皖北新元古代賈園組混積巖物源和構(gòu)造背景的地球化學(xué)示蹤

孫林華, 桂和榮, 陳 松, 馬艷平, 王桂梁

1)宿州學(xué)院地球科學(xué)與工程學(xué)院, 安徽宿州 234000;

2)中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院, 江蘇徐州 221008

皖北新元古代賈園組混積巖物源和構(gòu)造背景的地球化學(xué)示蹤

孫林華1), 桂和榮1), 陳 松1), 馬艷平1), 王桂梁2)

1)宿州學(xué)院地球科學(xué)與工程學(xué)院, 安徽宿州 234000;

2)中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院, 江蘇徐州 221008

在野外調(diào)查和巖石學(xué)研究的基礎(chǔ)上, 對皖北新元古代賈園組混積巖進(jìn)行了系統(tǒng)的元素地球化學(xué)(包括稀土元素)分析, 結(jié)果表明: 該套混積巖主要由不同比例(1:1.5～1:9)的碳酸鹽和陸源碎屑組分混合而成,屬于“相緣漸變沉積混合”。其元素含量與碳酸鹽組分和陸源碎屑組分比例密切相關(guān), 但La、Th、Zr及 Sc等元素之間的比值主要受控于陸源碎屑而相對穩(wěn)定, 可以用于識別碎屑物源區(qū)及其構(gòu)造背景。地球化學(xué)特征證實(shí)混積巖中陸源碎屑組分主要來自與大陸島弧有關(guān)的長英質(zhì)火山巖, 但也存在少量古老基底的參與。結(jié)合最近研究進(jìn)展推斷, 皖北新元古代沉積活動可能主要發(fā)生在與1.0～0.8 Ga之間, 其沉積環(huán)境與Rodinia超大陸匯聚過程中導(dǎo)致的華北板塊東南緣弧后伸展有關(guān)。

物源; 構(gòu)造背景; 混積巖; 地球化學(xué); 新元古代; 皖北

雖然在華北板塊的周緣逐漸發(fā)現(xiàn)了與 Rodinia超大陸匯聚過程中Grenville造山有關(guān)的年代學(xué)記錄(陸松年等, 2004a, b; 王濤等, 2005; 張臣, 2004), 但相對而言, 華北板塊東部尤其是東南部對應(yīng)這一事件的巖漿活動則相對比較隱形(鄭永飛, 2003), 保留下來的是巨厚的沉積地層, 它們和小規(guī)模的侵入體無疑成為了記錄華北板塊東南緣新元古代大地構(gòu)造演化的重要實(shí)證(孫林華等, 2010a)。然而, 由于巖漿記錄的相對貧乏以及目前尚沒有可靠的碳酸鹽巖定年方法, 皖北中-新元古代沉積時(shí)限一直備受爭議:如潘國強(qiáng)等(2000)根據(jù)研究區(qū)內(nèi)輝綠巖的 Ar-Ar年齡認(rèn)為皖北新元古代沉積時(shí)限為 604～723 Ma, 而柳永清等(2005)同樣根據(jù)輝綠巖的鋯石 SHRIMP U-Pb年齡認(rèn)為是976～1038 Ma。楊杰東等(2001)及鄭文武等(2004)依據(jù)碳酸鹽Sr-C同位素對比認(rèn)為在750～900 Ma之間, 李雙應(yīng)等(2003)則認(rèn)為區(qū)內(nèi)史家組與淮南劉老碑組相同, 其Rb-Sr年齡為840 Ma。由于上述時(shí)代爭議, 對該區(qū)構(gòu)造背景的認(rèn)識也存在板內(nèi)裂谷、被動大陸邊緣和弧后盆地之爭(潘國強(qiáng)等, 2000; 楊杰東等, 2001; 李雙應(yīng)等, 2003; 鄭文武等, 2004; 柳永清等, 2005)。相比之下, 皖北新元古代大量出露的沉積巖尤其是部分與陸源碎屑有關(guān)的沉積巖, 有可能包含了重要的地質(zhì)信息, 但目前此類研究較少。由于構(gòu)造背景對沉積過程、物源及成巖作用存在影響, 不同類型或構(gòu)造背景的沉積巖某些元素含量或比值存在系統(tǒng)差異(Bhatia, 1985), 因此對皖北新元古代沉積巖尤其是與陸源碎屑有關(guān)的沉積巖開展地球化學(xué)研究將有望為上述爭議提供制約。

