王燚， 楊學俊， 白憲洲， 葉春林， 賈小川， 熊昌利， 黃柏鑫， 羅改

(1.四川省地質調查院,成都 610081； 2.四川稀有稀土戰(zhàn)略資源評價與利用重點實驗室，成都 610081)

0 引言

河南蒙古族自治縣位于青海省東南部。根據(jù)前人資料[1-2]研究認為： 研究區(qū)的區(qū)域變質巖主要為印支期區(qū)域低溫動力變質巖，主要分布在宗務隆—澤庫地層分區(qū)的三疊系隆務河組和古浪堤組，以及西傾山臺地晚泥盆世—早中三疊世地層中； 主要巖石類型有大理巖、變火山巖、變砂巖、板巖和千枚巖，屬于低綠片巖相變質帶； 宗務隆—澤庫變質帶的變質程度高于西傾山。

20世紀中期開始逐漸有科學家研究成巖作用及低級變質作用與埋深連續(xù)性的關系[3-10]，1967—1968年Kübler[11]采用X射線衍射技術(XRD) 測量伊利石結晶度，提出了Kübler(以下簡稱K.I.)指數(shù)(也被稱之為伊利石結晶度(IC)，是伊利石1 nm衍射峰的半高寬)，被廣泛應用于研究低級、極低級變質作用，并且實現(xiàn)了極低級變質帶的劃分[12-15]。近年來逐漸有我國學者采用伊利石結晶度來研究各地的極低級變質作用[16-18]。目前國際上較為常用的方法采用K.I.指數(shù)判斷極低級變質作用的范圍。鑒于此，本次系統(tǒng)采集了樣品進行伊利石結晶度、晶胞參數(shù)b0等研究，從而判斷青海省河南縣地區(qū)三疊系的極低級變質作用。本次研究[19]在野外調查期間未在三疊系中發(fā)現(xiàn)大面積區(qū)域變質作用，且薄片也未見區(qū)域變質作用，故推測該地區(qū)可能僅存在極低級區(qū)域變質。為了證實這個推測，本次分別在調查區(qū)內5個地方共采集了30個樣品進行伊利石結晶度分析，用以判斷該地區(qū)三疊系是否發(fā)生區(qū)域變質作用。

1 研究區(qū)概況

青海省河南縣一帶位于秦嶺造山帶澤庫中生代弧后前陸盆地褶斷帶與西傾山(隱伏)微地塊交接部位。南鄰康西瓦—木孜塔格—阿尼瑪卿晚古生代結合帶，北臨宗務隆山—青海南山晚古生代—早中生代裂陷帶，西接昆侖造山帶，為3大構造域過渡銜接部位。構造形跡總體呈NW、NS向展布,反映研究區(qū)經歷多次強烈構造運動。

調查區(qū)《青海省區(qū)域地質志》[1]以一條推斷的斷裂為界將該區(qū)分為華北地層大區(qū)和華南地層大區(qū)，斷裂以北為華北地層大區(qū)的秦祁昆地層區(qū)之宗務隆山分區(qū)，斷裂以南為華南地層大區(qū)的南秦嶺—大別山地層區(qū)的西傾山小區(qū)。1∶25萬河南縣幅區(qū)域地質調查[2]將研究區(qū)劃分為宗務隆—澤庫地層分區(qū)和西傾山地層分區(qū)(圖1)。

圖1 研究區(qū)地質簡圖和樣品采集位置[19]

Fig.1Geologicalsketchandsamplingpositioninthestudyarea[19]

2008—2012年四川省地質調查院在該地區(qū)開展了青海省托葉瑪?shù)?幅區(qū)域礦產地質調查[19]。本次調查以河南—賽爾龍隱伏斷裂為界，將調查區(qū)劃分為2個分區(qū)，斷裂北側為宗務隆—澤庫地層分區(qū)，而斷裂南側為西傾山地層分區(qū)。

