福建建甌高門地區(qū)馬面山俯沖增生雜巖中石英巖地質(zhì)特征及其成因探討

聶童春 周小棟

(福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福州，350013)

福建中北部發(fā)育的一套中淺變質(zhì)巖系，傳統(tǒng)以層序地層觀點(diǎn)將其劃分為新元古代馬面山(巖)群。其中廣泛發(fā)育的石英巖類，前人將其作為龍北溪(巖)組的劃分標(biāo)志層位。該套巖性因經(jīng)歷了強(qiáng)烈的變質(zhì)重結(jié)晶作用，原巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造均未保留，對(duì)其原巖恢復(fù)及成因探討帶來(lái)較大困難，學(xué)術(shù)界研究一直未有定論?！爸袊?guó)區(qū)域地質(zhì)志·福建志”認(rèn)為該套巖性原巖為石英砂巖或(鈣鎂)硅質(zhì)巖類[1]，龍北溪(巖)組形成于穩(wěn)定的陸緣淺海環(huán)境，但其論證尚值商榷。

在福建1∶5萬(wàn)建甌市等4幅區(qū)調(diào)項(xiàng)目調(diào)查過(guò)程中，應(yīng)用“造山帶混雜巖”填圖的思路和方法對(duì)該套中淺變質(zhì)巖系重新認(rèn)識(shí)，將其厘定為早古生代馬面山俯沖增生雜巖[2]，并劃分出俯沖增生雜巖的基質(zhì)和一系列不同類型巖塊，對(duì)折歷—高門一帶廣泛發(fā)育的石英巖進(jìn)行調(diào)查，初步認(rèn)為該套巖性原巖為硅質(zhì)巖,形成于開(kāi)闊的遠(yuǎn)洋環(huán)境。在“福建中-北部馬面山混雜巖調(diào)查研究及其大地構(gòu)造意義”項(xiàng)目調(diào)查過(guò)程中，在上述認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析研究，認(rèn)為該套巖性原巖為硅質(zhì)巖，屬熱水沉積類型，形成于不同的大洋沉積環(huán)境。這對(duì)證實(shí)馬面山(巖)群為一套俯沖增生雜巖有較大幫助,對(duì)研究其形成發(fā)展以及該區(qū)域洋陸轉(zhuǎn)換有著重要意義。

1 地質(zhì)特征

圖1 建甌大丘—高門一帶地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological schematic map of Daqiu-Gaomen area in Jianou city1—第四系；2—馬面山俯沖增生雜巖基質(zhì)；3—大金山巖組；4—硅質(zhì)巖巖塊；5—碳酸鹽巖巖塊6—基底變質(zhì)巖巖塊；7—玄武巖巖塊；8—晚侏羅世正長(zhǎng)花崗巖；9—中泥盆世花崗巖；10—古元古代花崗巖；11—中細(xì)?；◢弾r；12—硅化；13—俯沖增生構(gòu)造線；14—地質(zhì)界線；15—韌性剪切帶；16—斷層；17—同位素年齡樣采集點(diǎn)及測(cè)試數(shù)據(jù)Ⅳ-51(1)北武夷隆起區(qū)； Ⅳ-51(2)南武夷晚古生代坳陷區(qū)；Ⅳ-52(1)閩東火山斷坳帶； Ⅳ-52(2)平潭-東山剪切構(gòu)造帶

照片1 建甌高門石英巖巖塊分布特征Photo.1 The distribution characteristics of the quartzite rock mass in Gaomen area of Jianou citya—黑云斜長(zhǎng)變粒巖與石英巖接觸關(guān)系；b—斜長(zhǎng)角閃巖中的石英巖

