阿爾泰造山帶依列克塔斯巖組片麻巖地球化學特征及形成環(huán)境

韓瓊 趙同陽 鄭加行 孫耀鋒 李平 唐智

摘? 要：阿爾泰造山帶依列克塔斯巖組為一套深變質片麻巖為主的巖石建造，巖石變質變形強烈，構造復雜。該巖組為副變質巖，原巖為沉積巖，巖性為富鋁質長英質粘土、泥質砂巖、泥質粉砂巖、泥巖和頁巖等，局部夾雜有中基性巖火山巖或同質凝灰質碎屑巖。主量元素表明其原巖為沉積化學成分，具高硅、過鋁質鈣堿性系列特征。微量元素含量顯示Ta，Nb，Sr，P和Ti明顯虧損，大離子親石元素Rb，Ba，K富集，U，La，Ce，Nd，Zr，Hf元素相對富集。稀土元素為輕稀土富集，重稀土虧損，具“V”型分布特點。原巖可能為活動大陸邊緣的大陸島弧環(huán)境下的雜砂巖經(jīng)搬運沉積成巖，后經(jīng)多期變質作用。

關鍵詞：阿爾泰造山帶;片麻巖;依列克塔斯巖組;副片麻巖;地球化學特征

阿爾泰造山帶位于西伯利亞板塊和哈薩克斯坦-準噶爾板塊之間，屬西伯利亞板塊南緣部分，為中亞造山帶重要組成部分（圖1-a）。該區(qū)大面積發(fā)育的變質巖，阿爾泰變質巖系出露于阿爾泰山南坡，從喀納斯湖以南地區(qū)向東延伸到蒙古阿爾泰山南坡，組成哈龍-巴利爾斯、青河、達罕第爾-蘇普特、富蘊背斜及切爾切克斷塊，統(tǒng)稱為沖乎爾-青河構造建造帶[1]。該套變質巖為一套復理石建造，厚度巨大，巖相多變。西部變質程度較淺，東部變質程度較深，混合巖化強烈，構造變動復雜[2]。目前對該套中深變質巖時代歸屬及所代表的沉積環(huán)境存在兩種不同認識：一種認為其形成的構造背景屬被動陸緣沉積環(huán)境[3-4];另一種認為屬活動大陸邊緣[5-6]。鑒于此，本次在1∶5萬區(qū)域地質礦產(chǎn)調查基礎上，以依列克塔斯巖組變質巖為研究對象，結合巖石地球化學數(shù)據(jù)，探討其形成環(huán)境和構造演化歷史。

1? 區(qū)域地質背景

研究區(qū)位于阿爾泰造山帶北部，大地構造分區(qū)屬天山-興蒙造山系阿爾泰弧盆系，阿爾泰古生代陸緣弧之喀納斯被動陸緣帶（圖1-b，d）[7]。喀納斯一帶大面積出露一套中深變質巖，1∶20萬區(qū)調將其劃歸為哈巴河群?，王廣耀將其厘定為喀納斯群[8-9]，定義為不整合于東錫勒克組之下，主要為一套灰綠夾紫紅色、變質輕微、厚度巨大的薄-中厚層狀細砂巖、粉砂巖不均勻互層，為一套巨厚的復理石建造。新疆地質調查院在喀納斯一帶開展區(qū)域地質調查，認為巖石組合變質變形特征等與原始定義不符，在區(qū)域對比基礎上，結合同位素測年，將原厘定的震旦系—下寒武統(tǒng)喀納斯群解體劃分，自下而上劃為中寒武—下奧陶統(tǒng)依列克塔斯巖組、中寒武—下奧陶統(tǒng)貝留特巖組和中寒武—下奧陶統(tǒng)喀納斯群（圖1-c）?，并將中寒武—下奧陶統(tǒng)喀納斯群進一步解體為蘇木代爾格組和哲里開特組[10-12]。其中寒武—下奧陶統(tǒng)依列克塔斯巖組在研究區(qū)以NE向為主（圖1-c），主要為一套深變質片麻巖建造，主要巖石類型為角閃斜長片麻巖、黑云母斜長片麻巖、二云母斜長片麻巖、絹云母化、綠泥石化紅柱石黑云母斜長片麻巖、含十字石黑云母斜長片麻巖、含紅柱石矽線石黑云母斜長片麻巖夾少量結晶片巖。

