南祁連陽康地區(qū)變質(zhì)巖地球化學(xué)特征及原巖恢復(fù)

莫東山，劉彩樂，董峻麟

(1. 吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130061； 2. 青海省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810000)

祁連造山帶位于青藏高原東北部，是中亞造山帶的重要組成部分，自北向南可劃分為北祁連、中祁連和南祁連3個構(gòu)造單元。學(xué)者們對其顯生宙以來的大地構(gòu)造格局及演化等開展了大量的研究工作[1-8]， 但關(guān)于前寒武紀(jì)基底的研究相對較少。已開展的變質(zhì)基底的研究也僅局限于中祁連及北祁連的局部地段[9-11]，而關(guān)于南祁連變質(zhì)基底的研究工作十分有限。如在巖石學(xué)、地球化學(xué)、構(gòu)造演化等方面的研究程度相對偏低，在形成時代上也存在較多爭議[12]。本文對南祁連地區(qū)志留紀(jì)巴龍貢噶爾組的陽康片巖[13]開展了化學(xué)成分分析，研究了其地球化學(xué)特征。在此基礎(chǔ)上，對陽康片巖的原巖進(jìn)行了初步恢復(fù)，并探討了其形成環(huán)境，以期為祁連造山帶形成的地質(zhì)背景的確定提供參考。

1 地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征

祁連造山帶形成于加里東期，呈北西向被華北板塊、塔里木板塊和柴達(dá)木板塊所夾持。南祁連位于造山帶的南端，以柴達(dá)木北緣斷裂、中祁連南緣斷裂及阿爾金走滑斷裂為界[14]，出露的地層主要為早古生代—中生代的地層[15]。

南祁連陽康地區(qū)變質(zhì)巖分布在陽康東側(cè)和果查布一帶，其主要巖石類型有二云石英片巖、黑云石英片巖、黑云片巖、白云石英片巖及角閃片巖(見圖1)。

圖1 陽康地區(qū)大地構(gòu)造和地質(zhì)簡圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[12]修改)

2 巖石地球化學(xué)特征

陽康變質(zhì)巖氧化物含量變化范圍較大，SiO2含量變化范圍為40.93%～68.74%(見表1)，巖性變化范圍較大，由超基性至酸性。Al2O3含量變化范圍為13.67%～15.92%，且Al2O3分子數(shù)大于K2O、Na2O、CaO分子數(shù)之和Na2O含量大于K2O含量。里特曼指數(shù)(σ)在1.40～4.42之間，集中于2.00附近，表明巖石主要為鈣堿性系列。其中，樣品1、2、3、6、7具有沉積巖化學(xué)成分特點(diǎn)，而樣品4、5、8、9、10、11具有中基性—中酸性火山巖成分特點(diǎn)(見圖2)，反映二者有不同的物質(zhì)來源。

圖2 新元古代變質(zhì)巖K2O-SiO2變異圖解

陽康變質(zhì)巖輕稀土元素含量相對較高，輕重稀土比值L/H變化范圍為8.20～14.66(表2～3)，屬輕稀土富集型。稀土元素總量變化范圍為158.59×10-6～218.88×10-6(表3)。(La/Sm)N值變化范圍為5.08～7.97，表明輕稀土元素分餾程度較高。(Gd/Yb)N值變化范圍為1.80～3.02，說明重稀土元素間分餾程度相對較弱。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化模式曲線呈右傾型，δEu值變化范圍為0.68～0.76，存在弱的Eu的負(fù)異常(見圖3和圖4)。

圖3 陽康變質(zhì)巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分型式 圖4 原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖

表1 變質(zhì)巖氧化物含量分析結(jié)果%

表2 變質(zhì)巖稀土元素分析結(jié)果 ×10-6

表3 變質(zhì)巖稀土元素地球化學(xué)參數(shù)

表4 變質(zhì)巖微量元素分析結(jié)果/10-6

樣品1、2、3顯著富集大離子親石元素(表4)，如Ba、Rb、Sr等，且Ba含量高于Sr的含量，Sr/Ba比值多小于1，反映了咸水環(huán)境沉積特征。高場強(qiáng)元素Th、Nb、Zr等含量較高，顯示陸源碎屑巖特征。樣品4、5、8、9、11富集大離子親石元素Ba和Sr，而強(qiáng)烈虧損元素Rb，Rb/Sr比值介于0.16～0.30之間。樣品4、5、8、9、10、11中元素Ba相對于Rb和Th、Ti相對于Sm和Y呈明顯負(fù)異常，反映出具有典型中基性—中酸性火山巖微量元素特征(圖3)。樣品6、7既具有火山巖微量元素特征，又具有陸源碎屑巖微量元素特點(diǎn)。

