大陆古海洋学的特点、研究思路和方法——以东昆仑中段纳赤台岩群蛇绿混杂岩构造古地理恢复为例.pdf

地学论坛 矿物岩石地球化学通报 Bu l l e t in o f M in e r a l o g y， Pe t r o l o g y a n d Ge o ch e mis t r y Vo 【 2 9 No 1 ， J a n 2 0 1 0 大 陆古海洋学的特点 、 研 究思路和方法 以东昆仑中段纳赤台岩群蛇绿混杂岩构造古地理恢复为例 蔡雄飞 ， 魏启荣 ， 王 岸。 ， 王浩霖 ， 罗中杰 中国地质大学： 1 生物地质与环境地质教育部重点实验室； 2 地球科学学院；3 地质过程与矿产资源国家重点实验室； 4 资源学 院； 5 研究生院 ； 6 数理学院 ， 武汉 4 3 0 0 7 4 摘 要 ： 大陆古海洋 学是指现代大陆上 已消失了的古 海洋研究， 也可称为造 山带古海洋 学。实践表 明， 传统方法无 法恢复大 陆古海 洋； 因为造 山带古海洋 内部 已经 失序和移位。它的工作 方法 以反序研 究方法为主 ， 从现存 的岩石组合 ( 块) 的物态、 时 态( 时序) 、 相态( 相序) 、 位态 ( 位序) 和变形、 变质调查入手， 追寻其原始 生成环境、 时空结构和变位、 变形和变质历程 ， 尽可能还 原其本来面 目。本文以东 昆仑 中段纳赤 台岩群蛇 绿混杂岩构造古地理 的恢 复为例， 指 出反序 法最具针对性， 是 大陆古海洋研 究不可缺少 的工作思路和研究方法。 关键词 ： 造 山带古海洋 ； 活动论 ； 反序； 构造 古地 理恢复 ； 纳赤台岩群 ； 东 昆仑 中段 中图分类号 ： P 7 3 6 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 7 2 8 0 2 ( 2 0 1 0 ) 0 1 0 0 9 8 0 9 S pe cia l it y a nd Appr o a ch o f Co nt ine nt a l Pa l a e o - o ce a no g r a phic S t u di e s Ta ke S t r u ct u r e Res t or a t io n o f Na chit a i Te ct o nic M e l a ng e in t h e Ea s t Kun l u n a s a n Ex amp l e CAI Xio n g f e i ，WEI Qi r o n g ，WANG An 。 ，WANG Ha o l in ，LUO Zh o n g j ie 1 Ke y La b o r a t o r y o f Bi o g e o l o g y a n d En v ir o n me n t a l G e o l o g y，2 Fa cu l t y o f Ea r t h S cie n ce s ， 3 S t a t e Ke y La b o r a t o r y G e o l o g ica l P r o ce s s e s a n d Mi n e r a l R e s o u r ce s ， 4 F a cu l t y o f R e s o u r ce s ，5 G r a d u a t e S ch o o l ， 6 F a cu l t y o f Ma t h e m a t i cs a n d P h y s ics ， C h i n a U n iv e r s i t y o f G e o s cie n ce s ， Wu h a n 4 3 0 0 7 4 ， C h in a Ab s t r a ct ： Co n t in e n t a l Pa l a e o - Oce a n o g r a p h y，a l s o ca l l e d o r o g e n i c b e l t p a l a e o - o ce a n o gr a p h y，i s o f t e n a p p l ie d t o t r a ce b a ck d is a p p e a r e d p a l a e o - o ce a n s Th e t r a d i t i o n a l r e s e a r ch me t h o d s a r e e i t h e r n o t a p p r o p r i a t e o r n o t wo r k a b l e f o r r e s t o r a t io n o f co n t in e n t a l p a l a e o - o ce a n s b e ca u s e t he i n ne r s t r u ct u r e s o f t he co n t i ne n t a l p a l a e o - o ce a ns us u a l l y h a v e b e e n n o t o n l y o u t o f t h e o r i g