柴北缘阿木尼克山北坡蛇绿混杂岩的发现及地质意义

李建兵，孟军海，万世昌

(1.青海省第三地质矿产勘查院，青海 西宁 810008；2.四川省众成矿业有限公司，四川 成都 610047)

柴北缘缝合带既是青藏高原重要的大地构造单元分界线，也是青海省一条重要的成矿带[2]，对其进行准确填绘和详细研究，不但对该区基础地质研究有重要的促进作用，而且对当地的地质找矿有重要指导作用。限于前人的工作精度，该缝合带在锡铁山以东、牦牛山以西并无确切位置。我们通过在阿木尼克山地区系统的1∶5万区域地质矿产调查工作，首次在阿木尼克山北坡发现了柴北缘缝合带的标志——蛇绿混杂岩。

1 地质特征

阿木尼克山北坡蛇绿混杂岩分布于阿木尼克山北坡，呈NW向展布，地表断续出露长约10.3 km，宽0.1～1.5 km(图1)。蛇绿岩构造混杂特征明显，岩石变形变质强烈，糜棱岩化特征显著，各单元岩石呈透镜状岩块或岩片分布于滩间山群(∈—OT)中。该蛇绿岩层序较完整，从下至上为堆晶超镁铁质杂岩、辉长杂岩、镁铁质席状岩墙杂岩群、喷出岩，深海沉积物有条带状放射虫硅质岩、页岩、结晶灰岩(图2)，蛇绿岩围岩为滩间山群火山岩组(∈—OTb)。

图1 研究区蛇绿混杂岩分布图Fig.1 Geologic map of Ophiolitic mélange in research area

图2 蛇绿混杂岩剖面图Fig.2 Profile map of Ophiolitic mélange

堆晶超镁铁质杂岩由呈串株状产出的数十个小超基性岩体组成，单个岩体呈透镜状、囊状，宽数米至数十米，一般长数百米。岩石类型为蛇纹石化超基性岩、白云石化超基性岩。堆晶结构发育，可见粗大且晶形完好的橄榄石晶体，晶体长达1 cm。辉长杂岩包括辉石岩、辉长岩，单个岩体呈透镜状、囊状，宽数米至数十米，一般长数百米，往往与堆晶超镁铁质杂岩相伴生，尤其是辉石岩，多平行分布于超基性岩两侧，呈带状展布。镁铁质席状岩墙杂岩群有辉绿岩脉、斜长花岗岩。辉绿岩脉呈细脉状、透镜状，长数十米至数百米。斜长花岗岩由4个呈串珠状展布的岩体组成，岩体呈长条状，岩体群长3.3±km，宽0.4±km，岩石类型有斜长花岗岩、奥长花岗岩。喷出岩发育有枕状玄武岩、致密块状玄武岩、英安岩、英安质凝灰岩、流纹岩，与特罗多斯蛇绿岩的A组喷出岩相似[3]。玄武岩呈块状断续出露，平面形态为透镜状、豆荚状。枕状玄武岩分布约30 m宽，走向延伸数百米，单枕体宽15～30 cm，长30～100 cm。部分英安岩发育绳状构造，深海沉积物分布十分局限，有少量出露，包括草绿色放射虫硅质岩、粉砂质泥岩、薄层状结晶灰岩、黑色页岩。硅质岩单层厚约1～3 cm，均含数量不等的放射虫，局部可见页岩与硅质岩互层组成的韵律层，下粗上细具进积特征，在粉砂质泥岩、薄层状结晶灰岩中可见纹层理。

2 岩石化学及地球化学特征

本次工作在蛇绿混杂岩中采集了13件地球化学样品，测试分析由西南冶金地质测试所完成，主量元素分析方法有X荧光法、重量法、滴定法，主要仪器有Axios X荧光仪；稀土元素分析方法为质谱法，分析仪器有NexLON 300x ICP-MS；微量元素分析方法有等离子发射光谱法、质谱法、X荧光法，主要仪器有iCAP6300全谱仪、NexLON 300x ICPMS、Axios X荧光仪。分析结果见表1。

