四川米易地區(qū)前震旦紀五馬箐組變質(zhì)巖特征及原巖恢復

屈李鵬，陳友良，張 拉，鄭玉文，胡 漾

(1.成都理工大學地球科學學院，四川 成都610059；2.中國地質(zhì)大學地球科學學院，湖北 武漢 430074)

四川米易地區(qū)位于青藏高原東南緣，處于攀枝花市東北部，安寧河與雅礱江交匯地區(qū)。在大地構(gòu)造上位于揚子準地臺西緣康滇地軸中南段，瀘定-米易臺拱之米易穹斷束上，元謀-綠汁江斷裂西側(cè)。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為前震旦紀五馬箐組中深變質(zhì)巖系以及震旦-侏羅系的碳酸鹽巖-碎屑巖建造(見圖1)。區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈，主要為大面積分布的晉寧期花崗巖、石英閃長巖以及二疊紀的峨眉山玄武巖。構(gòu)造熱液活動頻繁，褶皺、斷裂構(gòu)造極為發(fā)育。近年來，在五馬箐組變質(zhì)-混合巖與晉寧期花崗巖的外接觸帶中發(fā)現(xiàn)有重要找礦前景的混合巖型鈾礦[1]，五馬箐組的變質(zhì)巖特征及原巖恢復研究對查明區(qū)內(nèi)混合巖型鈾礦的成礦地質(zhì)環(huán)境具有重要的意義。

五馬箐組變質(zhì)巖系主要分布在四川米易地區(qū)海塔、風流山、埡口五馬箐及回菁溝等地，是一套區(qū)域變質(zhì)作用及混合巖化作用的產(chǎn)物，有關五馬箐組變質(zhì)巖系的時代歸屬和成因至今尚具有較多爭議。對五馬箐組的研究始于上世紀六十年代，前人圍繞該組地層做了大量工作：四川一隊在1∶20萬米易幅中將其統(tǒng)稱為“未分會理群”，時代上歸為古元古代[2]；廖洪昌、楊英杰等認為五馬箐組時代應歸為古元古代，并認為其與下伏地層康定群冷竹關組整合接觸[3]；姚祖德等認為五馬箐組為一套區(qū)域熱變質(zhì)巖，應置于會理群、鹽邊群之下康定群之上[4]；朱占祥等將五馬箐組歸入康定群，并置于其上部，組成康定群的新層序[5]；攀西地質(zhì)大隊認為五馬箐組地層應屬古元古代，整合于冷竹關組之上，稱之為下元古界五馬箐巖組[6]；辜學達等認為五馬箐組與冷竹關組的混合巖化變粒巖之間為整合接觸，為區(qū)域動力熱流低角閃巖相變質(zhì)巖[7]；陳玉祿等通過對冕寧五馬箐組地層進行研究認為五馬箐組變質(zhì)巖僅達低綠片巖相，將五馬箐巖組時代確定為中-新元古代薊縣系-青白口系[8]；姚建等認為五馬箐組屬區(qū)域熱變質(zhì)作用及混合巖化作用形成，時代應早于會理群，晚于康定群[9]。筆者在埡口地區(qū)野外調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，五馬箐組與上覆的震旦紀觀音崖組呈角度不整合接觸，應屬前震旦紀的變質(zhì)巖系。

1.新生界；2.寶頂組；3.益門組；4.峨眉山玄武巖；5.燈影組；6.觀音崖組；7.五馬箐組；8.冷竹關組；9.花崗巖；10.石英閃長巖；11.斷層；12.韌性剪切帶。圖1 四川省米易縣埡口-海塔地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖

1 巖石學特征

本次研究在米易海塔及埡口地區(qū)的五馬箐組變質(zhì)巖中共采集了22件樣品。根據(jù)野外實地調(diào)查和室內(nèi)巖礦鑒定結(jié)果，五馬箐組變質(zhì)巖的巖性主要為二云母片巖、石英片巖、黑云斜(鉀)長片麻巖以及部分斜長角閃巖。根據(jù)其巖石學特征，可以將其分為以下兩類。

1.1 片巖、片麻巖類

片巖類巖性主要有二云母片巖、云母石英片巖、黑云母片巖等。巖石一般呈灰、暗灰、灰黑等色，細-中粒粒狀鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。礦物成分以石英(55%～65%)、云母類礦物(35%～40%)為主。石英呈粒狀、壓扁拉長狀，后者具定向性，方向與云母定向方向一致(見圖2a)。云母類礦物呈鱗片狀及集合體狀，定向排列且定向性良好(見圖2b)。片狀礦物包括黑云母、白云母、角閃石，粒狀礦物包括石英、斜長石、輝石。副礦物包括鋯石、褐鐵礦等。