本次研究主要涉及宗務隆—澤庫地層分區(qū)的三疊系隆務河組(T1-2l)、古浪堤組(T2g)和西傾山地層分區(qū)的三疊系浩斗扎闊爾組(T1-2hd)。

2 巖石學特征

隆務河組主要為一套青灰、黃灰綠色中—厚層中—粗粒巖屑長石砂巖、巖屑砂巖、粉砂巖與粉砂質泥(頁)巖、泥(頁)巖組成的不等厚韻律層，發(fā)育交錯層理、粒序層理、重荷模等沉積構造。古浪堤組主要為一套灰綠色、灰色、厚—中厚層狀、中—細粒含礫巖屑砂巖、巖屑長石砂巖、粉砂巖與泥(頁)巖、粉砂質泥(頁)巖組成的不等厚韻律互層，局部還可以見到極少量的砂質灰?guī)r和砂質白云巖。浩斗扎闊爾組由碳酸鹽巖向上變?yōu)樯澳?頁)巖夾碳酸鹽巖，至最上部的碳酸鹽巖減少、厚度變薄的巖性組合。

本次在三疊系中總共采集薄片樣品186個，其中巖屑石英砂巖8個、長石石英砂巖6個、長石巖屑砂巖129個、粉砂巖23個、角巖化砂巖1個。從調查區(qū)樣品薄片分析鑒定結果(表1，表2)可以看出根據(jù)該地區(qū)三疊系中主要巖性為巖屑石英砂巖、長石石英砂巖、長石巖屑砂巖、粉砂巖、黏土巖，變質巖樣品中見有1個角巖化砂巖，未見有區(qū)域變質巖，并且在所有巖石樣品中均未見變質礦物，說明本地區(qū)區(qū)域變質作用不發(fā)育。

表1 樣品薄片分析砂巖鑒定結果

表2 樣品薄片分析黏土巖鑒定結果

3 樣品采集與實驗方法

3.1 樣品采集

本次工作在三疊系中一共采集30件樣品進行伊利石結晶度測試，均為黏土類巖石(泥巖或頁巖)，這些樣品的采樣位置見圖1，野外巖性照片見圖2。

(a) 隆務河組砂巖夾頁巖(b) 隆務河組砂巖頁巖互層

(c) 浩斗扎闊爾組砂巖、頁巖夾灰?guī)r(d) 浩斗扎闊爾組頁巖、灰?guī)r互層

圖2 河南縣地區(qū)野外地質巖性特征

Fig.2FieldgeologicalandlithologiccharacteristicsofHenanCounty

30件樣品的采樣位置見圖1(b)。D9007JB1～D9013JB1共7件樣品在澤庫縣至河南縣的公路邊，位于哈赫特哇日附近，屬務隆—澤庫地層分區(qū)隆務河組(T1-2l)。D9021JB1、D9023JB1～D9028JB1共7件樣品位于河南縣北東側約10 km的洛市布附近，屬宗務隆—澤庫地層分區(qū)古浪堤組(T2g)。D9035JB1、D9036JB1、D9038JB1、D9040JB1、D9041JB1共5件樣品位于尖克南西西方向約10 km的雪多附近； D9043JB1～D9047JB1共5件樣品位于托葉瑪向南約10 km的托葉瑪鄉(xiāng)至多松鄉(xiāng)公路邊； D9048JB1～D9053JB1共6件樣品位于托葉瑪向南側約6 km的加日果剛讓附近； 這16件樣品屬西傾山地層分區(qū)三疊系浩斗扎闊爾組(T1-2hd)。

3.2 實驗方法

測試在西南科技大學環(huán)境與資源學院中心實驗室完成，測試時間為2010-12-01—2011-01-31。具體步驟如下。

(1)試樣經破碎至1 mm，縮分得到縮分樣，將縮分樣粉碎到細于72目(<210 μm)后，加入適量蒸餾水中，超聲分散15 min后，以重力沉淀方法選出<2 μm顆粒，經105 ℃烘干備用。

(2)XRD分析于日本理學D/max-3B型X射線衍射儀上進行。測試執(zhí)行標準為石油天然氣行業(yè)標準《SY/T 6210—1996沉積巖中黏土礦物總量和常見非黏土礦物X射線衍射定量分析方法》。CuKα管壓40 kV、管流30 mA，石墨歪晶單色器； 發(fā)散狹縫1°，接收狹縫0.3 mm，防散射狹縫1°； 步進掃描0.02°(Δ2θ)。

