新疆賽圖拉地區(qū)地質(zhì)概況及礦物的地球化學(xué)特征研究

胡 楠，郭鵬程，張富榮，郭瑞華，李兆揚(yáng)

（西安煤航遙感信息有限公司（地質(zhì)勘查院），陜西 西安 710199）

近年來(lái)，伴隨著礦石地球化學(xué)分析日趨進(jìn)步，微量與稀土元素地球化學(xué)示蹤物源技術(shù)得到迅速發(fā)展，礦石地球化學(xué)方法在探討地質(zhì)礦物的恢復(fù)、識(shí)別大地構(gòu)造背景、反演古氣候和古環(huán)境等方面已收到了顯著成效。

研究區(qū)變質(zhì)礦物分布較為廣泛，約占調(diào)查區(qū)總面積的70%左右。除第四系和侏羅系以外，區(qū)內(nèi)元古代—三疊紀(jì)地層均遭受不同程度的變質(zhì)，其中主要的變質(zhì)作用為長(zhǎng)城紀(jì)賽圖拉巖群遭受了中-高溫區(qū)域變質(zhì)作用和動(dòng)力變質(zhì)作用疊加，其礦石變質(zhì)、變形強(qiáng)烈，完全改變了原來(lái)礦石的特征；寒武紀(jì)-三疊紀(jì)的地層均遭受了地綠片巖相的區(qū)域變質(zhì)作用，局部與礦體接觸部位遭受了接觸變質(zhì)作用，整體變質(zhì)、變形程度較弱，基本保留了礦石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造[1]。因此，以變質(zhì)礦物的地球化學(xué)特征分析為鑰匙，探討研究區(qū)大地構(gòu)造環(huán)境和背景。

1 研究區(qū)概況

工作區(qū)位于昆侖山西段腹地，地形具有“兩山兩溝一達(dá)坂”的特點(diǎn)，即北部昆侖山，南部喀喇昆侖山，西南部為葉爾羌河，東北部為喀拉喀什河支流。地形相對(duì)高差大，山勢(shì)極為險(xiǎn)峻，具有“坡陡、谷深、山高”的地貌特征。區(qū)域低溫動(dòng)力變質(zhì)作用成因形成的變質(zhì)礦物，是研究區(qū)發(fā)育最為廣泛的變質(zhì)類型，涉及本區(qū)所有的變質(zhì)礦物，其變質(zhì)時(shí)代主要發(fā)生在三疊紀(jì)以后，據(jù)區(qū)域資料，變質(zhì)溫度為300℃～500℃，壓力為0.2GPa～0.6GPa 。區(qū)內(nèi)長(zhǎng)城紀(jì)、薊縣紀(jì)地層與變質(zhì)侵入體形成礦石退變質(zhì)，長(zhǎng)石絹云母化、黑云母退變?yōu)榫G泥石、白云母退變?yōu)榻佋颇?、角閃石退變?yōu)榫G泥石、簾石；石炭紀(jì)-三疊紀(jì)地層形成大面積的帶狀分布的單相綠片巖相變質(zhì)地帶，礦石中主要礦物在強(qiáng)應(yīng)力、均勻的較低溫條件下發(fā)生變形、重結(jié)晶和變質(zhì)結(jié)晶作用，形成各種劈理化、片理化和具有帶狀構(gòu)造的礦石，礦石中保留有原始的沉積結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征。

2 樣品采集及實(shí)驗(yàn)方法

2.1 樣品采集

本次區(qū)域變質(zhì)礦物元素地球化學(xué)樣品，分別采自于新疆西昆侖賽圖拉調(diào)查區(qū)南部PM12、PM14、PM9和PM6剖面及調(diào)查區(qū)中部PM8剖面中，經(jīng)過(guò)精細(xì)嚴(yán)格的室內(nèi)篩選，去除不符合實(shí)驗(yàn)要求的樣品，剩余共計(jì)15件變質(zhì)礦物的地球化學(xué)樣品，其中長(zhǎng)城紀(jì)賽圖拉巖群云母石英片巖樣品5件，早志留世溫泉溝群板巖5件，二疊紀(jì)黃羊嶺群含炭泥質(zhì)板巖5件，均為淺變質(zhì)巖類。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

