2. 东北大学秦皇岛分校资源与材料学院, 河北 秦皇岛 066004;
3. 内蒙古自治区地质调查院, 呼和浩特 010020
2. College of Resources and Materials, Northeastern University at Qinhuangdao, Qinhuangdao 066004, China;
3. Institute of Geological Survey of Inner Mongolia, Hohhot 010020, China
蛇绿混杂堆积带位于鄂尔多斯地块与阿拉善地块的结合部位,也是早前寒武鄂尔多斯地块东西向构造域——阿拉善地块北东向构造域与北北东向狼山构造带的交汇部位,大地构造位置十分重要。蛇绿岩带分布于巴彦乌拉造山带中,向北东断续延至宝音图山,1︰20万区调将其按超基性岩体处理,但随着1︰5万区域地质工作的开展,与洋壳相关的其他岩石系列的发现,所以对该带特征的重新厘定具有十分重要的意义。
1 吉兰泰地区蛇绿构造混杂带的分布及其地质特征阿拉善左旗吉兰泰地区蛇绿混杂堆积带地理位置位于内蒙古阿拉善左旗吉兰泰镇和巴彦洪格日苏木地区,南图边距吉兰泰镇5 km,距阿拉善左旗旗政府所在地巴彦浩特镇约120 km。蛇绿混杂堆积带的东侧为华北地块北缘,其主体构造线近东西向,西部为阿拉善地块,主体构造线近北北西向。
发育于混杂带中的逆冲岩片中混杂了大量的异地岩石块体,其中有形成于大洋环境的被肢解的各种洋壳碎片(图 1),也包括了来陆壳基底的太古界乌拉山岩群片麻岩(周红英等,2007)和变粒岩等,以及辉橄岩、块状辉长岩、堆积辉长岩、堆积斜长岩、枕状玄武岩和硅泥质岩系。混杂岩带内不同地质体及地层关系遭受到彻底的破坏,表现为一系列向北西倾的大小不一的逆掩岩片和岩块之间为逆断层,也发育构造透镜体片理化带和密集劈理化带,宽约数百米,向北东向延伸10~15 km(图 2)。
以橄榄岩为基质,显示出强烈的碎裂作用。碎裂作用在洋壳残片的超基性岩和“堆晶”辉长岩中表现最为强烈。显示出挤压、剪切、旋转、碾滚等一系列复杂的变形过程。呈岩块产出的超基性岩,其形变方式以剪切破裂为主,形成一系列菱形块体。淡色辉长岩岩块的变形表现为十分发育的次级构造裂隙面,分布方向不同的镜面和擦痕,布满岩块的各个部位(王立社等,2007)。
发育于混杂带之的逆冲岩片中混杂了大量的为来自基底的太古界乌拉山岩群片麻岩。变粒岩等,形成于大洋环境的被肢解的各种洋壳碎片,混杂岩带内不同地质体及地层关系完全遭受到彻底的破坏,而表现为一系列向北西倾的大小不一的逆掩岩片。基质为碎裂橄榄岩,密集分布构造透镜体片理化带和密集劈理化带。常见片理揉褶现象,形成以S1面理为变形面的不同尺度和强度的剪切流变褶叠层,并伴随中深层次的构造置换与变形,为韧性-韧脆性冲断推覆体系,处于软基质中的坚硬岩块,发生滚动、片理和碎裂岩化,并且被基质所包围。基质和超铁镁质岩石为岩块显示出强烈的破碎作用和混合作用。碎裂作用在洋壳残片的超基性岩和斜长角闪片麻岩中表现最为强烈。显示出挤压、剪切、旋转、碾滚等一系列复杂的变形过程。而硅泥质岩石块体变形比较复杂,形成一系列a型杆状构造、塑性流变褶皱等。
2 蛇绿岩层序及其岩石学特征阿拉善吉兰泰地区蛇绿混杂堆积带为阿拉善地区重要的缝合带一,它向北与宝音图山深大断裂相接,向南延至宁夏贺兰山带,总体呈近北北西向弧形展布,主要由一系列倾向北西西、倾角50°~70°的逆冲断层及走向北北东的走滑断裂组成。断裂带中的太古界块体及蛇绿岩残片共同构成宽5~10 km,长大于20 km的构造混杂岩带,混杂岩带局部被晚古生代的岩体侵入。
蛇绿混杂堆积带是一套被构造肢解的蛇绿岩(辜平阳等,2009),以岩片和岩块产出,呈透镜体状近北北东西向展布(图 2)。出露的蛇绿岩单元如下。
