遼寧鞍山地區(qū)陳臺溝蛇綠巖地球化學特征

余 超，田 毅，王廣偉，豆世勇，鮑東明，楊玉偉

（1.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，遼寧沈陽110031；2.遼寧省物測勘查院，遼寧沈陽110121）

一般認為蛇綠巖套是具有特征性的巖石組合，由底到頂依次為具變質(zhì)變形的地幔橄欖巖、具火成堆晶結構的鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖、席狀巖墻雜巖、鎂鐵質(zhì)熔巖和遠洋深海沉積［1］，為仰沖到大陸上的大洋地殼殘片.有關早前寒武紀洋殼記錄的研究尚十分有限，在一些太古宙綠巖帶也識別出了古老的洋殼殘片，但層序并不完整（Kusky，1999）.太古宙蛇綠巖少見，可能與強烈變形和變質(zhì)造成識別上的困難有關（李江海，1997）.

陳臺溝蛇綠巖早期被劃歸為鞍山群，但在巖石組合、變質(zhì)變形特征、含礦性等諸多方面，都與鞍山地區(qū)公認的鞍山群明顯不同［2］.20世紀90年代初宋彪等人［3］對侵入到陳臺溝蛇綠巖中的花崗巖脈進行同位素測年，認為陳臺溝蛇綠巖的年齡不小于（3337±12）Ma，因此陳臺溝蛇綠巖形成年代遠老于鞍山群.在最新一輪1∶25萬遼陽市幅區(qū)調(diào)修側工作中，將陳臺溝蛇綠巖從鞍山群劃分出來，單獨命名陳臺溝巖組.本文在前人研究的基礎上，對陳臺溝蛇綠巖進行較系統(tǒng)的地質(zhì)和地球化學研究，進而探討其成因及構造環(huán)境，以期對該區(qū)大地構造演化研究提供依據(jù).

1 地質(zhì)特征

陳臺溝蛇綠巖分布于遼寧省鞍山市東部約8 km處的陳臺溝村附近（圖1），呈北西向帶狀延伸，分布面積約0.38 km2，西側與白家墳巖體和陳臺溝巖體均以斷層接觸，東界被第四系河流沉積物掩蓋.因其出露面積很小，長期以來一直未引起人們的重視.陳臺溝蛇綠巖巖性主要由滑石片巖、蛇紋巖、斜長角閃巖、變輝綠巖、石英巖組成.經(jīng)巖石化學、地球化學資料分析，陳臺溝蛇綠巖中滑石片巖和蛇紋巖原巖為橄欖巖，斜長角閃巖和變輝綠巖原巖為島弧拉斑玄武巖，石英巖為遠洋深海硅質(zhì)巖.與標準蛇綠巖剖面相比，組成蛇綠巖的巖石單元并不完整，缺少席狀巖墻群雜巖和火成堆晶結構的鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖.

2 巖石地球化學特征

2.1 超鎂鐵質(zhì)巖巖石地球化學特征

陳臺溝蛇綠巖中超鎂鐵質(zhì)巖的巖性包括滑石片巖和蛇紋巖，從巖石化學和地球化學特征來看兩者的原巖為變質(zhì)橄欖巖.其中蛇紋巖呈淺綠—暗綠色，顯微鱗片變晶結構，葉片狀構造或塊狀構造，主要成分為葉蛇紋石和纖維蛇紋石；滑石片巖類巖石呈深灰—灰綠色，片狀構造，鱗片變晶結構.主要礦物滑石55%～90%，綠泥石15%～40%，另見少量透閃石、菱鎂礦等礦物.

由表1可知蛇紋巖和滑石片巖具低SiO2（38.22%～43.14%）、TiO2（0.016%～0.19%），低全堿 Na2O+CaO（0.078%～0.11%），而高 Fe2O3+FeO（5.58%～12.31%）、MgO（29.2%～38.7%），具有相對富Mg的特點，與上地幔巖的巖石化學成分極其相似.在超鎂鐵質(zhì)巖石分類圖解（圖2）中樣品絕大部分落入方輝橄欖巖區(qū)域中，

