中亚造山带西准噶尔地区达尔布特蛇绿岩研究进展与展望

蛇绿岩是研究古大洋的主要载体和划分古板块边界的重要证据,记录了从大洋岩石圈的最初形成到最后洋盆闭合的诸多信息,是研究洋–陆转换过程的关键地质体。西准噶尔达尔布特蛇绿岩是北疆地区发育规模最大、最为典型的蛇绿岩带之一,相关研究近年来取得了系列成果。①在萨尔托海铬铁矿中发现金刚石等深部矿物群,从而对此前铬铁矿的浅部成矿理论提出了质疑。②在蛇绿岩中识别出前弧玄武岩,它是俯冲起始的地质记录之一。③蛇绿岩中存在古海山物质组分,其中玄武岩具有OIB特征。④萨尔托海铬铁矿是深部地幔预富集和浅部再富集的结果。⑤达尔布特蛇绿岩形成于俯冲有关的构造环境,并有地幔柱的参与。在取得进展的同时,也出现了一些新的科学问题和研究方向,主要包括深部物质循环过程、俯冲起始机制、陆壳增生机制和俯冲带型蛇绿岩成因等。

内蒙古贺根山蛇绿岩的形成时代:来自辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄的证据

内蒙古贺根山蛇绿岩是兴-蒙造山带最年轻的蛇绿岩带,被认为是华北板块和西伯利亚板块碰撞的缝合线向东延伸的部分,其代表的古洋盆的形成和关闭时限,一直受到地学界的密切关注。采用LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素方法,获得贺根山蛇绿岩中辉长岩的年龄为357.9±1.5Ma,这代表了贺根山蛇绿岩的结晶年龄。结合前人研究成果,推断贺根山蛇绿岩形成于洋内弧后盆地环境。

雅鲁藏布蛇绿岩中的变质底板:快速俯冲起始与折返

蛇绿岩中的变质底板通常是俯冲起始的关键记录,并且对探究蛇绿岩的形成机制至关重要。最近在我国西藏南部雅鲁藏布蛇绿岩中陆续发现了高温变质底板。本文对雅鲁藏布蛇绿岩白朗剖面采集到的变质底板样品(基性麻粒岩)进行了系统的岩石学,副矿物U-Pb年代学以及模拟研究,包含相耦合的相平衡、石榴石扩散以及热动力学数值模型。岩石学观察表明,基性麻粒岩记录了四期变质阶段。在新鲜的麻粒岩样品中,石榴石核部保留了早期进变质阶段的矿物包裹体,尽管石榴石的核部成分在峰期发生了再平衡。基质矿物组合连同石榴石的核部成分代表了岩石的峰期变质阶段。退变质阶段由石榴石边部成分以及后成合晶矿物组合所记录。绝大多数的变质底板样品遭受了后期亚绿片岩相交代作用。相平衡模拟表明岩石经历了顺时针变质轨迹,并记录了约1.6~1.7GPa和829~863℃的峰期条件以及约0.9~1.1GPa和823~923℃的近等温减压退变质条件。利用相关系对交代样品中亚绿片岩相的矿物组合进行了温压估计,得到了306~324℃/<0.3GPa的条件。榍石的U-Pb年代学以及温度计算结果表明变质底板的进变质年龄为132.4±4.8Ma和133.9±5.9Ma。金红石记录了126.8±6.2Ma和132.3±3.1Ma的后期冷却年龄,与榍石年龄在不确定度内重叠。先前以及本文年代学数据表明变质底板从原岩形成到进变质并随后折返的时间尺度非常短。石榴石扩散和热动力学模型计算也与年代学结果相吻合,整个变质过程模拟的持续时间仅为2.6~2.8Myr,并且折返发生非常迅速,速率为6.7cm/yr。结合变质底板以及上覆蛇绿岩所记录的数据,本文认为雅鲁藏布蛇绿岩的形成机制可能十分复杂,并不是单一的洋中脊环境或俯冲带相关环境,并强调一些俯冲起始前形成的洋中脊玄武岩作为变质底板参与了深俯冲循环并很快导致俯冲相关的岩石形成,这些俯冲相关岩石与那些未俯冲的洋中脊岩石一起形成了现今的雅鲁藏布蛇绿岩。

