汪雙雙,劉明強,柳益群,歐健
(1.西北大學大陸動力學國家重點實驗室,西北大學地質學系,陜西西安710069;2.甘肅省地質調查院,甘肅蘭州730000;3.江蘇省地質調查研究院,江蘇南京210018)
北祁連烏鞘嶺蛇綠混雜巖地球化學特征及其構造環境
汪雙雙1,劉明強2,柳益群1,歐健3
(1.西北大學大陸動力學國家重點實驗室,西北大學地質學系,陜西西安710069;2.甘肅省地質調查院,甘肅蘭州730000;3.江蘇省地質調查研究院,江蘇南京210018)
烏鞘嶺蛇綠混雜巖位于北祁連造山帶東段,具有相對完整的蛇綠巖序列,包括:變質地幔橄欖巖單元(蛇紋巖+輝橄巖),鎂鐵質-超鎂鐵質堆晶巖單元(橄輝巖+輝石巖),鎂鐵質侵入巖單元(輝長巖),及基性火山巖單元(玄武巖)。依照TiO2的含量,本文從烏鞘嶺蛇綠混雜巖中分出兩類玄武巖,即:低Ti玄武巖(TiO2=0.55%~0.76%)和高Ti玄武巖(TiO2=1.35%~1.99%)。低Ti玄武巖大離子親石元素含量波動較大,具明顯Ti負異常,LREE呈略富集的配分模式,整體上具有弧火山巖的特征;高Ti玄武巖大離子親石元素含量在小范圍內變化,未見Nb、Ti負異常,LREE呈略虧損的配分模式,具有典型N-MORB的性質。在構造環境判別圖上,低Ti玄武巖和高Ti玄武巖分別落入陸緣弧和大洋中脊環境。高Ti玄武巖是烏鞘嶺蛇綠混雜巖的一部分,源于虧損地幔的部分熔融,與陸緣弧型低Ti玄武巖構造混雜在一起。烏鞘嶺蛇綠混雜巖大概于中-晚奧陶世形成于北祁連造山帶老虎山-毛毛山弧后盆地。
北祁連造山帶蛇綠混雜巖陸緣弧弧后盆地
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北祁連造山帶夾持于華北板塊和中祁連板塊之間,東鄰同心-固原逆沖-走滑斷層,西部被阿爾金走滑斷裂截切(圖1),是我國最早開展蛇綠巖研究的區域之一(肖序常等,1978,1988;王荃等,1976)。多年研究表明,北祁連蛇綠巖大致形成兩條帶,南帶主要包括熬油溝蛇綠巖(張招崇等,1999,2001;相振群等,2007),玉石溝蛇綠巖(史仁燈等,2004;侯青葉等,2005),東草河蛇綠巖(曾建元等,2007),水洞峽蛇綠巖(黃增保等,2010);北帶主要包括九個泉蛇綠巖(夏小洪等,2010),大岔大坂蛇綠巖(張旗等,1998),老虎山蛇綠巖(張旗等,1997a)。夏林圻等(1995,1996),馮益民等(1996a),張旗等(1997a)在對老虎山豬嘴啞巴一帶基性-超基性巖進行系統調研時,發現其與上覆陰溝群枕狀熔巖夾沉積巖組成較完整的蛇綠巖套,并將該蛇綠巖形成環境定義為弧后盆地。從區域上看,研究區烏鞘嶺蛇綠混雜巖向東與老虎山蛇綠巖相連,向西與扁都口地區、白泉門地區的蛇綠巖相接。本文從巖石地球化學方法入手,探討烏鞘嶺蛇綠混雜巖的源區及構造背景,豐富北祁連地區蛇綠巖的研究資料,為該區的構造演化進一步提供依據。
烏鞘嶺蛇綠混雜巖走向NWW,構造侵位于毛毛山-老虎山深大斷裂帶中,與區域大斷裂走向一致。出露巖體長1500m,寬100m不等,與兩側的奧陶紀陰溝群火山-沉積巖系呈斷層接觸。由于后期構造破壞,各巖石單元相互混雜,呈大小不等的巖片產出,之間為不同類型的基質所充填(圖2)。

變質地幔橄欖巖單元:蛇紋巖呈黃綠色、黑綠色,在顯微鏡下觀察,巖石具格子狀結構,局部呈葉片狀及變余粒狀結構,格子的空洞被葉片狀蛇紋石所充填。變質輝橄巖呈灰黑、黑色,由于構造肢解作用,形成強弱不同的構造變形域,強變形域巖石呈構造片狀,圍繞弱變形域巖石呈波狀條帶展布,巖石總體破碎,遭受不同程度的蛇紋石化、簾石化,具有纖維狀-顯微隱晶質變晶結構。
堆晶巖單元:橄輝巖呈暗綠色、灰綠色,具變中細粒結構,遭受強烈的蝕變作用,原巖的輝石均蝕變為纖閃石,橄欖石發生蛇紋石化,主要礦物為橄欖石(30%)和普通輝石(70%),微量礦物為星散狀磁鐵礦、黃鐵礦、鎳黃鐵礦等。輝石巖呈灰綠色、暗綠色,具有堆晶結構,主要由輝石組成,橄欖石少見,偶見星散狀黃鐵礦和磁鐵礦,普遍發生蛇紋石化和滑石化。