变质橄榄岩分布于蛇绿混杂堆积带内,岩石类型主要斜辉橄榄岩和少量橄榄岩。岩石明显特征是蛇纹石化作用非常强烈,原生矿物组成和结构基本被改造殆尽,蚀变矿物多为纤蛇纹石和叶蛇纹石,次为透闪石和绿泥石等。在混杂带内呈为较大岩块与基质断层接触。
在变质橄榄岩上部还发现呈透镜状、条带状和孤岛状(团块状)产出的堆晶岩系,主要岩石类型有堆晶辉长岩和堆晶斜长岩等,以堆晶辉长岩和堆晶斜长岩最为常见,其他出露零星。普遍发育堆晶层理构造,一般序列由底至顶为:堆晶辉橄岩堆晶辉长岩→堆晶斜长岩;或堆晶辉石岩与堆晶斜长岩呈韵律状交替产出。向上橄榄石和辉石逐渐减少,而斜长石呈增多的趋势。
辉长岩主要分布于变质橄榄岩南、北两侧,两者间见有宽1~20 m不等的糜棱岩带。岩石以中-细粒为主,主要组成为辉石和斜长石,副矿物为磁铁矿和磷灰石。岩石变形较强,常见有片理化、拉伸线理以及以拉伸线理为主变形面形成的无根流褶皱和鞘褶皱(贾和义等,2003)。
在变质橄榄岩和辉长岩两侧,见有呈岩片产出的玄武岩、硅质岩和粉砂岩等深海-半深海沉积岩系。呈大小不一的岩片状产出,近北北东向展布。
3 蛇绿岩岩石学特征 3.1 变质辉橄岩蚀变细粒辉橄岩:交代网环状结构、微细粒半自形柱粒状结构。岩石主要由橄榄石、辉石、角闪石、尖晶石、磁铁矿等组成,沿岩石中的裂隙或裂纹,不透明铁矿物、蛇纹石等分布其中。
橄榄石:含量62%左右,半自形板粒状,沿裂理蛇纹石、不透明铁矿物分布其中,显示交代网环状结构,相对集中,呈不规则团块状,分布于相对集中分布的辉石之间,大小以0.2~2.0 mm为主。
辉石:含量21%左右,柱状,断面八边形,绿帘石化,少数颗粒辉石式解理可见,主要由单斜辉石以普通辉石为主和斜方辉石以紫苏辉石为主,相对集中,分布于橄榄石团块之间,以0.2~0.75 mm的细粒为主,小于0.2 mm的微粒次之。
绿帘石:含量3%左右,柱粒状,多交代辉石分布或呈辉石假象出现,以小于0.2 mm的微粒为主。
尖晶石:含量少于3%,粒状,绿色或蓝绿色,均质,星散分布于辉石之间,大小多在0.15 mm以下。
3.2 堆积杂岩堆积杂岩是本区蛇绿岩剖面中的主要组成部分,包括堆积斜长岩及堆晶辉长岩。
堆积斜长岩为中细粒半自形粒状结构。岩石主要由斜长石、角闪石、辉石、不透明矿物、副矿物等组成,沿岩石中的裂隙或裂纹,碳酸盐矿物方解石等分布其中。斜长石呈半自形板状,分布不均的弱土化、弱绢云母化,双晶、环带构造可见,具弯曲变形现象,主要为拉-中长石,大小以0.2~2 mm的细粒为主,2~3.5 mm的中粒次之,含量为96%左右;角闪石: 绿色,柱状,闪石式解理可见,分布于斜长石之间,大小以0.2~0.5 mm的细粒为主,含量小于3%。辉石呈短柱状,帘石化,辉石式解理模糊可辨,分布于斜长石之间,大小以0.2~0.35 mm的细粒为主,含量小于1%。不透明矿物呈粒状,主要由铁矿物等组成,星散分布,多在0.05 mm以下。副矿物: 主要由磷灰石等组成,多在0.05 mm以下。
堆晶辉长岩主要由斜长石、角闪石、辉石、不透明矿物、副矿物等组成,沿岩石中的裂隙或裂纹,次生的绿帘石、碳酸盐矿物方解石等分布其中。弱蚀变交代结构、细粒半自形粒状结构。条带构造。角闪石柱状,次闪石化,少数颗粒闪石式解理模糊可辨,分布于斜长石之间,大小以0.2~0.65 mm为主。辉石短柱状,帘石化、纤闪石化,分布于斜长石之间,大小以0.2~0.5 mm为主。既辉石和角闪石与斜长石平行分布,构成条带构造及堆晶结构。斜长石为半自形板状,分布不均的土化、弱绢云母化,双晶可见,具弯曲变形现象,主要为拉-中长石,大小以0.2~2 mm为主,2~3.5 mm的中粒次之。含量为65%左右。角闪石呈柱状,绿泥石化,闪石式解理可见,分布于斜长石之间,大小以0.2~0.65 mm为主。含量为20%左右。辉石呈短柱状,帘石化,辉石式解理可见,以小于0.2 mm的微粒为主。不透明矿物呈粒状,主要由铁矿物等组成,星散分布,多在0.05 mm以下。副矿物呈主要由磷灰石等组成,多在0.05 mm以下。含量小于15%。岩石蚀变强烈,主要表现为纤闪石化、阳起石化和绿帘石化等。
