北祁連加里東期硅質(zhì)巖稀土元素地球化學(xué)特征及其構(gòu)造背景

北祁連加里東期硅質(zhì)巖稀土元素地球化學(xué)特征及其構(gòu)造背景

北祁連加里東造山帶位于青藏高原西北邊緣。柴達(dá)木-中祁連地塊與華北板塊碰撞形成的造山帶。自20世紀(jì)70年代末以來(lái)，隨著板塊理論的引入，北祁連加里東造山帶的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造發(fā)育引起了科學(xué)家的高度關(guān)注。在北祁連白牙巖石、火山巖、藍(lán)片巖和高壓變質(zhì)帶的構(gòu)造變形和大地構(gòu)造的發(fā)展方面取得了巨大成功。然而，也有對(duì)北祁連早古生代海洋性質(zhì)的不同理解。古海洋學(xué)是當(dāng)前造山帶地質(zhì)調(diào)查的一個(gè)前沿領(lǐng)域。對(duì)造山帶的形成、發(fā)展和大地構(gòu)造背景的研究具有重要的理論意義。北祁連寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)位于造山帶-大陸架發(fā)育階段，與大陸架盆地相連，成立于島拱后。硅質(zhì)巖沉積在造山帶，可作為分析造山帶古海性質(zhì)，了解北祁連奧陶紀(jì)古海模型和構(gòu)造背景。1巖石學(xué)特征及火山巖成分北祁連加里東期造山帶位于華北板塊西南緣龍首山與中祁連之間,北界為龍首山斷裂,南緣與中祁連北緣斷裂相接.東端為同心-固原右行走滑斷裂,西端為左行走滑的阿爾金斷裂所截切(圖1).根據(jù)馮益民和何世平的劃分方案,北祁連造山帶自北向南可以劃分為河西走廊弧后盆地、北祁連島弧、俯沖雜巖和消減洋殼殘片等不同的單元,并可歸并為河西走廊弧后盆地、北祁連島弧、海溝俯沖雜巖3個(gè)構(gòu)造分區(qū)(圖1).北祁連寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)地層分布廣泛,地層發(fā)育良好,屬于祁連地層區(qū)北祁連分區(qū).按照甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局地層清理的劃分意見(表1),北祁連寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)地層特征主要為火山巖、碎屑巖、泥質(zhì)巖、灰?guī)r及硅質(zhì)巖沉積.北祁連寒武系黑茨溝組以火山巖、火山碎屑巖為主,夾少量細(xì)碎屑巖、硅質(zhì)巖及灰?guī)r透鏡體.黑茨溝組火山巖為海底火山熔巖、火山碎屑巖,雙峰式火山噴發(fā)特征反映其為典型的大陸裂谷火山活動(dòng)的產(chǎn)物.北祁連晚寒武世-早奧陶世香毛山組,主要為淺變質(zhì)的碎屑巖、泥質(zhì)巖夾結(jié)晶灰?guī)r,局部夾火山碎屑巖,內(nèi)含豐富的淺海相三葉蟲、腕足類化石.中、晚寒武世大黃山組(甘肅)和香山群(寧夏)以淺海碎屑巖沉積為主,代表北祁連裂谷擴(kuò)展過程中產(chǎn)物.早奧陶世,北祁連廣泛分布陰溝組(天祝-景泰-帶為車輪溝群),中、下奧陶統(tǒng)中堡群.陰溝組和車輪溝群主要由玄武巖、安山玄武巖、安山巖及火山碎屑巖組成,內(nèi)夾各類巖屑砂巖、板巖、硅質(zhì)巖及灰?guī)r.火山巖以溢流相為主,局部發(fā)育噴發(fā)相,以塊狀和枕狀熔巖為主.火山巖東西向延伸800km,最大厚度5000m以上,最薄處小于1000m.中、下奧陶統(tǒng)中堡群包括海相火山巖和正常沉積巖.海相火山巖以基性和中基性火山巖為主體,由下至上為玄武巖、玄武安山巖、細(xì)碧玢巖、角礫熔巖、細(xì)碧火山碎屑巖、堿性粒玄巖和粗面巖等,巖石化學(xué)分類分屬島弧拉斑玄武巖、鈣堿性玄武巖和橄欖玄粗巖系.沉積巖包括硅質(zhì)巖、砂板巖和塊狀灰?guī)r等,呈夾層或者規(guī)模不等的透鏡體與火山巖共生,形成熔巖-火山碎屑巖-火山巖夾沉積巖-沉積巖的巖石系列.北祁連中、上奧陶統(tǒng)包括中奧陶統(tǒng)斯家溝組、妖魔山組、天祝組,上奧陶統(tǒng)南石門子組、扣門子組和斜壕組.