佳木斯地块西缘太平沟地区蛇绿岩的发现及其构造意义

刘桂香，赵广江，李永胜

（1.沈阳地质矿产研究所，辽宁沈阳110034；2.黑龙江省第四地质勘察院，黑龙江哈尔滨150036；3.黑龙江省区域地质调查所，黑龙江哈尔滨150080）

佳木斯地块西缘太平沟地区蛇绿岩的发现及其构造意义

刘桂香1，赵广江2，李永胜3

（1.沈阳地质矿产研究所，辽宁沈阳110034；2.黑龙江省第四地质勘察院，黑龙江哈尔滨150036；3.黑龙江省区域地质调查所，黑龙江哈尔滨150080）

在进行1∶25万嘉荫县和太平沟幅区调填图时，首次在太平沟地区发现蛇绿岩的存在.太平沟蛇绿岩出露在黑龙江省东部佳木斯地块西侧，牡丹江-嘉荫断裂以东，呈NE向展布于中元古界黑龙江岩群之中，并与其呈构造接触.蛇绿岩由超镁铁质岩类蛇纹岩、蛇纹石化橄榄辉石岩和变基性岩等组成.太平沟蛇绿岩是松嫩地块-佳木斯地块裂解的产物.蛇绿岩可能来源于俯冲带附近的由小型扩张中心形成的次生洋壳，具有LREE略富集的P-MORB特征，Nd、Ta的负异常，可能与俯冲作用有关.太平沟蛇绿岩的发现，对于研究黑龙江省东部元古宙板块构造、佳木斯地块的形成与演化提供了构造动力学信息，对寻找与地幔有关的金属矿产具有指导意义.

蛇绿岩；古洋壳；地块形成与演化；太平沟；黑龙江省

自1972年彭罗斯会议以来，地质学家们认为蛇绿岩是古代大洋岩石圈的残片［1］，但并非正常的大洋岩石圈.研究表明蛇绿岩是有完整层序的，典型的塞浦路斯如特罗多斯蛇绿岩，其层序从顶部到底部分为：（1）枕状熔岩；（2）席状辉绿岩；（3）辉长岩，包括堆积超镁铁质岩（过渡带）；（4）橄榄岩（蛇纹石化作用广泛发育）［2］.实际上在世界各地很少见到完整的层序［1］.

近年来，中国对大陆造山带蛇绿岩的研究取得了空前的进展，积累了大批丰富的资料.中国造山岩带蛇绿岩不仅分布广泛，而且时代和类型多样［3］.这些蛇绿岩的发现和研究，对于提示造山带的构造演化具有重要的意义.研究区内蛇绿岩的研究历史可以追溯到1992年，曹熹等在研究佳木斯复合地体时，曾指出在黑龙江岩群中的橄榄岩、斜辉橄榄岩等超基性岩残块，可与世界上一些典型的蛇绿岩系中的岩石进行对比［4-5］；2005年孙德友、吴福元等在研究吉林中部晚三叠世A型花岗岩时曾提到过黑龙江群蛇绿混杂岩［6］，但他们并未针对其进行过详细的研究和讨论.1992年黑龙江省第一区域地质调查大队在进行1∶5万南沟等幅区域地质调查时曾将研究区内超镁铁质岩类作为中元古代侵入岩，也只是对其岩石学、岩石地球化学进行了研究和讨论.

在进行1∶25万太平沟等幅区调填图时，对区内出露的铁镁质岩、超镁铁质岩进行了较为详细的野外调查，并在野外工作的基础上，与国内外典型地区的蛇绿岩进行了对比和研究，认为其属蛇绿岩的产物，为古洋壳的残片❶1∶25万乌云镇、嘉荫县、太平沟幅区域地质调查报告.中国地质调查局，2005..

