Geochemical characteristics and tectonic significance of Proterozoic Songshugou Formation volcanic rock in Qinling Mountain, Shaanxi Province
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摘要:
中新元古界松树沟岩组出露于周至黑河黄草坡南及榨水丰河街北等地，为一套呈残块分布的含气孔、杏仁，局部具枕状构造，角闪岩相变质的中基性火山岩系夹少量碎屑岩。通过对该岩组的分析，其与洋中脊岩石化学特征较为相似，曲线较为平坦，轻稀土元素相对富集、重稀土元素相对亏损。微量元素蛛网图显示高场强元素及大离子亲石元素富集的特征。从构造环境进行分析，松树沟岩组形成于洋中脊环境。
Abstract:The middle-upper Proterozoic Songshugou Formation is exposed in the south of Zhouzhiheihe Huangcaopo and the north of Zhashuifeng Street. It consists of basic igneous rocks with vesicular structure, amygdaloidal structure and local pillow structure, together with small amounts of clastic rocks. The basic igneous rocks experienced amphibolite facies metamorphism. An analysis of the Sognshugou Formation shows that, it is similar to the mid ocean ridge in petrochemical characteristics. The curve is flat, and there exists the enrichment of LREE relative to HREE. The trace element spider diagram shows it is rich in high field elements and large ion lithophile elements. An analysis of the structural environment shows that it is characteristic of the mid ocean ridge.
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Keywords:
- Shangdan zone /
- middle-upper Proterozoic /
- Songshugou Formation /
- mid ocean ridge
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秦岭作为分隔中国南北大陆的著名的大陆造山带，长期以来受到国际地学界的广泛关注，前人对秦岭造山带的形成与演化进行了不同领域的研究，认为秦岭造山带是华北陆块与扬子陆块对接碰撞而成的造山带[1]。秦岭造山带经历了3个主要演化阶段： ①前寒武纪古老基地形成演化阶段；②主造山期Pt3—T2）板块构造演化阶段；③中新生代陆内构造演化阶段[2]。东秦岭蛇绿岩主要分布在北秦岭南缘、商丹断裂带以北的狭窄地带，在陕西境内，东起商南县的富水、松树沟、清油河，经丹凤县的武关、桃花铺、瓷峪，商县的三十里铺、垃圾庙，户县的涝峪，周至县的黑河，西至凤县的岩湾。断续呈带状近东西向展布，严格受深大断裂的控制[3]。商丹带位于秦岭中部，宽8~10km，东西向延伸近千米，是秦岭主造山期板块的俯冲碰撞缝合带[2]。本文通过对松树沟岩组的岩石学、岩石化学特征的研究，讨论其形成的地质意义。
1. 地质背景
松树沟岩组出露于周至黑河黄草坡南、榨水丰河街北等地，为一套呈残块状分布的含气孔、杏仁构造，局部具枕状构造、角闪岩相变质的中基性火山岩系夹少量碎屑岩。向北与秦岭岩群以断裂为界，向南与丹凤岩组以糜棱岩带为界（图 1）。
1.1 变质基性火山岩
西川板庙沟剖面（图 2）由灰绿色中-粗粒斜长角闪岩、灰色-浅灰色长英质糜棱岩组成。其中斜长角闪岩自下而上、由细到粗组成4个韵律。碎屑岩夹层由下到上具薄-厚-薄的特征，总厚度大于955m。西部黑河一带，岩性为灰绿色-暗绿色块状细粒斜长角闪岩（局部绿帘石化）夹灰岩，厚564.5m。东部太河街、丰河街一带，呈残块或捕掳体且多被绿泥片岩、阳起石钠长片岩及岩体包绕。
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图 2 松树沟岩组剖面及枕状构造Figure 2. The profile and pillow structure of the Sognshugou Formation1.2 黄草坡变基性枕状熔岩
