南秦岭勉略蛇绿混杂岩带硅质岩沉积环境研究.pdf

南秦岭勉略蛇绿混杂岩带硅质岩沉积环境研究 3 1996年8月28日收稿. 3 国家自然科学基金项目No. 49572087资助. 盛吉虎 杜远生 冯庆来 许继锋 地球科学学院,武汉430074 摘 要 硅质岩是南秦岭勉略构造带中分布较广泛的一种岩石类型,其形成环境的确定对勉 略造山带的沉积环境、 盆地格局和构造演化的分析具有重要意义.根据对沉积组合、 主要元 素、 稀土元素地球化学组成等方面的综合分析,认为南秦岭勉略带硅质岩形成于大陆边缘环 境,其地球化学组成以富含SiO2,贫Fe2O3,MgO ,Al2O3,以及较低的ΣREE质量分数和具微 弱的Ce负异常为特征. 关键词 南秦岭,勉略构造带,硅质岩,沉积环境. 中图法分类号 P588. 2 第一作者简介 盛吉虎,男,高级工程师,1962年生,1983年毕业于成都地质学院,主要从事 造山带地质研究工作. 1 地质背景 勉略蛇绿混杂岩带位于南秦岭西段勉县 略阳 康县一带.其北界为木瓜园-鱼洞子-将台寺断 裂,南界为康县-略阳-勉县断裂,东西延伸160 km以上,南北宽约5～20 km ,带内地层过去统称 “三河口群”,其时代大致厘定为泥盆系.详细研究发 现,勉略带是由不同时代、 不同构造背景的构造岩片 堆叠而成的.岩片之间均为断层接触,属非史密斯地 层范畴.蛇绿混杂岩主要包括超镁铁质岩、 辉长岩类 堆晶辉长岩、 海相火山岩、 硅质岩等.蛇绿岩成因 类型既有岛弧型蛇绿岩,也有洋中脊蛇绿岩,并有裂 谷型碱性玄武岩,代表了板块扩张、 俯冲消减及最终 闭合过程中不同阶段的物质记录[1 ,2]. 笔者在略阳三岔子一带的硅质岩中分离出了牙 形石和放射虫化石,其时代分别为晚泥盆世和早石 炭世,其代表性化石为牙形石Icriodus costatus dar2 byensisKlapper 4号样 , 放射虫Albaillellaspp. , L atentif istulacf.ruestae Ormiston and Lane , Entactinia variosphinaWon ,Entactiniacf.par2 vaWon ,Astroentactinia multispinaWon 1 ,2 ,5 ～8号样 . 其中牙形石为晚泥盆世分子,放射虫均 为早石炭世分子[3]. 3号样亦分离出大量放射虫个 体,但无带化石.据此,我们对 “三河口群” 进行了解 析.本文所涉及的地层单位和硅质岩样品位置见图 1 ,样品层位与上、 下地层均为连续沉积,其沉积环境 可以大致反映所在构造岩片的沉积背景. 2 硅质岩沉积环境分析 硅质岩的岩石化学和稀土元素分析是环境判别 的重要手段.一般认为,与蛇绿岩共生的硅质岩既可 以形成于远洋环境,也可以形成于其他环境[4～6]. 在大洋中脊、 大洋盆地和大陆边缘构造环境中形成 的硅质岩,其岩石化学和稀土元素特征有一定差异 见表1 ,自滨岸至大洋盆地主要表现出如下几点 不同. 1 REE总量升高,这是由于洋盆沉积物中 wREE高低主要取决于海水与沉积物界面之间相 互作用时间的长短,沉积速率愈高,wREE愈低, 高wREE代表缓慢堆积之深水沉积.在图2中,依 据稀土总量可明显分为3组,3 ,4 ,6 ,7 ,8号样稀土总 量较低,重稀土相对富集;1 ,2号样稀土总量居中,轻 重稀土无明显分馏;5号样稀土总量wΣREE高达 132.5510 - 6 ,轻重稀土分馏明显. 2 Ce的亏损,研究表明,洋中脊沉积物的 δCe接近于零,洋中脊附近平均为0. 29 ,大洋盆地 为0. 50左右,大陆边缘环境由无明显Ce负异常到 出 现Ce正异常,且不同沉积环境间的δCe呈连续 第22卷 第6期地球科学 中国地质大学学报Vol. 22 No. 6 1 9 9 7年1 1月Earth Science Journal of China University ofGeosciencesNov. 1 9 9 7 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 图1 硅质岩的采样位置 Fig. 1Diagram of the sample location 1.硅质岩;2.蛇纹岩;3.火山岩;4.千枚 岩;5.砾岩;6.含砾千枚岩;7.火山碎屑 岩;8.碳质板岩;9.灰岩;10.采样位置及 编号;11.剖面位置及编号;D3s.四房坝岩 组;D3j.金家河岩组;D1 - 2q.乔子沟岩组; C1s.三岔子岩组;C1zh.朱家山岩组 表1 南秦岭勉略带硅质岩化学成分 Table 1Chemical compositions of cherts from the Mian - Lue belt of South Qinling wB/ 12345678 千枚岩 硅质岩 硅质岩 硅质岩 硅质岩 硅质岩 硅质岩 硅质岩 wB / 10 - 6 12345678 千枚岩 硅质岩 硅质岩 硅质岩 硅质岩 硅质岩 硅质岩 硅质岩 SiO282. 23 89. 61 95. 3697. 3487. 8596. 5196. 9785. 90 Al2O36. 