新疆中天山地塊星星峽群形成的構(gòu)造背景及峰期變質(zhì)條件

朱米西，朱文斌，葛榮峰，王逸瓊

內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點實驗室，南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210023

1 引言

前寒武紀(jì)基底作為各個古老地塊的重要組成部分，是形成于前寒武紀(jì)的地質(zhì)體在經(jīng)歷了一系列地質(zhì)事件之后保留下來的部分。前寒武紀(jì)基底是保存了前寒武紀(jì)地質(zhì)信息的重要載體，通過對其年代學(xué)、同位素和主量以及微量元素的研究，我們可以恢復(fù)前寒武紀(jì)巖石經(jīng)歷的地質(zhì)事件以及它形成的構(gòu)造背景。

中亞造山帶被波羅的克拉通、西伯利亞克拉通、塔里木克拉通以及華北克拉通圍限（圖1b，其中存在著大量的前寒武紀(jì)基底巖石，廣泛分布于西伯利亞以南（Gladkochub et al., 2008; Kovalenko et al., 2004）、蒙古（Demoux et al., 2009; Kozakov et al., 2007, 2012），中國東北（Zhou and Wlide, 2013;Zhou et al., 2018），哈薩克斯坦—吉爾吉斯斯坦（Konopelko et al., 2013, 2014）以及天山地區(qū)（圖1b白框部分，He et al., 2014, 2015）。近年來，大量的年代學(xué)、地球化學(xué)和同位素研究發(fā)現(xiàn)，這些前寒武紀(jì)巖石普遍存在多期中—新元古代巖漿作用和后期的變質(zhì)變形作用（Gao et al., 2015; Liu et al.,2015; Zong et al., 2017）。中天山前寒武紀(jì)基底經(jīng)歷的后期變質(zhì)變形作用是對天山造山帶不同地質(zhì)時期的俯沖-增生造山作用的響應(yīng)，對理解中亞造山帶顯生宙的演化具有重要意義。

中天山地塊作為天山造山帶的組成部分之一，出露了天山造山帶面積最為廣泛的前寒武紀(jì)巖石（圖1）。迄今為止，有關(guān)中天山地塊前寒武紀(jì)基底研究已積累了很多資料和研究成果（賀振宇等，2015；姜洪穎等，2013；葉曉峰等，2013; Liu et al., 2015; Yuan et al., 2015）。但由于前寒武紀(jì)巖石組成復(fù)雜且普遍經(jīng)歷后期變形變質(zhì)作用的改造，所以中天山地塊前寒武紀(jì)巖石仍然需要深入研究。目前前人關(guān)于中天山前寒武紀(jì)巖石的研究重點大多集中在侵入巖的年代學(xué)、地球化學(xué)及巖石成因方面，涉及前寒武紀(jì)變質(zhì)沉積巖形成構(gòu)造背景的研究還比較少（卞翔等，2016，2018; He et al., 2014; Lei et al., 2011; Li et al., 2005; Wang et al., 2014; Zhou et al.,2016）。本文研究的星星峽群是中天山地塊三套前寒武紀(jì)變質(zhì)巖群之一，前人在該群獲得了一些地球化學(xué)數(shù)據(jù)，但對其原巖類型的推斷仍有分歧（卞翔等，2016，2018; Li et al., 2005）。此外，星星峽群是中天山地塊前寒武紀(jì)巖石的重要組成部分，經(jīng)歷了強(qiáng)烈的變質(zhì)作用，但有關(guān)其變質(zhì)演化歷史與峰期變質(zhì)溫壓條件方面的研究也較為薄弱（He et al.,2014）。對星星峽群原巖成分、沉積環(huán)境和后期變質(zhì)變形改造的研究，有助于了解該塊體的構(gòu)造親緣性和地質(zhì)演化過程。

圖1 （a）天山造山帶構(gòu)造簡圖（修改自He et al., 2014）和（b）中亞造山帶大地構(gòu)造位置圖（修改自?eng?r et al., 1993）Fig. 1 Simplified geological maps showing (a) geological sketch map of the Chinese Tianshan Orogen (modified after He et al., 2014).(b) abbreviative geological map of the Central Asian Orogenic Belt (modified after ?eng?r et al.,1993)

