福建建瓯高门地区马面山俯冲增生杂岩中石英岩地质特征及其成因探讨

聂童春 周小栋

(福建省地质调查研究院，福州，350013)

福建中北部发育的一套中浅变质岩系，传统以层序地层观点将其划分为新元古代马面山(岩)群。其中广泛发育的石英岩类，前人将其作为龙北溪(岩)组的划分标志层位。该套岩性因经历了强烈的变质重结晶作用，原岩的结构、构造均未保留，对其原岩恢复及成因探讨带来较大困难，学术界研究一直未有定论。“中国区域地质志·福建志”认为该套岩性原岩为石英砂岩或(钙镁)硅质岩类[1]，龙北溪(岩)组形成于稳定的陆缘浅海环境，但其论证尚值商榷。

在福建1∶5万建瓯市等4幅区调项目调查过程中，应用“造山带混杂岩”填图的思路和方法对该套中浅变质岩系重新认识，将其厘定为早古生代马面山俯冲增生杂岩[2]，并划分出俯冲增生杂岩的基质和一系列不同类型岩块，对折历—高门一带广泛发育的石英岩进行调查，初步认为该套岩性原岩为硅质岩,形成于开阔的远洋环境。在“福建中-北部马面山混杂岩调查研究及其大地构造意义”项目调查过程中，在上述认识的基础上，进一步分析研究，认为该套岩性原岩为硅质岩，属热水沉积类型，形成于不同的大洋沉积环境。这对证实马面山(岩)群为一套俯冲增生杂岩有较大帮助,对研究其形成发展以及该区域洋陆转换有着重要意义。

1 地质特征

图1 建瓯大丘—高门一带地质简图Fig.1 Geological schematic map of Daqiu-Gaomen area in Jianou city1—第四系；2—马面山俯冲增生杂岩基质；3—大金山岩组；4—硅质岩岩块；5—碳酸盐岩岩块6—基底变质岩岩块；7—玄武岩岩块；8—晚侏罗世正长花岗岩；9—中泥盆世花岗岩；10—古元古代花岗岩；11—中细粒花岗岩；12—硅化；13—俯冲增生构造线；14—地质界线；15—韧性剪切带；16—断层；17—同位素年龄样采集点及测试数据Ⅳ-51(1)北武夷隆起区； Ⅳ-51(2)南武夷晚古生代坳陷区；Ⅳ-52(1)闽东火山断坳带； Ⅳ-52(2)平潭-东山剪切构造带

照片1 建瓯高门石英岩岩块分布特征Photo.1 The distribution characteristics of the quartzite rock mass in Gaomen area of Jianou citya—黑云斜长变粒岩与石英岩接触关系；b—斜长角闪岩中的石英岩

研究区位于北武夷隆起区东南缘，政和—大埔深大断裂带从区内通过，地质构造极其复杂。此次调查工作通过对马面山俯冲增生杂岩的确定，在大丘-高门一带识别出一条俯冲增生带，该俯冲增生带北侧为古元古代大金山岩组，东南侧断续为晚期花岗岩侵入，构造迹线以北东东向为主。在俯冲增生带内基质中分布各类岩块及中泥盆世花岗岩(图1)，基质以黑云斜长变粒岩为主，少量云母石英片岩，据岩块岩性特征其原岩划分有玄武岩岩块、碳酸盐岩岩块、硅质岩岩块及基底变质岩岩块等不同类型。其中硅质岩岩块岩性主要为石英岩，在折历、茂上、义安等地发育较为密集，多呈透镜状、团块状等不同形态产出于基质中，石英岩与基质呈构造接触(照片1-a)，部分地段与斜长角闪岩、透辉石岩等岩块及花岗岩混杂产出(照片1-b)。岩块大小不等，以数厘米至几十米为主，局部可达数百米，在高门西南侧出露宽度近1 km。

2 岩石特征

石英岩主要呈块状产出，局部石英岩与透辉石岩呈互层状产出(照片2-a)，据所含矿物情况可进一步划分为石英岩、透辉石石英岩、含磁铁石英岩和石榴石石英岩，以石英岩为主，岩石多呈糖粒状(照片2-b)。其中在杨柏洋—茂上一带，硅质岩岩块受后期韧性剪切作用较强，岩石破碎。

照片2 建瓯高门石英岩岩石特征Photo.2 The rock characteristics of the quartzite rock mass in Gaomen area of Jianou citya—薄层状石英岩；b—“糖粒状”石英岩

(含磁铁)石英岩(照片3-a)：岩石矿物以石英为主，局部含少量长石黑云母、白云母、磁铁矿、石榴石等。石英(≥95%)，粒状变晶结构，呈等轴粒状或不规则状外形，矿物粒径为0.05～1.5 mm。受动力作用影响，形态拉长，长轴具定向排列，强波状消光。晶体中包裹有细小磁铁矿矿物。磁铁矿(3%)，分布较均匀，呈不规则状外形。矿物粒径为0.01～0.2 mm，长轴具定向排列。不透光，具磁性。

