河北良岗阜平岩群岩性特征及原岩恢复探讨

侯建军, 董立帅

河北省地质矿产勘查开发局第九地质大队, 河北 邢台 054000

1 阜平岩群岩性组合特征

从2 900 Ma 年前开始在古陆核的边缘沉积了火山—沉积巨旋回的阜平岩群。 在阜平运动期间由于区域热流场较均匀使阜平岩群遭受了广泛的区域变质作用[1]。 研究区大地构造位置处于宣化—易县盆地Ⅲ(四级)[2], 主要出露岩性为元坊岩组 (Ar3y)和宋家口岩组(Ar3s)。

1.1 元坊岩组

研究区元坊岩组(Ar3y) 构成该区古老的结晶基底, 主要分布于易县桑岗、 富岗、 章子沟、 泉弯等地, 其他地区零星出露。 区内该岩组多呈不规则残留体赋存于新太古代变质深成岩之中, 以中薄层磁铁石英岩为标志, 但该层位不太稳定, 通常厚0.2 ～1.5 m不等, 常沿走向尖灭, 连续性较差。 该套地层被后期地层角度不整合覆盖或断层接触。 与新太古代宋家口岩组的构造面理呈平行接触。 其上被古元古代蓟县纪高于庄组不整合覆盖或与古元古代雾迷山组呈断层接触。 地层整体走向为北东向。

图1 研究区地质简图Fig. 1 Geological map of the study area

区内该岩组经历了强烈的多期次变质变形改造,原始沉积叠覆关系遭受严重破坏, 在强烈的面理置换和片内构造变形作用下, 原始地层层序难以厘定, 整体显示成层无序特征, 属构造岩石地层单位。

岩石组合为黑云斜长片麻岩、 角闪黑云斜长片麻岩、 黑云斜长(二长) 变粒岩夹角闪斜长变粒岩、 斜长角闪岩、 薄层浅粒岩、 磁铁(角闪) 石英岩、 紫苏磁铁石英岩等[3], 局部见石榴斜长角闪岩。 该套岩石被新太古代变质深成岩侵入, 受后期改造影响与其呈现构造面理平行接触。

1.2 宋家口岩组

宋家口岩组(Ar3s) 主要出露于易县胜利庄、 麻峪沟门、 苑岗村等地, 是研究区最古老的变质表壳岩之一。 区内该岩组出露零星, 亦呈大小不等、 不规则残留体分布于新太古代变质深成岩之中。 该岩组上、下层面的构造面理与新太古代阜平岩群元坊岩组、 新太古代变质深成岩呈平行接触或被元古代变质细粒二长花岗岩侵入。 在易县南缶子一带被中元古代蓟县纪高于庄组一段角度不整合覆盖。 地层整体走向为北东及北东东向。 区内该岩组经历了强烈的多期次变质变形改造, 根据岩石组合特征划分3 个岩段地层单位。

一岩段 (Ar3s1): 可称浅粒岩段。 以浅粒岩为主, 夹灰绿色方解透辉岩、 浅灰色黑云斜长变粒岩,少量灰红色透辉大理岩。 整体为一套以浅粒岩为主夹钙硅酸盐的组合。 以黑云斜长片麻岩结束, 灰绿色方解透辉岩的出现为宋家口岩组的宏观划分标志, 特征明显, 可分性较强。

二岩段(Ar3s2): 可称钙硅酸盐岩段。 以灰绿色方解透辉岩、 灰红色透辉大理岩、 灰绿色绿帘透辉岩为为主, 夹少量浅灰色黑云斜长变粒岩。 整体为一套以钙硅酸盐岩为主夹少量变粒岩的组合。 该岩段底为灰绿色方解透辉岩。 一、 二段划分可与浅粒岩出露多少为标志, 即浅粒岩为主为一岩段, 钙硅酸盐为主为二岩段, 二者划分界限不明显, 呈渐变接触。

三岩段(Ar3s3): 可称大理岩段。 以灰白色大理岩、 灰白色含金云母大理岩、 灰黄色厚层大理岩为主, 夹浅粉色透辉大理岩、 灰绿色绿帘透辉岩, 顶部可见变粒岩。 该岩段整体为大理岩为主夹少量钙硅酸盐岩的组合, 以大套灰白色大理岩出现为三岩段的宏观划分标志, 与二岩段呈渐变接触。

