河北良崗阜平巖群巖性特征及原巖恢復探討

侯建軍, 董立帥

河北省地質礦產勘查開發局第九地質大隊, 河北 邢臺 054000

1 阜平巖群巖性組合特征

從2 900 Ma 年前開始在古陸核的邊緣沉積了火山—沉積巨旋回的阜平巖群。 在阜平運動期間由于區域熱流場較均勻使阜平巖群遭受了廣泛的區域變質作用[1]。 研究區大地構造位置處于宣化—易縣盆地Ⅲ(四級)[2], 主要出露巖性為元坊巖組 (Ar3y)和宋家口巖組(Ar3s)。

1.1 元坊巖組

研究區元坊巖組(Ar3y) 構成該區古老的結晶基底, 主要分布于易縣桑崗、 富崗、 章子溝、 泉彎等地, 其他地區零星出露。 區內該巖組多呈不規則殘留體賦存于新太古代變質深成巖之中, 以中薄層磁鐵石英巖為標志, 但該層位不太穩定, 通常厚0.2 ～1.5 m不等, 常沿走向尖滅, 連續性較差。 該套地層被后期地層角度不整合覆蓋或斷層接觸。 與新太古代宋家口巖組的構造面理呈平行接觸。 其上被古元古代薊縣紀高于莊組不整合覆蓋或與古元古代霧迷山組呈斷層接觸。 地層整體走向為北東向。

圖1 研究區地質簡圖Fig. 1 Geological map of the study area

區內該巖組經歷了強烈的多期次變質變形改造,原始沉積疊覆關系遭受嚴重破壞, 在強烈的面理置換和片內構造變形作用下, 原始地層層序難以厘定, 整體顯示成層無序特征, 屬構造巖石地層單位。

巖石組合為黑云斜長片麻巖、 角閃黑云斜長片麻巖、 黑云斜長(二長) 變粒巖夾角閃斜長變粒巖、 斜長角閃巖、 薄層淺粒巖、 磁鐵(角閃) 石英巖、 紫蘇磁鐵石英巖等[3], 局部見石榴斜長角閃巖。 該套巖石被新太古代變質深成巖侵入, 受后期改造影響與其呈現構造面理平行接觸。

1.2 宋家口巖組

宋家口巖組(Ar3s) 主要出露于易縣勝利莊、 麻峪溝門、 苑崗村等地, 是研究區最古老的變質表殼巖之一。 區內該巖組出露零星, 亦呈大小不等、 不規則殘留體分布于新太古代變質深成巖之中。 該巖組上、下層面的構造面理與新太古代阜平巖群元坊巖組、 新太古代變質深成巖呈平行接觸或被元古代變質細粒二長花崗巖侵入。 在易縣南缶子一帶被中元古代薊縣紀高于莊組一段角度不整合覆蓋。 地層整體走向為北東及北東東向。 區內該巖組經歷了強烈的多期次變質變形改造, 根據巖石組合特征劃分3 個巖段地層單位。

一巖段 (Ar3s1): 可稱淺粒巖段。 以淺粒巖為主, 夾灰綠色方解透輝巖、 淺灰色黑云斜長變粒巖,少量灰紅色透輝大理巖。 整體為一套以淺粒巖為主夾鈣硅酸鹽的組合。 以黑云斜長片麻巖結束, 灰綠色方解透輝巖的出現為宋家口巖組的宏觀劃分標志, 特征明顯, 可分性較強。

二巖段(Ar3s2): 可稱鈣硅酸鹽巖段。 以灰綠色方解透輝巖、 灰紅色透輝大理巖、 灰綠色綠簾透輝巖為為主, 夾少量淺灰色黑云斜長變粒巖。 整體為一套以鈣硅酸鹽巖為主夾少量變粒巖的組合。 該巖段底為灰綠色方解透輝巖。 一、 二段劃分可與淺粒巖出露多少為標志, 即淺粒巖為主為一巖段, 鈣硅酸鹽為主為二巖段, 二者劃分界限不明顯, 呈漸變接觸。

三巖段(Ar3s3): 可稱大理巖段。 以灰白色大理巖、 灰白色含金云母大理巖、 灰黃色厚層大理巖為主, 夾淺粉色透輝大理巖、 灰綠色綠簾透輝巖, 頂部可見變粒巖。 該巖段整體為大理巖為主夾少量鈣硅酸鹽巖的組合, 以大套灰白色大理巖出現為三巖段的宏觀劃分標志, 與二巖段呈漸變接觸。