混積巖最早由楊朝青和沙慶安(1990)提出, 是指陸源碎屑與碳酸鹽顆粒及灰泥混生在一起的一類沉積巖。有關(guān)混合沉積的分類及形成機(jī)制、沉積環(huán)境等已有學(xué)者進(jìn)行了多次研究(張雄華, 2000; 沙慶安, 2001; 馬艷萍等, 2003), 但地球化學(xué)方面的研究尚未引起關(guān)注, 相關(guān)的文獻(xiàn)很少(Sun et al., in press)。在對皖北新元古代地層進(jìn)行研究的過程中,筆者等在其中發(fā)現(xiàn)了大量的混合沉積, 而其中又以賈園組混合沉積最為典型。在詳細(xì)野外調(diào)查和巖石學(xué)分析的基礎(chǔ)上, 進(jìn)行了系統(tǒng)的主微量元素地球化學(xué)測試, 并結(jié)合最近研究進(jìn)展, 對皖北新元古代沉積時(shí)限進(jìn)行了重新考慮, 進(jìn)而利用地球化學(xué)手段對賈園組混積巖的碎屑物源區(qū)特征及其所反映的構(gòu)造背景進(jìn)行了約束, 以期為探討華北板塊東南緣新元古代大地構(gòu)造演化提供信息, 同時(shí)為混積巖地球化學(xué)研究提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及樣品巖石學(xué)特征

研究區(qū)在構(gòu)造上位于華北板塊南緣淮北凹陷帶,更細(xì)分則歸為靈璧臺隆。在地層分區(qū)上, 屬華北地層大區(qū)晉冀魯豫地層分區(qū)徐州—宿縣地層小區(qū)(安徽省地礦局, 1987)。往東距郯廬斷裂帶約 100 km,現(xiàn)今的構(gòu)造線以北西-南東為主, 主要受控于燕山期因揚(yáng)子板塊和華北板塊擠壓所導(dǎo)致的北西向擠壓作用。區(qū)內(nèi)新元古代地層從底到頂依次為賈園組、趙圩組、倪園組、九頂山組、張渠組和魏集組, 往西到欄桿鄉(xiāng)可見史家組和望山組(圖1)。從圖1地層柱可以看出, 區(qū)內(nèi)新元古界沉積相以碳酸鹽巖臺地為主, 總體上屬陸表淺海環(huán)境, 但沉積環(huán)境變化經(jīng)歷了由淺變深再變淺的沉積旋回。區(qū)內(nèi)巖漿活動較少,僅在研究區(qū)北部及欄桿鄉(xiāng)南部可見少量輝綠巖脈侵入到倪園組、趙圩組、張渠組和望山組中(潘國強(qiáng)等, 2000; 柳永清等, 2005)。

