柴北緣阿木尼克山北坡蛇綠混雜巖的發(fā)現(xiàn)及地質(zhì)意義

李建兵，孟軍海，萬世昌

(1.青海省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810008；2.四川省眾成礦業(yè)有限公司，四川 成都 610047)

柴北緣縫合帶既是青藏高原重要的大地構(gòu)造單元分界線，也是青海省一條重要的成礦帶[2]，對其進行準確填繪和詳細研究，不但對該區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)研究有重要的促進作用，而且對當?shù)氐牡刭|(zhì)找礦有重要指導作用。限于前人的工作精度，該縫合帶在錫鐵山以東、牦牛山以西并無確切位置。我們通過在阿木尼克山地區(qū)系統(tǒng)的1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作，首次在阿木尼克山北坡發(fā)現(xiàn)了柴北緣縫合帶的標志——蛇綠混雜巖。

1 地質(zhì)特征

阿木尼克山北坡蛇綠混雜巖分布于阿木尼克山北坡，呈NW向展布，地表斷續(xù)出露長約10.3 km，寬0.1～1.5 km(圖1)。蛇綠巖構(gòu)造混雜特征明顯，巖石變形變質(zhì)強烈，糜棱巖化特征顯著，各單元巖石呈透鏡狀巖塊或巖片分布于灘間山群(∈—OT)中。該蛇綠巖層序較完整，從下至上為堆晶超鎂鐵質(zhì)雜巖、輝長雜巖、鎂鐵質(zhì)席狀巖墻雜巖群、噴出巖，深海沉積物有條帶狀放射蟲硅質(zhì)巖、頁巖、結(jié)晶灰?guī)r(圖2)，蛇綠巖圍巖為灘間山群火山巖組(∈—OTb)。

圖1 研究區(qū)蛇綠混雜巖分布圖Fig.1 Geologic map of Ophiolitic mélange in research area

圖2 蛇綠混雜巖剖面圖Fig.2 Profile map of Ophiolitic mélange

堆晶超鎂鐵質(zhì)雜巖由呈串株狀產(chǎn)出的數(shù)十個小超基性巖體組成，單個巖體呈透鏡狀、囊狀，寬數(shù)米至數(shù)十米，一般長數(shù)百米。巖石類型為蛇紋石化超基性巖、白云石化超基性巖。堆晶結(jié)構(gòu)發(fā)育，可見粗大且晶形完好的橄欖石晶體，晶體長達1 cm。輝長雜巖包括輝石巖、輝長巖，單個巖體呈透鏡狀、囊狀，寬數(shù)米至數(shù)十米，一般長數(shù)百米，往往與堆晶超鎂鐵質(zhì)雜巖相伴生，尤其是輝石巖，多平行分布于超基性巖兩側(cè)，呈帶狀展布。鎂鐵質(zhì)席狀巖墻雜巖群有輝綠巖脈、斜長花崗巖。輝綠巖脈呈細脈狀、透鏡狀，長數(shù)十米至數(shù)百米。斜長花崗巖由4個呈串珠狀展布的巖體組成，巖體呈長條狀，巖體群長3.3±km，寬0.4±km，巖石類型有斜長花崗巖、奧長花崗巖。噴出巖發(fā)育有枕狀玄武巖、致密塊狀玄武巖、英安巖、英安質(zhì)凝灰?guī)r、流紋巖，與特羅多斯蛇綠巖的A組噴出巖相似[3]。玄武巖呈塊狀斷續(xù)出露，平面形態(tài)為透鏡狀、豆莢狀。枕狀玄武巖分布約30 m寬，走向延伸數(shù)百米，單枕體寬15～30 cm，長30～100 cm。部分英安巖發(fā)育繩狀構(gòu)造，深海沉積物分布十分局限，有少量出露，包括草綠色放射蟲硅質(zhì)巖、粉砂質(zhì)泥巖、薄層狀結(jié)晶灰?guī)r、黑色頁巖。硅質(zhì)巖單層厚約1～3 cm，均含數(shù)量不等的放射蟲，局部可見頁巖與硅質(zhì)巖互層組成的韻律層，下粗上細具進積特征，在粉砂質(zhì)泥巖、薄層狀結(jié)晶灰?guī)r中可見紋層理。