圖1 鞍山地區(qū)地質(zhì)略圖（引自伍家善，略加修改）Fig.1 Geologic sketchmap ofAnshan area（Modified fromWU Jia-shan）1— 3.8Ga白家墳奧長花崗巖（Baijiafen trondhjemite,3.8Ga）；2— 3.3～3.8Ga東山雜巖帶（Dongshan complex belt,3.3-3.8Ga）；3— 3.3Ga陳臺溝二長花崗巖（Chentaigoumonzogranite,3.3Ga）；4— 3.1Ga立山奧長花崗巖（Lishan trondhjemite,3.1Ga）；5— 3.0Ga鐵架山花崗巖（Tiejiashan granite,3.0Ga）；6—2.5Ga齊大山二長花崗巖（Qidashanmonzogranite,2.5Ga）;7—130Ma千山堿長花崗巖（Qianshan alkali-feldspargranite,130Ma）；8—3.3Ga陳臺溝蛇綠巖（Chentaigou ophiolite,3.3Ga）；9—2.5Ga鞍山群（Anshan gr.,2.5Ga）；10—1.8Ga遼河群（Liaohegr.,1.8Ga）；11—新元古代石英巖（Neoproterozoic quartzite）；12—古元古代基性巖（Paleoproterozoic basic rock）；13—斷層（fault）；14—角度不整合（angularunconformity）

表1 陳臺溝蛇綠巖超鎂鐵質(zhì)巖化學成分分析結果Table1 Chem icalcom positionsof Chentaigou ophiolitic ultramafic rocks

圖2 超基性巖分類命名圖解Fig．2 Classification and nomenclature diagram forultramafic rocksOl—橄欖石（olivine）;Opx—斜方輝石（orthopyroxene）;Cpx—單斜輝石（clinopyroxene）;2—方輝橄欖巖（harzburgite）;5—橄欖斜方輝石巖（olivineorthopyroxenite）

個別樣品落入橄欖斜方輝石巖區(qū)域，說明陳臺溝蛇綠巖中的超鎂鐵質(zhì)巖大部分屬方輝橄欖巖，少量為橄欖斜方輝石巖，屬蛇綠巖套的下部層位．阿爾卑斯型超鎂鐵質(zhì)巖的 MgO/＜FeO>在 6．5～1．2 之間［4］，陳臺溝蛇綠巖中的超鎂鐵質(zhì)巖 MgO/＜FeO>在 2．56～7．85 之間，僅一個樣品的數(shù)值不在其范圍之內(nèi)．可見組成陳臺溝蛇綠巖的超基性巖應屬阿爾卑斯型超基性巖．從表2中可知超鎂鐵質(zhì)巖的微量元素中大離子親石元素Rb、Ba、Sr的豐度普遍較低，不活動元素Nb、Ta的豐度亦較低（圖 3b），Cr、Co、Ni的豐度較高，與上地幔巖的微量元素特征很相似．超鎂鐵質(zhì)巖石的稀土元素分析結果列于表3中，從表中可以看出可知超鎂鐵質(zhì)巖明顯貧乏∑REE ，稀土總量變化范圍為 3．00×10－6～12．63×10－6，僅一個樣品高于球粒隕石的∑REE（5．42×10－6），其他兩個樣品均低于球粒隕石的∑REE，呈現(xiàn)出較明顯的虧損狀．（La/Yb）N變化范圍 2．96～6．66，δEu=0．37～1．23，兩個樣品呈現(xiàn)較明顯的負銪異常，一個樣品具有正銪異常（圖3a）．總地看來，超鎂鐵質(zhì)巖具有稀土元素分異和分餾程度較低，輕、重稀土的富集不明顯的特點．

上述巖石化學、地球化學特征均表明，陳臺溝蛇綠巖中的超鎂鐵質(zhì)巖原巖是變質(zhì)橄欖巖，屬上地幔巖，為蛇綠巖下部層位．

2．2 鎂鐵質(zhì)巖巖石地球化學特征

陳臺溝蛇綠巖中鎂鐵質(zhì)巖石主要包括斜長角閃巖和變輝綠巖．其中斜長角閃巖灰黑色，粒狀變晶結構，條紋狀構造，礦物成分有角閃石、斜長石、少量石英、綠簾石等；變輝綠巖灰綠色，變余輝綠結構，巖石強烈片理化，角閃石呈定向排列，斜長石多呈細?；?，巖石主要礦物成分為角閃石、斜長石、黑云母和少量綠簾石．

表2 陳臺溝蛇綠巖超鎂鐵質(zhì)巖微量元素分析結果Table2 Trace elementsof Chentaigou ophiolitic ultramafic rocks

