東天山星星峽地區(qū)星星峽巖群的劃分、地球化學(xué)特征與地質(zhì)意義

賀昕宇，方同輝，劉海鵬，張寶琛，李艷艷，王京，張浩鈺

（有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，北京 100012）

0 引言

星星峽巖群廣泛分布于中天山卡瓦布拉克（巴倫臺(tái)地區(qū)）至星星峽一帶，為一套變質(zhì)程度不均勻的變質(zhì)巖系，自東向西，其變質(zhì)程度逐漸變淺，厚度逐漸增大（周濟(jì)元等，2008）。星星峽巖群最早由陸青在1965年于星星峽地區(qū)創(chuàng)建（陸青，1965①），隨著區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作和相關(guān)科研工作的推進(jìn)，對(duì)其地層屬性的認(rèn)識(shí)歷經(jīng)組、群、巖群的變化。星星峽巖群的時(shí)代歸屬也曾有前寒武系、石炭系、古元古界、前震旦系、長(zhǎng)城系的不同認(rèn)識(shí)，近年來(lái)陸續(xù)有星星峽巖群碎屑鋯石年齡的報(bào)道，多集中于0.8～1.0 Ga和1.3～2.0 Ga兩個(gè)區(qū)間（He et al.,2014；李秋根等，2005；卞翔等，2016），而星星峽巖群中正片麻巖年齡則集中在880～942 Ma（He et al.,2014；胡靄琴等，2010）。變質(zhì)相有綠片巖相、低角閃巖相、角閃巖相、乃至麻粒巖相的報(bào)道②③④⑤（周濟(jì)元等，2008；郭琳，2009；徐勝利和王潔，2011）。可見星星峽巖群內(nèi)成分較為復(fù)雜，需進(jìn)一步解體、劃分。同時(shí)對(duì)于星星峽巖群原巖性質(zhì)、形成的構(gòu)造環(huán)境也存在不同的認(rèn)識(shí)。

本文基于對(duì)紅柳井幅（K46E014020）、星星峽幅（K46E014021）、星星峽東山幅（K46E014022）1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，嘗試對(duì)星星峽地區(qū)星星峽巖群進(jìn)行劃分以及必要的解體；同時(shí)對(duì)各類變質(zhì)巖進(jìn)行全巖主量、微量、稀土元素分析，結(jié)合野外與室內(nèi)鑒定工作，恢復(fù)其原巖、確定其形成環(huán)境，以期為本地區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)與找礦工作提供參考。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)星星峽鎮(zhèn)一帶，大地構(gòu)造位置屬中天山地塊東段，夾持于北天山造山帶和南天山造山帶之間（圖1）。區(qū)內(nèi)前寒武系地層主要有新太古界—古元古界天湖巖群、中元古界長(zhǎng)城系星星峽巖群和薊縣系卡瓦布拉克巖群。其中星星峽巖群與下伏的天湖巖群、上覆的卡瓦布拉克巖群呈斷層接觸，大致呈北東東向展布，被新元古代、古生代以及中生代花崗巖侵入（圖2），本次工作將星星峽巖群劃分為3個(gè)巖組。

圖1 中亞造山帶地質(zhì)簡(jiǎn)圖（a）（據(jù)Xiao et al.,2010修改）及東天山地質(zhì)簡(jiǎn)圖（b）（據(jù)Zhang et al.,2016修改）

圖2 星星峽地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2 巖石學(xué)特征

星星峽巖群第一巖組(ChX1.)：出露于紅柳井幅南部碎石山西鐵礦、碎石山鐵礦一帶，星星峽幅白虎關(guān)南梁、紅柳潭一帶以及星星峽東山幅紅星山。巖性以灰白色石英巖、灰白色淺粒巖、灰色黑云斜長(zhǎng)變粒巖為主，夾灰黑色-灰色條帶狀磁鐵石英巖、灰色黑云斜長(zhǎng)片麻巖、灰黑色二云母片巖、灰白色石英片巖、灰白色白云質(zhì)大理巖等。淺粒巖中斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石各占25～35%，石英波狀消光顯著。變粒巖多呈變余凝灰結(jié)構(gòu)，見長(zhǎng)石晶屑、石英晶屑、花崗巖巖屑、石英巖巖屑，填隙物為長(zhǎng)英質(zhì)火山灰，原巖為凝灰?guī)r（圖3a～b）?？梢娮冑|(zhì)（鈣質(zhì)）粉砂巖與云母片巖、灰?guī)r互層現(xiàn)象（圖3c）。該巖組除了變質(zhì)石英細(xì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖等綠片巖相巖石（圖3c），亦可見綠簾角閃巖相陽(yáng)起鈉長(zhǎng)片巖（圖3d）。