基于航磁资料的中国蛇绿岩带研究

通过六十多年的积累,我国已经基本完成了中国陆域的航磁覆盖,为区域地质构造研究提供了详实的地球物理资料。航磁异常主要反映了岩石圈中磁性物质的分布情况,尤其是构造-岩浆活动能够产生明显的磁异常,为隐伏岩浆岩的预测研究奠定了基础。镁铁—超镁铁质岩通常具有较强的磁性,可以通过航磁异常进行识别。本文基于全国1:100万航磁数据及其岩性-构造解释结果,阐述了通过航磁异常识别镁铁—超镁铁质岩的标志和圈定方法,分析了推断镁铁—超镁铁质岩与蛇绿岩带的关系。研究表明,蛇绿岩带通常都具有形态规则、宽度窄、异常幅值大的线性或串珠状磁异常特征,主要与蛇绿岩的保存情况密切相关。蛇绿岩带通常是不同板块的拼接带,呈现出区域磁异常边界的特征,代表不同陆块的基底性质的差异。但是,部分蛇绿岩带,如弧后盆地拉张等形成的蛇绿岩,因两侧地块基底性质相似,通常不具有分割区域磁场的特点。基于航磁推断镁铁—超镁铁质岩分布,在全国划分了22个蛇绿岩型镁铁—超镁铁质岩带,并对岩带的特征进行了详细描述。例如,雅鲁藏布江蛇绿岩带呈现出双磁异常带的特征,北带磁异常的规模较大、延伸长,推断深部存在镁铁—超镁铁质岩。南带磁异常规模较小,仅在日喀则地区连续分布,其余为串珠状磁异常,且不具有分割区域磁场的特点。通过磁异常三维反演,构建了雅鲁藏布江蛇绿岩带的深部结构模型。本文旨在通过磁异常的定性和定量分析,为蛇绿岩带(缝合带)的研究提供更多的信息,尤其是隐伏蛇绿岩,以指导铬铁矿找矿。目前航磁测量以中小比例尺为主,对于蛇绿岩带研究及铬铁矿找矿勘查是不足的,精细的分析和深部结构建模需要1:5万或更大比例尺航磁数据。

新疆东天山色尔特能蛇绿岩地球化学特征及构造环境分析

色尔特能蛇绿岩位于大南湖岛弧西段,康古尔断裂北侧,由纯橄岩-辉橄岩-橄辉岩-辉石岩和辉长岩组成。色尔特能蛇绿岩中辉长岩为钙碱性-低钾拉斑系列,稀土元素配分曲线略呈左倾,重稀土较轻稀土轻微富集,与N-MORB特征相似。Eu正异常明显,富集Rb,Ba,Sr,U,Nb,亏损高场强元素Th、Ta,为地幔尖晶石二辉橄榄岩部分熔融的产物,部分熔融程度为10%~15%。色尔特能-康古尔南蛇绿岩属MORB型蛇绿岩,形成时间为晚寒武—早奥陶世,构造侵位时间为晚石炭世之前。

中蒙边境地区主要蛇绿岩带特征及地质意义

【研究目的】中国与蒙古的交界地区构造位置上位于中亚造山带,沿边境两侧断续出露呈团块、带状分布的蛇绿(混杂)岩带。蛇绿岩作为古大洋岩石圈的残片,是研究岩石圈地幔演化、俯冲带物质循环和重建古地理格局的天然实验室。【研究方法】本文依托中蒙合作1/100万系列地质图件编制项目成果,结合前人针对该地区蛇绿(混杂)岩带的研究成果,进一步厘定中亚造山带的构造演化和恢复其构造格局。【研究结果】在研究区划分出十四条蛇绿(混杂)岩带,综合阐述了其时空分布特征,建立了蛇绿(混杂)岩带的时空分布格架。【结论】研究结果表明,中蒙边境蛇绿岩带自西向东呈年龄逐渐年轻的趋势(新元古代-早二叠世),揭示了中亚造山带西段和东段大洋岩石圈地幔演化的差异性。多数蛇绿(混杂)岩带属于与俯冲作用密切相关的SSZ(supra-subduction zone)型蛇绿岩,但弧前和弧后的构造背景的争议仍需进一步研究加以限定。

