佳木斯地块西缘太平沟地区蛇绿岩的发现及其构造意义

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1、佳木斯地块西缘太平沟地区蛇绿岩的发现及其构造意义刘桂香;赵广江;李永胜【摘要】在进行1:25万嘉荫县和太平沟幅区调填图时，首次在太平沟地区发现蛇 绿岩的存在.太平沟蛇绿岩出露在黑龙江省东部佳木斯地块西侧,牡丹江-嘉荫断裂以 东，呈NE向展布于中元古界黑龙江岩群之中，并与其呈构造接触蛇绿岩由超镁铁质 岩类蛇纹岩、蛇纹石化橄榄辉石岩和变基性岩等组成.太平沟蛇绿岩是松嫩地块-佳 木斯地块裂解的产物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，具有LREE略富集的P-MORB特征,Nd、Ta的负异常，可能与俯冲作用有关. 太平沟蛇绿岩的发现,对于研究黑龙江省东部元古宙板块构造、佳木斯地块

2、的形成 与演化提供了构造动力学信息,对寻找与地幔有关的金属矿产具有指导意 义.Ophiolite was firstly found in Taipinggou area during the 1:250 000 regional geological survey of Jiayin and Taipinggou sheets. It occurs in the west of Jiamusi massif in Eastern of Heilongjiang Province, on the east of Mudanjiang-Jiayin fault. The rock belt, e

3、xtending in northeast direction, is distributed in and structurally bounded by the Mesoproterozoic Heilongjiang rock group. The ophiolite series is composed of ultramafic serpentinite, serpentinized peridotite-pyroxenite and metamorphosed basic rocks. The Taipinggou ophiolite belt was formed by the

4、splitting of Jiamusi-Songnen massif. The ophiolite might be derived from the secondary oceanic crust formed in the minor spreading center near the subduction zone. Its character of P-MORB of slight LREE enrichment, with negative abnormity of Nd and Ta, suggests that the ophiolite be related to the s

5、ubduction. The discovery of Taipinggou ophiolite provides new tectonic evidences for the study on the forming and evolving of the Proterozoic plate and Jiamusi massif. It is a significant guide to search mantle-related metal minerals in the region.【期刊名称】地质与资源年(卷),期】2012(021)001【总页数】8页（P51-58） 【关键词】

6、蛇绿岩;古洋壳;地块形成与演化;太平沟;黑龙江省【作 者】 刘桂香;赵广江;李永胜【作者单位】 沈阳地质矿产研究所,辽宁沈阳 110034;黑龙江省第四地质勘察院,黑龙江哈尔滨 150036;黑龙江省区域地质调查所,黑龙江 哈尔滨 150080【正文语种】 中 文【中图分类】 P588.3自1972年彭罗斯会议以来，地质学家们认为蛇绿岩是古代大洋岩石圈的残片1，但并非正常的大洋岩石圈.研究表明蛇绿岩是有完整层序的，典型的塞浦路斯如特罗多斯蛇绿岩，其层序从顶部到底部分为：（1）枕状熔岩；（2）席状辉 绿岩；（3）辉长岩，包括堆积超镁铁质岩（过渡带）；（4）橄榄岩（蛇纹石化 作用广泛发育）2.实际

7、上在世界各地很少见到完整的层序1.近年来，中国对大陆造山带蛇绿岩的研究取得了空前的进展，积累了大批丰富的资料.中国造山岩带蛇绿岩不仅分布广泛，而且时代和类型多样3.这些蛇绿岩的 发现和研究，对于提示造山带的构造演化具有重要的意义.研究区内蛇绿岩的研究 历史可以追溯到1992年，曹熹等在研究佳木斯复合地体时，曾指出在黑龙江岩群 中的橄榄岩、斜辉橄榄岩等超基性岩残块，可与世界上一些典型的蛇绿岩系中的岩 石进行对比4-5; 2005年孙德友、吴福元等在研究吉林中部晚三叠世A型花 岗岩时曾提到过黑龙江群蛇绿混杂岩6，但他们并未针对其进行过详细的研究 和讨论.1992年黑龙江省第一区域地质调查大队在进行

8、1:5万南沟等幅区域地质 调查时曾将研究区内超镁铁质岩类作为中元古代侵入岩，也只是对其岩石学、岩石 地球化学进行了研究和讨论.在进行1:25万太平沟等幅区调填图时，对区内出露的铁镁质岩、超镁铁质岩进 行了较为详细的野外调查，并在野外工作的基础上，与国内外典型地区的蛇绿岩进 行了对比和研究，认为其属蛇绿岩的产物，为古洋壳的残片 1:25 万乌云镇、 嘉荫县、太平沟幅区域地质调查报告.中国地质调查局，2005.太平沟蛇绿岩分布于黑龙江省东部萝北县至太平沟林场一带（图 1），按任纪舜 1979年的划分，大地构造位置属于天山-内蒙地槽区的东端，吉黑地槽褶皱系的 次级单元佳木斯隆起北缘与张广才岭褶皱带的