使用的實(shí)驗(yàn)分析設(shè)備為X-射線（XRF-1500）熒光光譜儀，粉碎為200（目）后，在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，進(jìn)行主、微、稀土化學(xué)元素分析測(cè)定。測(cè)試精度：當(dāng)元素含量小于10×10-6，精度10%優(yōu)于，當(dāng)大于10×10-6，精度5%優(yōu)于。使用（Element Ⅱ）ICP-MS測(cè)試，利用酸溶法制備樣品。

3 地質(zhì)礦物的地球化學(xué)特征

3.1 稀土元素和微量元素地球化學(xué)特征及構(gòu)造背景

風(fēng)化、沉積物的分選搬運(yùn)、物源類型及元素的水動(dòng)力地球化學(xué)性質(zhì)等因素綜合影響著REE和微量元素在沉積物中的富集程度[2]。

由圖1a所示，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖中，賽圖拉巖群云母石英片巖稀土元素配分曲線顯示為右傾，表明輕稀土元素分餾程度較高，∑LREE/∑HREE=7.41～9.90，均值8.36，輕稀土元素富集，重稀土元素相對(duì)虧損且曲線較為平緩。δEu=0.64～0.74，均值0.69，δEu的變化完全取決于云母石英片巖原巖的碎屑物質(zhì)組成，Eu元素具弱的負(fù)異常，與上地殼相關(guān)，推測(cè)為花崗巖類等酸性巖。

賽圖拉巖群云母石英片巖在北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化模式圖中（圖1b），REE配分曲線為平緩型，各元素比值在1附近，且無(wú)Ce異常，說(shuō)明其原始物質(zhì)來(lái)源于上地殼。在母巖的風(fēng)化過(guò)程中大離子親石元素如Rb、Ga和Nb、Hf、Zr等高場(chǎng)強(qiáng)元素穩(wěn)定性較強(qiáng)、難于溶解。同理，原巖為沉積碎屑巖的變質(zhì)巖也具有該性質(zhì)，這些元素隨沉積物一起搬運(yùn)、沉積具較強(qiáng)的抗遷移性[3]。因此，其隨沉積物沉積成巖后雖遭受區(qū)域變質(zhì)作用，但仍能反映原巖為沉積巖的地球化學(xué)特征，是很好的指示標(biāo)簽。

圖1 （a）球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REE配分曲線圖；（b）北美頁(yè)巖REE配分曲線圖；

由此可見(jiàn)，來(lái)自上地殼的長(zhǎng)英質(zhì)類礦石，是其主要物質(zhì)來(lái)源。運(yùn)用Th， Sc，La等具更強(qiáng)穩(wěn)定性的元素為端元組成的判別圖解。

3.2 礦物樣品中的常量元素

3.2.1 常量元素地球化學(xué)特征

礦物樣品常量元素含量：SiO2含量為59.61%～75.20%、TiO2含 量 為0.75～0.88%、Al2O3含 量 為10.89%～16.83%、Na2O含量為0.52%～3.03%、K2O含量為1.32%～4.26%、MgO含量為1.89%～2.63%。如圖2，在Simonen的(al+fm)-(c+alk)-Si圖解中，5件礦物樣品落入沉積巖區(qū)內(nèi)，其中2件偏向砂巖，3件為泥巖。礦物樣品常量元素氧化物平均值與地殼元素豐度進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其氧化物平均含量大致接近上地殼平均組成，說(shuō)明變質(zhì)巖母巖主要由大陸上地殼物質(zhì)組成。

圖2 西蒙南圖解

3.2.2 稀土元素和微量元素地球化學(xué)特征及構(gòu)造背景

稀土元素和微量元素廣泛運(yùn)用于源區(qū)礦石類型恢復(fù)及構(gòu)造環(huán)境的判別[4]，諸如Cr、Sc、Co等在沉積礦物形成的過(guò)程中，最難溶解且相對(duì)穩(wěn)定，所以，可反映物源區(qū)的地球化學(xué)性質(zhì)。

