引用本文
王燚, 杨学俊, 白宪洲, 叶春林, 贾小川, 熊昌利, 黄柏鑫, 罗改. 青海省河南县三叠系伊利石结晶度与极低级变质作用[J].中国地质调查, 2020,7(3): 67-74.
WANG Yi, YANG Xuejun, BAI Xianzhou, YE Chunlin, JIA Xiaochuan, XIONG Changli, HUANG Baixin, LUO Gai. Crystallinity and metamorphism of illite from Triassic strata in Henan County of Qinghai Province[J].Geological Survey of China, 2020,7(3): 67-74.  
doi: 10.19388/j.zgdzdc.2020.03.09
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青海省河南县三叠系伊利石结晶度与极低级变质作用
王燚, 杨学俊, 白宪洲, 叶春林, 贾小川, 熊昌利, 黄柏鑫, 罗改
1.四川省地质调查院,成都 610081
2.四川稀有稀土战略资源评价与利用重点实验室,成都 610081

第一作者简介: 王燚(1985—),男,工程师,主要从事地质学、自然地理学研究。Email: wangyi35799999@163.com。

收稿日期: 2019-04-04
基金资助: 青海省原国土资源厅“青海省河南县托叶玛地区I47E00723、I47E00823、I47E00923、I47E00924四幅1:5万区域地质矿产调查(编号: 中铝基金200803)”项目资助
摘要

在开展“青海省河南县托叶玛地区I47E007023、I47E008023、I47E009023、1I47E009024四幅1:5万区域地质矿产调查”时,为验证该地区三叠系变质情况,针对三叠系中泥岩(页岩)的伊利石结晶度做了分析测试。30件样品的实验结果表明: 北部宗务隆—泽库地层分区三叠系泥岩(页岩)伊利石Kübler结晶度指数为0.312~0.537,晶胞参数 b0为0.898 0~0.903 2 nm,判断其变质温度小于350 ℃,具葡萄石-绿纤石和沸石相; 南部西倾山地层分区三叠系泥岩(页岩)的伊利石Kübler结晶度指数为0.21~0.318, b0为0.898 1~0.901 4 nm,变质温度主要分布在200~350 ℃,局部>350 ℃,具葡萄石-绿纤石和绿片岩相。研究认为青海省河南县地区区域变质程度较低,为极低级变质作用或者未发生区域变质作用,且南部西倾山地层分区的变质程度略高于北部宗务隆—泽库地层分区变质程度。这一变质相带研究结论与前人认为的“区域低温动力变质作用及低绿片岩相变质带”不一致,变质程度相对更低。该研究证实了在青海省河南县地区三叠系地层中不存在大面积区域变质作用,仅存在极低级区域变质作用。

关键词: 极低级变质作用; 晶胞参数 b0; 青海省河南县; Kübler结晶度指数
中图分类号:P578.963;P588.34 文献标志码:A 文章编号:2095-8706(2020)03-0067-08
Crystallinity and metamorphism of illite from Triassic strata in Henan County of Qinghai Province
WANG Yi, YANG Xuejun, BAI Xianzhou, YE Chunlin, JIA Xiaochuan, XIONG Changli, HUANG Baixin, LUO Gai
1. Sichuan Geological Survey Institute, Chengdu 610081, China
2. Key Laboratory of the Evaluation and Utilization of Strategic Rare Mentals and Rare Earth Resources of Sichuan Province, Cheng Du 610081, China
Abstract

In order to verify the Triassic stratum metamorphism in this area, the crystallinity of illite in mudstone (shale) of Triassic stratum was analyzed and tested during the 1:50 000 regional mineral geological survey (I47E007023, I47E008023, I47E009023,1I47E009024)in Tuoyema area of Henan Mongolian Autonomous County in Qinghai Province. According to the experimental results of 30 samples, the crystallinity index of Triassic mudstone (shale) illite Kübler in Zongwulong-Zeku stratigraphic division in the north is 0.312-0.537, and the cell parameter b0 is 0.898-0.903 2 nm. The metamorphic temperature is less than 350 ℃, with the grape-chlorite and zeolite facies. The crystallinity index of Triassic mudstone (shale) illite Kübler in the western inclined mountain stratigraphic division in the south is 0.21-0.318, and the b0 value is 0.898 1-0.901 4 nm. The metamorphic temperature is mainly between 200 and 350 ℃, with the local temperature above 350 ℃ and grape-chlorite and greenschist facies. It is considered that the regional metamorphism grade in this area is very low or has no regional metamorphism. The metamorphism degree of the western dipping mountain stratum in the south is slightly higher than that of Zongwulong-Zeku stratum in the north. The measured metamorphic facies belts are not consistent with the previous thought, that is "regional low temperature dynamic metamorphism and low greenschist facies metamorphic belts", and the degree of metamorphism is relatively lower. It is confirmed that there is no large area regional metamorphism in the Triassic strata of Henan County in Qinghai Province, but only very low-level regional metamorphism.

