新疆阿克苏蓝片岩热红外构造样式新认识

周娟（北京华星勘查新技术公司信阳测绘院河南信阳 464000）

作者简介：周娟(1986-)，女，助理工程师，地理信息系统。

摘要：蓝片岩是研究新元古代塔里木板块构造演化乃至全球前寒武纪地质历史和超大陆循环过程的宝贵地质证据，本文以新疆阿克苏地区为例，通过对该区的ASTER热红外遥感图像的处理与岩性提取，阐明了阿克苏蓝片岩地质体中具有无根钩状结构的褶皱形式，填补了前人仅在此处所认识的单斜产状地层的不足。

关键词：蓝片岩；ASTER热红外；遥感图像；阿克苏

1引言

阿克苏蓝片岩是世界上最古老的蓝片岩带之一[1]。阿克苏地区发育的前寒武纪蓝片岩、基性岩墙和火山岩，是研究新元古代塔里木板块构造演化乃至全球前寒武纪地质历史和超大陆循环过程的宝贵地质证据，并且覆于阿克苏群之上的大陆拉斑玄武岩是新元古代(830～750 Ma)地幔柱活动和Rodinia超大陆裂解的直接证据[2]。黄文涛等[3]对阿克苏群蓝片岩中的多硅白云母进行了温度压力计算，得到南部压力大于北部的结论，认为阿克苏蓝片岩是由于古大洋板块向南俯冲于古塔里木克拉通之下而形成的。一些学者利用磷灰石裂变径迹方法对阿克苏群蓝片岩进行构造一热演化史讨论[4]，认为阿克苏蓝片岩形成后快速折返至地表，可能在整个早震旦世一直遭受剥蚀，到晚震旦世才重新开始接受沉积、埋藏，晚震旦世地层基本保持连续，整个古生代也仅缺失中上志留统和中下石炭统，至古生代末，早震旦世和整个古生代地层厚度已近万米。

本文基于阿克苏的一幅ASTER热红外遥感岩性划分后影像，发现了在阿克苏蓝片岩地质体中具有无根钩状结构的褶皱形式，结合前人研究成果，分析该褶皱的成因，填补了前人仅在此处所认识的单斜产状地层的不足。

2研究区地质概况

新疆地区主要由塔里木、伊犁一中天山、准噶尔等地块组成，其中塔里木和伊犁一中天山都已被确定为具有古老前寒武纪基底的陆块，在塔里木东北缘的库鲁克塔格地区出露有新太古代的古老基底，在东南侧的阿尔金山地区更曾获得早达3.6Ga的错石同位素年龄[5]，证明塔里木地块可能具有始太古代的古老陆核基底。如图所示（图1），在塔里木板块西北缘大地构造主要包括柯坪断隆和库车坳陷两个次级构造单元。研究区位于南天山华力西造山带南缘及塔里木板块西北缘的柯坪断隆内。阿克苏地层单元属于柯坪塔格地层小区，东起阿克苏、温宿一带，经印干、柯坪，西止于阿图什北，南以柯坪塔格南麓为界，北以皮羌—苏巴什一线以北与阿合奇小区相接。

图1塔里木板块西北缘构造纲要图

2.1主要地层

区内地层发育较齐全，从老到新依次为，下元古界绿片岩；上震旦统发育完整，上部为碳酸岩，下部以浅海—滨海相陆源碎屑岩为主底部含底砾岩；古生界为碳酸岩及陆源碎屑岩；新生界除阿克苏附近见有少量第三纪海相夹层外，一般为陆相红层及松散的碎屑堆积[4]。

如图2所示，本次重点研究了中元古代长城系阿克苏群，是一套蓝闪绿片岩相变质岩，被下震旦统上部尤尔类那克组不整合覆盖。阿克苏蓝片岩是迄今为止世界上发现的最典型的前寒武蓝片岩之一。阿克苏蓝片岩为一完整的蓝片岩—绿片岩系列，岩层呈北东—南西方向分布，宽约20km，长约40km，褶皱变形强烈。主要由强烈片理化的绿泥石—黑硬绿泥石、黑硬绿泥石—多硅白云母片岩、绿片岩、蓝片岩及少量石英岩、变铁质岩组成，其峰期变质温度在300-400℃。

图2阿克苏前寒武纪蓝片岩分布地质简图[4]

阿克苏蓝片岩通常被认为是中朝—塔里木板块和哈萨克斯坦板块间俯冲发生高压变质形成的[6]。在阿克苏蓝片岩带中没有发现榴辉岩、斜长角闪岩等偏高温的变质岩石，说明蓝片岩不是由这些岩石退变形成的，而是洋壳俯冲变质形成的[7]。据前人[8]研究，由南向北岩性由长英质蓝片岩向变基性火山岩夹基性蓝片岩变化。在南东向的长英质蓝片岩，出露的层厚比较大，厚度大约2km—3km不等。也有白云母片岩地层和变基性火山岩夹基性蓝片岩地层出现，不过出露地层都很薄。

