布青山蛇绿混杂岩带查汗额热格玄武岩地球化学特征与构造意义

2020-11-09王嘉炜张生军

矿产与地质 2020年4期

王嘉炜，师兵，张生军

(中陕核工业集团地质调查院有限公司，陕西西安 710100)

0 引言

东昆仑南缘布青山-阿尼玛卿蛇绿混杂岩带一直被认为是古特提斯洋的物质显示，而布青山蛇绿混杂岩带是整个缝合带中蛇绿岩发育最好的一段。因此，大量学者及研究人员对该地区蛇绿岩的形成时代进行研究，并对构造环境进行了大量探讨，目前普遍认为布青山蛇绿混杂岩带发育有早古生代和晚古生代两期蛇绿岩[1-4]。前人认为布青山地区存在产于洋中脊构造环境的拉斑玄武岩[5-6]，但也有人认为布青山地区的玄武岩具有典型的大洋板块玄武岩的地球化学特征[7-9]。杨杰等[10]则认为哈尔郭勒地区玄武岩为洋脊扩张和大洋板块内热柱共同作用形成的洋岛玄武岩与N-MORB的组合型玄武岩。总之，前人对于该区域的研究大多集中于布青山以东地区，对以西地区则研究较少。

笔者在1∶5万区域地质矿产调查中，在布青山以西的查汗额热格地区发现了一套蛇绿岩，本文将其中的分布最为广泛的玄武岩作为研究对象，主要从岩石学和岩石地球化学方面研究岩石成因和形成的构造背景，期望能够对布青山地区古特提斯洋有关洋陆格架的演化信息提供新的证据。

1 区域地质背景

位于东昆仑造山带东段南缘的布青山蛇绿混杂岩带紧邻阿尼玛卿蛇绿混杂岩带，整体呈NW向展布，长度超过150 km，宽10～20 km，东起花石峡南，向西经冬给措纳湖到东乌兰可郭勒附近。由北向南分别以东昆南断裂和布青山南坡断裂为界，又分别与东昆仑单元和巴颜喀拉单元相邻或相接[11](图1)。

布青山蛇绿混杂岩带岩性组成较繁杂，主要由呈断层接触关系的基质岩系和混杂岩块两大系统组成。大面积分布的基质主体为下—中二叠统马儿争组浊积岩，岩块主要为加里东期中酸性侵入岩，还有许多断续分布的呈透镜体状的蛇绿岩块，查汗额热格蛇绿岩即为其中之一。查汗额热格沟东西两侧出露蛇绿岩岩性组合较为完整，宽度约1 km，呈NWW—SEE向展布，与区域上的东昆南断裂和布青山南缘断裂走向近乎平行，以磁铁蛇纹岩、辉长岩和玄武岩组成的蛇绿岩(图2)各个端员之间呈断层接触，受构造肢解并混杂，出露层序上和标准蛇绿岩有一定差别。本文所研究的大洋玄武岩则为查汗额热格蛇绿岩的组成部分。

图1 研究区区域地质简图Fig.1 Regional and geological sketch map of the study area

图2 查汗额热格蛇绿岩剖面Fig.2 Chahanerege ophiolite section

2 岩石组合及岩石学特征

布青山以西查汗额热格沟两侧及孟克特西侧出露的玄武岩主要为浅灰绿色枕状玄武岩(图3a)、灰绿色球颗玄武岩(图3b)，少量灰绿色或浅紫红色块状玄武岩(图3c)。

枕状玄武岩：呈灰绿色，隐晶结构和变余球颗结构(图3d)，枕状构造，岩枕大小10～60 cm之间。斜长石含量在60%以上，呈细长的纤维状，纤维体呈放射状球颗状，杂乱分布，纤维斜长石之间分布的是蚀变作用形成的绿帘石。绿帘石含量在35%～40%之间，呈隐晶状，微晶状，均匀散布于纤维斜长石之间。多见杏仁状构造，大小不等，含量在5%～10%之间，呈圆形，不规则形状，长轴一般在0.10～0.50 mm之间，充填的绿泥石和碳酸盐，呈点状散布。