斯家溝組以鈣質(zhì)頁(yè)巖和瘤狀灰?guī)r交互為特征.妖魔山組以巨厚層-塊狀灰?guī)r覆蓋于中堡群之上.天祝組主要為紫紅色-灰綠色砂礫巖、砂巖、粉砂巖及頁(yè)巖,底部局部見厚達(dá)百米的底礫巖.上奧陶統(tǒng)南石門子組、扣門子組見于北祁連西部,南石門子組為泥質(zhì)板巖、變粉砂巖、砂巖、硅質(zhì)巖夾灰?guī)r、泥灰?guī)r.扣門子組為安山質(zhì)火山巖、火山凝灰?guī)r,夾灰?guī)r及碎屑巖.斜壕組見于北祁連東段,下部為細(xì)砂巖,向上為砂-頁(yè)巖互層,局部頂部出現(xiàn)灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r.北祁連山自北向南發(fā)育多條蛇綠巖帶,包括玉門榆樹溝-肅南九個(gè)泉-肅南百泉門-景泰老虎山蛇綠巖帶、肅南大岔大坂蛇綠巖帶、祁連邊馬溝-百經(jīng)寺蛇綠巖帶、祁連玉石溝-川刺溝-小八寶蛇綠巖帶.與蛇綠巖共生發(fā)育多套火山巖和硅質(zhì)巖,火山巖研究表明上述蛇綠巖共生的火山巖分別代表洋殼火山巖(玉石溝-小八寶山、邊馬溝-百經(jīng)寺)、島弧火山巖(大岔大坂)、弧后盆地火山巖(榆樹溝-老虎山).與上述蛇綠巖帶及火山巖共生的有多處硅質(zhì)巖.2露池硅質(zhì)巖研究北祁連寒武系和中、下奧陶統(tǒng)硅質(zhì)巖主要夾于基性火山巖、火山碎屑巖或細(xì)粒沉積巖中.包括永登甘露池、天祝石青洞、向前山等地寒武系黑茨溝組硅質(zhì)巖,玉門骯臟溝、肅南邊馬溝、大岔大坂、百泉門、九個(gè)泉,永登石灰溝、甘露池,天祝大克岔、黑茨溝,古浪毛毛山,景泰老虎山、崔家墩等地奧陶系硅質(zhì)巖.這些硅質(zhì)巖呈灰色、深灰色,中厚層狀-薄層狀,風(fēng)化后顯紅色,反映巖石中鐵質(zhì)較高,與深海硅質(zhì)巖類似.硅質(zhì)巖的顯微薄片分析表明,巖石呈隱晶質(zhì)或微晶狀,未見重結(jié)晶現(xiàn)象.與野外觀察相一致,反映巖石未經(jīng)重結(jié)晶成巖作用和變質(zhì)作用改造.硅質(zhì)巖樣品處理過程中,首先用清水去除巖石表面的風(fēng)化殘余物,爾后進(jìn)行粗粉碎,選擇新鮮樣品送樣.樣品由湖北省巖礦測(cè)試中心進(jìn)行細(xì)粉碎制樣,每件樣品分兩份,一份由湖北省巖礦測(cè)試中心進(jìn)行X熒光主量元素測(cè)試,另一份由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程和礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室ICP-MS實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行微量元素和稀土元素測(cè)試.3巖石學(xué)和礦物學(xué)特征硅質(zhì)巖的常量元素、微量元素和稀土元素地球化學(xué)特征可以幫助恢復(fù)其形成環(huán)境及其各種背景,已成為古海洋分析的重要手段[7~14].Murray收集了世界各地早古生代至晚第三紀(jì)有代表性的硅質(zhì)巖地球化學(xué)資料,包括陸源層序和DSDP,ODP樣品,總結(jié)了廣泛適用各種沉積環(huán)境的地球化學(xué)判別標(biāo)志.硅質(zhì)巖中的SiO2主要來(lái)自生物和海底火山作用,由于大多數(shù)硅質(zhì)巖都含有硅質(zhì)微生物,因此生物來(lái)源可能更為重要.熱液影響的硅質(zhì)巖,類似于熱水沉積的硅質(zhì)巖.由于熱液影響的樣品不能反映硅質(zhì)巖的沉積環(huán)境和沉積背景,因此在分析其形成環(huán)境和構(gòu)造背景時(shí)應(yīng)該剔除熱液影響的樣品.北祁連寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)硅質(zhì)巖一般呈層狀產(chǎn)出,顏色為深灰色、灰黑色或紅黑色,主要為沉積成因的.部分硅質(zhì)巖沉積受熱液影響,可以通過常量元素特征判別.3.1巖石學(xué)和礦物學(xué)特征常量元素Fe,Mn,Al的含量對(duì)于區(qū)分熱液成因硅質(zhì)巖與生物成因硅質(zhì)巖具有重要意義.