甘肃北山地区“牛圈子蛇绿岩”属性再研究

牛圈子蛇绿岩被认为是甘肃北山构造单元划分的重要依据,但是其蛇绿岩属性的真实性一直没有得到有效的验证。本次研究工作通过1∶5万地质调查和剖面研究,查明其岩石组合、接触关系及野外产出特征;通过对辉长岩岩石地球化学测试与分析,讨论其形成的大地构造背景。研究认为原划牛圈子蛇绿岩岩石组合缺失严重、火山熔岩极不发育、缺失超基性岩、没有混杂堆积特征,没有“岩块+基质”的物质组成样式,也没有深海沉积的记录;同时,辉长岩具有明显壳幔混源的岩石地球化学特征,与N-MORB和OIB的微量元素特征差异较大。综合研究认为前人划分的牛圈子蛇绿岩可能不是典型的蛇绿岩。

西准噶尔蛇绿岩:古大洋俯冲增生过程的记录

蛇绿岩记录了大洋岩石圈形成、演化、消亡的全过程,是刻画区域板块构造和洋-陆格局演化的关键证据。本文通过系统梳理前人相关研究,总结西准噶尔蛇绿岩最新研究成果,探讨大陆地壳增生方式、恢复古大洋演化历史,从而对西准噶尔构造体制转化提供新制约。西准噶尔地区发育多条震旦纪—石炭纪被构造肢解的蛇绿岩带,具有典型的岩块-基质结构,绝大多数蛇绿岩包括正常洋壳组分和海山/大洋高原残片,其中基性岩具有MORB和OIB的地球化学特征。基于前人研究,本文认为在西准噶尔古大洋发育过程中,发育不同时代与地幔柱有关的海山/大洋高原,同时存在增生型和侵蚀型两类汇聚板块边界。另外,大洋高原增生不仅是大陆地壳增生的有效途径之一,还可能诱发俯冲极性反转和传递。而在大洋高原形成初期,还可能存在地幔柱诱发俯冲起始机制。

蛇绿岩研究的进展

近几年蛇绿岩的研究已取得显著的进展，主要反映在下述几个方面：１．对于蛇绿岩的概念已有了新的认识，蛇绿岩代表古代的大洋岩石圈碎片，但并非正常的大洋岩石圈；２．关于蛇绿岩的多样性已经提出了许多不同的见解，最近有关特提斯与环太平洋蛇绿岩的对比研究使许多作者得出结论，它们具有不同的特征；３．蛇绿岩源区的研究表明，蛇绿岩并非唯一地来自亏损的软流圈地幔，不同地幔端元之间的混合以及来自陆壳物质的混染作用也是常见的现象；４．早元古代蛇绿岩的发现。预期９０年代，在蛇绿岩的多样性、地幔岩部分熔融、岩浆来源、蛇绿岩的侵位机制以及蛇绿岩与高压变质作用等方面将取得长足的进展．