1.3 两岩组区分对比

宋家口岩组与元坊岩组岩石同属中高级变质岩岩石组合, 变形普遍, 局部强烈。 两岩组整体均以残留体的形式赋存于变质深成岩中。 但二者在以下几个方面存在差异。

(1) 颜色构造方面

元坊岩组岩石以片麻状构造为主, 岩石颜色普遍较深。 宋家口岩组岩石以层状构造为主, 岩石颜色相对较浅, 且色杂。

(2) 岩性组合特征方面

元坊岩组整体为一套片麻岩夹斜长角闪岩、 浅粒岩岩石组合, 以磁铁石英岩为标志; 宋家口岩组则为一套石英浅粒岩、 钙硅酸岩、 大理岩岩石组合。 野外区分明显。

(3) 分布特征方面

元坊岩组广泛分布于易县良岗—富岗一带, 宋家口岩组仅在易县北酸枣、 胜利庄一带小面积出露。 整体呈现由北西向南东依次为元坊岩组、 宋家口岩组、中元古代沉积盖层, 由老至新出露。

(4) 变质程度方面

元坊岩组原岩变质变形作用改造强烈, 几乎不见原岩痕迹; 宋家口岩组虽经强烈变质变形作用改造,但局部变余层理构造、 变余沉积结构仍有所保留。

(5) 形成环境方面

区内元坊岩组原岩可能为基性火山岩—陆源碎屑沉积建造, 而宋家口岩组原岩为一套陆源碎屑岩—碳酸盐岩沉积建造, 二者存在较大差异。

综上, 二者时代虽同属新太古代, 但其形成时间及形成环境上差异较大。 元坊岩组形成于新太古代早期, 宋家口岩组形成于新太古代晚期, 二者未变质前可能为(角度) 不整合关系。 受多期运动改造影响,致使二者野外通常呈构造面理平行接触。

2 原岩恢复

良岗地区阜平岩群经历了长期而复杂的变质变形作用改造过程, 变质岩石的原岩结构、 构造绝大部分难以保存或保存甚少。 实际上, 任何一种原岩恢复的岩石化学方法都有其局限性。 只有针对研究对象选择合适的方法, 以及采用多种方法综合分析, 才能达到比较正确的结果[4]。 本次工作依据变质岩的岩石组合特征、 原岩残余结构、 构造标志并结合岩石化学、 地球化学等方面对阜平岩群元坊岩组和宋家口岩组进行原岩恢复。

2.1 元坊岩组

2.1.1 岩石组合及原岩残余结构、 构造

区内元坊岩组(Ar3y) 整体为一套片麻岩夹斜长角闪岩组合, 岩石成层性较好, 相对较稳定, 横向延伸较远, 韵律特征发育。 良岗一带发育黑云角闪斜长片麻岩—黑云斜长片麻岩—斜长角闪岩—磁铁石英岩等韵律互层(图2)。 区内发育2 种斜长角闪岩: 一种颜色较深, 为灰黑色, 变余层状构造, 成层性较好, 横向延伸较稳定, 厚30 ～80 cm, 局部厚度大于1 m, 在大于100 m 露头范围内厚度变化不大, 岩石相对较松软, 较易风化, 显示沉积成因岩性组合; 另一种颜色相对较浅, 为深灰色, 呈似层状或透镜状,透镜体厚0.5～2 m, 长20～30 m, 长轴走向与片麻理基本平行, 岩石较坚硬, 相对抗风化, 局部见气孔构造, 气孔呈较规则椭圆状, 定向不明显, 大小5 ～8 mm, 显示火山成因特征。 浅粒岩呈变余薄层状产出, 厚5～8 cm, 但在近百米露头范围内横向延伸稳定。 深灰色斜长角闪岩局部可见石榴辉石斜长角闪岩, 认为可能为基性火山岩经高压变质所致。

图2 元坊岩组岩性组合韵律特征Fig.2 Rhythmic characteristics of Lithologic Association of Yuanfangyan formation