硅質(zhì)巖中Fe,Mn的富集主要與熱液的參與有關(guān),而Al的富集則與陸源物質(zhì)的介入有關(guān).Adachi等擬定了Al-Fe-Mn三角圖解,所有熱液成因硅質(zhì)巖比值均落于圖解富Fe端,非熱液成因硅質(zhì)巖比值均落于圖解富Al端.Bostrom和Peterson等,Bostrom等提出Al/(Al+Fe+Mn)比值是判斷硅質(zhì)巖成因的重要參數(shù),該比值隨著遠(yuǎn)離擴(kuò)張中心距離的增大而增高,并與熱液系統(tǒng)的影響有關(guān).Bostrom等提出,海相沉積中Al/(Al+Fe+Mn)值以Al/(Al+Fe+Mn)=0.4為界,小于0.4為熱液成因,大于0.4反映碎屑來(lái)源.Adachi等和Yamamoto指出這個(gè)比值在0.01(純熱液成因)到0.60(純生物成因)之間變化.Murray等[10~12]研究證明,Mn是硅質(zhì)巖形成過程中分離出來(lái)的,Mn和Al的比值不能反映沉積物的沉積環(huán)境,建議用Al/(Al+Fe)比值判斷構(gòu)造背景.洋中脊Al/(Al+Fe)值平均為0.12;北太平洋硅質(zhì)巖的Al/(Al+Fe)比值平均為0.32;日本中部的三疊紀(jì)大陸邊緣的層狀硅質(zhì)巖Al/(Al+Fe)平均為0.6(Sugisaki等)、DSDP62的白堊紀(jì)硅質(zhì)巖Al/(Al+Fe)值為0.62.Murray利用已知沉積環(huán)境的硅質(zhì)巖化學(xué)成分比值擬定圖解,如100×(Fe2O3/SiO2)-100×(Al2O3/SiO2),Fe2O3/(100-SiO2)-Al2O3(100-SiO3)和Fe2O3/TiO2-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)圖解,圈定了大陸邊緣、大洋盆地和洋中脊硅質(zhì)巖投影區(qū).北祁連永登甘露池,天祝石青洞、向前山寒武系黑茨溝組硅質(zhì)巖Al/(Al+Fe+Mn)值絕大部分大于0.4,僅有兩個(gè)樣品小于0.4(S4,X4),反映寒武紀(jì)硅質(zhì)巖成因主要為碎屑成因,未受熱液作用影響,2個(gè)樣品受一定程度的熱液作用影響.奧陶紀(jì)硅質(zhì)巖除黑茨溝陰溝組H6(0.24)、毛毛山中堡群MM-3(0.29)、石灰溝中堡群Y304(0.38)、老虎山中堡群L03-1(0.13)和L04-1(0.01)、九個(gè)泉陰溝組Db17(0.37)和Db18(0.28)、邊馬溝陰溝組Db19(0.36)、百泉門陰溝組J201(0.39)外,其他樣品均大于0.4(表2,3).說明該區(qū)硅質(zhì)巖除個(gè)別樣品外,受熱液影響不明顯,為碎屑成因.以硅質(zhì)巖的Al/(Al+Fe)值判別期構(gòu)造成因(表3).北祁連永登甘露池,天祝石青洞、向前山寒武系黑茨溝組硅質(zhì)巖Al/(Al+Fe)值除受熱液影響的兩個(gè)樣品小于0.4(石青洞樣品S4,向前山樣品X4),3個(gè)樣品大于0.7,其他4個(gè)樣品在0.4~0.6之間.反映寒武紀(jì)甘露池硅質(zhì)巖成因主要為大陸邊緣成因,石青洞、向前山硅質(zhì)巖介于大陸邊緣與大洋盆地構(gòu)造背景之間.天祝大克岔奧陶紀(jì)陰溝組9個(gè)樣品硅質(zhì)巖Al/(Al+Fe)值均大于0.6,為大陸邊緣成因.景泰崔家墩奧陶紀(jì)陰溝組硅質(zhì)巖4個(gè)樣品Al/(Al+Fe)值兩個(gè)大于0.6,2個(gè)小于0.4,分別接近于為大陸邊緣和大洋盆地.毛毛山奧陶紀(jì)中堡群硅質(zhì)巖2個(gè)樣品一個(gè)受熱液影響不計(jì),另一個(gè)樣品Al/(Al+Fe)值為0.56,接近于為大陸邊緣成因.黑茨溝奧陶紀(jì)陰溝組4個(gè)樣品一個(gè)樣品受熱液影響(H6),其他3個(gè)樣品Al/(Al+Fe)值在0.4~0.6之間,介于大陸邊緣和大洋盆地成因之間.永登石灰溝奧陶紀(jì)中堡群共有14件硅質(zhì)巖樣品,除一個(gè)樣品受熱液影響,其他樣品有3個(gè)樣品大于0.6,2個(gè)樣品介于0.4~0.6之間,其他樣品均小于0.4,其中S28-1樣品最低,為0.07,反映石灰溝奧陶紀(jì)中堡群硅質(zhì)巖更接近于大洋盆地和洋中脊成因.