1 蛇绿岩的地质特征

太平沟蛇绿岩分布于黑龙江省东部萝北县至太平沟林场一带（图1），按任纪舜1979年的划分，大地构造位置属于天山-内蒙地槽区的东端，吉黑地槽褶皱系的次级单元佳木斯隆起北缘与张广才岭褶皱带的东北部［7］.该蛇绿岩带西侧为伊春-延寿构造岩浆带，东侧为佳木斯地块的古老变质岩系.太平沟蛇绿岩由大金顶子、联营林场东和太平沟西等21个NE向展布构造岩片组成，岩块多呈扁豆状、透镜状等构造岩片零星分布于萝北县北大金顶子至太平沟林场一带，总面积仅为20km2左右.总体呈NE-NNE向展布于中元古界黑龙江岩群之中，与黑龙江岩群为构造接触（图2），长轴方向与该岩群主体构造线方向基本一致.该蛇绿岩出露与标准蛇绿岩相比层序极不完全，仅见有蛇纹石化橄榄岩类和蛇纹石化橄榄辉石岩及变质基性岩类，其中变基性岩类为洋脊拉斑玄武岩［8］，局部保留有与之相伴产出的有海相沉积的复理石沉积及反映深海环境的硅质岩［4，9］.

2 蛇绿岩的岩石学及矿物学特征

蛇纹石化橄榄岩：岩石多呈黑绿色，粗粒状结构，块状构造.矿物组成为橄榄石80%左右、蛇纹石约5%，水镁石约5%，铁质约5%，碳酸盐矿物小于5%.其中橄榄石为粗粒状，二轴晶，2V角很大，被蛇纹石网状交代，包裹不透明铁质矿物；水镁石呈片状，仅在部分地方较多些；碳酸盐矿物为他形粒状.

蛇纹石化橄榄辉石岩：岩石多呈深黑绿色，粒状结构、堆积结构、包含结构、反应边结构，块状构造.组成矿物为橄榄石40%～50%、单斜辉石50%～60%及少量磁铁矿.橄榄石呈他形粒状，部分卵圆状，蛇纹石化，裂纹发育，并析出铁质；单斜辉石呈他形不规则粒状，填充于橄榄石空隙中；磁铁矿呈不规则粒状.岩石受力沿一个方向破碎，并普遍遭受蛇纹石化，呈轻微的片理化.

蛇纹岩：蛇绿岩中分布较广泛，岩石多呈黑色、暗绿色，原岩为方辉橄榄岩和纯橄榄岩，鳞片变晶结构，块状构造.主要由叶蛇纹石组成（含量90%～95%），呈大小不一、方向性不明显的叶片状，局部见铁质包裹物，纤维状蛇纹石少量，网状分布.另见少量他形不规则状磁铁矿、铁质，多呈团块状、短线状密集分布.岩石常见滑石化、透闪石化、绿泥石化、碳酸盐化、阳起石化、磁铁矿化、黄铁矿化、石棉矿化等.还见有透闪石岩、阳起石岩等.

变质基性岩：原岩为拉斑玄武岩，黑绿色，粒状鳞片变晶结构、斑状变晶结构，片状构造.组成矿物为钠长石+绿帘石+阳起石+多硅白云母+绿泥石±磁铁矿±黑硬绿泥石.钠长石呈他形粗粒状、变斑晶状，包裹炭质和针状蓝闪石和铁质；绿帘石为自形柱状、他形粒状；石英为他形粒状，具波状消光［4，10］.

3 蛇绿岩的地球化学特征

3.1 主元素特征

太平沟蛇绿岩的化学分析结果见表1.化学成分变化范围较宽，SiO2含量38.42%～49.66%；MgO 3.56%～38.79%，一般大于30%；CaO 0.11%～8.02%，变基性岩类、橄榄辉石岩类中偏高，在1.79%～8.02%之间，蛇纹岩中偏低，小于1%；TiO2总体偏低，橄榄辉石岩类为0.13%～0.53%，蛇纹岩类相对偏低，一般小于1%，变基性岩类则相对偏高，为1.31%～2.96%；K2O一般在0.03%～0.89%之间波动，个别变基性岩类偏高，为1.69%；Na2O一般在0.03%～1.54%，变基性岩类相对偏高，可达2.48%～3.15%.总体化学成分与大洋中脊低钾拉斑玄武岩相当.

