb/Y图解(据[35])、AFM图解(据[36]) Fig.6 Al2O3-CaO-MgO diagram (after reference [32]), Zr/TiO2×10-4-Nb/Y diagram (after reference [35]) and AFM diagram (after reference [36]) of Changshishan ophiolite |
蛇纹岩的稀土元素总量较低,ΣREE=5.01×10-6~11.67×10- 6,平均为7.31×10- 6; ΣLREE=4.51×10- 6~10.07×10-6,ΣHREE=0.29×10-6~1.60×10-6,ΣLREE/Σ HREE=6.31 × 10- 6~18.94 × 10- 6,(La/Yb)N=13.14~49.44,(La/Sm)N=3.25~7.55,(Gd/Yb)N=1.76~5.38,表明岩石的稀土元素分馏明显,轻稀土较重稀土富集,且重稀土元素含量变化较大。4 个蛇纹岩样品中,有2 个样品的δ Eu 分别为0.32 和0.35,具有明显的Eu 负异常,2 个样品的δ Eu 分别为1.01 和1.11,无异常或略具正异常。在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图中(图 7-a) ,配分曲线具开阔U形特征,显示中稀土略微亏损,轻稀土较重稀土略微富集。原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 7-b) 总体具有左高右低的特征,其中Cs、Rb、Ba 等大离子亲石元素明显富集,K、Ti、P亏损。
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图7 长石山蛇绿岩的球粒陨石标准化REE配分模式图(球粒陨石标准化值据[30]) 和原始地幔标准化微量元素蛛网图(原始地幔标准化值及E-MORB值据[37]) Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (chondrite data for normalization after reference [30]) and trace element spider diagram (values of primitive mantle and E-MORB after reference [37]) of Changshishan ophiolite |
辉长岩的稀土元素总量相对低,轻稀土含量变化范围大,ΣREE=21.93×10-6~67.88×10-6,ΣLREE=16.27×10- 6~63.55×10- 6,ΣHREE=3.36×10- 6~4.33×10- 6,Σ LREE/Σ HREE=4.24 × 10- 6~14.69 × 10- 6,(La/Yb)N=3.78~15.10,(La/Sm)N=3.58~8.53,(Gd/Yb)N=0.93~1.45。球粒陨石标准化稀土元素配分曲线呈明显的右倾型(图 7-c) ,显示轻稀土较重稀土富集,稀土含量较E-MORB稍低。5 个样品中有4 个样品的δ Eu 值大于1.1,显示Eu 正异常,1 个样品基本无Eu异常。在原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 7-d) 上可以看出,整体呈左高右低的斜坡,Cs、Ba、Th、Sr 等元素较富集,K、Rb、P、Ti相对亏损。
玄武岩的稀土总量偏低,ΣREE=37.34×10- 6~57.30×10-6,平均值为44.19×10-6; 轻稀土ΣLREE=26.78×10- 6~41.43×10- 6,平均为31.85×10- 6,重稀土ΣHREE=10.56×10-6~15.87×10-6,ΣLREE/ΣHREE=2.41~2.94,平均为2.59,(La/Yb)N=1.72~2.19,(La/Sm)N=1.25~1.70,(Gd/Yb)N=1.04~1.32,表明轻重稀土分异不太明显,但轻稀土较重稀土略微富集。δ Eu=0.72~1.05,平均为0.88,总体具有微弱的负铕异常。球粒陨石标准化稀土配分曲线显示总体为轻稀土略有富集的右倾曲线(图 7-e) ,与N-MORB明显不同,而与E-MORB极为相似。在原始地幔标准化微量元素蛛网图上(图 7-f) ,Cs、Rb、Ba、Th等大离子亲石元素相对富集,K相对亏损,且变化较大; 高场强元素含量变化较小,是原始地幔的10 倍左右,Nb 轻度亏损,P 具有明显负异常。微量元素含量整体高于原始地幔,表现为略向右倾的近平坦型。
6 讨论 6.1 形成环境玄武岩是蛇绿岩地球化学研究的最佳对象[38],因此更适合用来判别蛇绿岩的形成环境。本文根据长石山蛇绿岩中玄武岩的地球化学特征,并结合构造环境判别图和区域地质资料,综合讨论长石山蛇绿岩的形成构造环境。
