靳立杰,王繼林,周漢文,孫天河,王子圣,李春稼,于春楠

(1.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東濟(jì)南 250100;2.山東省富鐵礦勘查技術(shù)開(kāi)發(fā)工程實(shí)驗(yàn)室,山東濟(jì)南 250100;3.中國(guó)冶金地質(zhì)總局山東局測(cè)試中心,山東濟(jì)南 250100;4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北武漢 430074)

0 引言

東昆侖造山帶經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化過(guò)程和多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，是東特提斯構(gòu)造域的重要組成部分，受到地學(xué)界的廣泛關(guān)注(殷鴻福和張克信,1997,1998;朱云海等,1999，2005;朱云海,2002;潘桂棠等，2002;李榮社等,2008)。諸多學(xué)者通過(guò)巖石學(xué)、地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)方法，對(duì)東昆侖地區(qū)早古生代的構(gòu)造演化進(jìn)行了深入的研究。沙松烏拉組、納赤臺(tái)群碎屑巖段與賽什騰組共同構(gòu)成了一套洋陸轉(zhuǎn)換的沉積記錄，其中賽什騰組是東昆侖造山帶南部出露的一套邊緣前陸盆地碎屑沉積，是原特提斯洋在東昆侖地區(qū)發(fā)生俯沖消減到碰撞閉合的沉積記錄。然而，關(guān)于賽什騰組的物質(zhì)來(lái)源的研究較少，靳立杰等(2015a)通過(guò)碎屑鋯石方法對(duì)賽什騰組的物質(zhì)來(lái)源進(jìn)行了初步討論，然而碎屑鋯石方法無(wú)法對(duì)基性巖、超基性巖、碳酸鹽巖等鋯石含量少、甚至缺失鋯石的物質(zhì)來(lái)源進(jìn)行有效示蹤(Anderson,2005;陸松年等,2006;楊宗永和何斌,2012)，也無(wú)法對(duì)物質(zhì)來(lái)源的大地構(gòu)造背景進(jìn)行有效約束。而對(duì)于賽什騰組地球化學(xué)特征、物質(zhì)來(lái)源及物源區(qū)屬性等尚未進(jìn)行研究。

盆地碎屑沉積物是洋陸相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中盆地沉積和構(gòu)造演化的直接證據(jù)和重要標(biāo)志，能夠記錄海陸變遷、盆-山構(gòu)造格局形成及與周?chē)h(huán)境相互作用的演化歷史(Dickinson and Suczek,1979;Bhatia,1983;Huang et al.,2018)。盡管碎屑沉積巖的物質(zhì)成分受到風(fēng)化、侵蝕、搬運(yùn)、沉積和成巖等一系列作用的影響，但其成分仍主要受物源區(qū)控制(Rollinson,1993;Roser and Korsch,1986,1988)，因此碎屑沉積物的地球化學(xué)特征能夠?yàn)榫_鑒別母巖性質(zhì)及源區(qū)構(gòu)造背景提供可靠依據(jù)(Taylor and Mclennan,1985)。目前多認(rèn)為泥巖、細(xì)粒雜砂巖等細(xì)粒碎屑巖是物源區(qū)出露巖石的天然混合樣品，能夠有效識(shí)別物源區(qū)的成分變化特征和構(gòu)造背景。本次依托東昆侖黑海地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目，對(duì)賽什騰組淺變質(zhì)碎屑巖進(jìn)行了巖相學(xué)和元素地球化學(xué)研究，分析其巖石組成及元素地球化學(xué)特征，以期為大地構(gòu)造背景及物質(zhì)來(lái)源等問(wèn)題提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

東昆侖造山帶北部為柴達(dá)木盆地和塔里木盆地，南部為可可西里-巴顏喀拉-松潘地體，其內(nèi)部可以分為東昆北地塊、東昆中構(gòu)造混雜巖帶和東昆南地塊(圖1a)。其中東昆北地塊主要出露古元古代白沙河巖群、中元古代小廟巖群和新元古代片麻狀花崗巖。東昆中構(gòu)造混雜巖帶主要出露萬(wàn)寶溝群、沙松烏拉組和納赤臺(tái)群，為前寒武紀(jì)-早古生代構(gòu)造巖片的拼合體。東昆南地塊主要為晚古生代的沉積巖構(gòu)造巖片，未見(jiàn)基底地層出露(陳能松等,2006,2008;王國(guó)燦等,2004;靳立杰等，2015a,2015b)。