镁铁比值（m/f）=2.649～9.071，一般在 7.962～9.071之间，大于6.5；变基性岩、橄榄辉石岩和蛇纹岩类的MgO/（TFeO+MgO）比值分别为0.23～0.41、0.34～0.74和0.78～0.84，即从变基性岩-橄榄辉石岩-蛇纹岩（纯橄榄岩），有从富铁贫镁向富镁贫铁演化的趋势.标准矿物中出现较少的铁辉石，以顽火辉石为主，橄榄石以镁橄榄石为主，且均未出现石英，属镁质超基性岩类.

在AFM图解和Al2O3-CaO-MgO图解（图3）上，橄榄辉石岩类多落入超镁质堆晶岩区，蛇纹岩则落入变质橄榄岩区，而变基性岩类落入大洋中脊玄武岩区和镁铁质堆晶岩区.

表1 太平沟蛇绿岩主要元素组成Table 1 Contents of major elements in Taipinggou ophiolite

3.2 稀土元素特征

表2 太平沟蛇绿岩稀土元素和微量元素组成Table 2 Contents of rare earth elements and trace elements of Taipinggou ophiolite

稀土元素分析结果见表2.稀土元素总量（∑REE）=4.85×10-6～137.5×10-6，与原始地幔和亏损地幔相比偏高，其中变基性岩类为 65.18×10-6～137.5×10-6，相对偏高；轻重稀土比值（LREE/WREE）=0.4401～5.3027，一般稍大于 1；（La/Yb）N=1.18～12.59.总体表现轻稀土稍富集，轻重稀土分馏程度较低的特点.它的分布形式反映了蚀变前的稀土分布特征［11］，因此太平沟蛇绿岩轻稀土富集也可能反映了地幔的交代过程.δEu一般在0.68～0.98之间，具弱负异常.4个样品δEu大于1，出现正异常，可能反映了原始岩浆特点.球粒陨石标准化曲线（图4a），总体呈现轻稀土略显富集的平缓波状，与我国北祁连山西段中元古代蛇绿岩中蛇纹岩［12］和内蒙古贺根山地区蛇绿岩中橄榄岩［13］的稀土配分模式相似.

3.3 微量元素特征

微量元素分析结果（表 2）显示，Cr、Ni、Co 含量较高，分别为 1190×10-6～1973×10-6、354×10-6～1691×10-6、46.4×10-6～121×10-6；除 Cr、Ni外，其他元素均不同程度高出原始地幔和亏损地幔值，反映地幔岩特点.在蛇绿岩的洋中脊标准化微量元素曲线上（图4b），本区蛇绿岩总体上表现为高度富集大离子亲石元素Rb、Ba，高场强元素Zr、Hf，Nb一般负异常，且高场强元素相对于大离子亲石元素亏损.一般认为，Nb负常与俯冲作用有关，由此推断太平沟蛇绿岩可能具有与俯冲作用有关的成因特点.

4 蛇绿岩构造环境探讨

4.1 源区性质

综合不同学者对原生岩浆的认识及判别方法［14］，如Binns及Green等认为与上地幔残余橄榄岩浆平衡的原生岩浆的m 值［100Mg（Mg+Fe）］在 68～72 之间，大于此值为幔岩包体；Ni为 290×10-6，Cr为 380×10-6.Frey等认为原生岩浆的 Co=27×10-6～80×10-6.久野认为原生岩浆的固结指数（SI）大于40.研究区蛇绿岩的M值在 73～95 之间；Ni为 644×10-6～1691×10-6，Cr为1330×10-6～1655×10-6，Co 为 90×10-6～121×10-6；固结指数（SI）=58～83.