星星峽巖群第二巖組(ChX2.)：出露于星星峽幅白虎關(guān)南梁至寡婦店一帶。巖性以黑色黑云斜長(zhǎng)變粒巖、灰白色淺粒巖為主，夾灰白色石英巖、灰色黑云斜長(zhǎng)片麻巖等。該巖組部分變粒巖與變質(zhì)粉砂巖互層產(chǎn)出，原巖為含凝灰質(zhì)泥巖夾粉砂巖，泥巖經(jīng)變質(zhì)重結(jié)晶形成鱗片狀黑云母，而斜長(zhǎng)石晶屑得以保留（圖3e）。局部淺粒巖糜棱化，假流紋構(gòu)造發(fā)育，見石英、鉀長(zhǎng)石碎斑，長(zhǎng)英質(zhì)基質(zhì)呈絲帶狀環(huán)繞隨斑分布，原巖為酸性熔結(jié)凝灰?guī)r。

星星峽巖群第三巖組(ChX3.)：出露于星星峽鎮(zhèn)東側(cè)至星星峽東山幅岌岌臺(tái)西山一帶。巖性以灰白色石英巖、灰色副斜長(zhǎng)角閃巖與灰白色白云質(zhì)大理巖互層為特征，夾灰色二云片巖等。部分二云片巖中可見石榴子石（圖3f），被正斜長(zhǎng)角閃巖侵入（圖3g），正斜長(zhǎng)角閃巖呈塊狀構(gòu)造（圖3h），不同于片狀構(gòu)造的副斜長(zhǎng)角閃巖（圖3i），斜長(zhǎng)角閃巖的出現(xiàn)表明其變質(zhì)程度可達(dá)角閃巖相。

圖3 星星峽地區(qū)星星峽巖群野外和鏡下照片

3 樣品描述與實(shí)驗(yàn)方法

測(cè)試用巖石樣品采集自星星峽鎮(zhèn)、岌岌臺(tái)西山、搞油樁北3處（圖2），分別代表星星峽巖群3個(gè)巖組。巖性為第一巖組千枚巖（14-4）、變粒巖（14-8）、黑云片巖（14-9）、白云石英片巖（14-22）、正斜長(zhǎng)角閃巖（14-30）；第二巖組變粒巖（15-92、15-93、15-94）；第三巖組正斜長(zhǎng)角閃巖（6-23、6-26）、副斜長(zhǎng)角閃巖（6-32）。

全巖的主量、微量元素分析均在華北有色地質(zhì)勘查局燕郊中心實(shí)驗(yàn)室完成。其中主量元素測(cè)試儀器為PW2404 X射線熒光光譜儀，采用X-熒光光譜法（XRF），精度和準(zhǔn)確度均優(yōu)于5%；微量元素測(cè)試儀器為ELEMENT XR等離子體質(zhì)譜分析儀，采用電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS），分析精度和準(zhǔn)確度一般優(yōu)于10%。人工重砂分選、鑒定于廊坊峰澤源礦物測(cè)試分選實(shí)驗(yàn)室完成。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1 巖石地球化學(xué)

星星峽巖群變粒巖SiO2含量較高（69.85%～73.98%），原巖可能是長(zhǎng)英質(zhì)巖石。斜長(zhǎng)角閃巖整體SiO2含量較低（49.00%～50.81%），副斜長(zhǎng)角閃巖堿含量（K2O+Na2O=3.86%）較正斜長(zhǎng)角閃巖（K2O+Na2O=1.81～3.00%）高，A/CNK 值（0.35）較正斜長(zhǎng)角閃巖低（0.62～0.68）（表1）。

