四川米易地區(qū)前震旦紀(jì)五馬箐組變質(zhì)巖特征及原巖恢復(fù)

屈李鵬，陳友良，張 拉，鄭玉文，胡 漾

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都610059；2.中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

四川米易地區(qū)位于青藏高原東南緣，處于攀枝花市東北部，安寧河與雅礱江交匯地區(qū)。在大地構(gòu)造上位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺西緣康滇地軸中南段，瀘定-米易臺拱之米易穹斷束上，元謀-綠汁江斷裂西側(cè)。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為前震旦紀(jì)五馬箐組中深變質(zhì)巖系以及震旦-侏羅系的碳酸鹽巖-碎屑巖建造(見圖1)。區(qū)內(nèi)巖漿活動強(qiáng)烈，主要為大面積分布的晉寧期花崗巖、石英閃長巖以及二疊紀(jì)的峨眉山玄武巖。構(gòu)造熱液活動頻繁，褶皺、斷裂構(gòu)造極為發(fā)育。近年來，在五馬箐組變質(zhì)-混合巖與晉寧期花崗巖的外接觸帶中發(fā)現(xiàn)有重要找礦前景的混合巖型鈾礦[1]，五馬箐組的變質(zhì)巖特征及原巖恢復(fù)研究對查明區(qū)內(nèi)混合巖型鈾礦的成礦地質(zhì)環(huán)境具有重要的意義。

五馬箐組變質(zhì)巖系主要分布在四川米易地區(qū)海塔、風(fēng)流山、埡口五馬箐及回菁溝等地，是一套區(qū)域變質(zhì)作用及混合巖化作用的產(chǎn)物，有關(guān)五馬箐組變質(zhì)巖系的時代歸屬和成因至今尚具有較多爭議。對五馬箐組的研究始于上世紀(jì)六十年代，前人圍繞該組地層做了大量工作：四川一隊(duì)在1∶20萬米易幅中將其統(tǒng)稱為“未分會理群”，時代上歸為古元古代[2]；廖洪昌、楊英杰等認(rèn)為五馬箐組時代應(yīng)歸為古元古代，并認(rèn)為其與下伏地層康定群冷竹關(guān)組整合接觸[3]；姚祖德等認(rèn)為五馬箐組為一套區(qū)域熱變質(zhì)巖，應(yīng)置于會理群、鹽邊群之下康定群之上[4]；朱占祥等將五馬箐組歸入康定群，并置于其上部，組成康定群的新層序[5]；攀西地質(zhì)大隊(duì)認(rèn)為五馬箐組地層應(yīng)屬古元古代，整合于冷竹關(guān)組之上，稱之為下元古界五馬箐巖組[6]；辜學(xué)達(dá)等認(rèn)為五馬箐組與冷竹關(guān)組的混合巖化變粒巖之間為整合接觸，為區(qū)域動力熱流低角閃巖相變質(zhì)巖[7]；陳玉祿等通過對冕寧五馬箐組地層進(jìn)行研究認(rèn)為五馬箐組變質(zhì)巖僅達(dá)低綠片巖相，將五馬箐巖組時代確定為中-新元古代薊縣系-青白口系[8]；姚建等認(rèn)為五馬箐組屬區(qū)域熱變質(zhì)作用及混合巖化作用形成，時代應(yīng)早于會理群，晚于康定群[9]。筆者在埡口地區(qū)野外調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，五馬箐組與上覆的震旦紀(jì)觀音崖組呈角度不整合接觸，應(yīng)屬前震旦紀(jì)的變質(zhì)巖系。

1.新生界；2.寶頂組；3.益門組；4.峨眉山玄武巖；5.燈影組；6.觀音崖組；7.五馬箐組；8.冷竹關(guān)組；9.花崗巖；10.石英閃長巖；11.斷層；12.韌性剪切帶。圖1 四川省米易縣埡口-海塔地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖

1 巖石學(xué)特征

本次研究在米易海塔及埡口地區(qū)的五馬箐組變質(zhì)巖中共采集了22件樣品。根據(jù)野外實(shí)地調(diào)查和室內(nèi)巖礦鑒定結(jié)果，五馬箐組變質(zhì)巖的巖性主要為二云母片巖、石英片巖、黑云斜(鉀)長片麻巖以及部分斜長角閃巖。根據(jù)其巖石學(xué)特征，可以將其分為以下兩類。

1.1 片巖、片麻巖類

片巖類巖性主要有二云母片巖、云母石英片巖、黑云母片巖等。巖石一般呈灰、暗灰、灰黑等色，細(xì)-中粒粒狀鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。礦物成分以石英(55%～65%)、云母類礦物(35%～40%)為主。石英呈粒狀、壓扁拉長狀，后者具定向性，方向與云母定向方向一致(見圖2a)。云母類礦物呈鱗片狀及集合體狀，定向排列且定向性良好(見圖2b)。片狀礦物包括黑云母、白云母、角閃石，粒狀礦物包括石英、斜長石、輝石。副礦物包括鋯石、褐鐵礦等。

片麻巖類巖性主要為黑云斜長片麻巖、黑云鉀長片麻巖等。巖石呈暗灰、灰白等色，中細(xì)粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。礦物成分以長石(40%～60%)為主，次為石英(25%～30%)、黑云母(10%～25%)。礦物多呈它形，局部見輕微粘土化、絹云母化蝕變，夾定向排列、斷續(xù)分布的暗色礦物(片狀礦物)。片狀礦物主要為黑云母，粒狀礦物包括斜長石、鉀長石、石英。副礦物包括榍石、磷灰石、綠簾石、褐簾石、鋯石等。

1.2 斜長角閃巖類

斜長角閃巖類巖性主要為黑云斜長角閃巖，部分斜長角閃巖具有片理，形成黑云斜長角閃片巖、長英質(zhì)角閃片巖、長英質(zhì)黑云母角閃片巖等(如圖2中c、d、e、f所示)。巖石呈深灰綠色、暗灰色、灰黑色等，細(xì)粒柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分主要為斜長石(40%～45%)、角閃石(35%～40%)、黑云母(10%～15%)、輝石夾少量石英，局部長石發(fā)生絹云母化。副礦物包括綠簾石、褐鐵礦、榍石、菱鐵礦等。

從上述巖石的礦物共生組合來看，片巖、片麻巖類巖石的礦物組合為黑云母+白云母+石英+綠泥石，在野外觀察及鏡下鑒定中均未發(fā)現(xiàn)石榴石，應(yīng)屬低綠片巖相。斜長角閃巖類巖石的礦物組合為普通角閃石+斜長石+黑云母+石英+綠簾石，應(yīng)屬低角閃巖相。因此五馬箐組變質(zhì)巖的變質(zhì)相屬于低綠片巖相-低角閃巖相。

2 巖石地球化學(xué)特征

五馬箐組變質(zhì)巖樣品的主量元素含量如表1所示，微量元素含量見表2所示，樣品的全堿-硅(TAS)分類圖如圖3所示。從表1、表2以及圖3可以看出，與巖石學(xué)特征相似，五馬箐組變質(zhì)巖可以明顯地分為兩類，其巖石地球化學(xué)特征如下：

2.1 片巖、片麻巖類

該類樣品具有高硅(SiO2一般>62%)、高鋁(Al2O3一般>13%)、高堿(Na2O+K2O一般>4%)，低鐵(Fe2O3+FeO一般<6%)、低鎂(MgO一般<2%)、低鈣(CaO一般<2%)的特點(diǎn)，且?guī)r石中K2O>Na2O，MgO>CaO。微量元素中Cr、Co、Ni等深源元素含量不高，Rb、Th、Nb、Zr、Hf、Ga、Y等高場強(qiáng)元素富集。在全堿-硅(TAS)分類圖(圖3)中，五馬箐組的片巖、片麻巖類樣品均投影于中-酸性巖中。