Keyword: very low-grade metamorphism; cell parameter b0; Henan Mongolian Autonomous County; Kübler index
0 引言

河南蒙古族自治县位于青海省东南部。根据前人资料[1, 2]研究认为: 研究区的区域变质岩主要为印支期区域低温动力变质岩, 主要分布在宗务隆— 泽库地层分区的三叠系隆务河组和古浪堤组, 以及西倾山台地晚泥盆世— 早中三叠世地层中; 主要岩石类型有大理岩、变火山岩、变砂岩、板岩和千枚岩, 属于低绿片岩相变质带; 宗务隆— 泽库变质带的变质程度高于西倾山。

20世纪中期开始逐渐有科学家研究成岩作用及低级变质作用与埋深连续性的关系[3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10], 1967— 1968年Kü bler[11]采用X射线衍射技术(XRD) 测量伊利石结晶度, 提出了Kü bler(以下简称K.I.)指数(也被称之为伊利石结晶度(IC), 是伊利石1 nm衍射峰的半高宽), 被广泛应用于研究低级、极低级变质作用, 并且实现了极低级变质带的划分[12, 13, 14, 15]。近年来逐渐有我国学者采用伊利石结晶度来研究各地的极低级变质作用[16, 17, 18]。目前国际上较为常用的方法采用K.I.指数判断极低级变质作用的范围。鉴于此, 本次系统采集了样品进行伊利石结晶度、晶胞参数b0等研究, 从而判断青海省河南县地区三叠系的极低级变质作用。本次研究[19]在野外调查期间未在三叠系中发现大面积区域变质作用, 且薄片也未见区域变质作用, 故推测该地区可能仅存在极低级区域变质。为了证实这个推测, 本次分别在调查区内5个地方共采集了30个样品进行伊利石结晶度分析, 用以判断该地区三叠系是否发生区域变质作用。

1 研究区概况

青海省河南县一带位于秦岭造山带泽库中生代弧后前陆盆地褶断带与西倾山(隐伏)微地块交接部位。南邻康西瓦— 木孜塔格— 阿尼玛卿晚古生代结合带, 北临宗务隆山— 青海南山晚古生代— 早中生代裂陷带, 西接昆仑造山带, 为3大构造域过渡衔接部位。构造形迹总体呈NW、NS向展布, 反映研究区经历多次强烈构造运动。

调查区《青海省区域地质志》[1]以一条推断的断裂为界将该区分为华北地层大区和华南地层大区, 断裂以北为华北地层大区的秦祁昆地层区之宗务隆山分区, 断裂以南为华南地层大区的南秦岭— 大别山地层区的西倾山小区。1:25万河南县幅区域地质调查[2]将研究区划分为宗务隆— 泽库地层分区和西倾山地层分区(图1)。

图1 研究区地质简图和样品采集位置[19]Fig.1 Geological sketch and sampling position in the study area[19]

2008— 2012年四川省地质调查院在该地区开展了青海省托叶玛等4幅区域矿产地质调查[19]。本次调查以河南— 赛尔龙隐伏断裂为界, 将调查区划分为2个分区, 断裂北侧为宗务隆— 泽库地层分区, 而断裂南侧为西倾山地层分区。

本次研究主要涉及宗务隆— 泽库地层分区的三叠系隆务河组(T1-2l)、古浪堤组(T2g)和西倾山地层分区的三叠系浩斗扎阔尔组(T1-2hd)。

2 岩石学特征

隆务河组主要为一套青灰、黄灰绿色中— 厚层中— 粗粒岩屑长石砂岩、岩屑砂岩、粉砂岩与粉砂质泥(页)岩、泥(页)岩组成的不等厚韵律层, 发育交错层理、粒序层理、重荷模等沉积构造。古浪堤组主要为一套灰绿色、灰色、厚— 中厚层状、中— 细粒含砾岩屑砂岩、岩屑长石砂岩、粉砂岩与泥(页)岩、粉砂质泥(页)岩组成的不等厚韵律互层, 局部还可以见到极少量的砂质灰岩和砂质白云岩。浩斗扎阔尔组由碳酸盐岩向上变为砂泥(页)岩夹碳酸盐岩, 至最上部的碳酸盐岩减少、厚度变薄的岩性组合。