上述特征表明了太平沟蛇绿岩具有幔源性质的原生岩浆特点.Ormerod等曾指出，Zr/Ba比值大于0.2的玄武岩源区来自软流圈地幔，Zr/Ba比值小于0.2的玄武岩源区则来自岩石圈地幔［15］.本区橄榄岩的Zr/Ba比值在一般在0.2～0.93之间，反映源区来自更深的软流圈地幔橄榄岩.研究区蛇绿岩的Nb/Ta比值分别为1.5～15，基本上小于原始地幔的Nb/Ta比值（14.0～22.5）［16］，平均 17.5±2.0［17］，可能由于源区存在俯冲板片派生的富水流体交代或地壳混染作用所致.原始地幔和MORB的Nb/La比值大于1.0，而大陆地壳平均值Nb/La在0.7左右［18］.本区蛇绿岩的橄榄辉石岩类Nb/La比值为0.19和0.42，低于大陆地壳平均值；而蛇纹岩类为0.94～2.47，基本上高于原始地幔比值.由于结晶分异不会导致Nb/La比值降低（Nb比 La更不相容）［17］，再次说明地壳混染不是主导因素，应主要与地幔源区受到俯冲流体的交代有关，在此过程中橄榄辉石岩类的表现更为强烈些.

在稀土元素La-La/Sm关系图解（图5）中，投点呈现一斜线排列，表现出平衡部分熔融特点，这一点从稀土元素Eu的弱负异常到富集也能得到很好的解释.

4.2 构造环境探讨

蛇纹岩或蛇纹石化岩石等形成的构造背景，目前看来有以下几种［19］.（1）拉张环境：地幔橄榄岩或堆积橄榄岩主要发育在慢速扩张的洋中脊环境，正断层提供了海水通向地幔橄榄岩的通道.拉张环境下，地幔岩的出现预示着正断层、转换断层、滑脱断层的存在或底侵作用的发生.若海水沿断层浸透到地幔，使超基性岩蛇纹岩化，密度减小，体积膨胀，进而侵入到大洋岩石圈顶部.（2）聚敛环境：自蛇绿岩的术语出现以来，蛇绿岩中的地幔岩侵位到地壳中的机制一直是研究的热点.基本认同推覆作用是主导侵位机制，即地幔岩在弧前盆地可被推覆到弧前增生楔之上，在弧后盆地可被推覆到被动板块边缘或岛弧之上.太平沟蛇绿岩在Ti/Cr-Ni成因判别图解（图6）中，投点落于洋中脊玄武岩区（MORB）；在FeOt-MgO-Al2O3构造环境判别图解上，投影点落入洋中脊火山岩区一侧（图7），个别进入了洋岛火山岩区.说明本期蛇绿岩可能形成于拉张环境下中小型弧后扩张中心的次生洋壳.

4.3 关于蛇绿岩时代及就位机制的讨论

岩石地球化学性质表明佳木斯地块在中元古代以前与松嫩地块是连在一起的古陆块［20］，二者具有极其相似的地球化学组成，构造背景上相当于稳定的大陆边缘环境.中元古代以后，由于来自过渡带或下地幔地幔柱的底劈，产生了一个降压—增温过程，致使上地幔物质部分熔融，形成镁铁—超镁铁质熔体.岩浆上涌和地幔柱的进一步发展，则产生大规模的拉张作用，最终大陆开始裂解，相应的出现一套陆内裂谷-陆间裂谷［21］-被动大陆边缘型沉积建造.黑龙江岩群的变基性岩（原岩为拉斑玄武岩）Sm-Nd模式年龄1394 Ma［20］，蛇绿岩的橄榄辉石岩Sm-Nd全岩等时线年龄 1146 Ma❶孙立敏，等.1∶5万南沟等四幅区域地质调查报告.黑龙江省地质矿产局，1991.、1183 Ma［8］，说明洋壳形成在中元古代中期，这一裂解事件相当于加拿大格林威尔“Elzevirian造山旋回”［22］（尽管也有报道在黑龙江群变质硅质岩中发现有疑似放射虫［4，9］，但至今尚未见到确切的鉴定结果）.从全球来看，佳木斯地块、松嫩地块以及相邻的兴凯地块等是这一裂解事件产生的大陆碎块，这些大陆碎块在泛非造山运动期发生了碰撞［23］.研究区南邻依兰地区黑龙江岩群中蓝片岩40Ar-39Ar坪年龄（641～697.4 Ma）［5］，标志着在泛非期洋壳俯冲及陆块间聚合的开始.近年来的工作已经证明了佳木斯地块内以孔兹岩系为特征的稳定大陆型沉积建造在泛非期发生较强变质热事件的较可靠的同位素年代学依据［23］.