9、东北部7.该蛇绿岩带西侧为伊春 -延寿构造岩浆带，东侧为佳木斯地块的古老变质岩系.太平沟蛇绿岩由大金顶子、 联营林场东和太平沟西等21个NE向展布构造岩片组成，岩块多呈扁豆状、透镜 状等构造岩片零星分布于萝北县北大金顶子至太平沟林场一带，总面积仅为 20km2左右总体呈NE-NNE向展布于中元古界黑龙江岩群之中，与黑龙江岩群 为构造接触（图 2），长轴方向与该岩群主体构造线方向基本一致.该蛇绿岩出露 与标准蛇绿岩相比层序极不完全，仅见有蛇纹石化橄榄岩类和蛇纹石化橄榄辉石岩 及变质基性岩类，其中变基性岩类为洋脊拉斑玄武岩8，局部保留有与之相伴 产出的有海相沉积的复理石沉积及反映深海环境的硅质岩4

10、，9.蛇纹石化橄榄岩：岩石多呈黑绿色，粗粒状结构，块状构造.矿物组成为橄榄石 80% 左右、蛇纹石约5% ，水镁石约5% ，铁质约5% ，碳酸盐矿物小于5%.其中橄榄 石为粗粒状，二轴晶，2V角很大，被蛇纹石网状交代，包裹不透明铁质矿物；水 镁石呈片状，仅在部分地方较多些；碳酸盐矿物为他形粒状. 蛇纹石化橄榄辉石岩：岩石多呈深黑绿色，粒状结构、堆积结构、包含结构、反应 边结构，块状构造组成矿物为橄榄石40% 50%、单斜辉石50% 60%及少量磁 铁矿.橄榄石呈他形粒状，部分卵圆状，蛇纹石化，裂纹发育，并析出铁质；单斜 辉石呈他形不规则粒状，填充于橄榄石空隙中；磁铁矿呈不规则粒状岩石受力沿 个

11、方向破碎，并普遍遭受蛇纹石化，呈轻微的片理化.蛇纹岩：蛇绿岩中分布较广泛，岩石多呈黑色、暗绿色，原岩为方辉橄榄岩和纯橄 榄岩，鳞片变晶结构，块状构造.主要由叶蛇纹石组成（含量90%-95%）,呈大 小不、方向性不明显的叶片状，局部见铁质包裹物，纤维状蛇纹石少量，网状分 布另见少量他形不规则状磁铁矿、铁质，多呈团块状、短线状密集分布岩石常见 滑石化、透闪石化、绿泥石化、碳酸盐化、阳起石化、磁铁矿化、黄铁矿化、石棉 矿化等还见有透闪石岩、阳起石岩等.变质基性岩：原岩为拉斑玄武岩，黑绿色，粒状鳞片变晶结构、斑状变晶结构，片 状构造组成矿物为钠长石+绿帘石+阳起石+多硅白云母+绿泥石士磁铁矿士黑硬绿

12、泥石钠长石呈他形粗粒状、变斑晶状，包裹炭质和针状蓝闪石和铁质；绿帘石为 自形柱状、他形粒状；石英为他形粒状，具波状消光4,10.太平沟蛇绿岩的化学分析结果见表1化学成分变化范围较宽，SiO2 含量 38.42%49.66% ; MgO 3.56%38.79%，一般大于 30% ; CaO 0.11% 8.02%，变基性岩类、橄榄辉石岩类中偏高，在1.79% 8.02%之间，蛇纹岩中偏 低，小于1% ； TiO2总体偏低，橄榄辉石岩类为0.13% -0.53%，蛇纹岩类相对 偏低，一般小于1%，变基性岩类则相对偏高，为1.31% - 2.96% ； K2O 般在 0.03%0.89%之间波动，个

13、别变基性岩类偏高，为1.69% ； Na2O 般在 0.03%-1.54%,变基性岩类相对偏高,可达2.48%-3.15%.总体化学成分与大 洋中脊低钾拉斑玄武岩相当.镁铁比值（m/f）=2.649 9.071，-般在7.962 9.071之间，大于6.5 ;变基 性岩、橄榄辉石岩和蛇纹岩类的MgO/（TFeO+MgO）比值分别为0.23-0.41.0.34 -0.74和0.78 -0.84，即从变基性岩-橄榄辉石岩-蛇纹岩（纯橄榄岩），有 从富铁贫镁向富镁贫铁演化的趋势.标准矿物中出现较少的铁辉石，以顽火辉石为 主，橄榄石以镁橄榄石为主，且均未出现石英，属镁质超基性岩类.在AFM图解和AI2