2? 巖石特征

2.1? 變質巖變形特征

依列克塔斯巖組為深變質片麻巖類，變形變質較強，巖石變形以韌性、脆-韌性為主。構造變形強烈，片麻理、片理、條帶狀構造、褶皺變形非常發(fā)育，主構造線呈NNW向，原始層理（S0）已不存在，構造面理置換較徹底，多為“I”型置換，先期面理幾乎全部被改造并平行于新生面理，僅少數(shù)褶皺殘留于新生面理中（圖2-a，b，c），部分巖石發(fā)育有石英脈褶，石英脈為變質分異形成，后經(jīng)變質變形形成α型脈褶，透入軸面面理。片麻巖發(fā)育地段可見變質巖韌性變形的一些特殊構造，如石香腸構造（圖2-d）、眼球構造等。區(qū)內(nèi)巖層普遍遭受劈理化作用，以流劈理為主，一些相對脆性的巖層中，還可見到破劈理存在。

2.2? 變質巖巖石學特征

依列克塔斯巖組變質巖為一套深變質片麻巖類，主要巖石特征如下：

黑云母斜長片麻巖? 巖石風化面呈灰色，新鮮面呈深灰色，巖石由變質重結晶礦物斜長石組成，含量59%，粒度0.2～0.7 mm，分布少量石英，含量25%，粒度0.2～0.85 mm，黑云母含量15%、少量白云母、紅柱石、微量磷灰石、磁鐵礦、鋯石（圖3-a）。斜長石呈他形板狀，微高嶺土化，石英呈他形粒狀，具波狀消光，石英、長石長軸定向分布。黑云母、白云母呈鱗片狀、平行間片狀分布于長石、石英之間，黑云母、長石、石英之間分布有少量他形粒狀紅柱石。磷灰石呈他形粒狀、短柱狀，磁鐵礦呈他形粒狀，分布于黑云母、長石、石英之間，少量磷灰石分布于黑云母中。鋯石呈渾圓粒狀、微柱狀，分布于黑云母中。

含紅柱石黑云母斜長片麻巖? 巖石風化面、新鮮面均呈灰色，主要礦物為黑云母，含量27%，粒度0.06～2.6 mm、斜長石含量32%，粒度0.02～1.1 mm，石英含量31%，粒度0.06～0.6 mm。少量白云母，含量2%，粒度0.1～0.8 mm，紅柱石含量8%，粒度0.2～1 mm及金屬礦物等（圖3-b）。黑云母呈片狀，粒徑較粗，多在0.2 mm以上，個別達2.4 mm，分布不均，部分呈團塊狀和條帶狀產(chǎn)出，粒間見有少量白云母。斜長石呈半自形-他形粒狀、板狀，粒徑0.3 mm以上，部分沿延長方向定向排列，內(nèi)部純凈，常見雙晶。石英他形粒狀，粒徑較長石細，呈集合體分布于長石粒間。紅柱石呈半自形-他形粒狀，被次生白云母、綠泥石取代。金屬礦物呈半自形-他形粒狀、板狀，星點狀分布，鏡下見微量磷灰石、鋯石及電氣石。

