辽宁鞍山地区陈台沟蛇绿岩地球化学特征

2014-01-12王广伟豆世勇鲍东明杨玉伟

地质与资源 2014年6期

余超，田毅，王广伟，豆世勇，鲍东明，杨玉伟

（1.辽宁省地质矿产调查院，辽宁沈阳110031；2.辽宁省物测勘查院，辽宁沈阳110121）

一般认为蛇绿岩套是具有特征性的岩石组合，由底到顶依次为具变质变形的地幔橄榄岩、具火成堆晶结构的镁铁质—超镁铁质岩、席状岩墙杂岩、镁铁质熔岩和远洋深海沉积［1］，为仰冲到大陆上的大洋地壳残片.有关早前寒武纪洋壳记录的研究尚十分有限，在一些太古宙绿岩带也识别出了古老的洋壳残片，但层序并不完整（Kusky，1999）.太古宙蛇绿岩少见，可能与强烈变形和变质造成识别上的困难有关（李江海，1997）.

陈台沟蛇绿岩早期被划归为鞍山群，但在岩石组合、变质变形特征、含矿性等诸多方面，都与鞍山地区公认的鞍山群明显不同［2］.20世纪90年代初宋彪等人［3］对侵入到陈台沟蛇绿岩中的花岗岩脉进行同位素测年，认为陈台沟蛇绿岩的年龄不小于（3337±12）Ma，因此陈台沟蛇绿岩形成年代远老于鞍山群.在最新一轮1∶25万辽阳市幅区调修侧工作中，将陈台沟蛇绿岩从鞍山群划分出来，单独命名陈台沟岩组.本文在前人研究的基础上，对陈台沟蛇绿岩进行较系统的地质和地球化学研究，进而探讨其成因及构造环境，以期对该区大地构造演化研究提供依据.

1 地质特征

陈台沟蛇绿岩分布于辽宁省鞍山市东部约8 km处的陈台沟村附近（图1），呈北西向带状延伸，分布面积约0.38 km2，西侧与白家坟岩体和陈台沟岩体均以断层接触，东界被第四系河流沉积物掩盖.因其出露面积很小，长期以来一直未引起人们的重视.陈台沟蛇绿岩岩性主要由滑石片岩、蛇纹岩、斜长角闪岩、变辉绿岩、石英岩组成.经岩石化学、地球化学资料分析，陈台沟蛇绿岩中滑石片岩和蛇纹岩原岩为橄榄岩，斜长角闪岩和变辉绿岩原岩为岛弧拉斑玄武岩，石英岩为远洋深海硅质岩.与标准蛇绿岩剖面相比，组成蛇绿岩的岩石单元并不完整，缺少席状岩墙群杂岩和火成堆晶结构的镁铁质—超镁铁质岩.

2 岩石地球化学特征

2.1 超镁铁质岩岩石地球化学特征

陈台沟蛇绿岩中超镁铁质岩的岩性包括滑石片岩和蛇纹岩，从岩石化学和地球化学特征来看两者的原岩为变质橄榄岩.其中蛇纹岩呈浅绿—暗绿色，显微鳞片变晶结构，叶片状构造或块状构造，主要成分为叶蛇纹石和纤维蛇纹石；滑石片岩类岩石呈深灰—灰绿色，片状构造，鳞片变晶结构.主要矿物滑石55%～90%，绿泥石15%～40%，另见少量透闪石、菱镁矿等矿物.

由表1可知蛇纹岩和滑石片岩具低SiO2（38.22%～43.14%）、TiO2（0.016%～0.19%），低全碱 Na2O+CaO（0.078%～0.11%），而高 Fe2O3+FeO（5.58%～12.31%）、MgO（29.2%～38.7%），具有相对富Mg的特点，与上地幔岩的岩石化学成分极其相似.在超镁铁质岩石分类图解（图2）中样品绝大部分落入方辉橄榄岩区域中，

图1 鞍山地区地质略图（引自伍家善，略加修改）Fig.1 Geologic sketchmap ofAnshan area（Modified fromWU Jia-shan）1— 3.8Ga白家坟奥长花岗岩（Baijiafen trondhjemite,3.8Ga）；2— 3.3～3.8Ga东山杂岩带（Dongshan complex belt,3.3-3.8Ga）；3— 3.3Ga陈台沟二长花岗岩（Chentaigoumonzogranite,3.3Ga）；4— 3.1Ga立山奥长花岗岩（Lishan trondhjemite,3.1Ga）；5— 3.0Ga铁架山花岗岩（Tiejiashan granite,3.0Ga）；6—2.5Ga齐大山二长花岗岩（Qidashanmonzogranite,2.5Ga）;7—130Ma千山碱长花岗岩（Qianshan alkali-feldspargranite,130Ma）；8—3.3Ga陈台沟蛇绿岩（Chentaigou ophiolite,3.3Ga）；9—2.5Ga鞍山群（Anshan gr.,2.5Ga）；10—1.8Ga辽河群（Liaohegr.,1.8Ga）；11—新元古代石英岩（Neoproterozoic quartzite）；12—古元古代基性岩（Paleoproterozoic basic rock）；13—断层（fault）；14—角度不整合（angularunconformity）

