青海賽什塘礦區變質巖特征及其形成構造環境

毛 寅，賴健清，王雄軍，安江華

(1. 中南大學 有色金屬成礦預測教育部重點實驗室，長沙 410083;2. 中南大學 地球科學與信息物理學院，長沙 410083)

青海賽什塘礦區變質巖特征及其形成構造環境

毛 寅1,2，賴健清1,2，王雄軍1,2，安江華1,2

(1. 中南大學 有色金屬成礦預測教育部重點實驗室，長沙 410083;2. 中南大學 地球科學與信息物理學院，長沙 410083)

賽什塘礦區地層為一套濱?淺海相碎屑巖、泥質巖夾碳酸鹽巖，普遍遭受淺變質作用，各類巖石稀土元素配分曲線相似，均為輕稀土富集型，具中等銪負異常，具有一致性。巖相學及La/Yb—∑REE圖解判別表明：礦區變質巖原巖屬沉積巖類，以砂巖和雜砂巖為主，未顯示與火山成因有關；前人所述“硅質巖”并不具備典型硅質巖的特征，其原巖應為石英砂巖類，礦區未見明顯的熱水沉積作用。應用 w(Th)—w(Co)—w(Zr)構造背景判別圖解以及與雜砂巖稀土元素特征值和典型構造背景砂巖配分模式對比等方法進行礦區構造環境分析，認為礦區形成環境同時具有活動大陸邊緣型和大陸島弧型的特點，推斷其形成于三疊紀古特提斯洋陸緣的島弧?弧后盆地環境。

變質巖；原巖恢復；稀土元素；構造環境；賽什塘

1955年以來，研究工作者對青海賽什塘銅多金屬礦區先后開展了大量基礎性地質調查、礦產地質及科研工作，積累了豐富的成果資料，但研究工作大多集中在巖漿巖及礦床成因方面[1?6]，對于淺變質地層的研究甚少。前人對于礦區地層時代一直存在爭議，早期曾一度認為歸屬早二疊世[7]，然后結合化石特征普遍認為屬早?中三疊世[8?10]；巖性方面前人觀點較為一致，但其原巖特征說法不一。林德經[2]認為多為泥質巖石沉積變質而成；李福東等[8]提出鄰區銅峪溝礦床為熱水沉積型礦床后，許多學者認為賽什塘變質地層也具有熱水沉積特征；吳庭祥[6]通過氧同位素研究認為礦區千枚巖中層狀石英為熱水沉積活動產物。本文作者擬通過對礦區變質巖的巖石組成和稀土元素特征的研究，探討變質巖的原巖性質與形成構造環境，為礦床成因研究提供依據。

1 礦區地質背景

賽什塘銅多金屬礦區位于巴彥喀拉地洼區，印支期為地槽褶皺帶[11](見圖1)，其成礦區屬鄂拉山多金屬成礦帶(Ⅲ級)的賽什塘—日龍溝亞礦帶(Ⅳ級)，目前在該成礦帶上發現的中、大型礦床已有賽什塘銅多金屬礦床、銅峪溝銅礦床和日龍溝銅礦床等[12]。礦區主要含礦地層為中?下三疊統，主要賦礦層位為絹云母千枚巖或條帶(紋)狀黑云母千枚巖夾大理巖、變質細砂巖和變質粉砂巖。

區內構造較發育，褶皺主要有雪青溝復式背斜和賽什塘背斜等，賽什塘背斜基本控制了礦區地層展布、巖體及礦體的空間分布，是礦區礦體賦存的主要區段。斷裂構造以北西向層間滑動及層間剝離構造為主，控制了礦體的形成與就位。

