塔源地区吉祥沟岩组的地球化学特征及构造意义

付忠才

(黑龙江省第九地质勘查院， 黑龙江 齐齐哈尔 161006)

0 引 言

研究区位于大兴安岭北段，塔源—新林—大乌苏一带，大地构造位置处于中亚造山带东段[1-2]、额尔古纳地块与兴安地块结合部位[3-4]，是研究古亚洲洋形成演化的重要地区之一[5-6]。在塔源镇东部及大乌苏河流域分布有一套浅变质海相火山-碎屑岩系，《黑龙江省岩石地层》(1997)将其定名为倭勒根群，李仰春等[7]认为该套岩层不是单一的有序的地层单位，而是一构造岩片，因此将其命名为倭勒根岩群，这一认识已逐渐被广大学者认可并使用[8-11]。

倭勒根岩群自下而上划分为吉祥沟岩组、大网子岩组，吉祥沟岩组主要为变沉积岩，大网子岩组主要为变基性火山岩。变沉积岩锆石U-Pb年龄为453.2～560.0 Ma，变基性火山岩为419.4～482.1 Ma[5，8-9，12-13]，成岩时代应为早奥陶世—早志留世。前人对大网子岩组的变火山岩地球化学特征研究较多，但对吉祥沟岩组变沉积岩地球化学特征研究较少[5，9]。笔者利用研究区内1∶50 000区域地质测量获得的主、微量及稀土元素地球化学结果，探讨吉祥沟岩组地球化学特征及源区构造背景，为大兴安岭北部早古生代构造演化研究提供一定的基础资料。

1 地质背景与样品采集

研究区内出露的地层分布广泛(图1)，主要有下奥陶统—下志留统倭勒根岩群及下白垩统白音高老组、光华组、甘河组。倭勒根岩群岩石主要为变沉积岩及变火山岩，岩石普遍残存原岩结构，变质程度较低。白音高老组岩石为中-酸性火山岩，光华组为酸性火山岩，甘河组为中基性火山熔岩。区内侵入岩发育，主要有早奥陶世—早志留世花岗岩、二长岩、花岗闪长岩及晚三叠世—早侏罗世花岗岩、花岗闪长岩。区内断裂构造方向主要为北东向、北西向，大型北东向环宇—新林断裂纵贯全区。褶皱构造不发育，只在倭勒根岩群中见有小型协调褶皱、紧密褶皱。

图1 塔源地区地质简图Fig. 1 Geological sketch map of Tayuan area

文中研究样品利用捡块法采自实测地质剖面探槽内的新鲜岩石，其中硅酸盐样品12件、微量及稀土元素分析样品各15件。样品分析由黑龙江省地矿测试研究所完成，硅酸盐样品利用原子吸收分光光度计测定，稀土微量元素样品采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)进行测试，样品分析精度优于5%。

2 岩石学特征

吉祥沟岩组变沉积岩主要有变质砂岩类、片岩及板岩，局部夹有大理岩。

绿泥绿帘石英片岩：呈灰绿色，鳞片粒状变晶结构，片状构造。岩石主要由体积分数19%的显微鳞片状绿泥石、35%的粒状绿帘石、45%的它形粒状石英组成。绿泥石沿片理方向展布；绿帘石多与绿泥石相伴，粒度小于0.3 mm；石英具波状消光，粒度小于0.3 mm。

绿泥石板岩：呈灰绿色，显微鳞片状变晶结构，板状构造。岩石主要由体积分数5%的显微鳞片状绢云母、15%的粒状石英、30%的显微鳞片状绿泥石、49%的隐晶质集合体组成。石英粒度多小于0.3 mm，沿板理零散-杂乱分布；绿泥石沿板理方向条带状或均匀展布，绢云母多于绿泥石相伴生；隐晶质集合体为隐晶长英质、硅质，沿板理密集条带状或零散展布。

粉砂质板岩：呈灰白色，变余砂状结构，板状构造。岩石由体积分数40%的显微鳞片状矿物、30%的隐晶质-泥质集合体和30%的砂质碎屑物所组成。显微鳞片状矿物主要为绿泥石，呈条带状沿板理方向密集展布；隐晶质-泥质集合体主要为黏土矿物及残余泥质、长英质，沿板理密集-零散展布；粉砂质碎屑物以石英为主，呈棱角状，粒度均小于0.1 mm。

变质细粒长石杂砂岩：呈浅绿灰色，变余细粒砂状结构，致密块状构造。岩石由体积分数75%的碎屑及25%的胶结物组成，碎屑为斜长石，粒度多为0. 25～0. 50 mm；胶结物主要为显微鳞片状绢云母，其次为微晶石英，粒度均小于0.1 mm。