本文研究樣品取自皖北靈璧縣北部漁溝鎮(zhèn)北東約 12 km 土山賈園組(地理坐標(biāo): 33°56.02′N, 117°41.40′E, 圖1), 野外產(chǎn)狀為310°∠30°。巖性從底到頂變化明顯, 底部以粉砂巖為主, 頂部以碳酸鹽巖為主, 總體為連續(xù)變化, 碳酸鹽組分逐漸增加,與上部趙圩組以臼齒狀灰?guī)r為界。多數(shù)情況下碳酸鹽顆粒與陸源碎屑顆粒為混合沉積(比較均一), 但也有部分以灰?guī)r透鏡體產(chǎn)出于混積巖中, 碎屑物含量較高的巖石中可見微細(xì)交錯(cuò)層理發(fā)育(圖2)。樣品采集從頂往底進(jìn)行, 巖石為黃色-灰黃色, 砂糖狀斷口, 碳酸鹽組分為方解石, 自形程度較低, 粒度為0.01～0.02 mm, 含量從10%到60%不等, 陸源碎屑組分以石英為主, 磨圓較好, 粒度在0.2～0.4 mm之間(少量顆粒較大, 達(dá)到了 1 mm), 含量為 40%～90%, 泥質(zhì)含量較少(＜5%)。按照張雄華(2000)給出的分類, 賈園組混積巖包括陸源碎屑質(zhì)-碳酸鹽混積巖、含碳酸鹽-陸源碎屑混積巖和碳酸鹽質(zhì)-陸源碎屑混積巖, 而按照賈園組混合沉積的漸變特征, 在成因上屬于相緣漸變沉積混合。

2 分析方法

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖及新元古代地層柱狀圖(圖中箭頭表示物源供給方向, 據(jù)李雙應(yīng)等（2003）修改)Fig. 1 Simplified geological map and Neoproterozoic stratigraphic column of the study area (arrows showing the sourceproviding direction, modified after Li et al., 2003)

圖2 賈園組混積巖野外照片F(xiàn)ig. 2 Field observation of the diamictites in Jiayuan Formation

全巖樣品首先用切割機(jī)除去表面, 僅采用中間無裂隙且相對比較堅(jiān)硬的部分, 隨后將其碎至1 cm3左右的小塊并用超純水進(jìn)行3次(每次1分鐘)振蕩清洗。然后用經(jīng)清洗無污染的瑪瑙碾缽破碎至 200目以下, 送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行制樣分析。樣品主微量元素組成均在廣州地球化學(xué)研究所同位素年代學(xué)與地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成, 分別采用XRF、ICP-MS方法。XRF主量元素分析方法與Goto et al.(1994)報(bào)道的相似, 分析精度優(yōu)于5%, ICP-MS微量元素分析流程見劉穎等(1996), 大多數(shù)元素分析精度優(yōu)于 3%。共測試了9個(gè)樣品, 結(jié)果列于表1、2。

3 結(jié)果

3.1 主微量元素含量及其特征值

從表1、2可以看出, 因碳酸鹽組分和陸源碎屑組分相對含量的變化(1:1.5～1:9), 賈園組混積巖的主微量元素含量變化較大。其SiO2和CaO含量較高,

分別為22.27%～60.53%和8.74%～36.05%, Al2O3相對較高(3.76%～10.96%), Fe2O3為 1.63%～5.27%, MgO和K2O含量分別為0.97%～2.75%和0.88%～3.04%, 其余主量元素氧化物含量均小于 1%, 如TiO2=0.23%～0.85%, Na2O=0.04%～0.75%。在所有主量元素中, SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、P2O5、K2O之間具有較好的正相關(guān), 而與CaO、MnO之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖3), 暗示CaO、MnO主要與海相碳酸鹽沉積有關(guān), 而其他元素主要受陸源碎屑的影響。同主量元素一致, 與陸源碎屑有關(guān)的元素如Sc、V、Cr、Co、Zr、Hf、Th及REE等元素含量變化均較大, 但均與Al2O3具有較好的正相關(guān)(圖3), 而Sr則與CaO具有較好的正相關(guān)性。

表1 賈園組混積巖主量元素(wt%)分析結(jié)果Table 1 Analytical results of major oxides (wt%) of the diamictites in Jiayuan Formation

表2 賈園組混積巖微量元素(×10-6)分析結(jié)果Table 2 Analytical results of trace elements (×10-6) of the diamictites in Jiayuan Formation

