北祁連山大陸裂谷硅質(zhì)巖的稀土元素判別

1、示,完整的黑色頁(yè)巖中各種形態(tài)硫含量及硫同位素組成對(duì)沉積環(huán)境、成巖變化研究具有重要的指示作用.致謝 本工作為國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):49772125資助項(xiàng)目.參 考 文 獻(xiàn)1 李任偉.揚(yáng)子地臺(tái)早古生代沉積有機(jī)質(zhì)的聚集、熱演化及成礦作用研究.見(jiàn):葉連俊主編.生物成礦作用研究.北京:海洋出版社,1993.65832 蔣治渝,韋龍明,陳民揚(yáng).湘桂粵地區(qū)古環(huán)境和地層中硫化物 34S的演化關(guān)系初論.地球化學(xué),1990,(2:1171263 儲(chǔ)雪蕾,趙瑞,臧文秀,等.煤和沉積巖中各種形式硫的提取和同位素樣品制備.科學(xué)通報(bào),1993,38(20:188718904 Wi lkin R T,Barnes H

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7、徐學(xué)義*(地質(zhì)礦產(chǎn)部西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,西安710054,*聯(lián)系人摘要 通過(guò)對(duì)硅質(zhì)巖的稀土元素地球化學(xué)特征研究,將北祁連山晚元古代 寒武紀(jì)大陸裂谷進(jìn)一步劃分為:與中心式火山作用相伴生的硅質(zhì)巖(Ce/Ce*=1,La N/Yb N=4.3,以及La e x為45%;和與裂隙式火山作用相伴生的硅質(zhì)巖(Ce/Ce*=0.92,La N/Yb N=1.1,以及La e x為60%.同時(shí),在與中心式火山作用相伴生的硅質(zhì)巖中,又可區(qū)分出一類(lèi)與塊狀硫化物礦床有關(guān)的硅質(zhì)巖(HREE富集,為在類(lèi)似構(gòu)造環(huán)境中找尋塊狀硫化物礦床提供了有效的找礦標(biāo)志.關(guān)鍵詞 北祁連山 大陸裂谷 硅質(zhì)巖 地球化學(xué)特征位于青海與甘肅交界

8、處的北祁連山是我國(guó)重要的早古生代造山帶,通過(guò)前期區(qū)域巖石學(xué)665和構(gòu)造學(xué)的研究1,基本認(rèn)清了北祁連山早古生代的構(gòu)造 沉積格架,即從新元古代 奧陶紀(jì),它經(jīng)歷了大陸裂谷 溝弧盆的演化過(guò)程,其中尤以大陸裂谷和活動(dòng)大陸邊緣的巖石和構(gòu)造特征保存較完整,特征較顯著.夏林圻等人2將北祁連山大陸裂谷海相火山作用劃分為兩類(lèi):一類(lèi)為中心式爆發(fā)火山作用,以出現(xiàn)雙峰式大型火山巖穹為特征;另一類(lèi)為裂隙式噴發(fā) 噴溢火山作用,以出現(xiàn)層狀基性火山熔巖為特征.大型火山巖穹主要出露于白銀地區(qū)和清水溝地區(qū);后者主要出露于黑刺溝等地.與上述兩類(lèi)火山作用密切伴生著大量海相硅質(zhì)巖,這些硅質(zhì)巖的完善性和代表性都是古老造山帶中所罕見(jiàn)的.由于