蛇绿岩套研究现状、科学问题及新思考

蛇绿岩套是运用板块构造理论解释造山带构造演化的关键,合理理解蛇绿岩套的形成、演化有助于构建与板块构造理论吻合的造山带演化模型。经典的蛇绿岩套发育由地幔橄榄岩、堆晶辉长岩、枕状玄武岩-深海沉积岩组成的“三位一体”岩石组合,与现代洋中脊新形成的大洋岩石圈具有相同的岩石组合及岩石空间分布样式。地球化学家们在经典蛇绿岩套定义基础上,根据玄武质岩石地球化学特征的变化,提出了“俯冲带之上(SSZ)蛇绿岩套”概念,并对其划分亚类、构建相应的概念性成因模型,从而引发了“在俯冲汇聚阶段能否发生岩石圈裂解、形成新生洋壳”的“蛇绿岩难题”。针对阿尔卑斯-喜马拉雅造山系内的两个典型SSZ型蛇绿岩套的详细解剖表明,部分SSZ型蛇绿岩套的定义可能存在玄武质岩石“年代误植”、“构造背景误植”问题。前人定义的伊朗克尔曼沙赫弧前蛇绿岩套、巴基斯坦拉斯科赫弧间蛇绿岩套均由两部分组成:下部为形成于洋中脊环境、时代较老的大洋岩石圈残片;其上分别被年轻的弧前盆地和岛弧相关火山-沉积岩组合不整合覆盖。显然,大部分SSZ型蛇绿岩套是经典洋中脊蛇绿岩套残片与形成于其他构造环境(如大陆裂谷、俯冲带)的火山-沉积岩序列的组合体,并不存在蛇绿岩难题。合理解释造山带内的基性-超基性岩组合的成因需要详细的野外调查以确定不同岩石单元之间的时空关系。

蛇绿岩豆荚状铬铁矿床研究进展与展望

赋存于蛇绿岩中的豆荚状铬铁矿床是全球铬资源的主要来源之一,具有重要战略及经济价值。目前关于豆荚状铬铁矿床的成因尚存分歧。本文总结了全球豆荚状铬铁矿床在矿床地质和矿床地球化学方面的共性特征,以及豆荚状铬铁矿床的成矿模型。这些模型在解释豆荚状铬铁矿矿床成因时还存在一些问题,如成矿母岩浆的地幔源区特征、形成条件、性质,难以限定成矿母岩浆的通量,如何精细刻画地幔中Cr及铬铁矿迁移-富集过程,俯冲动力学过程对成矿有何贡献,等。针对这些问题,未来的工作可聚焦于熔体包裹体研究、探索矿体下部是否存在深部岩浆房、熔-岩反应及流体搬运铬铁矿的实验岩石学及热力学模拟研究,以及探索与俯冲过程密切相关的成矿因素。

蛇绿岩的定义、分类及其发展

1972年,在彭罗斯会议上,将蛇绿岩定义为一套层状非地层单元,并明确列出其完整的层序。然而,在后来的研究中发现,不同的地球动力学背景和构造运动可导致产出的蛇绿岩在结构上和地球化学上体现出复杂的多样性,而这种多样性已经超出了蛇绿岩经典定义的范畴。一些学者开始研究和完善前人对蛇绿岩的研究,并得出一个全新的定义和分类方案,不仅覆盖了现已发现的所有蛇绿岩类型,更重要的是,它阐明了蛇绿岩形成的根本原理,并指出在威尔逊旋回的各个阶段都会形成性质不同的蛇绿岩。

蛇绿岩就位机制及时限

蛇绿岩就位机制可以划分出4种:1)碰撞仰冲型:被动大陆边缘或岛弧与洋壳碰撞时,俯冲到一定深度的硅铝质物质在浮力作用下折返,并上驮相对完整的大洋岩石圈残片到达地表;2)增生底垫型:洋底、海沟沉积物及海底较高地形的上层物质从俯冲板块上刮削下来,持续底垫到上覆板块之下,使大洋岩石圈残片逐渐被动抬高;3)俯冲剥离型:断裂发育相对密集的洋中脊和转换断层等大洋岩石圈薄弱带,在滑脱断层的作用下大洋岩石圈上部层位的物质被剥离,在俯冲作用的驱动下被抬升;4)角流型:从俯冲板块上刮削下来的大洋岩石圈残片被带入狭窄型或宽阔型增生楔,以管道流的方式进入深部并遭受高压变质作用,由低密度物质裹挟带出并就位至增生楔浅部。变质底板可以限定蛇绿岩就位的开始时限,后就位沉积物可以确定蛇绿岩就位的结束时间。

