新疆西準噶爾唐巴勒蛇綠巖硅質(zhì)巖地球化學及沉積環(huán)境

祝金峰，劉世響

(1. 河南省地球物理空間信息研究院，河南 鄭州 450009； 2. 河南省地質(zhì)物探工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450009)

1 地質(zhì)概況

西準噶爾唐巴勒一帶，大地構(gòu)造位置位于唐巴勒—卡拉麥古生代復合溝弧帶西段，是區(qū)域構(gòu)造研究的重點地區(qū)之一。西準噶爾南部以一套古生代增生雜巖體及其內(nèi)含有多條蛇綠巖帶為特征。唐巴勒蛇綠混雜巖帶即是其中之一。前人在唐巴勒蛇綠巖套中枕狀熔巖、角斑巖、輝綠巖六點Rb-Sr全巖等時代線年齡為421.1 Ma；在斜長花崗巖中榍石的 Pb-Pb同位素為 508 Ma±20 Ma，斜長石的 U-Pb年齡為 480～520 Ma；堆晶輝長巖獲得鋯石U-Pb同位素年齡為531 Ma±15 Ma。時代為中奧陶世[1]。

唐巴勒蛇綠混雜巖帶位于準噶爾盆地西北緣，帶內(nèi)各巖塊之間均以斷裂接觸，但蛇綠巖單元地表出露基本齊全。該蛇綠巖由構(gòu)造巖塊及基質(zhì)兩部分組成，基質(zhì)主要為科克沙依組、圖龍果依組、拉巴組第二段強變形細碎屑巖組成，洋殼巖塊由滑石蛇紋巖、橄欖巖、輝石橄欖巖、玄武巖、輝長巖、輝綠巖、斜長花崗巖、火山熔巖、硅質(zhì)巖巖塊等組成。外來巖塊為科克沙依組安山巖、英安巖、流紋巖等組成，帶內(nèi)斷裂變形極為發(fā)育，碎裂化、片理化、糜棱巖化較為強烈，反映了多期變形變質(zhì)作用的疊加特征[2-3]。

研究區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育早古生代硅質(zhì)巖，其主要呈近東西向帶狀展布，產(chǎn)在蛇綠巖的上部。對于古準噶爾洋盆周緣來說，硅質(zhì)巖的地球化學研究較少，對該區(qū)古洋盆沉積環(huán)境推論存在的不確定性。研究區(qū)以往研究主要依據(jù)巖石組合與蛇綠巖中超基性、基性、中性巖、花崗巖等巖石的地球化學研究來探討構(gòu)造環(huán)境，很少利用硅質(zhì)巖進行研究。

2 巖相學特征

樣品采自唐巴勒蛇綠混雜巖帶中硅質(zhì)巖層位，其巖石學名稱和鏡下定名列如下。

灰色碎裂巖化硅質(zhì)巖：隱晶—微粒結(jié)構(gòu)，碎裂化結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。石全部由硅質(zhì)組成。硅質(zhì)：隱晶—微粒狀，粒徑<0.02 mm，結(jié)構(gòu)均勻，密集分布。巖石受動力作用，后期具破碎，發(fā)育部分裂隙，寬0.08～0.5 mm不等，內(nèi)主要充填鐵質(zhì)，少量石英和細小鱗片狀綠泥石，約占巖石15%。

灰綠色碎裂巖化硅質(zhì)巖：微粒結(jié)構(gòu)，碎裂化結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石全部由硅質(zhì)組成。硅質(zhì)：隱晶—微粒狀，粒徑<0.02 mm，結(jié)構(gòu)均勻，密集分布。磁鐵礦：粒狀，粒徑0.04～0.15 mm，具輕度褐鐵礦化。巖石受動力作用，后期具破碎，發(fā)育部分裂隙，寬0.16～2.0 mm不等，內(nèi)充填碳酸鹽和石英，局部見少量綠泥石，約占巖石20%。

褐紅色碎裂巖化含放射蟲硅質(zhì)巖：褐紅色，隱晶—微粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由硅質(zhì)組成，含少量放射蟲。硅質(zhì)：占95%，為隱晶—微粒狀石英，粒徑﹤0.03 mm，晶面不干凈，粗細分布不均勻。放射蟲：占5%，圓—橢圓狀，粒徑0.1～0.4 mm，由隱晶—微粒狀石英組成，分布不均勻。鐵質(zhì)：少量，粒狀、塵點狀，粒徑﹤0.1～0.03 mm，分布不均勻。巖石中不規(guī)則狀微裂隙發(fā)育，內(nèi)充填含鐵碳酸鹽、石英，寬約0.05～0.5 mm。

大部分樣品發(fā)育碎裂巖化和網(wǎng)狀微裂隙，裂隙中見碳酸鹽化、褐鐵礦化、鈉長石化。硅質(zhì)巖新鮮面呈紅色、褐紅色、灰綠色等，構(gòu)造多以薄層狀或厚層塊狀為主，與橄欖巖、輝石橄欖巖、玄武巖之上產(chǎn)出，部分厚層狀硅質(zhì)巖中含大量放射蟲化石[4]。