圖1 東昆侖構(gòu)造位置圖(a)及研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)(據(jù)靳立杰等，2015a修改)

東昆侖造山帶出露的早古生代沙松烏拉組、納赤臺(tái)群碎屑巖段和賽什騰組中的碎屑巖構(gòu)成一套完整的沉積旋回，記錄了延伸至研究區(qū)的原特提斯洋從打開(kāi)、拉張到閉合的全過(guò)程。其中沙松烏拉組是洋盆打開(kāi)伊始的淺海陸棚相沉積，納赤臺(tái)群是洋盆擴(kuò)張到最大時(shí)的沉積記錄，賽什騰組為洋盆發(fā)生閉合的邊緣前陸盆地相沉積。

本次關(guān)注的賽什騰組出露于東昆南地塊(圖1b)，巖性主要為一套淺變質(zhì)碎屑巖。賽什騰組與上覆的中-下三疊統(tǒng)洪水川組呈角度不整合接觸，與下伏的納赤臺(tái)群碎屑巖段整合接觸，局部可見(jiàn)二長(zhǎng)花崗巖巖脈侵入(圖2a)。賽什騰組自下而上可分為下、中、上3段：下段巖性主要為堇青石片巖和變砂巖互層；中段巖性主要為含堇青石變質(zhì)砂巖、中細(xì)粒變質(zhì)砂巖與含堇青石變質(zhì)砂巖互層等；上段下部為變質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖與中粒含堇青石變質(zhì)砂巖，上部為變質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖夾含礫粗粒變質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖、粉砂質(zhì)板巖。賽什騰組整體表現(xiàn)為下部巖石粒度較細(xì)，上部較粗，表現(xiàn)為一套海退沉積序列，標(biāo)志著研究區(qū)內(nèi)原特提斯洋的消減閉合。

圖2 賽什騰組變碎屑巖與巖體的接觸關(guān)系(a)、變余沉積構(gòu)造(b)和變余沉積結(jié)構(gòu)(c)

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，賽什騰組主要由區(qū)域變質(zhì)作用控制，局部因二長(zhǎng)花崗巖的侵入遭受接觸-熱變質(zhì)作用。整體來(lái)看，巖石中出現(xiàn)的變質(zhì)礦物主要為堇青石、綠泥石和白云母，整體屬于綠片巖相-低綠片巖相變質(zhì)作用。此外，原巖的沉積構(gòu)造(圖2b)和沉積結(jié)構(gòu)(圖2c)也保存完好，說(shuō)明其并未遭受強(qiáng)烈的變形作用。賽什騰組僅經(jīng)歷后期低級(jí)變質(zhì)作用，并未遭受中高級(jí)變質(zhì)作用，因此認(rèn)為其沉積結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)原始沉積環(huán)境具有指示意義，其地球化學(xué)特征與原巖一致。

2 樣品特征及分析方法

本次對(duì)東昆侖黑海地區(qū)賽什騰組變質(zhì)碎屑巖進(jìn)行了系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)查，采集了一套巖礦鑒定樣品，并選取其中的32件典型樣品進(jìn)行了全巖元素地球化學(xué)分析。

地球化學(xué)分析在澳實(shí)分析檢測(cè)(廣州)有限公司完成，全程為無(wú)污染操作。其中全巖主量元素采用XRF方法測(cè)定，首先將樣品研磨至200目，然后將粉末熔制為玻璃片，采用3080E型X射線熒光光譜儀進(jìn)行分析；微量及稀土元素采用ICP-MS方法測(cè)定，所用儀器為Agilent7500a型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。分析數(shù)據(jù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%，分析結(jié)果見(jiàn)附表1～3。

3 地球化學(xué)結(jié)果

賽什騰組變質(zhì)碎屑巖主量元素分析結(jié)果顯示(附表1)：w(SiO2)=46.97%～75.82%，平均值(SiO2)=63.34%，接近雜砂巖的SiO2含量(平均含量為63.34%)，明顯低于典型的石英砂巖(平均含量為91.5%)和長(zhǎng)石砂巖(平均含量為77.1%)；w(Al2O3)=9.13%～19.84%，平均值(Al2O3)=14.54%；w(FeOT)=3.01%～12.65%，平均值(FeOT)=6.09%；w(CaO)=0.95%～11.34%，平均值(CaO)=4.01%；w(MgO)=0.56%～5.16%，平均值(MgO)=2.86%；w(Na2O)=0.33%～3.46%，平均值(Na2O)=1.55%；w(K2O)=0.47%～4.52%，平均值(K2O)=2.43%。