in a l o r d e r b u t a l s o d is l o ca t e d Th e r e f o r e ，t h e b a ck - t r a ck in g h a s t o b e t h e ma j o r t e ch n iq ue in t h e co n t in e n t a l p a t a e o - o e e a n o g r a p hi c s t u d ie s ，t h a t is ，s t a r t f r o m t h e cu r r e n t co n f i g u r a t i o n s ，t e mp o r a l - s p a t i a l d is t r ib u t io n s ，d ia ge n e t i c ch a r a ct e r is t ics o f t h e d if f e r e n t r o ck s t o r e t r i e v e a s mo r e a s p o s s i b l e i n f o r ma t i o n o f t h e pa l e o e n v i r o n me n t a n d t he d ia g e ne t ic h is t o r y Th i s p a p e r t a ke s t r u ct u r e r e s t o r a t io n o f Na chi t a i t e ct o n ic me l a ng e in t h e e a s t Ku n l u n a s a n e xa mp l e t o d e mo n s t r a t e t h a t t h e b a ck - t r a cki n g is t h e mo s t a p p r o p r i a t e a p p r o a ch in co n t in e n t a l pa l a e o o ce a n o g r a p h y s t u d ie s Ke y wo r d s ： o r o g e n ic b e l t o f p a l a e o - o ce a ns ； a ct iv it y t h e o r y； r e v e r s e o r de r ；t e ct o n i c p a l a e o ge o g r a p h ic r e s t o r a t io n； Na ch it a i r o ck g r o u p；mid d l e e a s t Ku n l u n 大陆古海洋学是指 已消失 了的古海洋的研究 ， 也可称为造山带古海洋学。大陆古海洋的恢复相对 于海洋古海洋的恢复要困难得多。这是因为前者不 仅几经后期构造 的改造 ， 而且不同岩性、 不同时代、 不同来源的物质混杂在一起， 地层单元之间及其内 部的岩石组合之间基本上都以构造为边界 ， 或为断 收稿 日期 ； 2 0 0 9 - 0 4 1 3收到， 1 0 1 9 改 回 基金项 目： 地质过程与矿产资源国家重点实验室开放基金资助项 目； 国土资源部全国重要矿产预测评价项 目( 1 2 1 2 O 1 O 7 3 3 8 O 2 ) 第一作者简介 ： 蔡雄飞 ( 1 9 5 2 一) ， 男 ， 副研究员 ， 从事地层和沉积学研究 矿物岩石地球化学通报 裂带 ， 或为 片理 化带 ， 内部 褶 皱 、 断裂 、 片理 化 、 劈 理 化和变质作用均十分强烈 ， 为造 山带构造 的拼贴部 位 ； 平 面上包 括 了原地 的 、 准 原地 的和 异地 的沉 积地 层 ； 垂向上除 了沉积地层和变质岩外 ， 还有深部的岩 石 ； 时间上失序， 空间上有移位， 总体无序 ， 但局部可 能 有序 ， 难 以恢 复 内部 的 上 、 下关 系 ； 岩石 地 层 单 位 不符合地层层序律 、 地层原始水平律、 地层原始侧 向 连续律、 化石层序律 和瓦尔特定律等地层学 的基本 原理 。因而它与海洋古海 洋学 的研究思路、 研究方 法也 应该 大相 径庭 。 1 大陆古海洋研 究现状和特点 大陆古海洋 的研究较之海洋古海洋的研究晚得 多。早在 1 8 3 5 1 8 4 0年 ， Da r win考察太平洋 和印 度洋时， 首创珊瑚礁形成模式 ， 开创了海洋古海洋学 的研究 。1 8 9 1年 ， 由 Mu r r a y与 Re n a r d 编制了首 幅世界 大洋 沉积 物分 布 图 。而 大陆古 海洋 的研 究最 早也是在 2 O世纪 7 0年代之后 ， 以许靖华 2 研 究阿 尔卑斯 中生代特提斯深海 的瘤状灰岩、 放射虫 硅质 岩和含燧石结核 的远洋灰岩为标志 。可以说 ， 大陆 古海洋学是海洋古海洋学研究的延伸 。 Og n ib e n E 3 指 出， 造 山带 的地层学工作 不应该 遵循岩相古地理的原理 ， 因为现今地层带的展布( 每 个带内的地层均指示一定 的沉积相或相组合 ) 并不 反映原始 的沉积一 构造格局和古 地理面貌。