新疆東昆侖三岔頂地區長城系小廟巖組鋯石U-Pb年代學特征及地質意義

鄭春波，魯浩，姜玉麗，李麗，王清江，曲藝，張榮霞

(1．平度市自然資源局，山東 青島 266700；2．山東省第三地質礦產勘查院，山東 煙臺 264004)

0 引言

新疆三岔頂地區處于青藏高原北緣，在大地構造位置上位于東昆侖造山帶西段南緣[1-5]，屬于昆南增生雜巖帶，該地區發育前寒武紀變質巖基底巖系，記錄了前寒武紀地質演化歷史[6-7]。因此，詳細研究三岔頂地區的前寒武紀變質巖系，正確厘定構造巖石地層單位和時代歸屬，有助于進一步認識東昆侖造山帶早期演化歷史。

東昆侖造山帶前寒武紀變質基底主要包括古元古代白沙河巖組和中元古代小廟巖組。近年來，學者們對小廟巖組形成時代做了較深入的研究，多數認為小廟巖組形成于中元古代[8-11]，根據特征變質礦物組合、電子探針測試結果和相關地質溫壓計確定小廟巖組變質程度達到中壓低角閃巖相[12-13]。

對于小廟巖組原巖特征和構造屬性存在不同的看法，殷鴻福等[8]在冬給措納湖幅1∶25萬區域地質調查中，研究認為小廟巖組原巖為雜砂巖、泥質巖、不純泥砂質灰巖夾少量不純石英巖的巖石組合，代表了一種比較動蕩的環境，認為小廟巖組形成于初始大陸裂谷有關的構造環境中；王國燦等[11]認為小廟巖組原巖為一套變質砂泥質-鈣質巖系，分異程度相對穩定，和成熟度較高的陸緣碎屑巖-碳酸鹽巖建造，形成于相對穩定的構造環境，代表了東昆侖地區相對穩定的發展階段；李榮社等[1]認為小廟巖組原巖為雜砂巖、泥質巖及泥砂質灰巖，代表了裂解初期與巖漿作用同時或稍后階段在比較穩定環境的沉積響應。陳有忻等[14]認為小廟巖組的原巖建造以陸緣碎屑沉積巖為主夾基性火山巖，并遭受后期巖漿侵入破壞。

本文通過對出露于東昆侖造山帶西段三岔頂一帶的小廟巖組進行詳細的野外地質調查，綜合運用巖石學、巖石地球化學、鋯石年代學等方法，對小廟巖組進行原巖恢復、物源區屬性分析和構造環境判別，為進一步認識東昆侖造山帶西段中元古代物質組成和恢復東昆侖造山帶早期地質構造演化歷史提供重要的基礎資料(圖1)。

1 地質特征

小廟巖組最早由莊慶興等人于青海都蘭縣小廟地區創建，最初定名為“小廟群”，指“原金水口組的第四巖組，主要為石英巖、云母石英片巖、黑云斜長片麻巖夾大理巖的組合。相當數量的石英巖的出現是本群的主要識別標志，經受混合巖化的小廟群以平行不整合伏于未受混合巖化的冰溝群之下。”小廟群雖為一地方性年代地層單位，但所指巖性宏觀特征、組合方式、層位涵義明確、清晰，自創建以來除其時代歸屬有變更外，一直沿用至今。2007年青海省巖石地層劃分方案中將其由群降為組，修訂為小廟組，隸屬于金水口(巖)群之中，出露巖性主要為長石石英巖、石英巖與二云石英片巖互層，夾白云斜長片麻巖、矽線二云片麻巖及大理巖，厚度2300m。后據“1∶25萬庫郎米其提幅、阿爾金幅、蘇吾什杰幅、木孜塔格幅區調”將其定名為金水口巖群長城系小廟巖組，時代為中元古代。

現定義為：指分布在東昆侖地層分區祁漫塔格地層小區、烏魯克蘇河地層小區。與下伏古元古界白沙河巖組斷層接觸，與上覆薊縣系狼牙山組不整合接觸。主要為一套原巖為石英成分較高的陸源碎屑巖夾碳酸鹽巖及基性火山巖，下部為石英巖、石英巖與二云母片巖、絹云母片巖互層，夾矽線石、石榴子石石英巖及片巖，局部見有變砂巖及白云石質大量巖，厚度大于566.83m。北側與中泥盆統布拉克巴什組呈斷層接觸，南側被閃長巖體及構造破壞，南西及東側被大面積第四系覆蓋未見頂底。