综上所述: 区内元坊岩组原岩可能为基性火山岩—陆源碎屑沉积建造。

2.1.2 利用岩石化学及地球化学恢复原岩

我们在良岗一带阜平岩群元坊岩组(Ar3y) 取得了磁铁石英岩、 黑云斜长片麻岩、 黑云角闪斜长片麻岩、 浅粒岩、 角闪石岩及斜长角闪岩等岩性, 并进行了稀土分析、 硅酸盐分析、 微量元素分析。 结合样品分析结果首先采用适用范围较广泛且恢复原岩效果较好的(al+fm) - (c+alk) 对Si 图解 (图3), 目的是正确的区分正变质岩或负变质岩。 从(al+fm) - (c+alk) 对 Si 图解中可以看出片麻岩类主体落入火山岩区, 其中5 号、 9 号样品落入火山岩区靠近沉积岩区附近。 其原岩有可能是正变质岩, 也有可能是负变质岩。 反映其原岩可能火山碎屑沉积岩或原岩母岩可能为火山岩。 浅粒岩中序号10 样品在上述图解中落入沉积岩区, 推测其原岩应为负变质岩。 据A-C-FM 图解 (图4) 显示, 磁铁石英岩1～3 号样品均落入硅铁质岩类区内, 属沉积岩, 推测原岩为负变质岩。 4 ～6号黑云斜长片麻岩样品落入中性—酸性火山岩和杂砂岩区, 7～9 号黑云角闪斜长片麻岩落入基性火山岩及部分泥灰质岩石区, 11 号角闪石岩落入基性火山岩与超基性岩交界区, 12～15 号斜长角闪岩落入基性火山岩区, 反映其原岩可能为基性火山岩。

图3 (al+fm) - (c+alk) 对Si 图解[7,10]Fig.3 (al+fm) - (c+alk) versus Si diagram of gneiss

图4 A-C-FM 图解[11]Fig.4 A-C-FM diagram

为进一步区分原岩为火山岩及沉积岩的岩石类型。 将原岩为沉积岩的按Log (Na2O/K2O) -Log(SiO2/Al2O3) 图解(图5) 进一步分析。 5 号、 9 号片麻岩、 10 号浅粒岩均落入杂砂岩区。

图5 Log (Na2O/K2O) -Log (SiO2/Al2O3) 图解[12]Fig.5 Log ( Na2O / K2O ) -Log ( SiO2/ Al2O3) diagram

将原岩可能为火山岩通过TAS 图解(图6) 进一步分析, 发现4 号、 6 号片麻岩落入英安岩区, 7 号、8 号片麻岩及12、 13、 15 号斜长角闪岩落入玄武岩区, 14 号落入碱玄岩、 碧玄岩区, 11 号角闪岩落入苦橄玄武岩区。

图6 TAS 图解[13]Fig.6 TAS diagram

2.1.3 形成环境分析

在TiO2/10-MnO-P2O5图解 (图7) 中, 12 ～15号斜长角闪岩均落入岛弧拉斑玄武岩区, 结合元坊岩组原岩建造特征, 说明该岩组形成环境属于消减带岛弧—前陆盆地构造环境。

图7 TiO2/10-MnO-P2O5 图解[14]Fig. 7 TiO2/10-MnO-P2O5 diagram

2.2 宋家口岩组

2.2.1 岩石组合及原岩残余结构、 构造

区内宋家口岩组划分3 个岩段。 宋家口岩组一岩段(Ar3s1) 整体为一套浅粒岩夹钙硅酸盐岩及少量变粒岩的岩石组合。 该类岩石与其他岩石呈互层状产出, 野外宏观上成层性好[5], 尤其是浅粒岩厚度50～100 cm, 在30～40 m 露头范围内厚度稳定, 显示沉积成因特征。 该岩段发育浅粒岩—绿帘透辉岩—方解透辉岩韵律互层(图8), 变余层理构造成发育, 显示沉积成因特征。 石英浅粒岩原岩可能为石英砂岩; 钙硅酸盐岩原岩可能为含钙质的泥质沉积岩。

图8 宋家口岩组岩性组合韵律特征Fig.8 Rrhythmic characteristics of Lithologic Association of Songjiakou rock Formation

宋家口岩组二岩段(Ar3s2) 整体为钙硅酸盐岩组合, 岩石组合以方解透辉岩、 绿帘透辉岩、 透辉大理岩为主, 三者呈薄韵律互层状产出, 单层厚3 ～10 cm。 该岩段发育绿帘透辉岩—透辉大理岩韵律互层, 变余层理发育, 显示沉积成因特征。 钙硅酸盐岩原岩可能为含钙质的泥质沉积岩或泥灰岩。