2.2 斜長角閃巖類

該類樣品具有低硅(SiO2<52%)、低鋁(Al2O3<13%)、低堿(Na2O+K2O一般<5%)，高鐵(Fe2O3+FeO一般>10%)、高鎂(MgO一般>6%)、高鈣(CaO一般>8%)的特點(diǎn)，且?guī)r石中K2O

表1 四川米易地區(qū)五馬箐組變質(zhì)巖樣品主量元素含量(單位：%)

注：由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心測定。

表2 四川米易地區(qū)五馬箐組變質(zhì)巖樣品微量元素含量(單位：10-6)

注：由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心測定。

1.橄欖輝長巖；2a.堿性輝長巖；2b.亞堿性輝長巖；3.輝長閃長巖；4.閃長巖；5.花崗閃長巖；6.花崗巖；7.硅英巖；8.二長輝長巖；9.二長閃長巖；10.二長巖；11.石英二長巖；12.正長巖；13.副長石輝長巖；14.副長石二長閃長巖；15.副長石二長正長巖；16.副長正長巖；17.副長深成巖；18.霓方鈉巖/磷霞巖/粗白榴巖圖3 巖漿/火成巖系統(tǒng)全堿-硅(TAS)分類圖(底圖引自Eric K. A. Middlmost[10])

3 原巖恢復(fù)

常見變質(zhì)巖的原巖恢復(fù)方法，一般可以采用地質(zhì)產(chǎn)狀及巖石共生組合、變余組構(gòu)判別、巖石礦物方法、巖石化學(xué)方法、地球化學(xué)方法等[11]。由于五馬箐組變質(zhì)巖的變余結(jié)構(gòu)、構(gòu)造保留較少，僅由地質(zhì)產(chǎn)狀和巖相學(xué)特征來恢復(fù)其原巖性質(zhì)比較困難，因此本文主要采用巖石化學(xué)方法和地球化學(xué)方法來進(jìn)行原巖恢復(fù)。

巖石化學(xué)和地球化學(xué)方法進(jìn)行變質(zhì)原巖恢復(fù)，是基于變質(zhì)巖與其原巖在化學(xué)成分上的繼承性[12]。一般來說區(qū)域變質(zhì)作用、熱變質(zhì)作用的變質(zhì)過程是在相對封閉條件下進(jìn)行的，沒有發(fā)生強(qiáng)烈的交代作用，變質(zhì)巖的化學(xué)成分(除水和碳酸外)和原巖基本保持一致，因而其巖石化學(xué)和地球化學(xué)特征基本反映出原巖的特征，并主要受原巖形成作用和成巖構(gòu)造環(huán)境所制約[13]。

3.1 片巖、片麻巖類

恢復(fù)變質(zhì)巖原巖類型和性質(zhì)、推斷變質(zhì)作用的演化過程是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，單一的圖解往往不能全面反映其原巖特征，因此本文采用Zr/TiO2-Ni圖解、TiO2-SiO2圖解、K-A圖解、∑REE-La/Yb圖解、ACFM圖解等多種圖解來進(jìn)行原巖恢復(fù)。

在Zr/TiO2-Ni圖解(見圖4)中，除4個片麻巖樣品落在巖漿巖與沉積巖界線邊緣外，其余片麻巖及片巖樣品全部落在沉積巖區(qū)域；在TiO2-SiO2圖解(見圖5)中，片麻巖樣品均落于巖漿巖和巖漿巖與沉積巖界線邊緣附近，而片巖樣品基本落于沉積巖區(qū)域；在KA圖解(見圖6)中，有2個片麻巖樣品明顯落在巖漿巖區(qū)域(YK-44、YK-45)，另有2個片麻巖樣品落在巖漿巖與沉積巖界線附近，而片巖樣品大多落在沉積巖區(qū)域。在∑REE-La/Yb圖解(見圖7)中，除片麻巖樣品(YK-44、YK-45)未落在圖解Ⅰ～Ⅳ區(qū)域內(nèi)，其余有4個樣品落在砂質(zhì)巖/雜砂巖區(qū)域，6個樣品落在粘土巖/頁巖區(qū)域。通過這四種圖解可以基本判別出片麻巖樣品YK-44、YK-45為正變質(zhì)巖外，其余樣品則很可能為副變質(zhì)巖。