(3)獲得各試樣的XRD圖譜(圖3)，用于測試伊利石K.I.指數(shù)的XRD圖譜2θ范圍為3°～15°，用于測試伊利石晶胞參數(shù)的XRD圖譜2θ范圍為3°～70°，采用JADE軟件對XRD圖譜進行擬合后得出伊利石K.I.指數(shù)，采用Checkcell精修伊利石晶胞參數(shù)。

(a) 隆務河組(T1-2l)樣品XRD圖譜

(b) 古浪堤組(T3g)樣品XRD圖譜

(c) 古浪提組(T3g)樣品XRD圖譜

(d) 浩斗扎闊爾組(T1-2hd)樣品XRD圖譜

(e) 浩斗扎闊爾組(T1-2hd)樣品XRD圖譜

(f) 浩斗扎闊爾組(T1-2hd)樣品XRD圖譜

Counts.測角儀一步內收集到的光子數(shù)量；d.晶面間距(原子層的間距)，10-10m

圖3 部分樣品伊利石XRD圖譜

Fig.3XRDspectraofilliteinsomesamples

4 實驗結果

1～14號樣品采樣位置屬于宗務隆—澤庫地層分區(qū)，15～30號樣品采樣位置屬于西傾山地層分區(qū)(表3)。從表3可以看出，不同分區(qū)伊利石K.I.指數(shù)不同，并表現(xiàn)出不同規(guī)律。宗務隆—澤庫地層分區(qū)K.I.指數(shù)為0.312～0.537，平均值0.399，略大于西傾山地層分區(qū)，其大小為0.21～0.318，平均值為0.253。晶胞參數(shù)又名晶格特征參數(shù)，是用于表達晶胞大小和形狀的6個參數(shù)，本次測得的6個晶胞參數(shù)見表3，其中b0介于0.898 0～0.903 2之間。本次實驗獲得樣品數(shù)量眾多，所有樣品的伊利石XRD圖譜無法全部列出，部分樣品獲取的伊利石XRD圖譜見圖3。

表3 各試樣采樣坐標、Kübler結晶度指數(shù)及晶胞參數(shù)

5 極低級變質作用特征

5.1 變質相帶

Kübler指數(shù)(K.I.)根據(jù)國際上廣泛的采用劃分方法，K.I.>0.42(Δ2θ/(°))，為成巖帶；K.I.為0.25～0.42(Δ2θ/(°))，為近變質帶；K.I.<0.25(Δ2θ/(°))，為淺變質帶。表3顯示： 宗務隆—澤庫地層分區(qū)K.I.為0.312～0.537(Δ2θ/(°))，屬于成巖帶—近變質帶； 西傾山地層分區(qū)的K.I.為0.21～0.318(Δ2θ/(°))，屬于近變質—淺變質帶?？傮w看宗務隆—澤庫地層分區(qū)變質程度小于西傾山地層分區(qū)變質程度。

有關極低級變質相的劃分，F(xiàn)rey[20]利用伊利石K.I.指數(shù)來劃分極低級變質相，即當K.I.<0.25(Δ2θ/(°))時，屬綠片巖相； 當K.I.為0.25～0.42(Δ2θ/(°))時，屬綠纖石-陽起石相和葡萄石-綠纖石相; 當K.I.>0.42(Δ2θ/(°))時，屬沸石相。所確定的變質相分別為： 北邊的務隆—澤庫地層分區(qū)具葡萄石-綠纖石相和沸石相； 西傾山地層分區(qū)屬葡萄石-綠纖石相，極個別樣品屬于綠片巖相。