研究區長城系小廟巖組主要位于三岔頂以北的月牙河兩側(圖1)，處于康西瓦-鯨魚湖縫合帶內，由于受構造影響，大部分地段變形強烈，整體以斷塊形式產出，與其他地層均呈斷層接觸，出露面積約26.78km2，疊置厚度434.62～2094.56m。原1∶25萬木孜塔格幅將其厘定為長城系小廟群，其巖石類型為綠片巖相-角閃巖相片巖、變粒巖、片麻巖、石英巖、硅質巖夾大理巖、斜長角閃巖，巖石片理化較為發育，部分地段見有糜棱質巖石，變形強烈。原巖為陸源碎屑巖夾碳酸鹽巖及基性火山巖，且原巖中的巖石特征、沉積建造等多已被改造。

區域上，小廟巖組主要分布于柴達木盆地南緣，由于受斷裂破壞，出露面積不等，整體表現出西部寬，向東逐漸變窄的特征，其巖性上部以片巖為主，下部以片巖夾石英巖、大理巖為主(圖2b)。空間上該地層主要表現為由西至東，地質體厚度逐步變薄。西側以片巖為主，原巖多為碎屑巖、碳酸鹽巖以及火山巖類，東側則轉變為以成熟度較高的石英巖、大理巖、中酸性侵入巖等長英質含量較高的巖石。整體上石英巖夾片巖組合為該組主要標志特征[16]。在西側的木孜塔格石花山地區小廟巖組出露厚度較大，地層巖性保留較好，以大理巖、石英巖為主，局部有黑云斜長片麻巖等，厚度大于8500m；東部在青海省都蘭小廟地區，其主體以長石石英砂巖、石英巖、大理巖等，厚度大于714m。三岔頂地區小廟巖組主要出露的巖性為石英巖、片麻巖、片巖夾淺粒巖、變粒巖、大理巖及少量斜長角閃巖，其分布的空間位置、巖石組合均與區域上出露的小廟巖組可對比。

1—大理巖；2—白云石大理巖；3—石英巖；4—黑云母石英巖；5—黑云母長石石英巖；6—含石榴子石石英巖；7—石英片巖；8—二云母石英片巖；9—含石榴子石二云母石英片巖；10—綠泥絹云石英片巖；11—二長片麻巖；12—鈣質黑云片巖；13—長石石英片巖；14—混合巖；15—糜棱巖；16—斷層；17—地層產狀；18—長城系小廟巖組；19—下石炭統托庫孜達坂組圖2 三岔頂地區小廟巖組實測地質剖面圖(a)及巖性對比柱狀圖(b)

2 巖石學特征

研究區小廟組巖石組合復雜，主要為一套石英巖、片麻巖、片巖夾淺粒巖、變粒巖、大理巖、斜長角閃巖等中級變質的巖石組合，特征變質礦物為角閃石、石榴子石、斜長石、白云母、絹云母、黑云母、綠泥石、石英等，變質程度達到高綠片巖相—低角閃巖相。總體上看，小廟巖組巖石以發育透入性片理為特征，石英巖、片巖中塑性流變褶皺、石英脈褶、“M”型褶皺及石香腸構造十分發育，條帶狀、條紋狀構造多見。巖石中普遍疊加后期的多期韌性剪切應變，形成不同構造層次的構造片巖和糜棱巖、糜棱巖化巖石，片巖、石英巖及石英脈經歷了強烈的變質變形作用改造，不同程度地改變了該組地層的原始組構和面貌。

本次研究主要在月牙河西和黃泥河上游地區進行詳細的實測地質剖面研究(圖2a)，結合地質路線觀察及鏡下鑒定結果，研究區小廟巖組主要巖石類型可以歸納為石英巖類、片巖類、片麻巖類、斜長角閃巖類4大類。