侵入巖單元:輝長巖受到強烈的綠泥石和方解石化,從蝕變礦物組合和殘留組構可看出輝長結構。斜長石強鈉黝簾石化,大部分的顆粒已完全被次生礦物集合體交代,僅具板狀晶形假象,殘留體可見聚片雙晶紋,粒徑介于0.15~1.0mm間。暗色礦物則完全被綠泥石和方解石集合體交代,僅殘留半自形-它形的柱狀、粒狀晶形假象,粒徑在0.15~0.50mm之間,部分顆粒在蝕變的同時有大量的鐵質析出,形成磁鐵礦。
基性火山巖單元:玄武巖具斑狀結構,氣孔-杏仁構造。斑晶為單一的斜長石,呈自形寬板狀,粒徑0.3~0.4mm,遭受鈉黝簾石化作用,表面較臟。基質具間隱結構,斜長石微晶雜亂分布,在形成的空隙中充填著金屬礦物、隱晶質和微量的暗色礦物。斜長石微晶為細的長板條狀,長軸0.1~0.4mm,強鈉黝簾石化,但隱隱可見聚片雙晶;暗色礦物完全被綠泥石集合體交代。氣孔為不規則橢圓狀,直徑1.0~2.5mm,均被綠泥石、方解石和玉髓充填,玉髓多分布于氣孔的邊緣。
烏鞘嶺蛇綠混雜巖地球化學分析測試在國土資源部中南礦產資源監督檢測中心完成,其中主量元素采用XRF方法測定,分析誤差小于10%,微量元素和稀土元素采用ICP-MS法測定,經國際標準樣(AGV和G2)和國家標準樣(GSR-1,GSR-2,GSR-3)監控,誤差小于5%。測試結果列于表1。
變質地幔橄欖巖:主量元素含量穩定,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)為特征,表明巖石主要由橄欖石+斜方輝石±尖晶石組成,具上地幔巖的礦物學特征,與阿爾卑斯型超基性巖相似,屬于地幔殘留物。
堆晶巖:橄輝巖具有與變質橄欖巖相似的主量元素特征,但具相對高的Na2O(1.00%),TiO2(0.08%),FeOT(9.25%)和相對低的Mg#值(0.80),屬于超鎂鐵質堆晶巖。輝石巖SiO2含量為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),相當于鎂鐵質堆晶巖,與超鎂鐵質堆晶巖相比,MgO和Mg#值較低,而SiO2、TiO2、CaO和Al2O3等含量則均較高。
侵入巖:輝長巖SiO2介于42.8%~49.2%之間,屬基性巖類。與世界典型基性侵入巖體相比,輝長巖的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%)相應偏高,反映母巖漿的結晶分異較低。
基性火山巖:依據TiO2含量的不同,本文從烏鞘嶺蛇綠混雜巖中分出兩類玄武巖,低Ti玄武巖(TiO2=0.55%~0.76%)和高Ti玄武巖(TiO2= 1.35%~1.99%)。二者SiO2含量介于48.2%~51.8%之間,在TAS圖解中(圖3),樣品點基本落入亞堿性區域(僅D8213-3具有異常高的K2O,落入粗面玄武巖區域,可能與后期的熱液蝕變有關)。低Ti玄武巖和高Ti玄武巖具有相似的MgO含量和Mg#(MgO=4.63%~8.8%;Mg#=0.39~0.44),其Mg#偏低,可能與玄武巖漿早期發生過的橄欖石、輝石分離結晶作用有關,表明玄武巖為演化的巖漿。

圖3 TAS圖解(○-低Ti玄武巖;△-高Ti玄武巖) (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)
變質地幔橄欖巖:變質地幔橄欖巖富集相容元素Cr(3920~4610 μg/g)、Co(90.3~109 μg/g)、Ni (221~248μg/g),貧不相容元素(Rb、Ba、K、Sr等),輕、重稀土分餾明顯((La/Yb)N=7.66~66.9),配分模式呈右傾式(圖4E,J),反映了一種被流體交代的殘留地幔巖的特點,類似于云南哀牢山蛇綠巖變質橄欖巖單元中的方輝橄欖巖(沈上越等,1998)。