圖4 片巖、片麻巖類樣品的Zr/TiO2-Ni圖解(底圖引自J.A. Winchester[14])

圖5 片巖、片麻巖類樣品的TiO2-SiO2圖解(底圖引自J.Tarney[15])

圖6 片巖、片麻巖類樣品的K-A圖解(底圖引自周世泰[16])K=K2O/(Na2O+K2O)×100%，A= Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O+K2O)×100%

圖7 片巖、片麻巖類樣品的∑REE-La/Yb圖解(底圖引自王仁民[17])Ⅰ-斜長角閃巖區(qū)；Ⅱ-砂質(zhì)巖和雜砂巖區(qū)；Ⅲ-頁巖和粘土巖區(qū)；Ⅳ-碳酸鹽巖區(qū)

在ACFM圖解(見圖8)中，片麻巖樣品(YK-45)落在Ⅰ區(qū)(富鋁粘土巖及酸性巖漿巖)內(nèi)，片麻巖樣品(YK-44)則落在Ⅲ區(qū)(雜砂巖及中堿性巖漿巖)內(nèi)，結(jié)合前面圖解分析，片麻巖樣品(YK-44、YK-45)為正變質(zhì)巖，因此其原巖應(yīng)為酸性巖漿巖或中堿性巖漿巖。而其余片巖、片麻巖大多落在Ⅰ、Ⅱ+Ⅲ和Ⅲ區(qū)域內(nèi)，其原巖應(yīng)為富鋁粘土巖、粘土巖及雜砂巖等。

圖8 片巖、片麻巖類樣品的ACFM圖解(底圖引自Н.Д. Семенеко[18])I.富鋁粘土巖及酸性巖漿巖、II.粘土巖及亞雜砂巖、III.雜砂巖及中性和堿性巖漿巖、IV.長石砂巖、V.凝灰質(zhì)粉砂巖、VI.硅鐵質(zhì)沉積巖、VII和VIII超基性巖、IX基性巖漿巖及鐵質(zhì)白云質(zhì)泥灰?guī)r、X.鈣質(zhì)碳酸鹽巖、XI.鈣硅酸鹽巖及石英巖；∑= Al2O3+CaO+2Fe2O3+MgO；A(鋁質(zhì)系數(shù))=Al2O3/∑×100；C(鈣質(zhì)系數(shù))=CaO/∑×100；F(鐵質(zhì)系數(shù))=2Fe2O3/∑×100；M(鎂質(zhì)系數(shù))=MgO/∑×100(注：對應(yīng)其分子數(shù)計(jì)算)

通過上述圖解的綜合分析，可以得出米易地區(qū)五馬箐組變質(zhì)巖系中的片巖、片麻巖類大多為副變質(zhì)巖，其原巖為粘土巖、雜砂巖等泥砂質(zhì)沉積巖。有部分片麻巖為正變質(zhì)巖，其原巖為酸性巖漿巖或中堿性巖漿巖。

3.2 斜長角閃巖類

本文采用MgO-CaO-FeO圖解、MnO-TiO2圖解、Ni-TiO2圖解，同時結(jié)合野外觀察的變余構(gòu)造特征、樣品中的鋯石CL圖像特征等多種方法來對米易地區(qū)五馬箐組中的斜長角閃巖類進(jìn)行原巖恢復(fù)。

在MgO-CaO-FeO圖解(見圖9)中，斜長角閃巖類10個樣品全部落在正斜長角閃巖區(qū)域。在MnO-TiO2圖解(見圖10)中，10個樣品也全部落在正斜長角閃巖區(qū)域。在Ni-TiO2圖解(見圖11)中，有8個樣品落在原巖為巖漿巖的正斜長角閃巖區(qū)域，只有2個樣品(HT-30、YK-10)落在原巖為泥質(zhì)巖的副斜長角閃巖區(qū)域。