吉兰泰地区“堆晶”辉长岩堆晶层序均以条带状堆积辉长岩为特征,辉石岩“层”与斜长岩“层”互层而成的堆积“层理”。即成岩过程的结晶分异作用造成了岩体不同层位间岩石组合、矿物成分层。
3.3 基性熔岩在本区蛇绿岩中,基性熔岩层中为玄武岩等,岩石呈岩块分布于混杂带中,多具枕状构造及球粒状结构,由于原始岩浆喷出处海水深浅不一,岩石多为球粒状结构。枕状体呈球状、长枕状、其横断面呈椭圆形或圆形。枕状体横断面圈层构造明显,外层为厚0.4~3.5 cm的暗色冷凝边;中圈层为气孔构造发育,杏仁体多为应为石英和方解石;核心为由斜长石和单斜辉石构成环带构造。
变玄武岩呈灰绿色-深灰色,以辉绿结构为主,少量为斑状结构,块状构造。主要矿物为斜长石和辉石,次要矿物为磁铁矿。斜长石呈半自形板条状分布,具钠黝帘石化和绢云母化;辉石呈短柱状不均匀分布,发生较强的绿泥石化,仅保留其柱状假象。
3.4 深海沉积物-硅质岩及浊积岩深海沉积物-硅质岩及浊积岩在本区广泛分布。呈紫色、粉红色、绿色、灰色,以凸镜状、扁豆状、薄层状中深海-深海的浊积岩呈岩块分布于混杂带中。其成分钙质泥岩夹灰岩。
硅质岩深灰色,薄层、条带状构造,条带由深浅相间的硅泥质条带组成,矿物主要以变质重结晶的微晶石英(>95%)为主,含少量绢云母、绿泥石和方解石等。
4 蛇绿岩的岩石化学特征蛇绿岩各组分的化学成分,代表了各自的物质基础和形成的地质环境。分析样品均采自分化程度低、相对新鲜的岩石,并通过室内显微镜下详细观察后,挑选出蚀变相对较弱、较新鲜的辉橄岩、辉长岩、斜长岩和玄武岩等代表性样品,在内蒙古自治区矿产实验研究所进行系统的主量、微量元素测试。主量元素采用原子吸收光谱法,全铁用原子吸收光谱法,FeO用容量法;微量元素,包括REE的测试采用原子吸收光谱法和电感耦合等离子体发射光谱法测定,所有元素分析精度(相对误差)优于5%。在整个测试过程中,以标样和平行样对测试进行严格的质量监控和检验,保证了数据的准确性(李文渊等,2004)。
4.1 辉橄岩辉榄岩的MgO/(MgO+TFeO)值平均为0.58,辉橄岩SiO2含量为39.06%,低于辉石岩的49.20%。辉橄岩的K2O含量为0.029%、Na2O含量为0.92%、CaO含量为4.42%、TiO2含量为0.048%、Al2O3含量为6.35%,平均含量较低,MgO的含量为27.27%,表明该类岩石中的这些元素亏损。Al2O3/TiO2值为132.32,CaO/TiO2值为92.08。
变质辉榄岩的CaO、Al2O3含量较低,地幔残余岩浆的枯竭程度大致相同,地慢残余岩浆枯竭程度相对低。辉橄岩更高的MgO含量(表 1),并且大多数元素与MgO含量之间表现出较好的相关性,其中SiO2、Al2O3、CaO及Ta、Ti等元素与MgO含量之间为负相关,而Nb、Th、等元素(表 2)与MgO含量呈正相关,反映了岩石部分熔融程度的不同(徐德明等,2008)。
从 图 3及 表 3、表 4可以看出,变质辉榄岩稀土总量Σ REE 为494.63×10-6,LREE为471.79×10-6,HREE为22.84×10-6。LREE /HREE为20.66。在原始地幔标准化微量元素图解上(图 8),样品微量元素均表现为Th、U、Ba等元素相对富集,Hf、Zr、Rb等元素表现为亏损,表明其成因可能与地慢的残余岩浆有关。