变质长石石英砂岩：呈灰白色，变余中细粒砂状结构、显微鳞片粒状变晶结构，变余层理构造。岩石由体积分数75%的碎屑及25%的胶结物组成，碎屑主要为石英，呈次圆状-椭圆状，占60%；斜长石为更-中长石，呈次棱角状-次圆状，占15%；胶结物具显微鳞片粒状变晶结构，矿物成分主要由重结晶的微晶石英、长石和绢云母及少量铁质等组成，胶结类型属孔隙式-基底式胶结。

变质长石砂岩：深灰色，变余细粒砂状结构，变余层理构造。碎屑由体积分数45%的石英、20%的钾长石和20%的斜长石组成，胶结物占 15%，主要为绿泥石。胶结类型属孔隙式胶结。

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素

吉祥沟岩组变沉积岩主量元素分析结果见表1、相关参数见表2，其中：ηCIA为化学蚀变指数，ηICV成分变异指数，nal、nfm、nc、nalk、nsi、nt、nqz为尼格里参数。样品中SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO，Na2O、K2O质量分数较高，TiO2、MnO、P2O5质量分数较低(表1)。变沉积岩中SiO2、Al2O3质量分数高、nt>0、nqz>12，说明铝、硅过饱和，表明其碎屑物以石英、长石为主； 全铁、MgO质量分数高，可看出岩石中应含有黑云母、磁铁矿等铁镁质矿物碎屑。

表1 变沉积岩主元素分析数据Table 1 Major element compositions of meta-sedimentary rocks

表2 变沉积岩相关参数Table 2 Correlation parameter of meta-sedimentary rocks %

3.2 微量元素

由表3可以看出：Ba质量分数为100×10-6～1 415×10-6，Co质量分数为1×10-6～26.67×10-6，Th质量分数为2.6×10-6～60×10-6，与上地壳Ba、Co、Th丰度[14]基本一致；Rb质量分数为23×10-6～760×10-6，Zr质量分数为28.3×10-6～236×10-6，Rb、Zr质量分数高，接近上地壳丰度[14]，远大于中地壳、下地壳平均质量分数；w(Sr)/w(Ba)小于1，具副变质岩的特点；Sr质量分数为18×10-6～390×10-6，远低于上地壳及地壳丰度，出现Sr亏损的原因可能与变质作用或物源区斜长石含量密切相关[15]。

表3 变沉积岩微量元素分析数据Table 3 Trace element compositions of meta-sedimentary rocks

3.3 稀土元素

稀土元素总量较高，ΣwREE在65.52×10-6～270.70×10-6，平均值为177.29×10-6，其中，砂质板岩、变质杂砂岩各有1件样品稀土总量分别为65.52×10-6、83.29×10-6，与其他样品相比明显偏低，可能和变质过程中稀土元素的带出有关。ΣwLREE在61.80×10-6～249.37×10-6、ΣwHREE在3.72×10-6～43.19×10-6，ΣwLREE/ΣwHREE在5.04～16.61，平均为9.84，轻稀土相对富集、重稀土相对亏损(表4)；w(La)N/w(Yb)N为4.33～21.52，平均为11.58，说明轻重稀土分异较大；δEu在0.43～0.89之间，平均为0.66，具有显著Eu负异常，Eu亏损明显。

表4 变沉积岩稀土元素分析数据Table 4 Rare earth element compositions of meta-sedimentary rocks

样品稀土元素球粒陨石标准化配分曲线基本一致，呈轻稀土富集的右倾式，轻稀土曲线较陡、重稀土曲线相对平缓，具有明显的Eu负异常，如图2所示，图2中不同构造环境数据据文献[16]。

图2 变沉积岩稀土元素配分曲线Fig. 2 Plots of chondrite-normalized REE patterns of meta-sedimentary rocks

4 原岩恢复

样品中w(SiO2)平均值为67.82%，低于Condie[17]的典型石英砂岩和长石砂岩平均值，与古生代杂砂岩SiO2质量分数接近；w(Al2O3)/w(SiO2) 在0.15～0.37，高于石英砂岩和长石砂岩，与杂砂岩一致；TiO2平均质量分数为0.56%，与Pettijohn等[18]杂砂岩平均质量分数接近。w(CaO)/w(MgO)小于1，w(K2O)/w(Na2O)大于1，说明原岩为沉积岩。w(Sr)/w(Ba)在0.11～0.70，具有副变质岩的特点。

在nal+fm-nc+alk-nsi原岩判别图解上样品落入砂岩和厚层泥岩端(图3)；在ΣwREE-w(La)/w(Yb)图解上样品皆落入砂质岩和杂砂岩区域内。

图3 变沉积岩原岩判别图解(底图据文献[19])Fig. 3 Protolith discrimination of meta-sedimentary rocks(after refrence[19])