球颗玄武岩：呈灰绿色、隐晶结构，球颗构造，球颗集合体占比60%～55%，玻璃质及隐晶质占比35%～40%。球颗集合体主要由隐晶纤维状、纤维状辉石和斜长石构成束状、帚状集合体，以1～4 mm为主。其间充填隐晶质，其间弥漫尘状铁质，以磁铁矿为主。同时，可见0.05～0.1 mm的细小半自形长板条状斜长石零星散布于黑色玻璃质间，构成玻晶交织结构。同时，见少量杏仁体，以0.2～0.5 mm为主，充填绿泥石、方解石。

块状玄武岩：灰绿色或浅紫红色，具隐晶质结构，块状构造。岩石主要由斜长石和纤维状辉石组成。斜长石多呈半自形长条状，长径介于0.05～0.15 mm之间，多见钠黝帘石化。辉石呈隐晶纤维束状、球状集合体，多构成球颗结构，直径一般为0.5～2 mm。岩石发育明显的绿泥石化和碳酸盐化，局部发育次生网脉状裂隙，多被绿帘石和次生铁质充填，且普遍见其氧化。

图3 查汗额热格玄武岩岩石特征Fig.3 Petrological characteristics of Chahanerege basalt (a) 枕状玄武岩 (b) 球颗玄武岩 (c) 块状玄武岩 (d) 枕状玄武岩镜下球颗结构(正交偏光)

3 岩石地球化学特征

岩石地球化学测试的样品均采自查汗额热格沟附近及东西两侧山梁，共采集样品4件。样品先磨碎至200目，然后在中国地质科学院国家地质实验测试中心进行主微量元素测试。主量元素采用XRF法测试分析，精度高于5%；微量稀土元素使用酸溶法制备，然后用ICP-MS法测试，分析精度高于10%。整个测试分析流程见文献[12]。

3.1 主量元素特征

玄武岩的主量元素测试结果见表1。

可见岩石整体烧失量较大，为4.90%～11.8%，平均7.72%，可能跟岩石的绿泥石化、透闪石化等蚀变、风化作用有关。w(SiO2)为39.82%～47.64%，除D1092/1 样品的w(SiO2)不足45%以外，其余样品符合基性岩范畴；w(TiO2)为1.04%～1.35%，平均1.23%；w(MgO)较低，在5.96%～7.82%之间，平均6.94%，w(Mg#)在57.57～64.58之间，平均61.54%；w(Na2O+K2O)<4%，呈贫碱特征；w(MnO)为0.14%～0.23%；w(P2O5)为0.08%～0.1%。在Zr/TiO2/10000-SiO2图解(图4)中，样品均投入亚碱性玄武岩范围。

表1 查汗额热格玄武岩主量元素分析结果Table 1 Analysis data of major elements of Chahanerege basalt

图4 查汗额热格玄武岩SiO2- (Zr/TiO2)/10000图解 (据文献[13])Fig.4 SiO2 - (Zr/TiO2)/10000 diagram for Chahanerege basalt [13]

3.2 稀土元素和微量元素特征

查汗额热格玄武岩的稀土和微量元素测试结果(表2)可见，w(ΣREE)=57.79×10-6～69.79×10-6，平均65.58×10-6；w(ΣHREE)=34.08×10-6～38.83×10-6，平均36.99×10-6；w(ΣLREE)=23.71×10-6～31.5×10-6，平均28.58×10-6；LREE/HREE=0.70～0.84，平均0.77。轻重稀土分异明显，相对亏损LREE。(La/Sm)N比值在0.49～0.63之间；(La/Yb)N比值在0.57～0.74之间；(Gd/Yb)N比值在1.14～1.25之间。σEu=0.90～0.98，平均0.93，弱铕负异常。球粒陨石标准化稀土分配曲线(图5a)总体呈现出轻稀土相对重稀土亏损的微弱左倾曲线，符合N-MORB型特征[14]。原始地幔标准化微量元素蜘蛛网图(图5b)显示，Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素相对富集；高场强元素Nb、Zr、Th等相对亏损，样品整体的含量变化相对较小，高于原始地幔，呈现为略向左倾的近平坦型。

