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        新疆賽圖拉地區(qū)地質(zhì)概況及礦物的地球化學(xué)特征研究

        2021-05-21 09:21:10郭鵬程張富榮郭瑞華李兆揚(yáng)
        中國金屬通報 2021年5期
        關(guān)鍵詞:原巖變質(zhì)礦石

        胡 楠,郭鵬程,張富榮,郭瑞華,李兆揚(yáng)

        (西安煤航遙感信息有限公司(地質(zhì)勘查院),陜西 西安 710199)

        近年來,伴隨著礦石地球化學(xué)分析日趨進(jìn)步,微量與稀土元素地球化學(xué)示蹤物源技術(shù)得到迅速發(fā)展,礦石地球化學(xué)方法在探討地質(zhì)礦物的恢復(fù)、識別大地構(gòu)造背景、反演古氣候和古環(huán)境等方面已收到了顯著成效。

        研究區(qū)變質(zhì)礦物分布較為廣泛,約占調(diào)查區(qū)總面積的70%左右。除第四系和侏羅系以外,區(qū)內(nèi)元古代—三疊紀(jì)地層均遭受不同程度的變質(zhì),其中主要的變質(zhì)作用為長城紀(jì)賽圖拉巖群遭受了中-高溫區(qū)域變質(zhì)作用和動力變質(zhì)作用疊加,其礦石變質(zhì)、變形強(qiáng)烈,完全改變了原來礦石的特征;寒武紀(jì)-三疊紀(jì)的地層均遭受了地綠片巖相的區(qū)域變質(zhì)作用,局部與礦體接觸部位遭受了接觸變質(zhì)作用,整體變質(zhì)、變形程度較弱,基本保留了礦石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造[1]。因此,以變質(zhì)礦物的地球化學(xué)特征分析為鑰匙,探討研究區(qū)大地構(gòu)造環(huán)境和背景。

        1 研究區(qū)概況

        工作區(qū)位于昆侖山西段腹地,地形具有“兩山兩溝一達(dá)坂”的特點(diǎn),即北部昆侖山,南部喀喇昆侖山,西南部為葉爾羌河,東北部為喀拉喀什河支流。地形相對高差大,山勢極為險峻,具有“坡陡、谷深、山高”的地貌特征。區(qū)域低溫動力變質(zhì)作用成因形成的變質(zhì)礦物,是研究區(qū)發(fā)育最為廣泛的變質(zhì)類型,涉及本區(qū)所有的變質(zhì)礦物,其變質(zhì)時代主要發(fā)生在三疊紀(jì)以后,據(jù)區(qū)域資料,變質(zhì)溫度為300℃~500℃,壓力為0.2GPa~0.6GPa 。區(qū)內(nèi)長城紀(jì)、薊縣紀(jì)地層與變質(zhì)侵入體形成礦石退變質(zhì),長石絹云母化、黑云母退變?yōu)榫G泥石、白云母退變?yōu)榻佋颇浮⒔情W石退變?yōu)榫G泥石、簾石;石炭紀(jì)-三疊紀(jì)地層形成大面積的帶狀分布的單相綠片巖相變質(zhì)地帶,礦石中主要礦物在強(qiáng)應(yīng)力、均勻的較低溫條件下發(fā)生變形、重結(jié)晶和變質(zhì)結(jié)晶作用,形成各種劈理化、片理化和具有帶狀構(gòu)造的礦石,礦石中保留有原始的沉積結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征。

        2 樣品采集及實(shí)驗(yàn)方法

        2.1 樣品采集

        本次區(qū)域變質(zhì)礦物元素地球化學(xué)樣品,分別采自于新疆西昆侖賽圖拉調(diào)查區(qū)南部PM12、PM14、PM9和PM6剖面及調(diào)查區(qū)中部PM8剖面中,經(jīng)過精細(xì)嚴(yán)格的室內(nèi)篩選,去除不符合實(shí)驗(yàn)要求的樣品,剩余共計15件變質(zhì)礦物的地球化學(xué)樣品,其中長城紀(jì)賽圖拉巖群云母石英片巖樣品5件,早志留世溫泉溝群板巖5件,二疊紀(jì)黃羊嶺群含炭泥質(zhì)板巖5件,均為淺變質(zhì)巖類。