景泰老虎山奧陶紀(jì)中堡群5件硅質(zhì)巖樣品兩件樣品(L03-1,L04-1)受熱液影響,其他3件樣品Al/(Al+Fe)值1個(gè)樣品大于0.6,2個(gè)樣品大于0.4,分別接近于大陸邊緣和大洋盆地成因.玉門骯臟溝奧陶紀(jì)陰溝組2件硅質(zhì)巖樣品Al/(Al+Fe)值均在0.4~0.6之間,接近于大洋盆地成因肅南九個(gè)泉奧陶紀(jì)陰溝組4件樣品2件樣品受熱液影響,其他2件樣品分別為0.50,0.73,為大陸邊緣成因.肅南邊馬溝奧陶紀(jì)陰溝組兩件樣品1件樣品受熱液影響,另一件樣品Al/(Al+Fe)值為0.33,接近于大洋盆地成因.肅南大岔大坂奧陶紀(jì)陰溝組5件硅質(zhì)巖樣品Al/(Al+Fe)值,1個(gè)樣品為0.45,1個(gè)樣品為0.58,其他3個(gè)樣品均大于0.6,反映主要為大陸邊緣成因.肅南百泉門8件樣品,1個(gè)樣品受熱液影響不計(jì),其他6個(gè)樣品Al/(Al+Fe)值在0.5~0.8之間,1個(gè)樣品為0.47,也反映主要為大陸邊緣成因.把寒武紀(jì)硅質(zhì)巖樣品數(shù)據(jù)投入Al-Fe-Mn圖解(圖2(a))中,2別樣品接近于熱液成因區(qū),反映受一定熱液作用影響.其他樣品均落在生物成因巖硅質(zhì)巖區(qū)或富Al端,說明這些硅質(zhì)巖以生物成因?yàn)橹?未受熱液活動(dòng)參與.將研究區(qū)硅質(zhì)巖巖石化學(xué)換算后投入100×(Fe2O3/SiO2)-100×(Al2O3/SiO2)(圖2(b))Fe2O3/(100-SiO2)-Al2O3(100-SiO3)(圖2(c))和Fe2O3/TiO2-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)(圖2(d))圖解中,除受熱液影響的樣品落入洋中脊區(qū)不計(jì)外,其他大部分投點(diǎn)落入大陸邊緣盆地及附近和遠(yuǎn)洋盆地范圍,反映該區(qū)的硅質(zhì)巖主要形成于大陸邊緣盆地的構(gòu)造背景,部分樣品接近于遠(yuǎn)洋盆地的構(gòu)造背景.將奧陶紀(jì)硅質(zhì)巖樣品數(shù)據(jù)投入Al-Fe-Mn圖解(圖3)中,4個(gè)樣品落在熱液成因的硅質(zhì)巖區(qū),包括樣品23(毛毛山,MM3)、25(黑茨溝,H6)、43(老虎山,L03-1)、44(老虎山,L04-1),這些樣品的Al/(Al+Fe+Mn)值均小于0.30左右,反映受熱液作用明顯.12個(gè)樣品落在熱液成因的硅質(zhì)巖和生物成因硅質(zhì)巖區(qū)外,包括樣品19(崔家墩,CJ-2)、20(崔家墩,CJ-5)、21(崔家墩,CJ-8)、32(石灰溝,Y304)、36(石灰溝,SH6-8)、42(石灰溝,SH-8)、51(九個(gè)泉,(Db14)、52(九個(gè)泉,(Db17)、53(九個(gè)泉,(Db18)、54(邊馬溝,Db19)、55(邊馬溝,Db21)、62(九個(gè)泉,J201),這些樣品的Al/(Al+Fe+Mn)值均在0.40左右,反映受一定的熱液作用影響.其他樣品點(diǎn)均落在生物成因巖硅質(zhì)巖區(qū)或附近,說明這些硅質(zhì)巖屬于生物成因,未受熱液活動(dòng)影響.將研究區(qū)硅質(zhì)巖巖石化學(xué)換算后投入100×(Fe2O3/SiO2)-100×(Al2O3/SiO2)(圖4(a)),Fe2O3/(100-SiO2)-Al2O3(100-SiO3)(圖4(b))和Fe2O3/TiO2-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)(圖4(c))圖解中,除明顯受熱液影響的樣品(樣品25,32,43,44和62)落入洋中脊區(qū)不計(jì)外,其他大部分投點(diǎn)落入大陸邊緣盆地區(qū)及大陸邊緣與遠(yuǎn)洋盆地重疊區(qū),反映該區(qū)的硅質(zhì)巖主要形成于大陸邊緣盆地的構(gòu)造背景,部分樣品接近于遠(yuǎn)洋盆地的構(gòu)造背景.3.2洋中脊、洋中脊、海底內(nèi)ce異常特征硅質(zhì)巖的稀土元素總量(ΣREE)在受陸源影響的環(huán)境中含量較高(如大陸邊緣盆地和殘余盆地),但在遠(yuǎn)離陸源的遠(yuǎn)洋和深海盆地中,沉積速率越低,硅質(zhì)巖在海水中吸附的稀土元素越多[8~12].Lan/Ybn和形成環(huán)境有關(guān),與稀土元素總量的趨勢(shì)一致.