圖3 陳臺溝蛇綠巖超鎂鐵質(zhì)巖石REE球粒隕石標準化圖（a）和初始地幔標準化微量元素分布圖（b）Fig.3 Chondrite-normalized REE（a）and primitivemantle-normalized traceelements（b）patterns for Chentaigou ophiolite ultramafic rocks

表3 陳臺溝蛇綠巖超鎂鐵質(zhì)巖稀土元素分析結果Table3 Rare earth elementsof Chentaigou ophiolitic ultramafic rocks

從表4中可以看出它們具有低SiO2（49.65%～52.53%），中等MgO（7.67%～11.54%）、Al2O3（12.16%～15.09%）、TiO2（0.46%～0.92%），與島弧拉斑玄武IAT巖相似（TiO2=0.58%～0.85%）［5］.將表 4所提供的數(shù)據(jù)投入TAS圖解（圖4a）中樣品落入玄武巖區(qū)域中，在AFM圖解（圖4b）中，鎂鐵質(zhì)巖樣品落入拉斑玄武區(qū)域內(nèi)，說明陳臺溝蛇綠巖中的鎂鐵質(zhì)巖原巖為拉斑玄武巖.微量元素中高場強元素 Nb、Ta、Zr、Hf在蝕變和變質(zhì)等過程中具有很高的穩(wěn)定性，因此是巖石成因和源區(qū)性質(zhì)的示蹤劑，并且一般地，島弧玄武巖和部分虧損型洋中脊玄武巖（N-MORB）的Ta、Nb豐度分別不大于 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）；而板內(nèi)玄武巖（WPB）、過渡型洋中脊玄武巖（T-MORB）和富集型洋中脊玄武巖（E-MORB）則正好相反（Condie etal.，1989）.從表 5中可知陳臺溝蛇綠巖的鎂鐵質(zhì)巖微量元素中Ta豐度（0.16×10-6～0.2×10-6）和 Nb 豐度（1.2×10-6～1.92×10-6）較低，Nb/La 比為 0.37～0.60，Hf/Ta 平均比值為 0.58，La/Ta平均比值為14.88，Ti/Y比值為196～249.表明該玄武巖成因、環(huán)境與WPB、T-MORB、E-MORB巖石構造環(huán)境無關，類似于島弧玄武巖或N-MORB的形成環(huán)境.在微量元素MORB標準化分配圖解（圖5b）中可以看出樣品具有富集K、Rb、Ba等大離子親石元素，虧損Nb、Hf等高場強元素為特點.這種特征的地球化學性質(zhì)在一定程度上反應了地幔源區(qū)含有島弧火山巖的組分，而與典型的大洋中脊N-MORB有明顯區(qū)別，因為大洋中脊之下的玄武巖通常不出現(xiàn)K、Rb、Ba等元素的富集，尤其是Nb的虧損.鎂鐵質(zhì)巖的稀土元素分析結果列于表6中，從表中可以看出鎂鐵質(zhì)巖的稀土總量很低，輕稀土略富集（LREE/HREE比值平均為1.5），（La/Yb）N平均為 1.41，δEu 變化范圍 0.65～0.83，銪的負異常不明顯.樣品具有平坦的REE配分型式（圖5a），同時各樣品REE配分型式相互平行，只有位置的高低，顯示其稀土分異程度相當，具有同源巖漿特征.玄武巖樣品的REE平坦型配分曲線區(qū)別于N-MORB的LREE虧損型分布型式，指示陳臺溝蛇綠巖并非形成于N-MORB型大洋中脊環(huán)境.

表4 陳臺溝蛇綠巖鎂鐵質(zhì)巖石化學成分分析Table4 Chem ical com positionsof Chentaigou ophiolitemafic rocks

圖4 陳臺溝蛇綠巖中鎂鐵質(zhì)巖石TAS（a）圖解和AFM（b）圖解B—玄武巖區(qū)（Basalt）；CA—鈣堿性玄武巖（Calc-alkali）；TH—拉斑玄武巖（Tholeiite）Fig.4 TAS（a）and AFM（b）diagrams forChentaigou ophiolitemafic rocks

表5 陳臺溝蛇綠巖鎂鐵質(zhì)巖石微量元素分析Table5 Trace elementsof Chentaigou ophiolitemafic rocks

圖5 陳臺溝蛇綠巖中鎂鐵質(zhì)巖石REE球粒隕石標準化圖（a）和初始地幔標準化微量元素分布圖（b）Fig.5 Chondrite-normalized REE（a）and primitivemantle-normalized trace elements（b）patterns for Chentaigou ophiolitemafic rocks