研究表 明 4 ， 造山带在本质上是一个构造反转带 ： 现存 的 内带代表地史时期的洋 ， 当时它位于大陆之外 ； 现存 的外带则是地史时期的陆， 当时它被大洋( 或 海域) 所包 围。 我 国在上 世纪 9 O年 代后 期 ， 大陆 海洋 学有 了长 足 的发展 。当 时 地 质 大 调 查 向槽 区发 展 ， 三 江 、 昆 仑、 天山造 山带发 现较多 的大 陆上残 留洋壳 的标 志 蛇 绿混杂 岩 和 洋 岛混 杂 岩 ， 提 出 了非 史 密 斯 地层和正序与反序相结合 的研究方法 6 卅 。不过， 当时也只能说是泛泛研究 而已， 尚缺乏完善和系统 的研究思路和研究方法。 大陆古海洋学研究的客观实体岩石露头看 得见 ， 摸得着 ， 视域开阔； 相对海 洋古海洋深海钻探 的“ 一 孔之 见” ， 当然 条 件要 优 越 得 多 。而 且 地 表 露 头不存在深海钻探资料难觅 的问题L 1 。 。 。不过 ， 大陆 海洋的后期受到多期改造所致 的复杂性和局限性也 是一 个 问题 。 大陆古海洋地区通常是复杂的压缩密集的构造 单元 ， 记录了多期洋盆的扩张和消减， 反映多个陆块 会聚碰撞的造山过程， 代表板块 间的相对运动和消 9 9 失的大洋。陆块和大陆边缘盆地 由于发生过多期强 烈 的构造运动、 变质作用 、 变形作用、 造 山作用和沉 积作用 ， 再加上后期的改造作用， 使古海洋记录发生 了十分复杂的变化， 因而有一系列的反序特征 ： 1 ) 使 原 本在 水平 方 向上相 距很 远或 根本不 是 同一构 造层 次 的地 质体 并置 在一 起 ； 而 原先 相 邻 乃 至 同一 个 地 质体， 却可能散布得甚远 。构造拼贴体平面上包括 了原地 的 、 准 原地 的 和异地 的 ， 垂 向上 除 了沉积 地层 和变质岩外 ， 还会有深部岩石 。2 ) 构造的反转不仅 使原来的正断层变成逆断层 ， 洋盆发育阶段 的被动 大 陆边缘 在 洋盆 闭合 后 反 转 成前 陆褶 皱 冲断 带 ， 而 且改造了造山带的结构 。3 ) 由于地层内部失序和不 连续 ， 使造 山带 的地 层 不仅残 缺不 全 ， 而且 时间 上失 序 ， 空间上 由于移位变得歪曲或混杂 。因而现今的 地层并不反映原始的沉积格局和古地理面貌； 当然 也不能据此简单地再造岩相古地理 。 1 1 活 动论是 其研 究 的主导 思想 活动论与板块学说是相伴生 的， 但是板块构造 并不是活动论的唯一代表； 板块 构造也含有固定论 的内容： 岩石圈板块活动性主要集中在边界及其毗 邻地域 ， 在板块内部则基本是性质均一的刚体 。 由于造山带残留的古海洋经历了长期不同程度 和不同期次的改造 ， 而且愈古老的盆地所遭受的改 造愈强 烈 ， 因此 必须 自始 至终 以活 动论 为主导 思想 ， 才能正确恢复造 山带古海洋的时空关 系。活动论思 想还有助于正确恢复古海洋的构造。古地理重建的 具体过程就是补全残破、 缺少部分 ， 最终要 回答原始 的沉积面貌和不同时期受到的破坏和歪曲等问题。 反 序方 法首 先 要从 地 层 人 手 ， 这 是 因 为造 山带 构造作用在地层的记录中表现得最为清楚 。上述造 山带地层残缺不全， 表现为地层不连续和内部 的失 序 ， 即使远离造山带核部的断片地层体和有序地层 体也经常出现倒转序列。因而 ， 恢复地质时期地层 层序必须把握空间和时问， 如造 山带核部的混杂地 层 ， 应 由新 至老 、 由近 至远逐 时 、 逐层 区别 异地 的 、 半 异地的和原生的地层体， 结合造 山极性和构造样式 的研究予以复原 。对具体 时期某个层序的建立 ， 也 必 须从 地层 学和沉 积学 的反 序 思 维 人手 ， 利 用 指 向 构造( 如斜层理、 波痕 、 递变层理等) 恢复层序。 1 2 反序 方法是 揭 示大 陆古 海洋 演化 的重要 途径 造山带地区恢 复古海洋的工作思路也与克拉通 地 区不 同， 也应以反序为主； 反序思维涉及到造 山带 构造、 地层 、 岩相古地理等诸 多方面的重建和恢复。 地层学经典的原理和方法是正序方法 。在克拉 通地区只要运用地层层序律 、 地层原始水平律、 地层 1 0 0 蔡雄飞等 大陆古海洋学的特点 、研究思路和方法 原始侧向连续律 、 化石层序律和瓦尔特定律 ， 就能查 明露头剖面区域甚至洲际地层的时空结构条件。但 这种方法仅适用于地层未遭受变形、 变质和变位 ， 不 足 以破坏 地层 的原 始 时空 的结 构 。而 在 造 山带 ， 由 于造山作用和后造山期多阶段、 多期次变形、 变质作 用 、 构造热事件的影响和破坏 ， 地层的时空结构发生 了面目全非的变化； 另一方面 ， 造 山带从未遭受改造 的克 拉通 变形 、 变质地 区到造 山带核部 ， 变形 和改造 的强 度是递 进的 ， 反序 方 法 首先 要从 造 山带地 层 人 手。因为造山带的构造作用对地层的记录表现得最 为清楚 。前述 造 山带 地层 残 缺 不全 ， 表 现 为地 层 不 连续和内部失序 ， 即使远离造 山带核部 的断片地层 体和有序地层体也经常出现倒转序列 。