长石山蛇绿岩中玄武岩具有轻稀土较重稀土富集的特征,稀土含量与Sun et al. [37] 给出的EMORB相当,在球粒陨石标准化稀土配分图(图 7-e) 中,玄武岩的配分曲线也与E-MORB一致。岩石的Ce/Zr(0.15~0.23,平均为0.18) 和Zr/Y(2.34~3.80,平均3.14) 比值与E-MORB 的特征(Ce/Zr 为0.21,Zr/Y 为3.32) [37]相似。在Ti/100-Zr-Y×3 图解(图 8-a) 中,样品点都落入B区,即洋脊玄武岩区域内,在Nb×2-Zr/4-Y×3 图解(图 8-b) 中,样品点亦落入洋脊玄武岩(P-MORB 和N-MORB) 区域内;在La/Yb、Sm/Y、Zr/Y、Y/Yb 与Nb/Yb 的关系图解(图 9) 中,所有玄武岩样品点都落入地幔序列,且靠近E-MORB区域,显示E-MORB特征,表明岩石可能起源于E-MORB型富集地幔。
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图8 长石山蛇绿岩中玄武岩的Ti/100-Zr-Y×3 图解(a, 据[39]) 和Nb×2-Zr/4-Y×3 图解(b, 据[40]) Fig.8 Ti/100-Zr-Y×3 diagram (after reference [39]) and Nb×2-Zr/4-Y×3 diagram (after reference [40]) of basalt from Changshishan ophiolite |
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图9 长石山蛇绿岩中玄武岩的源区判别图解(据[41]) Fig.9 Magma derivation plots of basalt from the Changshishan ophiolite (after reference [41]) |
然而,微量元素蛛网图(图 7-f) 显示,岩石相对富集Cs、Rb、Ba、Th等大离子亲石元素,高场强元素呈平坦型分布,Nb轻度亏损,P 明显亏损,指示成岩过程中可能有消减带流体或地壳物质参与[42],且Hf/Th=0.39~1.52(<8),Th/Yb=0.42~2.24(>0.1),Th/Nb 均大于0.07(0.28~0.64),Nb/La 均小于0.8(0.02~0.09),显示出岛弧钙碱性玄武岩特征[43]。在TiO2-FeOT/MgO图解(图 10-a) 中,样品点主要落入岛弧玄武岩区域内,且具有与MORB过渡的特征; 在Hf/3-Th-Nb/16 图解(图 10-b) 中,样品点落入岛弧玄武岩区域内; 在V-Ti 图解(图 11-a) 中,样品点主要投于MORB与岛弧拉斑玄武岩的重合区域或界线附近,暗示岩石具MORB与岛弧的双重特征。
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图10 长石山蛇绿岩中玄武岩的FeOT/MgO-TiO2图解(据[39]) 和Hf/3-Th-Nb/16 图解(据[44]) Fig.10 FeOT/MgO-TiO2 diagram (after reference [39]) and Hf/3-Th-Nb/16 diagram (after reference [44]) of basalt from the Changshishan ophiolite |
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图11 长石山蛇绿岩中玄武岩的V-Ti图解(据[45]) 和V/Ti-Zr图解(据[44]) Fig.11 V-Ti diagram (after reference [45]) and V/Ti-Zr diagram (after reference [44]) of basalt from the Changshishan ophiolite |
上述地球化学特征表明长石山蛇绿岩中玄武岩兼具E-MORB 和IAB 特征,而这种既有MORB特征又有岛弧玄武岩特征的岩石,通常为消减带之上的弧后盆地次级扩张形成的弧后盆地玄武岩所特有[46-47],在Zr-V/Ti 图解(图 11-b) 中,样品基本都落入弧后盆地玄武岩区域内,进一步指示长石山蛇绿岩中玄武岩形成于弧后盆地环境。
另外,位于东昆中构造带南部的布青山—阿尼玛卿构造带中发育早古生代MOR型蛇绿岩,是原特提斯洋洋壳的残迹[48]; 都兰可可沙地区镁铁质-超镁铁质杂岩、科科可特镁铁质岩年龄分别为(509.4±6.8) Ma[8]和(501±7) Ma[21],均形成于弧后盆地或小洋盆环境; 与长石山蛇绿岩同属于东昆中构造带的清水泉蛇绿岩、乌妥蛇绿岩以及曲什昂蛇绿岩都为早古生代弧后盆地型蛇绿岩(裴先治,未刊) ,这些区域地质资料也印证了长石山蛇绿岩的构造属性。