研究區(qū)位于北武夷隆起區(qū)東南緣，政和—大埔深大斷裂帶從區(qū)內(nèi)通過(guò)，地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜。此次調(diào)查工作通過(guò)對(duì)馬面山俯沖增生雜巖的確定，在大丘-高門一帶識(shí)別出一條俯沖增生帶，該俯沖增生帶北側(cè)為古元古代大金山巖組，東南側(cè)斷續(xù)為晚期花崗巖侵入，構(gòu)造跡線以北東東向?yàn)橹?。在俯沖增生帶內(nèi)基質(zhì)中分布各類巖塊及中泥盆世花崗巖(圖1)，基質(zhì)以黑云斜長(zhǎng)變粒巖為主，少量云母石英片巖，據(jù)巖塊巖性特征其原巖劃分有玄武巖巖塊、碳酸鹽巖巖塊、硅質(zhì)巖巖塊及基底變質(zhì)巖巖塊等不同類型。其中硅質(zhì)巖巖塊巖性主要為石英巖，在折歷、茂上、義安等地發(fā)育較為密集，多呈透鏡狀、團(tuán)塊狀等不同形態(tài)產(chǎn)出于基質(zhì)中，石英巖與基質(zhì)呈構(gòu)造接觸(照片1-a)，部分地段與斜長(zhǎng)角閃巖、透輝石巖等巖塊及花崗巖混雜產(chǎn)出(照片1-b)。巖塊大小不等，以數(shù)厘米至幾十米為主，局部可達(dá)數(shù)百米，在高門西南側(cè)出露寬度近1 km。

2 巖石特征

石英巖主要呈塊狀產(chǎn)出，局部石英巖與透輝石巖呈互層狀產(chǎn)出(照片2-a)，據(jù)所含礦物情況可進(jìn)一步劃分為石英巖、透輝石石英巖、含磁鐵石英巖和石榴石石英巖，以石英巖為主，巖石多呈糖粒狀(照片2-b)。其中在楊柏洋—茂上一帶，硅質(zhì)巖巖塊受后期韌性剪切作用較強(qiáng)，巖石破碎。

照片2 建甌高門石英巖巖石特征Photo.2 The rock characteristics of the quartzite rock mass in Gaomen area of Jianou citya—薄層狀石英巖；b—“糖粒狀”石英巖

(含磁鐵)石英巖(照片3-a)：巖石礦物以石英為主，局部含少量長(zhǎng)石黑云母、白云母、磁鐵礦、石榴石等。石英(≥95%)，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，呈等軸粒狀或不規(guī)則狀外形，礦物粒徑為0.05～1.5 mm。受動(dòng)力作用影響，形態(tài)拉長(zhǎng)，長(zhǎng)軸具定向排列，強(qiáng)波狀消光。晶體中包裹有細(xì)小磁鐵礦礦物。磁鐵礦(3%)，分布較均勻，呈不規(guī)則狀外形。礦物粒徑為0.01～0.2 mm，長(zhǎng)軸具定向排列。不透光，具磁性。

糜棱巖化石英巖(照片3-b)： 糜棱結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，原巖為石英巖，組成巖石的礦物絕大部分為石英(95%)，含少量長(zhǎng)石(3%)、磁鐵礦(2%)礦物。巖石遭受韌性剪切力作用，原巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造全消失。石英遭受韌性剪切力作用，顯塑性變形，形態(tài)拉長(zhǎng)明顯，長(zhǎng)軸具定向排列，構(gòu)成巖石之流狀構(gòu)造。石英切面較渾濁，強(qiáng)波狀消光或發(fā)生動(dòng)態(tài)重結(jié)晶。長(zhǎng)石受韌性剪切力作用，呈碎屑狀，粒徑在0.1～0.5 mm，被鐵質(zhì)浸染。磁鐵礦受韌性剪切力作用，形態(tài)拉長(zhǎng)，長(zhǎng)軸具定向排列，粒徑在0.02～1 mm，不透光，具磁性。

照片3 建甌高門石英巖顯微鏡下特征(正交偏光×40)Photo.3 The microscopic characteristics of the quartzite rock mass in Gaomen area of jianou citya—石英巖，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，視域內(nèi)礦物全為石英；b—糜棱巖化石英巖,糜棱結(jié)構(gòu)，流狀構(gòu)造，視域內(nèi)礦物全為石英