片麻巖類巖性主要為黑云斜長片麻巖、黑云鉀長片麻巖等。巖石呈暗灰、灰白等色，中細粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。礦物成分以長石(40%～60%)為主，次為石英(25%～30%)、黑云母(10%～25%)。礦物多呈它形，局部見輕微粘土化、絹云母化蝕變，夾定向排列、斷續(xù)分布的暗色礦物(片狀礦物)。片狀礦物主要為黑云母，粒狀礦物包括斜長石、鉀長石、石英。副礦物包括榍石、磷灰石、綠簾石、褐簾石、鋯石等。

1.2 斜長角閃巖類

斜長角閃巖類巖性主要為黑云斜長角閃巖，部分斜長角閃巖具有片理，形成黑云斜長角閃片巖、長英質(zhì)角閃片巖、長英質(zhì)黑云母角閃片巖等(如圖2中c、d、e、f所示)。巖石呈深灰綠色、暗灰色、灰黑色等，細粒柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分主要為斜長石(40%～45%)、角閃石(35%～40%)、黑云母(10%～15%)、輝石夾少量石英，局部長石發(fā)生絹云母化。副礦物包括綠簾石、褐鐵礦、榍石、菱鐵礦等。

從上述巖石的礦物共生組合來看，片巖、片麻巖類巖石的礦物組合為黑云母+白云母+石英+綠泥石，在野外觀察及鏡下鑒定中均未發(fā)現(xiàn)石榴石，應屬低綠片巖相。斜長角閃巖類巖石的礦物組合為普通角閃石+斜長石+黑云母+石英+綠簾石，應屬低角閃巖相。因此五馬箐組變質(zhì)巖的變質(zhì)相屬于低綠片巖相-低角閃巖相。

2 巖石地球化學特征

五馬箐組變質(zhì)巖樣品的主量元素含量如表1所示，微量元素含量見表2所示，樣品的全堿-硅(TAS)分類圖如圖3所示。從表1、表2以及圖3可以看出，與巖石學特征相似，五馬箐組變質(zhì)巖可以明顯地分為兩類，其巖石地球化學特征如下：

2.1 片巖、片麻巖類

該類樣品具有高硅(SiO2一般>62%)、高鋁(Al2O3一般>13%)、高堿(Na2O+K2O一般>4%)，低鐵(Fe2O3+FeO一般<6%)、低鎂(MgO一般<2%)、低鈣(CaO一般<2%)的特點，且?guī)r石中K2O>Na2O，MgO>CaO。微量元素中Cr、Co、Ni等深源元素含量不高，Rb、Th、Nb、Zr、Hf、Ga、Y等高場強元素富集。在全堿-硅(TAS)分類圖(圖3)中，五馬箐組的片巖、片麻巖類樣品均投影于中-酸性巖中。

2.2 斜長角閃巖類

該類樣品具有低硅(SiO2<52%)、低鋁(Al2O3<13%)、低堿(Na2O+K2O一般<5%)，高鐵(Fe2O3+FeO一般>10%)、高鎂(MgO一般>6%)、高鈣(CaO一般>8%)的特點，且?guī)r石中K2O

表1 四川米易地區(qū)五馬箐組變質(zhì)巖樣品主量元素含量(單位：%)

注：由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心測定。

表2 四川米易地區(qū)五馬箐組變質(zhì)巖樣品微量元素含量(單位：10-6)

注：由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心測定。

1.橄欖輝長巖；2a.堿性輝長巖；2b.亞堿性輝長巖；3.輝長閃長巖；4.閃長巖；5.花崗閃長巖；6.花崗巖；7.硅英巖；8.二長輝長巖；9.二長閃長巖；10.二長巖；11.石英二長巖；12.正長巖；13.副長石輝長巖；14.副長石二長閃長巖；15.副長石二長正長巖；16.副長正長巖；17.副長深成巖；18.霓方鈉巖/磷霞巖/粗白榴巖圖3 巖漿/火成巖系統(tǒng)全堿-硅(TAS)分類圖(底圖引自Eric K. A. Middlmost[10])

3 原巖恢復

常見變質(zhì)巖的原巖恢復方法，一般可以采用地質(zhì)產(chǎn)狀及巖石共生組合、變余組構(gòu)判別、巖石礦物方法、巖石化學方法、地球化學方法等[11]。由于五馬箐組變質(zhì)巖的變余結(jié)構(gòu)、構(gòu)造保留較少，僅由地質(zhì)產(chǎn)狀和巖相學特征來恢復其原巖性質(zhì)比較困難，因此本文主要采用巖石化學方法和地球化學方法來進行原巖恢復。

巖石化學和地球化學方法進行變質(zhì)原巖恢復，是基于變質(zhì)巖與其原巖在化學成分上的繼承性[12]。一般來說區(qū)域變質(zhì)作用、熱變質(zhì)作用的變質(zhì)過程是在相對封閉條件下進行的，沒有發(fā)生強烈的交代作用，變質(zhì)巖的化學成分(除水和碳酸外)和原巖基本保持一致，因而其巖石化學和地球化學特征基本反映出原巖的特征，并主要受原巖形成作用和成巖構(gòu)造環(huán)境所制約[13]。

