松潘松潘甘孜地塊前寒武三疊系沉積地球化學(xué)研究

松潘松潘甘孜地塊前寒武三疊系沉積地球化學(xué)研究

1松潘—前言松潘-甘孜地塊是中國大陸結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要基本構(gòu)造單元，聚集了許多地塊和不同類型的造山帶。松潘-甘孜地塊是中國大陸東西兩側(cè)的中心造山系，位于中國大陸東西兩側(cè)的四川、云南和賀蘭構(gòu)造帶的交匯處。因此,松潘—甘孜地塊便有“中國結(jié)”及“中國地質(zhì)百慕大”的稱號(hào)。因此對(duì)該區(qū)沉積物組分和來源進(jìn)行的研究對(duì)于認(rèn)識(shí)其發(fā)展演化具有重要意義。2子板塊的幾何形態(tài)松潘—甘孜地塊位于中國西南部,北鄰勞亞板塊,西鄰青藏高原,東南以龍門山—錦屏山與揚(yáng)子板塊相連,東北以秦嶺造山帶與華北板塊相連接。該地塊是眾多板塊的匯聚區(qū),在平面上呈現(xiàn)為三面圍限會(huì)聚的倒三角形幾何形態(tài)(圖1)。該地塊從前寒武系到中新生界出露完整,內(nèi)部主要以上古生界、中生界三疊系為主導(dǎo),其完整的沉積巖系保存著其形成演化的地球化學(xué)記錄。3分析樣品和分析方法我們對(duì)松潘—甘孜地塊進(jìn)行了詳細(xì)考察和全面樣品采集。采集的樣品主要為砂巖,對(duì)其中32個(gè)樣品的常量元素進(jìn)行了X射線熒光光譜分析(XRF分析);對(duì)39個(gè)樣品(包括XRF分析的32個(gè)樣品)的微量元素進(jìn)行了電感耦合等離子體質(zhì)譜分析(ICP—MS分析)。兩項(xiàng)測(cè)試均在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所進(jìn)行。4常量元素分析4.1種構(gòu)造環(huán)境的影響沉積盆地的物源區(qū)與其構(gòu)造環(huán)境的密切相關(guān),不同構(gòu)造環(huán)境的物質(zhì)所形成的碎屑巖具有不同的地球化學(xué)特征。log(K2O/Na2O)—SiO2判別圖解可劃分出三種構(gòu)造環(huán)境:被動(dòng)大陸邊緣(PM)、活動(dòng)大陸邊緣(ACM)和島弧(ARC)。由圖2可以看出:前寒武系基本都落在活動(dòng)大陸邊緣,平武的一個(gè)樣品落在島弧環(huán)境;寒武系的樣品落在了島弧環(huán)境,廣元和丹巴志留系的樣品落在活動(dòng)大陸邊緣;泥盆系—二疊系的五個(gè)樣品中,北部廣元和平武落在島弧環(huán)境,西南部的樣品落在活動(dòng)大陸邊緣;三疊系樣品大都落在島弧環(huán)境中。由被動(dòng)大陸邊緣(PM)經(jīng)活動(dòng)大陸邊緣(ACM)向島弧(ARC),砂巖的K2O/Na2O比值不斷降低,其成熟度相應(yīng)下降。4.2風(fēng)化程度型成巖巖風(fēng)化過程中Ca、Na一致減少而Al增加,因此風(fēng)化作用化學(xué)指數(shù)CIW(ChemicalIndexofWeathering:Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O)*100)可以表示礦物的風(fēng)化程度。不同巖石礦物的CIW值不同,一般為:斜長(zhǎng)石50左右,閃長(zhǎng)巖20～50,鉀長(zhǎng)石60～85,蒙脫石介于75～80,云母80～100,高嶺石接近100。在CIW—SiO2的圖解(圖3)中可以看出:前寒武系—二疊系的CIW大多在70以上沉積物以鉀長(zhǎng)石、云母為主,風(fēng)化程度較高;三疊系沉積物的風(fēng)化程度普遍較低,沉積物以斜長(zhǎng)石為主。