阿爾泰造山帶蘇普特群變質(zhì)巖地球化學(xué)特征與原巖恢復(fù)

魏杰 弓小平 張堅(jiān)燁 孫乾龍 楊洋 趙起 韓瓊

摘? 要：蘇普特變質(zhì)巖位于阿爾泰造山帶西南緣瓊乎爾-阿巴宮構(gòu)造帶，經(jīng)歷了板塊俯沖、碰撞和造山后的地殼垂向增生過(guò)程。本文探討蘇普特群變質(zhì)巖的原巖類(lèi)型及構(gòu)造環(huán)境，以梳理該構(gòu)造帶變質(zhì)作用，為阿爾泰造山帶晚古生代洋陸格局演變與復(fù)雜的造山作用研究提供一定參考。巖石學(xué)、地球化學(xué)及構(gòu)造判別的研究結(jié)果表明，蘇普特變質(zhì)巖原巖為中酸性巖石（SiO2含量47.61%～68.41%），富鐵鎂（69.17%～74.71%），富鈉（K/NA=0.09～0.56），里特曼指數(shù)（σ）為0.98～1.60，小于3.3，屬極強(qiáng)鈣堿性巖-極強(qiáng)太平洋型的巖石類(lèi)型，∑REE=103.39×10-6～133.9×10-6，為較低含量型，LR/HR>1，La/Sm>1，為輕稀土微富集，LR/HR>1，La/Sm>1，為輕稀土微富集;分布型式稍右傾，輕稀分餾程度不明顯。通過(guò)原巖判別圖解，第一巖組的樣品原巖應(yīng)為沉積巖中鈣質(zhì)和白云質(zhì)泥灰?guī)r;第二巖組的樣品原巖應(yīng)為細(xì)碧巖-玄武巖和二長(zhǎng)安山質(zhì)凝灰?guī)r。通過(guò)（Na2O+K2O）-SiO2圖解、沉積巖w （Al2O3）/w （Al2O3+Fe2O3）值得到原巖形成時(shí)所處構(gòu)造環(huán)境為活動(dòng)大陸邊緣-島弧環(huán)境。

關(guān)鍵詞：阿爾泰造山帶;蘇普特群;地球化學(xué);原巖恢復(fù);構(gòu)造環(huán)境判別

阿爾泰造山帶是中亞造山帶的重要組成部分，經(jīng)歷了我國(guó)多個(gè)造山期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，蘇普特變質(zhì)巖位于阿爾泰造山帶西南緣瓊乎爾-阿巴宮構(gòu)造帶，通過(guò)對(duì)該區(qū)域內(nèi)變質(zhì)巖的變質(zhì)作用類(lèi)型及發(fā)生時(shí)間進(jìn)行分析，可推測(cè)變質(zhì)巖形成及相關(guān)變質(zhì)作用發(fā)生時(shí)區(qū)域所發(fā)生的構(gòu)造活動(dòng)。該方法在阿勒泰其他幾組變質(zhì)巖中皆已使用，如劉國(guó)仁等通過(guò)鋯石和諧年齡測(cè)得富蘊(yùn)縣西黑云斜長(zhǎng)片麻巖應(yīng)為石炭紀(jì)構(gòu)造-巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物[1];Li等對(duì)阿爾泰富蘊(yùn)縣烏恰溝一帶的超高溫泥質(zhì)麻粒巖礦物組合分析及年代學(xué)的研究成果，確定了該區(qū)域內(nèi)曾于二疊紀(jì)發(fā)生超高溫變質(zhì)事件，并推測(cè)其與二疊紀(jì)塔里木地幔柱活動(dòng)存在聯(lián)系 [2-3]。仝來(lái)喜等人通過(guò)巖相學(xué)觀(guān)察和礦物溫壓計(jì)算，結(jié)合U-Pb年齡測(cè)試結(jié)果印證了Li等人在文中的推斷，并推測(cè)其物質(zhì)來(lái)源應(yīng)為早古生代和新元古代變質(zhì)地體或基底的剝蝕[4-8]。但前人對(duì)于該地區(qū)變質(zhì)巖石的研究多停留在變質(zhì)巖同位素年齡，而巖石地球化學(xué)特征及原巖恢復(fù)研究薄弱，且對(duì)阿爾泰造山帶前寒武大陸基底是否存在及其構(gòu)造演化模式尚未形成統(tǒng)一意見(jiàn)[1，6]。本文旨在通過(guò)對(duì)蘇普特變質(zhì)巖進(jìn)行地球化學(xué)特征分析并推導(dǎo)其原巖，以此分析原巖形成時(shí)的構(gòu)造地質(zhì)條件及所經(jīng)歷的變質(zhì)演化歷史，為阿爾泰造山帶的構(gòu)造演化史研究提供新的思路和重要的輔助資料。