因?yàn)榫哂休^好的相關(guān)性, 賈園組混積巖具有穩(wěn)定的La/Th和Th/Sc值, 分別為1.83～3.22(平均2.53)和 1.13～2.02(平均 1.57), 但 Zr/Sc值變化較大, 為12.1～48.4(平均 30.21)。上述比值均和樣品 Al2O3含量沒有明顯的線性相關(guān)性(圖4), 反映陸源碎屑物質(zhì)對混積巖的上述比值具有明顯的控制作用。這些相對穩(wěn)定的比值為利用混積巖的地球化學(xué)特征識別構(gòu)造背景提供了前提。

利用Al2O3與CaO的負(fù)相關(guān)性及其與陸源碎屑有關(guān)的元素如SiO2、TiO2、REE、Sc、Hf等的正相關(guān)性, 假定陸源碎屑物中 CaO含量為 0, 可以大致估計(jì)出陸源碎屑物的SiO2含量為約68.63%, La含量為38.8×10-6, Hf含量為8.23×10-6。這種推斷陸源碎屑組分元素含量的方法基于兩個(gè)原因: 1)陸源碎屑組分元素含量與 Al2O3含量的相關(guān)性以及相應(yīng)比值的穩(wěn)定性; 2)這一做法與部分研究者在研究沉積物物源特征時(shí)用鹽酸剔除海相自生沉積物的方法(邵磊等, 2001)具有相似性。

3.2 稀土元素PAAS標(biāo)準(zhǔn)化配分型式

賈園組混積巖稀土元素后太古代平均頁巖(PAAS, 據(jù)McLennan, 1989)標(biāo)準(zhǔn)化配分圖解見圖5?？傮w而言, 賈園組混積巖稀土總量變化較大(∑REE=70.1×10-6～152×10-6)且與 Al2O3具有明顯的正相關(guān), 輕稀土相對重稀土在總量上明顯富集,表現(xiàn)為具有變化較小的 La/Yb值(9.2～12.5, 平均11.0)。經(jīng) PAAS標(biāo)準(zhǔn)化后, 賈園組混積巖具有較為平坦的稀土配分型式, 但輕、重稀土相對中稀土而言存在輕微虧損, 且這種虧損程度隨著碳酸鹽組分的增加而緩慢增大的趨勢。除重稀土略微富集外,總體與上地殼中平均稀土元素的分配型式相似。同時(shí), 樣品的Y/Ho值為25.7～28.1, 也接近PAAS的相應(yīng)比值。

圖3 賈園組混積巖Al2O3與部分主微量元素相關(guān)性圖解Fig. 3 Correlations between Al2O3and selected major oxides and trace elements of the diamictites in Jiayuan Formation

圖4 賈園組混積巖Al2O3與La/Th、Th/Sc及Zr/Sc相關(guān)性圖解Fig. 4 Al2O3-La/Th, Th/Sc and Zr/Sc diagrams of the diamictites in Jiayuan Formation

圖5 賈園組混積巖稀土元素PAAS標(biāo)準(zhǔn)化配分型式(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)Mclennan, 1989)Fig. 5 PAAS normalized REE patterns of the diamictites in Jiayuan Formation (data for normalization from Mclennan, 1989)

相近的稀土元素特征表明賈園組混積巖的陸源碎屑組分來源比較單一且穩(wěn)定。賈園組混積巖中未出現(xiàn)明顯Ce異常, 明顯不同于海相沉積物中常見的Ce的負(fù)異常, 這一方面可能與沉積環(huán)境無明顯的氧化或還原條件, 另一方面也進(jìn)一步證實(shí)了碳酸鹽組分對混積巖稀土元素特征的影響較弱, 其稀土元素特征在很大程度上受控于陸源碎屑組分。此外, 賈園組混積巖由于Ce/Ce*及Eu/Eu*變化較小, 分別為0.62～0.74和 0.97～1.02, 所以∑REE、Ce/Ce*及Eu/Eu*之間沒有明顯的相關(guān)性, 表明后期成巖作用對其稀土元素特征沒有明顯影響(劉士林等, 2006)。

