四川米易地区前震旦纪五马箐组变质岩特征及原岩恢复

屈李鹏，陈友良，张 拉，郑玉文，胡 漾

(1.成都理工大学地球科学学院，四川 成都610059；2.中国地质大学地球科学学院，湖北 武汉 430074)

四川米易地区位于青藏高原东南缘，处于攀枝花市东北部，安宁河与雅砻江交汇地区。在大地构造上位于扬子准地台西缘康滇地轴中南段，泸定-米易台拱之米易穹断束上，元谋-绿汁江断裂西侧。区内出露的地层主要为前震旦纪五马箐组中深变质岩系以及震旦-侏罗系的碳酸盐岩-碎屑岩建造(见图1)。区内岩浆活动强烈，主要为大面积分布的晋宁期花岗岩、石英闪长岩以及二叠纪的峨眉山玄武岩。构造热液活动频繁，褶皱、断裂构造极为发育。近年来，在五马箐组变质-混合岩与晋宁期花岗岩的外接触带中发现有重要找矿前景的混合岩型铀矿[1]，五马箐组的变质岩特征及原岩恢复研究对查明区内混合岩型铀矿的成矿地质环境具有重要的意义。

五马箐组变质岩系主要分布在四川米易地区海塔、风流山、垭口五马箐及回菁沟等地，是一套区域变质作用及混合岩化作用的产物，有关五马箐组变质岩系的时代归属和成因至今尚具有较多争议。对五马箐组的研究始于上世纪六十年代，前人围绕该组地层做了大量工作：四川一队在1∶20万米易幅中将其统称为“未分会理群”，时代上归为古元古代[2]；廖洪昌、杨英杰等认为五马箐组时代应归为古元古代，并认为其与下伏地层康定群冷竹关组整合接触[3]；姚祖德等认为五马箐组为一套区域热变质岩，应置于会理群、盐边群之下康定群之上[4]；朱占祥等将五马箐组归入康定群，并置于其上部，组成康定群的新层序[5]；攀西地质大队认为五马箐组地层应属古元古代，整合于冷竹关组之上，称之为下元古界五马箐岩组[6]；辜学达等认为五马箐组与冷竹关组的混合岩化变粒岩之间为整合接触，为区域动力热流低角闪岩相变质岩[7]；陈玉禄等通过对冕宁五马箐组地层进行研究认为五马箐组变质岩仅达低绿片岩相，将五马箐岩组时代确定为中-新元古代蓟县系-青白口系[8]；姚建等认为五马箐组属区域热变质作用及混合岩化作用形成，时代应早于会理群，晚于康定群[9]。笔者在垭口地区野外调查时发现，五马箐组与上覆的震旦纪观音崖组呈角度不整合接触，应属前震旦纪的变质岩系。

1.新生界；2.宝顶组；3.益门组；4.峨眉山玄武岩；5.灯影组；6.观音崖组；7.五马箐组；8.冷竹关组；9.花岗岩；10.石英闪长岩；11.断层；12.韧性剪切带。图1 四川省米易县垭口-海塔地区区域地质简图

1 岩石学特征

本次研究在米易海塔及垭口地区的五马箐组变质岩中共采集了22件样品。根据野外实地调查和室内岩矿鉴定结果，五马箐组变质岩的岩性主要为二云母片岩、石英片岩、黑云斜(钾)长片麻岩以及部分斜长角闪岩。根据其岩石学特征，可以将其分为以下两类。

1.1 片岩、片麻岩类

片岩类岩性主要有二云母片岩、云母石英片岩、黑云母片岩等。岩石一般呈灰、暗灰、灰黑等色，细-中粒粒状鳞片变晶结构，片状构造。矿物成分以石英(55%～65%)、云母类矿物(35%～40%)为主。石英呈粒状、压扁拉长状，后者具定向性，方向与云母定向方向一致(见图2a)。云母类矿物呈鳞片状及集合体状，定向排列且定向性良好(见图2b)。片状矿物包括黑云母、白云母、角闪石，粒状矿物包括石英、斜长石、辉石。副矿物包括锆石、褐铁矿等。