2.1 石英巖類

二云石英巖：淺灰綠色、灰色，含鱗片粒狀變晶結構，似變余層理結構。巖石主要由石英(85%～90%)、白云母(10%)、黑云母(1%～5%)及少量斜長石組成，副礦物為磁鐵礦、磷灰石等，巖石輕碎裂，可見網狀裂隙，沿裂隙有方解石、不透明礦物充填交代(圖3c、圖3d)。

a—薄層狀含石榴子石石英巖；b—含石榴子石石英巖(單偏光；Q—石英，Ser—絹云母)；c—二云母石英片巖；d—二云母石英片巖(正交偏光；Q—石英，Ser—絹云母，Bt—黑云母)；e—含石榴子石絹云石英片巖；f—含石榴子石絹云石英片巖(單偏光；Grt—石榴子石)；g—絹云石英片巖中發育的“N”型變形并沿軸部發生錯斷；h—斜長角閃巖早期塑性變形和晚期脆性變形疊加(正交偏光；Pl—斜長石，Hb—角閃石)；i—含石榴子石黑云斜長片麻巖(單偏光；Grt—石榴子石)圖3 研究區小廟巖組典型巖石照片

含石榴子石二云長石石英巖：灰色，鱗片粒狀變晶結構，變余層理構造。巖石主要由石英(65%～70%)、長石(10%～15%)、黑云母(15%～20%)、白云母(5%～10%)、石榴子石(1%～2%)組成，副礦物為磁鐵礦、鋯石、磷灰石等，巖石輕碎裂，沿裂隙有鉀長石、絹云母、方解石充填交代(圖3a、圖3b)。

2.2 片巖類

含石榴子石二云石英片巖：淺灰色、淺灰綠色，含鱗片粒狀變晶結構，片狀構造。巖石主要由石英(70%～75%)、白云母(20%～25%)、黑云母(5%～10%)、石榴子石(1%～2%)及少量炭質組成，副礦物有磁鐵礦、鋯石、磷灰石等。巖石至少受到3期變形。早期由礦物定向分布構成S1，S1受到一系列褶皺彎曲，其軸面劈理構成S2，S1斜交S2，晚期為脆性變形(圖3e、圖3f)。

含石榴子石白云母石英片巖：淺灰白色，鱗片粒狀變晶結構，片狀—變余層理構造。巖石主要由石英(60%～65%)、白云母(30%～35%)、斜長石(1%～5%)、黑云母(1%～2%)、石榴子石(1%～2%)組成，副礦物為磁鐵礦、鋯石、磷灰石等。巖石輕碎裂，沿裂隙有綠泥石及方解石、不透明礦物充填交代。

2.3 片麻巖類

含石榴子石黑云斜長片麻巖：淺灰綠色、淺灰色，含鱗片粒狀變晶結構，似片麻狀構造。巖石主要由石英(10%～15%)、斜長石(75%～80%)、黑云母(10%～15%)、石榴子石(2%～3%)組成。石英大致分為2個世代：一世代半自形粒狀呈包體狀分布石榴子石內，一般0.01～0.2mm；二世代石英呈他形粒狀，一般0.1～1mm，定向分布，波狀消光明顯，集合體似透鏡、似條紋狀定向分布；斜長石大致分為2個世代：一世代呈近等軸粒狀包體狀分布石榴子石內，一般0.01～0.05mm；二世代斜長石呈他形粒狀，一般0.1～0.5mm，定向分布，局部隱約可見聚片雙晶，被絹云母及少量方解石、黝簾石交代，還有微量磁鐵礦、鋯石、磷灰石、榍石等副礦物組成。巖石碎裂明顯，巖內常見網狀裂隙，沿裂隙有碎粒、碎粉狀長英質分布，局部被方解石、不透明礦物充填交代(圖3i)。

2.4 斜長角閃巖類

斜長角閃巖：灰綠色，粒狀變晶結構、堆晶結構，似片麻狀構造、塊狀構造。巖石由斜長石(20%～25%)、角閃石(75%～80%)組成。斜長石呈他形粒狀，大小一般0.2～0.5mm，定向分布，可見聚片雙晶，被絹云母及鈉長石交代，斜長石牌號：An=41；角閃石呈他形柱狀，大小一般0.5～1mm，定向分布，褪色明顯，部分集合體似條紋狀定向分布，局部被綠泥石交代(圖3h)。