在(al+fm)-(c+alk)-Si原巖恢復(fù)圖解中(圖5)，樣品4、5、8、9、11落入火山巖區(qū)，樣品1、2、3落入厚層泥巖區(qū)，而樣品6、7落入鈣質(zhì)沉積巖區(qū)。在變質(zhì)巖A-C-FM圖解中(圖6)，樣品4、5、8、9、10落入基性火山巖區(qū)，11號樣品落入中性及堿性火山巖和雜砂巖區(qū)，樣品1、2、3落入泥質(zhì)巖石區(qū)，樣品6、7號樣落入泥灰質(zhì)沉積巖區(qū)。分析表明，樣品1、2、3、6、7的原巖為陸源碎屑沉積巖，泥巖或雜砂巖，樣品4、5、8、9、10的原巖為基性火山巖，而樣品11的原巖為中性火山巖。陽康變質(zhì)巖的原巖總體為一套基性—中酸性火山巖及碎屑巖組合。

根據(jù)火山巖類礦物學(xué)特征和主量元素特征判別其構(gòu)造環(huán)境，樣品4、5、8、9、11具有明顯的造山帶火山巖礦物學(xué)特征(圖7)。樣品1、2、3、4、5、7、8、9具有活動大陸邊緣化學(xué)成分特征，而樣品6、10、11具有大洋島弧化學(xué)成分特征(圖8)。分析表明，陽康變質(zhì)巖的原巖為典型的變質(zhì)中基性—酸性火山巖及沉積巖系構(gòu)成的火山—沉積建造，巖石形成于類似現(xiàn)代島弧的活動大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境。在當(dāng)時總體處在陸內(nèi)拉張的構(gòu)造背景之下，深部地幔呈隆升趨勢，由此導(dǎo)致上部地殼的拉張減薄，壓力的降低誘發(fā)上地幔局部熔融，形成了海底火山噴發(fā)，在噴形發(fā)間歇沉積了碎屑。

圖5新元古代變質(zhì)巖(al+fm)-(c+alk)+Si圖解圖6新元古代代變質(zhì)巖A-C-FM圖解

圖7新元古代變質(zhì)巖loqτ-logσ圖解圖8新元古代變質(zhì)巖K2O/Na2O-SiO2圖解

3 變質(zhì)作用及溫壓條件分析

3.1 礦物共生組合及變質(zhì)相劃分

原巖巖石類型較為復(fù)雜，經(jīng)歷了多期變質(zhì)變形的疊加改造，其礦物組合與高綠片巖相變質(zhì)程度下的礦物共生組合相近。本文對不同巖石類型進(jìn)行了礦物組合分析和變質(zhì)相分析，進(jìn)而確定其變質(zhì)相和變質(zhì)帶。

變質(zhì)泥砂質(zhì)巖的常見礦物共生組合為黑云母+石英(黑云石英片巖)及黑云母+斜長石+石英(條帶狀黑云石英片巖)，變質(zhì)基性巖的常見礦物共生組合為角閃石+黑云母+斜長石+石英(角閃斜長變粒巖)和角閃石+黑云母+斜長石(黑云角閃片巖)。

本區(qū)的特征變質(zhì)礦物有黑云母、斜長石及角閃石。黑云母、斜長石在不同變質(zhì)程度的巖石中均有出現(xiàn)，角閃石出現(xiàn)的較少，主要賦存于角閃片巖中。基底變質(zhì)巖系中斜長石多呈粒徑1～2 mm的柱狀、板狀，以中長石和更長石為主，部分斜長石在低綠片相退變質(zhì)的影響下發(fā)生絹云母化，具有中低級變質(zhì)的特征。而新元古—古生代增生區(qū)淺變質(zhì)巖系的斜長石粒度明顯較細(xì)，多呈微粒狀，且絹云母化強(qiáng)烈，在基性巖中出現(xiàn)部分鈉長石，顯示了低級變質(zhì)的特點(diǎn)。