阿拉善恩格尔乌苏蛇绿岩带成矿地质特征与成矿预测

本文通过1∶5万地质调查工作,详细查明了恩格尔乌苏蛇绿岩带成矿地质背景及物、化探异常特征;蛇绿岩带内圈定了7个多金属矿点和3条Sb异常带;后者元素峰值高,浓集中心明显,多元素异常套合好,且对应有明显的航磁异常。蛇绿岩带内多金属矿化主要与其内部的石炭纪中酸性侵入岩及部分高背景值岩块有关,成矿时间应为早石炭世,俯冲构造持续活动形成叠加于NE向蛇绿岩带之上的NWW向构造,前者主要为区域控岩和导矿构造,后者则为区内主要控矿构造。综合分析认为,蛇绿岩带形成过程限定了区域成矿时间,带内地质体性质和空间分布决定了不同矿种和矿床类型,物化探工作可以有效圈定找矿靶区,结合不同找矿标志可开展矿产勘查工作。对恩格尔乌苏蛇绿岩带成矿规律的总结,对区域周边及同类地区成矿预测及矿产勘查工作部署具有指导意义。

内蒙古贺根山蛇绿岩地幔属性:来自方辉橄榄岩元素地球化学和Re-Os同位素的制约

贺根山蛇绿岩带是中亚造山带东部出露面积最大的晚古生代蛇绿岩带,然而研究者对它是大洋岩石圈的残余还是陆内岩石圈地幔伸展的产物仍存在较大争议,主要归因于一直缺少橄榄岩Re-Os同位素的有效制约。基于此,本文对贺根山蛇绿岩中方辉橄榄岩进行了系统的岩石学、地球化学和Re-Os同位素研究。方辉橄榄岩主要由橄榄石、斜方辉石、粗粒的铬尖晶石和少量单斜辉石组成。贺根山方辉橄榄岩具有难熔地球化学特征,显示出高的MgO(45.1%~48.1%)含量,低的CaO(0.09%~0.26%)和Al 2O 3(0.58%~0.90%)含量及Tb/Yb比值,低于原始上地幔的^(187)Os/^(188)Os(0.1236~0.1263)同位素组成;橄榄石具有较高的Fo值(91.0~91.7)和NiO含量(0.26%~0.48%),而且单斜辉石具有低的重稀土含量,暗示了贺根山方辉橄榄岩是尖晶石相陆下岩石圈地幔高程度(20%~30%)部分熔融的难熔残余。另外,方辉橄榄岩相对富集LREE和大离子亲石元素,亏损高场强元素(例如Nb、Ta),且单斜辉石具有高Ti/Eu值和低的La/Yb,揭示了地幔源区受到硅酸盐熔体交代作用的改造。另一方面,方辉橄榄岩显示出相对年轻的Re亏损模式年龄,t RD为454~825Ma,表明贺根山地区岩石圈地幔形成的时代应该在0.8Ga之前,而后经历过多期熔体抽离和交代,与区域上大规模地壳增生时代吻合,可能是罗迪尼亚超大陆裂解的响应。结合蛇绿岩中大量深源矿物(金刚石等)和捕获锆石的存在、南北两侧一致的地质记录,本文认为贺根山方辉橄榄岩可能是陆内伸展环境下深部地幔物质上涌减压熔融的产物。

洞错盆地蛇绿岩地球化学特征及大地构造意义

本文以改则的洞错盆地蛇绿岩为研究对象,开展了洞错盆地蛇绿岩的岩石学、岩相学及地球化学方面的研究工作。结果表明:地幔橄榄岩以方辉橄榄岩为主,为烟斗型稀土元素配分型式;形成于熔融程度较高的地幔残余物质,具有Nb、Ta负异常。辉绿岩稀土元素配分型式与N-MORB类似,其稀土元素来自亏损的软流圈地幔;Ta、Ti、Y等高场强元素分布特征与N-MORB相似;辉绿岩既有MORB特征又有IAT特征,在洋内弧后盆地扩张环境中形成。辉长岩稀土配分曲线与N-MORB的类似;微量元素中K、Rb、Ba等富集,Nb、Ta亏损,有岛弧火山岩的特征,与典型的N-MORB特征有区别;既有MORB特征,也显示了俯冲带物质的参与,为消减带上弧后盆地次级扩张产生的新洋壳。因此,洞错蛇绿岩为SSZ型蛇绿岩。