5 讨 论

5.1 物质来源分析

吉祥沟岩组变沉积岩与不同构造环境中杂砂岩地球化学参数如表5所示，由表5可以看出：SiO2、TiO2、FeO平均质量分数及w(FeO)/w(MgO)、w(Al2O3)/w(SiO2)、w(FeO)/w(MgO)和中国东部上地壳基本一致。吉祥沟岩组变沉积岩轻稀土元素富集、重稀土元素亏损，轻、重稀土元素分异明显，具明显的Eu负异常，表明母岩可能为长英质岩石，具有上地壳特点[15]。

表5 变沉积岩样品与不同构造环境中杂砂岩地球化学参数对比Table 5 Comparison of geochemical parameters between meta-sedimentary rocks and greywacke in various tectonic settings

在Th-Hf-Co图解中样品投在平均上地壳及其附近(图4a)；在w(Rb)-w(K2O)图解上样品投在上地壳一端，远离下地壳，表明源区物质成分与上地壳基本一致，来源于上地壳(图4b)。在w(Ni)-w(TiO2)图解上样品投影在酸性岩浆岩区(图4c)；wREE-w(La)/w(Yb)图解中样品大多落入花岗岩与沉积岩重叠区域，少量落在沉积岩及花岗岩区内，说明其源区应是花岗岩及沉积岩(图4d)；在Roser等DF1-DF2源区判别图解中，样品投影点落入长英质火成物源区和石英岩沉积物源区内(图4e)。

成分变异指数ηICV平均值为1.33，除1个样品外，其他皆大于1，表明吉祥沟岩组中变沉积岩含有少量黏土矿物，代表构造活动带的首次沉积[28]。

化学蚀变指数ηCIA在53.47～78.64之间，表明物源区可能处于寒冷—温暖、半干旱气候条件，具中—低风化程度，可能处于构造活动带[29]。在w(Al2O3+K2O+Na2O)-w(SiO2)图解中，样品投影在化学成熟度较低的半干旱区，与化学蚀变指数判别一致(图4f)。

图4 变沉积岩物源区特征判别图解Fig. 4 Identification of provenance characteristics of meta-sedimentary rocks

5.2 构造背景判别

样品SiO2、TiO2、FeO、Al2O3/SiO2、FeO/MgO质量分数及比值与大陆岛弧基本一致(表5)。吉祥沟岩组变质岩构造背景图解如图5所示。

图5 变质岩构造背景图解 Fig. 5 Tectonic setting discrimination diagrams of meta-sedimentary rocks

在w(K2O)/w(Na2O)-(SiO2)及w(SiO2)/w(Al2O3)-w(K2O)/w(Na2O)构造判别图解中，除了3个样品投在被动大陆边缘外，其他均落入活动大陆边缘内(图5a、b)。La、Ce、∑wREE、δEu等与活动大陆边缘一致(表5)。在稀土元素配分曲线图上，除少数样品REE分布模式与大陆岛弧相似外，其他多与活动大陆边缘一致(图2)。在F1-F2构造背景函数判别图解上，样品主要投在活动陆缘和大陆岛弧内(图5c)；在Th-Co-Zr/10判别图解中，样品主要落入活动大陆边缘区及其附近(图5d)。综上可以认为，吉祥沟岩组变沉积岩形成于活动大陆边缘—大陆岛孤环境。

6 结 论

(1)变沉积岩主要为绿泥绿帘石英片岩、绿泥石板岩、粉砂质板岩、变质细粒长石杂砂岩、变质长石石英砂岩，其原岩主要为砂岩、杂砂岩及少量泥岩。

(2)变沉积岩SiO2、Al2O3质量分数高，nt>0、nqz>12，Ba、Th、Co元素质量分数与上地壳丰度一致，轻重稀土元素分异明显，轻稀土富集重稀土亏损，Eu具有明显的的负异常，成分变异指数多大于1，反映出源区物质成分为来源于上地壳的长英质火成岩及沉积岩、岩石成分成熟度低。

(3)化学蚀变指数为53.47～78.64，表明物源区可能处于寒冷—温暖、半干旱气候条件，具中-低风化程度，可能处于构造活动带。

(4)吉祥沟岩组变沉积岩SiO2、TiO2、FeO、w(Al2O3)/w(SiO2)、w(FeO)/w(MgO)、La、 Ce、∑wREE、δEu等质量分数、比值及主微量元素构造背景判别图解、稀土元素配分模式表明,岩石沉积于活动大陆边缘—大陆岛弧环境。