阿尔泰山南缘中泥盆统苦橄岩低钙橄榄石成因探讨（可编辑）

阿尔泰山南缘中泥盆统苦橄岩低钙橄榄石成因探讨（可编辑） 阿尔泰山南缘中泥盆统苦橄岩低钙橄榄石成因探讨 第 卷 第 期 岩 石 矿 物 学 杂 志 !" # , 3456!" 246# 年 月 , !$$% & ’’ *+,-.-/0’ + 102+,’.-/0’ 178!$$% !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ?专题研究? 阿尔泰山南缘中泥盆统苦橄岩低钙橄榄石的 成因探讨 9 ! # : & & 张招崇,蔡劲宏,闫升好,陈柏林,周 刚,何立新 ( 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室,北京 ; 桂林工学院 环境与资源 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 系, 96 9$$$%#!6 广西桂林 ; 中国地质科学院矿产资源研究所,北京 ; 中国地质科学院地质 力学研究所, &:9$$:#6 9$$$#":6 北京 ; 新疆地质矿产局第四地质大队,新疆阿尔泰 ) 9$$$%9&6 %#;&$$ 摘 要:阿尔泰山南缘中泥盆统北塔山组地层发育世界罕见的总厚度达百米的苦橄质熔岩。苦橄岩的斑晶主要为 蛇纹石化的自形半自形橄榄石。对橄榄石斑晶的电子探针分析结果表明,其成分相当均匀,其 含量为 4 "%?! ,并且具有异常低的 含量( ),明显比典型岛弧苦橄岩中橄榄石的 含量和 含量要低的 %9%? 7- $!$$;? 4 7- 多。根据前人对 在橄榄石硅酸盐熔体中的行为实验成果推测,这种橄榄石可能是高硅、低铁、低碱的玄武质岩浆 7 结晶形成的。 关键词:低钙橄榄石;苦橄岩;分配系数;岛弧;阿尔泰山南缘 @ @ 中图分类号: ; 文献标识码: 文章编号: ( ) *&"%6:!*&%%69:; ’ 9$$$;&!:!$$%$#$9"9$; !"#$%&$$#’’*+,’-./0’,#1#+*+’%3$$#5#"",+6+1’#0#%3##% 2 4 2 ,010$’*+$’&*+3703#’9*+!,0 5’&0#$ 8 4 9 ! # : & & AB’2/AC74DEC4F H’0IJFDC4F HK’2LCMFDC74HB+2N7JD5JFHAB-O/7F 7FPB+.JDQJF G G G G G 9SLT7TMUM.7V4W7T4W4X/M454JE75*W4EMYYMY7FP1JFMW75,MY4ZWEMYHCJF7OFJ[MWYJT4X/M4YEJMFEMYHNMJJF9$$$%#HCJF7] R 8 8 G 8 \G !S^M_7WT‘MFT4X,MY4ZWEMY7FP+F[JW4F‘MFT75+FGJFMMWJFGH/ZJ5JFOFJ[MWYJT84XMECF454G8H/ZJ5JF&:9$$:HCJF7]#S0FYTJTZTM 4X1JFMW75,MY4ZWEMYHCJFMYM’E7PM‘84X/M454GJE75LEJMFEMYHNMJ\JFG9$$ $#"HCJF7]:S0FYTJTZTM4X/M4‘MEC7FJEYHCJFMYM’a E7PM‘4X/M454JE75LEJMFEMYHNMJJF9$$$#"HCJF7]&S24S:/M454JE75*7WTHbJFJ7FNZWM7Z4X/M454 7FP1JFMW75,MY4ZWEMYH’5D 8 G \G G 8 \G G8 T7%#;&$$HCJF7 8 c !:$30%;’T4T754XFM7W59$$‘DTCJEdJEWJTJE57[7YZEEMYYJ4FW7WM5YMMFJFTCMe4W5Pe7YWME4FJfMPJFTCM 