3.1 片巖、片麻巖類

恢復變質(zhì)巖原巖類型和性質(zhì)、推斷變質(zhì)作用的演化過程是一項非常復雜的工作，單一的圖解往往不能全面反映其原巖特征，因此本文采用Zr/TiO2-Ni圖解、TiO2-SiO2圖解、K-A圖解、∑REE-La/Yb圖解、ACFM圖解等多種圖解來進行原巖恢復。

在Zr/TiO2-Ni圖解(見圖4)中，除4個片麻巖樣品落在巖漿巖與沉積巖界線邊緣外，其余片麻巖及片巖樣品全部落在沉積巖區(qū)域；在TiO2-SiO2圖解(見圖5)中，片麻巖樣品均落于巖漿巖和巖漿巖與沉積巖界線邊緣附近，而片巖樣品基本落于沉積巖區(qū)域；在KA圖解(見圖6)中，有2個片麻巖樣品明顯落在巖漿巖區(qū)域(YK-44、YK-45)，另有2個片麻巖樣品落在巖漿巖與沉積巖界線附近，而片巖樣品大多落在沉積巖區(qū)域。在∑REE-La/Yb圖解(見圖7)中，除片麻巖樣品(YK-44、YK-45)未落在圖解Ⅰ～Ⅳ區(qū)域內(nèi)，其余有4個樣品落在砂質(zhì)巖/雜砂巖區(qū)域，6個樣品落在粘土巖/頁巖區(qū)域。通過這四種圖解可以基本判別出片麻巖樣品YK-44、YK-45為正變質(zhì)巖外，其余樣品則很可能為副變質(zhì)巖。

圖4 片巖、片麻巖類樣品的Zr/TiO2-Ni圖解(底圖引自J.A. Winchester[14])

圖5 片巖、片麻巖類樣品的TiO2-SiO2圖解(底圖引自J.Tarney[15])

圖6 片巖、片麻巖類樣品的K-A圖解(底圖引自周世泰[16])K=K2O/(Na2O+K2O)×100%，A= Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O+K2O)×100%

圖7 片巖、片麻巖類樣品的∑REE-La/Yb圖解(底圖引自王仁民[17])Ⅰ-斜長角閃巖區(qū)；Ⅱ-砂質(zhì)巖和雜砂巖區(qū)；Ⅲ-頁巖和粘土巖區(qū)；Ⅳ-碳酸鹽巖區(qū)

在ACFM圖解(見圖8)中，片麻巖樣品(YK-45)落在Ⅰ區(qū)(富鋁粘土巖及酸性巖漿巖)內(nèi)，片麻巖樣品(YK-44)則落在Ⅲ區(qū)(雜砂巖及中堿性巖漿巖)內(nèi)，結(jié)合前面圖解分析，片麻巖樣品(YK-44、YK-45)為正變質(zhì)巖，因此其原巖應為酸性巖漿巖或中堿性巖漿巖。而其余片巖、片麻巖大多落在Ⅰ、Ⅱ+Ⅲ和Ⅲ區(qū)域內(nèi)，其原巖應為富鋁粘土巖、粘土巖及雜砂巖等。

圖8 片巖、片麻巖類樣品的ACFM圖解(底圖引自Н.Д. Семенеко[18])I.富鋁粘土巖及酸性巖漿巖、II.粘土巖及亞雜砂巖、III.雜砂巖及中性和堿性巖漿巖、IV.長石砂巖、V.凝灰質(zhì)粉砂巖、VI.硅鐵質(zhì)沉積巖、VII和VIII超基性巖、IX基性巖漿巖及鐵質(zhì)白云質(zhì)泥灰?guī)r、X.鈣質(zhì)碳酸鹽巖、XI.鈣硅酸鹽巖及石英巖；∑= Al2O3+CaO+2Fe2O3+MgO；A(鋁質(zhì)系數(shù))=Al2O3/∑×100；C(鈣質(zhì)系數(shù))=CaO/∑×100；F(鐵質(zhì)系數(shù))=2Fe2O3/∑×100；M(鎂質(zhì)系數(shù))=MgO/∑×100(注：對應其分子數(shù)計算)

通過上述圖解的綜合分析，可以得出米易地區(qū)五馬箐組變質(zhì)巖系中的片巖、片麻巖類大多為副變質(zhì)巖，其原巖為粘土巖、雜砂巖等泥砂質(zhì)沉積巖。有部分片麻巖為正變質(zhì)巖，其原巖為酸性巖漿巖或中堿性巖漿巖。