含紅柱石二云母斜長片麻巖? 巖石主要礦物為斜長石，含量38%，粒度0.3～1.4 mm，石英，含量36%，粒度0.05～0.65 mm及黑云母，含量16%，粒度0.1～1.6 mm。少量白云母，含量3%，粒度0.1～0.75 mm，綠泥石，含量1%，粒度0.06～0.15 mm，紅柱石，含量6%，粒度0.3～0.8 mm及金屬礦物等（圖3-c）。黑云母呈片狀，粒徑0.2～0.6 mm，分布不均勻，多呈條帶狀平行排列。白云母呈片狀，與黑云母連生，部分交代紅柱石。斜長石呈半自形-他形粒狀，粒徑0.4～1 mm，內(nèi)部較純凈，雙晶發(fā)育。石英他形粒狀，粒徑較細，呈集合體分布于長石粒間，部分沿延長方向定向排列。紅柱石半自形-他形粒狀，粒徑0.3～0.8 mm，已被次生綠泥石、白云母等取代。金屬礦物半自形-他形粒狀、板狀，多分布于云母粒間。綠泥石片狀，粒徑細，多交代白云母。

角閃斜長片麻巖? 巖石由變質重結晶礦物斜長石，含量57%，粒度0.2～1.2 mm組成，分布少量角閃石，含量25%，粒度0.1～1.6 mm，黑云母含量5%，石英含量10%，粒度0.1～0.8 mm，綠簾石含量2%，粒度0.1～0.6 mm，微量磷灰石、榍石（圖3-d）。斜長石呈他形粒狀，和石英呈條帶狀分布。斜長石、石英之間分布有少量角閃石、黑云母，角閃石呈他形粒狀、柱狀，黑云母呈鱗片狀，多呈條帶狀分布于斜長石、石英條帶之間，呈片麻狀構造。角閃石、黑云母之間分布有少量他形粒狀、柱狀綠簾石。磷灰石呈他形粒狀、柱狀，分布于斜長石、角閃石之間。榍石呈他形板狀，具白鈦石化，相對集中串珠狀，分布于角閃石之間。

白云母二長片麻巖? 巖石由變質重結晶礦物鉀長石，含量45%，粒度0.1～0.8 mm，石英，含量30%，粒度0.06～1.2 mm，斜長石，含量20%，粒度0.12～1.6 mm組成，少量白云母、微量黑云母、綠簾石。巖石中粒狀礦物呈條帶狀分布，石英又相對呈條帶狀分布長石于之間，斜長石微絹云母化，鉀長石主要由微斜長石組成，分布少量條紋長石。白云母、黑云母呈細條帶狀，平行分布于長石、石英條帶之間，個別白云母條帶中分布微量黑云母。綠簾石呈他形粒狀，分布個別白云母條帶中。

黑云母斜長變粒巖? 巖石由變質重結晶礦物石英，含量57%，粒度0.06～0.8 mm組成，分布少量斜長石，含量15%，粒度0.04～0.2 mm，黑云母，含量18%，微量白云母、磷灰石、個別電氣石（圖3-f）。石英呈他形粒狀，大部分呈細粒狀，少部分的呈微粒狀，具波狀消光。斜長石呈微粒狀，分布于微粒石英之間，微高嶺土化，在重結晶石英中有少量的石英還保留有砂屑圓狀外形，推斷原巖應為砂巖。黑云母、白云母呈鱗片狀，雜亂分布于石英、長石之間。磷灰石呈渾圓粒狀，分布于黑云母、石英之間。電氣石呈他形柱狀，局部分布于黑云母、石英之間，另見有個別鋯石呈放射暈狀分布黑云母中。

3? 地球化學特征

本次研究在依列克塔斯巖組中采集片麻巖巖石化學樣品9件，其中5件為黑云母斜長片麻巖，2件為絹云母化紅柱石綠泥石黑云母斜長片麻巖，2件為含紅柱石黑云母斜長片麻巖，測試結果及特征參數(shù)見表1，2。