14、O3-CaO-MgO图解（图3）上,橄榄辉石岩类多落入超镁质 堆晶岩区，蛇纹岩则落入变质橄榄岩区，而变基性岩类落入大洋中脊玄武岩区和镁 铁质堆晶岩区.稀土元素分析结果见表2稀土元素总量（5REE）=4.85x10-6137.5x10-6，与 原始地幔和亏损地幔相比偏高，其中变基性岩类为65.18x10-6-137.5x10-6 ,相对偏高；轻重稀土比值（LREE/WREE ） =0.4401 - 5.3027，一般稍大于1 ；（La/Yb ） N = 1.18 - 12.59总体表现轻稀土稍富集，轻重稀土分馏程度较低的特 点.它的分布形式反映了蚀变前的稀土分布特征11，因此太平沟蛇绿岩轻稀土

15、富集也可能反映了地幔的交代过程6Eu 般在0.68 -0.98之间，具弱负异常.4个 样品SEu大于1,出现正异常，可能反映了原始岩浆特点球粒陨石标准化曲线（图4a）,总体呈现轻稀土略显富集的平缓波状，与我国北祁连山西段中元古代 蛇绿岩中蛇纹岩12和内蒙古贺根山地区蛇绿岩中橄榄岩13的稀土配分模 式相似.微量元素分析结果（表2）显示，Cr、Ni、Co含量较高，分别为1190x10-6 - 1973x10-6、354x10-61691x10-6、46.4x10-6121x10-6 ;除 Cr、Ni 夕卜， 其他元素均不同程度高出原始地幔和亏损地幔值,反映地幔岩特点.在蛇绿岩的洋 中脊标准化微量元

16、素曲线上（图4b）,本区蛇绿岩总体上表现为高度富集大离子 亲石元素Rb、Ba，高场强元素Zr、Hf, Nb般负异常，且高场强元素相对于大 离子亲石元素亏损一般认为，Nb负常与俯冲作用有关，由此推断太平沟蛇绿岩可 能具有与俯冲作用有关的成因特点.综合不同学者对原生岩浆的认识及判别方法14,如Binns及Green等认为与 上地幔残余橄榄岩浆平衡的原生岩浆的m值100Mg （Mg + Fe）在68-72 之间，大于此值为幔岩包体；Ni为290x10-6 , Cr为380x10-6.Frey等认为原 生岩浆的Co=27x10-680x10-6.久野认为原生岩浆的固结指数（SI）大于40. 研究区蛇绿

17、岩的M值在73-95之间；Ni为644x10-6-1691x10-6 , Cr为 1330x10-6-1655x10-6 , Co 为 90x10-6-121x10-6 ;固结指数（SI） =58-83.上述特征表明了太平沟蛇绿岩具有幔源性质的原生岩浆特点.Ormerod等曾指出， Zr/Ba比值大于0.2的玄武岩源区来自软流圈地幔，Zr/Ba比值小于0.2的玄武岩 源区则来自岩石圈地幔15.本区橄榄岩的 Zr/Ba 比值在一般在 0.2-0.93 之间， 反映源区来自更深的软流圈地幔橄榄岩研究区蛇绿岩的Nb/Ta比值分别为1.5 - 15，基本上小于原始地幔的Nb/Ta比值（14.0 - 2

18、2.5 ）16,平均17.52.0 17，可能由于源区存在俯冲板片派生的富水流体交代或地壳混染作用所致.原始地幔和MORB的Nb/La比值大于1.0 ,而大陆地壳平均值Nb/La在0.7左右18 本区蛇绿岩的橄榄辉石岩类Nb/La比值为0.19和0.42，低于大陆地壳平 均值；而蛇纹岩类为0.94 -2.47 ，基本上高于原始地幔比值.由于结晶分异不会导 致Nb/La比值降低（Nb比La更不相容）17,再次说明地壳混染不是主导因 素，应主要与地幔源区受到俯冲流体的交代有关，在此过程中橄榄辉石岩类的表现 更为强烈些.在稀土元素La-La/Sm关系图解（图5）中，投点呈现一斜线排列，表现出平衡部

19、分熔融特点，这一点从稀土元素Eu的弱负异常到富集也能得到很好的解释. 蛇纹岩或蛇纹石化岩石等形成的构造背景,目前看来有以下几种19.（1）拉张 环境：地幔橄榄岩或堆积橄榄岩主要发育在慢速扩张的洋中脊环境,正断层提供了 海水通向地幔橄榄岩的通道.拉张环境下，地幔岩的出现预示着正断层、转换断层、 滑脱断层的存在或底侵作用的发生.若海水沿断层浸透到地幔，使超基性岩蛇纹岩 化，密度减小，体积膨胀，进而侵入到大洋岩石圈顶部.（2）聚敛环境：自蛇绿岩 的术语出现以来，蛇绿岩中的地幔岩侵位到地壳中的机制一直是研究的热点.基本 认同推覆作用是主导侵位机制，即地幔岩在弧前盆地可被推覆到弧前增生楔之上， 在弧后盆