因而 ， 恢复 地质 时期地层 层序必 须把握 空 间和时 间的反序 。如 造 山带 核部 的混杂地层 应 由新至 老 、 由近 至远逐 时 、 逐层区分出不同来源的地层体， 结合造山极性和构 造样式复原其原貌。某个地层层序也必须从地层学 和沉积 学 的反 序 思 维 人 手 ， 恢 复 指 向构 造 ( 如 斜 层 理 、 波痕和递变层理) 。从反序人手查明指向构造的 无倒转现象以建立正确的层序。特别需要指出的， 是造山带的研究往往过分强调构造地层学而忽视了 沉积学的指向作用。研究表明， 原始层理和沉积构 造 往往是 反序研 究方法 的基础 。 古海洋构造古地理的恢复也需要反序思路。造 山带古海洋构造的古地理具时空特点 ： 时间上的失 序 和空 间上的移 位 。必 须 以活 动论 构 造 观 为指 导 ， 不 能仅在 现代 的地理 底 图 上根 据 现有 的产状 重 塑 。 因为地史 时期 的很大 部 分构 造 古地 理 已经 消失 ， 现 存 的情况 大多是 中 、 新生代 后才 出露地 表 。 造山带古海洋构造古地理反序研究应根据被洋 盆分 隔 的两 个 大 陆 的古 地 磁 、 古 气 候 、 古 生 物 等 资 料 ， 重 塑一个 洋盆 ， 再 恢 复洋岛 、 海 山、 陆 隆和 陆壳残 块 。 1 3反序研 究 的方法 反序研究 的基本 思路 ， 是从现存 的岩石组 合 ( 块) 的物态 、 时态 ( 时序 ) 、 相态 ( 相 序 ) 、 位态 ( 位序 ) 和变形 、 变质人 手 ， 追 寻其 原 始生 成 环境 、 时空 结 构 和变位、 变形、 变质历程， 尽可能还原其本来面 目， 恢 复造 山带 的三维 结构 ， 揭示 造 山带 形 成 机制 和 大 地 构 造演化 历程 。 ( 1 ) 研 究混 杂岩 的组 成结 构及相互 关 系 ： 系统 采 集围岩的成分、 古生物化石、 岩石和沉积地球化学样 品， 注意这些混杂岩的化石只能指示岩片的地层时 代 ， 而不能用于推断下伏和上覆关系。 ( 2 ) 时代 分析 ： 理 想 情况 下 ， 应 尽 可能 获 取 年代 信息， 确认所有基本 岩石组合 的时代归属。主要通 过化石确定时代。如蛇绿混杂岩 、 洋岛混杂岩地层 中要注 意寻找 大化 石 。在 缺少 大 化 石 时 ， 应 系 统采 取 放射虫 、 牙形 石 、 几 丁虫 、 凝 源类 和 孢粉 等 微 体化 石 ， 以查清构造混杂岩带内不同来源、 不同时代、 不 同大小构造混杂岩片的时空序列和时代归属 。 必要时应采用同位素定年。如进行混杂岩带中 火山岩组合 ( 岩片) 的锆石 S HR I MP年龄分析和构 造 热年代 方法 ( 如 F T、 Ar Ar ) ， 以直 接确定其 时代 。 ( 3 ) 位 序 的反 序 ： 应 用 大地 构 造相 方 法 ， 分 析 生 物古地理、 古地磁、 古海盆的演化和构造变形 ， 以及 地球化学示踪和同位素， 将造 山带内的各种构造岩 片 由新 至 老恢复 到原 位 ， 并根 据 运 动史 和 定位 特 点 划分 不 同的构造相 ， 构筑造 山带 内部结构 。 ( 4 ) 空 间上 的反序 ： 逐 层研究 混杂岩 系两侧 的局 部有序 地层 ， 寻找各 种原生 沉积构 造标志 ， 判断地层 的倒转 与否 ， 划分不 同类 型的相带 和鲍玛序 列类 型 ， 收集古 流 向等资料 ， 由新 至老 分 析混 杂 岩 两侧 的微 体古生物和古环境 ， 打开消失的洋盆， 复原其构造古 地理 。 ( 5 ) 变形 变质分 析 ： 经 受了强烈 构造混 杂 、 变形 、 变位的无序地层 ， 常伴随有区域动力变质作用， 不同 岩石组合之间一般为构造边界， 各种岩石组合内部 往往也有强烈的变形 。因此 ， 查明其构造变形组合 ， 特别是不 同岩石组合边界的断裂性质和活动史是地 层复原的重要 内容之一。充分运用构造变形分析 ， 研究构造混杂岩带内各地质体的构造过程及变质作 用 过程 ， 由新至 老恢 复 基本 构 造 格架 ， 追 寻 源产 地 ， 再 造岩 片裂解 聚合历程 ， 恢 复造 山带 的构造 演化史 。 反序对造山带构造作用恢复至关重要。从本质 上说 ， 消减一 碰撞造山带本身就是一个构造反转带。 恢 复构造 作用 的反序方 法 ， 就是 由新 至老 ， 一层 一层 地研究其后期构造， 使之显现研究 区的主造山带真 实 面貌 ， 将 已移位 的地质 记 录复原到原 始位置 。 因而 大陆古 海洋 的研究 ， 应 大 力 提倡 以反序 为 主的工作方法。将已移位 的地质记录复原到原始位 置只是大陆古海洋学研究 的第一步。在复原与复位 的基础上 ， 还需进行古地理重建、 古深度、 古水流等 方面 的研究 。 2 实例 ： 东 昆仑纳赤 台群 2 1 纳赤 台群地层 概况 工作区位于青海格尔木以南的东昆仑 中段下古 生代纳赤台岩群出露地区。 纳 赤 台群 为青 海 省 地 质 局 石 油 普 查 大 队 ( 6 3 2 矿物岩石地球化学通报 队) 1 9 6 2年 在 “ 祁 连 、 阿 尔 金 山 昆仑 山地 层 概 况” 一 文 创建 的“ 纳 赤 台系” 。