表1 陈台沟蛇绿岩超镁铁质岩化学成分分析结果Table1 Chem icalcom positionsof Chentaigou ophiolitic ultramafic rocks

图2 超基性岩分类命名图解Fig．2 Classification and nomenclature diagram forultramafic rocksOl—橄榄石（olivine）;Opx—斜方辉石（orthopyroxene）;Cpx—单斜辉石（clinopyroxene）;2—方辉橄榄岩（harzburgite）;5—橄榄斜方辉石岩（olivineorthopyroxenite）

个别样品落入橄榄斜方辉石岩区域，说明陈台沟蛇绿岩中的超镁铁质岩大部分属方辉橄榄岩，少量为橄榄斜方辉石岩，属蛇绿岩套的下部层位．阿尔卑斯型超镁铁质岩的 MgO/＜FeO>在 6．5～1．2 之间［4］，陈台沟蛇绿岩中的超镁铁质岩 MgO/＜FeO>在 2．56～7．85 之间，仅一个样品的数值不在其范围之内．可见组成陈台沟蛇绿岩的超基性岩应属阿尔卑斯型超基性岩．从表2中可知超镁铁质岩的微量元素中大离子亲石元素Rb、Ba、Sr的丰度普遍较低，不活动元素Nb、Ta的丰度亦较低（图 3b），Cr、Co、Ni的丰度较高，与上地幔岩的微量元素特征很相似．超镁铁质岩石的稀土元素分析结果列于表3中，从表中可以看出可知超镁铁质岩明显贫乏∑REE ，稀土总量变化范围为 3．00×10－6～12．63×10－6，仅一个样品高于球粒陨石的∑REE（5．42×10－6），其他两个样品均低于球粒陨石的∑REE，呈现出较明显的亏损状．（La/Yb）N变化范围 2．96～6．66，δEu=0．37～1．23，两个样品呈现较明显的负铕异常，一个样品具有正铕异常（图3a）．总地看来，超镁铁质岩具有稀土元素分异和分馏程度较低，轻、重稀土的富集不明显的特点．

上述岩石化学、地球化学特征均表明，陈台沟蛇绿岩中的超镁铁质岩原岩是变质橄榄岩，属上地幔岩，为蛇绿岩下部层位．

2．2 镁铁质岩岩石地球化学特征

陈台沟蛇绿岩中镁铁质岩石主要包括斜长角闪岩和变辉绿岩．其中斜长角闪岩灰黑色，粒状变晶结构，条纹状构造，矿物成分有角闪石、斜长石、少量石英、绿帘石等；变辉绿岩灰绿色，变余辉绿结构，岩石强烈片理化，角闪石呈定向排列，斜长石多呈细粒化，岩石主要矿物成分为角闪石、斜长石、黑云母和少量绿帘石．

表2 陈台沟蛇绿岩超镁铁质岩微量元素分析结果Table2 Trace elementsof Chentaigou ophiolitic ultramafic rocks

图3 陈台沟蛇绿岩超镁铁质岩石REE球粒陨石标准化图（a）和初始地幔标准化微量元素分布图（b）Fig.3 Chondrite-normalized REE（a）and primitivemantle-normalized traceelements（b）patterns for Chentaigou ophiolite ultramafic rocks

表3 陈台沟蛇绿岩超镁铁质岩稀土元素分析结果Table3 Rare earth elementsof Chentaigou ophiolitic ultramafic rocks

从表4中可以看出它们具有低SiO2（49.65%～52.53%），中等MgO（7.67%～11.54%）、Al2O3（12.16%～15.09%）、TiO2（0.46%～0.92%），与岛弧拉斑玄武IAT岩相似（TiO2=0.58%～0.85%）［5］.将表 4所提供的数据投入TAS图解（图4a）中样品落入玄武岩区域中，在AFM图解（图4b）中，镁铁质岩样品落入拉斑玄武区域内，说明陈台沟蛇绿岩中的镁铁质岩原岩为拉斑玄武岩.微量元素中高场强元素 Nb、Ta、Zr、Hf在蚀变和变质等过程中具有很高的稳定性，因此是岩石成因和源区性质的示踪剂，并且一般地，岛弧玄武岩和部分亏损型洋中脊玄武岩（N-MORB）的Ta、Nb丰度分别不大于 0.7×10-6和 1.2×10-6，Nb/La＜1，Hf/Ta>5，La/Ta>15，Ti/Y＜350（Condie et al.，1989）；而板内玄武岩（WPB）、过渡型洋中脊玄武岩（T-MORB）和富集型洋中脊玄武岩（E-MORB）则正好相反（Condie etal.，1989）.从表 5中可知陈台沟蛇绿岩的镁铁质岩微量元素中Ta丰度（0.16×10-6～0.2×10-6）和 Nb 丰度（1.2×10-6～1.92×10-6）较低，Nb/La 比为 0.37～0.60，Hf/Ta 平均比值为 0.58，La/Ta平均比值为14.88，Ti/Y比值为196～249.表明该玄武岩成因、环境与WPB、T-MORB、E-MORB岩石构造环境无关，类似于岛弧玄武岩或N-MORB的形成环境.在微量元素MORB标准化分配图解（图5b）中可以看出样品具有富集K、Rb、Ba等大离子亲石元素，亏损Nb、Hf等高场强元素为特点.这种特征的地球化学性质在一定程度上反应了地幔源区含有岛弧火山岩的组分，而与典型的大洋中脊N-MORB有明显区别，因为大洋中脊之下的玄武岩通常不出现K、Rb、Ba等元素的富集，尤其是Nb的亏损.镁铁质岩的稀土元素分析结果列于表6中，从表中可以看出镁铁质岩的稀土总量很低，轻稀土略富集（LREE/HREE比值平均为1.5），（La/Yb）N平均为 1.41，δEu 变化范围 0.65～0.83，铕的负异常不明显.样品具有平坦的REE配分型式（图5a），同时各样品REE配分型式相互平行，只有位置的高低，显示其稀土分异程度相当，具有同源岩浆特征.玄武岩样品的REE平坦型配分曲线区别于N-MORB的LREE亏损型分布型式，指示陈台沟蛇绿岩并非形成于N-MORB型大洋中脊环境.