本文在野外觀察與室內(nèi)薄片研究基礎(chǔ)上，對中天山星星峽群具有代表性的變質(zhì)片巖和片麻巖開展礦物電子探針成分分析和全巖主、微量元素測試，嘗試揭示星星峽群的原巖性質(zhì)以及峰期變質(zhì)條件。同時，我們還利用星星峽群變質(zhì)巖的地球化學(xué)結(jié)果推測星星峽群形成的大地構(gòu)造背景，進(jìn)而討論天山造山帶東部地區(qū)的構(gòu)造演化過程。

2 區(qū)域地質(zhì)背景與巖石特征

中亞造山帶是全球規(guī)模最大的顯生宙增生造山帶之一，它由波羅的克拉通、西伯利亞克拉通、塔里木克拉通和華北克拉通所圍限（?eng?r et al.,1993; Windley et al., 2007），并且由多個塊體在二疊紀(jì)至三疊紀(jì)最終拼貼而成（Cawood et al., 2009;Khain, 2003; Xiao et al., 2015）。中亞造山帶主要分為哈薩克斯坦拼貼系統(tǒng)和蒙古拼貼系統(tǒng)（Xiao et al., 2015） 。本文研究區(qū)所在的天山造山帶屬于哈薩克斯坦拼貼系統(tǒng)（Xiao et al., 2015）。

天山造山帶位于中國西北部的新疆維吾爾族自治區(qū)，北邊是準(zhǔn)噶爾盆地，南邊為塔里木克拉通。天山造山帶的走向從西往東由WNW-ESE漸變?yōu)閃SW-ENE，且通常將中國國境內(nèi)的天山部分，以烏魯木齊的經(jīng)度為分界線，分為西天山和東天山兩個部分，本文研究區(qū)位于東天山最東部（圖1）。在地質(zhì)上，天山造山帶又根據(jù)大型構(gòu)造斷裂可劃分成由北向南4個構(gòu)造單元（圖2）：北天山增生雜巖、伊犁地塊、中天山地塊和南天山增生雜巖（Charvet et al., 2011; Gao et al., 1998, 2009; Han et al., 2011;Jian et al., 2013; Ma et al., 2012b, 2013a, 2015; Wali et al., 2018; Wang et al., 2018; Xiao et al., 2013）。

圖2 星星峽地區(qū)地質(zhì)簡圖，標(biāo)注樣品名、采樣地點以及巖性Fig. 2 Simplified geological map of Xingxingxia area, shows sample names, sample locations and rock types

北天山增生雜巖位于天山造山帶最北部，南側(cè)邊界為中天山北緣斷裂（徐學(xué)義等，2005）。它的西部以巴音溝蛇綠巖為代表，東部以米什溝到尾亞的鈣堿性火山巖和火山碎屑以及不連續(xù)的蛇綠巖套殘骸為特征（Han et al., 2010; Wang et al., 2016; Xia et al., 2008, 2012; Xiao et al., 2004）。伊犁地塊位于天山造山帶西部，北側(cè)邊界為中天山北緣斷裂，南側(cè)邊界為北那拉提斷裂（徐學(xué)義等，2004; Hu et al., 2000）。它主要以前寒武紀(jì)基底和古生代至早中生代的沉積巖以及島弧型巖漿巖為特征（李永軍等，2008; Cao et al., 2017; Kr?ner et al., 2013; Zhu et al., 2005, 2019）。中天山地塊由北側(cè)中天山北緣斷裂，西側(cè)北那拉提斷裂，南側(cè)中天山南緣斷裂所圍限（Ma et al., 2012a, 2013b, 2014b; Huang et al.,2017）。它由前寒武紀(jì)基底和廣泛分布的古生代島弧型火山巖，以及一些早中生代侵入巖組成（Dong et al., 2011; He et al., 2015, 2018; Lei et al., 2011; Ma et al., 2014a; Wang et al., 2015）。南天山增生雜巖位于天山造山帶最南部，北側(cè)邊界為中天山南緣斷裂（楊經(jīng)綏等，2011; Wang et al., 2011）。它由古生代蛇綠巖套，島弧型增生雜巖，俯沖相關(guān)的高壓低溫變質(zhì)巖以及一些沉積巖組成。

