新疆巴里坤头苏泉组变质岩原岩恢复

马金林

（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队，新疆哈密 839000）

头苏泉组是新疆地质局地质研究所1961 年编制1∶100 万哈密幅（K-46）地质图时，将原划大南湖组第四、五、六亚组划为中泥盆统并命名为头苏泉组，1994年新疆第一区调队在区内进行地层清理时，将该组保留，前人研究认为头苏泉组地层都已发生变质作用，对该组分布范围讨论较深入[1]，但对头苏泉组变质岩的岩石地球化学特征分析较少，对该组变质岩原岩恢复讨论较少。探讨变质岩原岩恢复具有重要意义，恢复变质岩原类型并探讨其古构造环境是寻找相关矿床的基础[2-3]，运用岩石地球化学方法，采用地球化学稳定性较强、在地壳中广泛分布且有指示意义的主量及微量元素、微量元素比值及多元素图解法可以有效判别其原岩类型及形成的构造环境[4]。本文在对新疆巴里坤头苏泉组变质岩岩相学特征研究的基础上，运用岩石地球化学方法对其变质岩进行原岩恢复，探讨原岩形成环境。

1 地质背景

研究区位于东天山山脉东段，构造单元属于哈尔里克古生代复合岛弧带与吐哈地块结合部，出露地层主要为中泥盆统头苏泉组（D2t）、上石炭统柳树沟组(C2l)、下侏罗统八道湾组(J1b)、第四系上更新统新疆群(Qp3X)、全新统冰碛(Qpgl))和冲洪积(Qhapl)[5]。主要受变质地层为中泥盆统头苏泉组，岩石普遍千枚岩化及片理化，主要变质岩石为变质火山岩类、变质碎屑岩类、板岩类、片岩类、大理岩类及千枚岩类等

2 岩相学特征

研究区变质火山岩类主要为变质安山岩、变质流纹岩、变质石英粗安岩等；变质碎屑岩类主要包括变质石英砂岩、绿帘阳起变质细砂岩、板状黑云变质细砂质粉砂岩、石榴绿泥变质钙质粉砂岩及板状黑云长石石英岩等。板岩类主要包括粉砂质绿泥绢云板岩、绢云绿泥硅板岩、方解绿泥砂板岩等。片岩类主要包括板状钠长阳起片岩、钠长绿泥绿帘阳起片岩、钠长绿帘透闪片岩等。大理岩类在头苏泉组顶部出露，出露较少，为大理岩化灰岩。千枚岩类出露较少，仅见石英绿泥绢云千枚岩。

变质安山岩呈灰绿色、灰色，变余含斑结构，基质变余交织结构、变余似交织结构，块状构造。岩石由斑晶、基质构成。斑晶含量5%～10%，个别含量较高，可达15%；基质含量约90%～95%。斑晶为近半自形板状斜长石构成，星散分布，大小0.5～1mm，具帘石化、碳酸盐化，次闪石交代，呈假象。基质由微晶半自形板条状斜长石构成，杂乱分布，大小0.05～0.2mm，黝帘石化，次闪石化，呈假象。次生矿物为绢云母、绿帘石、黝帘石、次闪石等。

变质流纹岩呈灰色，变余斑状结构，基质变余霏细状结构，块状构造、变余流纹构造。岩石由斑晶、基质组成。斑晶为以石英为主，含少量斜长石，星散分布，大小约0.3～0.7mm，总含量约5%；斑晶：石英为他形—半自形粒状，粒内具波状消光，斜长石为半自形板状，具绢云母化。基质由微粒状石英（20%）及微粒、板条状钾长石（70%）构成，大小0.05～0.2mm，石英内嵌布有少量钾长石。次生矿物为次闪石。

变质石英砂岩灰色，变余砂状结构，中厚层状构造，矿物可见定向。岩石主由砂、填隙物组成。砂粒成分为石英，重结晶明显，边界不规则，局部见次生加大边，粒度一般0.5～0.25mm，部分小于0.1mm，少部分0.25～0.5mm，含量约90%～95%；填隙物为帘石、钙质、石英次生加大边（为硅质胶结物重结晶产物）填隙状分布，含量约5%～10%。岩石后期碎裂，帘石、碳酸盐等沿其分布。副矿物为磷灰石、锆石。次生矿物为绿帘石、碳酸盐。