表2 查汗额热格玄武岩稀土和微量元素分析结果Table 2 Analysis data of REE and trace elements for Chahanerege basalt

4 成岩年代

根据野外地质现象发现，查汗额热格地区大洋中脊玄武岩呈透镜体状产出于下—中二叠统马尔争组中，大洋板块玄武岩则受后期造山运动中穿插于正常沉积地层之中，因此可大致推断玄武岩的形成时间应同时或早于基质(马尔争组)形成时间。

前人对本区在内的布青山—阿尼玛卿蛇绿混杂岩带带仅行了大量的时年代考究[17-23]。边千韬等[21]对布青山蛇绿混杂岩带的硅质岩研究中发现了早石炭世放射虫Callelaparvispinosa? Won；Entactiniavariospina? Won；又在牧羊山地区日什凤蛇绿混杂岩中的浅灰色硅岩中发现了晚石炭世放射虫Albaillellaampli-ficataNazarovet Ormiston；Camptoalatuscf·benignusNazarov；Camptoalatussp·(布青山得力斯坦沟的灰白色泥质硅岩转石中)。他们通过Rb-Sr同位素和Pb同位素测年法获得布青山得力斯坦沟与牧羊山扎阿拉泽东枕状玄武岩年龄为(340.3±11.6) Ma，得力斯坦沟中枕状玄武岩年龄为(310±150) Ma；还在位于布青山哈拉嗡沟和得力斯坦沟之间磨拉石的硅质岩砾石中发现早二叠世放射虫Latentibifistulasp.。后来布青山地区的硅质岩中早二叠世放射虫和哈拉郭勒早石炭世辉长岩的发现[9，24]，又为该区的地质年代学研究提供了新线索。综合前人研究成果和本次野外勘查，推测本区查汗额热格大洋中脊玄武岩可能形成于早石炭世—早二叠世。

图5 查汗额热格玄武岩稀土元素配分图解(a)与原始地幔标准化图解(b)(据文献[15-16])Fig.5 Chondrite-standardized REE distribution pattern diagram (a) and primitive mantle normalized trace element spider diagram (b) for Chahanerege basalt [15-16]

5 讨论

5.1 岩石成因及构造环境

野外发现查汗额热格地区玄武岩附近有与其共生的磁铁蛇纹岩和辉长岩，表现出蛇绿岩系特征，推测其应当形成于大洋环境。查汗额热格玄武岩具有重稀土较轻稀土富集的特征，稀土特征符合N-MORB；球粒陨石标准化稀土配分曲线也和N-MORB相似。样品中的Ce/Zr(0.11～0.12，平均为0.11)和Zr/Y(2.64～2.96，平均2.77)比值与N-MORB的地球化学特征(Ce/Zr为0.10，Zr/Y为2.64)相似[14]，Th/La=0.08～0.13，略高于N-MORB=0.067；Nb/La=0.31～0.39，平均0.36；Hf/Ta=13.45～26.71，平均21.36；Th/Yb=0.07～0.14，平均0.10；Hf/Th比值在6.13～16.26之间，平均11.51，均接近N-MORB数值特征[14]。总之，通过岩石地球化学分析认为，查汗额热格蛇绿岩中的玄武岩应归类于N-MORB型，可作为洋壳扩张演化中的记录。