3.1? 主量元素

依列克塔斯巖組片麻巖主量元素分析測果及特征參數(shù)見表1。SiO2含量60.21%～71.78%，Al2O3含量12.26%～17.02%，F(xiàn)e2O3含量5.16%～7.45%，F(xiàn)eO含量2.76%～4.6%，MgO含量2.89%～4.68%，Na2O含量0.99%～2.45%，K2O含量1.69%～2.93%，顯示出高SiO2、Fe2O3、K2O、Al2O3，低Na2O、MgO特征。巖石K2O大于Na2O為鉀質，顯示依列克塔斯巖組片麻巖原巖為沉積巖。在CIPW標準礦物中（表1），所有樣品均出現(xiàn)剛玉（C），只有1件樣品（YQ-4047）未出現(xiàn)石英（Q），其余石英（Q）含量相對較高， 表明依列克塔斯巖組片麻巖為過鋁質和SiO2過飽和。在巖石化學指數(shù)和尼格里克參數(shù)中（表1），組合指數(shù)（σ）為0.47～1.27，小于4，為鈣堿性系列（太平洋型）;分異指數(shù)（DI）為51～71.93，分異指數(shù)變化范圍大。巖石鋁飽和系數(shù)（t）為11.78～19.12，均大于0，說明巖石為鋁過飽和系列;巖石的硅飽和系數(shù)（qz）為38.08～128.46，為硅過飽和型。主量元素特征表明依列克塔斯巖組片麻巖原巖為沉積化學成分，具高硅、過鋁質鈣堿性系列特征。

3.2 微量元素

微量元素含量見表2，所有樣品含量較接近，但Rb，Th，K，U，Ba含量較高。在微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖中（圖4），曲線波動較大，具較好的一致性，樣品具Ta，Nb，Sr，P和Ti明顯虧損，大離子親石元素Rb，Ba，K富集，U，La，Ce，Nd，Zr，Hf相對富集，整體與島弧構造環(huán)境相似。

3.3? 稀土元素

稀土元素測試結果及特征參數(shù)見表2。ΣREE在119.35×10-6～148.36×10-6，為中等稀土總量。LREE/HREE為7.32～9.07，平均8.05，比值大于1，反映輕稀土富集，重稀土虧損。δCe值為0.93～1.05，YQ-0708和YQ-2938的δCe小于1，為Ce弱負異常，其余樣品均大于1。δEu值為0.69～0.84，均小于1，顯示出Eu的負異常。LaN/YbN為7.02～10.04，平均8.36大于1，反映LREE富集，HREE虧損特征。在稀土元素球粒隕石標準化圖蛛網(wǎng)圖中（圖5），曲線整體上表現(xiàn)為向右傾斜的“V”字型分布形式，一致性較好。表明輕稀土分餾較好，重稀土分餾較差，與太古代頁巖分布型式一致。稀土元素總體繼承母巖特征較多，顯示研究區(qū)碎屑巖物源受陸緣島弧的影響較大，構造背景可能為大陸島弧。

4? 原巖恢復

研究區(qū)巖石變質較深，原巖構造已破壞殆盡，僅根據(jù)野外地質特征已不易恢復原巖，利用巖石化學特征研究變質巖特征，對分析不同變質巖的原巖化學成分、演化規(guī)律、恢復原巖變質礦物與原巖化學成分之間關系等方面具有重要意義。對原巖化學特征、地球化學特征的詳細研究還有助于了解變質作用過程中物質的帶入帶出情況。

在尼格里系數(shù)（al-alk）-c圖解中（圖6-a），所有樣品投入“長石質粘土和雜砂巖”區(qū)域，較集中，具沿長石演化線均勻分布特征。結合野外觀察，可能原巖為碎屑沉積巖。在變質巖A-C-F圖解中（圖6-b），所有樣品落在“2”區(qū)內(nèi)，為粘土和頁巖區(qū)域，較集中，并向雜砂巖過渡，原巖可能為碎屑沉積巖。在尼格里系數(shù)西蒙南（al+fm）-（c+alk）-Si圖解中（圖7-a），所有樣品均落入“中厚層泥巖”區(qū)域，說明巖石原可能為泥質碎屑沉積。在微量元素Zr/TiO2-Ni圖解中（圖7-b），所有樣品均落入“沉積巖”區(qū)，進一步說明依列克塔斯巖組片麻巖原巖為沉積巖。