表6 陳臺溝蛇綠巖鎂鐵質(zhì)巖石稀土元素分析Table6 RareearthelementsofChentaigouophiolitiemaficrocks

2.3 形成環(huán)境討論

近些年對蛇綠巖的研究得出蛇綠巖的形成環(huán)境多種多樣，不同構造環(huán)境下形成的蛇綠巖具不同的地球化學類型.張旗等（1999）曾指出，蛇綠巖的基本地球化學類型有兩種：一種是島弧型（IAT），另一種是洋脊型（MORB）.在消減帶之上的島弧和弧前環(huán)境形成的是IAT和玻安巖，不成熟的弧后盆地玄武巖兼具MORB和IAT的特征，成熟的弧后盆地玄武巖為MORB型，弧間盆地環(huán)境產(chǎn)出的島弧蛇綠巖也具有IAT和MORB的性質(zhì)［6］.討論蛇綠巖的構造環(huán)境最好的對象是蛇綠巖中的玄武巖，為探討陳臺溝蛇綠巖形成的構造環(huán)境，需要重點分析該蛇綠巖中不活動元素、稀土元素、高場強元素、強相容元素以及大離子親石元素等提供的信息，從而厘定蛇綠巖的大地構造環(huán)境.

陳臺溝蛇綠巖中玄武巖類主量元素TiO2介于0.46%～0.78%之間，平均為0.58%，TiO2含量較低，明顯低于洋脊玄武巖 TiO2的平均值 0.15%（Pearce，1983）；P2O5變化于 0.03%～0.06%，平均為 0.05%，與洋脊玄武巖的P2O5的平均含量0.14%相差甚遠，二者暗示了此玄武巖非大洋中脊玄武巖和洋島玄武巖的特點.在3K2O-2Ti2O-MgO圖解（圖6a）中玄武巖樣品均落入島弧玄武區(qū)域中.在不同構造玄武巖的Ti-Cr圖解（圖6b）中，樣品落入島弧拉斑玄武巖及與洋底玄武巖接觸帶附近.需要指出的是，陳臺溝蛇綠巖的玄武巖類稀土配分模式呈現(xiàn)近平坦型曲線，而不具有MORB通常虧損輕稀土的特征.微量元素中大離子親石元素K、Rb富集，高場強元素Nb、Hf虧損，具有IAT的特征，因此陳臺溝蛇綠巖中玄武巖應為島弧拉斑玄武巖.

綜上所述，陳臺溝蛇綠巖中玄武巖只具有島弧拉斑玄武巖的特征，而不具有洋中脊玄武巖通常虧損輕稀土的特征，不可能產(chǎn)生于典型的或者是成熟的弧后盆地，而在消減帶之上的島弧環(huán)境中形成的基性火成巖具有同陳臺溝蛇綠巖相似的地球化學組成.根據(jù)近些年的一些研究成果認為在古太古代或更早的時期本區(qū)存在原始超鎂鐵質(zhì)—鎂鐵質(zhì)地殼［7］，后期原始地殼不斷開裂并發(fā)育時間短暫的初始小洋盆，陳臺溝蛇綠巖最有可能的產(chǎn)出環(huán)境是島弧環(huán)境.

圖6 陳臺溝蛇綠巖玄武質(zhì)巖石3K2O-2Ti2O-MgO圖解（a）和Ti-Cr圖解（b）Fig.6 3K2O-2Ti2O-MgO（a）andTi-Crdiagrams（b）forChentaigouophiolitebasaltrocks

3 結論

（1）陳臺溝蛇綠巖由橄欖巖層（滑石片巖、蛇紋巖），拉斑玄武巖層（斜長角閃巖、變輝綠巖），遠洋深海沉積物硅質(zhì)巖類（條帶狀石英巖）共同組成.

（2）陳臺溝蛇綠巖具有獨特的地球化學特征，其鎂鐵質(zhì)巖石富集大離子親石元素K、Sr、Rb，虧損高場強元素Nb、Hf，具有類似島弧型火山巖的特點；REE配分曲線主要顯示平坦型曲線，有別于N-MORB型虧損輕稀土的特點.

（3）陳臺溝蛇綠巖的地球化學組成特征顯示其可能形成于島弧環(huán)境.

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