本次在三叠系中总共采集薄片样品186个, 其中岩屑石英砂岩8个、长石石英砂岩6个、长石岩屑砂岩129个、粉砂岩23个、角岩化砂岩1个。从调查区样品薄片分析鉴定结果(表1, 表2)可以看出根据该地区三叠系中主要岩性为岩屑石英砂岩、长石石英砂岩、长石岩屑砂岩、粉砂岩、黏土岩, 变质岩样品中见有1个角岩化砂岩, 未见有区域变质岩, 并且在所有岩石样品中均未见变质矿物, 说明本地区区域变质作用不发育。

表1 样品薄片分析砂岩鉴定结果 Tab.1 Sandstone identification results of sample slices
表2 样品薄片分析黏土岩鉴定结果 Tab.2 Clayrock identification results of sample slices
3 样品采集与实验方法
3.1 样品采集

本次工作在三叠系中一共采集30件样品进行伊利石结晶度测试, 均为黏土类岩石(泥岩或页岩), 这些样品的采样位置见图1, 野外岩性照片见图2。

图2 河南县地区野外地质岩性特征Fig.2 Field geological and lithologic characteristics of Henan County

30件样品的采样位置见图1(b)。D9007JB1~D9013JB1共7件样品在泽库县至河南县的公路边, 位于哈赫特哇日附近, 属务隆— 泽库地层分区隆务河组(T1-2l)。D9021JB1、D9023JB1~D9028JB1共7件样品位于河南县北东侧约10 km的洛市布附近, 属宗务隆— 泽库地层分区古浪堤组(T2g)。D9035JB1、D9036JB1、D9038JB1、D9040JB1、D9041JB1共5件样品位于尖克南西西方向约10 km的雪多附近; D9043JB1~D9047JB1共5件样品位于托叶玛向南约10 km的托叶玛乡至多松乡公路边; D9048JB1~D9053JB1共6件样品位于托叶玛向南侧约6 km的加日果刚让附近; 这16件样品属西倾山地层分区三叠系浩斗扎阔尔组(T1-2hd)。

3.2 实验方法

测试在西南科技大学环境与资源学院中心实验室完成, 测试时间为2010-12-01— 2011-01-31。具体步骤如下。

(1)试样经破碎至1 mm, 缩分得到缩分样, 将缩分样粉碎到细于72目(< 210 μm)后, 加入适量蒸馏水中, 超声分散15 min后, 以重力沉淀方法选出< 2 μm颗粒, 经105 ℃烘干备用。

(2)XRD分析于日本理学D/max-3B型X射线衍射仪上进行。测试执行标准为石油天然气行业标准《SY/T 6210— 1996沉积岩中黏土矿物总量和常见非黏土矿物X射线衍射定量分析方法》。CuKα 管压40 kV、管流30 mA, 石墨歪晶单色器; 发散狭缝1° , 接收狭缝0.3 mm, 防散射狭缝1° ; 步进扫描0.02° (Δ 2θ )。

(3)获得各试样的XRD图谱(图3), 用于测试伊利石K.I.指数的XRD图谱2θ 范围为3° ~15° , 用于测试伊利石晶胞参数的XRD图谱2θ 范围为3° ~70° , 采用JADE软件对XRD图谱进行拟合后得出伊利石K.I.指数, 采用Checkcell精修伊利石晶胞参数。

图3 部分样品伊利石XRD图谱
Counts.测角仪一步内收集到的光子数量; d.晶面间距(原子层的间距), 10-10 mFig.3 XRD spectra of illite in some samples

4 实验结果

1~14号样品采样位置属于宗务隆— 泽库地层分区, 15~30号样品采样位置属于西倾山地层分区(表3)。从表3可以看出, 不同分区伊利石K.I.指数不同, 并表现出不同规律。宗务隆— 泽库地层分区K.I.指数为0.312~0.537, 平均值0.399, 略大于西倾山地层分区, 其大小为0.21~0.318, 平均值为0.253。晶胞参数又名晶格特征参数, 是用于表达晶胞大小和形状的6个参数, 本次测得的6个晶胞参数见表3, 其中b0介于0.898 0~0.903 2之间。本次实验获得样品数量众多, 所有样品的伊利石XRD图谱无法全部列出, 部分样品获取的伊利石XRD图谱见图3。

表3 各试样采样坐标、Kü bler结晶度指数及晶胞参数 Tab.3 Sampling coordinates, Kü bler crystallinity index and cell parameters of each sample
5 极低级变质作用特征
5.1 变质相带

Kü bler指数(K.I.)根据国际上广泛的采用划分方法, K.I.> 0.42(Δ 2θ /(° )), 为成岩带; K.I.为0.25~0.42(Δ 2θ /(° )), 为近变质带; K.I.< 0.25(Δ 2θ /(° )), 为浅变质带。表3显示: 宗务隆— 泽库地层分区K.I.为0.312~0.537(Δ 2θ /(° )), 属于成岩带— 近变质带; 西倾山地层分区的K.I.为0.21~0.318(Δ 2θ /(° )), 属于近变质— 浅变质带。总体看宗务隆— 泽库地层分区变质程度小于西倾山地层分区变质程度。

