新疆巴里坤頭蘇泉組變質(zhì)巖原巖恢復(fù)

馬金林

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第六地質(zhì)大隊(duì)，新疆哈密 839000）

頭蘇泉組是新疆地質(zhì)局地質(zhì)研究所1961 年編制1∶100 萬哈密幅（K-46）地質(zhì)圖時(shí)，將原劃大南湖組第四、五、六亞組劃為中泥盆統(tǒng)并命名為頭蘇泉組，1994年新疆第一區(qū)調(diào)隊(duì)在區(qū)內(nèi)進(jìn)行地層清理時(shí)，將該組保留，前人研究認(rèn)為頭蘇泉組地層都已發(fā)生變質(zhì)作用，對(duì)該組分布范圍討論較深入[1]，但對(duì)頭蘇泉組變質(zhì)巖的巖石地球化學(xué)特征分析較少，對(duì)該組變質(zhì)巖原巖恢復(fù)討論較少。探討變質(zhì)巖原巖恢復(fù)具有重要意義，恢復(fù)變質(zhì)巖原類型并探討其古構(gòu)造環(huán)境是尋找相關(guān)礦床的基礎(chǔ)[2-3]，運(yùn)用巖石地球化學(xué)方法，采用地球化學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng)、在地殼中廣泛分布且有指示意義的主量及微量元素、微量元素比值及多元素圖解法可以有效判別其原巖類型及形成的構(gòu)造環(huán)境[4]。本文在對(duì)新疆巴里坤頭蘇泉組變質(zhì)巖巖相學(xué)特征研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用巖石地球化學(xué)方法對(duì)其變質(zhì)巖進(jìn)行原巖恢復(fù)，探討原巖形成環(huán)境。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于東天山山脈東段，構(gòu)造單元屬于哈爾里克古生代復(fù)合島弧帶與吐哈地塊結(jié)合部，出露地層主要為中泥盆統(tǒng)頭蘇泉組（D2t）、上石炭統(tǒng)柳樹溝組(C2l)、下侏羅統(tǒng)八道灣組(J1b)、第四系上更新統(tǒng)新疆群(Qp3X)、全新統(tǒng)冰磧(Qpgl))和沖洪積(Qhapl)[5]。主要受變質(zhì)地層為中泥盆統(tǒng)頭蘇泉組，巖石普遍千枚巖化及片理化，主要變質(zhì)巖石為變質(zhì)火山巖類、變質(zhì)碎屑巖類、板巖類、片巖類、大理巖類及千枚巖類等

2 巖相學(xué)特征

研究區(qū)變質(zhì)火山巖類主要為變質(zhì)安山巖、變質(zhì)流紋巖、變質(zhì)石英粗安巖等；變質(zhì)碎屑巖類主要包括變質(zhì)石英砂巖、綠簾陽起變質(zhì)細(xì)砂巖、板狀黑云變質(zhì)細(xì)砂質(zhì)粉砂巖、石榴綠泥變質(zhì)鈣質(zhì)粉砂巖及板狀黑云長石石英巖等。板巖類主要包括粉砂質(zhì)綠泥絹云板巖、絹云綠泥硅板巖、方解綠泥砂板巖等。片巖類主要包括板狀鈉長陽起片巖、鈉長綠泥綠簾陽起片巖、鈉長綠簾透閃片巖等。大理巖類在頭蘇泉組頂部出露，出露較少，為大理巖化灰?guī)r。千枚巖類出露較少，僅見石英綠泥絹云千枚巖。

變質(zhì)安山巖呈灰綠色、灰色，變余含斑結(jié)構(gòu)，基質(zhì)變余交織結(jié)構(gòu)、變余似交織結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由斑晶、基質(zhì)構(gòu)成。斑晶含量5%～10%，個(gè)別含量較高，可達(dá)15%；基質(zhì)含量約90%～95%。斑晶為近半自形板狀斜長石構(gòu)成，星散分布，大小0.5～1mm，具簾石化、碳酸鹽化，次閃石交代，呈假象。基質(zhì)由微晶半自形板條狀斜長石構(gòu)成，雜亂分布，大小0.05～0.2mm，黝簾石化，次閃石化，呈假象。次生礦物為絹云母、綠簾石、黝簾石、次閃石等。