在受陸源影響的環(huán)境中,輕稀土富集比較明顯(Lan/Ybn)=1.49~1.74).而在遠(yuǎn)洋和深海盆地中,輕稀土明顯虧損(Lan/Ybn為0.70左右),洋中脊更低,平均為0.3左右.硅質(zhì)巖中的Lan/Cen與之相反,大陸邊緣的Lan/Cen為0.5~1.5,大洋盆地為1.0~2.5,洋中脊為3.5.硅質(zhì)巖中的Ce異常δCe受介質(zhì)性質(zhì)、陸源供給、沉積速率影響[8~12].現(xiàn)代環(huán)境研究表明,河水中Ce與其他輕稀土元素沒有發(fā)生分餾.Elderfield等報(bào)道了40條河流中δCe介于0.7~1.2之間,δCe平均值為1.0.海灣與河流具有相似的Ce異常特征,近岸海水的REE含量與主要河流的流量、注入淡水的體積以及沿岸海水與開放洋盆間的水循環(huán)狀況有關(guān),沿岸海水中δCe與海灣水相似,在頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化模式圖上沒有明顯的Ce異常,δCe=0.8~1.2.開放洋盆中海水具有極低的δCe值介于0.2~0.3之間,δCe可隨海水深度不同而發(fā)生變化,無(wú)氧水比含氧水具有更高的值,反映了氧化還原條件對(duì)Ce的控制作用.沉積物中Ce異常與沉積介質(zhì)中的Ce異常相關(guān).大陸邊緣水體中Ce異常虧損不明顯,Murray等統(tǒng)計(jì)大陸邊緣的硅質(zhì)巖的δCe平均為0.67~1.35,受陸源物質(zhì)影響,局限海盆或洋盆(如地中海、紅海)也沒有明顯的Ce負(fù)異常顯示.但典型開放洋盆中海水的Ce極度虧損.深海沉積物表面Ce異常明顯虧損,δCe=0.25左右,如東太平洋洋隆2000~3000m深處的海水δCe為0.04.由此可以看出,Ce的明顯負(fù)異常特征可指示遠(yuǎn)洋環(huán)境.3.2.1大陸邊緣硅質(zhì)巖由于熱液成因的硅質(zhì)巖稀土元素受熱液影響改變了稀土元素構(gòu)成難以反映硅質(zhì)巖的構(gòu)造背景.因此將上述熱液成因的硅質(zhì)巖剔除,進(jìn)行硅質(zhì)巖的稀土元素特征分析.北祁連永登甘露池,天祝石青洞、向前山寒武系黑茨溝組硅質(zhì)巖稀土元素除個(gè)別樣品外,總量總體較低.其中永登甘露池3個(gè)樣品分別為93.8,16.7和59.1.天祝石青洞1個(gè)樣品為56.7.天祝向前山3個(gè)樣品最大的為20.8,其他的均小于20(表4,5).上述寒武系黑茨溝組的稀土元素總量反映除甘露池接近大洋盆地外,其他地區(qū)硅質(zhì)巖為大陸邊緣構(gòu)造背景.寒武紀(jì)Lan/Ybn反映的輕重稀土元素分異差別較大.永登甘露池3個(gè)樣品分別為1.21,2.11和1.69.天祝石青洞1個(gè)樣品為0.74.天祝向前山3個(gè)樣品分別為0.77,0.28和0.11(表5).上述寒武系黑茨溝組的稀土元素Lan/Ybn反映的輕重稀土元素分異說明甘露池更接近于大陸邊緣背景,天祝石青洞、向前山接近于大洋盆地的構(gòu)造背景.與Lan/Ybn相反,北祁連寒武紀(jì)硅質(zhì)巖Lan/Cen值除了受熱液影響的樣品外,永登甘露池3個(gè)樣品分別為0.94,1.04和1.44.天祝石青洞1個(gè)樣品為1.14.天祝向前山3個(gè)樣品分別為1.64,1.04和0.90(表5).7個(gè)樣品的Lan/Cen值6個(gè)樣品在大陸邊緣背景0.5~1.5之間,反映主要為大陸邊緣的構(gòu)造背景.1個(gè)樣品大于1.5,接近大洋盆地構(gòu)造背景.北祁連寒武紀(jì)硅質(zhì)巖的δCe反映的Ce副異常不明顯.