圖1 青海省賽什塘一帶地質簡圖[5]：1—第四系上更新統沖洪積物；2—第四系中更新統冰磧物；3—新近系貴德群紅色砂礫巖、泥巖；4—上三疊統鄂拉山組陸相火山巖；5—下?中三疊統千枚巖和灰巖夾火山巖；6—下?中三疊統隆務河群；7—石炭系?中二疊統甘家組；8—古元古界金水口巖群；9—晚三疊世花崗閃長巖；10—晚三疊世英云閃長巖；11—晚三疊世石英閃長巖；12—早泥盆世花崗閃長巖；13—中酸性脈巖類：γπ—花崗斑巖，ηγ—二長花崗巖，γδ—花崗閃長巖，δο—石英閃長巖，δ—閃長巖；14—基性脈巖：ν—輝長巖脈，βμ—輝綠玢巖；15—斷裂；16—.賽什塘礦床位置；右上方的示意圖例：ZQD—宗務隆—青海湖南山斷裂，DWD—丁字口—烏蘭斷裂，WHD—哇洪山—溫泉斷裂，KZD—東昆中斷裂，KND—東昆南斷裂；圖框為研究范圍Fig. 1 Geological map of Saishitang, Qinghai Province, China[5]: 1—Quaternary upper Pleistocene alluvial; 2—Quaternarymiddle Pleistocenemoraine; 3—Neogene Guide Group sandy conglomerate, mudstone; 4—Upper Triassic continental volcanic of Elashan Formation; 5—Low-mid Triassic phyllite and limestone with volcanic rocks; 6—Upper-mid Triassic Longwuhe Group; 7—Carboniferous—Middle Permain Ganjia Formation; 8—Paleoproterozoic Jinshuikou Group; 9—Upper-Triassic granodiorite; 10—Upper-Triassic tonalite; 11—Upper-Triassic quartz diorite; 12—Low-Devonian granodiorite; 13—Intermediate and acidic dykes:γπ—Granite porphyry, ηγ—Adamellite, γδ—Granodiorite, δο—Quartz diorite, δ—Diorite; 14—Basic dikes: ν—Gabbro dikes, βμ—Diabase-prophyrites; 15—Fault; 16—Saishitang deposit sites; ZQD—Zongwulong—Qinghaihu—Nashan Fault; DWD—Dingzikou—Wulan Fault; WHD—Wahongshan—Wenquan Fault; KZD—East Central Kunlun Fault; KND—East North Kunlun Fault

礦區侵入巖較發育，以中?中酸性石英閃長巖體為主，其次為中?酸性巖脈。按巖石性質、相互穿插關系，區內巖漿活動大致可分為4次侵入活動，以第二次侵入活動規模最大，形成了賽什塘復合巖體的主體——石英閃長巖體及其分支巖脈。

礦床以銅為主，共(伴)生鉛、鋅、金、銀、錫、鐵和硫等有益組分。賽什塘銅礦床存在 2種成因、3種礦化類型的礦體：一是矽卡巖型成礦作用，包括兩種成礦類型(產于下三疊統千枚巖、淺變質砂巖和大理巖中的似層狀硫化物礦體和產于石英閃長玢巖與大理巖接觸帶的硫化物礦體)；二是產于石英閃長玢巖及與其有關的隱爆角礫巖中的細脈浸染狀銅礦。礦石礦物主要為黃銅礦、黃鐵礦和磁黃鐵礦，產出多為致密塊狀、稠密浸染狀、細脈狀。

2 樣品采集及分析結果

在礦區范圍內實測了8條地質地球化學剖面，對探礦工程進行了綜合調查，對23件變質地層樣品系統開展了顯微鏡巖石學鑒定，進行了稀土元素和微量元素分析。樣品由澳實分析檢測集團廣州礦物實驗室采用LiBO2熔融，質譜儀定量分析，分析結果及參數見表1和2。

表1 賽什塘變質巖稀土元素含量Table 1 REE contents of metamorphic rocks in Saishitang

表2 賽什塘變質巖參數及微量元素含量Table 2 Parameters and trace element abundances of metamorphic rocks in Saishitang