9、硅質(zhì)巖的物理特征十分模糊不清,用常規(guī)巖石學(xué)方法很難獲得有用的構(gòu)造信息,因此,本文著重研究這些硅質(zhì)巖的稀土元素地球化學(xué)特征,并與其他作者的研究成果對(duì)比3,探討它們對(duì)構(gòu)造環(huán)境判別的貢獻(xiàn).1 樣品及分析在前人工作的基礎(chǔ)上,我們?cè)诒逼钸B山新元古代 寒武紀(jì)大陸裂谷中選擇了13塊有代表性的樣品.它們的時(shí)代,顏色,沉積環(huán)境各不相同,其中有7個(gè)樣品與中心式火山作用相伴生;另外6個(gè)樣品則與裂隙式火山作用相伴生(表1.SiO2是所有樣品的主要成分,但個(gè)別樣品中有少量碳酸鹽加入.所有樣品均由剛玉碾磨碎樣機(jī)粉碎進(jìn)行稀土元素分析.稀土元素由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所用中子活化法分析,誤差<10%.2 結(jié)果及討論稀土

10、元素測(cè)試結(jié)果列于表1.Ce異常(Ce/Ce*=Ce N/(La N(Nd N1/2;La N/Yb N為硅質(zhì)巖輕稀土(LREE與重稀土(HREE的相對(duì)富集程度.N代表北美、歐洲和俄羅斯頁(yè)巖平均值4的標(biāo)準(zhǔn)化值.我們用La excess=La ex=La sample-Al sample (La NASC/Al NASC對(duì)比硅質(zhì)巖中La 的豐度與陸源粘土中La的含量,用10-6為單位5,NASC為北美頁(yè)巖的平均值6.表1 硅質(zhì)巖中稀土元素含量( 10-6樣品La Ce Nd Sm Eu Tb Yb Lu REE Ce/Ce*La N/Yb N 頁(yè)巖a4183387.5 1.61 1.23 3.53

11、0.6117711硅質(zhì)巖b16.936.916.8 3.380.7680.433 1.180.1876.50.88 1.1與中心式火山作用伴生的硅質(zhì)巖B 116.529.213.5 3.060.8020.689 1.810.26565.80.930.78B 29.1617 6.88 1.30.3290.2690.980.17436.1 1.020.83B 317.738.918.8 5.29 1.71 1.43 4.480.74489 1.020.34W 6 2.19 5.23 3.43 1.090.09130.1990.6270.08913.40.910.29 M 626.851.621.8

12、 3.380.7990.4280.9630.1431130.87 3.3Q 525746593.8 6.44 1.520.637 1.190.166826 1.419Q 1112.613.7 3.560.3380.08430.05120.1980.031331 1.2 5.5與裂隙式火山作用伴生的硅質(zhì)巖I 650.3 1.32 1.4 3.740.522040.89 1.2I 978.414958.911.6 1.71 2.18 5.7613091 1.2I 1237.866.133 4.73 1.370.79820.3141460.89 1.7H 1246.283.53

13、4.27.49 2.43 1.3 4.330.66518010.92Qh 6 6.079.9 5.45 1.430.3660.2310.6020.093424.20.820.87 Qh 711.817.97.11 1.480.3120.242 1.20.19840.20.930.85a頁(yè)巖平均值為世界頁(yè)巖平均值(包括俄羅斯、北美和歐洲頁(yè)巖平均值;b硅質(zhì)巖為世界典型裂谷區(qū)硅質(zhì)巖平均值(包括Carribbean, C.Berm.Rise和Bellingh Plain666 圖1 北祁連山硅質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化稀土模式曲線(xiàn)圖(a與中心式火山作用相伴生的硅質(zhì)巖(白銀和清水溝地區(qū);(b與裂隙式火山作用相伴生的硅質(zhì)巖

14、(黑刺溝地區(qū).!示與塊狀硫化物礦床有關(guān)的硅質(zhì)巖(B 1,B 2,B 3,W 6; 示已接近大洋化的硅質(zhì)巖(Qh 6,Qh 7運(yùn)用稀土元素的地球化學(xué)特征解釋硅質(zhì)巖的構(gòu)造環(huán)境(圖1,已得到廣泛應(yīng)用.本區(qū)硅質(zhì)巖稀土元素總量( REE較高,平均值為165 10-6(除Gd,Dy,Ho,Er 和Tm略高于大陸邊緣沉積區(qū),相當(dāng)于陸間海盆硅質(zhì)巖5,反映板內(nèi)裂谷拉張時(shí),構(gòu)造活動(dòng)劇烈的特征.Ce 異常在0.82 1.4之間變化,平均值為0.97,與大陸邊緣硅質(zhì)巖類(lèi)似;La N /Yb N 值變化較大,這些均反映了板內(nèi)大陸裂谷硅質(zhì)巖的特征.2.1 與中心式火山作用相伴生硅質(zhì)巖的稀土元素特征這類(lèi)硅質(zhì)巖的 REE 平