超基性岩SiO2含量很低，为43.91～44.65%。MgO含量很高，为41.20%～41.69%，高于地幔平均值37.48%。Fe2O3含量为6.36%～8.35%，FeO含量1.97%～3.17%。Al2O3含量1.56%～3.02%，低于地幔平均值。全碱ALK(Na2O+K2O)含量0.06%～0.09%，低于地幔平均值。岩石总体富MgO，Fe，Ni，贫Na2O、K2O、Al2O3、TiO2、MnO、CaO。稀土总量很低，ΣREE 为5.57×10-6～6.51×10-6，LREE/HREE 为7.04～9.62，轻稀土富集，重稀土亏损，轻重稀土分馏中等。稀土分布曲线右倾，重稀土部分曲线水平。Eu略微亏损，Ce亏损明显，δCe为0.54～0.55。微量元素岩石富集强不相容元素Rb，Ba，Th，略微富集Zr，Hf，活泼元素Sr，K，P，Ti亏损，Nb也略微亏损。蛛网曲线呈峰谷迭起的形态。

辉长岩、辉绿岩贫碱，全碱ALK(Na2O+K2O)含量3.93%～5%。岩石富CaO、FeO、MgO，贫Fe2O3、TiO2、MnO，Al2O3含量14.46%～17.91%，铝饱和指数A/CNK为0.64～0.99，均小于1.1。辉长岩稀土总量很低，ΣREE为4.9×10-6～21.89×10-6，LREE/HREE为2.5～4.34，总体轻稀土略富集，重稀土略亏损，轻重稀土分馏较差，稀土分布曲线总体略微右倾(图3)，Eu显示正异常，δEu为1.31～1.45，表明长石结晶不充分。Ce异常不明显，δCe为0.91～1.03。辉绿岩稀土元素特征与辉长岩有较大差异，表明为不同期次岩浆事件的产物。微量元素富集Rb，Ba，亏损P，其中P27-65号样品与超基性岩的曲线特征十分相似，说明它们来源于同源岩浆(图4)。

玄武岩SiO2含量47.83%～51.64%，里特曼指数δ为 4.57～6.24，属碱性玄武岩。ALK(Na2O+K2O)为5.49%～6.28%。玄武岩Na2O含量较高，K2O含量较低。玄武岩Al2O3含量较高，均大于16%，属高铝玄武岩。轻稀土富集，重稀土亏损，LREE/HREE为3.72～7.78，轻重稀分馏中等，稀土分布曲线右倾，重稀土部分相对平坦(图3)。Eu，Ce异常不明显。微量元素球粒陨石标准化蛛网图中曲线呈峰谷迭起的曲线形式(图4)。

表1 蛇绿混杂岩主要元素、微量元素分析结果表Table 1 Major and trace element data for ophiolitic mélange

酸性火山岩里特曼指数δ均小于3.3，属于钙碱性岩，富Al，A/CNK大于1.1，轻稀土富集，重稀土亏损，稀土分布曲线右倾(图3)。强活动性元素K，Rb，Ba及强不相容元素Th富集，Nb，P亏损。

图3 稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig.3 Chondrites-normalized REE patterns

图4 微量元素球粒陨石标准化分布蛛网图Fig.4 Chondrite-normalized trace element patterns

斜长花岗岩全碱ALK(Na2O+K2O)含量6.50～6.56%，Na2O含量为4.72%～5.38%，均高于3.2%。w(Na2O)＞w(K2O)。里特曼指数为1.22～1.33，均小于3.3，属钙碱性岩。岩石Al2O3较低，Al2O3含量11.98%～13.61%，铝饱和指数A/CNK为1.1。MnO，P2O5含量均较低，稀土总量较高，2件样品分别为137.13×10-6、204.20×10-6，轻稀土富集，重稀土亏损，轻重稀土分馏较强，稀土分布曲线总体右倾，重稀土部分近水平(图3)。Eu、Ce异常不明显。微量元素强不相容元素Ba，Th富集，Nb，P亏损明显，蛛网曲线呈峰谷迭起的曲线形式(图4)。斜长花岗岩岩石地球化球特征与中酸性火山岩相似，稀土元素球粒陨石标准化分布曲线、微量元素球粒陨石标准化蛛网曲线基本一致，说明其为同源岩浆演化产物。