4.3樣品落在中性火成物源區(qū)從砂巖—泥巖組合的物源區(qū)判別圖解(圖4)可以看出:前寒武系的樣品有兩個(gè)落在長(zhǎng)英質(zhì)火成物源區(qū),江油、平武各一個(gè)樣品落在中性火成物源區(qū);寒武系—志留系的樣品大多落在長(zhǎng)英質(zhì)和中性火成物源區(qū),江油的樣品落在石英巖沉積物源區(qū);汶川的泥盆系樣品落在鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū),其它樣品則在長(zhǎng)英質(zhì)、中性和石英巖沉積物源區(qū)交界處;三疊系物源區(qū)為石英巖沉積物源區(qū)和中性火成物源區(qū)。5變量分析5.1樣品中鎂鐵組分的檢測(cè)不活動(dòng)元素La、Th在長(zhǎng)英質(zhì)巖中的含量比基性巖高,而Sc、Co在后者中的含量高。因此,沉積巖中La/Co與Th/Co的比值可用于區(qū)分長(zhǎng)英質(zhì)和鎂鐵質(zhì)源區(qū)。由圖5可以看出:前寒武系樣品的La/Th值為2.8～4.7;寒武—志留系樣品的La/Th值范圍較大(1.5～6.1),可能物源區(qū)不穩(wěn)定或有火山物質(zhì)的加入;泥盆—二疊系的丹巴、江油樣品La/Th值在2.5左右,平武、汶川為3.5,即鎂鐵質(zhì)組分增加;三疊系樣品La/Co值集中于3.0～4.5,Th/Co集中于1.0～1.5,La/Th值集中在2.7～3.1,表明三疊系有相同的物源區(qū)且長(zhǎng)英質(zhì)組分有所增加。5.2活動(dòng)大陸邊緣與寒武系的分離La—Th—Sc,Th—Sc—Zr/10判別圖解可將物源區(qū)的構(gòu)造環(huán)境劃分為大洋島弧(A)、大陸島弧(B)、活動(dòng)大陸邊緣(C)和被動(dòng)大陸邊緣(D)。在La—Th—Sc圖解中,活動(dòng)大陸邊緣和被動(dòng)大陸邊緣的分布區(qū)出現(xiàn)了重疊,Th—Sc—Zr/10圖解將兩者徹底分開。在La—Th—Sc圖解(圖6)中前寒武系的兩個(gè)樣品落在大陸島弧,其它落在活動(dòng)大陸邊緣邊部;在Th—Sc—Zr/10圖解中,除一個(gè)樣品外都落在了大陸島弧。這兩者的矛盾可能是由于此圖解的不完善或不成熟造成的。在La—Th—Sc的圖解(圖7)中,寒武系的樣品落在大陸島弧,志留系的樣品落在活動(dòng)大陸邊緣和被動(dòng)大陸邊緣;在Th—Sc—Zr/10判別圖解中,有寒武系的五個(gè)樣品也在大陸島弧內(nèi),而另外三個(gè)在被動(dòng)大陸邊緣,一個(gè)不能確定。由La—Th—Sc圖解(圖8)可知:泥盆系的樣品落在大陸島弧環(huán)境;二疊系的樣品落活動(dòng)大陸邊緣;與Th—Sc—Zr/10圖解偏差較大。三疊系樣品大多落在大陸島弧環(huán)境,La—Th—Sc,Th—Sc—Zr/10兩個(gè)圖解(圖9)基本吻合。5.3巖石重、稀土元素含量如果組成砂巖的碎屑母巖源自上地殼,那么砂巖中稀土元素的分布型式應(yīng)與上地殼一致。上地殼稀土元素的分布為:富輕稀土,重稀土含量均一和Eu具明顯負(fù)異常。整體來看(圖10),該區(qū)砂巖中輕稀土元素含量少于重稀土元素含量,只有三疊系輕稀土元素含量略大于重稀土元素含量;志留系以下為Eu正異常,泥盆系是其轉(zhuǎn)折點(diǎn)Eu正負(fù)異常均有出現(xiàn),三疊系出現(xiàn)負(fù)異常。因此,三疊系砂巖中的稀土元素分布形態(tài)與上地殼一致即碎屑母巖主要源自上地殼,其它地層的沉積物中則可能有火山物質(zhì)加入。6地質(zhì)時(shí)代及物源區(qū)的變化目前許多學(xué)者對(duì)該區(qū)物源的研究尚存在爭(zhēng)議,主要對(duì)其物源是來自華北板塊還是揚(yáng)子板塊有爭(zhēng)議:對(duì)松潘—甘孜地塊部分地區(qū)的研究表明從早古生代到晚三疊世一直接受揚(yáng)子板塊的物源;法國學(xué)者O.Burguier等(1997)認(rèn)為該區(qū)在震旦紀(jì)和中三疊世以后接受揚(yáng)子板塊的物源,而在其它時(shí)期則接受華北板塊的物源。