4 討論

如前所述, 對華北板塊東南緣新元古代大地構(gòu)造演化存在較大爭議。鑒于沉積時(shí)限在探討區(qū)域大地構(gòu)造演化中的重要性, 下文首先結(jié)合最近的研究進(jìn)展, 對其沉積時(shí)限進(jìn)行了重新思考, 然后就賈園組混積巖地球化學(xué)所反映的碎屑物質(zhì)來源和構(gòu)造背景進(jìn)行討論。

4.1 沉積時(shí)限的重新考慮

總體而言, 從區(qū)內(nèi)沉積特征來看, 自下部賈園組開始直到史家組, 相當(dāng)于一個(gè)完整的海侵-海退的過程, 然后到望山組, 又開始了新的海侵。如果同時(shí)考慮到賈園組之下的 岠山組、新興組和蘭陵組(均以陸源碎屑組分為主, 且蘭陵組和下部泰山群呈現(xiàn)不整合接觸, 安徽省地礦局, 1987), 可以發(fā)現(xiàn), 區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了裂解下陷(從蘭陵組開始)—接受海相碳酸鹽沉積(從賈園組到魏集組)—隆升(史家組)—再次下陷接受海相沉積(望山組)的旋回。存在的問題是, 第一次下陷和第二次下陷到底誰應(yīng)該對應(yīng)于 Rodinia超大陸的裂解,是第一次與 Rodinia超大陸匯聚有關(guān)抑或第二次與超大陸的裂解有關(guān)？

因?yàn)閰^(qū)內(nèi)輝綠巖普遍風(fēng)化較為嚴(yán)重, 而 Ar-Ar法年齡容易受到后期熱事件的影響, 從而使得對輝綠巖形成年齡的估計(jì)偏低, 但鋯石的封閉溫度較高不易受后期熱事件的影響, 因此SHRIMP鋯石U-Pb年齡的可靠性要高于 Ar-Ar法。其次, 楊杰東等(2001)和鄭文武等(2004)所報(bào)道的 Sr-C同位素對比年齡主要依據(jù)的是Shields(1999)在0.9～0.5 Ga之間的同位素演化曲線, 如果真實(shí)的沉積年齡大于 0.9 Ga, 則無法在圖上得以正確體現(xiàn)。反之, 利用楊杰東等(2001)報(bào)道的數(shù)據(jù), 以 Kumar et al.(2002)總結(jié)的中-新元古代海水 Sr同位素演化曲線作為對比,皖北新元古代沉積的時(shí)限有可能在0.8～1.0 Ga之間(圖 6a), 且數(shù)據(jù)能夠較好的擬合, 而不存在楊杰東等(2001)和鄭文武等(2004)中出現(xiàn)的時(shí)代沖突問題(如史家組年齡大于趙圩組)。此外, 趙圩組和倪園組投點(diǎn)的年齡(0.9～1.0 Ga之間)與柳永清等(2005)報(bào)道的侵入于趙圩組和倪園組的輝綠巖的 SHRIMP U-Pb年齡(976～1038 Ma)更為接近, 同時(shí)和我們最近對輝綠巖鋯石進(jìn)行的La-ICP-MS測年結(jié)果(圖6b,課題組未發(fā)表數(shù)據(jù))所表現(xiàn)出來的存在989 Ma的峰值年齡接近, 而對史家組年齡的估計(jì)也與李雙應(yīng)等(2003)報(bào)道的相似。