3 巖石學特征

3.1 主要元素特征

硅質(zhì)巖的主要元素含量見表1。采集測試的樣品較為新鮮，樣品中SiO2含量為63.45%～90.66%，低于純硅質(zhì)巖SiO2含量91%～99.8%；表明它們含有較高比例的陸源泥質(zhì)沉積物。進一步根據(jù)這些樣品的Al2O3、SiO2、Fe2O3、FeO含量，可分為兩組：第1組以低硅高鐵高鋁為特征，且TiO2、P2O5、CaO含量相比較高，如YQ-64、YQ-65等；第2組以高硅低鐵低鋁為特征，且TiO2、P2O5、CaO含量相比較低，如YQ-67、YQ-46，與前人報道的薩爾托海蛇綠巖上覆硅質(zhì)巖樣品類似。此外，第1組樣品全堿含量相對較高，為1.53%～4.05%；而第2組樣品相對較低，為0.6%。所有樣品MnO、MgO含量均較低，在0.08%～0.2%之間，且有變化。

CIPW標準礦物，YQ-64、YQ-65出現(xiàn)了剛玉(c)，而YQ-67沒有出現(xiàn)剛玉，YQ-67出現(xiàn)Wo、fs、en、di而在前兩者未出現(xiàn)，總體呈現(xiàn)YQ-64、YQ-65為一種島弧沉積硅質(zhì)巖成因，YQ-67為一種深海放射蟲硅質(zhì)巖成因[5-6]。

巖石化學參數(shù)方面，里特曼指數(shù)(σ)均小于1，均顯示為鈣堿性巖系(太平洋鈣堿性)的極強類型，堿度率(AR)為1.13～2.2，堿度較低，DI為57.34～91.06，SI為3.33～17.47，分異程度較低，M/F為0.07～0.57，巖石類型為富鐵質(zhì)基性巖和富鐵質(zhì)超基性巖。

表1 唐巴勒蛇綠巖硅質(zhì)巖主要元素特征 %

3.2 稀土和微量元素特征

硅質(zhì)巖的稀土和微量元素含量見表2。微量元素與克拉克值相比，均呈明顯虧損狀態(tài)，尤其是Ta、Sr、Hf、HREE、Ce、Ti等高場強元素相對虧損，值得指出的是，樣品YQ-46、YQ-67的高場強元素虧損更明顯。經(jīng)過原始地幔標準化為緩右傾曲線(見圖1a)，均顯示La、Ce、Nd、P富集而Sm、Zr、Tb虧損[8]。

稀土元素總量(REE)很低，總量變化范圍較大，為17.63×10-6～218.98×10-6。球粒隕石標準化稀土配分曲線為緩右傾近似平坦曲線，輕稀土相對重稀土略富集(見圖1b)。樣品YQ-64、YQ-65等表現(xiàn)Eu弱的負異常，δEu值為0.69～0.88；而樣品YQ-67表現(xiàn)Eu弱的正異常，δEu值為1.24；樣品YQ-64、YQ-65等表現(xiàn)Ce負異常不明顯甚至表現(xiàn)為弱正異常，δCe值為0.92～1.20。而樣品YQ-67表現(xiàn)為弱正異常δCe值為1.30。

圖1 硅質(zhì)巖(a)原始地幔標準化微量元素比值圖和(b)球粒隕石標準化比值圖

表2 唐巴勒蛇綠混雜巖帶硅質(zhì)巖微量元素特征 10-6

4 討 論

4.1 硅質(zhì)巖的成因類型

在硅質(zhì)巖主要元素成因圖解中(見圖2)，樣品YQ-64、YQ-65等具明顯低硅高鐵高鋁高鉀鈉特征，沉積過程中可能摻雜中酸性火山灰物質(zhì)，可能屬深海相火山沉積硅質(zhì)巖。樣品YQ-67、YQ-46、YQ-60具高硅低鐵低鋁低鈦的特征?？赡軐偕锍梢虻墓栀|(zhì)巖。

在SiO2-Al2O3圖解(見圖2a)上，總體呈反相關(guān)分布特征，向Al2O3增加的方向可能反映了火山灰物質(zhì)逐漸增加的趨勢。樣品YQ-60落入火山凝灰質(zhì)硅質(zhì)巖，樣品YQ-67落入生物區(qū)。

在TiO2-Al2O3圖解(見圖2b)上，火成因硅質(zhì)巖分布于圖的右部，生物成因者位于圖的左部。樣品的TiO2和Al2O3含量呈正相關(guān)關(guān)系，樣品YQ-67、YQ-46、YQ-60同樣落入生物區(qū)。