天山造山帶的前寒武紀(jì)基底主要集中在中天山地塊和伊犁地塊。中天山地塊的前寒武紀(jì)巖石主要由3套巖層和不同時代的侵入巖組成，地層包括星星峽群，卡瓦布拉克群和天湖群（胡靄琴等，1986）。天湖群分布在尖山子斷裂南側(cè)，紅柳河斷裂以北，主要為一套綠片巖相到角閃巖相的變質(zhì)巖，賦存有沉積變質(zhì)型鐵礦（胡靄琴等，1986）。卡瓦布拉克群大致沿東西向分布350 km，最大寬度達(dá)20 km。該群主要由一套變質(zhì)碳酸鹽巖夾多層變質(zhì)碎屑巖，與下伏星星峽群整合接觸，與上覆黃山組為不整合接觸。前人獲得卡瓦布拉克群單顆粒鋯石U-Pb年齡1141±60 Ma（修群業(yè)等，2002）。

星星峽群位于中天山地塊最東端，整體呈北東—南西向展布，西起庫米什，東至星星峽，斷續(xù)分布約500 km。過去認(rèn)為，該群的巖石組合為一套角閃巖相至高角閃巖相變質(zhì)巖，最近的研究表明，變質(zhì)程度甚至達(dá)到了麻粒巖相（He et al., 2014,2015），主要巖石類型有片麻巖、片巖、混合巖以及少量大理巖。該群上覆卡瓦布拉克群，其下巖層不可見。星星峽群被不同時代的花崗質(zhì)巖石侵入，這些侵入巖與星星峽群的組合被稱為“星星峽雜巖”（He et al., 2014, 2015;圖2）。胡靄琴等（1986）測得星星峽群的上限年齡為1400±73 Ma，下限年齡約為1900 Ma。此外，Wang等（2010）在星星峽群東南方的星星峽鎮(zhèn)附近采集樣品，獲得了星星峽群245~230 Ma左右的云母Ar-Ar年齡。

3 野外觀察與采樣

變質(zhì)的星星峽群具有顯著的透入性面理，野外測得其面理的產(chǎn)狀為153°∠60°，與星星峽群整體的展布方向一致。在面理上還能觀察到由礦物拉長定向排列形成的線理，產(chǎn)狀為260°∠25°（圖3a）。此外，在眼球狀片麻巖中能觀察到大量的不對稱旋斑（圖3b），在主應(yīng)變XZ面上觀察到的旋斑指示運(yùn)動學(xué)動向為左行剪切，顯微鏡下也可觀察到左旋碎斑（圖3e）。野外還能觀察到韌性變形形成的鞘褶皺、層間揉皺和無根褶皺，以及脆性變形形成的共軛X節(jié)理等現(xiàn)象（圖3c，d），均反映星星峽群曾經(jīng)歷了強(qiáng)烈的變質(zhì)作用以及復(fù)雜多期的變形過程。

本文中使用的16個樣品均采集于星星峽鎮(zhèn)以西5~20 km，其中3個樣品用于電子探針分析，11個樣品用于全巖地球化學(xué)研究，還有2個樣品同時用于兩種研究（表1），下文將挑選代表性樣品進(jìn)行介紹。

表1 中天山地塊星星峽群樣品的采樣位置、巖性以及測試內(nèi)容Table 1 Locations and rock types of samples selected for EPMA and whole rock geochemistry from the Xingxingxia Group, Central Tianshan block

樣品17XX-07巖性為石榴黑云斜長片麻巖（圖3f）。粒狀鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，構(gòu)成樣品的主要礦物有石榴子石（3%~5%）、黑云母（35%~45%）、石 英（25%~35%）和 斜 長 石（10%~20%）。礦物顆粒較為自形，石英顆粒無亞顆粒但有波狀消光，樣品整體呈明顯定向性。石榴子石無環(huán)帶。該樣品未見風(fēng)化，其中的礦物已達(dá)成等化學(xué)平衡，石榴子石+黑云母+石英+斜長石構(gòu)成了一組穩(wěn)定的礦物組合。

樣品17RX-06巖性為石榴黑云母石英片巖。粒狀鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，樣品中的主要礦物類型有石榴子石（5%~10%）、黑云母（15%~25%）、石英（60%~70%）和少量種類不明的長石（5%~10%）。石榴子石較為破碎，粒徑約為500 μm。黑云母呈現(xiàn)明顯的定向。石英的拉伸方向與黑云母定向排列一致，主要呈現(xiàn)顆粒邊界遷移的現(xiàn)象，少量呈現(xiàn)邊界顆粒旋轉(zhuǎn)。