圖6 (a)皖北中元古代-寒武紀(jì)海水87Sr/86Sr曲線與世界中元古代-寒武紀(jì)87Sr/86Sr對比(數(shù)據(jù)引自楊杰東等(2001);底圖據(jù)Kumar et al. (2002), WS、SJ等均為圖1中地層組名拼音縮寫); (b)皖北新元古代輝綠巖鋯石207Pb/206Pb年齡頻率分布圖(課題組未發(fā)表數(shù)據(jù))Fig. 6 (a) Comparison of87Sr/86Sr isotopic curve (from Mesoproterozoic to Cambrian) between northern Anhui Province and the world (data from Yang et al. (2001); Sr isotopic curve of seawater from Kumar et al. (2002); WS, SJ etc. signifying abbreviations of the names of Formations in Fig.1); (b)207Pb/206Pb age frequency of zircons from the Neoproterozoic diabases in northern Anhui Province (unpublished data)

因此, 皖北新元古代沉積時(shí)限更可能在 0.8～1.0 Ga之間(從賈園組到望山組), 該時(shí)期可能有兩次重要地質(zhì)事件的參與: 史家組沉積之前(＞0.84 Ga)的裂解可能與 Rodinia超大陸匯聚過程中的弧后盆地有關(guān)(柳永清等, 2005; 李雙應(yīng)等, 2003; 孫林華等, 2010a), 而史家組及其之后的沉積構(gòu)造背景目前尚無法確認(rèn), 不排除與超大陸的裂解有關(guān)。但考慮到李雙應(yīng)等(2003)曾報(bào)道劉老碑組(對應(yīng)于皖北史家組)具有較高的化學(xué)風(fēng)化指數(shù), 故這一推斷需要通過進(jìn)一步的研究來確認(rèn)。

4.2 構(gòu)造背景及物源探討

由于沉積時(shí)限的不確定性, 導(dǎo)致對區(qū)域大地構(gòu)造演化的認(rèn)識存在爭議。從前人研究成果來看, 因時(shí)代不同導(dǎo)致的對構(gòu)造背景的認(rèn)識主要分為三種:板內(nèi)裂谷、被動大陸邊緣和弧后盆地。如果在時(shí)代上與Rodinia超大陸的匯聚與裂解相對應(yīng), 則前兩者更接近于裂解階段(0.6～0.9 Ga), 而后者更傾向于對應(yīng)Rodinia大陸匯聚階段(＞0.9 Ga)(Li et al., 2008)。

地球化學(xué)手段被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)過程、構(gòu)造背景及巖石成因等方面的研究。早期主要集中在火成巖(Pearce et al., 1973; Winchester et al., 1979), 后期則被擴(kuò)展到應(yīng)用于探討沉積巖的構(gòu)造背景與物源性質(zhì)(Bhatia, 1983; Bhatia et al., 1986; 徐田武等, 2007;張傳恒等, 2009)。就目前而言, 地球化學(xué)對沉積巖源區(qū)和構(gòu)造背景的約束主要基于在風(fēng)化或搬運(yùn)過程中相對穩(wěn)定元素(如稀土、Th、Sc、Zr、Co等)的含量或比值(Bhatia, 1985)。

受巖石樣品中較高含量的碳酸鹽組分(10%～60%)影響, 同時(shí)考慮到 Na、K、Ca、Mg等元素可能受后期風(fēng)化作用的影響而丟失, 從而引起對構(gòu)造背景的誤判。在下文的討論中, 選擇了La、Th、Sc、Zr等不易受后期風(fēng)化作用改造的元素進(jìn)行, 而沒有采用主量元素判別圖解。此外, 由于樣品的La、Th、Sc、Zr之間具有較好的協(xié)變性, 其相互之間的比值與 Al2O3之間沒有明顯的相關(guān)性而基本穩(wěn)定(圖 4),表明其比值未受到碳酸鹽組分多少的影響而主要受控于陸源碎屑, 因此可以用于構(gòu)造背景的判別。

