阿尔泰造山带苏普特群变质岩地球化学特征与原岩恢复

魏杰 弓小平 张坚烨 孙乾龙 杨洋 赵起 韩琼

摘  要：苏普特变质岩位于阿尔泰造山带西南缘琼乎尔-阿巴宫构造带，经历了板块俯冲、碰撞和造山后的地壳垂向增生过程。本文探讨苏普特群变质岩的原岩类型及构造环境，以梳理该构造带变质作用，为阿尔泰造山带晚古生代洋陆格局演变与复杂的造山作用研究提供一定参考。岩石学、地球化学及构造判别的研究结果表明，苏普特变质岩原岩为中酸性岩石（SiO2含量47.61%～68.41%），富铁镁（69.17%～74.71%），富钠（K/NA=0.09～0.56），里特曼指数（σ）为0.98～1.60，小于3.3，属极强钙碱性岩-极强太平洋型的岩石类型，∑REE=103.39×10-6～133.9×10-6，为较低含量型，LR/HR>1，La/Sm>1，为轻稀土微富集，LR/HR>1，La/Sm>1，为轻稀土微富集;分布型式稍右倾，轻稀分馏程度不明显。通过原岩判别图解，第一岩组的样品原岩应为沉积岩中钙质和白云质泥灰岩;第二岩组的样品原岩应为细碧岩-玄武岩和二长安山质凝灰岩。通过（Na2O+K2O）-SiO2图解、沉积岩w （Al2O3）/w （Al2O3+Fe2O3）值得到原岩形成时所处构造环境为活动大陆边缘-岛弧环境。

关键词：阿尔泰造山带;苏普特群;地球化学;原岩恢复;构造环境判别

阿尔泰造山带是中亚造山带的重要组成部分，经历了我国多个造山期的构造运动，苏普特变质岩位于阿尔泰造山带西南缘琼乎尔-阿巴宫构造带，通过对该区域内变质岩的变质作用类型及发生时间进行分析，可推测变质岩形成及相关变质作用发生时区域所发生的构造活动。该方法在阿勒泰其他几组变质岩中皆已使用，如刘国仁等通过锆石和谐年龄测得富蕴县西黑云斜长片麻岩应为石炭纪构造-岩浆活动的产物[1];Li等对阿尔泰富蕴县乌恰沟一带的超高温泥质麻粒岩矿物组合分析及年代学的研究成果，确定了该区域内曾于二叠纪发生超高温变质事件，并推测其与二叠纪塔里木地幔柱活动存在联系 [2-3]。仝来喜等人通过岩相学观察和矿物温压计算，结合U-Pb年龄测试结果印证了Li等人在文中的推断，并推测其物质来源应为早古生代和新元古代变质地体或基底的剥蚀[4-8]。但前人对于该地区变质岩石的研究多停留在变质岩同位素年龄，而岩石地球化学特征及原岩恢复研究薄弱，且对阿尔泰造山带前寒武大陆基底是否存在及其构造演化模式尚未形成统一意见[1，6]。本文旨在通过对苏普特变质岩进行地球化学特征分析并推导其原岩，以此分析原岩形成时的构造地质条件及所经历的变质演化历史，为阿尔泰造山带的构造演化史研究提供新的思路和重要的辅助资料。

1  区域地质概况

研究区受西伯利亚板块南缘陆缘活动带影响，在海西造山旋回的发展演化过程中形成了复杂的构造变形行迹[9]。据变形生成顺序解析可得早石炭世逆冲推覆、晚石炭世伸展剥离、二叠纪走滑剪切三类构造变形体系。研究区内褶皱构造主要形成于石炭纪逆冲推覆和伸展剥离阶段，规模较大的褶皱构造为苏普特向斜、乌恰山复背斜、沙勒巴复向斜[10]。苏普特岩群主要分布在可可托海-二台断裂以东和乌恰沟达坂附近，呈NW向带状分布。在乌恰沟达坂南与克木齐岩群为断层接触，在一牧场八队-萨木特一带，北与震旦系喀纳斯群断层接触（库勒扎克孜勒断裂），南被泥盆纪花岗闪长岩侵入（图1）。