3 岩石化学特征及原岩恢复

3.1 头苏泉组变质岩岩石化学特征

变质安山岩中SiO2含量为50.96%，与中国安山岩岩石化学平均成分相比偏低，TiO2、FeO、CaO、MgO等含量明显偏高，Na2O含量偏低，其它含量差别不大。分子数K2O+Na2O+CaO（202）>Al2O3(158)>K2O+Na2O(61)，属正常类型。在A-C-FM 图解中（图1），1 号样品为变质安山岩落入Ⅸ区，即正系列碱土铝基性岩亚组。变质安山岩中稀土总量为∑REE＝139.00×10-6；LREE/HREE=5.96，（La/Yb）N=5.56，(Ce/Yb)N=4.91，曲线右倾，轻稀土富集；δEu=1.03，无明显铕异常；δCe=0.97，无明显铈异常。在稀土元素配分模式曲线中（图2），1号样品为变质安山岩表现为向右缓倾的平滑形曲线。变质安山岩与维氏中性岩克拉克值相比Co、Cr、Li、Sc、V 元素含量明显偏高；Ba、Nb、Rb、Th、U、Zr等元素含量明显偏低；其余各元素含量基本相当。Sr/Ba=2.83，Rb/Sr=0.10。

图1 头苏泉组变质A-C-FM图解（据谢缅年科，1966）

图2 头苏泉组变质岩稀土分配模式曲线

变质流纹岩中SiO2含量为74.62%，与中国流纹岩岩石化学平均成分基本相当，仅K2O、Na2O等含量明显偏高，其它含量差别不大。分子数K2O+Na2O+CaO（126）＜Al2O3(128)，属铝过饱和类型。在A-C-FM图解中（图1），2号样品为变质流纹岩落于Ⅰ区，即正铝硅酸盐岩亚组。变质流纹岩中稀土总量较低，∑REE 为

129.91×10-6；LREE/HREE=6.86；（La/Yb）N=6.32，(Ce/Yb)N=4.31，曲线右倾，轻稀土富集；δEu=0.58，铕具中等负异常；δCe=0.90 铈无明显负异常。在稀土元素配分模式曲线中（图2），2号样品为变质流纹岩表现为向右缓倾的平滑形曲线，呈右倾的海鸥形。变质流纹岩与维氏酸性岩克拉克值相比Hf、V 元素含量明显偏高；Ba、Co、Cr、Li、Nb、Ni、Rb、Sr、Ta、Th、U 等元素含量明显偏低；其余各元素含量基本相当。Sr/Ba=0.19，Rb/Sr=0.52。

变质粗安岩中SiO2含量为60.82%，含量与中国粗安岩岩石化学平均成分相比基本相当，略偏高，其它成分中FeO、MgO 含量明显偏高，Al2O3、TiO2、Fe2O3、Na2O、K2O、P2O5等含量明显偏低，其它含量差别不大。分子数K2O+Na2O+CaO（147）>Al2O3(135)>K2O+Na2O(53)，属正常类型。在A-C-FM 图解中（图1），3 号样品为变质粗安岩落入Ⅸ区，即正系列碱土铝基性岩亚组。变质流纹岩中稀土总量较低，∑REE 为134.64×10-6；LREE/HREE=6.13；（La/Yb）N=6.54，(Ce/Yb)N=4.70，曲线右倾，轻稀土富集；δEu=0.75，铕具中等负异常；δCe=0.91，铈无明显负异常。在稀土元素配分模式曲线中（图2），3号样品为变质粗安岩，表现为向右缓倾的平滑形曲线，呈右倾的海鸥形。变质流纹岩与维氏中性岩克拉克值相比Ba、Nb、Rb、Sr、Th、Ti、Zr等元素含量明显偏高；Hf、Sc 元素含量明显偏低；其余各元素含量基本相当。Sr/Ba=2.04，Rb/Sr=0.44。

变质砂岩中SiO2含量较低，为46.06%～55.96%，平均为50.51%；而Al2O3含量较高，为15.26%～16.19%，平均15.73%；CaO、Na2O 含量较高；总体表现出Fe2O3＞FeO、MgO＜CaO，K2O＜Na2O，不具备典型沉积岩的岩石化学特征。在A-C-FM 图解中（图1），4、5 号样品为变质砂岩落入Ⅸ区，即正系列碱土铝基性岩亚组。变质砂岩中两个样品稀土总量差别较大，分别为86.25×10-6与453.37×10-6；LREE/HREE=3.61～6.43，平均为5.02；（La/Yb）N=3.99～7.35，平均为5.67，(Ce/Yb)N=3.04～5.16，平均为4. 15，曲线右倾，轻稀土富集；δEu=0.91～1.08，平均为1.0，无明显铕异常；δCe=0.90～0.91，平均为0.91，铈无明显负异常。在稀土元素配分模式曲线中（图2），4、5号样品为变质砂岩表现为向右缓倾的平滑形曲线。变质砂岩与涂和费砂岩克拉克值相比，Li、Nb、Ni、Sc、Sr、Ti、V 等元素含量明显偏高；Rb 元素含量明显偏低；其余各元素含量基本相当。Sr/Ba=0.67～2.32，Rb/Sr=0.08～0.22，差别较大。