原义 指北 昆仑 山地 区 的奥 陶 志 留系绿灰 色、 蓝灰色千枚 岩、 灰绿色板 岩夹石灰 岩 ， 厚度 1 3 0 0 0 m。青 海省 区测 队 ( 1 9 7 0 ) 的 1 ： 1 0 0 万 温泉 幅 ( I 一 4 6 ) 区 域地 质 调 查 报 告 书 将 分 布 于 昆 仑河、 秀沟一带、 厚约 2 4 0 0 0 m 的浅变质凝灰质千 枚 岩 、 板 岩 、 砂 岩及 片 岩 、 大 理 岩 和 片 理化 中酸 性 火 山岩、 火山碎屑岩、 凝灰质砾岩等组成的“ 绿色岩系” 称为“ 纳赤 台群“ ， 并划分了四个岩组， 时代为早古生 代 。青海 省地 层表 编写 小组 ( 1 9 8 0 ) 沿 用上述 划分 方 案 ， 但 时代 归 属为 中一 晚 奥 陶世 。青海 省 第 一 区调 队( 1 9 8 1 ) 将纳赤 台东北水泥厂至三道湾山一带的灰 色 、 灰 绿色 、 浅灰 色 变砂 岩夹 千枚岩 和 石灰岩 凸镜 体 的地 层定 为“ 纳 赤 台群 ” 。李 光 岑 、 林 宝 玉 ( 1 9 8 2 ) 认 为 ， “ 纳赤台群” 由三个不完整的沉积旋 回组成， 由上 而下分别为哈拉 巴依沟组 、 石灰厂组 和水泥厂组 。 1 9 9 7年 ， 青海地质 矿产 局沿用 文献 1 1 的划分方 案。原 1 ： 2 0万格尔木幅、 纳赤 台幅依据接触关系和 碳酸盐 岩 中 的大量 化石 ， 将 其 从 “ 纳 赤 台群 ” 中分解 出来置 于下 二叠 统 。 研 究显 示 ， 原 以“ 绿 色 岩 系 ” 为 代 表 的 “ 纳 赤 台 一 上翌 m 1 01 群” 实际上包括了不 同时代 的岩石 ， 需要根据所获的 新资料将其保留的纳赤台岩群的基本涵义定为一套 奥 陶系 一志 留系 的绿 色 岩 系 ， 明 显表 现 为 一 套 蛇绿 构 造 混杂 岩系 。 2 2 纳赤 台岩 群的 构造 混杂 岩 系特 征 测 区 的纳赤 台岩群蛇 绿构 造混 杂岩 均 以岩 片形 式 出露 ， 表现出强烈的劈理化和片理化 ， 沉积构造大 部分被破坏 。可划分为 四套岩石组合 ： 1 ) 碳 酸盐岩 组合( OS N ) ： 为灰 白色大理岩 、 灰黑、 深灰色灰岩； 2 ) 变碎 屑 岩 组 合 ( OS N ) ： 主 要 为 灰 色 变 砂 岩 和 含 砾变砂岩夹板岩 ， 内部发育重力流序列 ； 3 ) 玄武岩组 合( OS N口 ) ： 为灰绿色变玄武岩 ； 4 ) 变超镁铁岩组合 ( Os N ) ： 为强蚀变的菱镁滑石片岩、 菱镁方解石绿 泥片岩和辉橄岩等， 保 留有具洋壳特征 的残 留体。 所 有岩 石均 不 同程 度地 发 生 了片 理化 、 千枚 岩 化 或 糜棱岩化 ， 岩系中发育多个强片理化或强变形带 ， 致 使 O S N 构 造 混 杂 岩 系 呈 特 征 的构 造 岩 片 形 式 产 出 。超基 性 岩岩 片 、 变质 玄 武 岩 岩 片 和含 硅 质 岩 的 碎 屑岩 岩 片构成 了蛇 绿 岩 的“ 三 位 一 体” ， 只不 过 是 以岩 片 的形 式 混 杂 产 于 OS N 构 造 混 杂 岩 系 中 ( 图 1， 2)。 P c】 os - H- Q s 0 Q 雷 1 国 2圉 3 囤 4囤 5 圉 6 日7圉 8圉9圉 1 0圉1 1日 1 2圜1 3囫1 4囫I 5 1 砂质板岩 ； 2 变云母 长石石英砂岩 ； 3 杂砂 岩； 4 变长石石英砂岩 ； 5 变砾岩； 6 板岩 ； 7 变玄武 岩； 8 钙、 泥质板 岩； 9 变 中、 细粒长石石英砂岩；1 0 绢云母绿 泥石石 英绿砂 岩； 1 1 结晶灰岩 ； 1 2 大理岩 ； 1 3 断层 ； 1 5 韧性剪切带 1 s a n d y s l a t e ；2 v a r ia b l e mica f dd s p a r q u a r t z s a n d s t o n e 3 g r a y wa ck e 4 v a r ia b l e f e l d s p a r q u a r t z s a n d s t o n e 5 v a r ia b l e co n g l o me r a t e ； 6 s l a t e ；7 v a r ia b l e b a s a l t ； 8 ca l ciu m ，cl a y s l a t e ；9 ch a n g e in f in e gr a in e d f e l d s p a r q u a r t z s a n d s t o n e；1 0 s e r icit e - e h l o r it e q u a r t z g r e e n s a n d s t o n e ；1 1 cr y s t a l l in e l ime s t o ne ；1 2 ma r b l e ； 1 3 f a u h；1 5 t e n a cit y s h e a r z on e 图 1 纳赤台岩群( 0S N) 蛇绿构造混杂岩剖 面图 Fig 1 Ge o l og ica l p r of il e o f op hiol it e s o f Na ch it a i Gr oup ( 1 ) 超 基 性 岩单 元 ： 以 O S N灰 黄 色 菱 镁 滑 石 片 岩岩 片 的形 式 出现 ， 由两 个构 造岩 片所 组成 ， 厚度 为 1 2 3 0 4 m。