阿爾泰造山帶蘇普特群變質巖地球化學特征與原巖恢復

魏杰 弓小平 張堅燁 孫乾龍 楊洋 趙起 韓瓊

摘? 要：蘇普特變質巖位于阿爾泰造山帶西南緣瓊乎爾-阿巴宮構造帶，經歷了板塊俯沖、碰撞和造山后的地殼垂向增生過程。本文探討蘇普特群變質巖的原巖類型及構造環境，以梳理該構造帶變質作用，為阿爾泰造山帶晚古生代洋陸格局演變與復雜的造山作用研究提供一定參考。巖石學、地球化學及構造判別的研究結果表明，蘇普特變質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（σ）為0.98～1.60，小于3.3，屬極強鈣堿性巖-極強太平洋型的巖石類型，∑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。通過原巖判別圖解，第一巖組的樣品原巖應為沉積巖中鈣質和白云質泥灰巖;第二巖組的樣品原巖應為細碧巖-玄武巖和二長安山質凝灰巖。通過（Na2O+K2O）-SiO2圖解、沉積巖w （Al2O3）/w （Al2O3+Fe2O3）值得到原巖形成時所處構造環境為活動大陸邊緣-島弧環境。

關鍵詞：阿爾泰造山帶;蘇普特群;地球化學;原巖恢復;構造環境判別

阿爾泰造山帶是中亞造山帶的重要組成部分，經歷了我國多個造山期的構造運動，蘇普特變質巖位于阿爾泰造山帶西南緣瓊乎爾-阿巴宮構造帶，通過對該區域內變質巖的變質作用類型及發生時間進行分析，可推測變質巖形成及相關變質作用發生時區域所發生的構造活動。該方法在阿勒泰其他幾組變質巖中皆已使用，如劉國仁等通過鋯石和諧年齡測得富蘊縣西黑云斜長片麻巖應為石炭紀構造-巖漿活動的產物[1];Li等對阿爾泰富蘊縣烏恰溝一帶的超高溫泥質麻粒巖礦物組合分析及年代學的研究成果，確定了該區域內曾于二疊紀發生超高溫變質事件，并推測其與二疊紀塔里木地幔柱活動存在聯系 [2-3]。仝來喜等人通過巖相學觀察和礦物溫壓計算，結合U-Pb年齡測試結果印證了Li等人在文中的推斷，并推測其物質來源應為早古生代和新元古代變質地體或基底的剝蝕[4-8]。但前人對于該地區變質巖石的研究多停留在變質巖同位素年齡，而巖石地球化學特征及原巖恢復研究薄弱，且對阿爾泰造山帶前寒武大陸基底是否存在及其構造演化模式尚未形成統一意見[1，6]。本文旨在通過對蘇普特變質巖進行地球化學特征分析并推導其原巖，以此分析原巖形成時的構造地質條件及所經歷的變質演化歷史，為阿爾泰造山帶的構造演化史研究提供新的思路和重要的輔助資料。

1? 區域地質概況

研究區受西伯利亞板塊南緣陸緣活動帶影響，在海西造山旋回的發展演化過程中形成了復雜的構造變形行跡[9]。據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、二疊紀走滑剪切三類構造變形體系。研究區內褶皺構造主要形成于石炭紀逆沖推覆和伸展剝離階段，規模較大的褶皺構造為蘇普特向斜、烏恰山復背斜、沙勒巴復向斜[10]。蘇普特巖群主要分布在可可托海-二臺斷裂以東和烏恰溝達坂附近，呈NW向帶狀分布。在烏恰溝達坂南與克木齊巖群為斷層接觸，在一牧場八隊-薩木特一帶，北與震旦系喀納斯群斷層接觸（庫勒扎克孜勒斷裂），南被泥盆紀花崗閃長巖侵入（圖1）。

蘇普特巖群內多發育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帶特征，局部具糜棱巖化和混合巖化，區域內巖漿巖發育，具大型侵入巖體，多為以小型巖脈、巖株出現的花崗閃長巖等，變質巖受其影響較大，局部存在同化混染現象。第二巖組多以片巖為主，混合巖化相對較弱，靠近第一巖組區域亦受到花崗閃長巖、石英閃長巖侵入，附近巖體內多含云母、堇青石等礦物，表現為中級變質作用特征，其余區域中巖石內存在較多紅柱石，表現為低壓環境。長石、黑云母、紅柱石均不同程度發生絹云母化、綠泥石化、綠簾石化，可見其經歷明顯退變質作用。

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、斜長角閃片巖A5-III-44、黑云斜長角閃片麻巖A5-VIII-43、黑云斜長片麻巖A5-VIII-44，在蘇普特第二巖組采取黑云斜長角閃片麻巖A28-821、黑云斜長片麻巖A28-825、糜棱巖化角閃片巖A28-826、和斜長角閃片巖A28-828（圖2）。