樣品17RX-07巖性為石榴黑云母石英片巖（圖3g）。粒狀鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，構(gòu)成樣品的主要礦物有石榴子石（5%~10%）、黑云母（25%~35%）、石英（40%~50%）、鉀長石（5%~10%）和斜長石（3%~5%）。石榴子石無環(huán)帶，晶體粒徑約為300 μm，鏡下呈橢球狀，說明晶型不完整。石英呈現(xiàn)亞顆粒旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，代表中等應(yīng)力的變形。黑云母顆粒極小，粒徑最大約50 μm。

部分樣品中出現(xiàn)了結(jié)晶較好的矽線石（圖3h黃色圓圈內(nèi)），指示星星峽群發(fā)生的峰期變質(zhì)作用至少達(dá)到了角閃巖相。

4 分析方法

將5個用于電子探針分析的樣品清洗，剝?nèi)ワL(fēng)化面，選取顏色較深且可見石榴子石的部分切成薄片并粘在載玻片上，然后磨制成厚度大約為60~80 μm的探針片。每一過程均對設(shè)備和器皿進(jìn)行嚴(yán)格清洗，避免相互污染。5個樣品的電子探針分析分別使用了不同的儀器，其中樣品17XX-04-1、 17XX-04-2和17XX-07數(shù)據(jù)用于溫壓計算，測試儀器型號為JEOL JXA-8100，樣品17RX-06和17RX-07的數(shù)據(jù)用于繪制等值線，測試儀器型號為JEOL JXA-8230，實驗地點為南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點實驗室。實驗過程的加速電壓設(shè)置為15 kV，束流為20 nA，束斑大小大約為1 μm。由于3塊樣品（17XX-04-1、17XX-04-2和17XX-07）中均含有石榴子石+黑云母+石英+斜長石的礦物組合，本文所有的溫壓計算均采用石榴子石-黑云母溫度計以及石榴子石-黑云母-石英-斜長石壓力計，所以石榴子石、黑云母和斜長石被選作了實驗礦物。為了保證實驗精度，確保測定的礦物組合已達(dá)成等化學(xué)平衡，實驗過程中同一組礦物顆粒的間距保持在1000 μm以內(nèi)。實驗中所使用的標(biāo)樣為若干自然標(biāo)樣與人造標(biāo)樣。分析元素的峰值與背景值的測定頻率分別保持在每10秒1次和每5秒1次。所有的樣品都通過氧化物ZAF法進(jìn)行校正，測試結(jié)果見表2、表3、表4。

表2 用于溫壓計算的3個樣品的礦物電子探針數(shù)據(jù)Table 2 EPMA data of three samples for calculation of P-T condition

表3 使用電子探針數(shù)據(jù)獲得的GB-GBPQ溫壓計計算結(jié)果Table 3 The calculation results of the GB-GBPQ thermobarometer calculated by electron probe data

表4 用于繪制等值線相圖的2個樣品的礦物電子探針數(shù)據(jù)Table 4 EPMA data of two samples for isopleth of phase diagram

用于主量元素與微量元素分析的13個樣品經(jīng)過清洗并剝?nèi)ワL(fēng)化面之后，每個樣品切取部分并用瑪瑙研缽磨成200目的粉末。樣品粉末的主量元素分析在南京大學(xué)現(xiàn)代分析中心，通過X射線熒光光譜法完成，使用的X射線熒光光譜儀型號為ARL-9800。元素的質(zhì)量百分比大于1.0%時，分析精度優(yōu)于1%；元素的質(zhì)量百分比小于1.0%時，分析精度在10%以內(nèi)。

采 用 的 標(biāo) 樣 為RGM-2、BCR-2和BHVO-2。詳細(xì)的實驗內(nèi)容參考Franzini 等 （1972）。樣品的微量元素分析在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點實驗室，采用Finnigan Element II ICP-MS完成。大部分元素的分析精度優(yōu)于5%，所有元素的分析精度優(yōu)于10%。采用的標(biāo)樣為GSR-5和SDO-1。詳細(xì)的處理過程見高劍峰等（2003）。此外，13個樣品中17XX-11和17RX-13的微量元素進(jìn)行了重復(fù)實驗以避免實驗誤差，最終獲得15組數(shù)據(jù)。主量元素和微量元素測試結(jié)果分別見表5和表6。