5.2 變質壓力

伊利石晶胞參數(shù)b0被廣泛作為地質壓力計。根據(jù)Sassi等[21]分類標準，b0<0.9 mm為低壓相，0.900 0 nm≤b0≤0.904 0 nm為中壓相；b0>0.904 0 nm為高壓相。宗務隆—澤庫地層分區(qū)b0為0.898 0～0.903 2 nm，平均值0.900 7 nm，屬于低—中壓相； 西傾山地層分區(qū)b0值為0.898 1～0.901 4 nm，平均值為0.900 6 nm，屬于低—中壓相?？傮w上看西傾山地層分區(qū)和宗務隆—澤庫地層分區(qū)的變質壓力基本相等。

不過由于伊利石(白云母)b0具有隨壓力而增大的規(guī)律，具有一定的統(tǒng)計意義。朱明新等[22]根據(jù)b0的這種規(guī)律做出了低壓至高壓變質帶伊利石b0的頻率累計曲線。本次研究將調查區(qū)30件樣品根據(jù)其采樣位置所在的構造單元分別將它們的伊利石b0的數(shù)值投于圖4中，得到虛線a、b，可以看出宗務隆—澤庫地層分區(qū)和西傾山地層分區(qū)伊利石b0的數(shù)值都落入低壓—低中壓型變質帶。

1.Bosost低壓型； 2.New Hampshire中低壓型； 3.Otago中高壓型； 4.Sanbagawa高壓型； a.澤庫b0頻率累計曲線； b.西傾山b0頻率累計曲線

圖4 伊利石b0頻率累計曲線[6]

Fig.4Cumulativefrequencycurveofilliteb0value[6]

5.3 構造背景

根據(jù)燕守勛等[23]研究成果，鉀質白云母晶胞b0值的大小不僅可以反映變質壓力的大小類型,還可以確定構造背景。燕守勛等[23]認為洋脊增生背景的b0為0.902～0.906 nm，伸展盆地的b0為0.898～0.901 nm，阿爾卑斯碰撞背景的b0為0.900～0.903 nm。據(jù)此可以判斷西傾山地層分區(qū)采集的樣品具有伸展盆地背景； 宗務隆—澤庫地層分區(qū)所采集的樣品同時具有伸展盆地背景和阿爾卑斯型碰撞背景。

5.4 變質溫度

根據(jù)Frey[20]的研究成果，當K.I.>0.42時，屬于成巖帶，變質溫度<200 ℃； 當K.I.介于0.25～0.42之間時，屬于近變質帶，變質溫度為200～350 ℃； 當K.I.<0.25時，屬于淺變質帶，變質溫度>350 ℃。表3數(shù)據(jù)反映如下變質溫度信息： 宗務隆—澤庫地層分區(qū)采集的樣品變質溫度有的<200 ℃，有的在200～350 ℃之間； 西傾山地層分區(qū)樣品變質溫度主要為200～350 ℃，個別>350 ℃?？傮w看宗務隆—澤庫地層分區(qū)變質溫度小于西傾山地層分區(qū)變質溫度。

6 結論

(1)根據(jù)研究區(qū)伊利石Kübler指數(shù)(K.I.)和晶胞參數(shù)b0推測出了青海省河南縣地區(qū)三疊系地層變質溫度、變質壓力，劃分出了變質帶和變質相。宗務隆—澤庫地層分區(qū)三疊系變質溫度<350 ℃，壓力低—中等，屬低中壓變質類型，具葡萄石-綠纖石和沸石相； 西傾山地層分區(qū)三疊系變質溫度主要在200～350 ℃之間，局部大于350 ℃，壓力低—中等，屬低中壓變質類型，具有葡萄石-綠纖石巖相，極個別樣品屬于綠片巖相。

(2)調查區(qū)變質程度低，屬極低級變質作用或未發(fā)生區(qū)域變質作用。南部西傾山地層分區(qū)的變質程度略高于北部宗務隆—澤庫地層分區(qū)。西傾山地層分區(qū)屬于極低級變質帶—淺變質帶，宗務隆—澤庫地層分區(qū)屬于低級變質帶—成巖帶。

(3)本次測得的變質相帶與前人認為的“區(qū)域低溫動力變質作用及低綠片巖相變質帶”不一致，變質程度相對更低。前人還認為宗務隆—澤庫變質帶的變質程度高于西傾山的變質程度，但是本次測試結果正好相反。