15、均值為168 10-6略低于世界頁(yè)巖值(177 10-6,說(shuō)明在大陸拉張伊始,構(gòu)造活動(dòng)劇烈,火山作用強(qiáng)烈,沉積速率較高,硅質(zhì)巖暴露于海水中的時(shí)間較短,吸收稀土元素較少.而中心式火山作用裂谷階段的另一重要特征是,由于構(gòu)造活動(dòng)劇烈,受沉積速率及陸源輸入的雙重影響,在同一剖面上的硅質(zhì)巖可以出現(xiàn)較低的 REE(如在清水溝剖面上,樣品Q(chēng) 11:31 10-6,也可以出現(xiàn)極高的 REE(如樣品Q(chēng) 5:826 10-6.與中心式火山作用相伴生的個(gè)硅質(zhì)巖樣品Ce 異常在0.871.4之間變化,平均值為1,與大陸邊緣硅質(zhì)巖相同;同時(shí)伴生有雙峰式大型火山巖穹和大量火山碎屑巖及塊狀硫化物礦床,為大陸拉張伊始,裂谷的

16、緩慢拉張階段.La N /Yb N 值反映了LREE 與HRE E 的分餾特征.在中心式火山作用階段,La N /Yb N 平均值為4.3,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大陸邊緣硅質(zhì)巖的La N /Yb N 比值,反映當(dāng)時(shí)構(gòu)造活動(dòng)劇烈,硅質(zhì)巖形成受陸源輸入影響強(qiáng)烈.但也有例外,在白銀和清水溝地區(qū),靠近塊狀硫化物礦床的硅質(zhì)巖均顯示HREE 富集,La N /Yb N 值在0.290.83之間變化,平均值為0.56,與含礦酸性火山巖的La N /Yb N 值接近7,推測(cè)可能受后期含礦熱液的影響.通過(guò)與NASC 進(jìn)行對(duì)比,還可將硅質(zhì)巖中類(lèi)似NASC 的陸源輸入成分去除,利用La e x 對(duì)本區(qū)硅質(zhì)巖進(jìn)行分析.與中心式火山

17、作用相伴生的硅質(zhì)巖La e x 值較低,為45%,表明該階段硅質(zhì)巖主要受陸源輸入影響.另外,與塊狀硫化物礦床有關(guān)的硅質(zhì)巖,按距礦體遠(yuǎn)近,其La e x 值呈667規(guī)律性變化.靠近礦體的鐵硅質(zhì)巖(La ex=33% 鐵錳硅質(zhì)巖(La ex=42% 錳硅質(zhì)巖(La ex= 60%,這可能反映了受含礦酸性火山熱液的影響程度.2.2 與裂隙式火山作用相伴生硅質(zhì)巖的稀土元素特征從表1中可以看出,這類(lèi)硅質(zhì)巖REE較高,平均值為210 10-6(除樣品Q(chēng)h 6和Qh 7以外,高于世界頁(yè)巖值(177 10-6,說(shuō)明當(dāng)時(shí)構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定,同時(shí),火山作用間隙時(shí)間較長(zhǎng),吸收稀土元素較多.另外,黑刺溝剖面上部的2個(gè)硅

