安徽大別山硬玉石英巖地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

吳崢，李雙應(yīng)

(合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院, 安徽合肥 230009)

0 引言

大別造山帶西延秦嶺，東為郯－廬斷裂所截，與郯－廬斷裂東側(cè)的蘇－魯造山帶相對(duì)應(yīng)，處于中國(guó)中央造山帶的中東段?？率⒓捌浼傧?、微粒金剛石的發(fā)現(xiàn)，使之成為全球著名的陸陸碰撞造山帶[1][2]

根據(jù)現(xiàn)有資料，大別造山帶從北到南按照構(gòu)造巖石單位可劃分為北淮陽(yáng)構(gòu)造帶、北大別雜巖帶、中大別超高壓變質(zhì)巖帶、南大別低溫榴輝巖帶和宿松變質(zhì)雜巖帶[3]。各構(gòu)造巖石單元之間均為斷層和剪切帶為界。

中大別超高壓變質(zhì)巖帶位于五河-水吼剪切帶和花涼亭-馬廟剪切帶之間。以往的研究多集中在以榴輝巖為代表的超高壓變質(zhì)巖巖石學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)、大地構(gòu)造學(xué)以及同位素地質(zhì)學(xué)等方面，并取得了12個(gè)方面的突破性研究成果[4]。硬玉石英巖是帶內(nèi)一種特殊的巖石類(lèi)型，分布在岳西菖蒲至潛山野寨大約40km長(zhǎng)、寬約1km的近東西向弧形帶內(nèi)[5]。相對(duì)于超高壓榴輝巖來(lái)說(shuō)，硬玉石英巖的研究程度還比較低，前人的研究主要集中在潛山縣雙河地區(qū)[7-9]硬玉石英巖的超高壓變質(zhì)作用等方面，而對(duì)其原巖以及原巖形成的構(gòu)造背景涉及較少。新近，我們?cè)跐撋娇h侯沖、灰沖、江家坂等地發(fā)現(xiàn)了新的硬玉石英巖露頭。本文報(bào)道了硬玉石英巖的巖相學(xué)、地球化學(xué)、原巖恢復(fù)、形成時(shí)代和變質(zhì)時(shí)代，為大別山超高壓變質(zhì)帶的形成演化提供新的素材。

1 大別山硬玉石英巖帶地質(zhì)特征

硬玉石英巖帶西自岳西五河、菖蒲，向東經(jīng)潛山上新田、橫沖、韓長(zhǎng)沖、苗竹園、毛嶺至野寨一線，侯沖、灰沖是其東延部分，總體呈向南凸出的近東西向弧形展布。

硬玉石英巖與大理巖、榴輝巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖共生，宏觀上構(gòu)成了大理巖、硬玉石英巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、榴輝巖四位一體的大別山硬玉石英巖帶，為明顯的變質(zhì)沉積巖組合。硬玉石英巖多呈層狀、似層狀分布，一般出露數(shù)米-數(shù)十米不等，最寬可達(dá)數(shù)百米，潛山上新田地區(qū)，地表出露寬達(dá)綠簾石＋黑云母(圖2)。

圖1 大別山硬玉石英巖地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of jadeite quartzites in the Dabie Mountain

2 地球化學(xué)特征

在巖相學(xué)鑒定基礎(chǔ)上，本次挑選出較新鮮的樣品10件進(jìn)行主量、微量元素、稀土元素測(cè)試。其中8個(gè)樣品地球化學(xué)分析測(cè)試由澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室集團(tuán)澳實(shí)分析檢測(cè)（廣州）有限公司完成，其余2個(gè)樣品的分析測(cè)試由安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所完成。

2.1 常量元素特征

大別山硬玉石英巖的主量元素分析結(jié)果見(jiàn)表1，由表1可以看出，硬玉石英巖的SiO2含量為70.79%～74.78%，平均為72.73%；Al2O3為11.9%～12.46%，平均為11.77%；MgO 為0.72%～2.62%,平均為1.61%；Fe2O3為2.68%～6.36%,平均為5.00 %；Na2O 為4.9%～5.97%,平均為5.45%；K2O為0.06%～0.65%平均為0.22%；TiO2為0.29%～0.74%,平均為0.59%。與全球古生代造山帶砂巖（Ronov et al.,1991相比，主量元素具有明顯富硅、富鐵、富鈉的特征。

