甘肅玉門市黑山北超高壓變質(zhì)帶中蛇紋巖成因淺析

蛇紋巖主要是由超基性巖受低～中溫?zé)嵋航淮饔?，使原巖中的橄欖石和輝石發(fā)生蛇紋石化所形成的，其具有簡單的礦物（組合）：主要由蛇紋石類、硅鎂石類、磁鐵礦、氫氧鎂石、綠泥石、橄欖石、透輝石、角閃石、滑石等組成，在較大的超級性巖中常分布于巖體頂部呈帽蓋狀或分布于巖體邊緣，有時(shí)也呈脈狀或不規(guī)則狀狀。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)蛇紋石化可以出現(xiàn)在不同的構(gòu)造環(huán)境中，例如深海、擴(kuò)張洋脊和俯沖帶等

。深海橄欖巖基本上已經(jīng)全部發(fā)生了蛇紋石化

。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的Lost City、Rainbow等熱液區(qū)的基底巖石均為蛇紋石化的橄欖巖。深海橄欖巖可以在低溫（＜100℃，例如Lost City熱液區(qū)）或者高溫（＞300℃，例如Rainbow熱液區(qū)）條件下蝕變。在慢速或超慢速擴(kuò)張洋脊中，也常發(fā)生蛇紋石化

。此外，蛇紋石化也會出現(xiàn)在活動(dòng)板塊邊緣，例如在Tonga海溝和Mariana海溝中也發(fā)現(xiàn)了蛇紋石化的橄欖巖

。俯沖過程中，地幔楔橄欖巖受到板塊脫水流體的交代形成蛇紋巖

。Izu-Bonin和Mariana的弧前存在由大量的蛇紋石化橄欖巖組成的海底山脈

。本文選取甘肅省玉門市黑山北蛇紋巖作為研究對象，通過礦物化學(xué)、全巖主微量元素研究，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征，以期判斷黑山北蛇紋巖的原巖成因和演化歷史。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

北祁連山古大洋縫合帶位于中國西北部甘肅、青海兩省交界，是世界上三個(gè)最為典型的早古生代大洋冷俯沖帶之一，其北部為華北地臺西端的阿拉善地塊，南部為祁連地塊和柴北緣超高壓變質(zhì)帶。北祁連山縫合帶經(jīng)歷了大洋擴(kuò)張和俯沖，發(fā)育溝一弧一盆體系和高壓變質(zhì)帶

，北祁連地區(qū)目前所發(fā)現(xiàn)的最老的蛇綠巖出露在玉石溝地區(qū)，其中堆晶輝長巖中鋯石的SHRIMP年齡為時(shí)代533～568Ma

，表明古祁連洋（原特提斯洋）洋盆開啟時(shí)間在新元古代末期-早寒武世。而北祁連的大多數(shù)蛇綠巖則形成于島弧或弧后環(huán)境，具有SSZ性質(zhì)，時(shí)代為500Ma左右

。本文甘肅省玉門市黑山北蛇紋巖在大地構(gòu)造上是阿拉善地塊與柴達(dá)木地塊之間的巨型復(fù)合造山帶，處于阿爾金走滑斷裂帶與龍首山隆起帶結(jié)合部位，南鄰北祁連造山帶，構(gòu)造格局復(fù)雜，巖漿活動(dòng)頻繁，經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)演化歷史。

合格的全科醫(yī)生不僅需要掌握醫(yī)學(xué)技能，還在道德、文化及社會適應(yīng)諸多方面有更高的要求。在規(guī)范化培訓(xùn)教學(xué)過程中需要重點(diǎn)培養(yǎng)溝通交流、人際交往、團(tuán)結(jié)協(xié)作等人文內(nèi)涵能力。在一項(xiàng)對990名醫(yī)學(xué)生的問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)：醫(yī)學(xué)生對溝通能力、人文素養(yǎng)、思維能力等軟技能方面的認(rèn)同度明顯低于對臨床技能和醫(yī)學(xué)知識的認(rèn)同，但這恰恰不符合全科醫(yī)生的培訓(xùn)目標(biāo)[8]。全科醫(yī)生規(guī)范化培訓(xùn)教學(xué)的任務(wù)包括如何去理解患者情感，搭建信任的醫(yī)患關(guān)系，需要兼顧人文、心理、社會等有關(guān)問題的認(rèn)識和修養(yǎng)。