综合上述研究，中元古代中期，随着大陆裂解的开始，在裂陷区沉积了一套大陆边缘型的沉积建造——黑龙江群；中元古代中晚期开始洋壳形成，幔源型蛇绿岩侵位；至中元古代晚期陆块开始汇聚，发生陆—陆碰撞，在俯冲带附近发生了高压低温变质作用（蓝片岩相变质作用），俯冲作用达到高潮，陆间洋盆闭合，强烈的冲断层导致地壳楔或岩片的叠置，洋壳或大洋岩石圈也夹杂在其中，形成构造混杂堆积体，蛇绿岩呈构造岩片或岩块状产于强变形的构造混杂堆积体中，最终定位于古大陆边缘或古岛弧带附近.

5 结论及意义

（1）太平沟蛇绿岩与中元古代黑龙江岩群呈构造接触，是产于黑龙江岩群中的构造岩片，与之相伴产出（构造接触），有反映深海的放射虫硅质岩.太平沟蛇绿岩是一套不完整层序的蛇绿岩，缺失枕状熔岩和席状岩墙群.这种现象可能与扩张速度、原始岩浆成分、结晶分离条件、部分熔融程度、岩浆上升时与周围地幔交代作用以及岩浆供给的充分条件有关，也可能反映了初始洋盆的特点.稀土元素LREE略富集，具有P-MORB的特点，也反映出具有不成熟洋壳的特点，Nd、Ta具有微弱的负异常，可能与俯冲作用有关.

（2）太平沟蛇绿岩是存在于佳木斯地块与松嫩地块中间的古洋壳残片，它的发现为确定和研究黑龙江省东部地区的古板块构造提供了重要的依据，对探讨黑龙江省东部地区的地壳演化具有重要的地质意义，为研究全球超大陆演化提供了第一手资料.太平沟蛇绿岩的发现为进一步确定黑龙江群的构造属性提供了依据.

（3）蛇绿岩来源于地幔，这一发现无疑对在该区寻找与蛇绿岩及地幔有关的金属矿产有着一定的指导意义.

［1］张旗.蛇绿岩研究的进展［J］.地学前缘，1994，1（1-2）:98—102.

［2］科尔曼 R G.蛇绿岩［M］.北京：地质出版社，1982:110—117.

［3］王希斌，郝梓国.中国造山带蛇绿岩的时空分布及构造类型［J］.中国区域地质，1994，（3）:193—204.

［4］曹熹，党增欣，等.佳木斯复合地体［M］.长春：吉林科学技术出版社，1992:80—83.

［5］张兴洲.中国东北及邻区蓝片岩带的构造意义［A］//长春地质学院地 质研究所文集.北京：地质出版社，1992:99—106.

［6］孙德友，吴福元，等.吉林中部晚三叠世和早侏罗世两期铝质A型花岗岩的厘定及对吉黑东部构造格局的制约［J］.地学前缘，2005，12（2）:263—275.

［7］任纪舜，等.中国大地构造及其演化［M］.北京：科学出版社，1979.

［8］朱群.佳木斯地块和张广才岭微地块的裂解-碰撞造山演化［A］//沈阳地质矿产研究所集刊.长春：吉林科学技术出版社，1995:98—174.

［9］张兴洲.黑龙江群中放射虫的首次发现及意义［J］.长春地质学院学报，1991，21（2）:156.

［10］张兴洲.蓝片岩与绿片岩共存：龙江岩系构造演化的新证据［J］.长春地质学院学报，1991，21（3）:277—283.

［11］王希斌，鲍佩声，等.中国蛇绿岩中变质橄榄岩的稀土元素地球化学［J］.岩石学报，1995，11（增刊）:24—41.