堆晶辉长岩主量元素分析结果见 表 1,由表 1可见,SiO2含量为49.20%~49.40%,TiO2为0.44%~0.75%,高Al203为11.48%~12.45%,MgO为3.5%~5.28%,Al2O3/ TiO2值为11.81,Al2O3/ TiO2值为6.45。MgO/(MgO+TFeO)值为46.06%~53.36%,介于印度洋辉长岩的Mg#值范围,属于蛇绿岩中的镁铁质堆晶岩。在辉长岩Nb×2-Zr/4-Y(图 6),样品投到了P-MORB;N-MORB岩区域,辉长岩在 图 7上投入镁铁质堆积岩区。说明所采样品属于蛇绿岩的组成部分。辉长岩稀土元素和微量元素分析结果见 表 2、 表 3。
重稀土平坦型分布(图 3)轻稀土相对陡倾斜,Σ REE为81.15×10-6,LREE为67.17×10-6,HREE为13.98×10-6。LREE /HREE为4.80,Eu正异常 表 4中计算有误,相似于来自亏损地幔的洋中脊玄武岩,这与蛇绿岩中堆晶辉长岩LREE亏损和正Eu的分配形式基本相同。
堆积斜长岩主量元素分析结果如 表 1,SiO2为49.61%~50.70%,TiO2为0.056%~0.15%,高Al203为26.60%~27.97%,MgO为0.74%~3.07%,Al2O3/ TiO2值为100.17~475.00,Al2O3/ TiO2值为39.4~217.0。MgO/(MgO+TFeO)值为53.36%,介于印度洋辉长岩的Mg#值范围,属于蛇绿岩中的镁铁质堆晶岩。在辉长岩Nb*2-Zr/4-Y(图 6),样品投到了P-MORB;N-MORB岩区域,辉长岩在图 图 7上投入镁铁质堆积岩区。说明所采样品属于蛇绿岩的组成部分。辉长岩稀土元素和微量元素分析结果见 表 2、 表 3。在岩石微量元素原始地幔标准化的图解上(图 8),大离子亲石元素Rb,Ba,Th等相对富集,Hf,Zr等元素相对亏损。
重稀土平坦型分布(图 3)轻稀土相对陡倾斜,Σ REE为(16.99~35.24)×10-6,LREE为32.61×10-6,HREE为2.63×10-6。LREE /HREE为12.40,相似于来自亏损地幔的洋中脊玄武岩,这与蛇绿岩中堆晶辉长岩LREE亏损和正Eu的分配形式基本相同。
从 表 3可以看出,蛇绿岩各层序岩石由辉榄岩,堆积橄辉岩,堆积辉长岩,基性熔岩在化学成分上,K2O+Na2O、Al203、TiO2有总的增高的趋势,Mg#则有降低的趋势。
4.3 基性熔岩分布与混杂带中的基性熔岩SiO2含量低,为 51.04%~52.3%;TiO2含量较低,为 0.24%~2.28%;Al2O3含量为15.91%~24.04%;MgO 含量为2.87%~3.21%;CaO 含量为7.68%~9.45%;FeO 含量为4.06%~9.32%;Fe2O3含量1.76%~3.41%;Na2O、K2O 的含量低,分别为4.01%、0.98%。Al2O3/ TiO2值为102.3,CaO/TiO2值为40.21。
从 图 5来看玄武岩样品(XWG121)位于大洋玄武岩系列区域,反映了本区玄武岩类铁含量是高的,它是原始玄武岩浆在分异过程中富集下来的。上地慢原始物质在部分熔融过程中,钙、铝硅酸盐没有全部进入玄武岩质熔体,则说明源区部分熔融程度低。
玄武岩的REE配分型式为富集型,配分曲线向右缓倾斜(王廷印和王金荣,1993),平均Σ REE=56.65×10-6,LREE=56.65×10-6,HREE=7.21×10-6。玄武岩主元素特征类似于正常的大洋中脊玄武岩(N-MORB),微量和稀土元素地球化学特征表明更接近于大洋中脊玄武岩(E-MORB)(王立社等,2007)。
硅质岩:深灰色,薄层、条带状构造,条带由深浅相间的硅泥质条带组成,矿物主要以变质重结晶的微晶石英(>95%)为主,含少量绢云母、绿泥石和方解石等。