8 _ 8 G 1JPP5M^M[4FJ7FNMJT7YC7F4W‘7TJ4F4FTCMY4ZTCMWF‘7WJF4XTCM’5T7 14ZFT7JFYSLMWMFTJFJfMPMZCMPW75D G 8 _ YZVCMPW7545J[JFM_CMF4EW8YT75Y7WMP4‘JF7FTJFTCM_JEWJTMYS+5METW4F‘ JEW4_W4V5M7F758YMY4XTCM45J[JFM_CMa F4EWYTYWM[M75TCMJWC4‘4MFM4ZYE4‘4YJTJ4FHeJTC4E4FTMFTYW7FJFXW4‘" S%?T4%9S%?7FP7-E4Fa 8 G _ GG TMFTYVMJFMQTWM‘M554e$!$S$;? H‘ZEC54eMWTC7FTCMJW[75ZMYJFTJE757WEJEWJTMYSN7YMP4FWM[J4ZY G 8 R c 8_ _ _ MQMWJ‘MFTY4F77WTJTJ4FJFVMTeMMF45J[JFM7FPYJ5JE7TM‘M5THJTE7FVMJFX MWWMPTC7TYZEC54eD77FP54eD1 _ _ G G 45J[JFMEW8YT75Y‘JGCTC7[MVMMFGMFMW7TMPV8EW8YT755Jf7TJ4F4XCJGCDLJH54eDM7FP54e75d75JV7Y75TYS +-’3"$;54eD745J[JFM]JEWJTM]PJYTWJVZTJ4FE4MXXJEJMFT]JY57FP7WE]Y4Z TCMWF‘7WJF4X’5T7 14ZFT7JFY 4 _ G 8 收稿日期: ;修订日期: !$$%$#$# !$$%$#!$ 基金项目:国家自然科学基金项目( , );国家 项目( );教育部新世纪优秀人才支持计划( :$""!$:&:$&"!$:" #$& !$$9N’;$’D$"D$! 2+D );教育部 计划( ) $:D$"!% 999 N$"$99 作者简介:张招崇( ),男,教授,主要从事火山岩岩石学及金属矿产的研究, : 。 9;& +D‘7J5fC7FGfC74EC4FG"C4T‘7J56E4‘岩 石 矿 物 学 杂 志 第 卷 &8 8 在橄榄石中属于微量元素。对大量的火成 玄武岩,局部出现辉斑玄武岩。另外还有类似球粒 !" 岩中橄榄石的成分分析(单矿物化学分析和电子探 的玄武岩。第 岩性段的下部主要为无斑玄武岩和 针分析)表明,其 的含量(质量分数,下同)变化 辉斑玄武岩的互层,每层厚度大约为 ,是组 !"# !&$+ 范围为 ( , ; 成中泥盆统北塔山组的主要岩石类型,上部出现安 $%$&’!%$’ "*"+"",-./01,2,&345 , ; , ; , 山岩,其厚度大约 。第 岩性段主要为 6+76,",-+60*&38$ 019+29&38 :29;1, &$$!H$$+ H )。相关的实验研究表明,橄榄石中 的含量 沉凝灰岩、硅质岩、粉砂岩、砂岩等。其中苦橄岩的 &385 !" 与岩浆的化学成分和物理化学条件有关( , 岩相学特征如下: 6?192@ )。但是一般而言,火山岩中橄榄石斑晶的 苦橄岩呈斑状结构,斑晶主要为橄 榄石,多数已 &333 !" 含量比较高,其 含量一般在 以上,而地幔 蛇纹石化,大多只保留橄榄石的轮廓,但亦有少量新 !"# $%&’ 橄榄岩中橄榄石的 含量一般在 以下,因 鲜的核,蛇纹石化的橄榄石中存在因蚀变而析出的 !"# $%&’ 此许多学者也借此来区分火山岩中高 含量的橄 他形磁铁矿(图 )。橄榄石一般呈半自形 自形,有 :1 " 榄石是斑晶还是地幔的捕虏晶(如 时呈聚斑结构,斑晶含量约 。