從圖 7可以看出, 無論是在 Th-Sc-Zr/10還是La-Th-Sc判別圖解上, 賈園組混積巖基本上落在了大陸島弧的范圍之內(nèi), 但比較靠近活動大陸邊緣和被動大陸邊緣, 這一結(jié)果表明, 賈園組混積巖的碎屑組分可能主要來自與大陸島弧構(gòu)造背景有關(guān)的環(huán)境, 但也存在穩(wěn)定基底物質(zhì)的參與, 這一認(rèn)識與Sun et al.(in press)根據(jù)皖北新元古代其他組碳酸鹽巖及混積巖所取得的認(rèn)識相同。

此外, 利用稀土元素的非遷移性, Bhatia(1985)總結(jié)了判別沉積盆地構(gòu)造背景的REE參數(shù)和稀土分布特征, 經(jīng)對比可以發(fā)現(xiàn), 賈園組混積巖的 La/Yb比較穩(wěn)定(9.22～12.49), 且與Al2O3之間沒有明顯的相關(guān)性, 接近大陸島弧和安第斯型大陸邊緣的相應(yīng)比值(11.0±3.6和 12.5)。進(jìn)一步通過稀土總量、La及Ce含量與CaO之間的協(xié)變關(guān)系(假定混積巖中碎屑組分的 CaO含量為零), 得出的稀土總量、La及Ce含量與大陸島弧和安第斯型大陸邊緣的相應(yīng)值同樣很接近。

圖7 賈園組混積巖Th-Sc-Zr/10及La-Th-Sc判別圖(底圖據(jù)Bhatia and Crook, 1986)Fig. 7 Th-Sc-Zr/10 and La-Th-Sc discrimination diagrams of the diamictites in Jiayuan Formation (after Bhatia and Crook, 1986)

圖8 賈園組混積巖Hf-La/Th及Zr/Sc-Th/Sc圖解(a、b底圖分別引自Floyd and Leveridge, 1987和Mclennan et al., 1993)Fig. 8 Hf-La/Th (after Floyd and Leveridge, 1987) and Zr/Sc-Th/Sc (after Mclennan et al., 1993) diagrams of the diamictites in Jiayuan Formation

圖9 皖北新元古代構(gòu)造背景示意圖Fig. 9 Diagrammatic map showing Neoproterozoic tectonic setting of northern Anhui Province

在進(jìn)一步的物源分析中, 利用Hf-La/Th圖解進(jìn)行了識別(圖 8a), 可以看出, 賈園組碎屑組分主要來自于長英質(zhì)島弧源區(qū), 但存在少量被動大陸邊緣物質(zhì)的參與。此外, 在Zr/Sc-Th/Sc圖解上(圖8b), 賈園組混積巖主要分布于TTG、長英質(zhì)火山巖和PAAS之間, 同樣支持上述認(rèn)識。同時(shí), 在圖8b中還可以發(fā)現(xiàn), 賈園組陸源碎屑物質(zhì)未發(fā)生明顯的沉積循環(huán),應(yīng)該是直接從長英質(zhì)火山巖及古老基底源區(qū)直接搬運(yùn)沉積的產(chǎn)物。

綜上可知, 賈園組混積巖的碎屑物質(zhì)可能主要來自于與大陸島弧有關(guān)的構(gòu)造背景, 結(jié)合前文所述的沉積時(shí)限(0.8～1.0 Ga)及輝綠巖(潘國強(qiáng)等, 2000;柳永清等, 2005)和熱液活動(嚴(yán)賢勤等, 2006; 孫林華等, 2010b)發(fā)育的事實(shí), 推測其形成與Rodinia超大陸匯聚過程中導(dǎo)致的大陸島弧及弧后盆地有關(guān)。在弧后盆地的發(fā)育過程中, 由于島弧火山作用的存在, 為賈園組沉積提供了大量的物源, 而不可避免的, 一部分原古老基底的物質(zhì)也參與了沉積(圖6輝綠巖中發(fā)現(xiàn)的約 36億年的鋯石可能就是古老基底來源)。同時(shí), 在弧后盆地裂解過程中, 產(chǎn)生了輝綠巖侵入體, 且在包括倪園組和九頂山組在內(nèi)的沉積中發(fā)育了熱液沉積活動(圖9)。