1.2 研究區(qū)地質(zhì)背景

1.2.1 巖體特征

黑山北巖體呈130°～310°方向延伸，長4.6Km，最寬2.3Km，出露面積約5.4Km

，地表形狀為西寬、東窄、中部膨大的巖體。巖體北界接觸面產(chǎn)狀南傾，傾角25°～50°，西界古近系地層不整合其上。南界地表以巖脈形式出露，北傾，傾角70°左右，經(jīng)鉆孔證實(shí)其深部為南傾，整個(gè)巖體向東南側(cè)伏。巖體主要由蛇紋巖、純橄巖、輝橄巖、單輝石巖組成，在純橄巖中見有少量的輝石巖和單斜輝石剝異離體，輝石巖在礦區(qū)南部純橄巖內(nèi)呈北西向帶狀分布，厚度20m～30m；在西部和北部邊緣見純橄巖的風(fēng)化殼，厚度20m～30m，巖相分帶不明顯，各巖相之間呈漸變的過渡關(guān)系。超基性巖體中心為純橄巖，向南依次為輝橄欖巖-輝石巖-輝長巖巖石組合。而北部向外為黃褐色硅化碳酸鹽化純橄欖巖。

（2）鉑礦化蝕變帶分布特征。通過對異常的揭露，在礦區(qū)共發(fā)現(xiàn)蝕變帶四條。Ⅰ號礦化蝕變帶分布于礦區(qū)的西北部，長220m，走向北西西。Ⅱ號礦化蝕變帶分布于礦區(qū)的西南部，長430m，走向北西西，該蝕變帶以礦化為主，未有礦體圈出。III號礦化蝕變帶分布于礦區(qū)的東北部，長180m，走向北東東。IV號礦化蝕變帶分布于礦區(qū)的東南部，長860m，走向近EW向，為礦區(qū)主要礦化蝕變帶。

（3）鉑礦體特征。前人共圈定鉑礦體8個(gè)，礦體總體展布方向?yàn)镹WW向，長度120m左右，礦體主要產(chǎn)于蛇紋石化純橄巖巖體中，含礦巖性主要為碎裂蛇紋石化純橄巖。主要礦體特征如下：

通過野外地質(zhì)工作，總共有3快樣品被挑出來，其編號依次為HSwxh-l、HSwxh-3、HSwxh-5。

全國家用電器工業(yè)信息中心（NAIC）是受中國輕工業(yè)聯(lián)合會委托、經(jīng)中國輕工業(yè)信息中心批準(zhǔn)設(shè)立的專業(yè)信息機(jī)構(gòu)，主要開展行業(yè)信息收集、調(diào)查、分析研究，并組織編寫國內(nèi)外家用電器行業(yè)經(jīng)濟(jì)、科技的發(fā)展?fàn)顩r、水平、動(dòng)向、差距和發(fā)展趨勢，促進(jìn)行業(yè)健康、快速發(fā)展。同時(shí)，全國家用電器工業(yè)信息中心還受中國輕工業(yè)信息中心指導(dǎo)，承擔(dān)家用電器行業(yè)科技新成果、新技術(shù)的擇優(yōu)推薦工作。

1.2.2 礦體特征

目前在建設(shè)世界科技強(qiáng)國的號召下，國家對科研的投入比重加大，科研環(huán)境趨于良好，各級各類課題的支持給教師提供了科研大環(huán)境。本科生的參與不僅給教師提供了助力，而且本科生在參與課題的訓(xùn)練中強(qiáng)化了動(dòng)手能力，初步建立了科研思維，激發(fā)了科研熱情，通過科研訓(xùn)練獲取了更多的機(jī)會，為以后獲取新知識，進(jìn)一步深造和規(guī)培打下良好的基礎(chǔ)。