表4 陈台沟蛇绿岩镁铁质岩石化学成分分析Table4 Chem ical com positionsof Chentaigou ophiolitemafic rocks

图4 陈台沟蛇绿岩中镁铁质岩石TAS（a）图解和AFM（b）图解B—玄武岩区（Basalt）；CA—钙碱性玄武岩（Calc-alkali）；TH—拉斑玄武岩（Tholeiite）Fig.4 TAS（a）and AFM（b）diagrams forChentaigou ophiolitemafic rocks

表5 陈台沟蛇绿岩镁铁质岩石微量元素分析Table5 Trace elementsof Chentaigou ophiolitemafic rocks

图5 陈台沟蛇绿岩中镁铁质岩石REE球粒陨石标准化图（a）和初始地幔标准化微量元素分布图（b）Fig.5 Chondrite-normalized REE（a）and primitivemantle-normalized trace elements（b）patterns for Chentaigou ophiolitemafic rocks

表6 陈台沟蛇绿岩镁铁质岩石稀土元素分析Table6 RareearthelementsofChentaigouophiolitiemaficrocks

2.3 形成环境讨论

近些年对蛇绿岩的研究得出蛇绿岩的形成环境多种多样，不同构造环境下形成的蛇绿岩具不同的地球化学类型.张旗等（1999）曾指出，蛇绿岩的基本地球化学类型有两种：一种是岛弧型（IAT），另一种是洋脊型（MORB）.在消减带之上的岛弧和弧前环境形成的是IAT和玻安岩，不成熟的弧后盆地玄武岩兼具MORB和IAT的特征，成熟的弧后盆地玄武岩为MORB型，弧间盆地环境产出的岛弧蛇绿岩也具有IAT和MORB的性质［6］.讨论蛇绿岩的构造环境最好的对象是蛇绿岩中的玄武岩，为探讨陈台沟蛇绿岩形成的构造环境，需要重点分析该蛇绿岩中不活动元素、稀土元素、高场强元素、强相容元素以及大离子亲石元素等提供的信息，从而厘定蛇绿岩的大地构造环境.

陈台沟蛇绿岩中玄武岩类主量元素TiO2介于0.46%～0.78%之间，平均为0.58%，TiO2含量较低，明显低于洋脊玄武岩 TiO2的平均值 0.15%（Pearce，1983）；P2O5变化于 0.03%～0.06%，平均为 0.05%，与洋脊玄武岩的P2O5的平均含量0.14%相差甚远，二者暗示了此玄武岩非大洋中脊玄武岩和洋岛玄武岩的特点.在3K2O-2Ti2O-MgO图解（图6a）中玄武岩样品均落入岛弧玄武区域中.在不同构造玄武岩的Ti-Cr图解（图6b）中，样品落入岛弧拉斑玄武岩及与洋底玄武岩接触带附近.需要指出的是，陈台沟蛇绿岩的玄武岩类稀土配分模式呈现近平坦型曲线，而不具有MORB通常亏损轻稀土的特征.微量元素中大离子亲石元素K、Rb富集，高场强元素Nb、Hf亏损，具有IAT的特征，因此陈台沟蛇绿岩中玄武岩应为岛弧拉斑玄武岩.

综上所述，陈台沟蛇绿岩中玄武岩只具有岛弧拉斑玄武岩的特征，而不具有洋中脊玄武岩通常亏损轻稀土的特征，不可能产生于典型的或者是成熟的弧后盆地，而在消减带之上的岛弧环境中形成的基性火成岩具有同陈台沟蛇绿岩相似的地球化学组成.根据近些年的一些研究成果认为在古太古代或更早的时期本区存在原始超镁铁质—镁铁质地壳［7］，后期原始地壳不断开裂并发育时间短暂的初始小洋盆，陈台沟蛇绿岩最有可能的产出环境是岛弧环境.