对查汗额热格玄武岩样品进行构造判别投图发现，在Y - Zr判别图(图6a)上，样品落于亏损地幔；在Nb - Zr判别图(图6b)上，样品落在亏损地幔及其附近；在 Ti/100 - Zr - Y×3、Nb×2 - Zr/4 - Y×3 判别图(图7a、7b)上，样品全部或绝大多数投在洋中脊玄武岩区域内；在TiO2- FeOT/MgO、Ti - V和 FeOT- MgO - Al2O3判别图(图8a、8b、图9)上，样品又均投在大洋中脊玄武岩区域或洋底区域内。在区域上，哥日卓托地区的闪长岩体和科德日特地区的石英闪长岩均形成于晚三叠世的活动大陆边缘环境，被推测可能是在洋盆向北俯冲碰撞情况下所致，这在一定程度上表明东昆仑南缘地区存在晚古生代布青山-阿尼玛卿古特提斯洋分支洋盆。以上地球化学特征结合区域地质资料可认为查汗额热格蛇绿岩中的玄武岩在洋中脊环境中形成，同时也证明了查汗额热格蛇绿岩为MORB型蛇绿岩。

图6 查汗额热格玄武岩Y - Zr(a)和Nb - Zr(b)地幔类型判别图(据文献[25])Fig.6 Mantle type discrimination diagrams of Y - Zr (a) and Nb - Zr (b) for Chahanerege basalt[25]P—富集地幔 T—过渡地幔 N—亏损地幔

图7 查汗额热格玄武岩Ti - Zr - Y(a)和Nb - Zr - Y(b)构造环境判别图(据文献[25-26])Fig.7 Tectonic discrimination diagrams of Ti - Zr - Y (a) and Nb - Zr - Y (b) for Chahanerege basalt[25-26]

图8 查汗额热格玄武岩 TiO2 - FeOT/MgO 和 Ti - V 构造环境判别图(底图据文献[26-27])Fig.8 Tcctonic discrimination diagrams of TiO2 - FeOT/MgO (a) and Ti - V (b) for Chahanerege basalt[26-27]

图9 查汗额热格玄武岩 FeOT - MgO - Al2O3 构造环境判别图(底图据文献[25])Fig.9 Tcctonic discrimination diagram of FeOT - MgO - Al2O3 for Chahanerege basalt[25]

5.2 地质意义

查汗额热格蛇绿岩与哈尔郭勒蛇绿岩皆属于布青山蛇绿构造混杂岩带，岩石组合及其玄武岩的地球化学特征相似，同时在蛇绿混杂岩带北部发育有印支期具有活动陆缘岩浆弧特征的中酸性侵入体，为科德日特石英闪长岩(206.8±1.7)Ma和哥日卓托闪长岩(225.8±1.5)Ma，因此本区蛇绿岩应与晚古生代洋壳俯冲消减有关。另外，裴先治等[11]在布青山地区得力斯坦沟中南部、哈尔郭勒沟南和哥日卓托沟南侧发现的海山玄武岩/灰岩组合。后来被证明枕状玄武岩(海山玄武岩)的 Rb-Sr 等时线年龄(340.3±11.6)Ma与哈尔郭勒晚古生代蛇绿岩(332.8±3.1)Ma形成时代基本一致[1]。因此，推断海山玄武岩/灰炭组合与哈尔郭勒蛇绿岩可能来自同一洋盆。综上所述，地球化学特征和区域地质资料均表明查汗额热格蛇绿岩形成于洋中脊环境，可能是洋壳在晚古生代俯冲消减后的产物，即MORB型蛇绿岩。

基于以上出露于东昆仑造山带东段的蛇绿岩年代学格架及该区地层建造特征，可以大致勾画出东昆仑造山带古生代洋陆构造格局及其演化模式：东昆仑地区在原特提斯构造演化的基础上，南缘地区经历从晚古生代到二叠纪的拉张和裂解形成了宽阔的古特提斯洋域北缘的分支洋盆，而后洋壳开始向北俯冲、消减，形成了布青山-阿尼玛卿地区蛇绿混杂岩，印支晚期后则进入到碰撞和后碰撞造山阶段。