绿泥硅板岩SiO2含量较高，为69.82%～70.64%，平均为70.23%；Na2O 含量较高，为3.44%～4.64%，平均为4.04%；总体表现出Fe2O3＜FeO、MgO＜CaO，K2O＜Na2O，不具备典型沉积岩的岩石化学特征。在A-CFM 图解中（图1），6、7 号样品为绿泥硅板岩，落于Ⅱ区和Ⅲ区界线附近，即铁镁铝硅酸盐岩亚组+正系列碱土铝硅酸盐岩亚组。绿泥硅板岩中稀土总量较低，∑REE 为（143.79～178.43）×10-6；平均为∑REE＝161.11×10-6，LREE/HREE=4.28～6.23，平均为5.26；（La/Yb）N=3.50～6.47，平均为4.99，(Ce/Yb)N=2.78～4.35，平均为3.57，曲线右倾，轻稀土富集；δEu=0.67～0.74，平均为0.71，铕具中等负异常；δCe=0.84～0.95，平均为0.90，铈无明显负异常。在稀土元素配分模式曲线中（图2），6、7号样品为稀土元素配分模式曲线较一致，表现为向右缓倾的平滑形曲线。绿泥硅板岩与维氏粘土岩克拉克值相比Sc、U 等元素含量明显偏高；Ba、Ga、Li、Nb、Sr、Ta、V 元素含量明显偏低；其余各元素含量基本相当。Sr/Ba=0.42～0.70，Rb/Sr=0.17～0.49。

3.2 头苏泉组变质岩原岩恢复

头苏泉组岩石类型包括变质安山岩、变质流纹岩、变质砂岩、变质粉砂岩、板岩、片岩、大理岩及千枚岩等，原岩结构、构造保留完好。变质砂岩的砂状结构、变余层理构造都非常清楚；变质安山岩、变质流纹岩等火山岩岩石基本保持原来面貌，可见到岩石中的斑晶；各岩石类型交替变化，成层性好，不同岩层间界线比较清楚，横向延伸稳定，纵向岩性变化快。宏观特征表明，头苏泉组岩性组合为变质碎屑岩、变质火山岩及碳酸盐岩。

在A-C-FM 图解中（图1），1、3、4、5 号样品点落入Ⅸ区，其原岩可能为基性火山岩或岩石中含有火山物质；6、7 号样品落在Ⅱ、Ⅲ区，其原岩为粘土岩和页岩，夹有火山物质。在c-n-f 三角图解中（图3），所有样品均落入火山岩区，说明在头苏泉组的岩石类型中，多数岩石含有火山物质。利用尼格里参数做碱—硅图（图4），1、2、4、5号样品点投入B区（火山岩区）；3、6号样品落入B区与C区附近，说明在头苏泉组的碎屑岩中夹有火山凝灰物质，6、7 号样品基本落入C 区，其原岩为厚层泥岩。

图3 c-n-f图解

图4 变质岩原岩恢复

4 结论

（1）通过岩相学分析，新疆巴里坤头苏泉组变质岩主要为变质火山岩类、变质碎屑岩类、板岩类、片岩类、大理岩类及千枚岩类。

（2）岩性主要有变质安山岩、变质流纹岩、变质石英粗安岩、变质石英砂岩、绿帘阳起变质细砂岩、粉砂质绿泥绢云板岩、绢云绿泥硅板岩、绿帘阳起片岩、大理岩。岩性组合为变质碎屑岩、变质火山岩及碳酸盐岩。

（3）通过分析岩石化学特征，其原岩有火山岩、砂岩、泥岩、粘土岩、页岩等。

（4）综上，新疆巴里坤头苏泉组中变质砂岩的原岩为砂岩，岩石中含有少量火山凝灰物质，千枚岩及板岩的原岩为粘土岩，大理岩原岩为灰岩，变质火山岩原岩为火山喷出岩，总体为一套浅海相的火山—沉积地层。