新疆巴里坤頭蘇泉組變質巖原巖恢復

馬金林

（新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第六地質大隊，新疆哈密 839000）

頭蘇泉組是新疆地質局地質研究所1961 年編制1∶100 萬哈密幅（K-46）地質圖時，將原劃大南湖組第四、五、六亞組劃為中泥盆統并命名為頭蘇泉組，1994年新疆第一區調隊在區內進行地層清理時，將該組保留，前人研究認為頭蘇泉組地層都已發生變質作用，對該組分布范圍討論較深入[1]，但對頭蘇泉組變質巖的巖石地球化學特征分析較少，對該組變質巖原巖恢復討論較少。探討變質巖原巖恢復具有重要意義，恢復變質巖原類型并探討其古構造環境是尋找相關礦床的基礎[2-3]，運用巖石地球化學方法，采用地球化學穩定性較強、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造環境[4]。本文在對新疆巴里坤頭蘇泉組變質巖巖相學特征研究的基礎上，運用巖石地球化學方法對其變質巖進行原巖恢復，探討原巖形成環境。

1 地質背景

研究區位于東天山山脈東段，構造單元屬于哈爾里克古生代復合島弧帶與吐哈地塊結合部，出露地層主要為中泥盆統頭蘇泉組（D2t）、上石炭統柳樹溝組(C2l)、下侏羅統八道灣組(J1b)、第四系上更新統新疆群(Qp3X)、全新統冰磧(Qpgl))和沖洪積(Qhapl)[5]。主要受變質地層為中泥盆統頭蘇泉組，巖石普遍千枚巖化及片理化，主要變質巖石為變質火山巖類、變質碎屑巖類、板巖類、片巖類、大理巖類及千枚巖類等

2 巖相學特征

研究區變質火山巖類主要為變質安山巖、變質流紋巖、變質石英粗安巖等；變質碎屑巖類主要包括變質石英砂巖、綠簾陽起變質細砂巖、板狀黑云變質細砂質粉砂巖、石榴綠泥變質鈣質粉砂巖及板狀黑云長石石英巖等。板巖類主要包括粉砂質綠泥絹云板巖、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，為大理巖化灰巖。千枚巖類出露較少，僅見石英綠泥絹云千枚巖。

變質安山巖呈灰綠色、灰色，變余含斑結構，基質變余交織結構、變余似交織結構，塊狀構造。巖石由斑晶、基質構成。斑晶含量5%～10%，個別含量較高，可達15%；基質含量約90%～95%。斑晶為近半自形板狀斜長石構成，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?；|由微晶半自形板條狀斜長石構成，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。

變質流紋巖呈灰色，變余斑狀結構，基質變余霏細狀結構，塊狀構造、變余流紋構造。巖石由斑晶、基質組成。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，粒內具波狀消光，斜長石為半自形板狀，具絹云母化?；|由微粒狀石英（20%）及微粒、板條狀鉀長石（70%）構成，大小0.05～0.2mm，石英內嵌布有少量鉀長石。次生礦物為次閃石。

變質石英砂巖灰色，變余砂狀結構，中厚層狀構造，礦物可見定向。巖石主由砂、填隙物組成。砂粒成分為石英，重結晶明顯，邊界不規則，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、石英次生加大邊（為硅質膠結物重結晶產物）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 巖石化學特征及原巖恢復

3.1 頭蘇泉組變質巖巖石化學特征

變質安山巖中SiO2含量為50.96%，與中國安山巖巖石化學平均成分相比偏低，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 號樣品為變質安山巖落入Ⅸ區，即正系列堿土鋁基性巖亞組。變質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號樣品為變質安山巖表現為向右緩傾的平滑形曲線。變質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。Sr/Ba=2.83，Rb/Sr=0.10。

圖1 頭蘇泉組變質A-C-FM圖解（據謝緬年科，1966）

圖2 頭蘇泉組變質巖稀土分配模式曲線

變質流紋巖中SiO2含量為74.62%，與中國流紋巖巖石化學平均成分基本相當，僅K2O、Na2O等含量明顯偏高，其它含量差別不大。分子數K2O+Na2O+CaO（126）＜Al2O3(128)，屬鋁過飽和類型。在A-C-FM圖解中（圖1），2號樣品為變質流紋巖落于Ⅰ區，即正鋁硅酸鹽巖亞組。變質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，銪具中等負異常；δCe=0.90 鈰無明顯負異常。在稀土元素配分模式曲線中（圖2），2號樣品為變質流紋巖表現為向右緩傾的平滑形曲線，呈右傾的海鷗形。變質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。Sr/Ba=0.19，Rb/Sr=0.52。

變質粗安巖中SiO2含量為60.82%，含量與中國粗安巖巖石化學平均成分相比基本相當，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 號樣品為變質粗安巖落入Ⅸ區，即正系列堿土鋁基性巖亞組。變質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，銪具中等負異常；δCe=0.91，鈰無明顯負異常。在稀土元素配分模式曲線中（圖2），3號樣品為變質粗安巖，表現為向右緩傾的平滑形曲線，呈右傾的海鷗形。變質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。Sr/Ba=2.04，Rb/Sr=0.44。

變質砂巖中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；總體表現出Fe2O3＞FeO、MgO＜CaO，K2O＜Na2O，不具備典型沉積巖的巖石化學特征。在A-C-FM 圖解中（圖1），4、5 號樣品為變質砂巖落入Ⅸ區，即正系列堿土鋁基性巖亞組。變質砂巖中兩個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，鈰無明顯負異常。在稀土元素配分模式曲線中（圖2），4、5號樣品為變質砂巖表現為向右緩傾的平滑形曲線。變質砂巖與涂和費砂巖克拉克值相比，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。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%；總體表現出Fe2O3＜FeO、MgO＜CaO，K2O＜Na2O，不具備典型沉積巖的巖石化學特征。在A-CFM 圖解中（圖1），6、7 號樣品為綠泥硅板巖，落于Ⅱ區和Ⅲ區界線附近，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，銪具中等負異常；δCe=0.84～0.95，平均為0.90，鈰無明顯負異常。在稀土元素配分模式曲線中（圖2），6、7號樣品為稀土元素配分模式曲線較一致，表現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。Sr/Ba=0.42～0.70，Rb/Sr=0.17～0.49。

3.2 頭蘇泉組變質巖原巖恢復

頭蘇泉組巖石類型包括變質安山巖、變質流紋巖、變質砂巖、變質粉砂巖、板巖、片巖、大理巖及千枚巖等，原巖結構、構造保留完好。變質砂巖的砂狀結構、變余層理構造都非常清楚；變質安山巖、變質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碎屑巖、變質火山巖及碳酸鹽巖。

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

圖3 c-n-f圖解

圖4 變質巖原巖恢復

4 結論

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

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

（3）通過分析巖石化學特征，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砂巖的原巖為砂巖，巖石中含有少量火山凝灰物質，千枚巖及板巖的原巖為粘土巖，大理巖原巖為灰巖，變質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。