1? 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)受西伯利亞板塊南緣陸緣活動(dòng)帶影響，在海西造山旋回的發(fā)展演化過(guò)程中形成了復(fù)雜的構(gòu)造變形行跡[9]。據(jù)變形生成順序解析可得早石炭世逆沖推覆、晚石炭世伸展剝離、二疊紀(jì)走滑剪切三類(lèi)構(gòu)造變形體系。研究區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造主要形成于石炭紀(jì)逆沖推覆和伸展剝離階段，規(guī)模較大的褶皺構(gòu)造為蘇普特向斜、烏恰山復(fù)背斜、沙勒巴復(fù)向斜[10]。蘇普特巖群主要分布在可可托海-二臺(tái)斷裂以東和烏恰溝達(dá)坂附近，呈NW向帶狀分布。在烏恰溝達(dá)坂南與克木齊巖群為斷層接觸，在一牧場(chǎng)八隊(duì)-薩木特一帶，北與震旦系喀納斯群斷層接觸（庫(kù)勒扎克孜勒斷裂），南被泥盆紀(jì)花崗閃長(zhǎng)巖侵入（圖1）。

蘇普特巖群內(nèi)多發(fā)育NWW、NNW向斷裂，受可可任斷裂控制被分為蘇普特第一巖組與蘇普特第二巖組兩部分。第一巖組多為片麻巖，由北西至南東顯示綠簾角閃巖相-低角閃巖相遞增變質(zhì)帶特征，局部具糜棱巖化和混合巖化，區(qū)域內(nèi)巖漿巖發(fā)育，具大型侵入巖體，多為以小型巖脈、巖株出現(xiàn)的花崗閃長(zhǎng)巖等，變質(zhì)巖受其影響較大，局部存在同化混染現(xiàn)象。第二巖組多以片巖為主，混合巖化相對(duì)較弱，靠近第一巖組區(qū)域亦受到花崗閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖侵入，附近巖體內(nèi)多含云母、堇青石等礦物，表現(xiàn)為中級(jí)變質(zhì)作用特征，其余區(qū)域中巖石內(nèi)存在較多紅柱石，表現(xiàn)為低壓環(huán)境。長(zhǎng)石、黑云母、紅柱石均不同程度發(fā)生絹云母化、綠泥石化、綠簾石化，可見(jiàn)其經(jīng)歷明顯退變質(zhì)作用。

2? 樣品和分析方法

本次研究共采集8組巖石地球化學(xué)樣品，分別在蘇普特第一巖組采取糜棱巖化角閃片巖A5-III-34、斜長(zhǎng)角閃片巖A5-III-44、黑云斜長(zhǎng)角閃片麻巖A5-VIII-43、黑云斜長(zhǎng)片麻巖A5-VIII-44，在蘇普特第二巖組采取黑云斜長(zhǎng)角閃片麻巖A28-821、黑云斜長(zhǎng)片麻巖A28-825、糜棱巖化角閃片巖A28-826、和斜長(zhǎng)角閃片巖A28-828（圖2）。

斜長(zhǎng)角閃巖中角閃石含量占比大于50%，其余巖石樣品主要由斜長(zhǎng)石和石英構(gòu)成（75%～85%），均為粒狀，自形程度較差，斜長(zhǎng)石偶有變斑晶狀、眼球狀，發(fā)育聚片雙晶，少數(shù)含定向分布的條帶狀白云母。石英多見(jiàn)細(xì)粒化重結(jié)晶，呈粒狀集合體，波狀消光。黑云母和白云母含量較少，多數(shù)為棕褐-淺黃色，多色性顯著。副礦物多為磷灰石、電氣石、紅柱石，部分樣品紅柱石已蝕變?yōu)榻佋颇讣象w，僅保留柱狀形態(tài)。

本文中所采樣品在河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。將樣品破碎碾磨至小于200目，使用Axiosmax微X射線(xiàn)熒光光譜儀測(cè)定主量元素含量，析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于2%，使用儀器為X Series2 型等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定微量元素含量，分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%。