表5 星星峽群13個樣品全巖主量元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)(wt%)Table 5 whole rock major element geochemical data of 13 samples from the Xingxingxia Group (wt%)

表6 星星峽群15個樣品全巖微量元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)(×10-6)Table 6 whole rock trace element geochemical data of 15 samples from the Xingxingxia Group (×10-6)

續(xù)表2

5 分析結(jié)果

5.1 地球化學(xué)特征

星星峽群片巖和片麻巖具有含量變化較大的Al2O3（10.97~22.86 wt%）、CaO（0.31~7.88 wt%）、Fe2O3（2.84~11.01 wt%）、MgO（0.85~4.45 wt%）和SiO2（52.98~73.95 wt%），而K2O（2.48~5.24 wt%）、Na2O（0.21~2.25 wt%）和TiO2（0.31~1.24 wt%）的含量相對穩(wěn)定，MnO（0.06~0.19 wt%）和P2O5（0.03~0.15 wt%）的含量相對較少。星星峽群樣品的主量元素特征與PAAS（澳大利亞后太古宙頁巖，據(jù)Taylor and Mclennan, 1985）相比，存在較小差異，僅P2O5的含量相對較少。此外，僅兩個樣品（17RX-08和17RX-13）的鋁飽和指數(shù)小于1.1。其中，樣品17RX-08的鈣含量偏高，樣品17RX-13的鋁含量偏低，這是這兩個樣品A/CNK指數(shù)在0.8~0.9的原因。

如圖4a所示，用大陸上地殼標(biāo)準(zhǔn)化后的13個樣品中，大部分樣品表現(xiàn)出了類似的配分模式。對比蛛網(wǎng)圖上相鄰的元素，Cs、La、Ce、Nd較為富集，Nb、Ta和Sr則呈現(xiàn)不同程度的虧損。與PAAS和PUCC（古元古代以來平均大陸上地殼）相比，星星峽群樣品有著相似含量的高場強(qiáng)元素（Zr: 106×10-6~612×10-6和Hf: 2.67×10-6~14.58×10-6）以及含量更低的過渡元素（Cr : 12.58×10-6~227.09×10-6和Ni: 7.75×10-6~73.31×10-6）（表6）。而在沉積作用中，Sc通常表現(xiàn)出類似高場強(qiáng)元素的地球化學(xué)特征，星星峽群大多數(shù)樣品的Sc含量（2.6~19.7）與PAAS（16.0）和PUCC（14.5）接近，這又佐證了星星峽群原巖是沉積巖的觀點。圖4b為星星峽群樣品球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的稀土元素配分曲線，具有輕稀土元素富集的特點，有輕微Eu負(fù)異常；而用PAAS（后太古界澳大利亞沉積巖）標(biāo)準(zhǔn)化后的稀土元素配分曲線趨勢較為平穩(wěn)（圖4c），整體上呈現(xiàn)輕微Eu正異常。兩種配分曲線中均有相同兩組樣品數(shù)據(jù)偏離主體曲線聚集的范圍，可認(rèn)為是無效樣品。

圖4 （a）大陸上地殼標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（據(jù)Taylor and McLennan, 1995）、（b）球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線（據(jù)Anders and Grevesse, 1989）和（c）太古宙平均澳大利亞頁巖（PAAS）標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線（據(jù)Taylor and Mclennan, 1985）Fig. 4 (a) Upper Continental Crust (UCC) normalised multielement diagrams（Normalised to UCC values from Taylor and McLennan, 1995）， (b) chondrite-normalized REE pattern（Normalised to chondritic values from Anders and Grevesse, 1989） and (c)PAAS normalized REE pattern（Normalised to chondritic values from Taylor and Mclennan, 1985）

將17RX-06和17RX-07的主量元素數(shù)據(jù)分別輸入軟件GeoPS（ver. 2.3; Xiang, 2020），溫壓范圍設(shè)為773~1173 K和5~15 kbar，預(yù)設(shè)礦物類型選擇Chl、Gt、Mica、Crd、Bi、Ctd、St、melt、Fsp、Sp、Ilm和Opx，計算結(jié)果如圖5所示。在樣品17RX-06的視剖面圖中，當(dāng)溫度超過550~600℃時，鈉云母和綠泥石完全消失；溫度高于750℃時，藍(lán)晶石開始出現(xiàn)；十字石和矽線石的出現(xiàn)大致符合Al2SiO5同質(zhì)多像的藍(lán)晶石—矽線石線。而樣品17RX-07的視剖面圖顯示，溫度高于560℃時，綠泥石完全消失，溫度高于750℃時，藍(lán)晶石開始出現(xiàn)；壓力高于6 kbar時，十字石消失；矽線石的出現(xiàn)遵循Al2SiO5同質(zhì)多像的藍(lán)晶石—矽線石線。

