北祁连大岔大坂蛇绿岩的地球化学特征及其成因

　中　国　科　学(D　辑) 第28卷　第1期SCIENCE IN CHINA(Series D)　1998年2月

北祁连大岔大坂蛇绿岩的地球

化学特征及其成因3

张　旗　Chen Yu①　周德进　钱　青　贾秀琴②　韩　松②

(中国科学院地质研究所,北京100029;①Department of Earth Science,Dalhousie University,Halifax,Canada;

②中国科学院高能物理研究所,北京100080)

摘要 在大岔大坂蛇绿岩中存在3组火山岩:第1组为典型的玻安岩,以富Si,

Mg,贫Ti,HREE和HFSE为特征;第2组Ti,HREE和HFSE丰度略高,Mg′值变化

大,指示经历了分离结晶作用,是玻安岩岩浆演化的产物;第3组为具MORB特征的

拉斑玄武岩.根据MORB与玻安岩的存在,推测大岔大坂蛇绿岩产于岛弧和弧后盆

地环境.

关键词 大岔大坂　蛇绿岩　玻安岩　地球化学

大岔大坂蛇绿岩位于甘肃省肃南县境内.冯益民等最早报道了大岔大坂蛇绿岩[1],卢诘甫[2]、夏林圻[3]、陈雨[4]等相继报道了大岔大坂蛇绿岩中玻安岩的产出.研究表明,在大岔大MORB和玻安岩两种地球化学性质截然不同的岩石,玻安岩覆于具MORB 特征的枕状熔岩之上,推测是具弧后盆地特征的洋壳叠加了产于弧前环境的玻安岩.这种洋壳剖面很有意义,说明随着环境的变迁,岩浆活动的性质发生了变化.

1　地质概述

早古生代的大岔大坂蛇绿岩,由下向上(从南至北),由变质橄榄岩、辉长2辉绿岩和枕状熔岩3部分岩石组成(图1).枕状熔岩的化学成分可分为MORB和玻安岩两类,前者出露范围较窄,位于辉长2辉绿岩单元之上,其上为具玻安岩成分的枕状熔岩(总体产状倒转向南倾),两种枕状熔岩之间的界线不清(被第四纪掩盖).玻安岩质的枕状熔岩厚约1km.在纳木桥之南,枕状熔岩与奥陶系(?)复矿砂岩及流纹岩呈断层接触.在枘木桥北东,见泥盆纪粗碎屑岩盖在蛇绿岩之上(图1).

2　地球化学

主元素Ba,Co,Cr,Ni,Rb,Sr,Zr,V和Y用XRF方法分析,分析者:北京有色冶金设计总院中心实验室李中山和吴伟,REE和其余微量元素用INAA方法分析,分析者:中国科学院高能物理研究所,韩松和贾秀琴(表1).Nd和Sr同位素用MA T2261固体质谱计分析,分析

1997204226收稿,1997208208收修改稿

3国家科委高技术司和国家自然科学基金资助项目(批准号:49472101)

图1　甘肃省肃南县大岔大坂蛇绿岩地质图

Q 示第四系,C 示石炭系红色和黄色砂岩夹泥岩,D 示泥盆

系红色碎屑岩,O 示奥陶系(?)硅岩、复矿砂岩夹流纹岩,G 2B 示辉长2辉绿岩,G a 示辉长岩,PL 示枕状熔岩,Rh 示流纹岩,

UM 示地幔橄榄岩.图中的TiO 2(%)为全岩化学分析数据者:中国地质科学院地质研究所张宗清(表

2).XRF 和INAA 分析的GSR2标样,其主元素除Na 的分析误差为6%以外,其余均<5%;微量元素误差以Y 较大(>25%),其次为Co <15%,Ba ,Ni ,V ,Ta ,Lu ,Eu <10%,其余<5%.211　主元素大岔大坂蛇绿岩的化学分析列于表1.从表中看出,全部枕状熔岩按TiO 2含量的高低可分为3组,第1组贫Ti (TiO 2<0.34%),与典型的玻安岩特征相似[5];第2组TiO 2=0.33%～0.65%,也属于玻安岩系的岩石;第3组岩石TiO 2>0.92%(表1),具MORB 的特征.在AFM 图中(图2(a )),第1和2组样品为钙碱性趋势,第3组样品显示拉斑玄武岩的特征.第1组典型玻安岩的Mg ′值[Mg/(Mg +ΣFe )]最高,在0177～0.44之间,说明玻安岩是一种独立的钙碱性的原始岩浆[5～6].212　微量元素

第1和2组岩石与第3组岩石的微量元素相关比值不一样.如前两组的Ti/Zr 平均值<73,后1组为88.上述比值的不同反映了岩浆源区性质的不同[5].此外,它们的Ti/V 比值从第1组到第3组逐渐增加,平均值从913→12→25,在Ti 2V 图中(图2(b )),玻

安岩落于岛弧环境;而第3组MORB 落入洋底玄武岩区.3组岩石的REE 丰度,尤其是HREE (以Yb 为例)丰度不同(图3):第1组玻安岩最低,第2组较高,第3组最高,指示玻安岩岩浆源于强烈亏损的地幔源区.213　Sr 2Nd 同位素