2.1 巖石學特征

通過野外觀測及室內顯微鏡巖石學鑒定，礦區變質巖巖性主要為千枚巖類、變質砂巖類、大理巖、石英巖和長石石英板巖等，它們總體呈層狀產出，千枚巖、變質砂巖與大理巖常互為夾層。千枚巖、變質(粉)砂巖和長石石英板巖主要礦物為石英、長石、絹云母和綠泥石，常見條帶狀構造(見圖2(a))，千枚巖中或有揉皺現象，鏡下均可見變余砂狀(見圖 2(b))、粉砂狀結構，變余砂粒成分為石英和長石，顆粒磨圓度較高，長石部分蝕變為絹云母，千枚巖中偶見條帶狀硅化現象(見圖2(c))；石英巖主要為地層中的燧石條帶和燧石結核，為變質砂巖的夾層，石英含量高，顆粒細，發育層紋狀構造，曾認為是硅質巖[8]，顯微鏡下可見變余層紋狀構造(見圖 2(d))和變余粉砂狀結構，長石碎屑變質成為絹云母，但保留碎屑的外形，基質含量較高，已變質形成絹云母；大理巖多呈層狀分布，有 2種類型：厚層狀－塊狀大理巖主要礦物為方解石，可見極少量的白云母、石英粉砂和細砂；薄層狀－條帶狀大理巖常表現出較強烈的褶皺形態或強烈變形成斷續條帶。

圖2 賽什塘變質巖的特征: (a) 條帶狀變質砂巖；(b) 變質砂巖中變余砂狀結構；(c) 千枚巖中順層出現硅化條帶；(d) 石英巖中變余層紋狀結構；Pl—斜長石；Qtz—石英；Srt—絹云母Fig. 2 Characteristics of metamorphic rocks of Saishitang: (a) Banding metamorphic sandstones; (b) Blasto-lamellar structure of quartzite; (c) Blastopsammitic structure of metamorphic sandstones; (d) Silicified bands in phyllites; Pl—Plagioclase; Qtz—Quartz;Srt—Sericite

2.2 稀土及微量元素地球化學特征

由樣品稀土元素分析結果(見表1和2)可知，賽什塘礦區千枚巖稀土總量高，為 94.95×10?6～244.19×10?6，平均值為 198.39×10?6，具 Eu 負異常，δ(Eu)的平均值為 0.67，LREE/HREE 為 2.46～5.45，(La/Yb)N、(La/Sm)N和(Gd/Yb)N分別介于 7.14～13.51、3.28～4.63和 0.99～1.95之間。5件變質砂巖樣品稀土總量集中在 65.21×10?6～174.3×10?6之間，LREE/HREE 為 2.61～3.57，多數樣品的 δ(Eu)介于 0.50～0.69之間，僅樣品Ⅴ-15-2的δ(Eu)值為1.26。1件長石石英板巖樣品稀土總量為 276.10×10?6，δ(Eu)值為0.64，LREE/HREE為 4.43。3件石英巖稀土總量在113.12×10?6～187.39×10?6之間，δ(Eu)介于 0.44～0.69之間，LREE/ HREE為2.95～5.19。5件大理巖稀土總量偏低，且變化范圍較大，介于 22.72×10?6～187.45×10?6之間，δ(Eu)值在 0.47～0.72 間變化，LREE/HREE 為 2.55～ 4.02。

各類巖石球粒隕石標準化后的稀土分布模式如圖3所示。總體來看，各類巖石稀土元素標準化曲線相類似，均為輕稀土富集型，曲線右傾，重稀土段曲線平坦，除變質砂巖樣品Ⅴ-15-2外，均具有中等負Eu異常，僅在稀土總量上有差異。

樣品微量元素分析結果(見表2)表明，各類巖石之間豐度差別較小，總體來看，Th平均含量為11.77×10?6，Hf元素平均含量為 4.4×10?6，Co 元素平均含量為 9.5×10?6，Zr平均含量為 152.57×10?6。Th和Zr元素含量相對較高，而其他微量元素含量則相對較低。