3? 地球化學(xué)特征

3.1? 主量元素特征

采自蘇普特巖群第一巖性組的4塊樣品的SiO2為47.61%～68.41%，均值57.48%（表1），為中酸性巖石，鎂鐵指數(shù)為69.17～74.71，說(shuō)明鎂的含量較高，K/NA為0.09～0.56，鉀含量小于鈉，里特曼指數(shù)（σ）為0.98～1.60;采自第二巖性組的4塊樣品SiO2為48.27%～57.82%，均值53.57%，鎂鐵指數(shù)為58.27～68.19，說(shuō)明鐵含量較高，K/N為0.29～0.89，鉀含量小于鈉，里特曼指數(shù)（σ）為1.35～2.4，屬極強(qiáng)鈣堿性-極強(qiáng)太平洋型的巖石類(lèi)型，霞石為0，屬硅過(guò)飽和巖石[8，12，13]。綜上所述，兩巖性段共8塊樣品均屬硅過(guò)飽和的極強(qiáng)鈣堿性巖。Al2O3含量11.4%～16.02%，屬鋁中等飽和類(lèi)巖石，且樣品中除糜棱巖化角閃片巖（序號(hào)5）外，其余樣品全鐵含量Fe2O3T（Fe2O3+FeO*1.111）在4.9%～14.04%。除此之外，MgO含量1.53%～7.62%，CaO含量3.87%～11.05%，所有樣品中CaO含量均大于MgO。

3.2? 第一巖組微量及稀土元素特征

從稀土樣品的分析成果可知（表1），∑REE=73.43×10-6～94.07×10-6，為較低含量型，LR/HR>1，La/Sm>1，輕稀土微富集;分布形式略右傾，輕稀土分餾程度不明顯（圖3-b）;δEu大于1或小于1均有，銪正、負(fù)異常均有。在微量元素樣品分析成果中（表1），微量元素豐度、特征為：RbN/YbN>1，為強(qiáng)不相容元素富集型（圖3-a），Nb*<1，鈮虧損，稀土分布型式差異較大，含量變換范圍較大[14]，與巖石中粘土物質(zhì)含量及重礦物含量有關(guān)，樣品原巖為雜砂巖，稀土分布型式與英云閃長(zhǎng)巖相似，存在明顯正銪異常。

3.3? 第二巖組微量及稀土元素特征

從稀土樣品的分析成果可知（表1），其主要特征：∑REE=103.39×10-6～133.9×10-6，為較低含量型[15]，LR/HR>1，La/Sm>1，為輕稀土稍微富集;分布形式稍右傾，輕稀分餾程度不明顯（圖4-b）;δEu大于1或小于1均有，銪正、負(fù)異常均有。在微量元素分析成果中，微量元素豐度和特征：RbN/YbN>1為強(qiáng)不相容元素富集型（圖4-a），Nb*<1，鈮虧損，稀土分布型式差異較大，含量變換范圍較大，與巖石中粘土物質(zhì)含量及重礦物含量有關(guān)[16]，樣品原巖仍為雜砂巖，稀土分布型式與英云閃長(zhǎng)巖相似[17]，存在明顯正銪異常。