3 巖石地球化學(xué)特征及其成因探討

硅質(zhì)巖巖塊的巖性主要為石英巖、含磁鐵石英巖等，此次在丘敦、大丘和高門一帶采集了石英巖3件、含磁鐵石英巖2件樣品進(jìn)行測(cè)試分析(表1)。需要說(shuō)明的是，該套巖性產(chǎn)于早古生代馬面山俯沖增生雜巖中，在定位過(guò)程中經(jīng)歷了較為強(qiáng)烈的構(gòu)造改造，區(qū)域內(nèi)后期也發(fā)生了多期次的構(gòu)造巖漿熱事件，故不排除石英巖的物質(zhì)組成在這些過(guò)程中受到一定程度的影響。如含磁鐵石英巖中含量較高的Fe、Mg、Ca等是由石英巖的原始物質(zhì)組成，還是后期改造過(guò)程中加入尚難以判斷。

表1 石英巖主量(×10-2)及部分稀土元素(×10-6)分析結(jié)果

續(xù)表1

據(jù)已有資料研究表明，硅質(zhì)巖主要區(qū)分為熱水成因和非熱水成因2種，具體有化學(xué)作用、生物作用、生物化學(xué)作用和某些火山作用所形成的富含二氧化硅的沉積巖等。目前對(duì)硅質(zhì)巖的成因判別方法較多[3]，在證實(shí)研究區(qū)內(nèi)石英巖的原巖為硅質(zhì)巖的基礎(chǔ)上，對(duì)其形成環(huán)境進(jìn)一步分析。

圖2 研究區(qū)石英巖稀土配分模式圖(據(jù)北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)值[5])Fig.2 Rare earth distribution model diagram of quartz rocks in the study area(According:North American shale standard value)

(1)區(qū)內(nèi)石英巖巖石化學(xué)成分以SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO等為主，其中SiO2含量較多為81.67%～95.05%，其余組分均較少；稀土總量(∑REE)為11.94×10-6～28.84×10-6，平均為22.01×10-6，稀土總量較低，輕重稀土分餾不明顯，在稀土配分模式圖上形態(tài)總體較為平緩(圖2)，這些特點(diǎn)均與化學(xué)沉積硅質(zhì)巖的特點(diǎn)類似[4]。而研究區(qū)內(nèi)這些石英巖的圍巖、變粒巖、片巖類(原巖恢復(fù)為砂泥質(zhì)碎屑沉積巖，巖石地球化學(xué)特征反映為被動(dòng)陸緣環(huán)境)稀土總量(∑REE)為176.66×10-6～372.71×10-6，平均為271.06×10-6(1)福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福建1∶5萬(wàn)建甌市、南雅、玉山、西溪幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，2018。，輕重稀土分餾強(qiáng)烈，呈明顯的右傾形態(tài)，二者特征差別較大。

(2)Bonjour J L 和Dabard M P[5]對(duì)碎屑沉積巖的Ti/Nb 比值研究結(jié)果反映，正常碎屑沉積巖的Ti/Nb比值大于300，而該帶內(nèi)石英巖類的Ti/Nb比值為115.76～160，平均為135.87，二者差距較大，表明區(qū)內(nèi)石英巖不屬于正常的碎屑沉積巖。上述說(shuō)明石英巖與圍巖的物源及形成環(huán)境有著較大差別。故綜合判斷，該區(qū)石英巖原巖不可能是石英砂巖類，而是硅質(zhì)巖類。