δCe值4個(gè)樣品介于0.7~1之間,其他樣品均大于1,不具備Ce副異常(表5),明顯不同于大洋盆地的明顯的Ce負(fù)異常,接近于大陸邊緣盆地的Ce異常特征.甘露池、石青洞兩地稀土元素配分模式呈平坦?fàn)?圖5),即不同于大陸邊緣的明顯輕稀土元素富集的配分模式,也不同于開放洋盆的重富集的配分模式.天祝向前山的硅質(zhì)巖以北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分模式圖呈重稀土富集的配分特征,接近于大洋盆地的重稀土富集的配分模式.反映北祁連寒武紀(jì)總體處于距離陸源較遠(yuǎn)的大陸邊緣及遠(yuǎn)洋盆地的構(gòu)造背景.3.2.2北祁連奧陶紀(jì)硅質(zhì)巖的ce北祁連奧陶紀(jì)硅質(zhì)巖稀土元素總量(ΣREE)差別較大(表5).其中天祝大克岔9個(gè)樣品2個(gè)樣品小于50,2個(gè)樣品小于80,5個(gè)樣品大于100.天祝黑茨溝3個(gè)樣品均小于50.古浪毛毛山中堡群硅質(zhì)巖的稀土元素總量為281.7.景泰崔家墩陰溝組4件樣品硅質(zhì)巖稀土元素總量均大于200.而景泰老虎山中堡群硅質(zhì)巖2個(gè)樣品分別為41.37和56.28.永登石灰溝14件樣品稀土元素總量有5個(gè)樣品大于100,2個(gè)樣品在50~80之間,7個(gè)樣品小于50.玉門骯臟溝陰溝組2件樣品稀土元素總量小于30.肅南邊馬溝的1個(gè)硅質(zhì)巖樣品稀土元素總量為137.30.肅南九個(gè)泉的2件樣品均小于70.白泉門的8件樣品除樣品J505為103.2外,其他7件樣品有4件介于60~80之間,4件小于60.大岔大坂5件樣品2件大于100,1件接近100(Db29為94.85),其他2件均小于60.反映古浪毛毛山、肅南邊馬溝、景泰崔家墩為遠(yuǎn)離陸源的大洋盆地背景,天祝黑茨溝、景泰老虎山、玉門骯臟溝、九個(gè)泉、百泉門為大陸邊緣的構(gòu)造背景.天祝大克岔、永登石灰溝、肅南大岔大坂介于大陸邊緣和大洋盆地之間的構(gòu)造背景.北祁連奧陶紀(jì)硅質(zhì)Lan/Ybn反映的輕重稀土元素分異也存在差別(表5).其中天祝大克岔9個(gè)樣品平均為0.94,其中2個(gè)樣品小于0.5,2個(gè)樣品在0.5和1之間,5個(gè)樣品大于1.天祝黑茨溝3個(gè)樣品為0.66,0.68和1.58,平均為0.97.古浪毛毛山中堡群硅質(zhì)巖的Lan/Ybn為1.91.景泰崔家墩陰溝組4件樣品均大于1,小于1.5.而景泰老虎山中堡群硅質(zhì)巖2個(gè)樣品都大于或接近1,小于1.5.永登石灰溝14件樣品平均為1.24,其中有7個(gè)樣品大于1.5,1個(gè)樣品介于1~1.5之間,3個(gè)樣品在0.5~0.8之間,3個(gè)樣品小于0.5.玉門骯臟溝陰溝組2件樣品均小于0.5.肅南邊馬溝的1個(gè)硅質(zhì)巖樣品Lan/Ybn為0.95.九個(gè)泉的2件樣品分別為0.25和0.84.百泉門8件樣品平均為1.37,其中有4件樣品小于1,2件樣品大于1.5,2件樣品在1~1.5之間.大岔大坂5件樣品平均為0.79,其中2件接近1,其他3件均大于0.6,小于0.9.Lan/Ybn值反映玉門骯臟溝為遠(yuǎn)離大陸邊緣的大洋盆地背景,其他地區(qū)主要為受不同程度的陸源影響的大陸邊緣背景.北祁連奧陶紀(jì)硅質(zhì)Lan/Cen值絕大部分在0.5~1.5之間(表5),總體屬于大陸邊緣構(gòu)造成因.北祁連奧陶紀(jì)硅質(zhì)巖的δCe反映的Ce副異常不明顯.其中15個(gè)樣品δCe值大于1,不具備Ce副異常.其他樣品均介于0.6~1之間(表5),明顯不同于大洋盆地和洋中脊的明顯的Ce負(fù)異常,接近于大陸邊緣盆地的Ce異常特征.從北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分模式圖可以看出,天祝大克岔、景泰崔家墩、永登石灰溝、古浪老虎山的樣品和肅南大岔大坂、百泉門、九個(gè)泉的大部分樣品稀土配分模式呈平坦?fàn)?圖6),景泰崔家墩稀土配分模式略呈右傾的輕稀土元素富集的配分模式,肅南邊馬溝、九個(gè)泉、玉門骯臟購(gòu)和肅南大岔大坂、百泉門的少部分樣品略呈左傾的重稀土元素富集的配分模式.