2 巖石化學及地球化學特征

本次工作在蛇綠混雜巖中采集了13件地球化學樣品，測試分析由西南冶金地質(zhì)測試所完成，主量元素分析方法有X熒光法、重量法、滴定法，主要儀器有Axios X熒光儀；稀土元素分析方法為質(zhì)譜法，分析儀器有NexLON 300x ICP-MS；微量元素分析方法有等離子發(fā)射光譜法、質(zhì)譜法、X熒光法，主要儀器有iCAP6300全譜儀、NexLON 300x ICPMS、Axios X熒光儀。分析結(jié)果見表1。

超基性巖SiO2含量很低，為43.91～44.65%。MgO含量很高，為41.20%～41.69%，高于地幔平均值37.48%。Fe2O3含量為6.36%～8.35%，F(xiàn)eO含量1.97%～3.17%。Al2O3含量1.56%～3.02%，低于地幔平均值。全堿ALK(Na2O+K2O)含量0.06%～0.09%，低于地幔平均值。巖石總體富MgO，F(xiàn)e，Ni，貧Na2O、K2O、Al2O3、TiO2、MnO、CaO。稀土總量很低，ΣREE 為5.57×10-6～6.51×10-6，LREE/HREE 為7.04～9.62，輕稀土富集，重稀土虧損，輕重稀土分餾中等。稀土分布曲線右傾，重稀土部分曲線水平。Eu略微虧損，Ce虧損明顯，δCe為0.54～0.55。微量元素巖石富集強不相容元素Rb，Ba，Th，略微富集Zr，Hf，活潑元素Sr，K，P，Ti虧損，Nb也略微虧損。蛛網(wǎng)曲線呈峰谷迭起的形態(tài)。

輝長巖、輝綠巖貧堿，全堿ALK(Na2O+K2O)含量3.93%～5%。巖石富CaO、FeO、MgO，貧Fe2O3、TiO2、MnO，Al2O3含量14.46%～17.91%，鋁飽和指數(shù)A/CNK為0.64～0.99，均小于1.1。輝長巖稀土總量很低，ΣREE為4.9×10-6～21.89×10-6，LREE/HREE為2.5～4.34，總體輕稀土略富集，重稀土略虧損，輕重稀土分餾較差，稀土分布曲線總體略微右傾(圖3)，Eu顯示正異常，δEu為1.31～1.45，表明長石結(jié)晶不充分。Ce異常不明顯，δCe為0.91～1.03。輝綠巖稀土元素特征與輝長巖有較大差異，表明為不同期次巖漿事件的產(chǎn)物。微量元素富集Rb，Ba，虧損P，其中P27-65號樣品與超基性巖的曲線特征十分相似，說明它們來源于同源巖漿(圖4)。

玄武巖SiO2含量47.83%～51.64%，里特曼指數(shù)δ為 4.57～6.24，屬堿性玄武巖。ALK(Na2O+K2O)為5.49%～6.28%。玄武巖Na2O含量較高，K2O含量較低。玄武巖Al2O3含量較高，均大于16%，屬高鋁玄武巖。輕稀土富集，重稀土虧損，LREE/HREE為3.72～7.78，輕重稀分餾中等，稀土分布曲線右傾，重稀土部分相對平坦(圖3)。Eu，Ce異常不明顯。微量元素球粒隕石標準化蛛網(wǎng)圖中曲線呈峰谷迭起的曲線形式(圖4)。

表1 蛇綠混雜巖主要元素、微量元素分析結(jié)果表Table 1 Major and trace element data for ophiolitic mélange

酸性火山巖里特曼指數(shù)δ均小于3.3，屬于鈣堿性巖，富Al，A/CNK大于1.1，輕稀土富集，重稀土虧損，稀土分布曲線右傾(圖3)。強活動性元素K，Rb，Ba及強不相容元素Th富集，Nb，P虧損。

圖3 稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖Fig.3 Chondrites-normalized REE patterns

圖4 微量元素球粒隕石標準化分布蛛網(wǎng)圖Fig.4 Chondrite-normalized trace element patterns

斜長花崗巖全堿ALK(Na2O+K2O)含量6.50～6.56%，Na2O含量為4.72%～5.38%，均高于3.2%。w(Na2O)＞w(K2O)。里特曼指數(shù)為1.22～1.33，均小于3.3，屬鈣堿性巖。巖石Al2O3較低，Al2O3含量11.98%～13.61%，鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.1。MnO，P2O5含量均較低，稀土總量較高，2件樣品分別為137.13×10-6、204.20×10-6，輕稀土富集，重稀土虧損，輕重稀土分餾較強，稀土分布曲線總體右傾，重稀土部分近水平(圖3)。Eu、Ce異常不明顯。微量元素強不相容元素Ba，Th富集，Nb，P虧損明顯，蛛網(wǎng)曲線呈峰谷迭起的曲線形式(圖4)。斜長花崗巖巖石地球化球特征與中酸性火山巖相似，稀土元素球粒隕石標準化分布曲線、微量元素球粒隕石標準化蛛網(wǎng)曲線基本一致，說明其為同源巖漿演化產(chǎn)物。