(3)在TFe2O3-SiO2圖解中(圖3)，有4件樣品沿SiO2至熱水沉積端元連線附近分布，顯示主要為熱水沉積硅質(zhì)巖的特點(diǎn)。在Al2O3-SiO2圖解中(圖4)，5件樣品均投影在熱水沉積硅質(zhì)巖的范圍內(nèi)。結(jié)合硅質(zhì)巖巖塊的地質(zhì)學(xué)及巖石學(xué)特征，綜合分析認(rèn)為帶內(nèi)的石英巖的原巖應(yīng)為海相熱水沉積的硅質(zhì)巖類[6]。

圖3 硅質(zhì)巖巖塊TFe2O3 -SiO2圖解(據(jù)Takada. [6]1986修改)Fig.3 TFe2O3-SiO2 diagram of siliceous rock block(According:Takada.modifications)

圖4 硅質(zhì)巖巖塊Al2O3-SiO2圖解(據(jù)Takada. [6]1986修改)Fig.4 Al2O3-SiO2 diagram of siliceous rock block(According:Takada.modifications)

(4)據(jù)已有研究表明，大陸邊緣沉積的硅質(zhì)巖MnO/TiO2比值偏低，一般均小于0.5，開(kāi)闊大洋中的硅質(zhì)沉積物的比值則比較高，可達(dá)0.5～3.5。而此次5件樣品該比值均不小于0.5。 硅質(zhì)巖的Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)比值，大陸邊緣一般在0.5～0.9；遠(yuǎn)洋盆地一般在0.4～0.7，洋中脊一般小于0.4[7]。而此次采集的5件樣品中有3件樣品低于0.4，2件樣品在0.6～0.9。

(5)在硅質(zhì)巖沉積環(huán)境各類圖解中(圖5)，反映出區(qū)內(nèi)石英巖形成于不同的沉積環(huán)境。

圖5 區(qū)內(nèi)石英巖沉積環(huán)境各類圖解(據(jù)Murray[7，8])Fig.5 Various diagrams of quartz sedimentary environment in the study area(According:Murray)

(6)Murray 認(rèn)為[8]常量、微量和稀土元素中，稀土元素受成巖作用的后期影響最小，因而稀土元素?cái)y帶了硅質(zhì)巖最原始的沉積環(huán)境信息，稀土元素的總含量和每種元素的絕對(duì)含量對(duì)指示海相硅質(zhì)巖的成巖環(huán)境具有重要意義。

(7)李北康等總結(jié)的稀土元素特征值(表2)[9]。研究區(qū)樣品的δCe為0.90～1.37，平均值1.03；δEu為0.60～0.84，平均值0.72；而(La/ Yb)N為0.45～1.87，平均值1.13；(La/ Ce)N為0.93～1.36，平均值1.21。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)石英巖樣品分析結(jié)果，其主要位于廣海平原和大陸邊緣區(qū)間。

表2 研究區(qū)不同沉積環(huán)境硅質(zhì)巖稀土特征值

通過(guò)上述資料綜合分析，結(jié)合區(qū)內(nèi)石英巖產(chǎn)出分布形態(tài)，表明區(qū)內(nèi)石英巖原巖為硅質(zhì)巖而非石英砂巖，該套硅質(zhì)巖屬熱水沉積型。在不考慮后期變質(zhì)作用對(duì)石英巖的物質(zhì)組成的影響因素下，初步判斷區(qū)內(nèi)石英巖形成于大陸邊緣、廣海平原、洋中脊等不同環(huán)境，充分反映了俯沖增生雜巖的混雜特征。

4 時(shí)代探討

此次研究采用LA-ICP-MS方法對(duì)石英巖進(jìn)行鋯石U-Pb同位素測(cè)試。樣品采集來(lái)自于建甌高門南側(cè)石英巖巖塊中(pm401-17)，該巖塊為區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的最大石英巖巖塊，出露范圍約1 km2，巖性以石英巖為主，局部夾少量透輝石英巖、含磁鐵石英巖，巖塊邊部疊加有后期韌剪切變形，樣品采集于新鮮未疊加后期韌性剪切變形的石英巖中。