賽什騰組變質(zhì)碎屑巖的微量元素分析結(jié)果顯示(附表2)：稀土元素總量較高(∑REE=92.29×10-6～415.45×10-6)，明顯高于上地幔稀土元素總量(17.7×10-6)。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(圖3)具明顯的陡傾特征(∑LREE=78.12×10-6～369.32×10-6，∑HREE=12.83×10-6～46.13×10-6)，輕重稀土元素高度分餾，LREE/HREE=8.45(3.90～10.86)、(La/Yb)N=9.34(2.09～17.93)，具弱的負(fù)Eu異常，δEu=0.61～0.80，平均含量為0.69，無(wú)明顯的Ce異常，δCe平均值為0.98(δCe=0.93～1.22)。

特征微量元素Th、U、Hf、Zr和Y的平均含量(含量)分別為17.0×10-6(7.52×10-6～28.5×10-6)、3.09×10-6(2.02×10-6～4.34×10-6)、5.56×10-6(1.50×10-6～10.50×10-6)、192.22×10-6(53×10-6～366×10-6)和34.34×10-6(20.2×10-6～79.2×10-6)，Rb/Sr、Th/U和La/Y的平均值比值分別為0.83(0.07～2.24)、5.47(2.83～7.74)和1.31(0.44～1.90)。

4 物源特征及沉積背景判別

4.1 砂巖類(lèi)型

碎屑巖的元素地球化學(xué)特征對(duì)其形成環(huán)境具有一定的指示意義，SiO2/Al2O3比值指示石英、粘土礦物以及長(zhǎng)石類(lèi)礦物成分的富集程度(Potter,1978)，而Na2O/K2O比值可以反映其化學(xué)成熟度(Pettijohn,1972)。賽什騰組變質(zhì)碎屑巖的SiO2/Al2O3=2.41～8.30，平均含量為4.75；Na2O/K2O=0.16～3.64，平均含量為0.93。根據(jù)賽什騰組變質(zhì)碎屑巖主量元素的氧化物含量特征，采用Log(Na2O/K2O)-Log(SiO2/Al2O3)圖解對(duì)其類(lèi)型進(jìn)行判別(Pettijohn,1972)，顯示賽什騰組變質(zhì)碎屑巖多數(shù)為雜砂巖，少量為巖屑砂巖和長(zhǎng)石砂巖(圖3)。根據(jù)碎屑巖的主量元素地球化學(xué)特征確定的巖石類(lèi)型與巖相學(xué)的類(lèi)型基本一致。

圖3 賽什騰組變質(zhì)碎屑巖主量元素地球化學(xué)判別圖解

4.2 物源區(qū)構(gòu)造背景

碎屑巖中的主量元素組成受到源區(qū)構(gòu)造背景的控制，不同構(gòu)造背景中的沉積巖有著特征的主量元素組成及特點(diǎn)，因此可利用主量元素特征對(duì)賽什騰組的源區(qū)構(gòu)造背景進(jìn)行恢復(fù)。Bhatia通過(guò)主量元素特征對(duì)物源區(qū)構(gòu)造背景進(jìn)行了深入研究(Bhatia,1983,1985;Bhatia and Taylor,1981)，并建立了Fe2O3+MgO-TiO2、Fe2O3+MgO-Al2O3/SiO2及Fe2O3+MgO-Al2O3/(Na2O+CaO)一系列判別圖解對(duì)大洋島弧、大陸島弧、活動(dòng)大陸邊緣和被動(dòng)大陸邊緣4種構(gòu)造背景進(jìn)行判別。賽什騰組樣品投圖多落入大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣區(qū)域內(nèi)，少量分布在大洋島弧和被動(dòng)陸緣區(qū)(圖4)，表明賽什騰組主要物源區(qū)的大地構(gòu)造背景為大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣。

圖4 賽什騰組變質(zhì)碎屑巖主量元素的構(gòu)造背景判別圖解(底圖據(jù)Bhatia,1983)

微量元素特別是不活潑的微量元素在陸源碎屑中具有較大的穩(wěn)定性，即使經(jīng)歷風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積、成巖過(guò)程，微量元素依然可以在沉積物中保持穩(wěn)定，并且一些微量元素的比值不會(huì)發(fā)生明顯改變(Taylor and Mclennan,1985;Bhatia and Crook,1986)。因此，沉積物中微量元素的含量及組成能夠?qū)υ磶r的特征及源區(qū)大地構(gòu)造背景進(jìn)行有效示蹤(Bhatia and Crook,1986;Mclennan et al.,1993)。