IV-1礦體控制長度120m，礦體平均寬度3.27m，礦體產(chǎn)狀355°∠74°，平均品位Pt0.59×10

，最高品位Pt1.05×10

；IV-4號礦體控制長度120m，平均寬度1.16 m，平均品位Pt0.26×10

。礦體在地表由探槽TC80-1控制，出露寬度1.36m，品位Pt0.26×10

。在-40米處由CM801控制，礦體控制寬度0.96m，平均品位Pt0.26×10

。

通過對I～I(xiàn)V號礦采集的礦體組合樣品分析，鈷、鎳在礦體中含量普遍較高，Co80～100×10

，Ni1000～5000×10

，鋨含量較低，但對IV-1礦體鋨元素分析，鋨含量較高，為OS 0.56×10

。

綜上所述，在經(jīng)過本教研室的充分準(zhǔn)備及論證后開展的案例教學(xué)，不僅培養(yǎng)了學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，而且也鍛煉了教師的教學(xué)能力，提高了教學(xué)效果。

（1）銅礦化蝕變帶分布特征。在巖體內(nèi)的單輝輝石巖中發(fā)現(xiàn)銅礦化點(diǎn)2處，，寬度在10cm～60cm,經(jīng)過樣品分析Cu品位在1.59%～2.63%間，Ni品位在0.02%左右，地表以孔雀石化為主，多沿巖體裂隙集中發(fā)育。邊部近巖體外接觸帶發(fā)現(xiàn)一處銅礦化點(diǎn)，發(fā)育于灰綠色綠泥石英片巖中的超基性巖脈中，銅礦化主要以星點(diǎn)狀孔雀石化及細(xì)脈狀黃鐵礦黃銅礦為主，樣品分析Cu品位大于0.28%。

2 巖石學(xué)特征

全巖主量元素含量見表1。黑山北蛇紋巖的燒失量為0.048%～12.64%，為消除蛇紋石化對原巖成分的影響，將這些樣品的主量元素扣除燒失量后再進(jìn)行討論。MgO含量越高，說明橄欖巖部分熔融程度越高，越虧損，巖石中橄欖石的含量也越高。MgO含量在24.37%～32.7%之間，低于原始地幔的含量37.8%

，蛇紋巖樣品具有偏低的w(Al

O

)，其含量在0.608%～1.42%之間，CaO變化于5.88%～11.29%之間，代表玄武質(zhì)組分含量的CaO+Al

O

變化于6.49%～12.71%之間

。在Al

O

-TFeO-MgO圖解（圖4）中，樣品都集中在超基性堆晶巖范圍。

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 主量元素特征

根據(jù)鏡下鑒定結(jié)果，黑山北蛇紋巖主要由蛇紋石（主要纖維蛇紋石、次要膠蛇紋石、少量葉蛇紋石）、少數(shù)鎂質(zhì)碳酸鹽礦物、少量不透明金屬礦物等組成，其中纖維蛇紋石48%、膠蛇紋石35%、葉蛇紋石少量、細(xì)小鎂質(zhì)碳酸鹽集合體等混合物12%、磁鐵礦等≤5%；原巖礦物已被蝕變物取代，未見交代假象結(jié)構(gòu)特征；大量細(xì)小纖維狀束狀集合體的纖維蛇紋石致密、雜亂分布，束狀集合體長度約在0.05～0.1mm±，空隙中填充不均勻的膠蛇紋石（呈隱晶質(zhì)細(xì)分散狀而顯均質(zhì)性的蛇紋石類礦物的混合物，整體微弱光性顯示蛇紋石，但不清楚，零星散布少量纖維蛇紋石集合體、個(gè)別葉蛇紋石，且混雜少數(shù)到少量細(xì)小鎂質(zhì)碳酸鹽、磁鐵礦等，與利蛇紋石不同的是它是一種混合物）、零星葉蛇紋石（變晶程度偏高可能與附近微裂隙及熱液有關(guān)，其它區(qū)很少）等，往往不透明金屬礦物偏多時(shí)，膠蛇紋石在此處偏多且均勻致密，反映取代原巖礦物后可能的假象出現(xiàn)。巖石遭受較強(qiáng)烈應(yīng)力作用破裂、破碎、全蝕變，原巖結(jié)構(gòu)、礦物遭到徹底破壞，以蛇紋石巖產(chǎn)出。晚期微裂隙中微量膠狀集合體赤、褐鐵礦填充（圖3）。