同時從礦物學及薄片詳細鑒定結果可知，依列克塔斯巖組片麻巖中變質礦物主要為黑云母、角閃石、紅柱石、白云母、鉀長石及斜長石，副礦物主要磷灰石、榍石等。部分巖石中含有紅柱石、石榴子石等富鋁質礦物，進一步說明原巖可能為富鋁質的長英質粘土砂巖或頁巖。

據(jù)Shaw（1972）建立的SiO2大于53.5%的變質巖性質判別式公式：DF=10.44-0.21SiO2-0.32TFe2O3-0.98;MgO+0.55CaO+1.46Na2O+0.54K2O，研究區(qū)依列克塔斯片麻巖巖石化學計算DF均小于0，為副變質巖。在Werner P2O5/TiO2-MgO/CaO圖解（圖8）中，所有樣品均落在“P”區(qū)內(nèi)，為副變質巖，說明其原巖由變質巖形成。

以上特征表明依列克塔斯巖組片麻巖為副變質巖，其原巖為沉積巖，巖性為富鋁質的長英質粘土、泥質砂巖、泥質粉砂巖、泥巖和頁巖等，局部夾雜有中基性巖火山巖或同質凝灰質碎屑巖。

5? 成巖環(huán)境探討

通過對中寒武—下奧陶統(tǒng)依列克塔斯巖組的變質片麻巖類原巖恢復，該套片麻巖類整體為一套泥質碎屑巖建造，巖性為泥質砂巖、泥質粉砂巖、泥巖等，局部可能夾雜有中基性巖火山巖或同質凝灰質碎屑巖，選用沉積巖構造圖解，反演物源區(qū)構造背景，可以較好反映成巖時的構造環(huán)境。

在K2O/Na2O-SiO2沉積巖構造環(huán)境圖解中（圖9-a），所有樣品均集中在“ACM”區(qū)，屬活動大陸邊緣。在SiO2/Al2O3-K2O/Na2O沉積構造環(huán)境圖解中（圖9-b），所有樣品較集中分布在“A2”和“ACM”區(qū)內(nèi)，屬演化島弧向活動大陸邊緣過渡。在La-Th沉積巖構造環(huán)境圖解中（圖10-a），所有樣品較集中在“B”區(qū)或其附近，屬大陸島弧內(nèi)。在Th-Hf-Co沉積構造環(huán)境圖解中（圖10-b），所有樣品集中在“E”區(qū)或其附近，屬雜砂巖（?。?。上述圖解表明依列克塔斯巖組碎屑巖物源可能為活動大陸邊緣的大陸島弧環(huán)境下的雜砂巖經(jīng)搬運沉積，后經(jīng)多期變質作用。

本次研究在依列克塔斯巖組黑云母斜長片麻巖中采集鋯石U–Pb年齡樣品2件，在諧和圖上，測年數(shù)據(jù)出現(xiàn)5個峰值，5組年齡分別為（415.7±28） Ma、（487.5±2.9） Ma、（516.5±5.7） Ma、（850±38） Ma、（1460±250） Ma，以上數(shù)據(jù)與區(qū)域上的熱事件年代基本上對應，其中（415.7±28） Ma與晚志留—早泥盆世的侵入活動相對應[13-15];（487.5±2.9） Ma與中晚奧陶世的侵入活動對應[12，14];（850±38） Ma年齡為羅丁尼亞超大陸裂解事件的巖石學記錄[16-18];僅有5顆鋯石的加權平均年齡為（1 460±250） Ma，反映依列克塔斯巖組物源有來自于中元古代的結晶基底。以上5組年齡說明，（516.5±5.7） Ma可代表依列克塔斯巖組沉積下限。該套地層在區(qū)域上被410～475 Ma的巖漿侵入，加之其被上奧陶統(tǒng)東錫勒克組火山巖（450 Ma左右）不整合覆蓋，說明該套地層形成應不晚于早奧陶世，據(jù)此將依列克塔斯巖組的形成時代為定為中寒武—早奧陶世。