3.2 溫壓條件分析

陽康片巖具有變形強(qiáng)而變質(zhì)程度相對較低的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)出3期構(gòu)造變形。第1期變形為順層伸展滑脫機(jī)制下，形成面理S1，變形過程中可能的變質(zhì)反應(yīng)為角閃石、斜長石等轉(zhuǎn)變而成為變晶柱粒狀或片狀綠泥石、鈉長石、黑云母和石英等，典型的溫壓條件約為T=500℃，P=2×108～4×108Pa，相當(dāng)于低壓綠片巖相。第2期變形為橫向擠壓剪切機(jī)制下，形成以面理S1為變形面的褶皺，可能的變質(zhì)反應(yīng)為鈉長石、黑云母等轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒕罹G泥石和和雛晶—微粒狀綠簾石等新生變質(zhì)礦物，變質(zhì)作用類型為區(qū)域低溫動力變質(zhì)作用。晚期變質(zhì)階段，在峰期變質(zhì)的基礎(chǔ)上，在降溫過程中，發(fā)生退變質(zhì)，主要表現(xiàn)為斜長石，多轉(zhuǎn)變?yōu)榻佋颇?，黑云母轉(zhuǎn)變?yōu)榫G泥石，形成了低綠片巖相的退變質(zhì)礦物組合，反映了地殼抬升壓力降低過程中變質(zhì)作用的演化特征。疊加在早期的變質(zhì)作用之上，是蓋層低綠片巖相動力變質(zhì)作用疊加改造的結(jié)果，對應(yīng)的溫度T=400℃，壓力P=0.5×108～4×108Pa。綜上，新元古代變質(zhì)作用屬區(qū)域動力熱流變質(zhì)作用，壓力類型為低壓相系。

4 變質(zhì)巖成因

陽康片巖地層中有輝長巖侵入，馬文等測得該套輝長巖鋯石U-Pb同位素年齡為730 Ma±3 Ma[16]，輝長巖體的侵入時代確定為新元古代，判定陽康片巖變質(zhì)時代應(yīng)不晚于新元古代。董峻麟等[12]測得陽康片巖中角閃片巖獲得巖漿鋯石U-Pb年齡值為819 Ma±2 Ma，該年齡代表了巖石結(jié)晶年齡。綜上所述，可初步判斷該套變質(zhì)巖系形成時代為新元古代。

新元古代陸緣增生階段，卷入該期變質(zhì)的地質(zhì)體為新元古代陽康片巖，地殼具有一定熱流值。在區(qū)域動力熱流變質(zhì)作用下及在北東—南西向擠壓機(jī)制下，形成褶皺，發(fā)生片理置換層理，巖石中廣泛分布順層片理，這些順層片理與平臥褶皺的軸面劈理大致平行。與此同時，巖石發(fā)生變質(zhì)，產(chǎn)生了黑云母、白云母、石英、斜長石、角閃石等變質(zhì)礦物，這些變質(zhì)礦物沿層理定向生長形成順層片理。變質(zhì)礦物共生組合反映了高綠片巖相特征，這表明該套變質(zhì)巖系是由區(qū)域動力熱流變質(zhì)作用形成的，變質(zhì)相為高綠片巖相。

5 結(jié) 論

1)根據(jù)巖石化學(xué)成分特征，樣品1、2、3、6、7具有沉積巖化學(xué)成分特點(diǎn)，而樣品4、5、8、9、10、11具有中基性—中酸性火山巖成分特點(diǎn)。

2)陽康片巖地層中二云石英片巖、黑云片巖、黑云石英片巖原巖為陸源碎屑沉積巖，泥巖或雜砂巖；二云石英片巖、白云母石英片巖、角閃片巖原巖為基性火山巖；部分二云石英片巖原巖為中性火山巖。陽康片巖原巖的巖石組合總體為一套基性—中酸性火山巖及碎屑巖組合。

3)陽康片巖變質(zhì)火山巖微量元素特征、構(gòu)造環(huán)境判別結(jié)果顯示，變質(zhì)中基性火山巖形成于活動大陸邊緣環(huán)境。

4)研究表明表明該套變質(zhì)巖系是由區(qū)域動力熱流變質(zhì)作用形成的，變質(zhì)相為高綠片巖相。原巖變質(zhì)時代屬于新元古代。