3 構(gòu)造環(huán)境討論

據(jù)最新的蛇綠巖研究進展，蛇綠巖可分為2大類型，即與俯沖作用無關(guān)的蛇綠巖和與俯沖作用相關(guān)的蛇綠巖。與俯沖作用無關(guān)的蛇綠巖包括陸緣型(CM)、洋中脊型(MOR)、地幔柱型(P)；與俯沖作用相關(guān)的蛇綠巖包括俯沖帶上盤型(SSZ和火山弧型(VA)[5]。

3.1 玄武巖構(gòu)造環(huán)境討論

蛇綠巖中的熔巖是最能體現(xiàn)其地球化學特征的巖石單元[7]，研究區(qū)玄武巖Al2O3含量高，LREE和HREE分異明顯。大離子親石元素(LILE)Rb，Sr，Ba，Th富集，高場強元素(HISF)Ta，Nb虧損，指示熔巖來自弧后盆地消減的巖石圈[4]。尤其是Nb的負異常，具島弧玄武巖特征。在Zr-Zr/Y判別圖上，2件玄武巖樣品均投在IAB區(qū)域，為島弧玄武巖。在島弧區(qū)，由于普遍發(fā)生洋殼和沉積物向巖石圈深部的再循環(huán)，或由于高場強元素傾向于殘留在難熔礦物相中，或在流體與上覆地幔楔相互作用過程中高場強元素具有較其它不相容元素高的晶/液分配系數(shù)，從而造成高場強元素的虧損(圖5)[7-9]。

圖5 灘間山群玄武巖Zr-Zr/Y構(gòu)造環(huán)境判別圖Fig.5 The Zr-Zr/Y tectonic environment discrimination diagram of the basalt in Tanjianshan groups

3.2 斜長花崗巖構(gòu)造環(huán)境討論

研究區(qū)內(nèi)的斜長花崗巖富堿，相對富Na2O貧K2O。在w(SiO2)～w(K2O)圖中，2件樣品均落在非洋脊花崗巖中(圖6)。Al2O3含量較低(11.98～13.61%)，預示其源巖是下地殼的中基性火成巖及其變質(zhì)產(chǎn)物。花崗巖具LREE富集型稀土分布型式，Eu異常不明顯。在圖7中，兩件樣品均落在VAG區(qū)，說明該花崗巖應屬于火山弧花崗巖。

3.3 蛇綠巖類型

根據(jù)Dilek等的研究，Ti，V，Th，Yb，Nb在變質(zhì)作用和蝕變中最不活躍，它們是最為可靠的區(qū)分俯沖相關(guān)巖漿和其它類型巖漿的指標，與俯沖相關(guān)的蛇綠巖表現(xiàn)出基本不變的低TiO2成分[5]。研究區(qū)玄武巖TiO2含量低(0.52%～0.66%)，明顯低于洋脊玄武巖平均值1.5%，花崗巖TiO2含量低(0.15%～0.28%)，其余巖石TiO2含量均很低，為0.01%～0.58%。

Ti/V值也是區(qū)分蛇綠巖類型的一個重要指標，陸緣型(CM)、洋中脊型(MOR)、地幔柱型(P)蛇綠巖中玄武巖的Ti/V值一般為20～50，而俯沖帶上盤型(SSZ)和火山弧型(VA)蛇綠巖Ti/V值小于10或大于50[5]。研究區(qū)玄武巖的Ti/V值分別為13、18。2件花崗巖樣品的Ti/V值分別為50、55，說明該蛇綠巖是與俯沖作用相關(guān)的蛇綠巖。

