遼寧鞍山地區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.遼寧省地質礦產調查院，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變形的地幔橄欖巖、具火成堆晶結構的鎂鐵質—超鎂鐵質巖、席狀巖墻雜巖、鎂鐵質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、變質變形特征、含礦性等諸多方面，都與鞍山地區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∶25萬遼陽市幅區調修側工作中，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的地質和地球化學研究，進而探討其成因及構造環境，以期對該區大地構造演化研究提供依據.

1 地質特征

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—超鎂鐵質巖.

2 巖石地球化學特征

2.1 超鎂鐵質巖巖石地球化學特征

陳臺溝蛇綠巖中超鎂鐵質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.在超鎂鐵質巖石分類圖解（圖2）中樣品絕大部分落入方輝橄欖巖區域中，

圖1 鞍山地區地質略圖（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域，說明陳臺溝蛇綠巖中的超鎂鐵質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巖的 MgO/＜FeO>在 6．5～1．2 之間［4］，陳臺溝蛇綠巖中的超鎂鐵質巖 MgO/＜FeO>在 2．56～7．85 之間，僅一個樣品的數值不在其范圍之內．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巖原巖是變質橄欖巖，屬上地幔巖，為蛇綠巖下部層位．

2．2 鎂鐵質巖巖石地球化學特征

陳臺溝蛇綠巖中鎂鐵質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，斜長石多呈細粒化，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所提供的數據投入TAS圖解（圖4a）中樣品落入玄武巖區域中，在AFM圖解（圖4b）中，鎂鐵質巖樣品落入拉斑玄武區域內，說明陳臺溝蛇綠巖中的鎂鐵質巖原巖為拉斑玄武巖.微量元素中高場強元素 Nb、Ta、Zr、Hf在蝕變和變質等過程中具有很高的穩定性，因此是巖石成因和源區性質的示蹤劑，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、環境與WPB、T-MORB、E-MORB巖石構造環境無關，類似于島弧玄武巖或N-MORB的形成環境.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在一定程度上反應了地幔源區含有島弧火山巖的組分，而與典型的大洋中脊N-MORB有明顯區別，因為大洋中脊之下的玄武巖通常不出現K、Rb、Ba等元素的富集，尤其是Nb的虧損.鎂鐵質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型大洋中脊環境.

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

圖4 陳臺溝蛇綠巖中鎂鐵質巖石TAS（a）圖解和AFM（b）圖解B—玄武巖區（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巖石稀土元素分析Table6 RareearthelementsofChentaigouophiolitiemaficrocks

2.3 形成環境討論

近些年對蛇綠巖的研究得出蛇綠巖的形成環境多種多樣，不同構造環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，弧間盆地環境產出的島弧蛇綠巖也具有IAT和MORB的性質［6］.討論蛇綠巖的構造環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存在原始超鎂鐵質—鎂鐵質地殼［7］，后期原始地殼不斷開裂并發育時間短暫的初始小洋盆，陳臺溝蛇綠巖最有可能的產出環境是島弧環境.

圖6 陳臺溝蛇綠巖玄武質巖石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境.

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