此外 ， 在 哈 萨 山、 老道 沟一 带 ， 还 可见 多 条超基 性 岩岩 片 ， 岩 石类 型为 灰 黑 色 透 闪 石化 蛇 纹石 化辉 橄岩 。 ( 2 ) 玄武 岩单 元 ： 以 O S 的灰绿 色强 片理 化 的 变质玄武岩岩片的形式 出现 ， 由六个变质玄武岩岩 片所组成 ， 均发生了强烈的片理化， 变质作用十分明 显 。玄武 岩岩 片 的最大 可见 厚度 为 7 2 9 3 1 m。 ( 3 ) 深水一 半 深 水 沉 积物 单 元 ： 由 OS Nd的灰 、 深灰 、 灰 绿 色 的 变 质 硅 质 岩一 碳 酸 岩 盐一 碎 屑 岩 岩 片 组成 ， 总厚度为 2 6 6 8 6 2 m。该套 深水一半 深水沉 积物单元 以硅质岩的出现为特征 1 。 上述岩石单元说 明， 测 区早古生代纳赤 台岩群 ( OS N) 构造混杂岩系为一套蛇绿混杂岩系。 2 3 蛇 绿混 杂岩 形成 的构 造环境 分 析 蛇绿 混 杂岩 中玄 武 岩 、 硅 质 岩 的 化学 成 分 及 硅 质岩 中放射虫的生态组合能指示蛇绿岩形成的大地 构造背景 。玄武岩的岩石成分与其形成的构造背景 间有着密切的关系 L 1 。 1 0 2 蔡雄飞等 大陆古海洋学的特点、 研究思路和方法 囵 囵：圆，回 回s回 固 口s 圃 圃 1 0回 -困 z回 ， 团 圃1 5固16固17四1 8 固1 9 囤2 0 囫2 1囫 2 2 2 3 因2 4圈2 5 1 全新统冲积物 ； 2 上更 新统洪冲积物 ； 3 中更新统冰碛物 ； 4 古近系古一 始新统沱沱河组 ； 5 中三叠统希里可特组 ； 6 中一 下三 叠统闹仓坚沟组 ； 7 下三叠统洪水川组 ； 8 下寒武统沙松乌拉组 ； 9 早古生界纳赤台岩群变碎 屑岩组 ； i0 早古生代纳赤台岩群 变玄武岩组 ； 1 1 志留系赛什腾组下段 ； 1 2 中元古界万保沟岩群青办食宿站组 ； 1 3 中元古界万保沟岩群温泉沟组 ； 1 4 玄武岩 ； 1 5 晚三叠世二长花岗岩 ； 1 6 晚志留世一早泥盆世花岗闪长岩 ； 1 7 晚志 留世一早泥盆世二长花 岗岩 ； 1 8 晚志 留世一早 泥盆世 钾长花岗岩 ； 1 9 超基性岩 ； 2 0 同位素样品符号； 2 1 地质界线 ； 2 2 角度不整合 ； 2 3 断层 ； 2 4 推测断层 ； 2 5 韧性剪切带 1 Ho l o ce n e a l l u v iu m ；2 Up p e r Pl e is t o ce n e a l l u v ia l fl o o d s 3 The mid d l e Pl e is t o ce n e g l a cia l de p os it s ：4 P a l e o g e n e o l d - Eo ce n e Tu o t u o he g r o u p s ；5 He a l y M id d l e Tr ia s s ic ca n be S p e cia l g r o u p；6 in - t he n e x t t hr e e Pe r m i a n Fo r ma t io n i n d o wn t o wn wa r e h o u s e Ca in e ；7 Lo we r Tr ia s s ic f l o o d Ri v e r Gr o u p；8 Lo we r Ca m b r ia n S h a s o n g wu l a g r o u p；9 Ea r l y Pa l e o z o ic Na ch it a i Ro ck Gr o u p v a r ia b l e cl a s t ic r o ck s g r o u p；1 0 Ea r l y Pa l a e o z o ic Na ch it a i Ro ck Gr o u p Va r ia b l e b a s a l t g r o u p；1 1 S a is h it e n g S il u r ia n Gr o u p a t it s n e x t s e g m e n t ；1 2 M id d l e Pr o t e r o z o ic r o ck s Ul t r a m a r in e W a nb a o g o u Of f ice a cco mm o d a t io n s t a t io n g r o u p；1 3 M id d l e Pr o t e r o z o ic r o ck g r o u p Wa n b a o g ou W e n Qu a n g o u g r o u p；1 4 Ba s a l t；1 5 La t e Tr ia s s ic mo n z