1.3 兩巖組區分對比

宋家口巖組與元坊巖組巖石同屬中高級變質巖巖石組合, 變形普遍, 局部強烈。 兩巖組整體均以殘留體的形式賦存于變質深成巖中。 但二者在以下幾個方面存在差異。

(1) 顏色構造方面

元坊巖組巖石以片麻狀構造為主, 巖石顏色普遍較深。 宋家口巖組巖石以層狀構造為主, 巖石顏色相對較淺, 且色雜。

(2) 巖性組合特征方面

元坊巖組整體為一套片麻巖夾斜長角閃巖、 淺粒巖巖石組合, 以磁鐵石英巖為標志; 宋家口巖組則為一套石英淺粒巖、 鈣硅酸巖、 大理巖巖石組合。 野外區分明顯。

(3) 分布特征方面

元坊巖組廣泛分布于易縣良崗—富崗一帶, 宋家口巖組僅在易縣北酸棗、 勝利莊一帶小面積出露。 整體呈現由北西向南東依次為元坊巖組、 宋家口巖組、中元古代沉積蓋層, 由老至新出露。

(4) 變質程度方面

元坊巖組原巖變質變形作用改造強烈, 幾乎不見原巖痕跡; 宋家口巖組雖經強烈變質變形作用改造,但局部變余層理構造、 變余沉積結構仍有所保留。

(5) 形成環境方面

區內元坊巖組原巖可能為基性火山巖—陸源碎屑沉積建造, 而宋家口巖組原巖為一套陸源碎屑巖—碳酸鹽巖沉積建造, 二者存在較大差異。

綜上, 二者時代雖同屬新太古代, 但其形成時間及形成環境上差異較大。 元坊巖組形成于新太古代早期, 宋家口巖組形成于新太古代晚期, 二者未變質前可能為(角度) 不整合關系。 受多期運動改造影響,致使二者野外通常呈構造面理平行接觸。

2 原巖恢復

良崗地區阜平巖群經歷了長期而復雜的變質變形作用改造過程, 變質巖石的原巖結構、 構造絕大部分難以保存或保存甚少。 實際上, 任何一種原巖恢復的巖石化學方法都有其局限性。 只有針對研究對象選擇合適的方法, 以及采用多種方法綜合分析, 才能達到比較正確的結果[4]。 本次工作依據變質巖的巖石組合特征、 原巖殘余結構、 構造標志并結合巖石化學、 地球化學等方面對阜平巖群元坊巖組和宋家口巖組進行原巖恢復。

2.1 元坊巖組

2.1.1 巖石組合及原巖殘余結構、 構造

區內元坊巖組(Ar3y) 整體為一套片麻巖夾斜長角閃巖組合, 巖石成層性較好, 相對較穩定, 橫向延伸較遠, 韻律特征發育。 良崗一帶發育黑云角閃斜長片麻巖—黑云斜長片麻巖—斜長角閃巖—磁鐵石英巖等韻律互層(圖2)。 區內發育2 種斜長角閃巖: 一種顏色較深, 為灰黑色, 變余層狀構造, 成層性較好, 橫向延伸較穩定, 厚30 ～80 cm, 局部厚度大于1 m, 在大于100 m 露頭范圍內厚度變化不大, 巖石相對較松軟, 較易風化, 顯示沉積成因巖性組合; 另一種顏色相對較淺, 為深灰色, 呈似層狀或透鏡狀,透鏡體厚0.5～2 m, 長20～30 m, 長軸走向與片麻理基本平行, 巖石較堅硬, 相對抗風化, 局部見氣孔構造, 氣孔呈較規則橢圓狀, 定向不明顯, 大小5 ～8 mm, 顯示火山成因特征。 淺粒巖呈變余薄層狀產出, 厚5～8 cm, 但在近百米露頭范圍內橫向延伸穩定。 深灰色斜長角閃巖局部可見石榴輝石斜長角閃巖, 認為可能為基性火山巖經高壓變質所致。

圖2 元坊巖組巖性組合韻律特征Fig.2 Rhythmic characteristics of Lithologic Association of Yuanfangyan formation