3 年代學特征

本次工作在黃泥河上游采集新鮮含石榴子石黑云斜長片麻巖(2016RZ10)進行鋯石U-Pb同位素測年，根據鏡下鑒定，樣品鋯石多呈不規則狀，中心顏色較深，邊部為淺色，總體無色或淡黃色、淺黃綠色，粒徑多50～100μm，內部成分相對均一，陰極發光圖像(圖4)表現晶面復雜，晶棱圓滑、鏡面有溶蝕，增生結構發育，見變質礦物包裹體。

本次共測定25個點，測試數據結果見表1，測得年齡可分為3組(圖4)。第1組4粒鋯石數據，諧和年齡為(994±11)Ma；第2組3粒鋯石數據，諧和年齡為(775±12)Ma；第3組數據(13個點)206Pb/238U年齡集中，加權平均值的誤差與單個分析誤差基本一致，在諧和圖中集中落在諧和線上，諧和年齡為(613.6±3.6)Ma。這3組年齡代表3次地質事件發生，為該區的構造演化提供了較有利的時間證據。經研究認為這3組年齡為該套地層發生中深變質的年齡，并不代表巖石的形成年齡。

圖4 新疆東昆侖三岔頂地區小廟巖組含石榴黑云斜長片麻巖鋯石陰極發光圖及鋯石U-Pb變質年齡諧和圖

表1 研究區小廟巖組鋯石U-Pb測年數據分析結果表

1∶25萬木孜塔格幅在研究區西側的石花山一帶取得Sm-Nd同位素模式年齡為984Ma(變質年齡)，與本次所得年齡較為一致。在東昆侖東段的青海省境內，普遍發育一套與研究區中深變質地層在巖性、變質程度均相似的地層，在青海省地層中將其劃分為小廟群，歸屬長城系，主要是依據在格爾木以東的都蘭小廟剖面中發現它被含化石的薊縣—青白口系整合覆蓋，相當于1∶25萬木孜塔格幅小廟群第一亞群中采到疊層石Cryptoaooncf，時代為長城紀。陳有忻[12]等對青海可可沙地區小廟巖組進行鋯石U-Pb測年，認為其形成于為1683～1554Ma，屬于中元古代。綜合對比研究，認為研究區該套地層可以和青海境內的小廟群對比，時代應同屬中元古代長城紀。

4 巖石地球化學特征

本次研究所采取的樣品均采自地質剖面和主干路線，選擇具有代表性的新鮮巖石進行巖石地球化學分析，共計4件樣品，巖性分別為含石榴石英巖(1件)、含石榴石英片巖(2件)和黑云斜長片麻巖(1件)。樣品主量、微量和稀土元素的測試工作由核工業新疆理化分析測試中心鑒定完成。主量元素利用AxiosmAx型原子吸收分光光度計進行測試，FeO由氫氟酸、硫酸溶樣，采用重鉻酸鉀滴定的容量法進行測試，誤差小于等于2%；微量和稀土元素利用NexION 350X型電感耦合等離子質譜儀及ICAP6300型電感耦合等離子原子發射儀完成，誤差小于等于5%，分析結果見表2、表3。

表2 研究區小廟巖組變質巖主量元素分析結果(%)及相關特征值表

表3 研究區小廟巖組變質巖微量、稀土元素分析結果(×10-6)及主要參數表

4.1 主量元素特征

由表2可以看出，小廟巖組變質巖SiO2含量較高(65.97%～77.03%)，大部分70%以上，僅黑云斜長片麻巖相對較低(65.97%)；TiO2含量較低(0.19%～0.75%)，其中黑云斜長片麻巖相對其他巖石類型含量要高；Al2O3含量普遍較高(12.42%～15.46%)，Al2O3>CaO+Na2O+K2O；FeOT含量為3.21%～5.29%；MgO含量變化較大(0.26%～2.54%)，黑云斜長片麻巖中MgO含量明顯高于其他巖石類型；K2O含量為0.66%～2.70%，Na2O含量為3.09%～4.87%，堿含量相對較高。這些數據特征指示研究區小廟巖組變質巖原巖可能為碎屑沉積巖。

從尼格里特征值可以看出，k值相對較低(k=0.08～0.36)，鋁相對不足(t=-0.21～9.81)，富鈣(c=8.48～14.01)，堿含量較高(alk>20)，巖石中普遍含有少量石榴子石富鋁礦物，說明原巖可能為泥質砂巖。