圖5 溫壓計算結(jié)果（17XX-4-1、17XX-04-2和17XX-07）、相圖與石榴子石中Mn2+（紅線）和Ca2+（黃線）的百分比等值線Fig. 5 Thermo-barometer calculations (17XX-4-1，17XX-04-2 and 17XX-07), phase diagram with isopleth of the percentage of Mn2+ (red line) and Ca2+ (yellow line) in garnet

5.2 電子探針分析

本文測試的3個溫壓計算樣品（17XX-04-1、17XX-04-2和17XX-07，結(jié)果見表2），其石榴子石中鐵和鋁的質(zhì)量百分比均顯著高于鎂、錳、鈣和鉻，反映樣品中石榴子石主要為鐵鋁榴石。黑云母中鐵氧化物的質(zhì)量百分比超出鎂氧化物的兩倍，代表黑云母為鐵葉云母。長石則主要是中長石和部分堿性長石。

本文采用Holdaway等（2000）標(biāo)定的GB溫度計和Wu 等（2004）標(biāo)定的GBPQ壓力計來計算星星峽群副變質(zhì)巖變質(zhì)變形過程中形成的溫度和壓力，獲得樣品的溫壓條件如圖5數(shù)據(jù)點所示，所有樣品點計算獲得的溫度在621~764℃之間，壓力在6.7~9.3 bar之間，對應(yīng)高角閃巖相至麻粒巖相的變質(zhì)作用。計算結(jié)果見表3。

剩余2個 樣 品（17RX-06和17RX-07）僅測試石榴子石的化學(xué)成分，結(jié)果見表4，其成分與上述3個樣品成分類似。使用軟件AX Win計算石榴子石FeOt中Fe2+和Fe3+的配比，結(jié)果顯示Fe2+占主要成分。樣品17RX-06的石榴子石中，MnO占FeO+MnO+MgO+CaO物質(zhì)的量百分比范圍為0.044~0.075，CaO占FeO+MnO+MgO+CaO物 質(zhì)的量百分比范圍為0.167~0.191。而在樣品17RX-07的 石 榴 子 石 中，MnO占FeO+MnO+MgO+CaO物質(zhì)的量百分比范圍為0.048~0.071，CaO占FeO+MnO+MgO+CaO物質(zhì)的量百分比范圍為0.228~0.256。我們根據(jù)鏡下觀察到的礦物組合（石榴子石+黑云母+長石+石英+不透明礦物；水和熔體無法觀察，不參與范圍限定）限定相圖中的區(qū)域，于這些區(qū)域上繪制石榴子石中MnO和CaO占FeO+MnO+MgO+CaO物質(zhì)的量百分比的成分等值線。如圖5a所示，在17RX-06相圖中，兩種等值線相交的部分可以大致圈定一個范圍（550~600℃，6~9 kbar）；而在17RX-07的相圖中，對應(yīng)MnO和CaO含量的兩種等值線范圍無法相交，未得到理想結(jié)果。

6 討論

6.1 星星峽群的原巖成分與形成的構(gòu)造背景

6.1.1 星星峽群的原巖成分

在變質(zhì)巖研究中，變質(zhì)巖原巖類型的判斷對于恢復(fù)變質(zhì)巖原巖形成時期的構(gòu)造背景有著重要的意義。本文將采用已有的構(gòu)造判別圖解來識別星星峽群原巖的組成。Simonen（1953）提出了可用于初步區(qū)分變質(zhì)巖原巖類型的西蒙南圖解。在圖6a中，大部分星星峽群樣品數(shù)據(jù)點落入厚層泥巖—砂巖區(qū)域，只有極少數(shù)數(shù)據(jù)點位于火山巖區(qū)域。而星星峽群巖石的礦物組合中出現(xiàn)石榴子石等富鋁礦物，也佐證了其原巖是泥質(zhì)巖石的可能性。大部分樣品的鋁飽和指數(shù)＞1.1，進(jìn)一步說明了星星峽群的原巖極有可能為富鋁沉積巖。在Floyd 等（1989）提出的K2O-Rb圖解中（圖6b），星星峽群樣品顯示的K/Rb比值接近230，說明其原巖主要為中酸性成分。星星峽群原巖的成分為酸性，這點同樣可由Floyd 和 Leveridge（1987）提出的La/Th-Hf圖解（圖6c）所印證。

