南祁连阳康地区变质岩地球化学特征及原岩恢复

莫东山，刘彩乐，董峻麟

(1. 吉林大学 地球科学学院，吉林 长春 130061； 2. 青海省第五地质矿产勘查院，青海 西宁 810000)

祁连造山带位于青藏高原东北部，是中亚造山带的重要组成部分，自北向南可划分为北祁连、中祁连和南祁连3个构造单元。学者们对其显生宙以来的大地构造格局及演化等开展了大量的研究工作[1-8]， 但关于前寒武纪基底的研究相对较少。已开展的变质基底的研究也仅局限于中祁连及北祁连的局部地段[9-11]，而关于南祁连变质基底的研究工作十分有限。如在岩石学、地球化学、构造演化等方面的研究程度相对偏低，在形成时代上也存在较多争议[12]。本文对南祁连地区志留纪巴龙贡噶尔组的阳康片岩[13]开展了化学成分分析，研究了其地球化学特征。在此基础上，对阳康片岩的原岩进行了初步恢复，并探讨了其形成环境，以期为祁连造山带形成的地质背景的确定提供参考。

1 地质背景及岩石学特征

祁连造山带形成于加里东期，呈北西向被华北板块、塔里木板块和柴达木板块所夹持。南祁连位于造山带的南端，以柴达木北缘断裂、中祁连南缘断裂及阿尔金走滑断裂为界[14]，出露的地层主要为早古生代—中生代的地层[15]。

南祁连阳康地区变质岩分布在阳康东侧和果查布一带，其主要岩石类型有二云石英片岩、黑云石英片岩、黑云片岩、白云石英片岩及角闪片岩(见图1)。

图1 阳康地区大地构造和地质简图(据参考文献[12]修改)

2 岩石地球化学特征

阳康变质岩氧化物含量变化范围较大，SiO2含量变化范围为40.93%～68.74%(见表1)，岩性变化范围较大，由超基性至酸性。Al2O3含量变化范围为13.67%～15.92%，且Al2O3分子数大于K2O、Na2O、CaO分子数之和Na2O含量大于K2O含量。里特曼指数(σ)在1.40～4.42之间，集中于2.00附近，表明岩石主要为钙碱性系列。其中，样品1、2、3、6、7具有沉积岩化学成分特点，而样品4、5、8、9、10、11具有中基性—中酸性火山岩成分特点(见图2)，反映二者有不同的物质来源。

图2 新元古代变质岩K2O-SiO2变异图解

阳康变质岩轻稀土元素含量相对较高，轻重稀土比值L/H变化范围为8.20～14.66(表2～3)，属轻稀土富集型。稀土元素总量变化范围为158.59×10-6～218.88×10-6(表3)。(La/Sm)N值变化范围为5.08～7.97，表明轻稀土元素分馏程度较高。(Gd/Yb)N值变化范围为1.80～3.02，说明重稀土元素间分馏程度相对较弱。稀土元素球粒陨石标准化模式曲线呈右倾型，δEu值变化范围为0.68～0.76，存在弱的Eu的负异常(见图3和图4)。

图3 阳康变质岩球粒陨石标准化稀土元素配分型式 图4 原始地幔标准化微量元素蛛网图

表1 变质岩氧化物含量分析结果%

表2 变质岩稀土元素分析结果 ×10-6

表3 变质岩稀土元素地球化学参数

表4 变质岩微量元素分析结果/10-6

样品1、2、3显著富集大离子亲石元素(表4)，如Ba、Rb、Sr等，且Ba含量高于Sr的含量，Sr/Ba比值多小于1，反映了咸水环境沉积特征。高场强元素Th、Nb、Zr等含量较高，显示陆源碎屑岩特征。样品4、5、8、9、11富集大离子亲石元素Ba和Sr，而强烈亏损元素Rb，Rb/Sr比值介于0.16～0.30之间。样品4、5、8、9、10、11中元素Ba相对于Rb和Th、Ti相对于Sm和Y呈明显负异常，反映出具有典型中基性—中酸性火山岩微量元素特征(图3)。样品6、7既具有火山岩微量元素特征，又具有陆源碎屑岩微量元素特点。

在(al+fm)-(c+alk)-Si原岩恢复图解中(图5)，样品4、5、8、9、11落入火山岩区，样品1、2、3落入厚层泥岩区，而样品6、7落入钙质沉积岩区。在变质岩A-C-FM图解中(图6)，样品4、5、8、9、10落入基性火山岩区，11号样品落入中性及碱性火山岩和杂砂岩区，样品1、2、3落入泥质岩石区，样品6、7号样落入泥灰质沉积岩区。分析表明，样品1、2、3、6、7的原岩为陆源碎屑沉积岩，泥岩或杂砂岩，样品4、5、8、9、10的原岩为基性火山岩，而样品11的原岩为中性火山岩。阳康变质岩的原岩总体为一套基性—中酸性火山岩及碎屑岩组合。