        2.2 實(shí)驗(yàn)方法

        使用的實(shí)驗(yàn)分析設(shè)備為X-射線(XRF-1500)熒光光譜儀,粉碎為200(目)后,在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi),進(jìn)行主、微、稀土化學(xué)元素分析測定。測試精度:當(dāng)元素含量小于10×10-6,精度10%優(yōu)于,當(dāng)大于10×10-6,精度5%優(yōu)于。使用(Element Ⅱ)ICP-MS測試,利用酸溶法制備樣品。

        3 地質(zhì)礦物的地球化學(xué)特征

        3.1 稀土元素和微量元素地球化學(xué)特征及構(gòu)造背景

        風(fēng)化、沉積物的分選搬運(yùn)、物源類型及元素的水動力地球化學(xué)性質(zhì)等因素綜合影響著REE和微量元素在沉積物中的富集程度[2]。

        由圖1a所示,在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖中,賽圖拉巖群云母石英片巖稀土元素配分曲線顯示為右傾,表明輕稀土元素分餾程度較高,∑LREE/∑HREE=7.41~9.90,均值8.36,輕稀土元素富集,重稀土元素相對虧損且曲線較為平緩。δEu=0.64~0.74,均值0.69,δEu的變化完全取決于云母石英片巖原巖的碎屑物質(zhì)組成,Eu元素具弱的負(fù)異常,與上地殼相關(guān),推測為花崗巖類等酸性巖。

        賽圖拉巖群云母石英片巖在北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化模式圖中(圖1b),REE配分曲線為平緩型,各元素比值在1附近,且無Ce異常,說明其原始物質(zhì)來源于上地殼。在母巖的風(fēng)化過程中大離子親石元素如Rb、Ga和Nb、Hf、Zr等高場強(qiáng)元素穩(wěn)定性較強(qiáng)、難于溶解。同理,原巖為沉積碎屑巖的變質(zhì)巖也具有該性質(zhì),這些元素隨沉積物一起搬運(yùn)、沉積具較強(qiáng)的抗遷移性[3]。因此,其隨沉積物沉積成巖后雖遭受區(qū)域變質(zhì)作用,但仍能反映原巖為沉積巖的地球化學(xué)特征,是很好的指示標(biāo)簽。

        圖1 (a)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REE配分曲線圖;(b)北美頁巖REE配分曲線圖;

        由此可見,來自上地殼的長英質(zhì)類礦石,是其主要物質(zhì)來源。運(yùn)用Th, Sc,La等具更強(qiáng)穩(wěn)定性的元素為端元組成的判別圖解。

        3.2 礦物樣品中的常量元素

        3.2.1 常量元素地球化學(xué)特征

        礦物樣品常量元素含量:SiO2含量為59.61%~75.20%、TiO2含 量 為0.75~0.88%、Al2O3含 量 為10.89%~16.83%、Na2O含量為0.52%~3.03%、K2O含量為1.32%~4.26%、MgO含量為1.89%~2.63%。如圖2,在Simonen的(al+fm)-(c+alk)-Si圖解中,5件礦物樣品落入沉積巖區(qū)內(nèi),其中2件偏向砂巖,3件為泥巖。礦物樣品常量元素氧化物平均值與地殼元素豐度進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)其氧化物平均含量大致接近上地殼平均組成,說明變質(zhì)巖母巖主要由大陸上地殼物質(zhì)組成。

        圖2 西蒙南圖解

        3.2.2 稀土元素和微量元素地球化學(xué)特征及構(gòu)造背景

        稀土元素和微量元素廣泛運(yùn)用于源區(qū)礦石類型恢復(fù)及構(gòu)造環(huán)境的判別[4],諸如Cr、Sc、Co等在沉積礦物形成的過程中,最難溶解且相對穩(wěn)定,所以,可反映物源區(qū)的地球化學(xué)性質(zhì)。