綜上所述: 區內元坊巖組原巖可能為基性火山巖—陸源碎屑沉積建造。

2.1.2 利用巖石化學及地球化學恢復原巖

我們在良崗一帶阜平巖群元坊巖組(Ar3y) 取得了磁鐵石英巖、 黑云斜長片麻巖、 黑云角閃斜長片麻巖、 淺粒巖、 角閃石巖及斜長角閃巖等巖性, 并進行了稀土分析、 硅酸鹽分析、 微量元素分析。 結合樣品分析結果首先采用適用范圍較廣泛且恢復原巖效果較好的(al+fm) - (c+alk) 對Si 圖解 (圖3), 目的是正確的區分正變質巖或負變質巖。 從(al+fm) - (c+alk) 對 Si 圖解中可以看出片麻巖類主體落入火山巖區, 其中5 號、 9 號樣品落入火山巖區靠近沉積巖區附近。 其原巖有可能是正變質巖, 也有可能是負變質巖。 反映其原巖可能火山碎屑沉積巖或原巖母巖可能為火山巖。 淺粒巖中序號10 樣品在上述圖解中落入沉積巖區, 推測其原巖應為負變質巖。 據A-C-FM 圖解 (圖4) 顯示, 磁鐵石英巖1～3 號樣品均落入硅鐵質巖類區內, 屬沉積巖, 推測原巖為負變質巖。 4 ～6號黑云斜長片麻巖樣品落入中性—酸性火山巖和雜砂巖區, 7～9 號黑云角閃斜長片麻巖落入基性火山巖及部分泥灰質巖石區, 11 號角閃石巖落入基性火山巖與超基性巖交界區, 12～15 號斜長角閃巖落入基性火山巖區, 反映其原巖可能為基性火山巖。

圖3 (al+fm) - (c+alk) 對Si 圖解[7,10]Fig.3 (al+fm) - (c+alk) versus Si diagram of gneiss

圖4 A-C-FM 圖解[11]Fig.4 A-C-FM diagram

為進一步區分原巖為火山巖及沉積巖的巖石類型。 將原巖為沉積巖的按Log (Na2O/K2O) -Log(SiO2/Al2O3) 圖解(圖5) 進一步分析。 5 號、 9 號片麻巖、 10 號淺粒巖均落入雜砂巖區。

圖5 Log (Na2O/K2O) -Log (SiO2/Al2O3) 圖解[12]Fig.5 Log ( Na2O / K2O ) -Log ( SiO2/ Al2O3) diagram

將原巖可能為火山巖通過TAS 圖解(圖6) 進一步分析, 發現4 號、 6 號片麻巖落入英安巖區, 7 號、8 號片麻巖及12、 13、 15 號斜長角閃巖落入玄武巖區, 14 號落入堿玄巖、 碧玄巖區, 11 號角閃巖落入苦橄玄武巖區。

圖6 TAS 圖解[13]Fig.6 TAS diagram

2.1.3 形成環境分析

在TiO2/10-MnO-P2O5圖解 (圖7) 中, 12 ～15號斜長角閃巖均落入島弧拉斑玄武巖區, 結合元坊巖組原巖建造特征, 說明該巖組形成環境屬于消減帶島弧—前陸盆地構造環境。

圖7 TiO2/10-MnO-P2O5 圖解[14]Fig. 7 TiO2/10-MnO-P2O5 diagram

2.2 宋家口巖組

2.2.1 巖石組合及原巖殘余結構、 構造

區內宋家口巖組劃分3 個巖段。 宋家口巖組一巖段(Ar3s1) 整體為一套淺粒巖夾鈣硅酸鹽巖及少量變粒巖的巖石組合。 該類巖石與其他巖石呈互層狀產出, 野外宏觀上成層性好[5], 尤其是淺粒巖厚度50～100 cm, 在30～40 m 露頭范圍內厚度穩定, 顯示沉積成因特征。 該巖段發育淺粒巖—綠簾透輝巖—方解透輝巖韻律互層(圖8), 變余層理構造成發育, 顯示沉積成因特征。 石英淺粒巖原巖可能為石英砂巖; 鈣硅酸鹽巖原巖可能為含鈣質的泥質沉積巖。

圖8 宋家口巖組巖性組合韻律特征Fig.8 Rrhythmic characteristics of Lithologic Association of Songjiakou rock Formation

宋家口巖組二巖段(Ar3s2) 整體為鈣硅酸鹽巖組合, 巖石組合以方解透輝巖、 綠簾透輝巖、 透輝大理巖為主, 三者呈薄韻律互層狀產出, 單層厚3 ～10 cm。 該巖段發育綠簾透輝巖—透輝大理巖韻律互層, 變余層理發育, 顯示沉積成因特征。 鈣硅酸鹽巖原巖可能為含鈣質的泥質沉積巖或泥灰巖。