這種稀土配分模式即不同于大陸邊緣的明顯右傾的輕稀土元素富集配分模式,也不同于開放洋盆的明顯左傾的重稀土富集配分模式,反映北祁連奧陶系主要處于遠(yuǎn)離陸源區(qū)的大陸邊緣和深海盆地背景.綜上所述,北祁連奧陶紀(jì)的硅質(zhì)巖沉積地球化學(xué)特征具有明顯不同于典型大陸邊緣-遠(yuǎn)洋盆地的特征.與海溝、島弧、弧后盆地共生的不同地區(qū)的硅質(zhì)巖的構(gòu)造背景既缺乏典型的陸源供應(yīng)充裕的大陸邊緣特征,也不是典型的遠(yuǎn)洋盆地特征,反映總體為遠(yuǎn)離陸源區(qū)的大陸邊緣-有限洋盆背景.這種結(jié)果與徐學(xué)義等、錢青等對(duì)北祁連老虎山、石灰溝的分析結(jié)果一致.值得指出的是,徐學(xué)義等對(duì)玉石溝、川刺溝與洋脊伴生的硅質(zhì)巖進(jìn)行了研究.玉石溝、川刺溝與洋脊伴生的硅質(zhì)巖δCe為0.51~0.75,平均值為0.63,Lan/Ybn為0.32~0.51,平均值為0.37.其構(gòu)造背景即不是典型的大陸邊緣,更不是典型的遠(yuǎn)洋盆地.4寒武紀(jì)北祁連-北生代裂谷盆地北祁連加里東期的構(gòu)造演化,尤其是奧陶紀(jì)的構(gòu)造背景,一直存在裂谷盆地、坳拉槽盆地和大洋盆地的不同認(rèn)識(shí).一些學(xué)者認(rèn)為,北祁連從新元古代末期是在晚元古代Rodinia聯(lián)合大陸基礎(chǔ)上裂解,經(jīng)由寒武紀(jì)華北板塊南緣開始裂陷形成裂谷盆地,早奧陶世形成了大洋和溝-弧-盆體系.馮益民、何世平認(rèn)為北祁連早古生代存在板塊機(jī)制,但早古生代的火山巖和基性超基性雜巖的構(gòu)造背景為陸緣及陸內(nèi)裂陷和裂谷環(huán)境.葛肖虹和劉俊來(lái)認(rèn)為奧陶紀(jì)為坳拉槽盆地而非大洋盆地.志留紀(jì)-早、中泥盆世華北板塊和柴達(dá)木地塊碰撞造山形成北祁連山加里東造山帶的前陸盆地[26~28].對(duì)北祁連早古生代構(gòu)造背景的不同認(rèn)識(shí)的主要原因在于奧陶紀(jì)的盆地成因類型的認(rèn)識(shí)不同.從北祁連元古代到早古生代的構(gòu)造演化及沉積地球化學(xué)特征可以看出北祁連早古生代可能不是典型的裂谷盆地,也不是典型的大洋盆地,而是一個(gè)寬闊的多島洋盆地.北祁連山早元古代的“北大河巖群”中、高級(jí)變質(zhì)巖為該區(qū)的變質(zhì)基底.北祁連和河西走廊的“阿拉善運(yùn)動(dòng)”和南、中祁連的“煌源運(yùn)動(dòng)”形成了中、上元古界底部的區(qū)域不整合.該區(qū)中元古界-上元古界碎屑巖、火山巖和火山碎屑巖、含疊層石和鮞粒的碳酸鹽巖及泥質(zhì)巖的地層序列與華北薊縣的中、上元古界及華南神農(nóng)架的中、上元古界類似.北祁連震旦系大部缺失,發(fā)育于北祁連西段肅北地區(qū)的震旦系與青白口系角度不整合接觸,其他地區(qū)寒武系不整合于上元古界青白口系之上,巖性以碎屑巖、白云巖、泥質(zhì)巖、火山碎屑巖為主.因此在元古代后期,位于華南、華北之間的北祁連-北秦嶺元古代洋盆已經(jīng)萎縮或閉合,對(duì)應(yīng)于Rodinia超大陸的形成.北祁連寒武系黑茨溝組以火山巖、火山碎屑巖為主,夾少量細(xì)碎屑巖、硅質(zhì)巖及灰?guī)r透鏡體.火山巖為海底火山熔巖、火山碎屑巖,雙峰式火山噴發(fā)特征反映其為典型的大陸裂谷火山活動(dòng)的產(chǎn)物.寒武系香毛山組為淺變質(zhì)的碎屑巖、泥質(zhì)巖夾結(jié)晶灰?guī)r,局部夾火山碎屑巖,反映北祁連裂谷擴(kuò)展過程中,并沒有形成一個(gè)統(tǒng)一、完整的裂谷體系,而是又由一系列裂陷槽和斷隆起區(qū)組成的裂谷群.左國(guó)朝等對(duì)北祁連中-西段陸殼殘塊群的研究認(rèn)為,寒武紀(jì)北祁連存在一系列殘余陸塊群,也說明寒武紀(jì)北祁連并沒有形成完整、統(tǒng)一的裂谷體系.寒武紀(jì)黑茨溝組硅質(zhì)巖的常量元素Al/(Al+Fe+Mn)值(除熱液影響的樣品)平均為0.794,Al/(Al+Fe)值平均為0.627,δCe值平均為1.114,Lan/Ybn值平均為0.994,Lan/Cen平均為1.034.