片麻岩类岩性主要为黑云斜长片麻岩、黑云钾长片麻岩等。岩石呈暗灰、灰白等色，中细粒鳞片粒状变晶结构，片麻状构造。矿物成分以长石(40%～60%)为主，次为石英(25%～30%)、黑云母(10%～25%)。矿物多呈它形，局部见轻微粘土化、绢云母化蚀变，夹定向排列、断续分布的暗色矿物(片状矿物)。片状矿物主要为黑云母，粒状矿物包括斜长石、钾长石、石英。副矿物包括榍石、磷灰石、绿帘石、褐帘石、锆石等。

1.2 斜长角闪岩类

斜长角闪岩类岩性主要为黑云斜长角闪岩，部分斜长角闪岩具有片理，形成黑云斜长角闪片岩、长英质角闪片岩、长英质黑云母角闪片岩等(如图2中c、d、e、f所示)。岩石呈深灰绿色、暗灰色、灰黑色等，细粒柱粒状变晶结构，块状构造。矿物成分主要为斜长石(40%～45%)、角闪石(35%～40%)、黑云母(10%～15%)、辉石夹少量石英，局部长石发生绢云母化。副矿物包括绿帘石、褐铁矿、榍石、菱铁矿等。

从上述岩石的矿物共生组合来看，片岩、片麻岩类岩石的矿物组合为黑云母+白云母+石英+绿泥石，在野外观察及镜下鉴定中均未发现石榴石，应属低绿片岩相。斜长角闪岩类岩石的矿物组合为普通角闪石+斜长石+黑云母+石英+绿帘石，应属低角闪岩相。因此五马箐组变质岩的变质相属于低绿片岩相-低角闪岩相。

2 岩石地球化学特征

五马箐组变质岩样品的主量元素含量如表1所示，微量元素含量见表2所示，样品的全碱-硅(TAS)分类图如图3所示。从表1、表2以及图3可以看出，与岩石学特征相似，五马箐组变质岩可以明显地分为两类，其岩石地球化学特征如下：

2.1 片岩、片麻岩类

该类样品具有高硅(SiO2一般>62%)、高铝(Al2O3一般>13%)、高碱(Na2O+K2O一般>4%)，低铁(Fe2O3+FeO一般<6%)、低镁(MgO一般<2%)、低钙(CaO一般<2%)的特点，且岩石中K2O>Na2O，MgO>CaO。微量元素中Cr、Co、Ni等深源元素含量不高，Rb、Th、Nb、Zr、Hf、Ga、Y等高场强元素富集。在全碱-硅(TAS)分类图(图3)中，五马箐组的片岩、片麻岩类样品均投影于中-酸性岩中。

2.2 斜长角闪岩类

该类样品具有低硅(SiO2<52%)、低铝(Al2O3<13%)、低碱(Na2O+K2O一般<5%)，高铁(Fe2O3+FeO一般>10%)、高镁(MgO一般>6%)、高钙(CaO一般>8%)的特点，且岩石中K2O

表1 四川米易地区五马箐组变质岩样品主量元素含量(单位：%)

注：由核工业北京地质研究院分析测试中心测定。

表2 四川米易地区五马箐组变质岩样品微量元素含量(单位：10-6)

注：由核工业北京地质研究院分析测试中心测定。

1.橄榄辉长岩；2a.碱性辉长岩；2b.亚碱性辉长岩；3.辉长闪长岩；4.闪长岩；5.花岗闪长岩；6.花岗岩；7.硅英岩；8.二长辉长岩；9.二长闪长岩；10.二长岩；11.石英二长岩；12.正长岩；13.副长石辉长岩；14.副长石二长闪长岩；15.副长石二长正长岩；16.副长正长岩；17.副长深成岩；18.霓方钠岩/磷霞岩/粗白榴岩图3 岩浆/火成岩系统全碱-硅(TAS)分类图(底图引自Eric K. A. Middlmost[10])

3 原岩恢复

常见变质岩的原岩恢复方法，一般可以采用地质产状及岩石共生组合、变余组构判别、岩石矿物方法、岩石化学方法、地球化学方法等[11]。由于五马箐组变质岩的变余结构、构造保留较少，仅由地质产状和岩相学特征来恢复其原岩性质比较困难，因此本文主要采用岩石化学方法和地球化学方法来进行原岩恢复。