圖9 斜長角閃巖類樣品的MgO-CaO-FeO圖解(底圖引自K.R.Walker[19])I為正斜長角閃巖區(qū)域，II為副斜長角閃巖區(qū)域

圖10 斜長角閃巖類樣品的MnO-TiO2圖解(底圖引自S.N. Misra[20])I為正斜長角閃巖區(qū)域，II為副斜長角閃巖區(qū)域

圖11 斜長角閃巖類樣品的Ni-TiO2圖解(底圖引自B.E. Leake[21])圈閉圖形之內(nèi)為原巖為泥質(zhì)巖的副斜長角閃巖，圈閉圖形外為原巖為巖漿巖的正斜長角閃巖，圖形中部豎線為原圖界限

在野外的鉆孔巖心觀察中，發(fā)現(xiàn)斜長角閃巖類樣品普遍具有變余氣孔構(gòu)造(見圖12)。在斜長角閃巖樣品中挑選出鋯石進(jìn)行陰極發(fā)光(CL)照相，鋯石具有明顯的生長韻律環(huán)帶(見圖13)，表現(xiàn)出典型的巖漿鋯石特征。結(jié)合上述斜長角閃巖類的三種圖解，可以判定五馬箐組變質(zhì)巖中的斜長角閃巖類為正變質(zhì)巖。從前述斜長角閃巖類的主量元素含量來看，其SiO2均小于52%，在全堿-硅(TAS)分類圖(見圖3)中，樣品全部落在基性巖區(qū)域。因此其原巖應(yīng)為基性巖漿巖。

圖12 斜長角閃巖巖心中的變余氣孔構(gòu)造

圖13 斜長角閃巖樣品中鋯石的CL圖像

圖14為10個斜長角閃巖類樣品的微量元素蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)王仁民[17])，樣品的配分曲線整體呈“大隆起”型式，除Y、Yb、Sc、Cr、Zr、Hf之外其他元素都相對富集，且富集程度由Sr到Ba逐漸增強(qiáng)，由Ta到Ti逐漸減弱，與板內(nèi)玄武巖的分布型式相似。綜合以上判定區(qū)內(nèi)斜長角閃巖類的原巖為板內(nèi)玄武巖。

圖14 斜長角閃巖類樣品的微量元素蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)王仁民[17])

4 結(jié)論

通過對四川米易地區(qū)前震旦紀(jì)五馬箐組的巖石學(xué)特征、巖石地球化學(xué)特征以及原巖恢復(fù)研究，可以得出以下結(jié)論：

(1)米易地區(qū)前震旦紀(jì)五馬箐組變質(zhì)巖主要由二云母片巖、石英片巖、黑云斜(鉀)長片麻巖以及部分斜長角閃巖組成。其中片巖、片麻巖類巖石的礦物組合為黑云母+白云母+石英+綠泥石，其變質(zhì)相屬低綠片巖相；斜長角閃巖類巖石的礦物組合為普通角閃石+斜長石+黑云母+石英+綠簾石，其變質(zhì)相屬低角閃巖相。

(2)巖石地球化學(xué)特征研究表明，該套變質(zhì)巖的巖性可以分為明顯不同的兩類。片巖、片麻巖類變質(zhì)巖具有高硅、高鋁、高堿，低鐵、低鎂、低鈣的特點(diǎn)，顯示中酸性巖類的屬性；斜長角閃巖類變質(zhì)巖具有低硅、低鋁、低堿，高鐵、高鎂、高鈣的特點(diǎn)，顯示基性巖類的屬性。

(3)通過采用多種方法和圖解對五馬箐組變質(zhì)巖進(jìn)行原巖恢復(fù)，結(jié)果表明片巖、片麻巖類樣品大多為副變質(zhì)巖，其原巖為粘土巖、雜砂巖等泥砂質(zhì)沉積巖。部分片麻巖為正變質(zhì)巖，其原巖為酸性巖漿巖或中堿性巖漿巖。而斜長角閃巖類均為正變質(zhì)巖，其原巖為板內(nèi)玄武巖。