圖6 反映星星峽群原巖成分的地球化學(xué)圖解Fig. 6 Geochemical diagrams showing source composition for metasedimentary rocks from the Xingxingxia Group

6.1.2 星星峽群原巖形成的構(gòu)造背景

微量元素與稀土元素分析的發(fā)展與普及，在研究原巖形成的構(gòu)造背景上發(fā)揮著越來越重要的作用。通過主微量元素圖解和稀土元素配分曲線與標(biāo)準(zhǔn)樣品的對比，我們可以反演樣品所屬地質(zhì)體形成的構(gòu)造背景（Bhatia, 1983, 1985; Bhatia and Crook,1986）。而沉積巖的微量元素與稀土元素的含量與配分模式取決于源區(qū)，原巖是沉積巖的副變質(zhì)巖可以通過此方法推斷原巖沉積的構(gòu)造背景。本文將主要采用Bhatia（1985）、Bhatia 和 Crook（1986）提出的研究方法與圖解來討論中天山地塊東部前寒武紀(jì)基底形成的構(gòu)造背景。

如圖4b，c所示，使用球粒隕石和PAAS標(biāo)準(zhǔn)化的四種不同構(gòu)造背景樣品的稀土配分曲線（Bhatia and Crook, 1986）均用黑色圖標(biāo)繪制，從上往下代表的沉積環(huán)境依次為被動陸緣、安第斯型、大陸弧以及大洋島弧。使用球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的配分曲線圖中，前三種構(gòu)造環(huán)境的配分曲線均表現(xiàn)Eu負(fù)異常，被動陸緣與安第斯型的Eu異常相對較高于大陸弧。對比星星峽群樣品與4種不同構(gòu)造背景樣品的稀土配分曲線，可排除星星峽群原巖沉積于大洋島弧環(huán)境的可能性。而在PAAS標(biāo)準(zhǔn)化的配分曲線圖中，4種不同構(gòu)造背景樣品的稀土配分曲線特征出現(xiàn)了明顯的分化，具體表現(xiàn)在被動陸緣與安第斯型仍為Eu負(fù)異常，大陸弧與大洋島弧則表現(xiàn)為明顯的Eu正異常，且大洋島弧的Eu異常相對較為明顯。使用PAAS標(biāo)準(zhǔn)化的本文樣品配分曲線中，除了兩條曲線之外，其余整體上表現(xiàn)了輕微的Eu正異常，與大陸弧的配分曲線特點一致。

除此之外，在以Th-La-Sc和Sc-Th-Zr/10作為端元繪制的三元圖中（圖7），數(shù)據(jù)點均主要集中于大陸弧（范圍B）的范圍內(nèi)。多種圖解共同表明，星星峽群副變質(zhì)巖原巖沉積的構(gòu)造背景為大陸弧。

圖7 變質(zhì)沉積巖的構(gòu)造判別圖解（據(jù)Bhatia and Crook, 1986）Fig. 7 Tectonic discrimination diagrams for metasedimentary rocks from the Xingxingxia Group (after Bhatia and Crook, 1986)