不同構(gòu)造背景下的沉積巖微量元素Th-Co-Zr/10、Th-Zr等判別圖解可以有效地識(shí)別被動(dòng)大陸邊緣、活動(dòng)大陸邊緣、大洋島弧、大陸島弧等構(gòu)造背景(Bhatia,1985;Bhatia and Taylor,1981;Bhatia and Crook,1986)。將賽什騰組變質(zhì)碎屑巖的微量元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行La-Th、Th-Zr判別圖解投點(diǎn)(圖5)，可以看出大部分點(diǎn)落在大陸島弧與活動(dòng)大陸邊緣范圍內(nèi)，少量點(diǎn)分布在其他區(qū)域。因此，賽什騰組主要物源區(qū)的大地構(gòu)造背景應(yīng)為活動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧，可能存在少量形成于被動(dòng)陸緣及大洋島弧的地質(zhì)體也為賽什騰組提供了部分物質(zhì)來(lái)源。

圖5 賽什騰組變質(zhì)碎屑巖微量元素大地構(gòu)造背景判別圖(底圖據(jù)Bhatia,1985)

稀土元素分析結(jié)果顯示(圖6)：32件樣品的稀土元素配分模式基本相似，均屬輕稀土富集重稀土平坦型，說(shuō)明賽什騰組變質(zhì)碎屑巖物源區(qū)大體一致；前述利用全巖主量元素進(jìn)行圖解得到賽什騰組變質(zhì)碎屑巖多數(shù)為雜砂巖，少量為巖屑砂巖和長(zhǎng)石砂巖，Eu負(fù)異常佐證了這一結(jié)果。

圖6 賽什騰組變質(zhì)碎屑巖稀土元素配分模式圖(球粒隕石數(shù)據(jù)據(jù)Taylor and Mclennan,1985)

賽什騰組變質(zhì)碎屑巖的稀土元素總量介于92.29×10-6～415.45×10-6之間，平均值為198.07×10-6，含量較高；輕重稀土元素總量比值平均值為L(zhǎng)REE/HREE=8.45、(La/Yb)N=9.34，將其稀土元素特征與不同沉積盆地構(gòu)造背景下雜砂巖的稀土元素特征對(duì)比(表1)，賽什騰組稀土元素特征介于大陸島弧與活動(dòng)陸緣之間，說(shuō)明賽什騰組主要物源區(qū)大地構(gòu)造背景應(yīng)為大陸島弧和活動(dòng)陸緣；少量參數(shù)(LREE/HREE)存在異常，可能其他大地構(gòu)造背景地質(zhì)體也為賽什騰組提供了少量的物質(zhì)來(lái)源。

表1 不同大地構(gòu)造背景下雜砂巖的REE特征(對(duì)比數(shù)據(jù)來(lái)自Bhatia,1985)

通過(guò)上述主量元素、微量元素及稀土元素地球化學(xué)特征的綜合判別，可以確定賽什騰組主要的物質(zhì)來(lái)源區(qū)的構(gòu)造背景主要為大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣，部分物源來(lái)自被動(dòng)大陸邊緣。

4.3 物質(zhì)來(lái)源

以東昆中斷裂為界，東昆北地塊變質(zhì)基底主要由白沙河巖組和小廟巖組組成，而東昆南板塊變質(zhì)基底則零星出露苦海雜巖，二者存在較大區(qū)別。東昆侖地區(qū)出露的白沙河巖組巖石類(lèi)型主要為片麻巖、變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖、大理巖，夾有石英片巖、石英巖。巖石地球化學(xué)特征表明其原巖為泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、粘土巖、碳酸鹽巖、基性火山巖，形成于大陸島弧或活動(dòng)大陸邊緣相關(guān)的構(gòu)造環(huán)境(陳有炘，2015)。白沙河巖組物源區(qū)發(fā)生過(guò)2.1～1.9 Ga強(qiáng)烈?guī)r漿活動(dòng)和變質(zhì)作用事件，可能與發(fā)生在全球的Columbia超大陸匯聚事件有關(guān)(陳能松等，2006)。小廟巖群主要由石英巖、云母石英片巖、變粒巖等組成(王國(guó)燦等，2004)，巖石地球化學(xué)特征表明其原巖為泥質(zhì)巖、砂巖、雜砂巖或硅質(zhì)巖，夾拉斑玄武巖，形成背景為陸內(nèi)裂谷環(huán)境(陳有炘，2015)。萬(wàn)寶溝群整體為一套溢流相的基性火山巖夾少量的碳酸鹽巖-硅質(zhì)巖、泥質(zhì)巖，形成環(huán)境為大洋島弧環(huán)境(魏?jiǎn)s等，2007)。