5 形成时代及动力学过程初探阿拉善吉兰泰地区蛇绿混杂堆积带位于巴彦乌拉山—狼山断裂带中,向西南与龙首山—青铜峡—固原断裂交汇,控制着东西两个不同的构造分区,是阿拉善地块的边界断层。在重、磁力图上该断裂均表现为明显陆梯度带,明显控制着侵入岩体的分布,是一条发育历史较长的岩石圈深断裂。
其两侧的沉积建造、岩浆岩组合、变质作用以及古生物群种等一系列地质特征都有很大的区别,明显地受到断裂带的控制,蛇绿混杂堆积带东侧的太古界为一套由乌拉山岩群、色尔腾山岩群的麻粒岩相-角闪岩相的高级变质岩系。而西侧太古界为为叠布斯格岩群、阿拉善岩群的高角闪岩相-绿片岩相中高级变质岩系。其变质建造、岩性岩相的差异;阿拉善地块构造线呈北西西向,而鄂尔多斯地块构造线呈近东西向。
鄂尔多斯地块中的寒武系、奥陶系稳定的碳酸盐岩盖层沉积。而阿拉善地块基本缺失寒武系、奥陶系。
阿拉善地块南缘是镁铁-超镁铁岩体的重要分布区,自北而南可分为北大山岩带、龙首山岩带和北海子岩带。北大山岩带以野芨里含长辉石橄榄岩为代表,Sm-Nd岩石矿物等时线年龄为773.1±10.8 Ma。本带虽然未获得同位素年龄结果,但混入蛇绿杂岩带的地质体的外来岩块为新太古代乌拉山岩群角闪斜长片麻岩、大理岩等,结合区域上述年龄数据,推断其洋壳形成为早古生代。
上述研究初步认定,华北古陆北缘西段的裂解发生于早古生代,随着拉伸作用的发展,华北古陆北缘西段终于破裂,在拉伸中心发育成一个次扩张中心,而在从华北古陆北缘撕裂出去的破碎陆块的基础上,发育成一个类似于日本列岛的具陆壳基底的火山弧,其主要发育时期是早古生代,演化局限洋盆。因这个局限洋是在大陆破裂的背景上发育成的,下伏地幔有可能较富LREE,这种富集地幔的有限熔融,形成类似于异常洋脊段的拉斑玄武岩。分异作用是在次扩张中心的岩浆房中进行的,对于形成具不同地球化学特征的辉长岩和玄武岩有重要影响(徐德明等,2008)。
6 结论
阿拉善吉兰泰地区蛇绿混杂堆积带是阿拉善和鄂尔多斯地块的分界,蛇绿岩的洋壳性质和断裂带南北两侧的差异均说明它为阿拉善地区最重要的地质界线;研究表明早古生代东西两个陆块发生了裂解,形成切割地壳深部的古洋壳,东侧的鄂尔多斯地块沉积了寒武系、奥陶系稳定的碳酸盐岩盖层沉积,而蛇绿混杂堆积带的西部寒武系、奥陶系为岛弧火山岩系沉积(周红英等,2007)。
致谢: 野外工作得到了内蒙古自治区第一矿产勘查开发院丁建雄、李超的助,在此表示感谢。
[1] | 辜平阳, 李永军, 张兵, 佟丽莉, 王军年. 2009. 西准达尔布特蛇绿岩中辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年. 岩石学报, 25(6):1364-1372. |
[2] | 贾和义, 宝音乌力吉, 张玉清. 2003. 内蒙古达茂旗乌德缝合带特征及大地构造意义. 成都理工大学学报(自然科学版), 30(1):30-34. |
[3] | 李昌年. 1992. 火成岩微量元素岩石学. 北京:中国地质大学出版社. |
[4] | 李文渊, 汤中立, 郭周平, 王伟. 2004. 阿拉善地块南缘镁铁-超镁铁岩形成时代及地球化学特征. 岩石矿物学杂志, 23(2):117-126. |
[5] | 王立社, 杨建国, 谢春林, 王育习. 2007. 甘肃北山火石山地区早古生代蛇绿混杂岩的发现及其地质意义. 现代地质, 21(3):451-456. |
[6] | 徐德明, 黄圭成, 雷义均. 2008. 西藏西南部拉昂错地幔橄榄岩的地球化学特征及其构造意义. 岩石矿物学杂志, 27(1):1-13. |
[7] | 周红英, 莫宣学, 李俊建, 李惠民. 2007. 内蒙古阿拉善庆格勒图黑云斜长片麻岩的单颗粒锆石U-Pb法年龄. 矿物岩石地球化学通报, 26(3):221-223. |