糜棱岩化石英岩(照片3-b)： 糜棱结构，块状构造，原岩为石英岩，组成岩石的矿物绝大部分为石英(95%)，含少量长石(3%)、磁铁矿(2%)矿物。岩石遭受韧性剪切力作用，原岩的结构、构造全消失。石英遭受韧性剪切力作用，显塑性变形，形态拉长明显，长轴具定向排列，构成岩石之流状构造。石英切面较浑浊，强波状消光或发生动态重结晶。长石受韧性剪切力作用，呈碎屑状，粒径在0.1～0.5 mm，被铁质浸染。磁铁矿受韧性剪切力作用，形态拉长，长轴具定向排列，粒径在0.02～1 mm，不透光，具磁性。

照片3 建瓯高门石英岩显微镜下特征(正交偏光×40)Photo.3 The microscopic characteristics of the quartzite rock mass in Gaomen area of jianou citya—石英岩，粒状变晶结构，视域内矿物全为石英；b—糜棱岩化石英岩,糜棱结构，流状构造，视域内矿物全为石英

3 岩石地球化学特征及其成因探讨

硅质岩岩块的岩性主要为石英岩、含磁铁石英岩等，此次在丘敦、大丘和高门一带采集了石英岩3件、含磁铁石英岩2件样品进行测试分析(表1)。需要说明的是，该套岩性产于早古生代马面山俯冲增生杂岩中，在定位过程中经历了较为强烈的构造改造，区域内后期也发生了多期次的构造岩浆热事件，故不排除石英岩的物质组成在这些过程中受到一定程度的影响。如含磁铁石英岩中含量较高的Fe、Mg、Ca等是由石英岩的原始物质组成，还是后期改造过程中加入尚难以判断。

表1 石英岩主量(×10-2)及部分稀土元素(×10-6)分析结果

续表1

据已有资料研究表明，硅质岩主要区分为热水成因和非热水成因2种，具体有化学作用、生物作用、生物化学作用和某些火山作用所形成的富含二氧化硅的沉积岩等。目前对硅质岩的成因判别方法较多[3]，在证实研究区内石英岩的原岩为硅质岩的基础上，对其形成环境进一步分析。

图2 研究区石英岩稀土配分模式图(据北美页岩标准值[5])Fig.2 Rare earth distribution model diagram of quartz rocks in the study area(According:North American shale standard value)

(1)区内石英岩岩石化学成分以SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO等为主，其中SiO2含量较多为81.67%～95.05%，其余组分均较少；稀土总量(∑REE)为11.94×10-6～28.84×10-6，平均为22.01×10-6，稀土总量较低，轻重稀土分馏不明显，在稀土配分模式图上形态总体较为平缓(图2)，这些特点均与化学沉积硅质岩的特点类似[4]。而研究区内这些石英岩的围岩、变粒岩、片岩类(原岩恢复为砂泥质碎屑沉积岩，岩石地球化学特征反映为被动陆缘环境)稀土总量(∑REE)为176.66×10-6～372.71×10-6，平均为271.06×10-6(1)福建省地质调查研究院，福建1∶5万建瓯市、南雅、玉山、西溪幅区域地质调查报告，2018。，轻重稀土分馏强烈，呈明显的右倾形态，二者特征差别较大。

(2)Bonjour J L 和Dabard M P[5]对碎屑沉积岩的Ti/Nb 比值研究结果反映，正常碎屑沉积岩的Ti/Nb比值大于300，而该带内石英岩类的Ti/Nb比值为115.76～160，平均为135.87，二者差距较大，表明区内石英岩不属于正常的碎屑沉积岩。上述说明石英岩与围岩的物源及形成环境有着较大差别。故综合判断，该区石英岩原岩不可能是石英砂岩类，而是硅质岩类。

(3)在TFe2O3-SiO2图解中(图3)，有4件样品沿SiO2至热水沉积端元连线附近分布，显示主要为热水沉积硅质岩的特点。在Al2O3-SiO2图解中(图4)，5件样品均投影在热水沉积硅质岩的范围内。结合硅质岩岩块的地质学及岩石学特征，综合分析认为带内的石英岩的原岩应为海相热水沉积的硅质岩类[6]。

图3 硅质岩岩块TFe2O3 -SiO2图解(据Takada. [6]1986修改)Fig.3 TFe2O3-SiO2 diagram of siliceous rock block(According:Takada.modifications)

图4 硅质岩岩块Al2O3-SiO2图解(据Takada. [6]1986修改)Fig.4 Al2O3-SiO2 diagram of siliceous rock block(According:Takada.modifications)

(4)据已有研究表明，大陆边缘沉积的硅质岩MnO/TiO2比值偏低，一般均小于0.5，开阔大洋中的硅质沉积物的比值则比较高，可达0.5～3.5。而此次5件样品该比值均不小于0.5。 硅质岩的Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)比值，大陆边缘一般在0.5～0.9；远洋盆地一般在0.4～0.7，洋中脊一般小于0.4[7]。而此次采集的5件样品中有3件样品低于0.4，2件样品在0.6～0.9。