宋家口巖組三巖段(Ar3s3) 為一套以大理巖為主夾少量鈣硅酸鹽巖的巖性組合, 二者呈韻律狀產出, 成層性較好。 大理巖厚10 ～35 m, 單層厚15 ～30 cm。 鈣硅酸鹽巖呈夾層狀產出, 厚40 ～100 cm,單層厚1～5 cm。 該巖段發育鈣硅酸鹽巖—大理巖韻律互層, 宏觀沉積特征明顯。 大理巖是由石灰巖、 白云巖等碳酸鹽巖類經變質后形成的一類變質巖[6]。 灰白色含金云母大理巖原巖可能為含少量泥質的灰巖;鈣硅酸鹽巖原巖可能為含鈣的泥質沉積巖。 綜上所述, 區內宋家口巖組原巖為一套陸源碎屑巖—碳酸鹽巖沉積建造。

2.2.2 利用巖石化學及地球化學恢復原巖

我們在良崗一帶阜平巖群宋家口巖組(Ar3s) 取得了淺粒巖、 鈣硅酸鹽、 大理巖等巖性稀土分析、 硅酸鹽分析、 微量元素分析樣品, 結合樣品分析結果該巖組采用K-A 判別圖解 (圖9) 及 A-C-FM 圖解(圖10), 目的是為區分正變質巖和負變質巖。 從K-A 判別圖解中可以看出宋家口巖組淺粒巖類、 鈣硅酸鹽巖類及大理巖類巖1 ～6 號樣品均落入沉積巖區內, 反映其原巖應為負變質巖。 1～2 號樣品落入沉積巖區泥質粉砂巖亞區, 3 ～6 號樣品落入碳酸鹽巖亞區。 淺粒巖類在A-C-FM 圖解中落入泥質巖、 雜砂巖區。 鈣硅酸鹽巖在A-C-FM 圖解中落入鈣硅酸鹽巖及石英巖區內。 大理巖類在 A-C-FM 圖解中落入鈣質碳酸鹽巖區, 原巖應為灰巖或泥灰巖。

圖9 K-A 判別圖解[9]Fig.9 K-A discriminant diagram

圖10 A-C-FM 圖解[11]Fig.10 A-C-FM diagram

據研究, 沉積巖中鎂鋁比值m (m=100×MgO/Al2O3) 可作為判別沉積環境的標志之一。 淡水沉積環境 m〈1; 陸海過渡性沉積環境為1〈m〈10; 海水沉積環境為10〈m〈500[8]。 本區淺粒巖 m 值為6.72 ～7.21, 說明其處于陸海交互相沉積產物。 宋家口巖組上部原巖主要以灰巖、 泥灰巖為主, 該套巖性組合代表了陸表海、 淺海陸棚環境下沉積的一套海相沉積物。

2.2.3 形成環境分析

宋家口巖組下部為較厚而穩定的淺粒巖(原巖相當于泥巖、 雜砂巖等), 其上鈣硅酸鹽巖夾變粒巖及少量大理巖。 上部為厚層大理巖夾鈣硅酸鹽等(原巖相當于泥灰巖、 白云巖等)。 這種形式的巖石組合形成于大陸板內的克拉通盆地, 下部是陸源碎屑沉積巖, 上部為與陸表海、 陸棚海及大陸湖盆等類似的構造環境的沉積巖。

綜合分析認為, 宋家口巖組原巖形成于島弧-前陸盆地的構造環境。

3 結論

元坊巖組巖石類型主要以灰色黑云斜長片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖為主, 夾斜長角閃巖、 淺粒巖、黑云斜長變粒巖及似層狀-透鏡狀磁鐵石英巖, 局部夾角閃石巖。 原巖主體為一套英安質、 安山質中性火山碎屑巖夾玄武巖等基性火山巖, 局部可能存在超基性火山巖、 雜砂巖, 因此元坊巖組原巖建造屬中性火山巖夾基性火山巖及陸源碎屑沉積巖建造。該巖組形成環境屬于消減帶島弧—前陸盆地構造環境。

宋家口巖組下部以淺粒巖及鈣硅酸鹽巖主夾黑云斜長變粒巖, 上部以各類大理巖為主, 頂部出現少量的變粒巖。 下部原巖為雜砂巖及鈣質泥巖、 泥灰巖等; 上部原巖為泥灰巖、 灰巖。 其原巖建造為一套陸源碎屑巖-碳酸鹽巖建造, 形成于島弧-前陸盆地的構造環境。