如圖3a可見(jiàn)，在溫泉溝群板巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式中，稀土元素分配曲線均呈右傾，LREE相對(duì)富集，HREE相對(duì)虧損且分布平坦，∑REE含量較高，介于178.09×10-6～219.84×10-6，均值196.29×10-6,變化幅度中等。LaN/YbN為10.02～14.44，均值12.74。Eu元素均顯示微弱負(fù)異常，δEu為0.62～0.69，均值0.66。在北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)模式中（圖3b），REE配分曲線，呈平緩型，其物源來(lái)自于上地殼，REE特征總體上與（PAAS）澳大利亞后太古宙平均頁(yè)巖的分布趨勢(shì)大體相似。

如圖4a，在Th-Sc-Zr/10圖解中，5件礦物樣品均落入大陸島弧區(qū)域，表明其構(gòu)造環(huán)境為大陸島弧。進(jìn)一步進(jìn)行判別，在Th-Hf-Co圖解中（4b），顯示淺變質(zhì)礦物樣品原巖物質(zhì)來(lái)源。在深海沉積物中的自生沉積物會(huì)干擾微量元素反映源區(qū)特征的準(zhǔn)確性，在此影響下，則使用一些元素的比值（如La/Sc、Ti/Zr），來(lái)反映源區(qū)特征會(huì)有更好的效果[5]。

圖4 礦物樣品的微量元素構(gòu)造判別圖解

3.3 二疊紀(jì)地質(zhì)礦物地球化學(xué)特征

3.3.1 常量元素地球化學(xué)特征

樣品常量元素含量：SiO2=56.85%～63.66%、T i O2=0.8 5%～0.9 8%、N a2O=0.1 5%～2.8 5%、K2O=2.63%～4.26%。Al2O3含量高，均值為17.93%，其原巖黏土及云母類礦物較多。在Simonen的(al+fm)-(c+alk)-Si圖解中，5件礦物樣品落入沉積巖區(qū)內(nèi)的厚層泥巖范圍，顯示黃羊嶺群泥質(zhì)板巖樣品原巖為泥巖。

3.3.2 稀土元素和微量元素地球化學(xué)特征及構(gòu)造背景

如圖5a可見(jiàn)，在二疊紀(jì)黃羊嶺群泥質(zhì)板巖球粒隕石模式中，稀土元素分配曲線，均呈右傾，HREE相對(duì)虧損且分布平坦，LREE相對(duì)富集，∑REE含量較高，介于179.73×10-6～261.43×10-6，均值209.82×10-6,變化幅度較大。LaN/YbN為11.31～12.67，均值11.80，（Tb/Lu）N為1.75～1.95，均值1.85。δCe為0.96～1.04，均值0.89。Eu元素均顯示：微弱負(fù)異常，δEu為0.62～0.69，均值0.66。北美頁(yè)巖稀土配分曲線（圖5b）與歐洲頁(yè)巖（ES）及太古界澳大利亞沉積巖（NASC）稀土配分曲線比較一致。

圖5 （a）礦石標(biāo)準(zhǔn)化REE配分曲線圖；（b）北美頁(yè)巖REE配分曲線圖

元素的一些比值，例如Ba/Sr、 Rb/Sr等在判別源區(qū)構(gòu)造環(huán)境時(shí)，更加靈敏，Rb/Sr為0.29～1.55，均值1.00，Ni/Co為2.08～2.99，均值2.56，Ba/Sr為0.85～6.97，均值4.61。黃羊嶺群變質(zhì)巖原巖物質(zhì)來(lái)源主要為長(zhǎng)英質(zhì)巖石，個(gè)別樣品則來(lái)自混合長(zhǎng)英質(zhì)/基性巖。

圖3 （a）早志留世溫泉溝群板巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REE配分曲線圖；（b）北美頁(yè)巖REE配分曲線圖

4 結(jié)論

（1）長(zhǎng)城紀(jì)賽圖拉區(qū)域的礦物為沉積碎屑巖，構(gòu)造環(huán)境為大陸島弧。（2）早志留世溫泉溝礦物主要由大陸上地殼物質(zhì)組成，具近源沉積特征。（3）二疊紀(jì)黃羊嶺群礦物質(zhì)來(lái)源主要為長(zhǎng)英質(zhì)巖石，個(gè)別樣品則來(lái)自混合長(zhǎng)英質(zhì)/基性巖源區(qū)，構(gòu)造環(huán)境接近大陸島弧。