新元古代巖漿巖是Rodina超大陸匯聚、裂解事件重要的物質(zhì)記錄(陸松年等，2006)，并且在東昆侖及其鄰區(qū)形成了大量的中酸性巖漿巖。原特提斯洋演化過(guò)程中，隨著洋殼的不斷向北俯沖，東昆北板塊邊緣形成了部分島弧型花崗巖等地質(zhì)記錄(李榮社等，2008)。

靳立杰等(2015a)結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查研究和碎屑鋯石的方法對(duì)賽什騰組的物質(zhì)來(lái)源進(jìn)行了分析，分析結(jié)果顯示：白沙河巖組、小廟巖群、萬(wàn)寶溝群以及新元古代早期形成的中酸性巖體、原特提斯演化過(guò)程中形成的島弧型花崗巖為其可能的主要物源。但由于基性火山巖、碳酸鹽巖或大理巖中僅含少量或缺少鋯石，因此碎屑鋯石方法對(duì)這些物質(zhì)來(lái)源的示蹤具有一定的局限性。

本文通過(guò)La/Th-Hf判別圖解(Taylor et al，1985；Gu et al，2002；和政軍等，2003)，對(duì)物源區(qū)構(gòu)造背景和母巖特征進(jìn)行判別(圖7)。結(jié)果顯示，絕大多數(shù)點(diǎn)落在長(zhǎng)英質(zhì)源附近，少量點(diǎn)落在長(zhǎng)英質(zhì)源右側(cè)的增加古老沉積組分的范圍之中，說(shuō)明賽什騰組的主要物質(zhì)來(lái)源為長(zhǎng)英質(zhì)物源區(qū)，并且在沉積過(guò)程中有古老沉積組分的加入。此分析結(jié)果與碎屑鋯石方法分析的物質(zhì)來(lái)源基本一致，其中長(zhǎng)英質(zhì)的陸源碎屑巖或中酸性巖漿巖為賽什騰組的長(zhǎng)英質(zhì)物質(zhì)來(lái)源區(qū)，白沙河巖組、小廟巖群、萬(wàn)寶溝群中的變質(zhì)碎屑巖代表了古老沉積組分的加入。此外，白沙河巖組、小廟巖群、萬(wàn)寶溝組等物質(zhì)來(lái)源的構(gòu)造背景也與本文通過(guò)元素地球化學(xué)手段判別的物源區(qū)構(gòu)造背景一致，佐證了本文對(duì)賽什騰組物質(zhì)來(lái)源的判斷。

5 結(jié)論

(1)野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)賽什騰組變質(zhì)碎屑巖下段巖性主要為堇青石片巖和變質(zhì)砂巖互層；中段巖性主要為含堇青石變質(zhì)砂巖、中細(xì)粒變質(zhì)砂巖與含堇青石變質(zhì)砂巖互層等；上段下部為變質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖與中粒含堇青石變質(zhì)砂巖，上部為變質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖夾含礫粗粒變質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖、粉砂質(zhì)板巖。賽什騰組整體表現(xiàn)為下部巖石粒度較細(xì)，上部較粗，為一套海退沉積序列。

圖7 賽什騰組變質(zhì)碎屑巖La/Th-Hf源巖判別圖解(底圖據(jù)Gu et al.,2002)

(2)賽什騰組地球化學(xué)分類(lèi)特征顯示其主要為雜砂巖，少量為巖屑砂巖和長(zhǎng)石砂巖，其物源區(qū)的大地構(gòu)造背景主要為活動(dòng)大陸邊緣及大陸島弧，部分來(lái)自被動(dòng)大陸邊緣。

(3)賽什騰組的物質(zhì)來(lái)源主要來(lái)自東昆北地塊的陸源碎屑巖或中酸性巖漿巖等長(zhǎng)英質(zhì)物質(zhì)來(lái)源區(qū)，并且在沉積過(guò)程中有白沙河巖組、小廟巖群、萬(wàn)寶溝群中的古老沉積組分的加入。