18、質(zhì)巖樣品REE卻較低,平均值為32.2 10-6,這可能反映當(dāng)時(shí)已遠(yuǎn)離陸源,接近深海平原沉積區(qū),大陸裂谷已向洋盆轉(zhuǎn)化.隨著裂谷拉張強(qiáng)度增大,進(jìn)入強(qiáng)烈拉張階段,層狀溢流拉斑玄武巖出現(xiàn),6個(gè)硅質(zhì)巖樣品的Ce/ Ce*在0.821之間變化,平均值為0.92,顯示弱的負(fù)異常.更進(jìn)一步,出露于黑刺溝剖面上部的2個(gè)樣品,Ce異常平均值為0.88,為這些樣品中的最低值,已接近開(kāi)闊大洋中硅質(zhì)巖的Ce 異常.在裂隙式火山作用裂谷階段,硅質(zhì)巖REE頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化曲線(xiàn)近于平坦,La N/Yb N平均值為1.1,并同樣可分為兩類(lèi):在黑刺溝剖面中下部,La N/Yb N值為0.921.7,平均值為1.3,與大陸邊緣區(qū)硅質(zhì)巖

19、的特征類(lèi)似;而黑刺溝剖面上部的3個(gè)樣品La N/Yb N值分別為0.85和0.87,平均值為0.86,同樣表明大陸裂谷已向大洋盆地轉(zhuǎn)化.類(lèi)硅質(zhì)巖中La ex平均值為60%,也可分為兩類(lèi):接近大洋盆地的3個(gè)樣品(黑刺溝剖面上部La ex值最高,達(dá)62%,即有62%的La不同于NASC源區(qū),受陸源輸入影響較小;其次為裂隙式火山作用裂谷階段中其他硅質(zhì)巖樣品(La ex=58%.3 結(jié)論(1本區(qū)硅質(zhì)巖的地球化學(xué)特征與構(gòu)造環(huán)境控制的陸源輸入、當(dāng)?shù)睾Ｋ再|(zhì)及熱液的相互作用有關(guān),研究結(jié)果證明,在北祁連山新元古代 寒武紀(jì)大陸裂谷中,利用硅質(zhì)巖稀土元素的地球化學(xué)特征可以進(jìn)一步劃分出:與中心式火山作用相伴生的硅質(zhì)

20、巖(REE為168 10-6, Ce/Ce*平均值為1,La N/Yb N平均值為4.3,以及La ex為45%;和與裂隙式火山作用相伴生硅質(zhì)巖(Ce/Ce*平均值為0.92,La N Yb N平均值為1.1,以及La e x為60%.(2在與中心式火山作用相伴生的硅質(zhì)巖中,又可區(qū)分出一類(lèi)與塊狀硫化物礦床有密切關(guān)系的硅質(zhì)巖,它們以富集HRE E為特征(La N/Yb N值為0.56;并且La e x值呈有規(guī)律的變化,從礦體向圍巖依次為33%,42%,和60%.這就為尋找塊狀硫化物礦床提供了有效的找礦標(biāo)志.(3在與裂隙式火山作用相伴生的硅質(zhì)巖中,有部分樣品(黑刺溝剖面上部的兩個(gè)樣品已接近大洋盆地

21、硅質(zhì)巖的稀土元素特征,它們的REE相對(duì)較低,為32.2 10-6(其余樣品為210 10-6;Ce異常為0.88,La N/Yb N值為0.86,La e x為62%.這說(shuō)明在晚寒武世北祁連山裂谷已向大洋化方向轉(zhuǎn)化.致謝 張瑞林和周志強(qiáng)研究員為本文提供了部分樣品;任有祥研究員為本文的編寫(xiě)提供了一定思路,謹(jǐn)此一并致謝.本工作為國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):49502030資助項(xiàng)目.參 考 文 獻(xiàn)1 夏林圻,夏祖春,任有祥,等.祁連、秦嶺山系海相火山巖.武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,1991.8282 夏林圻,夏祖春,徐學(xué)義.北祁連山海相火山巖巖石成因.北京:地質(zhì)出版社,1996.18386683 丁林,

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