3.2 斜長角閃巖類

本文采用MgO-CaO-FeO圖解、MnO-TiO2圖解、Ni-TiO2圖解，同時結(jié)合野外觀察的變余構(gòu)造特征、樣品中的鋯石CL圖像特征等多種方法來對米易地區(qū)五馬箐組中的斜長角閃巖類進行原巖恢復。

在MgO-CaO-FeO圖解(見圖9)中，斜長角閃巖類10個樣品全部落在正斜長角閃巖區(qū)域。在MnO-TiO2圖解(見圖10)中，10個樣品也全部落在正斜長角閃巖區(qū)域。在Ni-TiO2圖解(見圖11)中，有8個樣品落在原巖為巖漿巖的正斜長角閃巖區(qū)域，只有2個樣品(HT-30、YK-10)落在原巖為泥質(zhì)巖的副斜長角閃巖區(qū)域。

圖9 斜長角閃巖類樣品的MgO-CaO-FeO圖解(底圖引自K.R.Walker[19])I為正斜長角閃巖區(qū)域，II為副斜長角閃巖區(qū)域

圖10 斜長角閃巖類樣品的MnO-TiO2圖解(底圖引自S.N. Misra[20])I為正斜長角閃巖區(qū)域，II為副斜長角閃巖區(qū)域

圖11 斜長角閃巖類樣品的Ni-TiO2圖解(底圖引自B.E. Leake[21])圈閉圖形之內(nèi)為原巖為泥質(zhì)巖的副斜長角閃巖，圈閉圖形外為原巖為巖漿巖的正斜長角閃巖，圖形中部豎線為原圖界限

在野外的鉆孔巖心觀察中，發(fā)現(xiàn)斜長角閃巖類樣品普遍具有變余氣孔構(gòu)造(見圖12)。在斜長角閃巖樣品中挑選出鋯石進行陰極發(fā)光(CL)照相，鋯石具有明顯的生長韻律環(huán)帶(見圖13)，表現(xiàn)出典型的巖漿鋯石特征。結(jié)合上述斜長角閃巖類的三種圖解，可以判定五馬箐組變質(zhì)巖中的斜長角閃巖類為正變質(zhì)巖。從前述斜長角閃巖類的主量元素含量來看，其SiO2均小于52%，在全堿-硅(TAS)分類圖(見圖3)中，樣品全部落在基性巖區(qū)域。因此其原巖應為基性巖漿巖。

圖12 斜長角閃巖巖心中的變余氣孔構(gòu)造

圖13 斜長角閃巖樣品中鋯石的CL圖像

圖14為10個斜長角閃巖類樣品的微量元素蛛網(wǎng)圖(標準化值據(jù)王仁民[17])，樣品的配分曲線整體呈“大隆起”型式，除Y、Yb、Sc、Cr、Zr、Hf之外其他元素都相對富集，且富集程度由Sr到Ba逐漸增強，由Ta到Ti逐漸減弱，與板內(nèi)玄武巖的分布型式相似。綜合以上判定區(qū)內(nèi)斜長角閃巖類的原巖為板內(nèi)玄武巖。

圖14 斜長角閃巖類樣品的微量元素蛛網(wǎng)圖(標準化值據(jù)王仁民[17])

4 結(jié)論

通過對四川米易地區(qū)前震旦紀五馬箐組的巖石學特征、巖石地球化學特征以及原巖恢復研究，可以得出以下結(jié)論：

(1)米易地區(qū)前震旦紀五馬箐組變質(zhì)巖主要由二云母片巖、石英片巖、黑云斜(鉀)長片麻巖以及部分斜長角閃巖組成。其中片巖、片麻巖類巖石的礦物組合為黑云母+白云母+石英+綠泥石，其變質(zhì)相屬低綠片巖相；斜長角閃巖類巖石的礦物組合為普通角閃石+斜長石+黑云母+石英+綠簾石，其變質(zhì)相屬低角閃巖相。

(2)巖石地球化學特征研究表明，該套變質(zhì)巖的巖性可以分為明顯不同的兩類。片巖、片麻巖類變質(zhì)巖具有高硅、高鋁、高堿，低鐵、低鎂、低鈣的特點，顯示中酸性巖類的屬性；斜長角閃巖類變質(zhì)巖具有低硅、低鋁、低堿，高鐵、高鎂、高鈣的特點，顯示基性巖類的屬性。

(3)通過采用多種方法和圖解對五馬箐組變質(zhì)巖進行原巖恢復，結(jié)果表明片巖、片麻巖類樣品大多為副變質(zhì)巖，其原巖為粘土巖、雜砂巖等泥砂質(zhì)沉積巖。部分片麻巖為正變質(zhì)巖，其原巖為酸性巖漿巖或中堿性巖漿巖。而斜長角閃巖類均為正變質(zhì)巖，其原巖為板內(nèi)玄武巖。