北天山巴音沟蛇绿岩斜长花岗岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及蛇绿岩成因研究

巴音沟蛇绿岩侵位于辉长岩中的斜长花岗岩亏损LREE和不相容元素，（Ce／Yb）N=0．67—0．88，（Gd／Yb）N=0．63—0．73，εNd（t）=8．36—8．52，^87Sr／^86Sr（t）=0．70365～0．70408，为亏损地幔来源花岗岩，是蛇绿岩的组成部分。斜长花岗岩的精细SHRIMP锆石U—Pb年龄为324．8±7．1Ma，表明巴音沟蛇绿岩形成于早石炭世晚期。巴音沟蛇绿岩中辉长岩、辉绿岩、基性熔岩REE球粒陨石标准化和微量元素原始地幔标准化分配型式呈平坦型分布，（Ce／Yb）N=0．63～1．36，（Gd／Yb）N=1．02—1．41，近似于N—MORB分配型式.^87Sr／^86Sr比值变化于0．70306—0．70439，εNd（t）=4．63～8．69，表明其岩浆主体来源于N—MORB，但在形成过程中有OIB组分的加入。结合天山石炭纪区域火山岩的研究，认为巴音沟蛇绿岩形成于大陆裂谷向大洋裂谷转化的构造环境，它是天山造山带晚古生代“红海型”洋盆的地质记录．

北天山巴音沟蛇绿岩斜长花岗岩锆石SHRIMP测年及其意义

北天山巴音沟蛇绿岩中斜长花岗岩仅产于辉长岩顶部,二者呈突变或渐变接触关系。本文应用SHRIMP方法对斜长花岗岩进行了锆石U-Pb定年,获得了324.8±7.1Ma(2σ)的年龄,这一年龄精确反映了巴音沟蛇绿岩形成于早石炭世。巴音沟蛇绿岩代表了天山晚古生代“红海型”洋盆的地质记录。

新疆东昆仑鸭子泉蛇绿岩的基本特征及其大地构造意义

鸭子泉蛇绿岩位于新疆东昆仑祁漫塔格山系中部， 与阿尔金断裂平行产出， 由超基性岩、基性岩和拉斑玄武岩等组成。它侵位于早石炭世含放射虫的深海沉积物中， 可能代表了东昆仑祁漫塔格地区晚古生代的板块俯冲带。蛇绿岩可能来源于俯冲带附近的由小型扩张中心形成的次生洋壳， 之后由于消减作用， 侵位到深海沉积物中， 形成了造山带中的蛇绿岩。

西藏雅鲁藏布蛇绿岩形成构造环境的地球化学鉴别

本文对西藏雅鲁藏布蛇绿岩带中部日喀则地区夏鲁蛇绿岩中的基性岩石进行了元素地球化学研究。岩石为低钾亚碱性玄武质岩石,具有低TiO2(0.64%～1.5%)、低K2O(<0.69%)、富Na2O(2.5%～6.0%)、烧失量普遍较高(2.0%～7.5%)的特征,表明样品普遍遭受蚀变。岩石具有与N-MORB类似的稀土元素和总体一致的微量元素特征,但是岩石明显富集大离子亲石元素和亏损高场强元素,显示了洋脊玄武岩向着岛弧岩浆作用的过渡趋势。日喀则蛇绿岩不是典型的洋中脊成因,应为SSZ型蛇绿岩,可能形成于与洋内俯冲有关的SSZ型的弧后或者弧前盆地中。对东西延伸超过1500km的雅鲁藏布蛇绿岩246套基性岩石形成的构造环境进行的地球化学判别,表明至少存在大陆岛弧型、地幔柱-洋内热点型、洋中脊-大洋岛弧型和典型大洋岛弧型等四种类型洋壳,揭示了特提斯洋存在多种构造环境的特征,有利于恢复和还原一个长期演化的、丰富的特提斯洋。