042. 030. 720. 603. 250. 560. 540. 41 Fe2O30. 461. 950. 160. 013. 770. 010. 010. 31 FeO1. 464. 110. 510. 560. 510. 560. 600. 38 MgO0. 580. 240. 380. 340. 410. 260. 182. 34 CaO0. 080. 130. 310. 070. 080. 070. 063. 79 Na2O0. 200. 330. 090. 140. 050. 010. 080. 07 K2O1. 810. 370. 140. 090. 540. 060. 050. 01 MnO0. 020. 030. 010. 010. 010. 010. 010. 03 TiO20. 370. 130. 050. 030. 170. 030. 030. 02 P2O50. 020. 190. 030. 080. 030. 030. 020. 03 CO20. 180. 180. 450. 120. 130. 110. 120. 31 H2O 0. 671. 140. 440. 411. 530. 640. 480. 48 LOSS5. 133. 491. 730. 402. 481. 481. 056. 33 总量100. 25 100. 93 100. 38 100. 15 100. 86 100. 34 100. 20 100. 41 ΣREE 101. 68 68. 46 31. 6219. 81 132. 5524. 2025. 7520. 03 δCe0. 920. 880. 960. 861. 000. 820. 670. 67 La19. 278. 923. 431. 869. 513. 612. 903. 23 Ce35. 01 18. 274. 975. 8019. 545. 035. 724. 41 Pr4. 372. 660. 730. 602. 790. 950. 770. 63 Nd15. 29 12. 293. 132. 5213. 763. 413. 122. 22 Sm2. 762. 420. 630. 544. 550. 590. 620. 44 Eu0. 540. 490. 140. 091. 330. 110. 100. 10 Gd2. 332. 310. 790. 446. 560. 600. 650. 53 Tb0. 350. 350. 140. 081. 040. 100. 120. 09 Dy2. 442. 081. 020. 556. 910. 680. 840. 62 Ho0. 510. 430. 260. 141. 470. 170. 210. 15 Er1. 431. 180. 900. 464. 520. 530. 650. 45 Tm0. 220. 170. 160. 070. 710. 090. 110. 07 Yb1. 260. 921. 100. 564. 600. 600. 630. 44 Lu0. 190. 150. 200. 090. 800. 100. 100. 07 Y15. 72 15. 83 14. 026. 0754. 467. 639. 226. 67 Lan31. 310. 850. 260. 360. 180. 530. 390. 67 Al 3 3 0. 820. 500. 610. 600. 540. 570. 550. 18 硅质岩样品由湖北省地质实验研究所测试,稀土元素丰度标准化数据采用北美页岩平均值NASC ;La 3 n表示w La n / w Yb n ;Al 3 3 表示wAl/wAl Fe ;ΣREE的单位为10 - 6. 变化趋势. Murray等[7]研究结果表明,洋中脊环境 的硅质岩和页岩δCe平均值分别为0. 30和0. 28 , 大洋盆地环境为0. 55和0. 56 ,大陆边缘环境为 0. 79～1. 54.而勉略带的硅质岩样品Ce异常差异不 大,δCe 0. 63～0. 89 ,4号样δCe 1. 17 ,所以 该硅质岩应形成于大陆边缘环境. 3wAl/wAl Fe Mn比值也是判断硅 质岩沉积环境的有效标志,该比值随着远离扩张中 心距离的增大而增高,并且与热液系统的影响有 关[8]. Murray等[4]研究证明,Mn是硅质岩形成过 程中分离出来的,wMnO/w Al 2O3比值不能反 映沉积物的沉积环境,因此,建议用wAl/w Al Fe 比值判断沉积环境,洋中脊附近受热液影响的 硅质岩w Al/ wAl Fe比值平均为0. 12 ,北太 006 地球科学 中国地质大学学报第22卷 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 图2 硅质岩稀土配分模式 Fig. 2Shale - normalized REEpattern of cherts 图3 硅质岩主要元素比值图解 Fig. 3 Diagram of major element ratios in cherts 平洋硅质岩为0. 