He 等 （2014，2015）從前人劃分的星星峽群中識別出兩期深成侵入巖，分別是約900 Ma花崗片麻巖和1400 Ma條帶狀混合麻巖，作者認(rèn)為這兩期侵入巖應(yīng)從星星峽群中解體出來。野外觀察發(fā)現(xiàn)，900 Ma花崗片麻巖與星星峽群的變質(zhì)沉積巖之間具有明顯的侵入接觸關(guān)系，說明星星峽群的形成時代應(yīng)早于900 Ma。受后期變質(zhì)變形作用的影響，星星峽群變質(zhì)沉積巖與1400 Ma條帶狀混合麻巖的接觸關(guān)系并不十分清楚。星星峽群變質(zhì)沉積巖碎屑鋯石研究發(fā)現(xiàn)，其存在顯著的約1400 Ma的最年輕峰，鋯石形態(tài)與1400 Ma條帶狀混合麻巖中的鋯石形態(tài)也十分相似（該成果將另文發(fā)表），據(jù)此推測，1400 Ma條帶狀混合片麻巖很有可能為星星峽群提供沉積物源。He 等 （2015）通過全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)研究表明，1400 Ma條帶狀混合片麻巖為形成于大陸邊緣巖漿弧環(huán)境的巖漿巖。中元古代早期（1.6~1.4 Ga）是大量新生地殼形成的一個重要時期（Andersen et al., 2004; Cawood et al., 2007），期間發(fā)育了一系列以巖漿弧為主的增生造山帶。本文對星星峽群變質(zhì)沉積巖的地球化學(xué)分析結(jié)果同樣說明，其形成的大地構(gòu)造背景為大陸弧環(huán)境?？紤]到1400 Ma條帶狀混合片麻巖與星星峽群變質(zhì)沉積巖相鄰的空間關(guān)系，且兩者地球化學(xué)結(jié)果得出了相同的構(gòu)造背景，故進(jìn)一步認(rèn)為星星峽群的原巖極有可能部分來自于1400 Ma條帶狀混合片麻巖。

6.2 星星峽群的變質(zhì)條件

中天山地塊在古生代末期至早中生代與伊犁地塊、北天山增生雜巖以及南天山增生雜巖拼貼，形成現(xiàn)今的天山造山帶（Xiao et al., 2015）。根據(jù)前人研究可以發(fā)現(xiàn)，中天山地塊的前寒武紀(jì)基底由西往東，年齡越來越老（陳新躍等，2009；胡靄琴等，1986，2006，2010；劉樹文等，2004；彭明興等，2012；秦克章等，2002；施文翔等，2010; He et al., 2014; Hu et al., 2000; Huang et al., 2015)，所以中天山地塊最東端的星星峽群經(jīng)歷了最為復(fù)雜的后期地質(zhì)事件疊加。星星峽群記錄的區(qū)域變質(zhì)作用，反映了后期地質(zhì)事件對古老沉積巖層的影響。根據(jù)繪制等值線的相圖結(jié)果（圖5），樣品變質(zhì)的溫壓條件大致為550~600℃，6~9 kbar，而GB-GBPQ溫壓計結(jié)果獲得的溫壓結(jié)果范圍大致為600~750℃，6.5~9.5 kbar，兩者限定的區(qū)域無重疊部分。由于等值線所繪范圍并沒有出現(xiàn)矽線石的可能，所以本文將以GB-GBPQ溫壓計計算結(jié)果為主，相圖范圍為輔。篩除與整體溫壓結(jié)果相差較大的點以及不在符合相圖中礦物組合的點，本次研究顯示星星峽群峰期變質(zhì)的溫壓條件為610~730℃，6.8~8.5 kbar，與前人（He et al., 2014）的研究結(jié)果720~730℃，4~6 kbar有所區(qū)別。

星星峽群中廣泛發(fā)育北東—南西向透入性面理，這些面理是在上述區(qū)域變質(zhì)過程中形成的，從本文獲得的變質(zhì)溫壓條件看，峰期變質(zhì)作用達(dá)到了麻粒巖相。He 等（2014）在星星峽群副變質(zhì)巖（黑云母片麻巖和石榴黑云片麻巖）挑選的鋯石中，獲得其變質(zhì)邊的年齡為379~374 Ma，從而限定了星星峽群峰期變質(zhì)的時間大概在380 Ma。

7 結(jié)論

本文通過對星星峽群變質(zhì)沉積巖的礦物成分以及全巖地球化學(xué)進(jìn)行研究，結(jié)合前人工作，得到以下主要結(jié)論：

（1）星星峽群原巖為泥質(zhì)巖，沉積物源為酸性巖石，同時可能還有更加古老的物源成分。此外，星星峽群形成的構(gòu)造背景是大陸弧或活動大陸邊緣環(huán)境，物質(zhì)源區(qū)可能為形成于1400 Ma的島弧型花崗巖。

（2）星星峽群的峰期變質(zhì)條件為610~730℃，6.8~8.5 kbar，為高角閃巖相至麻粒巖相變質(zhì)作用，發(fā)生峰期變質(zhì)的時間大約在380 Ma。