2.2 微量元素及稀土元素特征

大別山硬玉石英巖的微量、稀土元素分析結(jié)果400m。侯沖地區(qū)地表出露寬約80m。

硬玉石英巖多為淡灰色或青灰色，中粒結(jié)構(gòu)，塊狀、片麻狀構(gòu)造。其組成礦物為硬玉、柯石英／石英、石榴石、金紅石及少量多硅白云母。在退變的石英硬玉巖中，有鈉長(zhǎng)石、霓石、霓輝石、鈉質(zhì)閃石、白云母、黑云母、榍石、綠簾石及綠泥石等。石榴石及硬玉中都有柯石英或其假象。在強(qiáng)變形帶中，石榴石和硬玉均因韌性變形而壓扁拉長(zhǎng)。在退變石英硬玉巖中，硬玉多被鈉長(zhǎng)石＋纖狀納質(zhì)閃石的后成合晶交代，細(xì)粒的綠色霓石＋鈉長(zhǎng)石集合體分布于鈉長(zhǎng)石＋纖狀鈉質(zhì)閃石后成合晶和石英之間。石榴石邊緣為纖維狀閃石＋鈉長(zhǎng)石的后成合晶，外圍為富鈉閃石的次生反應(yīng)邊，在與石英的接觸帶中常有霓石＋鈉長(zhǎng)石組成的后成合晶。根據(jù)其中的結(jié)構(gòu)關(guān)系，可以分出3個(gè)世代的礦物組合：①硬玉＋石榴石＋柯石英＋多硅白云母＋金紅石；②石英＋鈉長(zhǎng)石＋霓石＋白云母＋榍石；③鈉質(zhì)閃石＋鈉質(zhì)斜長(zhǎng)石＋見(jiàn)表2。

圖2 硬玉石英巖顯微照片F(xiàn)ig.2 Micrograph of jadeite quartzite

由表2可以看出，區(qū)內(nèi)的硬玉石英巖含有高濃度的Zr（309×10-6～609.4 ×10-6）、Nb（12.5×10-6～23.11 ×10-6）、Y（37.5×10-6～53.3 ×10-6）、Ba（12×10-6～204 ×10-6）和Sr（17.8×10-6～65×10-6）；特征微量元素 Th為2.23×10-6～15.55×10-6，U為0.98×10-6～3.64×10-6，Hf為8.2×10-6～12.65 ×10-6，Sc為6.36×10-6～9.00×10-6，Th/U為 2.59～-8.86，(La/Yb)N為2.27～11.41，Th/Sc為1.31、1.80，La/Sc為7.42～11.57 。Sr/Ba比值介于0.08～1.83，顯示為副變質(zhì)巖特征，其中Sr/Ba比值1.83，具有典型的海相沉積物的特征。

表1 大別造山帶硬玉石英巖主量元素分析結(jié)果（%）Table 1 Analytical results of main elements of jadeite quartzite in the Dabie orogenic belt (%)

表2 大別造山帶硬玉石英巖微量元素分析結(jié)果及比值(×10-6)Table 2 Microelement analysis results and ratios of jadeite quartzite in the Dabie orogenic belt (×10-6)

在與大陸上地殼標(biāo)準(zhǔn)化圖解上（圖3），顯示大別山硬玉石英巖微量元素配分曲線總體上很相似，呈三隆起形式，高場(chǎng)強(qiáng)元素Th、U、La、Ce、Zr、Hf相對(duì)富集，低場(chǎng)強(qiáng)元素Rb、Sr、Ba相對(duì)虧損 。

由表3可以看出∑REE 含量81.01×10-6～325.23×10-6，平均值為223.07×10-6，LREE含量為56.76×10-6～293.52×10-6、平均值為194.43×10-6，HREE為22.97×10-6～35.45×10-6，平均值為28.64×10-6，LREE/HREE＝2.34～10.30，平均值為6.67 ，輕重稀土分餾較為明顯；δEu＝0.49～0.69，平均值為0.61 ，Eu負(fù)異常較明顯，稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線呈輕稀土富集型的右傾型（圖4），與太古界澳大利亞沉積巖（PAAS）、歐洲頁(yè)巖（ES）和北美頁(yè)巖（NASC）稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線比較一致（Haskin MA，1986；McLennan SM.1989）。此外，Sm/Nd比值是反映∑REE分餾程度的重要參數(shù)之一，而且也是反映物質(zhì)來(lái)源的一個(gè)重要參數(shù)[21]，統(tǒng)計(jì)資料表明：地幔Sm/Nd比值為0.260～0.375；大洋玄武巖為0.234～0.425，殼源的花崗巖和沉積巖一般小于0.3。本區(qū)Sm/Nd比值范圍為0.18 ～0.23 ，屬于源自殼層的沉積巖。

表3 大別造山帶硬玉石英巖稀土元素分析結(jié)果及比值(×10-6)Table 3 Analytical results and ratios of rare earth elements of jadeite quartzite in the Dabie orogenic belt(×10-6)

圖3微量元素上地殼標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.3 Normalized spider diagram of trace elements in upper crust

圖4 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分曲線Fig.4 Normalized rare earth distribution pattern of chondrite meteorites

3 原巖恢復(fù)與構(gòu)造背景

3.1 原巖恢復(fù)