3 构造环境讨论

据最新的蛇绿岩研究进展，蛇绿岩可分为2大类型，即与俯冲作用无关的蛇绿岩和与俯冲作用相关的蛇绿岩。与俯冲作用无关的蛇绿岩包括陆缘型(CM)、洋中脊型(MOR)、地幔柱型(P)；与俯冲作用相关的蛇绿岩包括俯冲带上盘型(SSZ和火山弧型(VA)[5]。

3.1 玄武岩构造环境讨论

蛇绿岩中的熔岩是最能体现其地球化学特征的岩石单元[7]，研究区玄武岩Al2O3含量高，LREE和HREE分异明显。大离子亲石元素(LILE)Rb，Sr，Ba，Th富集，高场强元素(HISF)Ta，Nb亏损，指示熔岩来自弧后盆地消减的岩石圈[4]。尤其是Nb的负异常，具岛弧玄武岩特征。在Zr-Zr/Y判别图上，2件玄武岩样品均投在IAB区域，为岛弧玄武岩。在岛弧区，由于普遍发生洋壳和沉积物向岩石圈深部的再循环，或由于高场强元素倾向于残留在难熔矿物相中，或在流体与上覆地幔楔相互作用过程中高场强元素具有较其它不相容元素高的晶/液分配系数，从而造成高场强元素的亏损(图5)[7-9]。

图5 滩间山群玄武岩Zr-Zr/Y构造环境判别图Fig.5 The Zr-Zr/Y tectonic environment discrimination diagram of the basalt in Tanjianshan groups

3.2 斜长花岗岩构造环境讨论

研究区内的斜长花岗岩富碱，相对富Na2O贫K2O。在w(SiO2)～w(K2O)图中，2件样品均落在非洋脊花岗岩中(图6)。Al2O3含量较低(11.98～13.61%)，预示其源岩是下地壳的中基性火成岩及其变质产物。花岗岩具LREE富集型稀土分布型式，Eu异常不明显。在图7中，两件样品均落在VAG区，说明该花岗岩应属于火山弧花岗岩。

3.3 蛇绿岩类型

根据Dilek等的研究，Ti，V，Th，Yb，Nb在变质作用和蚀变中最不活跃，它们是最为可靠的区分俯冲相关岩浆和其它类型岩浆的指标，与俯冲相关的蛇绿岩表现出基本不变的低TiO2成分[5]。研究区玄武岩TiO2含量低(0.52%～0.66%)，明显低于洋脊玄武岩平均值1.5%，花岗岩TiO2含量低(0.15%～0.28%)，其余岩石TiO2含量均很低，为0.01%～0.58%。

Ti/V值也是区分蛇绿岩类型的一个重要指标，陆缘型(CM)、洋中脊型(MOR)、地幔柱型(P)蛇绿岩中玄武岩的Ti/V值一般为20～50，而俯冲带上盘型(SSZ)和火山弧型(VA)蛇绿岩Ti/V值小于10或大于50[5]。研究区玄武岩的Ti/V值分别为13、18。2件花岗岩样品的Ti/V值分别为50、55，说明该蛇绿岩是与俯冲作用相关的蛇绿岩。