圖4 原始地幔標準化微量元素蛛網圖與球粒隕石標準化稀土元素配分圖解。用于標準化的原始地幔來自McDonough W T&Sun S S(1995),用于標準化的球粒隕石來自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)
堆晶巖:輝石巖較富集相容元素Cr(1080~1200 μg/g)、Co(68.7~105 μg/g)、Ni(216~314 μg/g),不相容元素含量波動范圍大,總稀土含量較低,為球粒隕石的3~5倍,稀土配分型式略左傾,輕重稀土分餾不明顯((La/Yb)N=0.78~0.84),Eu無異常或具輕微Eu負異常(圖4D,I)。橄輝巖具有更高的Cr、Co、Ni含量(分別為1980μg/g,145μg/g,1520μg/ g),更低的大離子親石元素和高場強元素含量,稀土元素配分型式為平坦型,輕重稀土基本未發生分餾((La/Yb)N=0.94),總稀土含量僅3.28μg/g,與球粒隕石相當。
侵入巖:三個輝長巖樣品在微量元素蛛網圖,稀土配分圖解上的表現不一。PM118-6-2的輕、重稀土均發生分餾作用,稀土配分型式呈明顯的右傾型((La/Yb)N=6.43),呈LREE富集趨勢,與火山弧玄武巖相似;D8460-6和PM139-4-2僅輕稀土發生分餾,重稀土近于平坦,與大洋中脊拉斑玄武巖相似(圖4C,H)。三個樣品的δEu值介于1.05~1.73之間,具正的Eu異常,表明一定量的斜長石發生了堆晶作用。
基性火山巖:低Ti玄武巖和高Ti玄武巖的Nb含量介于2.17μg/g~5.72μg/g之間,均小于12,表明為火山弧玄武巖或者N-MORB。低Ti玄武巖Zr,Hf含量分別為:41.6~68.2 μg/g,2.02~2.89μg/g,與火山弧玄武巖相似(火山弧拉斑和鈣堿性玄武巖Zr,Hf平均豐度分別為40~71μg/g,1.17~2.23μg/g)(Pearce J A,1982);高Ti玄武巖Zr,Hf含量分別為:67.8~114μg/g,4.1~5.0μg/g,大致與MORB一致(N-MORB和E-MORB的Zr,Hf平均豐度分別為90~96μg/g,2.4~2.93μg/g)(Pearce J A,1982)。
微量元素蛛網圖(圖4A,B)上,低Ti玄武巖的大離子親石元素含量變化大,整體右傾,表現出明顯的Ti負異常,由于后期熱液蝕變,K含量變化大,圖中顯示Nb還是表現出相對負異常的特征,總體特征傾向于火山弧的特點;高Ti玄武巖的大離子親石元素含量變化較為一致,整體略左型,未見Ti、Nb的異常,高場強元素含量高于低Ti玄武巖。
稀土元素配分圖解(圖4F,G)上,低Ti玄武巖的輕、重稀土均有分餾,其中D8213-3,D8134-7為富集型,其(La/Yb)N值分別為13.9,1.5,與島弧火山巖相似,PM117-13-2為略虧損型,(La/Yb)N值為0.75,既不同于典型大洋玄武巖,又與弧火山巖有較大差異,推測為二者混合來源;高Ti玄武巖輕重稀土分餾不明顯,整體略左傾,具典型N-MORB的特征。
烏鞘嶺蛇綠混雜巖具有完整的蛇綠巖序列,包括變質地幔橄欖巖,鎂鐵-超鎂鐵質堆晶巖,鎂鐵質侵入巖及基性火山巖。在基性火山巖中,本文依照TiO2的含量分出兩類玄武巖(低Ti玄武巖和高Ti玄武巖)。
低Ti玄武巖的TiO2含量小于0.8%,Nb、Zr、Hf等高場強元素含量與火山弧玄武巖相似,在微量元素蛛網圖上,大離子親石元素含量變化大,表現出明顯的Ti負異常,Nb總體為負異常,整體右傾,且輕、重稀土均發生分餾作用,具有島弧玄武巖的特征。高Ti玄武巖的TiO2含量介于1.35%~1.99%之間,Nb、Zr、Hf等高場強元素含量與平均大洋中脊玄武巖一致,在微量元素蛛網圖上未見大離子親石元素的富集,Ti、Nb也未表現出異常,輕重稀土分餾不明顯,稀土配分形式略左傾,具典型N-MORB的特征。