从表2和图4看出,大岔大坂蛇绿岩的3组枕状熔岩的143Nd/144Nd 在0151279～0.51313之间,由于Sm/Nd 和143Nd/144Nd 比值十分接近,拉不出等时线,得不出熔岩的形成年龄.据前人研究,大岔大坂蛇绿岩为奥陶纪的[1].如果以t =500Ma 来计算,得出的εNd (t )在313～8.9之间(表2),如果以1000Ma 来计算,得出的εNd (t )在017～813之间,与εNd (0)相比变化不算大.这是由于147Sm/144Nd 的比值与初始地幔的比值(011967)很接近,致使F 值非常小

(<0.06),故对计算的εNd (t )值影响不大的缘故.本区枕状熔岩的86Sr/87

Sr 比值普遍较高,在

第1期张　旗等:北祁连大岔大坂蛇绿岩的地球化学特征及其成因31

32　中 国 科 学 (D　辑)第28卷

表1　大岔大坂蛇绿岩化学分析

岩石 第1组玻安岩 第2组玻安岩 MORB 辉长岩 斜长花岗岩样品号Q124822Q12130Q1243Q1244Q1245Q1231Q123221Q1227Q1246Q1240Q12145 S iO247.8651.8253.5152.0552.2947.1751.6651.0656.8256.0572.90 TiO20.230.260.340.440.48 1.49 1.33 1.240.300.470.39 Al2O311.0613.6811.7619.1915.8913.0613.1115.0716.9314.7912.93 Fe2O3 5.55 2.45 3.50 3.00 1.56 2.06 4.55 5.36 2.64 4.140.52 FeO 3.55 3.88 4.43 4.74 5.278.40 5.72 3.73 1.70 3.70 2.98 MnO0.160.160.140.130.150.170.150.170.090.140.06 MgO15.6411.2812.227.399.787.33 6.697.77 6.077.17 1.90 CaO9.3411.33 5.85 5.56 1.807.9610.988.66 6.00 5.930.20 Na2O 1.610.10 3.05 3.65 4.13 3.42 3.31 3.20 5.45 3.43 5.53 K2O0.360.110.090.110.080.160.120.70 1.250.390.10 P2O50.030.040.040.050.070.150.140.130.040.070.08 H2O+ 3.36 4.01 3.88 2.99 4.67 4.70 1.12 2.00 1.42 2.56 1.36 Ba56131019314332821315911

C o684149352446665624326

Cr136088793465521129424637231331 Ni63629225448634755704077 4.2 Rb8.65 5.8 1.01 1.110.87 1.5810.5232.22 6.72

Sr6264389635961251678513532 V18517922223123035935430218527150 Y9.18.6101315323127111420 Zr252828394310010084313886 La0.481 1.05 1.35 2.22 5.25 4.04 4.02 1.06 1.11 6.1 Ce 1.77 2.45 2.72 3.81 5.8413.611.610.87 2.49 3.2413.3 Nd 1.54 1.95 2.12 3.28 4.5210.810.369.42 1.96 2.977.95 Sm0.570.750.81 1.21 1.57 3.86 3.55 3.370.79 1.18 2.42 Eu0.250.340.440.40.56 1.37 1.34 1.190.370.450.66

G d0.87 1.17 1.2 1.61 2.13 4.73 4.8 4.04 1.09 1.54 3.13

Tb0.150.210.230.320.420.90.910.790.220.310.58 Y b0.76 1.02 1.1 1.56 1.74 3.52 3.03 1.07 1.44 2.49 Lu0.140.160.170.230.260.580.540.450.170.210.4

H f0.620.40.440.750.85 2.36 1.850.790.550.57 1.91

Th0.210.160.240.310.490.190.310.30.180.25 1.57 Sc38.633.448.7

表2　大岔大坂蛇绿岩Nd2Sr同位素数据a)

顺序号 1 2 3 4 5 6 7

样品号Q12148Q12130Q1227Q1232Q12111Q12181Q12145

Sm/μg・g-10.6670.622 2.925 3.403 3.542 3.106 2.161

Nd/μg・g-1 1.878 1.7668.59610.25910.2469.0007.594

147Sm/144Nd0.21490.21290.20580.20060.20910.20880.1721

143Nd/144Nd±2σ0.512791±60.513013±80.513126±160.513025±60.513087±40.513026±50.512728±6ε

Nd 2.97.39.57.58.77.5 1.7

ε

(t) 1.8 6.38.97.37.9 6.7 3.3 Nd

Rb/μg・g-1 6.911 2.116 1.03 3.149 1.2460.254 1.526

Sr/μg・g-1899.888.48432.9447106.1136034.67

87Rb/87Sr0.02240.069240.06890.02040.034020.000540.1274

86Sr/87Sr±2σ0.71007±10.70809±60.70808±10.70478±10.70714±20.70602±20.71039±2 (86Sr/87Sr)t0.70990.70760.70760.70460.70690.70600.7095

a)1～2为第1组样品,3～6为第3组样品,7为斜长花岗岩;计算参数:I CHUR

(0)=0151264,(147Sm/144Nd)CHUR=

Nd

011967,146Nd/144Nd=017219,I UR Sr(0)=017047,(87Sr/86Sr)UR=010847