農(nóng)村中從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的終身農(nóng)業(yè)從業(yè)者，通過教育培訓(xùn)方式獲取更加專業(yè)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技能，從而實(shí)現(xiàn)自身農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力和水平的提升，這種農(nóng)民形式被稱為新型職業(yè)農(nóng)民。相比于傳統(tǒng)農(nóng)民，新型職業(yè)農(nóng)民要求具備生產(chǎn)經(jīng)營能力、專業(yè)技術(shù)能力以及社會服務(wù)能力。對于農(nóng)村發(fā)展來說，新型職業(yè)農(nóng)民的培育離不開農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求下的精準(zhǔn)教育培訓(xùn)。

3.2 微量、稀土元素特征

蛇紋巖微量元素分析結(jié)果列于表2。從原始地幔微量元素標(biāo)準(zhǔn)蛛網(wǎng)圖可以看出，黑山北蛇紋巖表現(xiàn)為虧損Nb、Ti、Zr、Pr，富集大離子親石元素Cs、Ba、Pb及U、Sr（圖5），這種不相容元素虧損與富集并存的狀態(tài)，在經(jīng)歷過俯沖帶改造的地幔橄欖巖中相對普遍存在

。

黑山北蛇紋巖稀土元素（REE）總量在6.36×10

～9.60×10

之間，REE的豐度變化較小，稀土元素球粒隕石配分模式顯示較明顯的負(fù)Eu異常。黑山北蛇紋巖REE豐度變化范圍較較窄，可能反映熔體/流體交代作用與熔融程度較均一

。HSwxh-3有相對平緩的HREE曲線，可能經(jīng)歷適度的熔融，因?yàn)閺?qiáng)熔會導(dǎo)致單斜輝石耗盡造成HREE虧損

。HSwxh-1和HSwxh-5為較典型的右傾型，說明其熔融程度更高，可能經(jīng)歷熔巖反應(yīng)，導(dǎo)致部分LREE元素富集不均勻。

4 巖石成因分析

研究發(fā)現(xiàn)，北祁連-柴北緣復(fù)合造山帶從前寒武紀(jì)到早古生代經(jīng)歷了從大洋形成-擴(kuò)張-俯沖-閉合到大陸俯沖/碰撞造山和造山帶垮塌等階段的構(gòu)造演化。自Rodinia超大陸裂解之后，祁連洋大約在晚元古代（約710Ma）開始打開，該大洋到520Ma一直穩(wěn)定擴(kuò)張，當(dāng)祁連洋巖石圈擴(kuò)張到一定程度，大洋巖石圈在大約520Ma時(shí)向北部的阿拉善地塊俯沖，由于俯沖作用造成的地幔擾動(dòng)和上涌，使地幔楔發(fā)生部分熔融，形成具有517Ma～505Ma的初始島弧玄武巖，而上升的地幔巖漿使大陸地殼發(fā)生熔融，形成I型和S型花崗巖（516Ma～500Ma），當(dāng)?shù)蒯Ｐú糠秩廴诔潭鹊脑黾樱y熔的玻安巖在490Ma開始產(chǎn)生，并導(dǎo)致弧后伸展和弧后盆地的形成，并形成弧后盆地的洋殼（即祁連山490～450Ma的蛇綠巖），同時(shí)，大洋冷俯沖作用形成了低溫/高壓變質(zhì)帶，Cu-Pb-Zn及斑巖Mo礦床的發(fā)育與島弧巖漿作用有密切關(guān)系，祁連洋的閉合和弧后盆地?cái)U(kuò)張的停止發(fā)生在奧陶紀(jì)的末期（約440Ma），大陸地塊開始碰撞，而大洋巖石圈的持續(xù)下沉導(dǎo)致祁連-柴達(dá)木地塊被拖曳到阿拉善地塊之下100km～200km的深度，并發(fā)生超高壓變質(zhì)(440～420Ma)，到晚志留紀(jì)-早泥盆紀(jì)，祁連山山脈的隆升和俯沖的大陸地殼的折返，俯沖的大陸地殼隨大洋巖石圈的斷離而開始折返,同時(shí)在晚志留紀(jì)-早泥盆紀(jì)期間發(fā)生強(qiáng)烈的造山作用，導(dǎo)致山脈的隆升、超高壓變質(zhì)巖石的折返和區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育的泥盆紀(jì)磨拉石