在構造環境判別圖Nb-Zr-Y,Ti-Zr-Y(圖5A,B)中,低Ti玄武巖和高Ti玄武巖一律落入MORB和火山弧玄武巖的疊合區。在TiO2-Zr,Ti-Zr-Sr個圖解(圖5C,D)中,高Ti玄武巖均落入MORB范圍,低Ti玄武巖均落入島弧鈣堿性玄武巖區域,表明高Ti玄武巖源自虧損地幔,低Ti玄武巖形成于陸緣弧環境,與主微量元素地球化學分析的結論一致。
綜合分析認為高Ti玄武巖是烏鞘嶺蛇綠混雜巖的組成部分,低Ti玄武巖為陸緣弧玄武巖,二者構造混雜在一起。烏鞘嶺蛇綠混雜巖源自虧損地幔的部分熔融。
根據夏林圻等(1995,1996)對北祁連山弧后盆地火山熔巖的Sm-Nd等時線測年數據,獲得的同位素地質年齡為:東部老虎山地區(輝石細碧玢巖)年齡為453.56±4.44Ma;中部扁都口地區(角斑巖)年齡為464.59±21.89 Ma;西部白泉門地區(輝石玄武巖)年齡為46.88±46.3 Ma,均相當于中-晚奧陶世。從區域上看,烏鞘嶺蛇綠混雜巖沿著毛毛山-老虎山深大斷裂帶斷續展布,向東與老虎山蛇綠巖相連,向西與中部扁都口地區、白泉門地區的蛇綠巖相接,在構造上同屬于北祁連造山帶老虎山-毛毛山弧后盆地。烏鞘嶺蛇綠混雜巖位于老虎山地區與白泉門地區之間,構造侵位的層位與老虎山地區蛇綠巖相當。烏鞘嶺蛇綠混雜巖形成時代大概為中-晚奧陶世,形成于弧后盆地環境,屬于SSZ型蛇綠巖。

圖5 構造判別圖解(○-低Ti玄武巖;△-高Ti玄武巖) (Pearce JA and Cann JR,1973;Meschede M,1986)Fig.5Discrimination diagrams(○:Low-Ti basalt;△:High-Ti basalt)
烏鞘嶺蛇綠混雜巖中MOR型玄武巖與陸緣弧玄武巖混雜在一起,推測其形成過程為:北祁連洋向北俯沖形成陸緣弧(王金榮等,2003a,2003b),同時在島弧后側發生拉張,引發次級洋底擴張,形成老虎山弧后盆地,其向北俯沖閉合(王金榮等,2006,2008),形成烏鞘嶺蛇綠巖,后經構造擠壓作用將陸緣弧火山巖和烏鞘嶺蛇綠巖混雜在一起,形成現在所見到的烏鞘嶺蛇綠混雜巖。
(1)烏鞘嶺蛇綠混雜巖具有完整的蛇綠巖序列,包括:變質地幔橄欖巖、鎂鐵-超鎂鐵質堆晶巖、鎂鐵質侵入巖及基性火山巖。
(2)烏鞘嶺蛇綠混雜巖大洋中脊型玄武巖與陸緣弧玄武巖構造共生在一起,但陸緣弧玄武巖并不是烏鞘嶺蛇綠混雜巖的組成部分。
(3)烏鞘嶺蛇綠混雜巖形成時代大概為中-晚奧陶世,形成于北祁連造山帶老虎山-毛毛山弧后盆地。
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(3)農作物類型及種植面積遙感監測技術。農作物種植面積及其空間分布是旱情評估的重要依據。目前,農作物種植面積數據主要是通過抽樣調查和統計部門逐級上報,此類方法不僅耗時耗力而且缺乏空間分布信息。遙感技術因其高時效、大范圍和低成本等優點,被廣泛應用于農作物種植面積遙感監測。根據不同農作物光譜特征的差異,通過遙感影像記錄的地表信息,識別不同的農作物類型,統計農作物種植面積。通過遙感技術能夠實現信息的快速收集和定量分析,大幅度減少野外工作量,有效提高工作效率。
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[附中文參考文獻]
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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;[責任編輯]郝情情。
西北大學研究生交叉學科資助項目(項目編號:10YJC10)和國家自然科學基金青年科學基金項目(批準號:40802024)資助的成果。
汪雙雙(1984年-),女,西北大學在讀博士,礦產普查與勘探專業。E-mail:sharonwang84@sina.com。