本文通過對(duì)松潘—甘孜地塊砂巖的常量元素、微量元素含量的分析(表1,表2),對(duì)其物源區(qū)的構(gòu)造環(huán)境已基本明確:前寒武系、泥盆系、二疊系的物源區(qū)都處在活動(dòng)大陸邊緣或大陸島弧;寒武系、奧陶系、志留系、三疊系的物源區(qū)處在大陸島弧(沈渭洲等的研究也證實(shí)了此點(diǎn))。大陸島弧為弧間前弧或后弧盆地,靠近火山弧,發(fā)育在厚的大陸地殼或薄的大陸邊緣上,活動(dòng)大陸邊緣發(fā)育在(或靠近)厚的大陸邊緣。大陸島弧的存在表明有大洋板塊向大陸板塊的俯沖。古生代時(shí)期,松潘—甘孜地塊與華北板塊隔著一個(gè)寬闊的特提斯洋,有大量大洋島弧的存在。地球物理資料反映,深部松潘—甘孜地塊向揚(yáng)子板塊的俯沖表明地質(zhì)時(shí)期揚(yáng)子板塊上有大陸島弧的存在。該區(qū)沉積物的成熟度整體不高表明沉積物并未經(jīng)過長(zhǎng)距離的搬運(yùn),且不同時(shí)期物源區(qū)的變化不大。前寒武—二疊系沉積物以長(zhǎng)英質(zhì)火成物源區(qū)和中性火成物源區(qū)供應(yīng)為主;寒武—志留系有石英巖沉積物源區(qū)的加入,La/Th(1.5～6.1)的范圍較大,可能此期的物源區(qū)不穩(wěn)定;泥盆—二疊系鎂鐵質(zhì)成分較高,表明可能受到峨眉山玄武巖噴發(fā)的影響;三疊系物源區(qū)主要為石英巖沉積物源區(qū)和中性火成物源區(qū);三疊系樣品的La/Co、Th/Co、La/Th值非常集中,表明該區(qū)三疊系有長(zhǎng)英質(zhì)組分較高的穩(wěn)定物源區(qū)。一個(gè)地區(qū)某個(gè)時(shí)代的沉積物來源只能是源區(qū)中比其更早的原巖或同期的火山物質(zhì)。同時(shí)代的沉積變質(zhì)物質(zhì)不可能為其來源。因此,尋找某區(qū)的沉積源區(qū)時(shí)就要追溯周邊更老的巖石組合及構(gòu)造環(huán)境。由巖相古地理知震旦紀(jì)該區(qū)北部為陸相且前震旦系有大量的中酸性火山巖;在約950～900Ma期間揚(yáng)子板塊西北緣存在近東西向的俯沖帶和火山弧,而860～750Ma期間有大規(guī)模的巖漿活動(dòng),這些都發(fā)生在前震旦紀(jì);古生代時(shí)期,該區(qū)與華北板塊隔著寬闊的特提斯洋;在志留—泥盆紀(jì)華北板塊和揚(yáng)子板塊逐漸對(duì)接,泥盆系組分的異常說明二者在此期的對(duì)接影響了該區(qū)物源的變化。華北板塊缺失泥盆系和下石炭系,主要處于暴露風(fēng)化條件下,導(dǎo)致穩(wěn)定元素多于不穩(wěn)定元素,與該區(qū)三疊系砂巖中穩(wěn)定元素與不穩(wěn)定元素基本持平不符。三疊紀(jì)印支運(yùn)動(dòng)華北板塊和揚(yáng)子板塊的碰撞導(dǎo)致了秦嶺—大別造山帶的形成,碰撞過程把地殼深部或幔源的鎂鐵質(zhì)組分帶至地表,進(jìn)而改變了沉積物的組成,同時(shí)秦嶺—大別造山帶的隆起也會(huì)阻止華北板塊的物源。Sm—Nd模式年齡的研究表明,華北板塊不可能為揚(yáng)子板塊提供物源。松潘—甘孜地塊與揚(yáng)子板塊相比,范圍更小且與華北板塊接觸的時(shí)間更短。因此有以上綜述可以得出以下結(jié)論。7區(qū)域表面物源區(qū)的劃分(1)松潘—甘孜地塊的物源區(qū)具有發(fā)育大陸島弧的特征。(2)松潘—甘孜地塊不同時(shí)期的沉積物都有火山物質(zhì)的加入,沉積物成熟度不高,三疊系主要以上地殼的