往北西向，主要出露的是变基性火山岩夹基性蓝片岩地层，其中也有长英质蓝片岩与之互层。基性片岩中含有变质出溶成因形成的浅色矿物层，在薄片尺度下表现为平行片理面产出。变质沉积片岩一般表现为泥质片岩和砂质片岩的交替产出，有时也可见泥质片岩和砂质片岩的紧密互层。

从岩性角度来看，长英质蓝片岩、白云母片岩原岩为沉积岩，而变基性火山岩夹基性蓝片岩原岩为火山岩。所以阿克苏群变质岩的原岩不是单一的，而是基性火山岩与长石砂岩、岩屑长石砂岩不均匀互层夹硅质岩薄层等岩石组成的。

2.2研究区构

造蓝片岩地体内部缺乏混杂岩，构造上较连续[9]，内部被十多条北西南东走向的辉绿岩脉所切割。蓝片岩南部出露的辉绿岩脉长度比较长，并且出露的岩脉之间的距离较大。相反的是，在蓝片岩区域靠近北边出露的基性岩脉长度上比南东向的岩脉要短很多，但是出露间隔较小，岩脉之间距离较小。这些岩脉没有切穿上覆的震旦系地层，而是与其不整合接触，这表明这期基性岩侵入事件发生在剥蚀沉积开始之前。

蓝片岩地层内部发育有强烈并且复杂的褶皱变形。肖序常[6,9-11]等人研究认为褶皱可以分为四期。第一期变形与蓝片岩相的高压变质以及变质岩片理面的形成相关联，生成大量厘米至米尺度紧闭的同斜和平卧褶皱，褶皱轴平行于片理面，原始的岩层层面被新生成的面理和线理完全置换，并且大多数造岩矿物沿片理面发育，表明此期变形与蓝片岩相的变质重结晶作用是同时发生的。第二期变形产生露头尺度的与片理面以及第一期紧闭褶皱大尺度相交的开阔褶皱，有时这些褶皱具有明显的剪切性质。第三期变形形成填图尺度的一系列向斜和背斜，轴面走向为北西—南东。最后一期变形发生在新生代，蓝片岩地体与上覆震旦系和古生代地层一起向塔里木盆地推覆。

在蓝片岩变质体的东南方向，有一个非常典型的角度不整合，为震旦纪的苏盖特布拉克组红色沉积碎屑岩角度不整合覆盖在阿克苏蓝片岩基底之上，由北向南从碎屑岩向碳酸盐岩逐渐过渡[12]。

3遥感图像处理与岩性提取

本研究是根据热红外影像来建立岩性划分图，对阿克苏进行遥感构造解译。相比于可见光-近红外波段，热红外在不含水的造岩矿物识别中具有很大的优势。由于卫星获取的热红外影像受多方面的影像，所以在解译钱，需要对影像进行处理。

在影像处理方面，首先通过改进的三通道法对ASTER TIR影像进行大气校正，获取的地表辐射系数Radiance是地物温度和发射率的耦合结果；然后利用参考通道法对发射率分离，得到地物的发射率系数Emissivity；由于传感器扫描条带影响，需要对影像进行傅里叶去噪，得到地表真实发射率图像，结果表明图像与地物真实发射率相似。然后利用野外岩石样品热红外测试数据，分析各岩石的发射率光谱特征，根据阿克苏蓝片岩地区两大岩石类别：绿泥绿帘片岩类和白云母石英片岩类，建立ASTER热红外岩性提取指数，得到岩性划分结果，并对此结果进行构造解译和分析。其中，影像处理的具体流程如下：

依据ASTER的波段设置可知，对于绿泥绿帘石片岩类，其在10.5μm有一个明显的发射谷，对应于ASTER Band 13，其光谱在Band 12到Band13是呈下降趋势的，而白云母石英片岩则正好相反，由于地质体东南部的不整合碳酸盐Band12比Band13值也较高，可引入碳酸盐指数来消除影响，综合以上，得出原岩基性指数BI（Basite Index）为：BI= B13×B14／B10×B12

白云母石英片岩类在Band 13和Band 14上的发射率大于Band10和Band12，而绿泥绿帘片岩则相差不大，据此可建立白云母含量指数MI（Muscovite Index）：MI= B13×B14／B10×B12根据以上指数，得到以下两幅岩性划分图（如图3）：

图3岩性指数划分图（左：原岩基性指数BI；白云母含量指数MI）

4遥感构造新样式的识别

由于地层信息在热红外影像中受地形、风化的影响比较小，热红外对岩层走向的追踪具有非常不错的效果。根据热红外影像特征，解译了一份遥感地质简图，如图4。

图4阿克苏蓝片岩分布遥感地质简图

如图4所示，阿克苏蓝片岩北部地区整套地层呈明显的NE-SW走向，在北东偏东部地层则呈发散状。类似于无根钩状褶皱，推断其形成过程为：受到NW-SE方向强烈压扁作用，片内褶皱的翼部极度拉薄，使褶皱转折端脱离，从而成为片内“无根钩状褶皱”。该区域的构造面理至少为S1。形成模式类似于图5。

