南祁连弧后盆地及河西走廊边缘海盆地

Question

如题所述

Answer 1

一、南祁连弧后盆地

如上所述，祁连洋向南俯冲，中祁连山弧和柴达木古陆发生分离，形成所谓中祁连离散型岛弧地体。裂开时间最早，裂开最深的地区当属弧后海盆构造带东部的拉脊山地区，该地区出现洋壳——拉脊山蛇绿岩。从目前所获资料来看，西段从奥陶纪开始裂开，中段裂开时间最晚。中、西段局部出现洋壳，如大道尔吉蛇绿岩（现已逆冲于中祁连山之上）及天峻布哈河上游地区（阳康北）的蛇绿岩。现将拉脊山蛇绿岩和大道尔吉蛇绿岩的主要特征简述如下：

1.拉脊山蛇绿岩

分布于东西长140km，南北宽约13km的狭长地带（图4-46）。邱家骧（1998）研究指出：

图4-46　拉脊山地区地质简图（据青海省地质局、西北地质科学研究所1975年研究成果及青海省地质局1976年出版的1∶5万地质图简化而成）

1—元古宙基底变质岩；2—中寒武统；3—上寒武统；4—下奥陶统；5—中、上奥陶统；6—下白垩统；7—推测的火山喷发中心；8—基性－超基性侵入岩类；9—中－酸性侵入岩类

（1）本区存在寒武纪“三位一体”的蛇绿岩套（Stenman,1966），也存在蛇绿岩套的四或五个“层序”（Moores等，1971；Coleman,1977）。主要由变质橄榄岩、超镁铁质－镁铁质堆积岩、基性岩墙群、细碧岩及深海硅质岩等组成。该蛇绿岩中，堆积岩及岩墙群不发育，这是阿尔卑斯型（又称西地中海型）蛇绿岩的典型特征之一。正如国外目前所研究的大多数蛇绿岩那样，很少见到厚度大、层序全的蛇绿岩套（阿曼、岛湾蛇绿岩除外）。即使在大西洋成熟的洋中脊，其洋壳也多是薄而不连续、不齐全，常见的只是些玄武岩层或辉长岩层而已。陆内小洋盆更是如此，但本质上讲，它们仍属蛇绿岩。

（2）本区变质橄榄岩、超镁铁－镁铁质岩及火山岩的MgO-CaO-Al₂O₃在图4-47上的投点表明这些蛇绿岩与Coleman（1997）的蛇绿岩套中变质橄榄岩、超镁铁－镁铁质堆积成分范围一致。某些火山岩与Skaergard玄武岩演化有相似之处。

图4-47　蛇绿岩套的CaO-Al₂O₃-MgO图（Colcman,1977）

I—变质橄榄岩；Ⅱ—超镁铁堆积岩；Ⅲ—科马提岩；Ⅳ—镁铁堆积岩；MAR—洋脊玄武岩平均成分；s—Skaergard演化趋势；·—拉脊山蛇绿岩；×—大道尔吉蛇绿岩

（3）本区变质橄榄岩的MgO质量分数高达37%～44%，多为二辉及方辉橄榄岩，前者占优势。这一特征也与阿尔卑斯（西地中海）型蛇绿岩相似（张旗，1990），其稀土配分型式也和岛湾典型蛇绿岩套中的二辉橄榄岩相似（图4-48）。研究表明，岛湾蛇绿岩属典型的阿尔卑斯蛇绿岩，但与典型阿尔卑斯蛇绿岩不同之处是本区蛇绿岩镁铁－超镁铁质岩LREE富集，这与其基底靠近岛弧（火山弧）有着密切的联系，本区蛇绿岩产出环境越靠近岛弧基底，TiO₂就越低。

图4-48　拉脊山及国外蛇绿岩中二辉橄榄岩的稀土分配形式

I～Ⅲ—拉脊山超镁铁－镁铁质侵入岩；Ⅰ—元石山二辉橄榄岩；Ⅱ—上庄黑云母透辉石岩；Ⅲ—六道沟橄榄辉长岩：①～②国外蛇绿岩中的二辉橄榄岩；①—Othris；②—Bay of Islands（Fray,1984）；1～2—球粒陨石标准化值；1—球粒陨石（Sun,1993）；2—原始地幔（据Jath,1980，球粒陨石二倍计算）

（4）蛇绿岩上覆岩系硅质岩∑REE低，LREE亏损，有负Ce异常，表明其形成于深水环境。

构造沉积与火山作用特点

中寒武世时，本区为陆相中基性火山岩，火山岩间歇期出现硅质板岩及薄层结晶灰岩（泥旦山群），反映弧后已开始裂开。晚寒武出现薄层灰岩及长石硬砂岩及砂岩（六道沟群），此外还见硅质岩夹多层中基性火山熔岩及同质角砾岩。上述硬砂岩、长石砂岩的出现，标志弧后裂开速度加快、规模加大的特点，这种情形一直持续到奥陶纪及志留纪早期。

