北祁連山超基性巖的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義

北祁連山超基性巖的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義

一、蛇紋混雜巖的成分、歸屬1973年至1975年，在北祁連山的鉻基巖-超基巖地質(zhì)調(diào)查中，觀察到了該區(qū)玉溝、三叉什、塔大坂等超基巖體的特殊結(jié)構(gòu)。這種巖石多產(chǎn)在巖體的邊部,巖石由大小不等,圓度完好的純橄巖、斜輝輝橄巖、斜輝橄欖巖、變輝長輝綠巖、變質(zhì)玢巖和結(jié)晶灰?guī)r等礫體組成,礫間基質(zhì)為強烈片理化了的蛇紋巖,形成蛇紋混雜巖。蛇紋混雜巖呈帶產(chǎn)出,延展規(guī)模大小不一,長數(shù)十至數(shù)百米,寬數(shù)至數(shù)十米。本文擬對這種蛇紋混雜巖的產(chǎn)狀、巖性特征及其成因等進行描述與討論。北祁連山為一古蛇綠巖帶,可分出震旦紀、寒武紀和奧陶紀三期。玉石溝和三岔什超基性巖產(chǎn)于寒武紀蛇綠巖帶中,吊大坂超基性巖產(chǎn)于奧陶紀蛇綠巖帶中。三期古蛇綠巖巖性基本相同,均由超基性巖,基性巖,中基性海相火山枕狀熔巖及放射蟲硅質(zhì)巖等組成。蛇綠巖帶的走向與區(qū)域地層北西-北西西走向一致(圖1)。吊大坂,三岔什和玉石溝超基性巖體中的蛇紋混雜巖,早在60年代已引起人們注意。有的稱它為“礫狀超基性巖”,有的命名為“超基性礫巖”。其成因有的認為是海底噴發(fā)的,有的則認為是沉積成因的。二、蛇紋混合巖石的野外觀察(一)蛇紋混雜巖巖體該巖體位于古蛇綠巖帶的西段。由純橄巖、斜輝輝橄巖和斜輝橄欖巖組成(圖2),圍巖為奧陶紀地層。巖體內(nèi)具有大小不一的變輝長輝綠巖、變質(zhì)玢巖、結(jié)晶灰?guī)r和硅質(zhì)巖等捕虜體。巖體邊部和圍巖接觸處擠壓片理發(fā)育。有的地段為斷層接觸。層狀蛇紋混雜巖發(fā)育在巖體靠近南部邊緣的硅質(zhì)巖捕虜體的下盤,產(chǎn)狀平行于捕虜體,可見延深達30—40米。蛇紋混雜巖大致為三層,每層厚1—2.5米。層與層之間被片理化純橄巖分開(圖2)。蛇紋混雜巖呈墨綠色,由揉皺復雜的片狀蛇紋巖和大小不等的礫體組成。礫體含量30—50%,圓度完好,多呈橢球狀、扁橢球狀(照片1),腎狀(照片2)。橢球體之長軸5—30厘米,短軸2—18厘米。礫體表面均被伏一黑綠色臘狀光澤的蛇紋石薄層,其上有時可看到沿礫體長軸方向的擦痕。礫體的巖性較復雜,經(jīng)鏡下鑒定,除超基性巖外,還有基性巖和變質(zhì)玢巖。這些大小不等雜亂分布的礫體其長軸多互呈平行。礫石有因碎裂而呈礫石碎塊,有意義的是見一顆小礫體沿長軸被錯開,其錯距約1厘米(圖3),顯示出巖石形成過程中構(gòu)造應(yīng)力的深刻影響。(二)與圍巖的接觸本巖體位于吊大坂巖體東南約180公里處。巖體南界與奧陶系下統(tǒng)板巖、砂巖、結(jié)晶灰?guī)r和中基性火山熔巖呈侵入接觸,地層產(chǎn)狀向南西傾斜,傾角50°—70°;北界與上石炭-二疊系砂頁巖和石灰?guī)r等呈斷層接觸。巖體與圍巖產(chǎn)狀基本一致。巖體以斜輝輝橄巖為主。具強烈蛇紋石化、滑石化和碳酸鹽化。巖體內(nèi)產(chǎn)有許多長條狀、長扁豆狀的滑石菱鎂片巖,并具有較多的大小不等的變輝長輝綠巖和結(jié)晶灰?guī)r捕虜體(圖4)。蛇紋混雜巖呈長扁豆體散布于巖體南北兩邊及中部。常與滑石菱鎂片巖或結(jié)晶灰?guī)r捕虜體伴生。一般長度幾十到幾百米不等,寬幾米到幾十米。其產(chǎn)狀與滑石菱鎂片巖及捕虜體產(chǎn)狀一致。與吊大坂巖體內(nèi)的蛇紋混雜巖不同之處,僅在于三岔什蛇紋混雜巖中有較多的次棱角狀結(jié)晶灰?guī)r礫體和少量的板巖礫體。礫間基質(zhì)為強烈片理化的斜輝輝橄巖或斜輝橄欖巖。(三)蛇紋混雜巖和超基性巖屑礫砂巖本巖體位于三岔什巖體東南約30公里處(圖5)。由南、中、北三個小巖體組成。中巖體呈透鏡狀,規(guī)模最大;南、北兩巖體呈不規(guī)則細長條狀。本巖體侵位于中寒武世和中奧陶世地層中,巖體走向北西,與圍巖地層產(chǎn)狀(中等傾角向北東傾斜)一致。本巖體向北為北祁連山與中祁連山分界的深大斷裂帶。據(jù)圖5所示,玉石溝超基性巖體及其圍巖的巖石組合特征,為一較典型的古蛇綠巖帶。巖體內(nèi)具有較多的捕虜體。蛇紋混雜巖發(fā)育于北巖體的北側(cè)邊緣部位,沿5000余米長的邊部斷續(xù)出露。巖性特征和吊大坂、三岔什超基性巖體中的蛇紋混雜巖基本相同。出露寬度數(shù)米到數(shù)十米。一般向南西傾斜,傾角中等。北界與圍巖地層呈斷層接觸(圖6下)。有時也可見到北界和超基性巖屑砂礫巖呈沉積接觸(圖6上);南界常通過片狀蛇紋巖過渡為致密塊狀的斜輝輝橄巖(圖6)。巖體中還見有一種清楚顯示沉積成因特征的超基性巖屑砂礫巖,產(chǎn)于北巖體東西兩段北部邊界,寬約10米。巖石呈淺灰綠色。具層狀或似層狀構(gòu)造,層面偶見波痕構(gòu)造。砂礫屑分選良好,交替呈韻律層(照片3)。礫石含量30—50%,磨圓度中等;薄片中所見,砂占40—60%左右,呈棱角狀,砂及礫屑成分較單一,均為超基性巖碎屑和少量的鉻尖晶石,膠結(jié)物為碳酸鹽質(zhì)。北界與圍巖呈斷層接觸;南界隨接近巖體而沉積特征漸趨糢糊,并逐漸過渡為片狀蛇紋巖和塊狀斜輝輝橄巖。有的地段通過蛇紋混雜巖過渡為片狀蛇紋巖和塊狀斜輝輝欖巖(圖6上)。超基性巖屑砂礫巖,極可能是在距蝕源極近的水域中沉積產(chǎn)物,鑒于并非本文重點討論課題,不予贅述。上述蛇紋混雜巖和超基性巖屑砂礫巖在南秦嶺的龍王塘和黑木林等超基性巖體內(nèi)也有發(fā)育1)。其特征與本區(qū)蛇紋混雜巖,超基性巖屑砂礫巖基本相同。三、巖體及沉積相礫體的巖石成分一般有下列四種:1.超基性巖礫體:這種礫體占絕大多數(shù),在前述三個巖體中的蛇紋混雜巖內(nèi)均有發(fā)育。其中包括純橄巖(葉蛇紋石化)(照片4B),斜輝輝橄巖和斜輝橄欖巖(蛇紋石化、綠泥石化和滑石化)。與共生巖體的巖石類型一致。由斜輝輝橄巖和斜輝橄欖巖形成的礫體,有時還遭受鎂鐵閃石化(照片4A)、綠泥石化和滑石化等蝕變,當蝕變強烈時,礫體表部形成厚約4—6毫米的鎂鐵閃石層,向內(nèi)則代之以鎂綠泥石一蛇紋石類礦物,并見有鎂鐵閃石交代絹石現(xiàn)象。2.變輝長輝綠巖礫體:這種礫體數(shù)量僅次于超基性巖礫體。上述三個超基性巖體中的蛇紋混雜巖內(nèi)均有發(fā)育。這種礫體蝕變強烈。主要為鎂鐵閃石化、綠泥石化和滑石碳酸鹽化,具變余輝長輝綠結(jié)構(gòu)。由于蝕變產(chǎn)物不同使礫體由內(nèi)向外形成不同礦物組合的同心層構(gòu)造(照片2.5)。3.結(jié)晶灰?guī)r和板巖礫體:這種礫體分布較少,主要見于三岔什和吊大坂巖體內(nèi)的蛇紋混雜巖中。