。

由上述研究可知，黑山北蛇紋巖具有以下特征：純橄巖、輝橄巖等基性巖類伴生（圖2）；在全巖主量元素Al

O

-TFeO-MgO圖解中，樣品點(diǎn)集中在超基性堆晶巖的范圍（圖4），CaO+Al

O

含量較高，富集大離子親石元素Cs、Ba、Pb及U、Sr（圖5），從圖7中可以看出，黑山北蛇紋巖樣品點(diǎn)都落在俯沖帶蛇紋巖的范圍，充分說明黑山北蛇紋巖主要在俯沖帶環(huán)境經(jīng)歷了蛇紋石化作用

。綜合以上特點(diǎn)，認(rèn)為黑山北蛇紋巖為超基性堆晶巖成因，它們侵入到阿拉善地塊的大陸地殼中，隨其俯沖，在俯沖帶上經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用和退變質(zhì)作用，之后發(fā)生蛇紋石化且折返至地表。

5 結(jié)論

（1）礦物學(xué)和巖石學(xué)證實(shí)，黑山北超高壓變質(zhì)帶中蛇紋巖的原巖為超基性堆晶巖。

（2）奧陶紀(jì)的末期，黑山北超基性堆晶巖侵入到阿拉善地塊的大陸地殼中，隨其俯沖，在俯沖帶上經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用和退變質(zhì)作用，之后發(fā)生蛇紋石化，并在到晚志留紀(jì)-早泥盆紀(jì)折返至地表。

[1]Mével C．2003．Serpentinization of abyssal peridotites at midoceanridges．Comptes Rendus Geoscience，335(10-11)：825-852．

[2]Allen DE and Seyfried WE Jr．2003．Compositional controls on ventfluids from ultramafic-hosted hydrothermal systems at mid-oceanridges：An experimental study at 400 ℃，500bars．Geochimica et Cosmochimica Acta，67(8)：1531-1542．

[3]Charlou JL，F(xiàn)ouquet Y，Bougault H，Donval JP，Etoubleau J，Jean-Baptiste P，Dapoigny A，Appriou P and Rona PA．1998．Intense CH 4 plumes generated by serpentinization of ultramafic rocks at the intersection of the 15 ° 20′N fracture zone and the Mid-Atlantic Ridge．Geochimica et Cosmochimica Acta，62(13)：2323-2333．

[4]Beard JS，F(xiàn)rost BR，F(xiàn)ryer P，McCaig A，Searle R，Ildefonse B，Zinin P and Sharma SK．2009．Onset and progression of serpentinization and magnetite formation in olivine-roch Troctolite from IODP hole U1309D．Journal of Petrology，50(3)：387-403．

[5]Fisher RL and Engel CG．1969．Ultramafic and basaltic rocks dredged from the nearshore flank of the Tonga trench．Geological Society of America Bulletin，80(7)：1373-1378．

[6]Bloomer SH．1983．Distribution and origin of igneous rocks from the landward slopes of the Mariana Trench：Implications for its structure and evolution．Journal of Geophysical Research：Solid Earth，88(B9)：7411-7428．

[7]Maekawa H，Yamamoto K，Teruaki I，Ueno T and Osada Y．2001．Serpentinite seamounts and hydrated mantle wedge in the Izu-Bonin and Mariana forearc regions．Bull．Earthq．Res．Inst．Univ．Tokyo，76：355-366．