在Al2O3-(Na2O+K2O)圖解(見圖2c)上，唐巴勒硅質(zhì)巖呈線性分布，樣品YQ-67、YQ-46、YQ-60同樣落入生物區(qū)。且生物成因硅質(zhì)巖具有低鋁低堿的特征。

圖2 硅質(zhì)巖主要元素成因圖解

通過利用硅質(zhì)巖地球化學特征分析，硅質(zhì)巖總體劃分為兩組：一組屬于生物成因的洋中脊環(huán)境；另一組受到了中酸性火山灰物質(zhì)的影響，為生物成因向火山成因過渡的成因的大陸邊緣環(huán)境。

4.2 硅質(zhì)巖的沉積環(huán)境

利用硅質(zhì)巖地球化學特征可以較好的判別其沉積構(gòu)造環(huán)境特征，用穩(wěn)定元素Eu和Ce的異常比值判別沉積構(gòu)造環(huán)境，大陸邊緣硅質(zhì)巖Ce/Ce*在0.67～1.35變化，輕重稀土沒有分異；深海平原硅質(zhì)巖Ce/Ce*在0.50～0.76變化，有明顯的輕稀土虧損；兩翼及洋脊硅質(zhì)巖Ce/Ce*在0.2～0.38變化，輕稀土明顯虧損，硅質(zhì)巖樣品的Ce/Ce*比值為YQ-64：0.75；YQ-65：0.91；YQ-67：1.05，YQ-46：1.01，YQ-60：0.98，均屬大陸邊緣沉積環(huán)境。

在Fe2O3/TiO2-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)沉積環(huán)境判別圖(見圖3a)上，YQ-64、YQ-67號硅質(zhì)巖落入深海沉積物或靠近洋中脊范圍內(nèi)，YQ-46、YQ-60號硅質(zhì)巖樣品落入大陸邊緣盆地的范圍內(nèi)。

在Fe2O3/(100%-SiO2)-Al2O3/(100%-SiO2)沉積環(huán)境判別圖(見圖3b)上，YQ-64、YQ-67號硅質(zhì)巖落入靠近洋中脊范圍內(nèi)，YQ-46、YQ-65、YQ-60硅質(zhì)巖落入大陸邊緣盆地的范圍內(nèi)。

圖3 硅質(zhì)巖沉積環(huán)境環(huán)境判別圖解

不同沉積環(huán)境的硅質(zhì)巖ω(Al2O3)/ω(Al2O3+Fe2O3)數(shù)值是有所不同的，大陸盆地為0.4～0.7，大陸邊緣為0.5～0.9，洋中脊<0.40，硅質(zhì)巖樣品的數(shù)值分別為YQ-64：0.34；YQ-65：0.48；YQ-67：0.40，YQ-46：0.59，YQ-60：0.49，指示YQ-64、YQ-67號硅質(zhì)巖屬洋中脊環(huán)境，其余硅質(zhì)巖屬大陸盆地與大陸邊緣過渡環(huán)境。

利用ω(MnO)/ω(TiO2)判別硅質(zhì)巖沉積環(huán)境，MnO主要來自大洋深部，而TiO2多與陸源介質(zhì)的介入相關(guān)，離陸較近的大陸坡和邊緣海沉積硅質(zhì)巖，ω(MnO)/ω(TiO2)較低，比重一般<0.5，而大洋硅質(zhì)巖比值一般>0.5，唐巴勒硅質(zhì)巖比值為YQ-64：0.30；YQ-65：0.06；YQ-67：1.54，YQ-46：0.89，YQ-60：0.38，YQ-67、YQ-46號硅質(zhì)巖為深海沉積硅質(zhì)巖，其中ω(MnO)/ω(TiO2)值較高，可能是由于鐵錳微結(jié)核導致的。其余硅質(zhì)巖代表離陸較近的大陸邊緣海沉積。

5 結(jié) 論

1)通過巖石學、全巖地球化學研究，唐巴勒硅質(zhì)巖可劃分為兩組：生物成因硅質(zhì)巖，具有高硅、低鋁、低鈦和貧堿等特征；有中酸性火山灰物質(zhì)加入的硅質(zhì)巖，具有高硅、高鐵、高鋁、高鈦和富堿為特征。

2)生物成因硅質(zhì)巖多數(shù)微量元素含量多呈虧損，稀土總量普遍較低，且變化不大，主微量元素顯示了具有大洋盆地環(huán)境，且局部具有Ce弱負異常和正異常，反映有一定陸緣沉積環(huán)境的變化；有火山灰物質(zhì)加入的硅質(zhì)巖可能表明其靠近島弧或大陸邊緣。

3)兩種成因類型硅質(zhì)巖揭示唐巴勒蛇綠巖帶形成于邊緣洋盆環(huán)境。這與前人提出形成于俯沖帶型構(gòu)造環(huán)境是一致的，具有重要的構(gòu)造環(huán)境指示意義。