        如圖3a可見,在溫泉溝群板巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式中,稀土元素分配曲線均呈右傾,LREE相對富集,HREE相對虧損且分布平坦,∑REE含量較高,介于178.09×10-6~219.84×10-6,均值196.29×10-6,變化幅度中等。LaN/YbN為10.02~14.44,均值12.74。Eu元素均顯示微弱負(fù)異常,δEu為0.62~0.69,均值0.66。在北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)模式中(圖3b),REE配分曲線,呈平緩型,其物源來自于上地殼,REE特征總體上與(PAAS)澳大利亞后太古宙平均頁巖的分布趨勢大體相似。

        如圖4a,在Th-Sc-Zr/10圖解中,5件礦物樣品均落入大陸島弧區(qū)域,表明其構(gòu)造環(huán)境為大陸島弧。進(jìn)一步進(jìn)行判別,在Th-Hf-Co圖解中(4b),顯示淺變質(zhì)礦物樣品原巖物質(zhì)來源。在深海沉積物中的自生沉積物會干擾微量元素反映源區(qū)特征的準(zhǔn)確性,在此影響下,則使用一些元素的比值(如La/Sc、Ti/Zr),來反映源區(qū)特征會有更好的效果[5]。

        圖4 礦物樣品的微量元素構(gòu)造判別圖解

        3.3 二疊紀(jì)地質(zhì)礦物地球化學(xué)特征

        3.3.1 常量元素地球化學(xué)特征

        樣品常量元素含量:SiO2=56.85%~63.66%、T i O2=0.8 5%~0.9 8%、N a2O=0.1 5%~2.8 5%、K2O=2.63%~4.26%。Al2O3含量高,均值為17.93%,其原巖黏土及云母類礦物較多。在Simonen的(al+fm)-(c+alk)-Si圖解中,5件礦物樣品落入沉積巖區(qū)內(nèi)的厚層泥巖范圍,顯示黃羊嶺群泥質(zhì)板巖樣品原巖為泥巖。

        3.3.2 稀土元素和微量元素地球化學(xué)特征及構(gòu)造背景

        如圖5a可見,在二疊紀(jì)黃羊嶺群泥質(zhì)板巖球粒隕石模式中,稀土元素分配曲線,均呈右傾,HREE相對虧損且分布平坦,LREE相對富集,∑REE含量較高,介于179.73×10-6~261.43×10-6,均值209.82×10-6,變化幅度較大。LaN/YbN為11.31~12.67,均值11.80,(Tb/Lu)N為1.75~1.95,均值1.85。δCe為0.96~1.04,均值0.89。Eu元素均顯示:微弱負(fù)異常,δEu為0.62~0.69,均值0.66。北美頁巖稀土配分曲線(圖5b)與歐洲頁巖(ES)及太古界澳大利亞沉積巖(NASC)稀土配分曲線比較一致。

        圖5 (a)礦石標(biāo)準(zhǔn)化REE配分曲線圖;(b)北美頁巖REE配分曲線圖

        元素的一些比值,例如Ba/Sr、 Rb/Sr等在判別源區(qū)構(gòu)造環(huán)境時,更加靈敏,Rb/Sr為0.29~1.55,均值1.00,Ni/Co為2.08~2.99,均值2.56,Ba/Sr為0.85~6.97,均值4.61。黃羊嶺群變質(zhì)巖原巖物質(zhì)來源主要為長英質(zhì)巖石,個別樣品則來自混合長英質(zhì)/基性巖。

        圖3 (a)早志留世溫泉溝群板巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REE配分曲線圖;(b)北美頁巖REE配分曲線圖

        4 結(jié)論

        (1)長城紀(jì)賽圖拉區(qū)域的礦物為沉積碎屑巖,構(gòu)造環(huán)境為大陸島弧。(2)早志留世溫泉溝礦物主要由大陸上地殼物質(zhì)組成,具近源沉積特征。(3)二疊紀(jì)黃羊嶺群礦物質(zhì)來源主要為長英質(zhì)巖石,個別樣品則來自混合長英質(zhì)/基性巖源區(qū),構(gòu)造環(huán)境接近大陸島弧。

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