4? 原巖及構(gòu)造環(huán)境判別

本文中所有變質(zhì)巖均未發(fā)生較強(qiáng)烈的交代作用和混合巖化作用，蝕變現(xiàn)象不明顯。因此，推測(cè)變質(zhì)巖均為原巖在相對(duì)封閉環(huán)境下發(fā)生一系列化學(xué)變化形成的，因化學(xué)成分未發(fā)生變化，其巖石地球化學(xué)特征與原巖基本相同，主要受原巖形成及變質(zhì)作用發(fā)生時(shí)的地質(zhì)作用影響，本文在充足的野外地質(zhì)工作基礎(chǔ)上開(kāi)展地球化學(xué)特征研究，進(jìn)行原巖恢復(fù)。西蒙南圖解、K-A圖解及DF值、（al-alk）-c圖解都是較好且可有效判別變質(zhì)巖原巖的方法（圖5）[13]。樣品K-A圖解投點(diǎn)全部落入火成巖區(qū)，但1-6號(hào)樣品DF值皆為負(fù)值，與投圖顯示規(guī)律不符，經(jīng)變質(zhì)巖（al+fm）-（c+alk）-Si西蒙判別圖解與（al-alk）-c圖解再次投圖確定（圖5-b，c）[18，22]，1、5、6、7、8號(hào)點(diǎn)落入巖漿巖區(qū)域，2、3、4號(hào)落入點(diǎn)鈣質(zhì)沉積巖與火成巖的重合區(qū)域內(nèi);在（al-alk）-c圖解中（圖5-b），1、2點(diǎn)位于鈣質(zhì)泥灰?guī)r與白云質(zhì)泥灰?guī)r界線(xiàn)，3、4號(hào)樣品落在白云質(zhì)泥灰?guī)r與細(xì)碧巖-玄武巖界線(xiàn); 5、6號(hào)樣品則統(tǒng)一落入巖漿巖范圍內(nèi)。由此可見(jiàn)，蘇普特變質(zhì)巖并非是由單一巖性的原巖經(jīng)變質(zhì)形成，而是由巖漿巖和沉積巖共同經(jīng)歷變質(zhì)作用后形成。由此判別序號(hào)1、2、3、4的樣品原巖應(yīng)為鈣質(zhì)和白云質(zhì)泥灰?guī)r，而5、6、7、8的樣品原巖應(yīng)為細(xì)碧巖-玄武巖和二長(zhǎng)安山質(zhì)凝灰?guī)r。沉積巖的沉積大地構(gòu)造環(huán)境一般用w（Al2O3）/w（Al2O3+Fe2O3）的值來(lái)判別，大陸邊緣環(huán)境、遠(yuǎn)洋深海環(huán)境、洋脊海嶺環(huán)境分別為0.6～0.9， 0.4～0.7，0.1～0.4[23-24]。蘇普特群沉積原巖w（Al2O3）/w（Al2O3+Fe2O3）介于0.846與0.859之間，平均0.85，超過(guò)遠(yuǎn)洋深海環(huán)境區(qū)間上限，為典型的大陸邊緣沉積環(huán)境。從表1可看出，蘇普特群原巖的沉積環(huán)境更接近大陸島弧的稀土元素特征[25]，在（Na2O+K2O）-Si圖解中，4塊沉積原巖圖解均落入島弧區(qū)域表明，其沉積環(huán)境應(yīng)為活動(dòng)大陸邊緣-島弧環(huán)境。蘇普特巖群中，巖漿巖原巖La/Yb大于1，富集輕稀土，為酸性巖類(lèi)。結(jié)合野外觀(guān)察及巖石礦物鑒定可將其劃分為安山閃長(zhǎng)巖類(lèi)。4塊巖漿巖原巖有3塊落入大陸邊緣環(huán)境，結(jié)合其微量元素特征可知，樣品3、4、5、6亦屬大陸邊緣-島弧環(huán)境。藺新望將阿爾泰造山帶地層構(gòu)造變形期次分為晉寧期、加里東期—華力西早期、華力西晚期、印支期[9];裴國(guó)棟等曾提出喀納斯群是由前寒武大陸結(jié)晶基底經(jīng)風(fēng)化破碎，與其他地區(qū)的碎屑沉積物一起沉積在靠近大陸島弧的活動(dòng)大陸邊緣，并通過(guò)鋯石U-Pb定年限定其形成時(shí)代為晚震旦—早寒武世[15];周剛等在對(duì)蘇普特一帶雙峰式火山巖開(kāi)展了地球化學(xué)分析，認(rèn)為其部分形成于裂谷演化的晚期階段[26]。胡靄琴等曾提出現(xiàn)蘇普特巖群范圍在約2 300～2 400 Ma前存在地質(zhì)事件[5]，結(jié)合本文研究成果可知，蘇普特巖群主要受晉寧期與加里東—華力西早期兩次構(gòu)造活動(dòng)影響，前者的構(gòu)造-巖漿熱事件造成蘇普特巖群大量的滲透性片麻理和微片麻理，后者的構(gòu)造事件形成了蘇普特巖群與克木齊巖群間的逆沖推覆構(gòu)造。

5? 結(jié)論

（1） 蘇普特變質(zhì)巖群變質(zhì)巖的原巖由巖漿巖和沉積巖共同構(gòu)成，巖漿巖為中酸性的玄武-安山質(zhì)巖石，沉積巖為白云質(zhì)泥灰?guī)r和二長(zhǎng)安山質(zhì)凝灰?guī)r。

（2） 沉積巖w （Al2O3）/w （Al2O3+Fe2O3）值與巖漿巖的（Na2O+K2O）-Si圖解皆反映其原巖形成時(shí)所處構(gòu)造環(huán)境為活動(dòng)大陸邊緣-島弧環(huán)境。

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