岩石化学和地球化学方法进行变质原岩恢复，是基于变质岩与其原岩在化学成分上的继承性[12]。一般来说区域变质作用、热变质作用的变质过程是在相对封闭条件下进行的，没有发生强烈的交代作用，变质岩的化学成分(除水和碳酸外)和原岩基本保持一致，因而其岩石化学和地球化学特征基本反映出原岩的特征，并主要受原岩形成作用和成岩构造环境所制约[13]。

3.1 片岩、片麻岩类

恢复变质岩原岩类型和性质、推断变质作用的演化过程是一项非常复杂的工作，单一的图解往往不能全面反映其原岩特征，因此本文采用Zr/TiO2-Ni图解、TiO2-SiO2图解、K-A图解、∑REE-La/Yb图解、ACFM图解等多种图解来进行原岩恢复。

在Zr/TiO2-Ni图解(见图4)中，除4个片麻岩样品落在岩浆岩与沉积岩界线边缘外，其余片麻岩及片岩样品全部落在沉积岩区域；在TiO2-SiO2图解(见图5)中，片麻岩样品均落于岩浆岩和岩浆岩与沉积岩界线边缘附近，而片岩样品基本落于沉积岩区域；在KA图解(见图6)中，有2个片麻岩样品明显落在岩浆岩区域(YK-44、YK-45)，另有2个片麻岩样品落在岩浆岩与沉积岩界线附近，而片岩样品大多落在沉积岩区域。在∑REE-La/Yb图解(见图7)中，除片麻岩样品(YK-44、YK-45)未落在图解Ⅰ～Ⅳ区域内，其余有4个样品落在砂质岩/杂砂岩区域，6个样品落在粘土岩/页岩区域。通过这四种图解可以基本判别出片麻岩样品YK-44、YK-45为正变质岩外，其余样品则很可能为副变质岩。

图4 片岩、片麻岩类样品的Zr/TiO2-Ni图解(底图引自J.A. Winchester[14])

图5 片岩、片麻岩类样品的TiO2-SiO2图解(底图引自J.Tarney[15])

图6 片岩、片麻岩类样品的K-A图解(底图引自周世泰[16])K=K2O/(Na2O+K2O)×100%，A= Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O+K2O)×100%

图7 片岩、片麻岩类样品的∑REE-La/Yb图解(底图引自王仁民[17])Ⅰ-斜长角闪岩区；Ⅱ-砂质岩和杂砂岩区；Ⅲ-页岩和粘土岩区；Ⅳ-碳酸盐岩区

在ACFM图解(见图8)中，片麻岩样品(YK-45)落在Ⅰ区(富铝粘土岩及酸性岩浆岩)内，片麻岩样品(YK-44)则落在Ⅲ区(杂砂岩及中碱性岩浆岩)内，结合前面图解分析，片麻岩样品(YK-44、YK-45)为正变质岩，因此其原岩应为酸性岩浆岩或中碱性岩浆岩。而其余片岩、片麻岩大多落在Ⅰ、Ⅱ+Ⅲ和Ⅲ区域内，其原岩应为富铝粘土岩、粘土岩及杂砂岩等。

图8 片岩、片麻岩类样品的ACFM图解(底图引自Н.Д. Семенеко[18])I.富铝粘土岩及酸性岩浆岩、II.粘土岩及亚杂砂岩、III.杂砂岩及中性和碱性岩浆岩、IV.长石砂岩、V.凝灰质粉砂岩、VI.硅铁质沉积岩、VII和VIII超基性岩、IX基性岩浆岩及铁质白云质泥灰岩、X.钙质碳酸盐岩、XI.钙硅酸盐岩及石英岩；∑= Al2O3+CaO+2Fe2O3+MgO；A(铝质系数)=Al2O3/∑×100；C(钙质系数)=CaO/∑×100；F(铁质系数)=2Fe2O3/∑×100；M(镁质系数)=MgO/∑×100(注：对应其分子数计算)

通过上述图解的综合分析，可以得出米易地区五马箐组变质岩系中的片岩、片麻岩类大多为副变质岩，其原岩为粘土岩、杂砂岩等泥砂质沉积岩。有部分片麻岩为正变质岩，其原岩为酸性岩浆岩或中碱性岩浆岩。