變質(zhì)流紋巖呈灰色，變余斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)變余霏細(xì)狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、變余流紋構(gòu)造。巖石由斑晶、基質(zhì)組成。斑晶為以石英為主，含少量斜長石，星散分布，大小約0.3～0.7mm，總含量約5%；斑晶：石英為他形—半自形粒狀，粒內(nèi)具波狀消光，斜長石為半自形板狀，具絹云母化?；|(zhì)由微粒狀石英（20%）及微粒、板條狀鉀長石（70%）構(gòu)成，大小0.05～0.2mm，石英內(nèi)嵌布有少量鉀長石。次生礦物為次閃石。

變質(zhì)石英砂巖灰色，變余砂狀結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，礦物可見定向。巖石主由砂、填隙物組成。砂粒成分為石英，重結(jié)晶明顯，邊界不規(guī)則，局部見次生加大邊，粒度一般0.5～0.25mm，部分小于0.1mm，少部分0.25～0.5mm，含量約90%～95%；填隙物為簾石、鈣質(zhì)、石英次生加大邊（為硅質(zhì)膠結(jié)物重結(jié)晶產(chǎn)物）填隙狀分布，含量約5%～10%。巖石后期碎裂，簾石、碳酸鹽等沿其分布。副礦物為磷灰石、鋯石。次生礦物為綠簾石、碳酸鹽。

3 巖石化學(xué)特征及原巖恢復(fù)

3.1 頭蘇泉組變質(zhì)巖巖石化學(xué)特征

變質(zhì)安山巖中SiO2含量為50.96%，與中國安山巖巖石化學(xué)平均成分相比偏低，TiO2、FeO、CaO、MgO等含量明顯偏高，Na2O含量偏低，其它含量差別不大。分子數(shù)K2O+Na2O+CaO（202）>Al2O3(158)>K2O+Na2O(61)，屬正常類型。在A-C-FM 圖解中（圖1），1 號(hào)樣品為變質(zhì)安山巖落入Ⅸ區(qū)，即正系列堿土鋁基性巖亞組。變質(zhì)安山巖中稀土總量為∑REE＝139.00×10-6；LREE/HREE=5.96，（La/Yb）N=5.56，(Ce/Yb)N=4.91，曲線右傾，輕稀土富集；δEu=1.03，無明顯銪異常；δCe=0.97，無明顯鈰異常。在稀土元素配分模式曲線中（圖2），1號(hào)樣品為變質(zhì)安山巖表現(xiàn)為向右緩傾的平滑形曲線。變質(zhì)安山巖與維氏中性巖克拉克值相比Co、Cr、Li、Sc、V 元素含量明顯偏高；Ba、Nb、Rb、Th、U、Zr等元素含量明顯偏低；其余各元素含量基本相當(dāng)。Sr/Ba=2.83，Rb/Sr=0.10。

圖1 頭蘇泉組變質(zhì)A-C-FM圖解（據(jù)謝緬年科，1966）

圖2 頭蘇泉組變質(zhì)巖稀土分配模式曲線

變質(zhì)流紋巖中SiO2含量為74.62%，與中國流紋巖巖石化學(xué)平均成分基本相當(dāng)，僅K2O、Na2O等含量明顯偏高，其它含量差別不大。分子數(shù)K2O+Na2O+CaO（126）＜Al2O3(128)，屬鋁過飽和類型。在A-C-FM圖解中（圖1），2號(hào)樣品為變質(zhì)流紋巖落于Ⅰ區(qū)，即正鋁硅酸鹽巖亞組。變質(zhì)流紋巖中稀土總量較低，∑REE 為