在黑河黄草坡一带，该枕状熔岩最典型的岩石组合为灰绿色枕状斜长角闪岩（原岩为枕状玄武岩）、绿帘石化斜长角闪岩，与含气孔、杏仁的基性火山岩为过渡关系，叠置厚度大于554.3m。变基性熔岩呈透镜体夹于基性火山岩中。黑河沟中变基性熔呈枕状构造，王家河一带熔岩呈块状构造。岩石中矿物压扁、拉长特征清楚。发育S1面理，变质为低角闪岩相。
2. 地球化学特征
岩石化学分析结果见表 1。松树沟岩组火山岩SiO2含量为46.73%~58.06%，平均值为51.25%，属中、基性火山岩，与世界典型的玄武岩值（49.20%）较为接近。在TAS图解（图 3-a）上，1、3号样品点落入玄武岩区，2号样品点落入安山岩区；在SiO2-AR图解（图 3）中，2号样品落入钙碱性区，1、3号样品点落入碱性区域。Na2O和K2O含量分别为1.95%~3.09%（平均值为2.61%）和0.49%~1.09%（平均值为0.75%），Na2O/K2O值变化范围较大，为2.57~4.54，平均值为3.70，总体显示富钠、贫钾的特征。固结指数值（SI）中等偏低，为29.66~31.64，平均值为33.12，表明岩石的固结性中等；分异指数（DI）也较低，为29.52~34.77，平均值为31.67，表明岩石分异程度较低；碱度率（AR）和里特曼指数（δ）分别为1.26~1.37（平均值为1.32）和0.39~2.83（平均值为1.83），表明岩石为亚碱性系列。
表 1 松树沟岩组变质火山岩岩石主量、微量和稀土元素分析结果Table 1. Major, trace and REE compositions of the Songshugou Formation volcanic rock含量 1 2 3 平均值 斜长角闪岩 SiO2 46.73 58.06 48.97 51.25 TiO2 1.24 0.64 1.16 1.01 Al2O3 14.93 11.78 14.98 13.90 Fe2O3 4.27 3.02 4.81 4.03 FeO 7.07 6.41 7.24 6.91 MnO 0.16 0.07 0.18 0.14 MgO 6.98 7.29 6.7 6.99 CaO 11.35 9.68 10.01 10.35 Na2O 3.09 1.95 2.8 2.61 K2O 0.68 0.49 1.09 0.75 P2O5 0.12 0.09 0.16 0.12 H2O+ 1.48 1.26 1.37 LoI 2.67 2.67 I 100.77 99.48 99.36 99.87 0 2.83 0.39 2.27 1.83 A/CNK 0.564 0.552 0.625 0.58 AR 1.33 1.26 1.37 1.32 SI 31.64 38.05 29.66 33.12 Na2O/K2O 4.54 3.98 2.57 3.70 DI 29.52 34.77 30.73 31.67 La 10.3 4.39 5.25 6.65 Ce 16.5 11.3 12.3 13.37 Pr 2.07 1.59 1.99 1.88 Nd 9.71 8.87 10.48 9.69 Sm 2.07 2.98 3.44 2.83 Eu 0.68 1.17 1.26 1.04 Gd 2.33 3.99 4.71 3.68 Tb 0.4 0.71 0.75 0.62 Dy 2.49 4.64 4.86 4.00 Ho 0.56 0.97 1.03 0.85 Er 1.38 2.74 2.9 2.34 Tm 0.21 0.37 0.38 0.32 Yb 1.2 2.4 2.47 2.02 Lu 0.18 0.34 0.35 0.29 Y 8.79 25 27 20.26 SREE 50.08 46.46 52.17 49.57 LREE 41.33 30.3 34.72 35.45 HREE 8.75 16.16 17.45 14.12 LREE/HREE 4.72 1.88 1.99 2.86 (La/Yb)N 6.16 1.31 1.52 3.00 δEu 0.94 1.04 0.96 0.98 δCe 0.83 1.05 0.93 0.94 Cr 259 380 208 282.33 Co 2.3 32 25 19.77 V 293 420 310 341.00 Ba < 50 140 330 235.00 Sr 108 140 130 126.00 W 19 14 26 19.67 Nb 12 36 20 22.67 Ta 34 29 19.5 27.50 Zr 115 86.9 90 97.30 Ti 5771 4500 4100 4790.33 Li > 3.0 0.28 0.14 0.21 Be 0.99 0.48 0.64 0.70 注:主量元素含量单位为%，微量和稀土元素单位为10-6 ![]()