有关极低级变质相的划分, Frey[20]利用伊利石K.I.指数来划分极低级变质相, 即当K.I.< 0.25(Δ 2θ /(° ))时, 属绿片岩相; 当K.I.为0.25~0.42(Δ 2θ /(° ))时, 属绿纤石-阳起石相和葡萄石-绿纤石相; 当K.I.> 0.42(Δ 2θ /(° ))时, 属沸石相。所确定的变质相分别为: 北边的务隆— 泽库地层分区具葡萄石-绿纤石相和沸石相; 西倾山地层分区属葡萄石-绿纤石相, 极个别样品属于绿片岩相。

5.2 变质压力

伊利石晶胞参数b0被广泛作为地质压力计。根据Sassi等[21]分类标准, b0< 0.9 mm为低压相, 0.900 0 nm≤ b0≤ 0.904 0 nm为中压相; b0> 0.904 0 nm为高压相。宗务隆— 泽库地层分区b0为0.898 0~0.903 2 nm, 平均值0.900 7 nm, 属于低— 中压相; 西倾山地层分区b0值为0.898 1~0.901 4 nm, 平均值为0.900 6 nm, 属于低— 中压相。总体上看西倾山地层分区和宗务隆— 泽库地层分区的变质压力基本相等。

不过由于伊利石(白云母)b0具有随压力而增大的规律, 具有一定的统计意义。朱明新等[22]根据b0的这种规律做出了低压至高压变质带伊利石b0的频率累计曲线。本次研究将调查区30件样品根据其采样位置所在的构造单元分别将它们的伊利石b0的数值投于图4中, 得到虚线a、b, 可以看出宗务隆— 泽库地层分区和西倾山地层分区伊利石b0的数值都落入低压— 低中压型变质带。

图4 伊利石b0频率累计曲线 [6]
1.Bosost低压型; 2.New Hampshire中低压型; 3.Otago中高压型; 4.Sanbagawa高压型; a.泽库b0频率累计曲线; b.西倾山b0频率累计曲线Fig.4 Cumulative frequency curve of illite b0 value[6]

5.3 构造背景

根据燕守勋等[23]研究成果, 钾质白云母晶胞b0值的大小不仅可以反映变质压力的大小类型, 还可以确定构造背景。燕守勋等[23]认为洋脊增生背景的b0为0.902~0.906 nm, 伸展盆地的b0为0.898~0.901 nm, 阿尔卑斯碰撞背景的b0为0.900~0.903 nm。据此可以判断西倾山地层分区采集的样品具有伸展盆地背景; 宗务隆— 泽库地层分区所采集的样品同时具有伸展盆地背景和阿尔卑斯型碰撞背景。

5.4 变质温度

根据Frey[20]的研究成果, 当K.I.> 0.42时, 属于成岩带, 变质温度< 200 ℃; 当K.I.介于0.25~0.42之间时, 属于近变质带, 变质温度为200~350 ℃; 当K.I.< 0.25时, 属于浅变质带, 变质温度> 350 ℃。表3数据反映如下变质温度信息: 宗务隆— 泽库地层分区采集的样品变质温度有的< 200 ℃, 有的在200~350 ℃之间; 西倾山地层分区样品变质温度主要为200~350 ℃, 个别> 350 ℃。总体看宗务隆— 泽库地层分区变质温度小于西倾山地层分区变质温度。

6 结论

(1)根据研究区伊利石Kü bler指数(K.I.)和晶胞参数b0推测出了青海省河南县地区三叠系地层变质温度、变质压力, 划分出了变质带和变质相。宗务隆— 泽库地层分区三叠系变质温度< 350 ℃, 压力低— 中等, 属低中压变质类型, 具葡萄石-绿纤石和沸石相; 西倾山地层分区三叠系变质温度主要在200~350 ℃之间, 局部大于350 ℃, 压力低— 中等, 属低中压变质类型, 具有葡萄石-绿纤石岩相, 极个别样品属于绿片岩相。

(2)调查区变质程度低, 属极低级变质作用或未发生区域变质作用。南部西倾山地层分区的变质程度略高于北部宗务隆— 泽库地层分区。西倾山地层分区属于极低级变质带— 浅变质带, 宗务隆— 泽库地层分区属于低级变质带— 成岩带。

(3)本次测得的变质相带与前人认为的“ 区域低温动力变质作用及低绿片岩相变质带” 不一致, 变质程度相对更低。前人还认为宗务隆— 泽库变质带的变质程度高于西倾山的变质程度, 但是本次测试结果正好相反。

(责任编辑: 常艳)

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