天祝向前山的硅質(zhì)巖以北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分模式呈重稀土富集的配分特征,接近于大洋盆地的重稀土富集的配分模式.甘露池、石青洞兩地稀土元素配分模式呈平坦?fàn)?圖5),即不同于大陸邊緣的明顯輕稀土元素富集的配分模式,也不同于開放洋盆的重富集的配分模式.這些稀土元素特征特征反映寒武紀(jì)硅質(zhì)巖形成于靠近或遠(yuǎn)離陸源的大陸邊緣裂谷盆地的構(gòu)造背景.北祁連奧陶紀(jì)的火山巖及蛇綠巖組合的研究均表明了大洋盆地的存在.北祁連早奧陶世陰溝組、車輪溝群)和早、中奧陶世中堡群火山巖以溢流相為主,局部發(fā)育噴發(fā)相,以塊狀和枕狀熔巖為主.祁連玉石溝-川刺溝-小八寶、邊馬溝-清水溝-百經(jīng)寺、肅南大岔大坂蛇綠巖帶組成的深層俯沖雜巖代表奧陶紀(jì)大洋-海溝俯沖雜巖組合;肅南白泉門、九個(gè)泉和景泰老虎山的蛇綠巖及淺層次俯沖雜巖代表奧陶紀(jì)弧后盆地的俯沖雜巖組合.肅南大岔大坂北側(cè)發(fā)育島弧火山巖,島弧火山巖的北側(cè)的肅南九個(gè)泉、百泉門-景泰老虎山一線發(fā)育弧后盆地的火山巖.九個(gè)泉、老虎山的弧后火山巖的常量元素、微量元素和稀土元素也具有弧后盆地火山巖特征.因此似乎北祁連地區(qū)早奧陶世發(fā)育了典型的具溝、弧、盆體系的活動(dòng)大陸邊緣,其中大岔大坂為火山島弧帶,該帶以南的邊馬溝、玉石溝的蛇綠巖帶為海溝俯沖和洋脊蛇綠雜巖,該帶北側(cè)的百泉門、九個(gè)泉一帶為弧后盆地.然而奧陶紀(jì)硅質(zhì)巖的研究卻與上述結(jié)論不完全一致[33~35].北祁連自西向東、由南向北深層次俯沖雜巖(玉石溝、川刺溝、邊馬溝、大岔大坂)、淺層次俯沖雜巖(九個(gè)泉、百泉門、骯臟溝、石灰溝、老虎山、毛毛山、崔家墩等)共生的硅質(zhì)巖的沉積地球化學(xué)特征反映上述各帶均不是典型的大洋盆地和洋中脊的構(gòu)造背景.Al/(Al+Fe+Mn)值(除熱液影響的樣品)平均為0.72,Al/(Al+Fe)值平均為0.58,δCe值平均為0.99,Lan/Ybn值平均為1.09,Lan/Cen平均為0.96.北祁連東段(天祝大克岔、景泰崔家墩、永登石灰溝、古浪老虎山)奧陶紀(jì)硅質(zhì)巖以北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分模式呈平坦?fàn)?西段(肅南大岔大坂、百泉門、九個(gè)泉)奧陶紀(jì)硅質(zhì)巖的稀土元素配分模式既有平坦?fàn)钜灿新猿首髢A的重稀土元素富集的配分模式,東段景泰崔家墩稀土配分模式略呈右傾的輕稀土元素富集的配分模式(圖6).這些特征即不同于大陸邊緣的明顯輕稀土元素富集的配分模式,也不同于開放洋盆的重富集的配分模式,反映上述各種類型盆地硅質(zhì)巖的構(gòu)造背景不是典型的遠(yuǎn)洋盆地和洋中脊背景,而是部分靠近、部分遠(yuǎn)離陸源的大陸邊緣深水盆地、多島洋的構(gòu)造背景.值得指出的是,北祁連中奧陶世妖魔山組巨厚的塊狀灰?guī)r覆蓋在下奧陶世中堡群火山巖和火山碎屑巖之上,在古浪縣古浪峽、天祝峽口驛、永登石灰溝等地,塊狀灰?guī)r厚度達(dá)50~80m,灰?guī)r除底部、頂部外,中部大部分巖層沒有層面分隔,為一巨大的塊體,橫向上也呈一丘狀隆起.因此為一典型的碳酸鹽建隆.該建隆除局部發(fā)育少量的生物之外,沒有發(fā)現(xiàn)由造架生物形成的骨架巖,也沒有發(fā)育由粘結(jié)生物形成的粘結(jié)巖、由障積生物形成的障積巖及生物灰?guī)r等,其主要巖性為灰泥巖及少量的含生物灰?guī)r.因此該碳酸鹽建隆是一個(gè)灰泥丘.除此之外,青海境內(nèi)的“亂石堆灰?guī)r”也屬于灰泥丘沉積.因此,在北祁連奧陶系的碳酸鹽建隆應(yīng)該是廣泛分布的.這些碳酸鹽建隆正是形成于奧陶紀(jì)火山島或水下隆起之上的淺水碳酸鹽建隆,也指示北祁連加里東期古洋盆是一個(gè)多島洋盆.晚加里東到早海西期(志留紀(jì)-早、中泥盆世)是北祁連沉積盆地與構(gòu)造演化