图 3 松树沟岩组火山岩TAS图解(a)和AR-SiO2图解(b)Figure 3. TAS (a) and AR-SiO2 (b) diagram of the Songshugou Formation volcanic rock火山岩稀土元素总量（∑REE）较低且变化范围较大，为46.46×10-6~52.17×10-6，平均值为49.57× 10-6，远高于原始地幔值（∑REE=7.43×10-6）和球粒陨石值（∑REE=2.56×10-6）；轻稀土元素（LREE）含量为30.30×10-6~34.72×10-6，平均值为35.45×10-6；重稀土元素（HREE）含量为8.75×10-6~17.45×10-6，平均值为14.12×10-6；轻、重稀土元素比值（LREE/ HREE）为1.88~4.72，平均值为2.86。在球粒陨石标准化稀土元素配分模式（图 3）上，火山岩（除1号样品外）曲线呈现较为平坦的轻稀土元素相对富集、重稀土元素相对亏损的特征，(La/Yb)N为1.32~1.52，Eu具弱的亏损-富集，δEu为0.96~1.04。其与洋中脊富集型玄武岩（E-MORB）的配分模式相似。
在原始地幔标准化微量元素蜘蛛图（图 4）中，其与稀土元素配分模式（C1球粒陨石）相对应，与洋中脊亏损型玄武岩（N-MORB）的配分模式相似，显示高场强元素（如Nb、Zr、Ta）及大离子亲石元素（如Ba，Sr）富集的特征。
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图 4 松树沟岩组火山岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式（a）和微量元素原始地幔标准化蛛网图（b）Figure 4. Chondrite-normalized REE patterns (a) rock and trace element spider diagram (b) of the Songshugou Formation volcanic rock3. 讨论与结论
根据化石化学特征分析，松树沟岩组与洋中脊的岩石化学特征相似，曲线较平坦，轻稀土元素相对富集，重稀土元素相对亏损，微量元素蜘蛛图显示高场强元素及大离子亲石元素富集的特征。对构造环境进行分析，在Zr-Zr/Y图解（图 5-a）中，2个样品点落入洋中脊环境；在Zr-TiO2图解（图 5-b）中，2个样品点落入洋中脊环境。
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图 5 Zr-Zr/Y图解（a）和Zr-TiO2图解（b）WPB—板内玄武岩；MORB—洋中脊玄武岩；IAB—岛弧玄武岩；VAB—火山弧玄武岩Figure 5. Diagrams of Zr-Zr/Y(a) and Zr-TiO2 (b)综上所述，松树沟岩组变质火山岩具洋中脊火山岩的地球化学特征，其为商南松树沟蛇绿岩的西延部分。董云鹏等[4]在斜长角闪岩中测得全岩Sm-Nd同位素等时年龄为1030±46Ma，εNd(t)为+5.7，代表该蛇绿岩的年龄上限，模式年龄主要集中在1271~1442Ma之间，限定了松树沟蛇绿岩形成的下限年龄。松树沟小洋盆的闭合及蛇绿岩的构造侵位可能是秦岭南部的微陆块与华北陆块之间拼合作用的结果，在拼合过程中由华北陆块之南的微陆块组合拼贴形成扬子过渡性基底，并最终与华北陆块对接[5]。新元古代晚期发生扩张分裂，形成显生宙秦岭洋盆，并发展转化到显生宙的板块演化阶段[6]。
致谢: 成文过程中得到陕西区域地质矿产研究院王忠世高级工程师的悉心指导，李海平教授级高工提出了宝贵的修改意见，在此一并表示感谢。 -
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图 2 松树沟岩组剖面及枕状构造
Figure 2. The profile and pillow structure of the Sognshugou Formation
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图 3 松树沟岩组火山岩TAS图解(a)和AR-SiO2图解(b)
Figure 3. TAS (a) and AR-SiO2 (b) diagram of the Songshugou Formation volcanic rock
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图 4 松树沟岩组火山岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式（a）和微量元素原始地幔标准化蛛网图（b）
Figure 4. Chondrite-normalized REE patterns (a) rock and trace element spider diagram (b) of the Songshugou Formation volcanic rock
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图 5 Zr-Zr/Y图解（a）和Zr-TiO2图解（b）
WPB—板内玄武岩；MORB—洋中脊玄武岩；IAB—岛弧玄武岩；VAB—火山弧玄武岩
Figure 5. Diagrams of Zr-Zr/Y(a) and Zr-TiO2 (b)
表 1 松树沟岩组变质火山岩岩石主量、微量和稀土元素分析结果