3.2 斜长角闪岩类

本文采用MgO-CaO-FeO图解、MnO-TiO2图解、Ni-TiO2图解，同时结合野外观察的变余构造特征、样品中的锆石CL图像特征等多种方法来对米易地区五马箐组中的斜长角闪岩类进行原岩恢复。

在MgO-CaO-FeO图解(见图9)中，斜长角闪岩类10个样品全部落在正斜长角闪岩区域。在MnO-TiO2图解(见图10)中，10个样品也全部落在正斜长角闪岩区域。在Ni-TiO2图解(见图11)中，有8个样品落在原岩为岩浆岩的正斜长角闪岩区域，只有2个样品(HT-30、YK-10)落在原岩为泥质岩的副斜长角闪岩区域。

图9 斜长角闪岩类样品的MgO-CaO-FeO图解(底图引自K.R.Walker[19])I为正斜长角闪岩区域，II为副斜长角闪岩区域

图10 斜长角闪岩类样品的MnO-TiO2图解(底图引自S.N. Misra[20])I为正斜长角闪岩区域，II为副斜长角闪岩区域

图11 斜长角闪岩类样品的Ni-TiO2图解(底图引自B.E. Leake[21])圈闭图形之内为原岩为泥质岩的副斜长角闪岩，圈闭图形外为原岩为岩浆岩的正斜长角闪岩，图形中部竖线为原图界限

在野外的钻孔岩心观察中，发现斜长角闪岩类样品普遍具有变余气孔构造(见图12)。在斜长角闪岩样品中挑选出锆石进行阴极发光(CL)照相，锆石具有明显的生长韵律环带(见图13)，表现出典型的岩浆锆石特征。结合上述斜长角闪岩类的三种图解，可以判定五马箐组变质岩中的斜长角闪岩类为正变质岩。从前述斜长角闪岩类的主量元素含量来看，其SiO2均小于52%，在全碱-硅(TAS)分类图(见图3)中，样品全部落在基性岩区域。因此其原岩应为基性岩浆岩。

图12 斜长角闪岩岩心中的变余气孔构造

图13 斜长角闪岩样品中锆石的CL图像

图14为10个斜长角闪岩类样品的微量元素蛛网图(标准化值据王仁民[17])，样品的配分曲线整体呈“大隆起”型式，除Y、Yb、Sc、Cr、Zr、Hf之外其他元素都相对富集，且富集程度由Sr到Ba逐渐增强，由Ta到Ti逐渐减弱，与板内玄武岩的分布型式相似。综合以上判定区内斜长角闪岩类的原岩为板内玄武岩。

图14 斜长角闪岩类样品的微量元素蛛网图(标准化值据王仁民[17])

4 结论

通过对四川米易地区前震旦纪五马箐组的岩石学特征、岩石地球化学特征以及原岩恢复研究，可以得出以下结论：

(1)米易地区前震旦纪五马箐组变质岩主要由二云母片岩、石英片岩、黑云斜(钾)长片麻岩以及部分斜长角闪岩组成。其中片岩、片麻岩类岩石的矿物组合为黑云母+白云母+石英+绿泥石，其变质相属低绿片岩相；斜长角闪岩类岩石的矿物组合为普通角闪石+斜长石+黑云母+石英+绿帘石，其变质相属低角闪岩相。

(2)岩石地球化学特征研究表明，该套变质岩的岩性可以分为明显不同的两类。片岩、片麻岩类变质岩具有高硅、高铝、高碱，低铁、低镁、低钙的特点，显示中酸性岩类的属性；斜长角闪岩类变质岩具有低硅、低铝、低碱，高铁、高镁、高钙的特点，显示基性岩类的属性。

(3)通过采用多种方法和图解对五马箐组变质岩进行原岩恢复，结果表明片岩、片麻岩类样品大多为副变质岩，其原岩为粘土岩、杂砂岩等泥砂质沉积岩。部分片麻岩为正变质岩，其原岩为酸性岩浆岩或中碱性岩浆岩。而斜长角闪岩类均为正变质岩，其原岩为板内玄武岩。