宋家口岩组三岩段(Ar3s3) 为一套以大理岩为主夹少量钙硅酸盐岩的岩性组合, 二者呈韵律状产出, 成层性较好。 大理岩厚10 ～35 m, 单层厚15 ～30 cm。 钙硅酸盐岩呈夹层状产出, 厚40 ～100 cm,单层厚1～5 cm。 该岩段发育钙硅酸盐岩—大理岩韵律互层, 宏观沉积特征明显。 大理岩是由石灰岩、 白云岩等碳酸盐岩类经变质后形成的一类变质岩[6]。 灰白色含金云母大理岩原岩可能为含少量泥质的灰岩;钙硅酸盐岩原岩可能为含钙的泥质沉积岩。 综上所述, 区内宋家口岩组原岩为一套陆源碎屑岩—碳酸盐岩沉积建造。

2.2.2 利用岩石化学及地球化学恢复原岩

我们在良岗一带阜平岩群宋家口岩组(Ar3s) 取得了浅粒岩、 钙硅酸盐、 大理岩等岩性稀土分析、 硅酸盐分析、 微量元素分析样品, 结合样品分析结果该岩组采用K-A 判别图解 (图9) 及 A-C-FM 图解(图10), 目的是为区分正变质岩和负变质岩。 从K-A 判别图解中可以看出宋家口岩组浅粒岩类、 钙硅酸盐岩类及大理岩类岩1 ～6 号样品均落入沉积岩区内, 反映其原岩应为负变质岩。 1～2 号样品落入沉积岩区泥质粉砂岩亚区, 3 ～6 号样品落入碳酸盐岩亚区。 浅粒岩类在A-C-FM 图解中落入泥质岩、 杂砂岩区。 钙硅酸盐岩在A-C-FM 图解中落入钙硅酸盐岩及石英岩区内。 大理岩类在 A-C-FM 图解中落入钙质碳酸盐岩区, 原岩应为灰岩或泥灰岩。

图9 K-A 判别图解[9]Fig.9 K-A discriminant diagram

图10 A-C-FM 图解[11]Fig.10 A-C-FM diagram

据研究, 沉积岩中镁铝比值m (m=100×MgO/Al2O3) 可作为判别沉积环境的标志之一。 淡水沉积环境 m〈1; 陆海过渡性沉积环境为1〈m〈10; 海水沉积环境为10〈m〈500[8]。 本区浅粒岩 m 值为6.72 ～7.21, 说明其处于陆海交互相沉积产物。 宋家口岩组上部原岩主要以灰岩、 泥灰岩为主, 该套岩性组合代表了陆表海、 浅海陆棚环境下沉积的一套海相沉积物。

2.2.3 形成环境分析

宋家口岩组下部为较厚而稳定的浅粒岩(原岩相当于泥岩、 杂砂岩等), 其上钙硅酸盐岩夹变粒岩及少量大理岩。 上部为厚层大理岩夹钙硅酸盐等(原岩相当于泥灰岩、 白云岩等)。 这种形式的岩石组合形成于大陆板内的克拉通盆地, 下部是陆源碎屑沉积岩, 上部为与陆表海、 陆棚海及大陆湖盆等类似的构造环境的沉积岩。

综合分析认为, 宋家口岩组原岩形成于岛弧-前陆盆地的构造环境。

3 结论

元坊岩组岩石类型主要以灰色黑云斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩为主, 夹斜长角闪岩、 浅粒岩、黑云斜长变粒岩及似层状-透镜状磁铁石英岩, 局部夹角闪石岩。 原岩主体为一套英安质、 安山质中性火山碎屑岩夹玄武岩等基性火山岩, 局部可能存在超基性火山岩、 杂砂岩, 因此元坊岩组原岩建造属中性火山岩夹基性火山岩及陆源碎屑沉积岩建造。该岩组形成环境属于消减带岛弧—前陆盆地构造环境。

宋家口岩组下部以浅粒岩及钙硅酸盐岩主夹黑云斜长变粒岩, 上部以各类大理岩为主, 顶部出现少量的变粒岩。 下部原岩为杂砂岩及钙质泥岩、 泥灰岩等; 上部原岩为泥灰岩、 灰岩。 其原岩建造为一套陆源碎屑岩-碳酸盐岩建造, 形成于岛弧-前陆盆地的构造环境。