Table 1 Major, trace and REE compositions of the Songshugou Formation volcanic rock
含量 1 2 3 平均值 斜长角闪岩 SiO2 46.73 58.06 48.97 51.25 TiO2 1.24 0.64 1.16 1.01 Al2O3 14.93 11.78 14.98 13.90 Fe2O3 4.27 3.02 4.81 4.03 FeO 7.07 6.41 7.24 6.91 MnO 0.16 0.07 0.18 0.14 MgO 6.98 7.29 6.7 6.99 CaO 11.35 9.68 10.01 10.35 Na2O 3.09 1.95 2.8 2.61 K2O 0.68 0.49 1.09 0.75 P2O5 0.12 0.09 0.16 0.12 H2O+ 1.48 1.26 1.37 LoI 2.67 2.67 I 100.77 99.48 99.36 99.87 0 2.83 0.39 2.27 1.83 A/CNK 0.564 0.552 0.625 0.58 AR 1.33 1.26 1.37 1.32 SI 31.64 38.05 29.66 33.12 Na2O/K2O 4.54 3.98 2.57 3.70 DI 29.52 34.77 30.73 31.67 La 10.3 4.39 5.25 6.65 Ce 16.5 11.3 12.3 13.37 Pr 2.07 1.59 1.99 1.88 Nd 9.71 8.87 10.48 9.69 Sm 2.07 2.98 3.44 2.83 Eu 0.68 1.17 1.26 1.04 Gd 2.33 3.99 4.71 3.68 Tb 0.4 0.71 0.75 0.62 Dy 2.49 4.64 4.86 4.00 Ho 0.56 0.97 1.03 0.85 Er 1.38 2.74 2.9 2.34 Tm 0.21 0.37 0.38 0.32 Yb 1.2 2.4 2.47 2.02 Lu 0.18 0.34 0.35 0.29 Y 8.79 25 27 20.26 SREE 50.08 46.46 52.17 49.57 LREE 41.33 30.3 34.72 35.45 HREE 8.75 16.16 17.45 14.12 LREE/HREE 4.72 1.88 1.99 2.86 (La/Yb)N 6.16 1.31 1.52 3.00 δEu 0.94 1.04 0.96 0.98 δCe 0.83 1.05 0.93 0.94 Cr 259 380 208 282.33 Co 2.3 32 25 19.77 V 293 420 310 341.00 Ba < 50 140 330 235.00 Sr 108 140 130 126.00 W 19 14 26 19.67 Nb 12 36 20 22.67 Ta 34 29 19.5 27.50 Zr 115 86.9 90 97.30 Ti 5771 4500 4100 4790.33 Li > 3.0 0.28 0.14 0.21 Be 0.99 0.48 0.64 0.70 注:主量元素含量单位为%，微量和稀土元素单位为10-6 
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董云鹏, 张国伟, 朱炳泉, 等.北秦岭构造属性与元古代构造演化[J].地球学报, 2003, 24(1):3-10. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXB200301001.htm 张国伟, 董云鹏, 姚安平, 等.秦岭造山带基本组成与结构及其构造演化[J].陕西地质, 1997, 15(2):1-14. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SXDY199702000.htm 白雪让, 原莲肖.东秦岭商丹地区蛇绿岩中的角闪石研究[J].岩石矿物学杂志, 1990, 9(2):137-147 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSKW199002006.htm 董云鹏, 周鼎武, 张国伟.东秦岭松树沟超铁镁质岩侵位机制及其构造演化[J].地质科学, 1997, 32(2):173-180. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZKX702.005.htm 董云鹏, 周鼎武, 刘良.东秦岭松树沟蛇绿岩构造变形及其演化[J].西北地质科学, 1991, 16(2):37-47. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XBFK502.005.htm 张国伟, 周鼎武, 于在平, 等.秦岭造山带岩石圈组成、结构和演化特征[C]//叶连俊等.秦岭造山带学术讨论会论文选集.西安:西北大学出版社, 1991.
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