鋯石呈棕褐色，半透明狀，他形粒狀、等軸狀，粒徑多在60～120 μm，部分鋯石呈面狀分帶，且內(nèi)部較均勻， 核幔邊結(jié)構(gòu)不發(fā)育，但未見(jiàn)明顯磨圓和環(huán)帶結(jié)構(gòu)，茂上南側(cè)石英巖中(pm401-17)鋯石Cl圖像及測(cè)點(diǎn)位置(照片4)，共分析了51個(gè)點(diǎn)(表3)，Th/U比值較小，均在0.33以下，其中有8個(gè)點(diǎn)在0.1以下。鋯石206Pb/238U表面年齡為325.6～416.8 Ma。

照片4 茂上南側(cè)石英巖鋯石CL圖像及測(cè)點(diǎn)位置Photo.4 CL image and measuring point position of quartzite in the south of Maoshang area

表3 茂上南側(cè)石英巖(Pm401-17)鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果

續(xù)表3

在207Pb/235U～206Pb/238U諧和圖(圖6)上，樣品均沿諧和線呈串珠狀連續(xù)分布，表明巖石在該期間經(jīng)歷持續(xù)的變質(zhì)改造作用。在206Pb/238U表面年齡頻譜圖上(圖7)，在370～390 Ma發(fā)育最大峰值，加權(quán)平均年齡為(379.7±2.8)Ma(MSWD = 0.70，n=17)，代表了巖石變質(zhì)峰期年齡。

圖6 茂上南側(cè)石英巖鋯石U-Pb年齡諧和圖及加權(quán)平均值圖Fig.6 Diagram U-Pb age harmonic and weighted mean of quartzite rockmass in the south of Maoshang area

圖7 茂上南側(cè)石英巖鋯石年齡頻譜圖Fig.7 Zircon age spectrum of the quartzite rockmass in the south of the Maoshang area

研究表明，巖漿鋯石Th/U比值一般大于0.4 ，變質(zhì)鋯石Th/U比值一般小于0.1[10]，結(jié)合鋯石形態(tài)，石英巖中鋯石均表現(xiàn)為變質(zhì)鋯石，未發(fā)現(xiàn)碎屑鋯石，鋯石表面年齡最大為416.8 Ma，與其圍巖以繼承元古代年齡信息的碎屑沉積巖有著明顯差別。石英巖的鋯石特征及其年齡信息從一方面反映了其原巖是硅質(zhì)巖類而非石英質(zhì)砂礫巖類，與圍巖形成不同的沉積環(huán)境，證實(shí)其屬“巖塊”屬性；另一方面表明該石英巖原巖硅質(zhì)巖形成時(shí)代不晚于416.8 Ma，也反映出俯沖增生雜巖在形成、增生及拼合過(guò)程中經(jīng)歷了較為漫長(zhǎng)的時(shí)間及復(fù)雜而強(qiáng)烈的構(gòu)造改造過(guò)程，年齡信息反映該區(qū)俯沖增生活動(dòng)在中泥盆世最為強(qiáng)烈。

5 結(jié)論

(1)建甌高門一帶的石英巖與圍巖在巖石特征、巖石化學(xué)、年齡特征等方面有著明顯差別，表明二者有著不同的物質(zhì)來(lái)源和形成環(huán)境，石英巖為該套俯沖增生雜巖的外來(lái)巖塊。

(2)該套石英巖原巖為一套硅質(zhì)巖，屬熱水成因，其形成應(yīng)與洋底火山活動(dòng)有關(guān)，初步判斷區(qū)內(nèi)石英巖形成于大陸邊緣、廣海平原、洋中脊等不同環(huán)境。

(3)硅質(zhì)巖在構(gòu)造定位后，伴隨俯沖增生持續(xù)改造，發(fā)生強(qiáng)烈的重結(jié)晶作用，變質(zhì)為石英巖，其時(shí)代跨越時(shí)間較長(zhǎng)，以中泥盆世為變質(zhì)峰期。