o g r a n it e ；1 6 La t e S il u r ia n - Ea r l y De v o n ia n g r a n o d io r it e ；1 7 La t e S il u r ia n - Ea r l y De v o ni a n mo n z o g r a ni t e ；1 8 La t e S il u r ia n Ea r l y De v o n ia n K- f e l d s p a r g r a nit e ；1 9 Ul t r a b a s ic r o ck s ；2 0 I s o t op e s a m p l e s o f s y mbo l s ；2 1 Ge o l o g ica l b o u n d a r y； 2 2 An g u l a r u nco n f o r mit y；2 3 F a u l t ；2 4 S p e cu l a t e f a u l t ；2 5 Duct i l e s he a r z o n e 图 2 下古生界纳赤台岩群分布略图 Fig 2 Ge o l o gica l ma p o f Na chit a i Gr o up 蛇绿混杂岩中玄武岩的化学成分能指示蛇绿岩 的形成构造背景 ， 且玄武岩的岩石成分与构造背景 之 间有着 密切 的关 系。在玄 武岩 的 Z r - Z r Y判别 图 解 ( 图 3 - 1 ) 中 ， 早 古 生 代 纳赤 台岩 群 ( O S N) 蛇绿 混 杂岩中玄武岩的成分投影点绝大部分落在板 内玄武 岩 区 ( C区) ， 个 别 位 于洋 中脊 玄武 岩 与板 内玄 武岩 的混合区( E区) 。在 Z r 4 - 2 Nb Y判别图解( 图 3 2 ) 中， 玄武岩主要位于板 内碱性 +板 内拉斑玄武岩 区( A I I 区) 与板 内拉 斑 玄 武 岩 + 火 山 弧 玄 武岩 区 ( C区) ， 个别 位于 N 型洋 中脊 玄 武岩 ( N MOR B ) + 火 山弧玄 武岩 区( D区) 。 在 T iO 一 F e O Mg O构造环境判别图( 图 3 - 3 ) 中， 早古生代纳赤台岩群( OS N) 蛇绿混杂岩中玄武 岩的成分投影点主要落在洋 中脊玄武岩区( MO R B 区) 和洋岛玄武岩区 ( OI B区) 。在 ATK构造环境 判别图( 图 3 4 ) 中， OS N 玄武岩的成分投影点亦落 在洋中脊玄武岩区( I区) 及靠近洋 中脊的板内玄武 岩 区( I I区) 。 在 TiO 一 F e O Mg O构造 环境 判 别 图 ( 图 3 3 ) 中 ， 早古 生代 纳赤 台岩群 ( OS N) 蛇绿 混 杂岩 中玄 武 岩的成分投影点主要落在洋中脊玄武岩区( MO R B 区) 和洋 岛玄 武 岩 区 ( 0I B 区) 。在 A TK 构 造 环 境 判别图( 图 3 4 ) 中， 0S Nb 玄武岩的成分投影点亦落 在洋中脊玄武岩区( I区) 及靠近洋 中脊的板内玄武 岩 区 ( I I 区) 。 因此 ， 结合 早古 生代 纳 赤 台岩 群 ( O S N) 蛇 绿 混 杂岩的岩石组合 、 主量元素 、 稀土元素和微量元素成 分特征 ， 以及玄武岩的构造环境判别图， 可以认为早 古生代纳赤 台岩群( 0S N) 蛇绿 混杂岩形成于大洋 环 境 。 矿物岩石地球化学通报 0 曲 0 2 Nb 图 3 玄武岩对蛇绿混杂岩构造环境 的指示 F ig 3 B a s a l t in t h e t e ct o n ic m6 1 a n g e o f o p h io l it e s 在探讨 蛇绿 混杂 岩形 成 的构 造背 景 时 ， 与蛇 绿 岩中玄武岩共生的硅质岩的岩石化学成分也能有效 地指示其形成的构造环境 1 。 研究表明， A1 。 O 。 ( A1 ： O。 +F e ： O。 ) 是判别硅质 岩形成环境 ， 特别是区分洋 中脊和大陆边缘成 因的 良好标志。测 区早 古生代纳赤 台岩群 ( Os N) 蛇绿 混 杂 岩 的 硅 质 岩 ( OS N )的 Al O ( Al O 。+ F e 0。 ) 值为 0 2 7 O 4 6 ， 明显低 于大洋盆地硅质岩 ( O 4 “ - - , 0 7 ) 和大 陆边缘 硅 质 岩 ( O 5 O 9 ) 】 ， 而与 洋中脊硅质岩相当。 硅质岩的稀土元素， 特别是 C e C e 值和 L a N C e N值 ， 可用来有效判别硅质岩的形成环境。从洋 中脊 、 大洋盆地至大陆边缘等不 同构造背景沉积 的 硅质 岩 ， C e C e 值 会 从 负 异 常 变 为 无 异 常 ， 甚 至 变 为正异常。洋中脊附近的硅质岩 C e Ce 为 0 2 2 0 3 8 ， 平 均为 0 3 0 ， 而 L a N C e N约 为 3 5 ； 大 洋盆 地 硅质岩 的 C e C e 为 0 5 00 6 7 ， 平 均 为 0 6 0 ， L a C e N为 1 O 2 5 ； 大陆边缘盆地硅质岩的 C e 1 03 Y C e 为 0 6 7 1 3 5 ， 平均 为 1 O 9 ， L a N C e N为 0 5 1 5。 