斜長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石和石英構成（75%～85%），均為粒狀，自形程度較差，斜長石偶有變斑晶狀、眼球狀，發育聚片雙晶，少數含定向分布的條帶狀白云母。石英多見細?；亟Y晶，呈粒狀集合體，波狀消光。黑云母和白云母含量較少，多數為棕褐-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為絹云母集合體，僅保留柱狀形態。

本文中所采樣品在河北省廊坊區域地質礦產調查研究所實驗室測定。將樣品破碎碾磨至小于200目，使用Axiosmax微X射線熒光光譜儀測定主量元素含量，析精度和準確度優于2%，使用儀器為X Series2 型等離子體質譜儀測定微量元素含量，分析精度和準確度優于5%。

3? 地球化學特征

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，鎂鐵指數為69.17～74.71，說明鎂的含量較高，K/NA為0.09～0.56，鉀含量小于鈉，里特曼指數（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%，鎂鐵指數為58.27～68.19，說明鐵含量較高，K/N為0.29～0.89，鉀含量小于鈉，里特曼指數（σ）為1.35～2.4，屬極強鈣堿性-極強太平洋型的巖石類型，霞石為0，屬硅過飽和巖石[8，12，13]。綜上所述，兩巖性段共8塊樣品均屬硅過飽和的極強鈣堿性巖。Al2O3含量11.4%～16.02%，屬鋁中等飽和類巖石，且樣品中除糜棱巖化角閃片巖（序號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]，與巖石中粘土物質含量及重礦物含量有關，樣品原巖為雜砂巖，稀土分布型式與英云閃長巖相似，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，與巖石中粘土物質含量及重礦物含量有關[16]，樣品原巖仍為雜砂巖，稀土分布型式與英云閃長巖相似[17]，存在明顯正銪異常。

4? 原巖及構造環境判別

本文中所有變質巖均未發生較強烈的交代作用和混合巖化作用，蝕變現象不明顯。因此，推測變質巖均為原巖在相對封閉環境下發生一系列化學變化形成的，因化學成分未發生變化，其巖石地球化學特征與原巖基本相同，主要受原巖形成及變質作用發生時的地質作用影響，本文在充足的野外地質工作基礎上開展地球化學特征研究，進行原巖恢復。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巖原巖的方法（圖5）[13]。樣品K-A圖解投點全部落入火成巖區，但1-6號樣品DF值皆為負值，與投圖顯示規律不符，經變質巖（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號點落入巖漿巖區域，2、3、4號落入點鈣質沉積巖與火成巖的重合區域內;在（al-alk）-c圖解中（圖5-b），1、2點位于鈣質泥灰巖與白云質泥灰巖界線，3、4號樣品落在白云質泥灰巖與細碧巖-玄武巖界線; 5、6號樣品則統一落入巖漿巖范圍內。由此可見，蘇普特變質巖并非是由單一巖性的原巖經變質形成，而是由巖漿巖和沉積巖共同經歷變質作用后形成。由此判別序號1、2、3、4的樣品原巖應為鈣質和白云質泥灰巖，而5、6、7、8的樣品原巖應為細碧巖-玄武巖和二長安山質凝灰巖。沉積巖的沉積大地構造環境一般用w（Al2O3）/w（Al2O3+Fe2O3）的值來判別，大陸邊緣環境、遠洋深海環境、洋脊海嶺環境分別為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，超過遠洋深海環境區間上限，為典型的大陸邊緣沉積環境。從表1可看出，蘇普特群原巖的沉積環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域表明，其沉積環境應為活動大陸邊緣-島弧環境。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。結合野外觀察及巖石礦物鑒定可將其劃分為安山閃長巖類。4塊巖漿巖原巖有3塊落入大陸邊緣環境，結合其微量元素特征可知，樣品3、4、5、6亦屬大陸邊緣-島弧環境。藺新望將阿爾泰造山帶地層構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];裴國棟等曾提出喀納斯群是由前寒武大陸結晶基底經風化破碎，與其他地區的碎屑沉積物一起沉積在靠近大陸島弧的活動大陸邊緣，并通過鋯石U-Pb定年限定其形成時代為晚震旦—早寒武世[15];周剛等在對蘇普特一帶雙峰式火山巖開展了地球化學分析，認為其部分形成于裂谷演化的晚期階段[26]。胡靄琴等曾提出現蘇普特巖群范圍在約2 300～2 400 Ma前存在地質事件[5]，結合本文研究成果可知，蘇普特巖群主要受晉寧期與加里東—華力西早期兩次構造活動影響，前者的構造-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，后者的構造事件形成了蘇普特巖群與克木齊巖群間的逆沖推覆構造。

5? 結論

（1） 蘇普特變質巖群變質巖的原巖由巖漿巖和沉積巖共同構成，巖漿巖為中酸性的玄武-安山質巖石，沉積巖為白云質泥灰巖和二長安山質凝灰巖。

（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所處構造環境為活動大陸邊緣-島弧環境。

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