新疆賽圖拉地區地質概況及礦物的地球化學特征研究

胡 楠，郭鵬程，張富榮，郭瑞華，李兆揚

（西安煤航遙感信息有限公司（地質勘查院），陜西 西安 710199）

近年來，伴隨著礦石地球化學分析日趨進步，微量與稀土元素地球化學示蹤物源技術得到迅速發展，礦石地球化學方法在探討地質礦物的恢復、識別大地構造背景、反演古氣候和古環境等方面已收到了顯著成效。

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

1 研究區概況

工作區位于昆侖山西段腹地，地形具有“兩山兩溝一達坂”的特點，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。區域低溫動力變質作用成因形成的變質礦物，是研究區發育最為廣泛的變質類型，涉及本區所有的變質礦物，其變質時代主要發生在三疊紀以后，據區域資料，變質溫度為300℃～500℃，壓力為0.2GPa～0.6GPa 。區內長城紀、薊縣紀地層與變質侵入體形成礦石退變質，長石絹云母化、黑云母退變為綠泥石、白云母退變為絹云母、角閃石退變為綠泥石、簾石；石炭紀-三疊紀地層形成大面積的帶狀分布的單相綠片巖相變質地帶，礦石中主要礦物在強應力、均勻的較低溫條件下發生變形、重結晶和變質結晶作用，形成各種劈理化、片理化和具有帶狀構造的礦石，礦石中保留有原始的沉積結構和構造特征。

2 樣品采集及實驗方法

2.1 樣品采集

本次區域變質礦物元素地球化學樣品，分別采自于新疆西昆侖賽圖拉調查區南部PM12、PM14、PM9和PM6剖面及調查區中部PM8剖面中，經過精細嚴格的室內篩選，去除不符合實驗要求的樣品，剩余共計15件變質礦物的地球化學樣品，其中長城紀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，二疊紀黃羊嶺群含炭泥質板巖5件，均為淺變質巖類。

2.2 實驗方法

使用的實驗分析設備為X-射線（XRF-1500）熒光光譜儀，粉碎為200（目）后，在標準實驗室內，進行主、微、稀土化學元素分析測定。測試精度：當元素含量小于10×10-6，精度10%優于，當大于10×10-6，精度5%優于。使用（Element Ⅱ）ICP-MS測試，利用酸溶法制備樣品。

3 地質礦物的地球化學特征

3.1 稀土元素和微量元素地球化學特征及構造背景

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

由圖1a所示，在球粒隕石標準化圖中，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組成，Eu元素具弱的負異常，與上地殼相關，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準化模式圖中（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，說明其原始物質來源于上地殼。在母巖的風化過程中大離子親石元素如Rb、Ga和Nb、Hf、Zr等高場強元素穩定性較強、難于溶解。同理，原巖為沉積碎屑巖的變質巖也具有該性質，這些元素隨沉積物一起搬運、沉積具較強的抗遷移性[3]。因此，其隨沉積物沉積成巖后雖遭受區域變質作用，但仍能反映原巖為沉積巖的地球化學特征，是很好的指示標簽。

圖1 （a）球粒隕石標準化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類礦石，是其主要物質來源。運用Th， Sc，La等具更強穩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內，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行對比，發現其氧化物平均含量大致接近上地殼平均組成，說明變質巖母巖主要由大陸上地殼物質組成。

圖2 西蒙南圖解

3.2.2 稀土元素和微量元素地球化學特征及構造背景

稀土元素和微量元素廣泛運用于源區礦石類型恢復及構造環境的判別[4]，諸如Cr、Sc、Co等在沉積礦物形成的過程中，最難溶解且相對穩定，所以，可反映物源區的地球化學性質。

如圖3a可見，在溫泉溝群板巖球粒隕石標準化配分模式中，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元素均顯示微弱負異常，δEu為0.62～0.69，均值0.66。在北美頁巖標準模式中（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域，表明其構造環境為大陸島弧。進一步進行判別，在Th-Hf-Co圖解中（4b），顯示淺變質礦物樣品原巖物質來源。在深海沉積物中的自生沉積物會干擾微量元素反映源區特征的準確性，在此影響下，則使用一些元素的比值（如La/Sc、Ti/Zr），來反映源區特征會有更好的效果[5]。

圖4 礦物樣品的微量元素構造判別圖解

3.3 二疊紀地質礦物地球化學特征

3.3.1 常量元素地球化學特征

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內的厚層泥巖范圍，顯示黃羊嶺群泥質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特征及構造背景

如圖5a可見，在二疊紀黃羊嶺群泥質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）礦石標準化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等在判別源區構造環境時，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。黃羊嶺群變質巖原巖物質來源主要為長英質巖石，個別樣品則來自混合長英質/基性巖。

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

4 結論

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