表1 星星峽巖群主量、微量元素測(cè)試結(jié)果

續(xù)表

變粒巖、片巖、千枚巖具有明顯的Nb、Ta負(fù)異常，具有富集K、Zr、Hf，虧損 Sr、P、Ti的特點(diǎn)，Cr/Zr小于1（0.08～0.82）。副斜長(zhǎng)角閃巖較正斜長(zhǎng)角閃巖更富集K、P、Ti、Sr等大離子親石元素（圖4a）。

星星峽巖群變粒巖、片巖、千枚巖整體呈現(xiàn)輕稀土富集、重稀土虧損的特點(diǎn)，輕、重稀土分餾較強(qiáng)。第一巖組變粒巖、千枚巖、片巖具有明顯的Eu負(fù)異常（δEu=0.56～0.72），第二巖組變粒巖呈弱Eu負(fù)異?；蛘惓＃é腅u=0.99～1.24）。正斜長(zhǎng)角閃巖稀土配分模式曲線右傾不明顯（LaN/YbN=0.80～2.84，LREE/HREE=1.45～3.61），弱Eu 負(fù)異?；蛘惓＃é腅u=0.93～1.22），而副斜長(zhǎng)角閃巖呈明顯右傾（LaN/YbN=5.89，LREE/HREE=6.10），且Eu負(fù)異常更明顯（δEu=0.85），重稀土含量相對(duì)較低（圖4b）。

圖4 星星峽巖群巖石微量元素與稀土元素蜘蛛圖

4.2 人工重砂

灰色變粒巖（15-9）中大部分鋯石呈圓粒狀，少量四方雙錐柱狀、斷柱狀，玻璃-毛玻璃光澤，可能為碎屑鋯石變質(zhì)而成；磷灰石呈橢圓形，少量碎塊狀。

5 討論

5.1 星星峽巖群的原巖恢復(fù)與物源區(qū)性質(zhì)

在(Al+ΣFe+Ti)-(Ca+Mg)變質(zhì)巖恢復(fù)圖解中（圖5a～b），星星峽巖群變粒巖、片巖、千枚巖主要落入粘土、泥巖、粉砂巖、長(zhǎng)石砂巖和泥灰質(zhì)砂巖區(qū)域，進(jìn)一步判別變粒巖、千枚巖原巖主要為泥頁(yè)巖，片巖原巖主要為砂巖（圖5c～f）。人工重砂鑒定結(jié)果顯示變粒巖中鋯石、磷灰石磨圓度較好，也表明變粒巖屬沉積巖而非火成巖；變粒巖原巖凝灰質(zhì)泥巖，硅含量較高（SiO2=69.85～73.98 %），以及酸性熔結(jié)凝灰?guī)r、二長(zhǎng)花崗質(zhì)淺粒巖的出現(xiàn)，表明存在酸性火山巖漿活動(dòng)。

圖5 星星峽巖群變質(zhì)巖原巖恢復(fù)圖解

副斜長(zhǎng)角閃巖較正斜長(zhǎng)角閃巖更富集K、P、Ti、Sr等大離子親石元素，堿含量也更高，明顯右傾的稀土配分模式曲線以及相對(duì)較低的重稀土含量，這些特征都指示了與其他沉積變質(zhì)巖類似的特征，以及更多長(zhǎng)英質(zhì)物質(zhì)的貢獻(xiàn)。斜長(zhǎng)角閃巖正、副變質(zhì)巖判別結(jié)果與野外和鏡下鑒定結(jié)果一致（圖6a～b），二者原巖分別為基性火成巖與含鐵砂巖（圖5a～e）。

圖6 星星峽巖群變質(zhì)巖判別圖解

Cr和Zr含量反映鉻鐵礦和鋯石含量，二者比值可反映鎂鐵質(zhì)和長(zhǎng)英質(zhì)巖石的貢獻(xiàn)（Wronkiewicz and Condie,1989），淺粒巖、片巖、千枚巖Cr/Zr小于1（0.08～0.82），說(shuō)明源區(qū)物質(zhì)主要為長(zhǎng)英質(zhì)巖石。Girty et al.（1996）研究發(fā)現(xiàn),沉積物中若Al2O3/TiO2小于10，其物源可能為鐵鎂質(zhì)巖石，若Al2O3/TiO2大于20，則物源為流紋英安質(zhì)巖石。星星峽巖群石英片巖、千枚巖Al2O3/TiO2為24.34～26.45，黑云片巖為10.31，表明沉積物源除長(zhǎng)英質(zhì)巖石外，還有少量鎂鐵質(zhì)巖石貢獻(xiàn)。