也有的橄 A*1+B1,",- &$’!$’ , ; , ; 榄石斑晶包含有硫化物和熔融包裹体(图 )。有些 C6?1,$$$ D96*,"+90*!"#$%$$$ "92, ? / , )。但是近年来,在现代的岛弧火 苦橄岩也有少量的单斜辉石斑晶,呈半自形 自形 ",-E2-292,$$$ 山岩中也发现有低 含量的橄榄石,一般称为低 (图 、),有时包含有铬尖晶石(图 )。基质呈全 !"# K- K 钙橄榄石,其形成被认为与低钙的岩浆有关 晶质,但普遍很细小,呈微晶 (图 ),主要由粒状的 - ( , )。最近,笔者在阿尔泰山 橄榄石、单斜辉石和少量的斜长石和铁钛氧 化物。 D"+2,207!"#$F$$G / 南缘形成于中泥盆世岛弧(于学元等, ;张招崇 另外还有很细小的铬尖晶石 分布于基质中。 &33H 等, , )的北塔山组苦橄岩中也发现了低钙 $$4$$8 的橄榄石斑晶,在此报道其基本特征,并探讨其成 分析测试条件 因,这可以为解释岛弧苦橄岩的成因提供重要的信 息。 电子探针分析分别在中国地质大学(北京)(样 品 )和中国科学院地质与地球物理研究所 L$MN (样品 和 )进行。中国地质大学的 苦橄岩的产出特征和岩相学特征 OLN&N OL&N$ & 分析条件是:仪器型号 ,加速电压 , L!OPN8HH &47Q 研究区位于额尔齐斯 玛因鄂博断裂南侧,该断 电流 ,束斑 ,修正方法 ,标准样品为 &$,P + ERS " 裂以南为准噶尔造山带,以北为阿尔泰造山带。苦 美国 公司 种矿物。中国科学院地质与地球物 ET 4H 橄岩产于中泥盆世北塔山组( )地层中,北塔山组 理研究所的分析条件为:仪器型号 , I% !PJUOPO4& 火山岩被认为形成于岛弧环境(于学元等, ;张 加速电压 ,电流 ,电子束斑 。 &33H &47Q $,P H + !"# " 招崇等, , )。该地层和下泥盆统托让格库 的测定误差为 。 $$4$$8 $%$H’ 都克组和下石炭统南明水组地层均呈断层接触关 系。北塔山组地层呈北西向展布(图 ),出露厚度约 橄榄石的成分特征 & H ,总体上为一套海相火山 沉积岩系,从底到 H!47+ 顶可以划分为 个岩性段,第 岩性段主要由玄武 此次分析只对橄榄石斑晶进行了测定,基质橄 H & 岩、玄武质凝灰岩、玄武质角砾岩、苦橄岩和富辉橄 榄石因太小而未测定。代表性的橄榄石斑晶的电子 玄岩( ,指斑晶以辉石为主 的 探针分析结果见表 ,苦橄岩的全岩主要元素分析结 ",7"9"+602 J#!&’ & ; 熔岩),其中苦橄岩在哈旦逊岩体的西侧出露厚度最 果见表 。由表 可以看出,无论是不同样品还是同 & 大,总厚度达 余米(一般由 层熔岩组成), 一个颗粒,其成分非常均匀,其 含量为 &$$ 4!$ :1 83%5’! 这在世界上极为罕见。向西北方向本层苦橄岩的厚 。另外还有一个非常显著的特点是, 的 5&%5’ !"# 度逐渐减薄,直至慢慢消失。但是薄片观察表明,其 含量非常低,为 ,基本上 在电子探针的检 $!$%$G’ 岩性沿走向变化不大。富辉橄玄岩产于第 岩性段 测线以下,比一般俯冲带火山岩中橄榄石斑晶的 & 的顶部,厚度大约为 ,从老山口往西北方向 含量( , , ; &$!$+ !"# $%&4’!$%4’ 69-1,!"#$%&33H ; 一直断续延伸到乔夏哈拉一带。玄武岩主要为无斑 , )要低的多,并且比所罗门 +60*",-22+",$$4第 期 张招崇等:阿尔泰山南缘中泥盆统苦橄岩低钙橄榄石的成因探讨 K !LK 图 阿尔泰山南缘区域地质简图 ! "#%! &’#*+,-’./0’+#/*+1*3.0’,4.0’51*5#3.0’6+.*84.*#, $ $ $ $ 2 $ 7 岛的低钙橄榄石的 含量( , 9*: ;;!;!? , ; , ; 低钙橄榄石的成因探讨 @/04.0!"#$% ;;A &05B*/0!"#$% ;;? A , )还要低,而且所罗门岛火 C*1’’.,-7!"#$%;;D 山岩橄榄石斑晶的 含量是连续变化的,最高达 火山岩中低钙橄榄石比较少 见,目前报道只见 9*: ,即所谓的低钙橄榄石和高钙橄榄石是人为划 于几个岛弧火山岩,如印度尼 西亚、所罗门岛、 ; C*1F 分的,其分界线为 ( , 和 ( , ; ;!? C*1’’.,-7!"#$ /0*.-* G*+4"*&#H$’ &05B*/0!"#$%;;? )。但是这些俯冲成因的火山岩中的橄榄石的 , )。对于这些低钙橄榄石的 ;;D C*1’’.,-7!"#$%;;D 含量要比其他背景火山岩中的橄榄石显著富镁, 成因还存在不同的认识,大 多 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 者认为其是地幔或 " 其 含量可达 。 者岩石圈的捕虏晶(如 , ; , " E!E? &*1,*!"#$%!EIAJ4+H#’5 7岩 石 矿 物 学 杂 志 第 卷 COF !O 图 苦橄岩的岩相学特征 ! "#$%! &’*#+,$,-.’/.#+,##+0-*.120 ?橄榄石斑晶,由于受应力作用产生裂纹,部分已蛇纹石化,并析出他形的磁铁矿(单偏光);?橄榄石斑晶中含有大量的熔体包裹体和少 - 3 量的硫化物(单偏光);?半自形的辉石斑晶,其内包含有铬尖晶石(正交偏光);?自形的辉石斑晶和微晶的基质(单偏光);?橄榄石; + 4 51 ?单斜辉石; ?尖晶石; ?斑铜矿; ?黄铜矿 67 8 9: 6 ? , -1#;#:2’2:+,00#’10/+,-+0/,*2432//2+0/0,2000*2/’2*’-;#:322:,21-+24302,2:#:2#’02-,-24-:’24,-1*- $. $ ( );? ( );? :2#2.1-:2@.1-,#A241#$’ 3 :B*2,B0*21#:+1B0#:0-:40*20B1/#420#:+1B424#:-:1#;#:2.’2:+,0.1-:2@.1-,#A241#$’ +0B3’24,-1 , , , +1#:.,72:2.’2:+,00*2/’#+’#:+1B4200*-110B3’24,-16,@0.#:21+,0-10,B:4*-00+:-#:0+’#2/1*#+,+,0-1+1#:.,72:2.1-$#? ( );? , ( +1-02-:4$1-00+,00@.1-,#A241#$’ 42B’24,-1+1#:.,72:2.’2:+,0#:-*-,#7/.1-$#+1-02+1#:.,72:2-:4$1-00.1-: 2@.1-,#A24 ); ? ; ? ; ? ; ? ; ? 1#’ 511#;#:267+1#:,72:28 0#:219: 3,:#26 +’-1+,#2 $. . ; , ),但是 等 明其不是地幔橄榄岩捕虏晶。如果其为岩浆成因, CDDC8+’B’!"#$%!EEF G-*2:20 ( )认为是火山岩斑晶,反映了熔体中低的钙含 那么这些如此低钙的橄榄石又是如何形成的呢? !EEH 量和高的硅含量。 对于 在橄榄石和硅酸盐熔体的分配系数,前 6- 如前所述,北塔山组苦橄岩中橄榄石斑晶的 人已做了大量的实验研究,结果表明, 在橄榄石 " 6- 含量较低,其最高值仅为 ,并且具有自形 半自 和硅酸盐熔体中的分配系数是压力、橄榄石的 含 I!J " 形,缺乏地幔橄榄石典型的扭折带,所以可以肯定这 量以及熔体成分(尤其是 、、 和碱)的函数,而 6-8#"2 些橄榄石不是地幔橄榄石,而是斑晶,因为地幔橄榄 与温度无关(如 , ; 8#*#:N8*#’ CDOE PB,2#+A 石的 含量一般在 以上,他形,并且常具有扭 , ; , ),但是 " DEJ -:4Q-0:CDII R#3B,21CDDD R#3B,21 折带。当然还存在另一种可能性,就是地幔橄榄岩与 ( )认为压力对 的分配系数影响不大。具体 CDDD 6- 熔体发生反应,使得橄榄石贫镁富铁,并保留低钙的 而言, 的分配系数与橄榄石的 含量和熔体中 6- " 特征( , ),反应可表示为:( , 的 含量呈反相关,而与熔体中的 、 和碱 K-,/-1;!"#$%CDDH L 8#5 6-5"25 $ ! ) (镁橄榄石) 熔体 ( , ) 含量呈正相关。但是对很多地区橄榄石的电子探针 "28#5 M C! L$""2# 8#5 ! F ! F (富铁橄榄石)熔体 。然而,自形 半自形的外形表 分析结果表明,橄榄石的 含量与其主岩的 M ! 6-5 6-5第 期 张招崇等:阿尔泰山南缘中泥盆统苦橄岩低钙橄榄石的成因探讨 6A 表 苦橄岩中橄榄石的电子探针分析结果 / ! ! " ! "#$%&! ’*+,*+$&#-#%./&/+0+%1-&/0*+2,*3&/ 点号 样号 #$% ’% *+% & & & ,-% ./% .0% *1% 2$% 3451 ,4 67678679 :;: 8;88 8;88 6:;: 8;8 &;6? 8;88 688;88 :8;6? 6767867@ :;68 8;88 8;88 6?;8& 8; &;66 8;88; A?;A: 67678679 :;6: 8;88 8;88 6:; 8;&: 6;? 8;86;8A :8;8 6767867@ ?;6 8;86 8;8 6:;8 8; &;& 8;88;? :8;: 67&78679 :;& 8;86 8;86 6:;A& 8;8 6;A: 8;88;8 A?;?6 67&7867@ :;& 8;88 8;88 6:;?6 8;& &; 8;86;:A A?;?A 67&78679 :;6 8;88 8;88 6:;8 8;6 &;:8 8;88;? :8;:: 67&7867@ :;: 8;88 8;88 6:; 8; &;6 8;88;:A :8;&8 6778679 :;:8 8;88 8;88 6:;: 8;6 &;&: 8;88 688;8: :8;6 677867@ #B87&& :;6 8;86 8;88 6:;? 8;&: &;&6 8;88;?: A?;:? 6778679 :;: 8;88 8;88 6:;6 8;&: &;:? 8;88 688;6 :8;& 6778679 :; 8;8 8;86 6:;6 8;& &;8 8;8;? :8;68 677867@ :; 8;88 8;88 6:;? 8; 6;?A 8;86;A A?;:8 677867@ :; 8;88 8;88 6:;: 8;&? 6; 8;88;6 A?;:78679 :;? 8;88 8;88 6:;AA 8;&: 6;: 8;88;6& A?;A& 677867@ :;A 8;88 8;88 6:;:6 8;&: &;& 8;88 688;68 :8;8& 6778679 :; 8;86 8;86 6?;&A 8;&6;A 8;86;& A?; 677867@ :;A 8;88 8;88 6?;86 8;&&;88 8;88;? A?;A 6778679 :;8 8;86 8;8& 6:;A 8;&6;: 8;8;&? A?;677867@ :;6 8;86 8;8& 6:;:6 8;6 &;6A 8;8;:? A?;68 :; 8;88 8;88 6A;8? 8;&&;6 8;8 8;&8 ?:;AA :6; 66 CB&67&& :; 8;88 8;8& 6A; 8;8 &;8 8;8 8;& ?:;:& :6;A 6& :; 8;86 8;88 6;?A 8;6 &;: 8;8 8;&;6& :6;:& & :;:6 8;88 8;86 6A;: 8;& &;6 8;88 8;6A ?:;? :6;&6 & CB&67&8 :;:& 8;88 8;88 6A;6& 8; &;:A 8;88 8;6; :6;A8 & :;A6 8;88 8;8 6;?A 8;A &;: 8;88 8;&&;6 :6;:6 表 苦橄岩全岩主要元素分析结果 / 4 ! " ! "#$%&4 ’#+*&%&2&-3#-#%/&/+067+%&*+8*3&/ 5, ! / 样号 #$% 3$% ’% ,-% ,-% ./% .% *1% 21% D% E% F%G *1%’% & & & & 0 & & & .0 & F3#87 A;: 8;& A;A ;6? A;? 8;&6 &6;?A ?;&? 8; 8;&8 8;&: ;8 :6 6;& CB&676: :;&A 8; ; ; ;& 8;8 &;& A;: 8;& 8;& 8;&8 ;:8 : 6; &88&8 A;&8 8; ; ;& ;& 8;6A &;6& A;6 6;& 8;& 8;& &;6 : 6;6 #B87&6 ;86 8;: A;?8 A;68 ;? 8;6? &&;A ?; 8; 8;6A 8; ;8? :& 6;&& #B87&& :;& 8; A;8 ;:: ; 8;6 &;8: :;& 8;6 8;&? 8;& ;86 : 6;6? &888 A; 8;& ?;6 ;? ;: 8;6A &&;&& ?;& 8; 8;66 8;& ;8A : 6;8 &886& A; 8;? ;AA ;?& ;A 8;6: &; ?; 8;8 8;6: 8;& ;& : 6;? CB&67&8 ;?& 8;A6 :;A ;6 ;A 8;& &6; 68; 8;8 8;6 8;& ;& :6 6;&6 CB&67&& A;A 8;: :; &;&6 :;A 8;& &;6 ;: 8;& 8;68 8;& ;86 : 8;:8 #B87&? :;6 8;6 A; ;6A A;6 8;6? &&;: :;?& 8;? 8; 8;6 ;&A : 6;&& 分析方法: ,其中 和 由湿化学分析;分析单位:国家地质实验测试中心;表 中所列的全岩分析数据已去掉烧失量后进行重新计 CH, ,-% ,-% & 算以便比较。 含量并不存在相关性(如 , 如果考虑到有大量橄榄石的堆晶(大量的橄榄石 斑 3I4JL4/1/MN$@L4/ K ; , ; , 晶),那么去掉这些橄榄石的堆晶后,其 含量则 &888 D+$LI/1JO+5I"#$%;&888 QI1/"#$%; P 0 #$% & ),其原因目前尚不清楚。由表 可以看出,苦 可达约 ,比典型苦橄岩的 含量明显要高 &88 & 6" #$% & 橄岩除了 个样品外,其他所有样品的 / 6 *1%’% ( , , )。另外,苦橄岩全岩的 & !" F-!1L&888 ,-% 都大于 ,表明全岩是富钙的,这样如果单从这方面 6 和全碱含量也较低,分别为约 和 ,这可 AR?" 8R?" 来考虑,结晶出的橄榄石也应该是富钙的。另一方 能也是导致橄榄石 含量低的原因。至于橄榄石 *1 面,北塔山组苦橄岩的 含量相对较高( ), 的 含量比一般的岛弧苦橄岩中橄榄石 含量低 #$% " & ,4 ,4