20、地可被推覆到被动板块边缘或岛弧之上太平沟蛇绿岩在Ti/Cr-Ni成因判 别图解（图6）中，投点落于洋中脊玄武岩区（MORB ）;在FeOt-MgO-AI2O3 构造环境判别图解上，投影点落入洋中脊火山岩区一侧（图7），个别进入了洋岛 火山岩区说明本期蛇绿岩可能形成于拉张环境下中小型弧后扩张中心的次生洋壳. 岩石地球化学性质表明佳木斯地块在中元古代以前与松嫩地块是连在一起的古陆块 20，二者具有极其相似的地球化学组成，构造背景上相当于稳定的大陆边缘 环境.中元古代以后，由于来自过渡带或下地幔地幔柱的底劈，产生了一个降压一 增温过程，致使上地幔物质部分熔融，形成镁铁一超镁铁质熔体岩浆上涌和地幔 柱

21、的进一步发展，则产生大规模的拉张作用，最终大陆开始裂解，相应的出现一套 陆内裂谷-陆间裂谷21-被动大陆边缘型沉积建造黑龙江岩群的变基性岩（原 岩为拉斑玄武岩）Sm-Nd模式年龄1394 Ma20,蛇绿岩的橄榄辉石岩Sm- Nd全岩等时线年龄1146 Ma 孙立敏，等.1:5万南沟等四幅区域地质调查报 告黑龙江省地质矿产局，1991.、1183 Ma8,说明洋壳形成在中元古代中期， 这一裂解事件相当于加拿大格林威尔“Elzevirian造山旋回” 22（尽管也有报 道在黑龙江群变质硅质岩中发现有疑似放射虫4，9，但至今尚未见到确切的 鉴定结果）从全球来看，佳木斯地块、松嫩地块以及相邻的兴凯地块

22、等是这一裂 解事件产生的大陆碎块，这些大陆碎块在泛非造山运动期发生了碰撞23 研究 区南邻依兰地区黑龙江岩群中蓝片岩40Ar-39Ar坪年龄（641 697.4 Ma ）5,标志着在泛非期洋壳俯冲及陆块间聚合的开始.近年来的工作已经证明了佳 木斯地块内以孔兹岩系为特征的稳定大陆型沉积建造在泛非期发生较强变质热事件 的较可靠的同位素年代学依据23.综合上述研究，中元古代中期，随着大陆裂解的开始，在裂陷区沉积了一套大陆边 缘型的沉积建造黑龙江群；中元古代中晚期开始洋壳形成，幔源型蛇绿岩侵 位；至中元古代晚期陆块开始汇聚，发生陆陆碰撞，在俯冲带附近发生了高压 低温变质作用（蓝片岩相变质作用），俯冲作

23、用达到高潮，陆间洋盆闭合，强烈的 冲断层导致地壳楔或岩片的叠置，洋壳或大洋岩石圈也夹杂在其中，形成构造混杂 堆积体，蛇绿岩呈构造岩片或岩块状产于强变形的构造混杂堆积体中，最终定位于 古大陆边缘或古岛弧带附近.（1）太平沟蛇绿岩与中元古代黑龙江岩群呈构造接触，是产于黑龙江岩群中的构 造岩片，与之相伴产出（构造接触），有反映深海的放射虫硅质岩.太平沟蛇绿岩 是一套不完整层序的蛇绿岩，缺失枕状熔岩和席状岩墙群.这种现象可能与扩张速 度、原始岩浆成分、结晶分离条件、部分熔融程度、岩浆上升时与周围地幔交代作 用以及岩浆供给的充分条件有关，也可能反映了初始洋盆的特点.稀土元素 LREE 略富集，具有P-M

24、ORB的特点，也反映出具有不成熟洋壳的特点，Nd、Ta具有 微弱的负异常，可能与俯冲作用有关.（2）太平沟蛇绿岩是存在于佳木斯地块与松嫩地块中间的古洋壳残片，它的发现 为确定和研究黑龙江省东部地区的古板块构造提供了重要的依据，对探讨黑龙江省 东部地区的地壳演化具有重要的地质意义，为研究全球超大陆演化提供了第一手资 料.太平沟蛇绿岩的发现为进一步确定黑龙江群的构造属性提供了依据.（3）蛇绿岩来源于地幔，这一发现无疑对在该区寻找与蛇绿岩及地幔有关的金属 矿产有着一定的指导意义.相关文献】I 张旗蛇绿岩研究的进展J 地学前缘，1994 ,1 ( 1-2 ) :98102.2 科尔曼R G.蛇绿岩M.

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