盡管以前有研究者曾認(rèn)為中-新元古代時(shí)期(特別是晉寧期)曾發(fā)生過洋殼向華北板塊南緣的俯沖(Wang et al., 1984; 劉波等, 1999), 但目前尚沒有確切的年代學(xué)依據(jù)可以證實(shí)在華北板塊南部曾經(jīng)存在過島弧火山作用, 是否被中新生代大規(guī)模的構(gòu)造運(yùn)動所改造？因此, 進(jìn)一步的研究工作, 尤其是年代學(xué)研究(包括華北板塊南緣火山作用年代學(xué)及碎屑鋯石年代學(xué))工作仍有待進(jìn)行。

5 結(jié)論

通過對皖北新元古代賈園組混積巖的地球化學(xué)分析, 并結(jié)合前人研究成果, 取得了如下認(rèn)識:

1)賈園組混積巖主要由碳酸鹽組分和陸源碎屑組分經(jīng)不同比例(1: 1.5～1: 9)混合而成, 屬于相緣漸變沉積混合;

2)混積巖中陸源碎屑組分主要是與大陸島弧有關(guān)的長英質(zhì)火山巖, 但也存在少量古老基底物質(zhì)的參與;

3)皖北新元古代沉積時(shí)限可能在1.0～0.8 Ga之間, 其沉積環(huán)境與Rodinia超大陸匯聚過程中導(dǎo)致的華北板塊東南緣弧后伸展有關(guān)。

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Provenance and Tectonic Setting of the Neoproterozoic Diamictites from Jiayuan Formation in Northern Anhui Province: Evidence from Geochemical Study

SUN Lin-hua1), GUI He-rong1), CHEN Song1), MA Yan-ping1), WANG Gui-liang2)
1) School of Earth Sciences and Engineering, Suzhou University, Suzhou, Anhui 234000;
2) School of Resource and Earth Sciences, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008

Field observation and petrographic study as well as a systematic analysis of major and trace elements (including rare earth elements) were carried out for diamictites from the Neoproterozoic Jiayuan Formation in northern Anhui Province. The results imply that these diamictites are composed of carbonates and terrigenous detritus of variable proportions (1/1.5～1/9) and belong to “mixed sedimentation with gradual facies change”. The concentrations of elements are closely related to the relative concentrations of carbonates and terrigenous detritus, whereas the ratios between La, Th, Zr and Sc are controlled by terrigenous detritus with limited variations, and hence can be used as tracers for the discrimination of provenance of terrigenous detritus and its tectonic background. Geochemical features demonstrate that the terrigenous detritus was mainly derived from the continental arc felsic volcanics, with minor contribution from the old basement. Combined with recent research achievements, the authors hold that the Neoproterozoic sedimentation in northern Anhui Province probably took place between 1.0 and 0.8 Ga, and the sedimentary environment was related to the back arc extension of the southeastern margin of the North China Craton during the convergence of Rodinia supercontinent.

provenance; tectonic setting; diamictites; geochemistry; Neoproterozoic; northern Anhui Province

P588.21; P588.245; P59

A

1006-3021(2010)06-833-10

本文由國家自然科學(xué)基金(編號: 40873015)、安徽省高校優(yōu)秀青年人才基金(編號: 2010SQRL190)和宿州學(xué)院博士基金(編號: 2009jb04)聯(lián)合資助。

2010-05-11; 改回日期: 2010-08-17。責(zé)任編輯: 魏樂軍。

孫林華, 男, 1981年生。博士, 講師。主要從事巖石地球化學(xué)的研究與教學(xué)工作。通訊地址: 234000, 安徽省宿州市汴河路71號。電話: 0557-2871038。E-mail: sunlinh@hotmail.com。