[8]Hyndman RD and Peacock SM．2003．Serpentinization of the forearc mantle．Earth and Planetary Science Letters，212(3-4)：417-432．

[9]Fryer P，Ambos EL and Hussong DM．1985．Origin and emplacement of Mariana forearc seamounts．Geology，13(11)：774-777．

[10]李春顯，劉仰文，朱寶清等．1978．秦嶺及祁連山構(gòu)造發(fā)展史．國際交流地質(zhì)學(xué)術(shù)論文集，（1）：174-187．

[11]肖序常，陳國銘，朱志直．1978．祁連古蛇綠巖的地質(zhì)構(gòu)造意義．地質(zhì)學(xué)報(bào)，52：257-295．

[12]史仁燈，楊經(jīng)綏，吳才來等．2004．北祁連玉石溝蛇綠巖形成于晚震旦世的SHRIMP年齡證據(jù)．地質(zhì)學(xué)報(bào)，78(5)：649-657．

[13]曾建元，楊懷仁，楊宏儀等．2007．北祁連東草河蛇綠巖：一個(gè)早古生代的洋殼殘片．科學(xué)通報(bào)，52(7)：825-835．

[14]相振群，陸松年，李懷坤等．2007．北祁連西段熬油溝輝長巖的鋯石SHRIMP U-Pb年齡及地質(zhì)意義．地質(zhì)通報(bào)，26(12)：1686-1691．

[15]孟繁聰，張建新，郭春滿等，李金平．2010．大岔大坂MOR型和SSZ型蛇綠巖對北祁連洋演化的制約．巖石礦物學(xué)雜志，29(5)：453-466．

[16]Mc Donough W F，Sun S S．The composition of the Earth[J]．Chemical Geology，1995，120：223-254．

[17]王來明，宋明春，王沛成．膠南-威海造山帶研究進(jìn)展及重要地質(zhì)問題討論[J]．山東地質(zhì)，2002，18(3/4)：78-83．

[18]Zheng L，Zhi X C，Reisberg L．Re-Os systematics of the Rao bazhaiperidotite massifs from the Dabieorogenic zone，eastern China[J]．Chemical Geology，2009，268：1-14．

[19]Niu Y．Bulk-rock major and trace element compositions of abyssal peridotites：Implications for mantle melting，melt extraction and post-melting processes beneath mid-ocean ridges[J]．Journal of Pe-trology，2004，45：2423-2458．

[20]Paulick H，Bach W，Godard M，et al．Geochemistry of abssalperido tites(Mid-Atlantic Ridge，15 ° 20′N,ODP Leg 209)：Implications for fluid/rock interaction in slow spreading environments[J]．Chemical Geology，2006，234：179-210．

[21]李源，楊經(jīng)綏，劉釗等．西藏雅魯藏布江縫合帶西段巴爾地幔橄欖巖成因及構(gòu)造意義[J]．巖石學(xué)報(bào)，2011，27(11)：3239-3254．

[22]Xu X Z，Yang J S，Ba D Z，et al．Petrogenesis of the Kangjinlaperi dotite in the Luobusaophiolite，Southern Tibet[J]．Journal of Asian Earth Sciences，2011，42(4)：553-568．

[23]Godard M，Lagabrielle Y，Alard O，et al．Geochemistry of the highly depleted peridotites drilled at ODP Sites 1272 and 1274(Fifteen-Twenty Fracture Zone，Mid-Atlantic Ridge)：implications for mantle dynamics beneath a slow spreading ridge[J]．Earth Planetary Science Letter，2008，267：410-425．

[24]宋述光，張貴賓，張聰?shù)龋笱蟾_和大陸碰撞的動(dòng)力學(xué)過程：北祁連-柴北緣高壓-超高壓變質(zhì)帶的巖石學(xué)制約[J]．科學(xué)通報(bào)，2013，2240-2245．

[25]李強(qiáng)，溫珍河，侯方輝等．蘇魯超高壓變質(zhì)帶仰口蛇紋巖的成因——礦物化學(xué)、地球化學(xué)和年代學(xué)證據(jù)．[J]．地質(zhì)通報(bào)，2016，1784-1796．