32 ,日本中部形成于大陆边缘环境 的三叠纪层状硅质岩为0. 60 ,DSDP62井白垩纪硅 质岩为0. 64 ,世界深海页岩平均值0. 62 ,深海粘土 平均值0. 54[9～11].勉略带8件样品的w Al/ w Al Fe 比值为0. 50～0. 82 ,平均0. 54 ,说明其形成环 境应为大陆边缘,与稀土元素判别结果一致.但8号 样w Al/ wAl Fe为0. 18 ,介于洋中脊和北太 平洋硅质岩之间. 图4 硅质岩w La n / w Ce n - w Al 2O3 / w Al 2O3 Fe2O3图解 Fig.4w La n / w Ce n - w Al 2O3 / w Al 2O3 Fe2O3 diagram 此外,Murray等[6]利用已知沉积环境的硅质岩 化学成分比值作图圈定了大陆边缘、 大洋盆地和洋 中脊硅质岩的投影区域图3 ,4 ,在这些图解上,除 8号样落入图3的洋脊区外,其余样品均落入大陆 边缘或大陆边缘与大洋盆地区的交叉部位. 采自泥盆系的5 ,4 ,3号样存在一定差异.图3 中5号样金家河岩组落入洋脊沉积区,而且该样 品具有最高的ΣREE ,Fe2O3和Al2O3质量分数表 1 . 4号样四房坝岩组ΣREE质量分数为19. 81 10 - 6 ,明显低于同期沉积的金家河岩组,而δCe值 和w La n / w Yb n值则明显高于金家河岩组的5 号样表1 ,表明四房坝岩组和金家河岩组均形成 于大陆边缘环境,但后者却比前者更加远离大陆源 区. 3号样乔子沟岩组硅质岩的 δCe和w La n / w Yb n值均小于四房坝岩组和金家河岩组 硅质岩 4 ,5 号样,表1 ,说明乔子沟岩组的硅质岩 形成时的水深相对较大. 采自早石炭世的样品有5个1 ,2号样朱家山 岩组均有较高的ΣREE68. 4610 - 6～101. 68 10 - 6 和较高的δCe值 0. 86～0. 88 ,wLan / w Yb n比值为0. 85～1. 31 ,轻稀土稍有亏损或略 有富集,显示沉积物形成于近岸半封闭环境. 6 ,7 ,8 号样三岔子岩组ΣREE平均质量分数为23. 32 10 - 6 ,δCe平均0. 74 ,w La n / w Yb n 0. 53 , w Al/ wAl Fe为0. 42.与同时代的朱家山岩 组相比,3个样品所代表的三岔子岩组更加远离大 陆源区,沉积环境相当于半深海 深海区, 但Σ REE 较低,反映物质供应仍较充分. 106 第6期盛吉虎等南秦勉略蛇绿混杂岩带硅质岩沉积环境研究 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 3 结论 勉略带泥盆系的3个硅质岩样品ΣREE平均质 量分数为61. 3210 - 6 ,δCe为0. 94 ,w La n / w Yb n为0. 26 ,wAl/wAl Fe为0. 58 ,早石 炭世5件样品的同类数据依次为48. 0210 - 6 , 0. 79 ,0. 76和0. 52.泥盆纪沉积物稀土总量较高、 轻 重稀土分异明显,说明泥盆纪早、 中期海水较深,沉 积速率较低,但晚泥盆世有一次明显的海水变浅过 程,至早石炭世海平面有所回升,海水变深,沉积速 率升高,说明早石炭世勉略古洋仍处于缓慢裂解过 程中.因此,勉略造山带硅质岩主要形成于大陆边缘 环境,部分样品有可能形成于洋脊或远洋环境.自早 泥盆世至早石炭世,勉略造山带经历了快速裂解 裂谷充填 缓慢裂解3个演化过程. 本项研究得到殷鸿福院士和王治平教授的指导 和帮助,特此致谢. 参考文献 1 张国伟,孟庆任,赖绍聪.秦岭造山带的结构构造.中国科 学 B 辑 ,1995 , 259 994～1 003 2Xu J , Zhang B , Han Y. Recognition of ophiolite belt and granulite in northern area of Mian - Lue , southern Qinling , China and their implication. Journal of China University of Geosciences , 1994 , 51 25～27 3 冯庆来,杜远生,殷鸿福等.南秦岭勉略蛇绿混杂岩带中 放射虫的发现及其意义.中国科学 D 辑 ,1996 ,增刊78 ～82 4Murray R W , Buchholtz ten Brink M R , Gerlach D C , et al. Rare earth , major and trace element composition of Monterrey and DSDP chert and associated host sediments assessing the influence of chemical fractionation during dia2 genesis.Geochim Cosmochim Acta , 1992 , 56 2 657～ 2 671 5Rangin C , Steinberg M , Bonnot - Countois C.Geochem2 