(5)在硅质岩沉积环境各类图解中(图5)，反映出区内石英岩形成于不同的沉积环境。

图5 区内石英岩沉积环境各类图解(据Murray[7，8])Fig.5 Various diagrams of quartz sedimentary environment in the study area(According:Murray)

(6)Murray 认为[8]常量、微量和稀土元素中，稀土元素受成岩作用的后期影响最小，因而稀土元素携带了硅质岩最原始的沉积环境信息，稀土元素的总含量和每种元素的绝对含量对指示海相硅质岩的成岩环境具有重要意义。

(7)李北康等总结的稀土元素特征值(表2)[9]。研究区样品的δCe为0.90～1.37，平均值1.03；δEu为0.60～0.84，平均值0.72；而(La/ Yb)N为0.45～1.87，平均值1.13；(La/ Ce)N为0.93～1.36，平均值1.21。根据研究区内石英岩样品分析结果，其主要位于广海平原和大陆边缘区间。

表2 研究区不同沉积环境硅质岩稀土特征值

通过上述资料综合分析，结合区内石英岩产出分布形态，表明区内石英岩原岩为硅质岩而非石英砂岩，该套硅质岩属热水沉积型。在不考虑后期变质作用对石英岩的物质组成的影响因素下，初步判断区内石英岩形成于大陆边缘、广海平原、洋中脊等不同环境，充分反映了俯冲增生杂岩的混杂特征。

4 时代探讨

此次研究采用LA-ICP-MS方法对石英岩进行锆石U-Pb同位素测试。样品采集来自于建瓯高门南侧石英岩岩块中(pm401-17)，该岩块为区内发现的最大石英岩岩块，出露范围约1 km2，岩性以石英岩为主，局部夹少量透辉石英岩、含磁铁石英岩，岩块边部叠加有后期韧剪切变形，样品采集于新鲜未叠加后期韧性剪切变形的石英岩中。

锆石呈棕褐色，半透明状，他形粒状、等轴状，粒径多在60～120 μm，部分锆石呈面状分带，且内部较均匀， 核幔边结构不发育，但未见明显磨圆和环带结构，茂上南侧石英岩中(pm401-17)锆石Cl图像及测点位置(照片4)，共分析了51个点(表3)，Th/U比值较小，均在0.33以下，其中有8个点在0.1以下。锆石206Pb/238U表面年龄为325.6～416.8 Ma。

照片4 茂上南侧石英岩锆石CL图像及测点位置Photo.4 CL image and measuring point position of quartzite in the south of Maoshang area

表3 茂上南侧石英岩(Pm401-17)锆石U-Pb同位素分析结果

续表3

在207Pb/235U～206Pb/238U谐和图(图6)上，样品均沿谐和线呈串珠状连续分布，表明岩石在该期间经历持续的变质改造作用。在206Pb/238U表面年龄频谱图上(图7)，在370～390 Ma发育最大峰值，加权平均年龄为(379.7±2.8)Ma(MSWD = 0.70，n=17)，代表了岩石变质峰期年龄。

图6 茂上南侧石英岩锆石U-Pb年龄谐和图及加权平均值图Fig.6 Diagram U-Pb age harmonic and weighted mean of quartzite rockmass in the south of Maoshang area

图7 茂上南侧石英岩锆石年龄频谱图Fig.7 Zircon age spectrum of the quartzite rockmass in the south of the Maoshang area

研究表明，岩浆锆石Th/U比值一般大于0.4 ，变质锆石Th/U比值一般小于0.1[10]，结合锆石形态，石英岩中锆石均表现为变质锆石，未发现碎屑锆石，锆石表面年龄最大为416.8 Ma，与其围岩以继承元古代年龄信息的碎屑沉积岩有着明显差别。石英岩的锆石特征及其年龄信息从一方面反映了其原岩是硅质岩类而非石英质砂砾岩类，与围岩形成不同的沉积环境，证实其属“岩块”属性；另一方面表明该石英岩原岩硅质岩形成时代不晚于416.8 Ma，也反映出俯冲增生杂岩在形成、增生及拼合过程中经历了较为漫长的时间及复杂而强烈的构造改造过程，年龄信息反映该区俯冲增生活动在中泥盆世最为强烈。

5 结论

(1)建瓯高门一带的石英岩与围岩在岩石特征、岩石化学、年龄特征等方面有着明显差别，表明二者有着不同的物质来源和形成环境，石英岩为该套俯冲增生杂岩的外来岩块。

(2)该套石英岩原岩为一套硅质岩，属热水成因，其形成应与洋底火山活动有关，初步判断区内石英岩形成于大陆边缘、广海平原、洋中脊等不同环境。

(3)硅质岩在构造定位后，伴随俯冲增生持续改造，发生强烈的重结晶作用，变质为石英岩，其时代跨越时间较长，以中泥盆世为变质峰期。