根据火山岩类矿物学特征和主量元素特征判别其构造环境，样品4、5、8、9、11具有明显的造山带火山岩矿物学特征(图7)。样品1、2、3、4、5、7、8、9具有活动大陆边缘化学成分特征，而样品6、10、11具有大洋岛弧化学成分特征(图8)。分析表明，阳康变质岩的原岩为典型的变质中基性—酸性火山岩及沉积岩系构成的火山—沉积建造，岩石形成于类似现代岛弧的活动大陆边缘构造环境。在当时总体处在陆内拉张的构造背景之下，深部地幔呈隆升趋势，由此导致上部地壳的拉张减薄，压力的降低诱发上地幔局部熔融，形成了海底火山喷发，在喷形发间歇沉积了碎屑。

图5新元古代变质岩(al+fm)-(c+alk)+Si图解图6新元古代代变质岩A-C-FM图解

图7新元古代变质岩loqτ-logσ图解图8新元古代变质岩K2O/Na2O-SiO2图解

3 变质作用及温压条件分析

3.1 矿物共生组合及变质相划分

原岩岩石类型较为复杂，经历了多期变质变形的叠加改造，其矿物组合与高绿片岩相变质程度下的矿物共生组合相近。本文对不同岩石类型进行了矿物组合分析和变质相分析，进而确定其变质相和变质带。

变质泥砂质岩的常见矿物共生组合为黑云母+石英(黑云石英片岩)及黑云母+斜长石+石英(条带状黑云石英片岩)，变质基性岩的常见矿物共生组合为角闪石+黑云母+斜长石+石英(角闪斜长变粒岩)和角闪石+黑云母+斜长石(黑云角闪片岩)。

本区的特征变质矿物有黑云母、斜长石及角闪石。黑云母、斜长石在不同变质程度的岩石中均有出现，角闪石出现的较少，主要赋存于角闪片岩中。基底变质岩系中斜长石多呈粒径1～2 mm的柱状、板状，以中长石和更长石为主，部分斜长石在低绿片相退变质的影响下发生绢云母化，具有中低级变质的特征。而新元古—古生代增生区浅变质岩系的斜长石粒度明显较细，多呈微粒状，且绢云母化强烈，在基性岩中出现部分钠长石，显示了低级变质的特点。

3.2 温压条件分析

阳康片岩具有变形强而变质程度相对较低的特点，主要表现出3期构造变形。第1期变形为顺层伸展滑脱机制下，形成面理S1，变形过程中可能的变质反应为角闪石、斜长石等转变而成为变晶柱粒状或片状绿泥石、钠长石、黑云母和石英等，典型的温压条件约为T=500℃，P=2×108～4×108Pa，相当于低压绿片岩相。第2期变形为横向挤压剪切机制下，形成以面理S1为变形面的褶皱，可能的变质反应为钠长石、黑云母等转变为微晶状绿泥石和和雏晶—微粒状绿帘石等新生变质矿物，变质作用类型为区域低温动力变质作用。晚期变质阶段，在峰期变质的基础上，在降温过程中，发生退变质，主要表现为斜长石，多转变为绢云母，黑云母转变为绿泥石，形成了低绿片岩相的退变质矿物组合，反映了地壳抬升压力降低过程中变质作用的演化特征。叠加在早期的变质作用之上，是盖层低绿片岩相动力变质作用叠加改造的结果，对应的温度T=400℃，压力P=0.5×108～4×108Pa。综上，新元古代变质作用属区域动力热流变质作用，压力类型为低压相系。

4 变质岩成因

阳康片岩地层中有辉长岩侵入，马文等测得该套辉长岩锆石U-Pb同位素年龄为730 Ma±3 Ma[16]，辉长岩体的侵入时代确定为新元古代，判定阳康片岩变质时代应不晚于新元古代。董峻麟等[12]测得阳康片岩中角闪片岩获得岩浆锆石U-Pb年龄值为819 Ma±2 Ma，该年龄代表了岩石结晶年龄。综上所述，可初步判断该套变质岩系形成时代为新元古代。

新元古代陆缘增生阶段，卷入该期变质的地质体为新元古代阳康片岩，地壳具有一定热流值。在区域动力热流变质作用下及在北东—南西向挤压机制下，形成褶皱，发生片理置换层理，岩石中广泛分布顺层片理，这些顺层片理与平卧褶皱的轴面劈理大致平行。与此同时，岩石发生变质，产生了黑云母、白云母、石英、斜长石、角闪石等变质矿物，这些变质矿物沿层理定向生长形成顺层片理。变质矿物共生组合反映了高绿片岩相特征，这表明该套变质岩系是由区域动力热流变质作用形成的，变质相为高绿片岩相。

5 结 论

1)根据岩石化学成分特征，样品1、2、3、6、7具有沉积岩化学成分特点，而样品4、5、8、9、10、11具有中基性—中酸性火山岩成分特点。

2)阳康片岩地层中二云石英片岩、黑云片岩、黑云石英片岩原岩为陆源碎屑沉积岩，泥岩或杂砂岩；二云石英片岩、白云母石英片岩、角闪片岩原岩为基性火山岩；部分二云石英片岩原岩为中性火山岩。阳康片岩原岩的岩石组合总体为一套基性—中酸性火山岩及碎屑岩组合。

3)阳康片岩变质火山岩微量元素特征、构造环境判别结果显示，变质中基性火山岩形成于活动大陆边缘环境。

4)研究表明表明该套变质岩系是由区域动力热流变质作用形成的，变质相为高绿片岩相。原岩变质时代属于新元古代。