istry of Mesozoic bedded cherts of central Baja California Vizcaino - Cedros - San Benito implications for paleo2 geographic reconstruction of and old oceanic basin.Earth Planet Sci Lett , 1981 , 54 313～322 6Murray R W. Chemical criteria to identify the depositional environment of chert general principles and applications. Sedimentary Geology , 1994 , 90 213～232 7Murray R W , Buchholtz ten Brink M R , Jones D L , et al. Rare earth elements as indicators of different marine deposi2 tional environments of chert and shale. Geology , 1990 , 18 268～271 8Bostrom K, Peterson M N A.The origin of aluminum - poor ferromangan sediments in areas of high heat flow on the East Pacific Rise. Mar Geol , 1969 , 7 427～447 9Adachi M , Yamamato K, Sugisadi R. Hydrothermal chert and associated siliceous rocks from the Northern Pacific their geological significance as indication of ocean ridge ac2 tivity. Sediment Geol , 1986 , 47 125～148 10Sugisaki R , Yamamato K, Adachi M.Triassic bedded cherts in central Japan are not pelagic. Nature , 1982 ,298 644～647 11Hein J R , Vallier T L , Allan M A. Chert petrology and geochemistry , Mid - Pacific Mountains Hess Rise , deep sea drilling project. Lnit Rep DSDP , 1981 , 62 711～748 DEPOSITIONAL ENVIRONMENTS OF CHERTS IN THE OPHIOLITE MELANGE BELT FROM MIAN- LUE, SHAANXI PROVINCE Sheng Jihu Du Yuansheng Feng Qinglai Xu Jifeng Faculty of Earth Sciences , China University of Geosciences , W uhan430074 Abstract Cherts are a rock type so widely distributed in the Mian - Lue orogenic belt that the determi2 nation of its sedimentary environments is of great significance to the study of depositional environment , tec2 tonic framework and tectonic activities. Study on the lithology , major elements and REE geochemistry proves that cherts are ed in the continental - margin environments in the Mian - Lue orogenic belt , similar in composition and characterised by the higher mass fractions of SiO2and lower mass fractions of Fe2O3,MgO , Al2O3,6REE and weakly negative Ce anomalies. Key words South Qingling , Mian - Lue orogenic ,chert , depositional environment. 206 地球科学 中国地质大学学报第22卷 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.