前者含量較多,常呈角礫狀。板巖礫體少見,多呈扁圓狀及不規(guī)則狀,蝕變礦物角閃石沿變余層理構(gòu)造呈定向排列。4.變質(zhì)玢巖礫體:這種礫體見于吊大坂和三岔什巖體內(nèi)的蛇紋混雜巖中,含量很少,其形態(tài)和變輝長輝綠巖相同,具變余斑狀結(jié)構(gòu),斜長石斑晶及基質(zhì)均已蝕變?yōu)榫G泥石。本區(qū)蛇紋混雜巖中除一些個體較小的礫體被蝕變并改造成成分單一的葉蛇紋巖、角閃石巖和大理巖,大部分形體較大的礫體都具有同心層圈構(gòu)造。據(jù)鏡下觀察礫體的層圈構(gòu)造有如下兩種:一種可稱為雙層圈構(gòu)造:外層以細粒柱狀鎂鐵閃石為主,層厚約4一10毫米,內(nèi)部以綠泥石及蛇紋石為主。另一種為多層圈構(gòu)造的礫體,外層一般以細粒柱狀鎂鐵閃石(厚1—5毫米)為主,中間層主要為無色的鎂綠泥石-蛇紋石類(照片2)或滑石、綠泥石(照片5),內(nèi)核為碳酸鹽礦物和少量滑石(照片2)或綠泥石層(照片5)。四、蛇紋混雜巖的形成過程根據(jù)本區(qū)蛇紋混雜巖前述的地質(zhì)產(chǎn)狀特征;其中礫體成分既有火成巖又有沉積巖;火成巖礫體外層不發(fā)育玻璃質(zhì)焠火邊和它們顯示清晰的深成巖的結(jié)晶結(jié)構(gòu);礫體和共生巖體巖性上的一致;常呈一些規(guī)模不大的透鏡體分布于巖體的邊部及中部。這些特征排除了這種蛇紋混雜巖海底噴發(fā)成因的可能。根據(jù)蛇紋混雜巖在巖體中的產(chǎn)狀和礫體間內(nèi)生成因的基質(zhì),以及沉積構(gòu)造的欠缺,也排除了沉積作用形成的可能。按以上描述,可認為本區(qū)蛇紋混雜巖的形成與構(gòu)造作用密切有關(guān)。其地質(zhì)特征,產(chǎn)出位置和巖性特征等,與烏拉爾拉依茲超基性巖體內(nèi)的蛇紋混雜巖極為相似,所不同者僅是本區(qū)蛇紋混雜巖規(guī)模較小,礫體巖性較簡單和粒度較細。A.Б.捷爾古諾夫認為拉依茲超基性巖體中蛇紋混雜巖的形成與板塊構(gòu)造有關(guān)。鑒于本區(qū)蛇紋混雜巖系產(chǎn)于一古蛇綠巖帶,且蛇紋混雜巖常和斷層及擠壓破碎帶伴生;作為礫間基質(zhì)的超基性巖顯示出強烈的片理化、擠壓、揉皺和破碎;有的礫體在強烈的構(gòu)造應(yīng)力作用下被錯開或被擠壓破碎;表面光滑的礫體上,可以看到沿礫體長軸方向的擦痕;礫體斷面上可以清楚看到碎裂構(gòu)造;鏡下還見有斜輝輝橄巖或斜輝橄欖巖礫體中絹石的波狀消光等。這些現(xiàn)象均說明本區(qū)蛇紋混雜巖是在構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的。推測其形成過程可能是:蛇綠巖帶中的超基性巖在侵入過程中捕虜了一些大小不等的圍巖碎塊,超基性巖在其冷凝過程中形成幾組原生節(jié)理而被切成大小不等的塊體,后來由于板塊運動產(chǎn)生構(gòu)造應(yīng)力使超基性巖發(fā)生再侵位作用,巖體被向上推覆。在推覆過程中,由于巖體和圍巖運動速度不同,產(chǎn)生了局部的剪切作用,使受力的巖石在原生節(jié)理的基礎(chǔ)上產(chǎn)生菱形變形以致破碎成小巖塊。這些破碎的巖石大部分是超基性巖,部分是巖體內(nèi)的捕虜體和在推移過程中加入的其它圍巖碎片。在超基性巖向上推移及擠壓過程中,由于強烈的剪切擠壓作用,這些小巖塊就形成圓度較好的礫體;一部分超