本区寒武纪玄武岩微量元素配分型式（图4-49）具典型过渡型洋中脊玄武岩的稀土配分特点，表明是弧后地幔柱作用的结果。

图4-49　火山岩微量元素分配型式

1—本区寒武纪火山岩；2—板内碱性玄武岩（Pearce,1982）；3—过渡型洋中脊玄武岩（Pearce,1982）

拉脊山地区也出现玻安岩（Boninite）,w（SiO₂）=54.19%～56.97%,w（MgO）=9.07%～11.46%,w（TiO₂）=0.17%～0.14%，表明拉脊山不仅存在小洋盆，而且像东地中海地区那样存在洋内俯冲（张旗，1990）。

奥陶纪玄武岩的微量元素比值蛛网图（图4-50），具岛弧－裂谷火山岩特点，TiO₂含量偏低，再结合玻安岩中TiO₂也偏低这一情况，可能该洋盆并非属陆间小洋盆，而属弧后裂开的小洋盆，从本质上讲，后者与岛弧作用密切相关。

图4-50　拉脊山奥陶纪火山岩稀土元素（a）及微量元素（b）分配型式（据邱家骧，1998）

（a）1—中基性火山岩（7个）；2—酸性火山岩（1个）。（b）1—本区奥陶纪火山岩；2—岛弧钙碱性火山岩；3—岛弧拉斑玄武岩（2、3据Pearce,1982）

2.大道尔吉蛇绿岩

分布于南祁连弧后构造带西段，盐池湾西南部的中祁连南缘。鲍佩声、王希斌（1989）首次肯定它的蛇绿岩性质，其后，左国朝也对该蛇绿岩进行了野外研究（1989）。勘查研究表明：大道尔吉由大道尔吉、小道尔吉超基性体组成，面积达8km²（图4-51），《甘肃地质志》（1989）将其定为加里东晚期。左国朝认为，该蛇绿岩的时代属中寒武世或早奥陶世，是南祁连拉张强盛时期的产物。

图4-51　大道尔吉蛇绿岩地质简图（苟国朝据1977年勘探报告修编）

Mφ1—地幔纯橄岩；Mφ2—地幔斜辉橄榄岩；第一旋回：Ⅰ₁—堆晶纯橄岩带；Ⅰ₂—透辉石岩带；第二旋回：Ⅱ₁—堆晶纯橄岩带；Ⅱ：—透辉石－异剥橄榄岩；第三旋回：Ⅲ₁—堆晶纯橄岩带；Ⅲ₂—透辉石－异剥橄榄岩带；Ⅲ₃—辉长岩带；1—下石炭统结晶灰岩；2—蓟县系大理岩；3—闪长岩；4—铬铁矿体群位置及编号；5—斜方辉石岩分凝体；6—透辉石岩分凝体；7—岩石莫霍面；8—岩相界线；9—实测及推测断层；10—剖面线；11—物探推测岩相界线；12—物探推测岩体界线；13—层状构造产状

大道尔吉属肢解的蛇绿岩片，主要由两个单元组成，一为地幔橄榄岩，另一为堆晶杂岩，后者最为发育，它与其南侧的石英闪长岩呈断层接触，与北侧的野马南山岩群也呈断层接触，钻孔资料表明：大道尔吉岩体在深部向北推覆于下石炭统灰岩和砂岩之上，这些灰岩及砂岩又推覆于第三系红色砂砾岩之上，故左国朝（1997）认为大道尔吉是喜马拉雅期推覆到地表的构造岩片。钻孔中所见的岩体与地层的叠置关系是解决大道尔吉岩体形成时代与形成机制的一把钥匙，甚至也是确定其蛇绿岩性质的关键。

地幔岩主要由纯橄岩和方辉橄榄岩组成，堆晶杂岩主要由纯橄岩、透辉石岩、异剥橄榄岩及辉长岩组成。

地幔岩中M/F为10.98，堆晶岩M/F为3.02～9.11，前者MgO/（MgO+＜FeO＞）为0.85～0.68，后者为0.78～0.82。

有意义的是堆积岩的Al₂O₃、K₂O+Na₂O及TiO₂较低，其中TiO₂质量分数仅为0.13%，堆晶超基性岩的Al₂O₃在Al₂O₃-MgO-CaO三组分中仅占1%～24%，表明其形成于较活动的大陆边缘拉张环境。本次研究中，取得地幔方辉橄榄岩的化学成分（w_B）SiO₂为36.29%,Al₂O₃0.05%,CaO 0.13%,MgO 39.27%，在Al₂O₃-CaO、MgO图上，投入变质橄榄岩区（图4-47），地幔纯橄岩的化学成分（w_B）SiO₂35.48%,TiO₂0.04%,Al₂O₃0.45%,MgO 38.96%,CaO 0.12%；堆晶透辉岩的化学成分（w_B）SiO₂38.67%,TiO₂0.05%,Al₂O₃12.99%,MgO 16.26%,CaO 22.72%，层状辉长岩的化学成分（w_B）SiO₂45.59%,TiO₂0.06%,Al₂O₃20.57%,MgO 4.2%,CaO 21.2%。从以上所列数据来看，TiO₂含量普遍偏低，是该蛇绿岩一个显著特点，另外，地幔橄榄岩MgO较高，堆晶岩从超基性到基性，SiO₂减低，CaO、Al₂O₃增大，MgO明显降低，表明各单元成分上具继承性特点（图4-47），岩浆结晶分异作用明显。