苏普特岩群内多发育NWW、NNW向断裂，受可可任断裂控制被分为苏普特第一岩组与苏普特第二岩组两部分。第一岩组多为片麻岩，由北西至南东显示绿帘角闪岩相-低角闪岩相递增变质带特征，局部具糜棱岩化和混合岩化，区域内岩浆岩发育，具大型侵入岩体，多为以小型岩脉、岩株出现的花岗闪长岩等，变质岩受其影响较大，局部存在同化混染现象。第二岩组多以片岩为主，混合岩化相对较弱，靠近第一岩组区域亦受到花岗闪长岩、石英闪长岩侵入，附近岩体内多含云母、堇青石等矿物，表现为中级变质作用特征，其余区域中岩石内存在较多红柱石，表现为低压环境。长石、黑云母、红柱石均不同程度发生绢云母化、绿泥石化、绿帘石化，可见其经历明显退变质作用。

2  样品和分析方法

本次研究共采集8组岩石地球化学样品，分别在苏普特第一岩组采取糜棱岩化角闪片岩A5-III-34、斜长角闪片岩A5-III-44、黑云斜长角闪片麻岩A5-VIII-43、黑云斜长片麻岩A5-VIII-44，在苏普特第二岩组采取黑云斜长角闪片麻岩A28-821、黑云斜长片麻岩A28-825、糜棱岩化角闪片岩A28-826、和斜长角闪片岩A28-828（图2）。

斜长角闪岩中角闪石含量占比大于50%，其余岩石样品主要由斜长石和石英构成（75%～85%），均为粒状，自形程度较差，斜长石偶有变斑晶状、眼球状，发育聚片双晶，少数含定向分布的条带状白云母。石英多见细粒化重结晶，呈粒状集合体，波状消光。黑云母和白云母含量较少，多数为棕褐-浅黄色，多色性显著。副矿物多为磷灰石、电气石、红柱石，部分样品红柱石已蚀变为绢云母集合体，仅保留柱状形态。

本文中所采样品在河北省廊坊区域地质矿产调查研究所实验室测定。将样品破碎碾磨至小于200目，使用Axiosmax微X射线荧光光谱仪测定主量元素含量，析精度和准确度优于2%，使用仪器为X Series2 型等离子体质谱仪测定微量元素含量，分析精度和准确度优于5%。

3  地球化学特征

3.1  主量元素特征

采自苏普特岩群第一岩性组的4块样品的SiO2为47.61%～68.41%，均值57.48%（表1），为中酸性岩石，镁铁指数为69.17～74.71，说明镁的含量较高，K/NA为0.09～0.56，钾含量小于钠，里特曼指数（σ）为0.98～1.60;采自第二岩性组的4块样品SiO2为48.27%～57.82%，均值53.57%，鎂铁指数为58.27～68.19，说明铁含量较高，K/N为0.29～0.89，钾含量小于钠，里特曼指数（σ）为1.35～2.4，属极强钙碱性-极强太平洋型的岩石类型，霞石为0，属硅过饱和岩石[8，12，13]。综上所述，两岩性段共8块样品均属硅过饱和的极强钙碱性岩。Al2O3含量11.4%～16.02%，属铝中等饱和类岩石，且样品中除糜棱岩化角闪片岩（序号5）外，其余样品全铁含量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%，所有样品中CaO含量均大于MgO。

3.2  第一岩组微量及稀土元素特征

从稀土样品的分析成果可知（表1），∑REE=73.43×10-6～94.07×10-6，为较低含量型，LR/HR>1，La/Sm>1，轻稀土微富集;分布形式略右倾，轻稀土分馏程度不明显（图3-b）;δEu大于1或小于1均有，铕正、负异常均有。在微量元素样品分析成果中（表1），微量元素丰度、特征为：RbN/YbN>1，为强不相容元素富集型（图3-a），Nb*<1，铌亏损，稀土分布型式差异较大，含量变换范围较大[14]，与岩石中粘土物质含量及重矿物含量有关，样品原岩为杂砂岩，稀土分布型式与英云闪长岩相似，存在明显正铕异常。

3.3  第二岩组微量及稀土元素特征

从稀土样品的分析成果可知（表1），其主要特征：∑REE=103.39×10-6～133.9×10-6，为较低含量型[15]，LR/HR>1，La/Sm>1，为轻稀土稍微富集;分布形式稍右倾，轻稀分馏程度不明显（图4-b）;δEu大于1或小于1均有，铕正、负异常均有。在微量元素分析成果中，微量元素丰度和特征：RbN/YbN>1为强不相容元素富集型（图4-a），Nb*<1，铌亏损，稀土分布型式差异较大，含量变换范围较大，与岩石中粘土物质含量及重矿物含量有关[16]，样品原岩仍为杂砂岩，稀土分布型式与英云闪长岩相似[17]，存在明显正铕异常。