變質(zhì)巖的化學(xué)成分主要和原巖有密切的關(guān)系，利用變質(zhì)巖化學(xué)成分可恢復(fù)原巖類(lèi)型。首先根據(jù)變質(zhì)巖的野外地質(zhì)產(chǎn)狀、巖石共生組合以及礦物標(biāo)志、巖石化學(xué)及地球化學(xué)特征，確定該變質(zhì)巖的原巖是正、副變質(zhì)巖。然后再利用變質(zhì)巖原巖圖解判別法對(duì)其原巖類(lèi)型做較詳細(xì)的劃分。

在區(qū)分正負(fù)變質(zhì)巖的TiO2-SiO2判別圖解（圖5），硬玉石英巖樣品幾乎全部落入沉積巖區(qū)，因此可以推斷硬玉石英巖的原巖是副變質(zhì)成因。

圖5 TiO2-SiO2 判別圖解（據(jù)塔尼，1976）Fig.5 Discriminant diagram of TiO2-SiO2 (after Tani, 1976)

為進(jìn)一步判別硬玉石英巖的原巖類(lèi)型，本文采用ACF圖解（據(jù)H.G.F.Winkler,1976)、(Al+ΣFe+Ti)-(Ca+Mg)圖解（B.Moine和H.de la Roche，1968）、(Al+ΣFe+Ti)-(Ca+Mg)圖解（А.А.Кременецкий，1979）進(jìn)行投影，樣品大多投在雜砂巖、砂巖區(qū)內(nèi)（圖6、7、8）。

因此，硬玉石英巖的原巖應(yīng)為富鈉的雜砂巖。結(jié)合大理巖的原巖為灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，黑云斜長(zhǎng)片麻巖的原巖為雜砂巖，榴輝巖的原巖一部分為泥灰?guī)r，一部分為玄武巖。根據(jù)野外產(chǎn)狀，硬玉石英巖、大理巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、榴輝巖其原巖建造為一套典型的碎屑巖-碳酸鹽建造。

圖6 ACF圖解（據(jù)H.G.F.Winkler,1976)Fig.6 ACF diagram (after H.G.F.W inkler,1976)

圖7 (Аl+ΣFе+Ti）-（Ca+Mg)圖解（據(jù)B.Moine和H.de la Roche，1968）Fig.7 （Аl + ΣFе + Ti）-（Ca+ Mg） diagram （aftеr B.Moinе and H.dе la Roche, 1968)

圖8 （Аl+ΣFе+Ti）-(Ca+Mg)圖解（據(jù)А.А.Кременецкий，1979）Fig.8 (Al + ΣFe + Ti)-(Ca+ Mg) diagram (after А.А.Кременецкий，1979）

3.2 構(gòu)造背景

元素地球化學(xué)方法常被用于確定物源和沉積盆地的大地構(gòu)造背景的研究[10]。本文主要是在野外宏觀和室內(nèi)鏡下觀察基礎(chǔ)上，根據(jù)其主微量元素巖石化學(xué)特征，并借助相關(guān)圖解，對(duì)硬玉石英巖的原巖進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境分析。

硬玉石英巖平均化學(xué)成分與不同構(gòu)造環(huán)境沉積盆地中的雜砂巖成分[11]相比較結(jié)果見(jiàn)表4，硬玉石英巖介于活動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧之間，更接近于大陸島弧型雜砂巖。在TiO2- (Fe2O3+ MgO)圖解（Bhatia，1983）中(圖9)，樣品落入活動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧區(qū)。上述結(jié)果反映了硬玉石英巖構(gòu)造環(huán)境和物源區(qū)類(lèi)型較為復(fù)雜，其物源區(qū)主要是抬升的陸殼基底。

表4 大別山硬玉石英巖平均地球化學(xué)成分與不同構(gòu)造環(huán)境雜砂巖成分對(duì)比Table4 comparison of chemical beteewn jadeite quartzite from Dabie Orogen and the greywackes from different tectonic settings

4 結(jié)論

（1）巖石地球化學(xué)研究表明，硬玉石英巖主量元素平均含量為SiO272.73%、Al2O311.77%、MgO 1.61%、Fe2O35.00 %、Na2O 5.45%、K2O 0.22%、TiO20.59%，Na2O＞K2O，具有明顯的富硅、富鐵、富鈉的特征。特征微量元素Th/U 、La/Y、Th/Sc、La/Sc比值分別為 4.92、3.56、1.51、1.38；稀土元素總量ΣREE平均為 125.3×10-6，δEu異常為0.67，稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線呈輕稀土富集型的右傾型。

圖9 砂巖的TiO2-（Fe2O3總+MgO）構(gòu)造環(huán)境判別圖解（據(jù)Bhatia，1983）Fig.9 Structural environment discrimination diagram of TiO2-

（2）原巖恢復(fù)研究表明，硬玉石英巖的原巖為以長(zhǎng)英質(zhì)為主的一套雜砂巖，硬玉石英巖、大理巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、榴輝巖其原巖建造為一套典型的碎屑巖-碳酸鹽建造。

（3）構(gòu)造環(huán)境和物源區(qū)研究表明，大別山硬玉石英巖的原巖形成于兼有大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造環(huán)境。