4.2 微量元素特征

由小廟巖組變質巖微量元素分析結果可知(表3)，巖石樣品Ba和Zr含量較高，分別為(144～423)×10-6和(58～152)×10-6，Sr含量變化較大，為(140～386)×10-6，表明小廟巖組物源以近源為主。Sr/Ba比值為0.43～0.97，平均為0.70，均小于1，顯示出副變質巖特征；Cr/Zr比值為0.08～0.94，平均為0.39，表明小廟巖組物源以長英質巖石為主。在大陸上地殼平均值標準化蛛網圖解中可以看出(圖5a)，元素豐度與大陸上地殼平均值接近，Sr、P、Ti相對虧損，Sm、Nd略富集，說明小廟巖組變質巖原巖可能來源于大陸上地殼。

圖5 小廟巖組變質巖微量元素上地殼標準化蛛網圖(a)和稀土元素配分曲線圖(b)[17]

4.3 稀土元素特征

小廟巖組變質巖稀土元素總量變化較大，為(42.59～205.46)×10-6，輕、重稀土含量分別為(28.05～183.27)×10-6、(10.36～22.19)×10-6。由稀土元素球粒隕石標準化配分曲線(圖5b)可以看出，小廟巖組變質巖輕重稀土分餾較明顯，呈輕稀土富集的右傾型，具銪負異常，δEu為0.59～0.74，平均值為0.67。以上特點均顯示為太古代之后的沉積巖特點。

5 討論

5.1 原巖類型

變質巖中副礦物特征也是恢復變質巖原巖類型的重要依據之一。由于不同副礦物對風化、搬運以及變質作用，具有相對的穩定性，它們在不同成因類型原巖中的賦存情況和特點不同，因而，變質巖所含副礦物的種類、組合、標型特征、晶形、顏色、大小及含量，對判別變質巖的原巖成因類型具有重要意義。研究區小廟巖組變質巖的副礦物主要有磁鐵礦、磷灰石、鋯石、榍石等。磁鐵礦含量一般1%左右，最多可達5%，多已壓碎成粉末條痕狀；磷灰石含量一般1%，常為柱粒狀、粒狀；其余礦物含量較少，榍石為楔形粒狀--不規則粒狀，鋯石多為不規則粒狀、微粒狀；各種副礦物多聚集分布，具分選性，反映出副變質巖石中副礦物的特征。

通過巖石地球化學分析，在(al+fm)-(c+alk)-si圖解(圖6a)中，除黑云斜長片麻巖落在火山巖區，石英巖及石英片巖均落在泥巖、砂巖區；為了區分正變質巖和砂質、泥質巖形成的副變質巖，利用(Al+∑Fe+Ti)-(Ca+Mg)圖解(圖6b)恢復原巖，樣品點投在了亞雜砂巖-雜砂巖區，說明研究區小廟巖組變質巖為副變質巖。在(al-alk)-c圖解(圖6c)中，樣品投點于長英質黏土及雜砂巖區，同樣顯示出副變質巖的特征。在變質作用過程中，稀土元素相對于主量元素更不易受到影響，因此利用∑REE-La/Yb圖解(圖6d)能較好的區分正變質巖和副變質巖[19]，樣品點落入砂質巖和雜砂巖區及頁巖和黏土巖區。

圖6 研究區小廟巖組變質巖原巖判別圖解(al+fm)-(c+alk)-si圖解[18]、(Al+∑Fe+Ti)-(Ca+Mg)圖解[19]、(al-alk)-c圖解[19]和∑REE-La/Yb圖解

根據野外巖石產狀特征、結構構造及巖石組合特征、變質礦物共生組合特點，結合巖石地球化學特征，研究區小廟巖組變質巖為副變質巖，其原巖為火山碎屑沉積巖。

5.2 源區特征

沉積巖地球化學成分是研究物源區類型、氣候特征、搬運方式及成巖過程等復雜地質過程的一個重要指標[14]。K2O/Al2O3、Al2O3/TiO2等地球化學指標能很好的確定細碎屑巖物源區成分，研究區小廟巖組變質巖K2O/Al2O3值為0.05～0.17，平均0.11，Al2O3/TiO2值為20.78～65.52，平均52.73，Cr/Zr值為0.08～0.94，平均0.38，說明母巖中堿性長石含量較少，物源主要來自于長英質巖石。主量元素氧化物判別函數可以有效區分鎂鐵質的、中性的或長英質火成巖和石英沉積巖等物源區，樣品點主要落入長英質火成巖物源區和中性巖火成巖物源區(圖7a)，反映出物源區巖石類型較復雜；在La/Th-Hf圖解(圖7b)中，樣品點主要落入混合長英質/基性火山巖物源區和長英質物源區，說明小廟巖組變質巖物源區以長英質為主，而且很少有古老沉積物加入。