4  原岩及构造环境判别

本文中所有变质岩均未发生较强烈的交代作用和混合岩化作用，蚀变现象不明显。因此，推测变质岩均为原岩在相对封闭环境下发生一系列化学变化形成的，因化学成分未发生变化，其岩石地球化学特征与原岩基本相同，主要受原岩形成及变质作用发生时的地质作用影响，本文在充足的野外地质工作基础上开展地球化学特征研究，进行原岩恢复。西蒙南图解、K-A图解及DF值、（al-alk）-c图解都是较好且可有效判别变质岩原岩的方法（图5）[13]。样品K-A图解投点全部落入火成岩区，但1-6号样品DF值皆为负值，与投图显示规律不符，经变质岩（al+fm）-（c+alk）-Si西蒙判别图解与（al-alk）-c图解再次投图确定（图5-b，c）[18，22]，1、5、6、7、8号点落入岩浆岩区域，2、3、4号落入点钙质沉积岩与火成岩的重合区域内;在（al-alk）-c图解中（图5-b），1、2点位于钙质泥灰岩与白云质泥灰岩界线，3、4号样品落在白云质泥灰岩与细碧岩-玄武岩界线; 5、6号样品则统一落入岩浆岩范围内。由此可见，苏普特变质岩并非是由单一岩性的原岩经变质形成，而是由岩浆岩和沉积岩共同经历变质作用后形成。由此判别序号1、2、3、4的样品原岩应为钙质和白云质泥灰岩，而5、6、7、8的样品原岩应为细碧岩-玄武岩和二长安山质凝灰岩。沉积岩的沉积大地构造环境一般用w（Al2O3）/w（Al2O3+Fe2O3）的值来判别，大陆边缘环境、远洋深海环境、洋脊海岭环境分别为0.6～0.9， 0.4～0.7，0.1～0.4[23-24]。苏普特群沉积原岩w（Al2O3）/w（Al2O3+Fe2O3）介于0.846与0.859之间，平均0.85，超过远洋深海环境区间上限，为典型的大陆边缘沉积环境。从表1可看出，苏普特群原岩的沉积环境更接近大陆岛弧的稀土元素特征[25]，在（Na2O+K2O）-Si图解中，4块沉积原岩图解均落入岛弧区域表明，其沉积环境应为活动大陆边缘-岛弧环境。苏普特岩群中，岩浆岩原岩La/Yb大于1，富集轻稀土，为酸性岩类。结合野外观察及岩石矿物鉴定可将其划分为安山闪长岩类。4块岩浆岩原岩有3块落入大陆边缘环境，结合其微量元素特征可知，样品3、4、5、6亦属大陆边缘-岛弧环境。蔺新望将阿尔泰造山带地层构造变形期次分为晋宁期、加里东期—华力西早期、华力西晚期、印支期[9];裴国栋等曾提出喀纳斯群是由前寒武大陆结晶基底经风化破碎，与其他地区的碎屑沉积物一起沉积在靠近大陆岛弧的活动大陆边缘，并通过锆石U-Pb定年限定其形成时代为晚震旦—早寒武世[15];周刚等在对苏普特一带双峰式火山岩开展了地球化学分析，认为其部分形成于裂谷演化的晚期阶段[26]。胡霭琴等曾提出现苏普特岩群范围在约2 300～2 400 Ma前存在地质事件[5]，结合本文研究成果可知，苏普特岩群主要受晋宁期与加里东—华力西早期两次构造活动影响，前者的构造-岩浆热事件造成苏普特岩群大量的渗透性片麻理和微片麻理，后者的构造事件形成了苏普特岩群与克木齐岩群间的逆冲推覆构造。

5  结论

（1） 苏普特变质岩群变质岩的原岩由岩浆岩和沉积岩共同构成，岩浆岩为中酸性的玄武-安山质岩石，沉积岩为白云质泥灰岩和二长安山质凝灰岩。

（2） 沉积岩w （Al2O3）/w （Al2O3+Fe2O3）值与岩浆岩的（Na2O+K2O）-Si图解皆反映其原岩形成时所处构造环境为活动大陆边缘-岛弧环境。

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