测 区早 古 生 代 纳 赤 台 岩群 ( OS N) 蛇 绿 混 杂 岩 的硅质 岩 ( O S N ) 的 C e C e 值为 0 7 1 O 8 2 ， L a N C e 值为 1 2 7 1 4 9 ( 表 1 ) ， 与大洋盆地硅质岩和 洋 中脊附近的硅质岩相当。硅质岩的某些微量元素 也是判别硅质岩成 因的有效指标 。研究表 明， 洋 中 脊和大洋盆地硅质岩的 V含量明显高于大陆边缘 的硅质岩 ， 而 Y含量则相反 。因此， 洋 中脊和大洋 盆地硅质岩的 V Y明显高于大陆边缘硅质岩。一 般来说 ， 洋中脊硅质岩的 V、 V Y和 T i V值分别约 为 4 2 g g 、 4 3和 7 ； 大洋 盆地 硅质 岩 的 V、 V Y 和 Ti V值分别约为 3 8 t g g 、 5 8和 2 5 ； 大陆边缘盆 地 硅质 岩 的 V、 V Y 和 Ti V 值分 别 约 为 2 0 p g g 、 2 0和 4 O 。测 区早古生代 纳赤 台岩群 ( 0S N) 蛇绿 混杂岩的硅质岩 ( OS Nd ) 的 V、 V Y和 T j V值分别 为 8 4 O 1 6 1 0 b t g g 、 2 1 8 4 8 6和 1 8 6 3 8 2 86 1 04 蔡雄飞等 大陆古海洋学的特点 、 研究思路和方法 表 1 早古生代纳赤台岩群( O S N) 蛇绿混杂岩的稀土元素组成 T a b l e l R E E co mp o s it i o n( mgg )o f o p h io l it i e s i n t h e E a r l y P a l e o z o ic N a ch it a i R o ck Gr o u p( O S N) # g g 注： 计算稀土元素有关参数时， 超基性岩、 辉绿岩和玄武岩稀土元素标准化用球粒陨石( S u n a n d McD o n o u g h ， 1 9 8 9 ) ， 硅质岩稀土元素标准化用北美页岩 ( Ha s k in e t a 1 。1 9 6 8 ) 在 T i V 图解中( 图 4 ) ， 早古生代纳赤 台岩群 ( 0S N) 蛇绿混杂岩 中的硅质岩与大陆边缘硅质岩 相 近。而在 Ti V V Y 图解 中( 图 4 ) ， 早 古 生 代 纳 赤台岩群 ( 0S N) 蛇绿混杂岩中的硅质岩则与大陆 边缘硅质岩和洋中脊硅质岩有关。 图 4 硅质岩对蛇绿混杂岩构造环境 的指示 Fig 4 Sil ica l it e in t he t e ct on ic m6 1 a ng e o f op hio l it e s 2 4反 序 方 法 这样一大套具有不同时代、 不同岩石组合 、 不同 环境 、 不 同构 造形态 的混杂 岩系碰撞 带 ， 需 要用 反序 方法 ， 根据被消减的大洋分隔的两侧地层的年龄、 岩 石、 构造等资料打开洋盆 ， 再把洋岛、 海山、 陆隆和陆 壳残块 等一一恢 复 到这个洋 盆 中去 。 针对 两侧 构造 形 态 的不 同 ， 采集 和 处 理两 侧 岩 系中的放射虫、 牙形石 、 孢粉等微体古生物 ， 但结果 一 无所 获 。北 侧 基 性 变 玄武 岩 的锆 石 年 龄 为 2 3 6 7 2 5 Ma ， C L图象显示均为岩浆捕获 围岩的锆石， 因而不 能代表 岩浆 喷发 的年 龄 。对 比万保 沟地 区万 保沟群基性变玄武岩、 大理岩的岩性组合 ， 颜色、 岩 性 组合 基本 一 致 ， 锆 石 年 龄为 1 3 4 3 2 5 Ma ， 把 它 们归为中元古界温泉沟岩组和青办食宿站岩组 比较 合适 ， 它们属 于一 大套 玄 武 岩 、 碎 屑 岩 、 碳 酸盐 岩 组 成 的洋 岛地层 序 列 。南侧 的 内部特 征 则大 不 相 同 。 变碎屑岩系发育两套不同的类型。一套为被后期构 造破坏， 发生强烈的变形和变质 ， 沉积构造大部被破 坏 ， 原始层理多被片理、 板理所置换 。另一套后期构 造破坏较轻 ， 基本保留了沉积构造。根据岩性组合 对比， 前者应归为纳赤台群变碎屑岩系 ， 后者归为赛 什腾 组第一 段 。纳 赤台岩 群变碎 屑岩 系夹碳酸 盐岩 的年龄可据测区以西老道沟一带纳赤台岩群变碎屑 岩系夹碳酸盐岩中采获的奥 陶纪牙形石予以确认。 纳赤台岩群在南侧应 由 4部分组成。变超镁铁岩、 变玄武岩、 变碎屑岩 、 碳酸盐岩和赛什腾组第一段变 碎屑 岩系 。它们虽 然强烈 混杂 ， 又经历 过后期 改造 ， 但多 少保 留了沉积 构造 和岩石组 分 的特 点 。超 镁铁 矿物岩石地球化学通报 岩具 残 留洋壳特 征 ， 变玄武 岩 夹板岩 、 硅 质岩具 洋 岛 沉积 的特 征 。变 碎 屑 岩 的岩 屑 组 分 含 量较 高 ， 长石 为 5 2 0 ， 分选 和成 熟度 很低 ， 具 碎 屑流 的 沉积 特点 。碳酸盐岩很可能为外来的 ， 本身含有不少陆 源细 碎屑 岩组分 ， 石英 含 量 为 5 9 6 3 0 ， 具 近 岸碳 酸盐岩沉积的特点。赛 什腾组为