129.91×10-6；LREE/HREE=6.86；（La/Yb）N=6.32，(Ce/Yb)N=4.31，曲線右傾，輕稀土富集；δEu=0.58，銪具中等負(fù)異常；δCe=0.90 鈰無明顯負(fù)異常。在稀土元素配分模式曲線中（圖2），2號(hào)樣品為變質(zhì)流紋巖表現(xiàn)為向右緩傾的平滑形曲線，呈右傾的海鷗形。變質(zhì)流紋巖與維氏酸性巖克拉克值相比Hf、V 元素含量明顯偏高；Ba、Co、Cr、Li、Nb、Ni、Rb、Sr、Ta、Th、U 等元素含量明顯偏低；其余各元素含量基本相當(dāng)。Sr/Ba=0.19，Rb/Sr=0.52。

變質(zhì)粗安巖中SiO2含量為60.82%，含量與中國粗安巖巖石化學(xué)平均成分相比基本相當(dāng)，略偏高，其它成分中FeO、MgO 含量明顯偏高，Al2O3、TiO2、Fe2O3、Na2O、K2O、P2O5等含量明顯偏低，其它含量差別不大。分子數(shù)K2O+Na2O+CaO（147）>Al2O3(135)>K2O+Na2O(53)，屬正常類型。在A-C-FM 圖解中（圖1），3 號(hào)樣品為變質(zhì)粗安巖落入Ⅸ區(qū)，即正系列堿土鋁基性巖亞組。變質(zhì)流紋巖中稀土總量較低，∑REE 為134.64×10-6；LREE/HREE=6.13；（La/Yb）N=6.54，(Ce/Yb)N=4.70，曲線右傾，輕稀土富集；δEu=0.75，銪具中等負(fù)異常；δCe=0.91，鈰無明顯負(fù)異常。在稀土元素配分模式曲線中（圖2），3號(hào)樣品為變質(zhì)粗安巖，表現(xiàn)為向右緩傾的平滑形曲線，呈右傾的海鷗形。變質(zhì)流紋巖與維氏中性巖克拉克值相比Ba、Nb、Rb、Sr、Th、Ti、Zr等元素含量明顯偏高；Hf、Sc 元素含量明顯偏低；其余各元素含量基本相當(dāng)。Sr/Ba=2.04，Rb/Sr=0.44。

變質(zhì)砂巖中SiO2含量較低，為46.06%～55.96%，平均為50.51%；而Al2O3含量較高，為15.26%～16.19%，平均15.73%；CaO、Na2O 含量較高；總體表現(xiàn)出Fe2O3＞FeO、MgO＜CaO，K2O＜Na2O，不具備典型沉積巖的巖石化學(xué)特征。在A-C-FM 圖解中（圖1），4、5 號(hào)樣品為變質(zhì)砂巖落入Ⅸ區(qū)，即正系列堿土鋁基性巖亞組。變質(zhì)砂巖中兩個(gè)樣品稀土總量差別較大，分別為86.25×10-6與453.37×10-6；LREE/HREE=3.61～6.43，平均為5.02；（La/Yb）N=3.99～7.35，平均為5.67，(Ce/Yb)N=3.04～5.16，平均為4. 15，曲線右傾，輕稀土富集；δEu=0.91～1.08，平均為1.0，無明顯銪異常；δCe=0.90～0.91，平均為0.91，鈰無明顯負(fù)異常。在稀土元素配分模式曲線中（圖2），4、5號(hào)樣品為變質(zhì)砂巖表現(xiàn)為向右緩傾的平滑形曲線。變質(zhì)砂巖與涂和費(fèi)砂巖克拉克值相比，Li、Nb、Ni、Sc、Sr、Ti、V 等元素含量明顯偏高；Rb 元素含量明顯偏低；其余各元素含量基本相當(dāng)。Sr/Ba=0.67～2.32，Rb/Sr=0.08～0.22，差別較大。