判別函數1=-1.773TiO2+0.607Al2O3+0.76TFe2O3-1.5MgO+0.616CaO+0.509Na2O-1.224K2O-9.09；判別函數2=0.445TiO2+0.07Al2O3-0.25TFe2O3-1.142MgO+0.438CaO+1.475Na2O+1.426K2O-6.861圖7 研究區小廟巖組變質巖物源特征判別圖解[20-21]

5.3 沉積環境分析

SiO2和K2O/Na2O的相互關系可以很好地判斷砂巖形成的構造背景，研究區小廟巖組樣品均落入活動陸緣區域(圖8a)，在SiO2/Al2O3-K2O/Na2O圖解(圖8b)中，樣品點落在活動大陸邊緣和演化島弧構造背景區域中，在主量元素判別函數圖解(圖8c)中，樣品點均落在活動陸緣區域，表明研究區小廟巖組形成環境主要為活動大陸邊緣環境。

函數1=-0.0447SiO2-0.972TiO2+0.008Al2O3-0.267Fe2O3+0.208FeO-3.082MnO+0.14MgO+0.195CaO+0.719Na2O-0.032K2O+7.51P2O5+0.303;函數2=-0.421SiO2+1.988TiO2-0.526Al2O3-0.551Fe2O3-1.61FeO+2.72MnO+0.881MgO-0.907CaO-0.177Na2O-1.84K2O+7.244P2O5+43.57圖8 研究區小廟巖組變質巖構造背景判別圖解[22-23]

華北板塊在2.0～1.7Ga期間發生強烈的構造--巖漿--變質事件，主要表現為非造山巖漿活動、裂解型火山--巖漿活動和退變質作用，代表了古元古代--中元古代重要的裂解事件及相應的物質體現[14]。小廟巖組是東昆侖造山帶中元古代變質結晶基底，經歷了多期構造運動和變質作用，峰期變質作用達到低角閃巖相[12]，其代表了東昆侖地區響應Columbia超大陸裂解事件的物質記錄，巖石地球化學研究結果顯示，研究區小廟巖組原巖建造以陸源碎屑巖為主，物源區為長英質物源區，形成環境為活動大陸邊緣環境，在Columbia超大陸裂解背景下，東昆侖地區區域應力體制由擠壓轉換為拉張，開始在古元古代結晶基底上拉張裂解形成裂谷，海水侵入以后開始接受沉積，形成中元古代小廟巖組。

6 結論

(1)研究區小廟巖組主要為一套長英質中級變質巖，主要巖石類型可以歸納為石英巖類、片巖類、片麻巖類、斜長角閃巖類4大類，整體上石英巖夾片巖組合為該組主要標志特征，特征變質礦物為角閃石、石榴子石、斜長石、白云母、絹云母、黑云母、綠泥石、石英等，變質程度達到高綠片巖相—低角閃巖相。

(2)研究區小廟巖組鋯石U-Pb年齡可分為3組，分別為(994±11)Ma、(775±12)Ma和(613.6±3.6)Ma。筆者認為這3組年齡為小廟巖組發生中深變質的年齡，并不代表巖石的形成年齡。

(3)巖石地球化學特征表明，研究區小廟巖組變質巖具有高硅、富堿、低鐵鈦的特點，微量元素豐度與大陸上地殼平均值接近，稀土元素曲線呈右傾型，具有負銪異常，指示研究區小廟巖組變質巖原巖可能為來源于大陸上地殼的碎屑沉積巖。

(4)根據野外巖石產狀特征、結構構造及巖石組合特征、變質礦物共生組合特點，結合巖石地球化學特征，研究區小廟巖組變質巖為副變質巖，其原巖為火山碎屑沉積巖。物源區以長英質為主，而且很少有古老沉積物加入，形成環境主要為活動大陸邊緣環境。