大道尔吉蛇绿岩Cr、Mn、Co、Ni均较富集（左国朝，1997）。本次所采样品，经广州地化所测定其稀土元素，地幔斜辉橄榄岩∑REE仅为0.05×10^-6，透辉石岩∑REE为1.53×10^-6，堆晶岩∑REE为0.1×10^-2，层状辉长岩∑REE为2×10^-6，表明地幔部分熔融程度较高，堆晶岩结晶分异作用明显。

南祁连西段拉开时间晚于东段拉脊山地区，还表现在中奥陶世时，盐池湾一带发育一套砾岩，硬砂岩、板岩，属陆相碎屑建造，为初始裂开阶段产物（盐池湾群OY），到早志留世，本区广泛出现海相地层，标志裂陷的加深加大，早志留世晚期，在盐池湾、天峻北部出现大量中基性火山岩，这是否就属洋壳性质，需作进一步研究。目前在这一广大地区还缺少资料，是研究程度较差的地区之一。与此同时，河西走廊海盆志留纪则处于萎缩阶段，祁连洋及北祁连洋也相继消失。

二、河西走廊弧后盆地（边缘海）

长期以来，复杂的陆缘海、火山岛和深海沟体系一直吸引着众多的地质学家。事实上，本世纪以来，每一代地质学家都在不懈地努力探索，力图把这3种地质体归纳到某种造山模式中（丹尼尔·卡利克和吉姆·英格尔，1969）。前文在蛇绿岩一节里已提及北祁连次生洋是祁连洋向北俯冲，发生弧后扩张的结果，北祁连次生洋存在的主要证据是大岔大坂蛇绿岩。北祁连次生洋的扩张作用不能永远继续下去，在早奥陶世向北又作洋内俯冲，形成玻安岩及白银北—永登石灰沟—走廊南山洋壳型岛弧（洋内弧），该洋壳型岛弧或者说是洋内弧以北，则为河西走廊海盆，该弧后海盆存在的证据就是前文所述之九个泉、老虎山及榆树沟山蛇绿岩及硅质岩，其中硅质岩中的放射虫属中、晚奥陶世。

在沉积作用方面，该弧后海盆的前身就是北祁连次生洋，从陆缘到深海，中、晚寒武世沉积了大黄山组碎屑岩及黑刺沟组火山岩夹碎屑岩及深水硅质岩，晚寒武世在西段沉积了一套巨厚的碎屑岩夹碳酸盐岩（香毛山组

x），到奥陶纪，在洋壳型岛弧北侧，于奥陶纪中晚期，北祁连次生洋盆包括河西走廊海盆广泛形成了碎屑岩、碳酸盐岩建造（中堡群），部分地段存在岛弧型安山岩建造，说明此时洋盆中的岛弧仍在继续活动，与此同时或稍晚，在河西走廊海盆西部形成了巨厚的碳酸盐岩建造（妖魔山组），该建造之下往往就是中堡群硅质岩。顺便提及，中、晚奥陶世在洋壳型岛弧上及其以南的陆缘弧上，甚至在祁连岛弧的某些部位，形成了扣门子组中基性－中酸性火山岩、碳酸盐岩、碎屑岩等岛弧裂谷型建造，这种火山活动一直延续到早志留世。

河西走廊海盆武威地区在奥陶纪时为滨海、浅海闭塞环境，主要形成紫红色、黄绿色砂砾岩、棕色黄绿色中厚层砂岩、灰色细砂岩、棕灰、灰色粉砂岩及页岩（天祝组），局部含铁质及重晶石矿层，具单陆屑建造特点，一般厚121～229m，和中堡群呈角度不整合，底部常见底砾岩，标志盆地环境局部改变。稍晚时期，武威地区继续形成闭塞海湾沉积建造（斯家沟组）及斜壕组。到早志留世，除南祁连外，其余地区全面进入造山期。在华北古陆西南缘，形成了水下磨拉石——肮脏沟组，其下部岩性主要为砾岩、灰绿色粉砂质板岩、粉砂岩、长石石英砂岩、偶夹结晶灰岩、钙质板岩及硅质岩等，粉砂质板岩中含笔石化石；上部为长石石英砂岩、千枚岩、硅质岩偶夹安山质凝灰岩、石膏层，与中堡群平行不整合。上述岩石序列的出现，标志着祁连洋、北祁连次生洋及河西走廊海盆的相继闭合，而本区广泛发育的碰撞型花岗岩，如：河西堡花岗岩中的孟家湾单元及杨前大山单元，金佛寺花岗岩等均是陆－陆、陆－弧、弧－弧碰撞的产物。需指出，考虑到祁连洋是双向俯冲，河西走廊只是边缘海，不属前陆盆地。