綠泥硅板巖SiO2含量較高，為69.82%～70.64%，平均為70.23%；Na2O 含量較高，為3.44%～4.64%，平均為4.04%；總體表現(xiàn)出Fe2O3＜FeO、MgO＜CaO，K2O＜Na2O，不具備典型沉積巖的巖石化學(xué)特征。在A-CFM 圖解中（圖1），6、7 號(hào)樣品為綠泥硅板巖，落于Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)界線附近，即鐵鎂鋁硅酸鹽巖亞組+正系列堿土鋁硅酸鹽巖亞組。綠泥硅板巖中稀土總量較低，∑REE 為（143.79～178.43）×10-6；平均為∑REE＝161.11×10-6，LREE/HREE=4.28～6.23，平均為5.26；（La/Yb）N=3.50～6.47，平均為4.99，(Ce/Yb)N=2.78～4.35，平均為3.57，曲線右傾，輕稀土富集；δEu=0.67～0.74，平均為0.71，銪具中等負(fù)異常；δCe=0.84～0.95，平均為0.90，鈰無明顯負(fù)異常。在稀土元素配分模式曲線中（圖2），6、7號(hào)樣品為稀土元素配分模式曲線較一致，表現(xiàn)為向右緩傾的平滑形曲線。綠泥硅板巖與維氏粘土巖克拉克值相比Sc、U 等元素含量明顯偏高；Ba、Ga、Li、Nb、Sr、Ta、V 元素含量明顯偏低；其余各元素含量基本相當(dāng)。Sr/Ba=0.42～0.70，Rb/Sr=0.17～0.49。

3.2 頭蘇泉組變質(zhì)巖原巖恢復(fù)

頭蘇泉組巖石類型包括變質(zhì)安山巖、變質(zhì)流紋巖、變質(zhì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖、板巖、片巖、大理巖及千枚巖等，原巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造保留完好。變質(zhì)砂巖的砂狀結(jié)構(gòu)、變余層理構(gòu)造都非常清楚；變質(zhì)安山巖、變質(zhì)流紋巖等火山巖巖石基本保持原來面貌，可見到巖石中的斑晶；各巖石類型交替變化，成層性好，不同巖層間界線比較清楚，橫向延伸穩(wěn)定，縱向巖性變化快。宏觀特征表明，頭蘇泉組巖性組合為變質(zhì)碎屑巖、變質(zhì)火山巖及碳酸鹽巖。

在A-C-FM 圖解中（圖1），1、3、4、5 號(hào)樣品點(diǎn)落入Ⅸ區(qū)，其原巖可能為基性火山巖或巖石中含有火山物質(zhì)；6、7 號(hào)樣品落在Ⅱ、Ⅲ區(qū)，其原巖為粘土巖和頁巖，夾有火山物質(zhì)。在c-n-f 三角圖解中（圖3），所有樣品均落入火山巖區(qū)，說明在頭蘇泉組的巖石類型中，多數(shù)巖石含有火山物質(zhì)。利用尼格里參數(shù)做堿—硅圖（圖4），1、2、4、5號(hào)樣品點(diǎn)投入B區(qū)（火山巖區(qū)）；3、6號(hào)樣品落入B區(qū)與C區(qū)附近，說明在頭蘇泉組的碎屑巖中夾有火山凝灰物質(zhì)，6、7 號(hào)樣品基本落入C 區(qū)，其原巖為厚層泥巖。

圖3 c-n-f圖解

圖4 變質(zhì)巖原巖恢復(fù)

4 結(jié)論

（1）通過巖相學(xué)分析，新疆巴里坤頭蘇泉組變質(zhì)巖主要為變質(zhì)火山巖類、變質(zhì)碎屑巖類、板巖類、片巖類、大理巖類及千枚巖類。

（2）巖性主要有變質(zhì)安山巖、變質(zhì)流紋巖、變質(zhì)石英粗安巖、變質(zhì)石英砂巖、綠簾陽起變質(zhì)細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)綠泥絹云板巖、絹云綠泥硅板巖、綠簾陽起片巖、大理巖。巖性組合為變質(zhì)碎屑巖、變質(zhì)火山巖及碳酸鹽巖。

（3）通過分析巖石化學(xué)特征，其原巖有火山巖、砂巖、泥巖、粘土巖、頁巖等。

（4）綜上，新疆巴里坤頭蘇泉組中變質(zhì)砂巖的原巖為砂巖，巖石中含有少量火山凝灰物質(zhì)，千枚巖及板巖的原巖為粘土巖，大理巖原巖為灰?guī)r，變質(zhì)火山巖原巖為火山噴出巖，總體為一套淺海相的火山—沉積地層。