［12］张招崇，毛景文，等.北祁连山西段中元古代蛇绿岩的发现及其质意义［J］.矿物岩石地球化学通报，1998，17（2）:114—118.

［13］白文吉，杨经绥，等.内蒙古贺根山蛇绿岩岩石成因和地壳增生的地球化学制约［J］.岩石学报，1995，11（增刊）:112—124.

［14］温克勒.变质岩成因［M］.北京：科学出版社，1980.

［15］Ormerod D S,Hawkesworth C J,Rogers N W,et al.Tectonic and magmatic transtions in the Western Great Basin,USA［J］.Nature,1988,333（6171—6172）:349—353.

［16］赵振华.微量元素地球化学原理［M］.北京：科学出版社，1997:114—184.

［17］孙书勤，汪云亮，张成江.玄武岩类岩石大地构造环境的Th、Nb、Zr判别［J］.地质论评，2003，49（1）:40—46.

［18］Taylor S R,McLennan Sm.The geochemical evolution of the continental crust［J］.Earth Planet Sci Geophys，1995，33（2）:241—256.

［19］李旭平，等.蛇绿岩套中超基性岩体的岩石组合：蛇纹岩、异剥钙榴岩和蛇绿碳酸盐——以西阿尔卑斯Zermatt-Saas蛇绿岩为例［J］.地学前缘，2003，10（4）:457—468.

［20］李双林，迟效国，等.中国满洲里-绥纷河地学断面及邻区地球化学分区及其形成的构造过程［J］.矿物学报，1997，17（1）:24—29.

［21］刘静兰.东风山前寒武纪含铁建造金矿床［M］.北京：地质出版社，1991.

［22］Rivers T.Lithotectonic elements of the Grenville Province：Review and tectonic implication［J］.Precambrian Research,1997，86:117—154.

［23］Wilde S A,吴福元，等.中国东北麻山杂岩晚泛非期变质的锆石SHRIMP年龄证据及全球大陆再造意义［J］.地球化学，2001，30（1）:35—48.

DISCOVER OF THE OPHIOLITE IN TAIPINGGOU AREA ON THE WESTERN MARGIN OF JIAMUSI MASSIF:Tectonic implication

LIU Gui-xing1,ZHAO Guang-jiang2,LI Yong-sheng3

（1.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China;2.No.4 Institute of Geological Exploration of Heilongjiang Province,Harbin 150036,China;3.Heilongjiang Institute of Geological Survey,Harbin 150080,China）

Ophiolite was firstly found in Taipinggou area during the 1:250 000 regional geological survey of Jiayin and Taipinggou sheets.It occurs in the west of Jiamusi massif in Eastern of Heilongjiang Province,on the east of Mudanjiang-Jiayin fault.The rock belt,extending in northeast direction,is distributed in and structurally bounded by the Mesoproterozoic Heilongjiang rock group.The ophiolite series is composed of ultramafic serpentinite,serpentinized peridotite-pyroxenite and metamorphosed basic rocks.The Taipinggou ophiolite belt was formed by the splitting of Jiamusi-Songnen massif.The ophiolite might be derived from the secondary oceanic crust formed in the minor spreading center near the subduction zone.Its character of P-MORB of slight LREE enrichment,with negative abnormity of Nd and Ta,suggests that the ophiolite be related to the subduction.The discovery of Taipinggou ophiolite provides new tectonic evidences for the study on the forming and evolving of the Proterozoic plate and Jiamusi massif.It is a significant guide to search mantle-related metal minerals in the region.

ophiolite;ancient oceanic crust;Jiamusi massif;Taipinggou;Heilongjiang Province

1671-1947（2012）01-0051-08

P588.3

A

2011－03－07；

2011-05-16.编辑：张哲.

中国地质调查局“1∶25万乌云镇、嘉荫县、太平沟幅区域地质调查”项目（200313000035）资助.

刘桂香（1966—），女，工程师，从事矿产调查研究工作，通信地址沈阳市黄河北大街1号，E-mail//549462147@qq.com