综上所述,长石山蛇绿岩形成于弧后盆地环境,是位于俯冲消减带之上的弧后盆地扩张的产物,为SSZ 型蛇绿岩,与布青山—阿尼玛卿原特提斯洋的向北俯冲密切相关。
6.2 构造意义新元古代末期,受控于Rodinia 超大陆裂解事件下的全球统一构造和动力学机制,东昆仑地区整体处于离散状态。东昆仑金水口南形成于大陆裂谷环境的变余辉长岩((796±41) Ma) [49]、小庙地区形成于大陆拉张带或裂谷初期环境的基性岩脉((733.6±6.6) Ma) [50]就是对Rodinia 超大陆裂解事件的响应,表明至少从(796±41) Ma开始,东昆仑地区已经开始裂解。随着东昆仑地区进一步拉张裂解和成洋,形成了以苦海地区洋岛型辉长岩((555±9) Ma) [51]、阿尼玛卿玛积雪山地区早古生代洋脊型辉长岩((535±10) Ma) [51]、布青山地区得力斯坦MOR 型蛇绿岩((516.4±6.3) Ma) [48]、布青山地区得力斯坦东可可尔塔MOR型蛇绿岩(452~467 Ma,裴先治,未刊) 为代表的原特提斯洋洋壳,洋壳扩张时间可能较长(持续至452 Ma左右) 。
在洋壳扩张的同时,布青山—阿尼玛卿原特提斯洋的北缘在早寒武世时已经开始向北俯冲消减,在东昆中地区出现拉张的局限小洋盆或弧后盆地。本文研究的长石山蛇绿岩中辉长岩的锆石UPb年龄为(537.2±3.5) Ma,蛇绿岩形成环境为弧后盆地,表明在537 Ma左右,原特提斯洋向北俯冲,导致东昆中长石山一带已出现弧后拉张的小洋盆。伴随俯冲作用,东昆中地区持续拉张形成了清水泉蛇绿岩((522.3±4.1) Ma; (518±3) Ma) [16-17]、塔妥蛇绿岩((521.9±3.2) Ma,裴先治,未刊) 、曲什昂蛇绿岩((504.5±5.5) Ma,裴先治,未刊) 等洋壳物质,代表了弧后洋盆的持续扩张。分布于东昆仑东段的纳赤台岩群为一套变沉积-火山岩,其变基性火山岩的锆石U-Pb 年龄为(474.0±7.9) Ma,形成环境为弧后盆地,也很好地印证了东昆仑地区原特提斯洋洋壳向北俯冲导致的弧后扩张作用[23]。
晚奥陶世—早志留世,原特提斯主洋盆以及以清水泉蛇绿岩、长石山蛇绿岩为代表的弧后盆地以俯冲消减为主。布青山白日切特地区发育一套中酸性岩浆岩,其中岛弧型花岗闪长岩锆石U-Pb 年龄为(441±6) Ma,岛弧型流纹斑岩的锆石U-Pb 年龄为(438±3) Ma[52],布青山地区亿可哈拉尔花岗闪长岩具有典型埃达克岩地球化学特征,锆石U-Pb年龄为(436.9±5.7) Ma[53],香日德南部已发生变形变质的岛弧型闪长岩的锆石U-Pb 年龄为(446.5±9.1)Ma[54],清水泉地区辉绿岩脉的锆石U-Pb 年龄为(436.4±1.2) Ma[55],本项目在长石山混杂岩带以北的克和特地区获得岛弧型花岗闪长岩的锆石U-Pb 年龄为(454.3±3.6) Ma(未刊资料) ,这些均为洋壳俯冲阶段的构造岩浆响应。洋壳的俯冲削刮作用将蛇绿岩与弧后盆地中发育的沉积-火山岩混杂堆积在一起。
中—晚志留世以后东昆仑地区进入碰撞造山和陆内演化阶段,碰撞造山作用使蛇绿岩等构造侵位,在长石山地区形成了长石山蛇绿构造混杂岩带。长石山混杂岩带北部拉龙一带同碰撞花岗岩体的锆石U-Pb 年龄为(423±4.6) Ma(项目未刊资料) ,东昆仑东段和勒冈那仁A型碱长花岗岩的锆石U-Pb年龄为(425Ma±6.7) Ma[56],东昆仑东段跃进山岩体中花岗闪长岩和辉长岩的锆石U-Pb 年龄分别为(407±3) Ma 和(406±3) Ma[57],东昆仑冰沟A型花岗岩的锆石U-Pb年龄为(391±3) Ma[58],东昆中断裂带高角度逆冲变形年龄为426~408 Ma[59],都是东昆仑地区在早古生代碰撞造山的有力证据。陆露等[60]报道的昆中断裂带两个同构造花岗斑岩的锆石U-Pb 年龄分别为(408.5±2.3) Ma和(391.2±3.4) Ma,是东昆仑造山带在加里东造山晚期陆内构造变形阶段的产物。早泥盆世契盖苏组伸展型磨拉石组合标志着早古生代构造旋回的结束和晚古生代构造旋回的开始。
7 结论(1) 新发现的长石山蛇绿岩主要由蛇纹岩、辉长岩、辉绿岩、玄武岩以及含泥炭硅质岩组成。
(2) 锆石U-Pb 年代学研究结果表明,长石山蛇绿岩中辉长岩的结晶年龄为(537.2±3.5) Ma,代表了长石山蛇绿岩的形成时代,即早寒武世。
(3) 岩石地球化学研究显示,长石山蛇绿岩中蛇纹岩、辉长岩以及玄武岩均不同程度的具有俯冲消减带岩石特征,尤其是玄武岩具有E-MORB与IAB的双重特征。长石山蛇绿岩形成于弧后盆地环境,为SSZ 型蛇绿岩,与布青山—阿尼玛卿原特提斯洋壳的向北俯冲密切相关。致谢：审稿专家及责任编辑杨艳老师对论文提出了宝贵修改意见，在此一并致以诚挚的谢意！
致谢：审稿专家及责任编辑杨艳老师对论文提出了宝贵修改意见，在此一并致以诚挚的谢意！
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