图6 花岗岩w(SiO2)%-w(K2O)%图Fig.6 Granite w(SiO2)%-w(K2O)%diagram

图7 花岗岩Y+Nb-Rb图Fig.7 Granite Y+Nb-Rb diagram

阿木尼克山北坡蛇绿混杂岩具备较完整的彭罗斯型蛇绿岩结构，其中镁铁质席状岩墙杂岩群岩石组合包括辉绿岩脉、斜长花岗岩，喷出岩有玄武岩和酸性火山岩，玄武岩具典型的岛弧玄武岩特征，斜长花岗岩产于火山弧环境。与俯冲作用相关的蛇绿岩包括俯冲带上盘型(SSZ)和火山弧型(VA)，其中俯冲带上盘型(SSZ)蛇绿岩的岩浆活动表现为MORB-IAT-玻安岩岩浆活动系列演化特征[10]，区内蛇绿岩的岩浆活动缺少MORB和玻安岩岩浆活动。广泛发育英安岩、英安质凝灰岩、流纹岩是区内蛇绿岩的一大特征，也是火山弧型(VA)蛇绿岩的重要标志。

综上所述，阿木尼克山北坡蛇绿混杂岩应为与俯冲作用相关的火山弧型(VA)蛇绿岩。

4 地质时代

在蛇绿混杂岩的碳酸岩岩块中采集到4件化石，其中2件珊瑚类化石、2见腕足类化石。珊瑚类化石由成都理工大学沉积研究学院古生物教研室鉴定，为扭心珊瑚属(Streptelasma corniculum)(O2—D2)。腕足类化石由四川地矿局资深腕足类化石鉴定专家朱占祥鉴定，为正形贝(Orthissp.)(O1-3)。

在斜长花岗岩中采集了1同位素件样品(P7-18TW1)送中国地质大学(北京)进行锆石LA-ICPMS U-Pb定年。锆石自形程度较好，呈四方柱状和长条状，多数具岩浆振荡环带的特征，多数锆石Th/U值为0.7～1.4，应为岩浆锆石。由表2、图8可知，锆石206Pb/238U年龄为(485.6±2.4)Ma，地质时代属早奥陶世。结合化石成果可判定，阿木尼克山北坡蛇绿混杂岩的活动时代为早—中奥陶世。杨经绥等在落凤坡橄榄岩中取得了(521±14)Ma(Sm-Nd等时线年龄)、(518±11)Ma(Rb-Sr等时线年龄)[11]。朱小辉等在绿梁山蛇绿岩中利用LA-ICP-MS微区原位锆石U-Pb定年获得变辉长岩形成时代为(535±2)Ma，斜长花岗岩形成时代为(493±3)Ma[12]。在柴北缘早古生代蛇绿岩中，不同地质体中获得的同位素年龄存在一定差异，反映柴北缘早古生代蛇绿岩的复杂性，说明柴北缘洋的发展可能具多旋回性。

5 地质意义

(1)区域上，柴北缘蛇绿岩带大致沿赛什腾山、锡铁山、阿木尼克山、牦牛山、沙柳河一线分布，以不同规模的岩块(片)分布于滩间山群中。阿木尼克山北坡火山弧型蛇绿混杂岩是柴北缘蛇绿岩带的重要组成部分，是柴达木地块向全吉地块俯冲消减的产物，代表了柴北缘洋从形成、发展、演化、闭合的全过程，为柴北缘缝合带的研究提供了新资料。

(2)构造混杂岩带是否存在对区域大地构造研究、构造单元的划分具重要影响。因缺乏直接地质依据，在编制青海省大地构造图时，柴北缘缝合带在锡铁山以东、牦牛山以西无确切位置，推测其从阿木尼克山以南盆地内通过。阿木尼克山北坡蛇绿混杂岩的发现，为柴北缘缝合带具体划定提供了直接依据，对该区基础地质研究工作具指导作用。

表2 斜长花岗岩锆石U-Th-Pb分析数据表Table 2 U-Th-Pb data of zircons in the plagiogranite

图8 斜长花岗岩锆石U-Pb同位素年龄图Fig.8 Zircon U-Pbisotopic agediagram of the plagiogranite