3 討論

3.1 變質巖原巖恢復

圖3 賽什塘變質巖稀土元素配分模式圖：(a) 千枚巖；(b) 變質砂巖；(c) 長石石英板巖；(d) 石英巖；(e) 大理巖Fig. 3 Chondrite-normalized REE patterns of metamorphic rocks of Saishitang: (a) Phyllites;(b) Metamorphic sandstones; (c) Feldspar quartz slates, (d) Quartzites; (e) Marbles

礦區變質巖變質程度淺，顯微鏡下多可見變余砂狀和粉砂狀結構，巖石亦多呈條帶狀構造，原巖結構清晰可見，表明其原巖應為正常沉積巖，以砂質或砂泥質沉積巖為主；La/Yb—∑REE圖解(見圖 4)判別表明，賽什塘礦區變質巖原巖屬沉積巖類，樣品基本均落在砂質巖和雜砂巖區，大理巖和少部分千枚巖落在頁巖和黏土巖區；各類巖石稀土元素含量(見表1和2)均有輕重稀土分餾明顯、輕稀土元素富集而重稀土相對較低等特征，稀土配分模式分布曲線(見圖3)總體向右傾斜，La—Sm段曲線略陡，Dy—Y段曲線較平緩，且Eu為低谷，具有明顯的Eu負異常，這些特點反映了典型沉積巖的稀土配分特點[13]，其一致性也反映了各類巖石之間原成分的相似性；從稀土總量來看，長石石英板巖的平均值最高，其次為千枚巖類及石英巖，大理巖含量平均偏低，各類巖石的稀土總量變化范圍相互疊加，各自內部的稀土總量也存在變化，可能與各類巖石常互為夾層產出這一地質現象有關。結合巖石性質和稀土元素特征認為，礦區千枚巖類和變質砂巖原巖應為砂巖或者雜砂巖，大理巖原巖為白云巖?灰巖，石英巖、長石石英板巖原巖可能為石英砂巖。

圖4 La/Yb—∑REE判別圖解：Ⅰ—斜長角閃巖(變質基性火山巖)區；Ⅱ—砂質巖和雜砂巖區；Ⅲ—頁巖和黏土巖區；Ⅳ—碳酸鹽巖區Fig. 4 La/Yb— ∑REE discrimination diagram: Ⅰ —Amphibolites (metamorphic basic volcanics); Ⅱ—Psammite and greywacke; Ⅲ—Shale and clay rock; Ⅳ—Carbonate

吳庭祥[6]和李福東等[8]提出賽什塘礦區存在熱水沉積作用，“硅質巖”的發現為主要支撐依據。典型熱水沉積成因的硅質巖，其元素Si是由熱水從火成巖淋濾而來，從而部分具有火山成因硅質巖的特征[14]。礦區地表及坑道中均發現“硅質巖”，發育層紋狀構造，顯微鏡下可見變余粉砂狀結構，未見典型硅質巖化學?生物化學成因結構，也未顯示與火山成因有關。

研究認為，該巖石并非熱水沉積形成的硅質巖，而是泥質粉砂巖類受變質形成的石英巖，其層紋條帶是泥質粉砂巖中保留的水平層理，在礦體中保留圍巖的殘余，很容易被誤解為層紋狀硅質巖，并當作熱水沉積成礦的證據。圖4中亦表明“硅質巖”原巖為砂巖類，其稀土元素配分曲線(見圖3)與變質砂巖、千枚巖、長石石英板巖極為相似，說明了各類巖石之間成分、形成背景的一致性。