对此现象，郑碧海、朱文斌等[3,13]将其归因于强烈而复杂的褶皱变形，并根据野外观察，将该褶皱变形分为4期。而肖序常、格雷厄姆等[6,9]认为在阿克苏蓝片岩区有两次明显的变形期。无论构造变形的期次为多少，根据本次红外图像识别的岩性分布情况，该区的地层分布特征与前人划分的简单单斜（图5）有较大差别。

阿克苏地质体内出现了大量的张节理，多数为辉绿岩墙填充其中，间接表明了整个阿克苏蓝片岩是在受NW-SE方向作用力的强烈挤压下形成。在ASTER Band 12发射率影像上，可以分辨出该地区具有5条比较明显的张节理，其走向呈近似垂直的侵入西北蓝片岩地层中，破坏了地层的连续性。如图6所示，在可见光影像中，岩墙的颜色比较暗，周边地层亮度较亮；而在ASTER热红外Band 12发射率影像中，岩墙呈现出较高的亮度，周边地层的亮度则相对较弱，在Band 10和Band 11的发射率影像上也是如此。岩墙部分的辉绿岩成分由热红外测试可知，其发射率在Band 12处的值为0.946，周边岩性为石英片岩等，其中野外样品绿泥白云母石英片岩测试的发射率为0.816。

图5强烈压扁作用对褶皱的影像据（Willianms，1967）（A）压扁前；（B）被压扁；（C）经强烈压扁后；S1：片理或流劈理；f：无根钩状褶皱

图6 ASTER岩墙识别特征

5结论

本次研究中，根据野外调查记录可知，阿克苏群蓝片岩主要由白云母石英片岩和绿泥绿帘石英片岩，对应原岩为酸性火山岩或杂砂岩、基性岩等，变质火山岩指示其构造环境为与俯冲作用有关的陆缘火山弧环境，变质沉积岩指示构造环境为靠近大陆岛弧的活动大陆边缘构造环境，指示了大陆的形成过程，由此推测，研究区中元古代的岩浆作用可能与全球的哥伦比亚超大陆的形成事件有关，这与前人的结论一致。结合前人的研究和认识，笔者认为，前寒武纪阿克苏群变质岩原岩在中元古代哥伦比亚超大陆形成时形成，在新元古代Rodinia超大陆形成阶段，发生高压变质作用形成一套蓝片岩变质岩系，长城纪阿克苏群变质岩为塔里木古陆的基底，在中元古代晚期一新元古代早期格林威尔造山事件后塔里木地块为Rodinia超大陆的一部分，在830--750 Ma从超大陆裂解出来[14]。在这样的大地构造背景下，阿克苏地质体受到了NW-SE向的挤压，形成了平面上轴迹线为NE-SW向的无根褶皱，且与区域内的岩墙相对应，完善了前人在此处仅为单斜地层的认识。

参考文献

[1] JG Liou,SA Graham,S Maruyama, et al.Characteristics and Tectonic Significance of the Late Proterozoic Aksu Blueschists and Diabasic Dikes, Northwest Xinjiang, China [J]. International Geology Review,1996,38(3):228-244.

[2]王飞.新疆北部前寒武纪基性岩的年代学和地球化学特征及地质意义[J].南京大学,2011(期缺失):页码范围缺失.

[3]黄文涛,于俊杰,郑碧海,等.新疆阿克苏前寒武纪蓝片岩中多硅白云母的研究[J].矿物学报,2009(3):338-344.

[4]张志勇,朱文斌,舒良树,等.新疆阿克苏地区前寒武纪蓝片岩构造—热演化史[J].岩石学报,2008(12):2849-2856.

[5]李惠民,陆松年,郑健康,等.阿尔金山东端花岗片麻岩中3.6Ga锆石的地质意义[J].矿物岩石地球化学通报,2001(4): 259-262.

[6]李锦轶,肖序常.对新疆地壳结构与构造演化几个问题的简要评述[J].地质科学,1999(4):11-25.

[7]姜文波,张立飞.利用钠质角闪石成分环带计算蓝片岩的PTt轨迹———以新疆阿克苏前寒武纪蓝片岩为例 [J].岩石学报,2001(3):469-475.

[8]张立飞,姜文波,魏春景,等.新疆阿克苏前寒武纪蓝片岩地体中迪尔闪石的发现及其地质意义[J].中国科学(D辑:地球科学),1998(6):539-545.

[9]肖序常,格雷厄姆,S.a..中国西部元古代蓝片岩带———世界上保存最好的前寒武纪蓝片岩 [J]. 新疆地质,1990(1): 12-21.

[10]高俊,肖序常,汤耀庆,等.西南天山构造地层学初步研究[J].地层学杂志,1995(2):122-128.

[11]肖序常,汤耀庆,王军,等.中国南天山造山带蓝片岩及其构造意义[J].地球学报,1994(0):54-64.

[12]高振家,陈克强.新疆的南华系及我国南华系的几个地质问题———纪念恩师王曰伦先生诞辰一百周年[J].地质调查与研究,2003(1):8-14.

[13]郑碧海,朱文斌,舒良树,等.阿克苏前寒武纪蓝片岩原岩产出的大地构造背景[J].岩石学报,2008(12):2839-2848.