圖6 花崗巖w(SiO2)%-w(K2O)%圖Fig.6 Granite w(SiO2)%-w(K2O)%diagram

圖7 花崗巖Y+Nb-Rb圖Fig.7 Granite Y+Nb-Rb diagram

阿木尼克山北坡蛇綠混雜巖具備較完整的彭羅斯型蛇綠巖結(jié)構(gòu)，其中鎂鐵質(zhì)席狀巖墻雜巖群巖石組合包括輝綠巖脈、斜長花崗巖，噴出巖有玄武巖和酸性火山巖，玄武巖具典型的島弧玄武巖特征，斜長花崗巖產(chǎn)于火山弧環(huán)境。與俯沖作用相關(guān)的蛇綠巖包括俯沖帶上盤型(SSZ)和火山弧型(VA)，其中俯沖帶上盤型(SSZ)蛇綠巖的巖漿活動表現(xiàn)為MORB-IAT-玻安巖巖漿活動系列演化特征[10]，區(qū)內(nèi)蛇綠巖的巖漿活動缺少MORB和玻安巖巖漿活動。廣泛發(fā)育英安巖、英安質(zhì)凝灰?guī)r、流紋巖是區(qū)內(nèi)蛇綠巖的一大特征，也是火山弧型(VA)蛇綠巖的重要標志。

綜上所述，阿木尼克山北坡蛇綠混雜巖應為與俯沖作用相關(guān)的火山弧型(VA)蛇綠巖。

4 地質(zhì)時代

在蛇綠混雜巖的碳酸巖巖塊中采集到4件化石，其中2件珊瑚類化石、2見腕足類化石。珊瑚類化石由成都理工大學沉積研究學院古生物教研室鑒定，為扭心珊瑚屬(Streptelasma corniculum)(O2—D2)。腕足類化石由四川地礦局資深腕足類化石鑒定專家朱占祥鑒定，為正形貝(Orthissp.)(O1-3)。

在斜長花崗巖中采集了1同位素件樣品(P7-18TW1)送中國地質(zhì)大學(北京)進行鋯石LA-ICPMS U-Pb定年。鋯石自形程度較好，呈四方柱狀和長條狀，多數(shù)具巖漿振蕩環(huán)帶的特征，多數(shù)鋯石Th/U值為0.7～1.4，應為巖漿鋯石。由表2、圖8可知，鋯石206Pb/238U年齡為(485.6±2.4)Ma，地質(zhì)時代屬早奧陶世。結(jié)合化石成果可判定，阿木尼克山北坡蛇綠混雜巖的活動時代為早—中奧陶世。楊經(jīng)綏等在落鳳坡橄欖巖中取得了(521±14)Ma(Sm-Nd等時線年齡)、(518±11)Ma(Rb-Sr等時線年齡)[11]。朱小輝等在綠梁山蛇綠巖中利用LA-ICP-MS微區(qū)原位鋯石U-Pb定年獲得變輝長巖形成時代為(535±2)Ma，斜長花崗巖形成時代為(493±3)Ma[12]。在柴北緣早古生代蛇綠巖中，不同地質(zhì)體中獲得的同位素年齡存在一定差異，反映柴北緣早古生代蛇綠巖的復雜性，說明柴北緣洋的發(fā)展可能具多旋回性。

5 地質(zhì)意義

(1)區(qū)域上，柴北緣蛇綠巖帶大致沿賽什騰山、錫鐵山、阿木尼克山、牦牛山、沙柳河一線分布，以不同規(guī)模的巖塊(片)分布于灘間山群中。阿木尼克山北坡火山弧型蛇綠混雜巖是柴北緣蛇綠巖帶的重要組成部分，是柴達木地塊向全吉地塊俯沖消減的產(chǎn)物，代表了柴北緣洋從形成、發(fā)展、演化、閉合的全過程，為柴北緣縫合帶的研究提供了新資料。

(2)構(gòu)造混雜巖帶是否存在對區(qū)域大地構(gòu)造研究、構(gòu)造單元的劃分具重要影響。因缺乏直接地質(zhì)依據(jù)，在編制青海省大地構(gòu)造圖時，柴北緣縫合帶在錫鐵山以東、牦牛山以西無確切位置，推測其從阿木尼克山以南盆地內(nèi)通過。阿木尼克山北坡蛇綠混雜巖的發(fā)現(xiàn)，為柴北緣縫合帶具體劃定提供了直接依據(jù)，對該區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)研究工作具指導作用。

表2 斜長花崗巖鋯石U-Th-Pb分析數(shù)據(jù)表Table 2 U-Th-Pb data of zircons in the plagiogranite

圖8 斜長花崗巖鋯石U-Pb同位素年齡圖Fig.8 Zircon U-Pbisotopic agediagram of the plagiogranite