5.2 星星峽巖群的劃分與解體

前人基于對(duì)不同工作區(qū)的研究，對(duì)星星峽巖群的認(rèn)識(shí)、劃分也存在一定的差別。陸青（1965）①于星星峽地區(qū)創(chuàng)建星星峽組，劃分為上、中、下3個(gè)亞群。1979年新疆地礦局區(qū)調(diào)大隊(duì)在天湖-玉山一帶進(jìn)行1∶5萬(wàn)測(cè)量時(shí)，認(rèn)為星星峽群有上、下不同的兩部分⑥。1993年新疆地礦局第一區(qū)調(diào)大隊(duì)在尾亞1∶5萬(wàn)區(qū)調(diào)成果基礎(chǔ)上，將該無(wú)序地層更名為星星峽巖群，由老至新劃分為云山巖組（YS）、菊花山巖組（JH）和劍峰山巖組（JF）②。郭琳（2009）在卡拉塔格地區(qū)將星星峽巖群劃分為a、b兩個(gè)非正式巖段。最新工作成果將星星峽巖群劃分為第一、第二兩個(gè)巖組（卞翔等，2016）（圖7）。

圖7 星星峽巖群劃分沿革表

徐勝利和王潔（2011）認(rèn)為白石渡泉一帶古元古代片麻巖屬TTG巖系，將其從星星峽巖群中解體出來(lái)。本次工作將星星峽地區(qū)原屬天湖巖群的英云閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖和星星峽巖群的變質(zhì)花崗巖解體出來(lái)，將其劃分為新元古代花崗巖，并獲得其鋯石U-Pb年齡為945～869 Ma（內(nèi)部數(shù)據(jù)），與前人報(bào)道的星星峽、紅柳井一帶正片麻巖880～942 Ma的年齡一致（He et al.,2014；胡靄琴等，2010）。以往工作中認(rèn)為的第二巖組中性火山巖實(shí)為泥盆紀(jì)花崗閃長(zhǎng)巖，鋯石震蕩環(huán)帶發(fā)育較好，未見后期變質(zhì)作用，獲得了412 Ma的諧和年齡（內(nèi)部數(shù)據(jù)），應(yīng)為巖漿結(jié)晶年齡而非后期疊加變質(zhì)年齡。因此該部分火山巖也應(yīng)解體出來(lái)，劃歸泥盆紀(jì)花崗質(zhì)巖體。

基于紅柳井幅、星星峽幅以及星星峽東山幅1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，根據(jù)星星峽巖群巖石組合、原巖特征不同，本次工作將星星峽地區(qū)的星星峽巖群劃分為3個(gè)巖組，各巖組之間呈斷層接觸。第一巖群原巖以石英砂巖、粉砂巖為主，夾灰?guī)r、泥巖，變質(zhì)程度為綠片巖相-綠簾角閃巖相；第二巖組原巖為凝灰質(zhì)泥巖夾粉砂巖，夾酸性火山巖，變質(zhì)程度為綠片巖相；第三巖組原巖以碳酸鹽與含鐵砂巖互層為特征，夾泥巖、石英砂巖，局部有基性火山巖，變質(zhì)程度可達(dá)角閃巖相?？偟膩?lái)說(shuō)，星星峽巖群原巖為一套沉積-火山巖建造。

5.3 星星峽巖群形成的構(gòu)造環(huán)境

對(duì)于星星峽巖群形成的構(gòu)造環(huán)境，以往工作中也存在不同的認(rèn)識(shí)，主要有裂谷（馮新昌，1996；曹福根等，2013③；崔繼崗等，2014④）、島?。℉u et al.,2000；周濟(jì)元等，2008；劉崴國(guó)等，2014⑤）、活動(dòng)大陸邊緣（大陸島?。℉e et al.,2014；李秋根等，2005；郭琳，2009）3種觀點(diǎn)。