所以，賽什塘礦區前人所述“硅質巖”并不具備典型硅質巖的特征，其原巖應為石英砂巖類，定名為石英巖是較為合適的，礦床未見明顯的熱水沉積作用。

3.2 構造環境分析

礦區千枚巖、變質砂巖、長石石英板巖及石英巖原巖均為碎屑巖類，故選用碎屑巖構造背景分析的方法來研究賽什塘礦區變質地層的構造環境。碎屑巖的微量元素含量變化與構造背景之間有著內在的必然聯系，通過測定分析碎屑巖的化學成分，可以很好地反映物源區的大地構造背景和構造演化特征[13]。前人已總結出板塊構造環境碎屑巖化學組成特征的一系列判別圖解和數據，且這些判斷數據和圖解得到了地質學界的認可和廣泛應用。

w(Th)—w(Co)—w(Zr)圖解是目前廣泛認為較為有效的微量元素判別構造背景圖解，從判別圖(見圖5[15])可見，數據點分散在大陸島弧和主動大陸邊緣之間。從圖6球粒隕石標準化的礦區變質沉積巖稀土元素分布曲線與典型構造背景砂巖[16]對比來看，其球粒隕石標準化稀土模式具有輕稀土元素富集、分餾明顯、重稀土元素分餾不明顯及 Eu中等虧損的特征，總體上較接近于安第斯型，表明賽什塘礦區變質地層形成于活動大陸邊緣環境。

圖 5 w(Th)—w(Co)—w(Zr)微量元素構造環境判別圖[15]：a—大洋島弧；b—大陸島弧；c—主動大陸邊緣；d—被動大陸邊緣Fig. 5 Diagram of trace element w(Th)—w(Co)—w(Zr) and tectonic setting[15]: a—Oceanic island arc; b—Continental island arc; c—Active continental margin; d—Passive margin setting

圖 6 賽什塘變質巖稀土元素分布曲線與不同構造背景砂巖對比Fig. 6 Comparison of REE features between Saishitang metasedimentary rocks and apogrite in various structural settings

表 3所列為最具判別意義的特征稀土元素參數[17]，將賽什塘礦區變質巖分析結果與其進行比較，La、Nd和∑REE的含量及δ(Eu)和La/Y值更接近活動大陸邊緣雜砂巖特征值，Ce的含量和(La/Yb)N值變化位于大陸島弧型特征值和穩定陸緣型雜砂巖特征值之間，而LREE/HREE的值更接近于大洋島弧型雜砂巖特征值。

BHATIA和TAYLOR[18]提出，對于大洋島弧構造背景，沉積巖中的La/Th=6.7±2.0，而Hf的含量約為2×10?6；對于大陸島弧構造背景，La/Th值約為4.5，Hf的含量為 4×10?6～5×10?6；對于大陸邊緣構造背景(包括活動大陸邊緣和被動大陸邊緣)，La/Th約為2.6，Hf的含量一般高于 5×10?6。La/Th 值在 1.81～3.20 之間，Hf的含量介于 2.60×10?6～6.60×10?6之間，說明賽什塘礦區變質巖物源區不僅有類似于大陸島弧構造背景，也有大陸邊緣構造背景。

由上可見，賽什塘礦區變質地層形成的構造環境應與大陸島弧和主動大陸邊緣活動有關。賽什塘礦區位于秦祁昆接合部，而秦、祁、昆造山帶是揚子、華北以及柴達木3個陸塊邊緣，上述3陸塊之間為海盆相隔，是北特提斯洋的主要發育地區[19]。晚古生代，苦海—賽什塘一帶是伴隨古特提斯洋閉合而產生和發展起來的一系列分支小洋盆之一[20]。早?中三疊世，古特提斯洋殼向柴達木陸塊之下繼續俯沖，洋盆殘留消減，礦區變質沉積巖以活動大陸邊緣性質為主的沉積作用正是該體制下的結果，同時礦區地層原巖以雜砂巖和亞雜砂巖為主，次為泥質巖或黏土質巖石，這類碎屑巖在島弧?弧后盆地中十分廣泛，巖石組合反映邊緣海盆地的沉積建造特點[17]，由此可進一步推斷礦區變質地層應形成于三疊紀古特提斯洋陸緣的島弧?弧后盆地環境。此外，區域上晚三疊世發生陸內疊覆造山，形成了布爾汗布達—鄂拉山火山弧[21]，伴有巖漿底侵等地質作用[19]，這應與殘留洋盆的洋殼消減殆盡時部分發生弧?陸碰撞有關。本區亦發育晚三疊世鈣堿性系列巖漿巖，巖體形成環境與大陸島弧密切相關，具洋殼?陸殼俯沖特點[22]，為弧?陸碰撞結果，可為礦區地層古構造環境提供佐證。

4 結論

1) 礦區各類變質巖稀土元素均具有輕重稀土分餾明顯、輕稀土元素富集而重稀土相對較低等特征，各稀土配分模式分布曲線相似，呈右傾模式。

2) 礦區中三疊世淺變質巖的原巖主要是正常沉積巖，其中，千枚巖類和變質砂巖原巖為砂巖或者雜砂巖，大理巖原巖為白云巖?灰巖，石英巖和長石石英板巖原巖可能為石英砂巖。

表3 不同類型雜砂巖特征稀土元素含量及參數[17]Table 3 Characteristics REE element abundances and parameters of apogrite in various structural settings[17]

3) 礦區“硅質巖”并不具備典型熱水沉積硅質巖的特征，其層紋條帶是泥質粉砂巖中保留的水平層理，定名為石英巖較為合適，賽什塘礦床成因存在熱水沉積作用是不準確的。

4) 碎屑巖構造環境判別圖解及稀土、微量元素特征值顯示，賽什塘礦區變質地層物源區同時具有活動大陸邊緣型和大陸島弧型構造背景的特點，推斷其形成于三疊紀古特提斯洋陸緣的島弧?弧后盆地環境。

致謝：

本研究在野外工作期間得到青海西部資源有限責任公司、賽什塘銅礦相關領導及員工的大力支持，也得到了參加本課題組全體同志的熱心幫助，在此深致謝意！

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Characteristics of metamorphic rocks and tectonic setting in Saishitang mining area, Qinghai Province, China

MAO Yin1,2, LAI Jian-qing1,2, WANG Xiong-jun1,2, AN Jiang-hua1,2
(1. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals, Ministry of Education,Central South University, Changsha 410083, China;2. School of Geosciences and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, China)

The sedimentary sequence of Saishitang district is composed of offshore-neritic clastic rocks and argillaceous rocks with carbonate streaks, which are commonly metamorphosed weakly, with similar REE patterns enriched in LREE and moderate Eu negative anomaly. The lithofacies features and La/Yb—∑REE diagram indicate that the protoliths of metamorphite are sedimentary rocks, with main types of sandstone and greywacke and unrelated with volcanic process;the ‘silicalite’ defined previously does not have the typical characteristics of silicalite, whereas the protolith of this‘silicalite’ should be quartz sandstone, and no obvious evidence of hot water deposition was found in the district.According to the w(Th)—w(Co)—w(Zr) diagram and correlation between greywacke REE features and sandstone REE distribution patterns of typical tectonic settings, the tectonic environment of the district displays both active continental marginal and continental island arc characteristics, which indicates that the Saishitang district is developed in arc-back basin located in margin of the Triassic Paleotethys.

meta-sedimentary rock; protolith reconstruction; rare earth elements; tectonic setting; Saishitang

P588.3

A

1004-0609(2012)03-0642-10

國家“十一五”科技支撐計劃重大項目(2006BAA01B06)；國土資源部全國危機礦山接替資源找礦專項項目(20089942)

2011-12-01；

2012-01-04

賴健清，教授，博士；電話：13815983805；E-mail: ljq@csu.edu.cn

(編輯 陳衛萍)