據(jù)區(qū)域構造演化，在中寒武—早奧陶世西伯利亞古地塊（板塊）西南部（緣）發(fā)生開裂，形成早古亞洲洋，阿爾泰地區(qū)從西伯利亞地塊西南緣裂離出來，成為早古亞洲洋中一個親西伯利亞的微陸塊。該微陸塊兩側為被動陸緣，發(fā)育巨厚的陸源碎屑巖類復理石建造（喀納斯群群），沉積環(huán)境為大陸坡位置，形成一套濁積巖建造，巖石中保留大量鮑馬序列、波痕構造、底膜構造等。鑒于該地區(qū)遠離西伯利亞地塊，其沉積物不可能源自西伯利亞地塊，也不太可能源自遙遠的“泛塔里木地塊”[19]，而很可能來自緊鄰的阿爾泰微陸塊。同時在依列克塔斯巖組之上的喀納斯群哲里開特組變質砂巖中碎屑鋯石加權平均年齡分別為（509.1±8.5）Ma、（797±53）Ma、（1 657±220）Ma，其中最古老鋯石年齡為18.98億年，反映其沉積物源有來自古元古代晚期的物質，反映阿爾泰山地區(qū)可能存在古元古代變質基底[11]。但是中寒武—下奧陶統(tǒng)依列克塔斯巖組原巖為一套正常沉積的富鋁的砂泥巖建造，說明此時研究區(qū)整體為一套沉積于大陸斜坡的正常碎屑巖建造，形成于活動大陸邊緣的陸緣島弧環(huán)境。

6? 結論

（1）依列克塔斯巖組片麻巖為副變質巖，其原巖為沉積巖，巖性為富鋁質的長英質粘土、泥質砂巖、泥質粉砂巖、泥巖和頁巖等，為一套巨厚的陸緣碎屑巖建造。

（2）依列克塔斯巖組片麻巖原巖由雜砂巖經(jīng)搬運沉積在大陸斜坡上沉積成巖，后經(jīng)過多期變質作用。

（3）依列克塔斯巖組片麻巖形成于活動大陸邊緣的陸緣島弧環(huán)境。

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Geochemical Characteristics and Formation Environment of Yiliketasi Rock Group Gneiss in Altay Orogenic Belt

Han Qiong，Zhao Tongyang，Zheng Jiaxing，Sun Yaofeng，Li Ping，Tang Zhi

（Xinjiang Institute of Geological Survey，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract： The Yilieketasi rock group of Altay orogenic belt of is a set of deep metamorphic gneiss-based rock structures with strong metamorphic deformation and complex tectonic effects.It is a negative gneiss whose primary rocks are sedimentary rocks， lithology is aluminum-rich felsic clay，argillaceous sandstone， argillaceous siltstone， mudstone and shale， etc.，partially interbedded with medium-basic rock volcanic rocks or homogenous condensation.Gray matter clastic rock.The main element indicates that the original rock is a sedimentary chemical component and has the characteristics of a high-silicon，over-aluminum calc-alkaline series.The trace element content showed that Ta， Nb， Sr， P and Ti were obviously depleted， and the large ion lithophile elements Rb， Ba and K were enriched，and U，La，Ce，Nd，Zr and Hf were relatively enriched.The rare earth elements are light rare earth enriched，heavy rare earths are depleted， and have the characteristics of "V" type distribution.The original rock may be sedimentary diagenesis of the mixed sandstone in the continental island arc environment on the active continental margin，and then undergoes multi-stage metamorphism.

Key Words： Altay orogenic belt;Gneiss;Yiliketasi rock group;Negative gneiss;Geochemical characteristics