在沉積巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解中，星星峽巖群片巖和千枚巖主要落入大陸島弧區(qū)域（圖6c～d）。而原巖為基性火成巖的斜長(zhǎng)角閃巖，主要屬于亞堿性系列巖石的拉斑玄武巖系列（圖8a～b），其形成的構(gòu)造環(huán)境為活動(dòng)大陸邊緣（圖8c），為火山弧玄武巖（圖8d）。星星峽巖群片巖、千枚巖以及變粒巖具有明顯的Nb、Ta、Ti、P負(fù)異常（圖4a），具島弧巖漿巖特征，表明在星星峽巖群形成之前，作為變質(zhì)沉積巖物源的中天山晚太古界—古元古界基底已經(jīng)處于島弧環(huán)境，而在中元古代時(shí)，中天山仍處于（大陸）島弧環(huán)境，形成具島弧巖漿巖特征的熔巖和火山碎屑巖。

圖8 星星峽巖群斜長(zhǎng)角閃巖判別圖解

星星峽巖群形成早期，火山活動(dòng)微弱，形成第一巖組砂巖、粉砂巖、泥巖的沉積組合；中期有間歇性火山活動(dòng)，產(chǎn)生第二巖組中含凝灰質(zhì)泥巖夾粉砂巖現(xiàn)象；晚期基性巖漿活動(dòng)活躍，但有大面積的碳酸鹽巖沉積，可能形成于水體活動(dòng)較為低能的弧間盆地。

6 結(jié)論

（1）星星峽巖群原巖為一套沉積-火山巖建造，變質(zhì)程度為綠片巖相-角閃巖相，沉積巖源區(qū)主要為長(zhǎng)英質(zhì)巖石、少量鎂鐵質(zhì)貢獻(xiàn)，火山巖多為酸性火山碎屑巖和基性火山巖。

（2）星星峽地區(qū)的星星峽巖群劃分為3個(gè)巖組，將原屬星星峽巖群的變質(zhì)花崗巖和中性火山巖解體出去，分別劃歸新元古代花崗巖和泥盆紀(jì)花崗巖。

（3）星星峽巖群形成于活動(dòng)大陸邊緣，火山巖屬陸緣弧巖漿巖，晚期碳酸鹽建造可能形成于弧間盆地。

致謝 感謝中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心計(jì)文化首席，河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院李強(qiáng)、鄧邵穎、馮桂星、朱本鴻、白春東、李典，有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心鄭小明、李偉、王宏偉、潘東，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）鄭文皓在野外工作中的支持，成文過(guò)程中得到了丁汝褔教授、朱更新教授、張磊工程師、王行軍博士、蔡厚安博士、武重陽(yáng)博士、鄒亞菲博士的指導(dǎo)和幫助，在此一并表示感謝。

謹(jǐn)以此文慶祝有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心成立20 周年。

注 釋

①陸青.1965.哈密幅K-46 1:100萬(wàn)地質(zhì)圖說(shuō)明書[R].新疆地質(zhì)局與地質(zhì)部地質(zhì)科學(xué)研究所.

② 劉保國(guó),江有銘,胡金慶,胡樹榮,李嵩齡,呂喜朝.1993.白尖山幅 尾亞站幅 橫山幅 K-46-81-C、D K46-82-C 1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R].新疆地質(zhì)礦產(chǎn)局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)八分隊(duì).

③曹福根,王敦科,董富榮,劉崴國(guó),劉生元,邢令.2013.新疆雅滿蘇鎮(zhèn)幅K46C003003 1∶25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R].新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院.

④ 崔繼崗,王滿倉(cāng),趙鵬彬,張繼軍,代新宇,唐力,袁璋,盧俊.2014.星星峽幅K46C003004 1∶25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告（修測(cè)）[R].陜西省地質(zhì)調(diào)查院.

⑤ 劉崴國(guó),于洋,韓繼全,許培春,董富榮,劉亦南.2014.新疆哈密市幅（修測(cè)）K46C002003 1∶25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R].新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì).

⑥ 朱慶亮,梅紹武,秦典夕,王根仲,尉世美,周申喜,項(xiàng)國(guó)瑞.1979.東疆哈密以南玉山-天湖一帶1∶5萬(wàn)編測(cè)地質(zhì)礦產(chǎn)報(bào)告[R].新疆地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì).