伊盟隆起地區(qū)上古生界石盒子組和山西組物源分析

白玉奇

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安710069)

物源分析的主要任務(wù)是確定來(lái)源方向、侵蝕地區(qū)或母巖區(qū)位置、搬運(yùn)距離及母巖的性質(zhì)。主要的研究對(duì)象是陸源碎屑組分及其結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征，基本原理是機(jī)械分異作用。

伊盟隆起地區(qū)位于鄂爾多斯盆地北部，劉銳娥等認(rèn)為在鄂爾多斯盆地北部基巖分布及類型具有明顯的分區(qū)特征，其中在杭錦旗以東及東北部地區(qū)主要以太古界的混合巖為主等;在杭錦旗以西地區(qū)主要以中上元古界的沉積變質(zhì)巖為主;在盆地的西北部巖性也以石英含量高的中高級(jí)變質(zhì)巖為主。張福東、田世澄等根據(jù)鄂爾多斯盆地地表露頭、鉆井和物探資料分析認(rèn)為，鄂爾多斯盆地北部基巖分布具有明顯的東西分帶特征，在杭錦旗以西地區(qū)主要以中上元古代沉積變質(zhì)巖和中基性火山巖為主。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)石盒子組和山西組巖石薄片鑒定、陰極發(fā)光分析、重礦物組合特征、主元素、微量元素分析等，對(duì)其物源及母巖特征進(jìn)行研究。

1 碎屑巖巖石組成分析

圖1表明該區(qū)山西組與石盒子組砂巖碎屑組分石英含量占75%以上。石盒子組以巖屑石英砂巖為主，次為石英巖屑砂巖、石英砂巖，其中變質(zhì)巖巖屑占巖屑總量的88.98%。山西組以石英砂巖為主，次為含巖屑石英砂巖、巖屑石英砂巖，變質(zhì)巖巖屑占巖屑總量的66.39%。其中變質(zhì)巖巖屑則多以富含硅質(zhì)的碎裂石英巖、石英巖、石英片巖和硅質(zhì)巖為主，而火成巖巖屑主要為碎裂花崗巖，含量＜2%。

圖1 石盒子組和山西組的砂巖碎屑組分含量分布圖

2 石英顆粒陰極發(fā)光特征

礦物的陰極發(fā)光是其成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特點(diǎn)的直觀反映。研究表明，石英的發(fā)光顏色與其形成時(shí)溫度、結(jié)晶速度等條件有著直接關(guān)系，因此，從石英的發(fā)光顏色就可推斷出形成時(shí)的環(huán)境。砂巖中的石英顆粒雖己經(jīng)過(guò)搬運(yùn)，但從其發(fā)光顏色可以判斷其來(lái)源于哪種巖石類型(表1)，對(duì)研究物源可以提供一定的依據(jù)。

表1 石英陰極發(fā)光類型及產(chǎn)狀(據(jù)Zinkernagel(1978)

石盒子組和山西組石英陰極發(fā)光相似，巖石中碎屑顆粒呈次圓狀，部分石英顆粒具不規(guī)則狀加大邊，次生加大邊不發(fā)光。石英顆粒發(fā)藍(lán)紫色和褐紫色光，以發(fā)藍(lán)紫色石英顆粒為主，石英巖和硅質(zhì)巖發(fā)棕色或褐色光。粒間泥質(zhì)雜基不發(fā)光，高嶺石呈凝塊狀分布，發(fā)靛藍(lán)色光，含凝灰質(zhì)發(fā)棕色光。碳酸鹽巖發(fā)火紅色光(圖2～3)。發(fā)棕色或褐色光的石英一般在低變質(zhì)巖中可以見(jiàn)到，在高級(jí)變質(zhì)巖中如果冷卻速度比較慢，結(jié)晶的石英也發(fā)棕色或褐色光，所以發(fā)棕色或褐色光石英屬于低溫石英或高溫慢冷卻結(jié)晶的石英。

綜合分析認(rèn)為石盒子組和山西組的母巖以高級(jí)變質(zhì)巖、淺變質(zhì)巖為主，主要為變質(zhì)石英砂巖、石英片巖及石英巖等。

3 重礦物組合分析

巖石中的礦物成分受源巖及構(gòu)造環(huán)境兩方面因素的控制，不同的礦物之間有不同的共生關(guān)系。不同類型的母巖其礦物組分不同，經(jīng)風(fēng)化破壞后會(huì)產(chǎn)生不同的礦物組合。重礦物有穩(wěn)定和不穩(wěn)定之分，在搬運(yùn)和沉積過(guò)程中，性質(zhì)穩(wěn)定的重礦物隨著搬運(yùn)距離的增大而逐漸減少，穩(wěn)定的重礦物的含量相對(duì)較高。最常見(jiàn)的碎屑重礦物穩(wěn)定性如下表2。

表2 某些碎屑重礦物的穩(wěn)定性(據(jù)裴蒂莊，1972)

該地區(qū)重礦物中超穩(wěn)定重礦物有:自形鋯石、它形鋯石、電氣石、金紅石、錫石;穩(wěn)定礦物有:石榴石、磁鐵礦、赤褐鐵礦;中等穩(wěn)定礦物有:綠簾石、黝簾石、榍石;不穩(wěn)定礦物有角閃石。

從不同層段重礦物組合與含量上分析，石盒子組和山西組重礦物組合類似。石盒子組和山西組不同程度的發(fā)育中等穩(wěn)定重礦物如綠簾石、黝簾石和榍石以及不穩(wěn)定重礦物角閃石，其中石盒子組和山西組中等穩(wěn)定重礦物分別占8.12%、6.20%，不穩(wěn)定重礦物角閃石分別占 3.90%、3.89%(圖4)。

按照表2中某些碎屑重礦物的穩(wěn)定性(據(jù)裴蒂莊，1972)，結(jié)合不同層段重礦物組合分布的穩(wěn)定性，石盒子組和山西組超穩(wěn)定重礦物組合占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，并且在砂巖重礦物組合中發(fā)現(xiàn)一定量的中等穩(wěn)定重礦物綠簾石和不穩(wěn)定重礦物角閃石，其中石盒子組不穩(wěn)定重礦物角閃石的含量相對(duì)山西組不穩(wěn)定重礦物角閃石的含量偏高。

由此分析認(rèn)為，石盒子組和山西組沉積物來(lái)自相同的物源區(qū)，從山西組到石盒子組沉積物在搬運(yùn)過(guò)程中受到的機(jī)械分異作用呈現(xiàn)逐漸減弱。一方面可能是因?yàn)槌练e物鄰近物源區(qū)，另一方面可能是鄂爾多斯盆地北部在二疊紀(jì)時(shí)不斷抬升造成沉積物在相對(duì)高能的水動(dòng)力條件下的機(jī)械分異程度相對(duì)較弱所致。

圖4 不同層段重礦物重量百分含量分布圖

4 地球化學(xué)元素分析

利用地球化學(xué)方法進(jìn)行碎屑沉積巖的源巖屬性判別，始于上世紀(jì)70年代，Roser和Korsch對(duì)新西蘭已知構(gòu)造背景下的砂泥巖的巖石化學(xué)特征，進(jìn)行了主元素的多變量判別函數(shù)分析，將新西蘭雜砂巖劃分為4種物源區(qū)類型，通過(guò)判別圖解進(jìn)行檢驗(yàn)，得到較好的判別結(jié)果。圖5為根據(jù)該地區(qū)主元素分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果在前人研究圖解的基礎(chǔ)上進(jìn)行投點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)石盒子組、山西組碎屑巖主元素的多變量判別函數(shù)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)均落在了以石英巖為背景的沉積巖相區(qū)。

圖5 主元素判定物源區(qū)圖解(圖中散點(diǎn)為樣品計(jì)算點(diǎn))

圖6 地殼不同類型巖石的La/Yb-ΣREE圖解(圖中散點(diǎn)為樣品計(jì)算點(diǎn))

稀土元素(REE)是不可溶的，它們?cè)诤Ｋ秃铀泻繕O低。因此，存在于沉積巖中的REE主要呈顆粒物質(zhì)搬運(yùn)的，而后期的風(fēng)化、成巖和蝕變作用對(duì)其的影響效應(yīng)是次要的。因此，巖石中稀土元素及其特征能夠反映物質(zhì)來(lái)源區(qū)的地球化學(xué)特征。圖6為根據(jù)該區(qū)碎屑巖稀土元素分析統(tǒng)計(jì)在前人圖解上的投點(diǎn)。石盒子組、山西組統(tǒng)計(jì)樣品點(diǎn)仍然都落在了以沉積巖為背景區(qū)域。

經(jīng)過(guò)對(duì)該區(qū)不同層段稀土元素分布的統(tǒng)計(jì)，各層段稀土元素總量∑REE平均為49.72 ppm(石盒子組)、67.54 ppm(山西組);輕稀土(LREE)/重稀土(HREE)(注:重稀土包括釔(Y))平均為7.81(石盒子組)、3.95(山西組));石盒子組輕稀土(∑La-Nd)、中稀土(∑Sm-Ho)、重稀土(∑Er-Lu)分別為 41.17 ppm、3.22 ppm、1.01 ppm。山西組輕稀土(∑La-Nd)、中稀土(∑Sm-Ho)、重稀土(∑Er-Lu)分別為 51.23 ppm、6.31 ppm、1.71 ppm，說(shuō)明山西組中稀土和重稀土的總量比石盒子組偏高。

從單稀土元素的比值分析，石盒子組的∑Ce/∑Y、La/Yb、La/Sm 分別為 6.97、29.67、9.85，山西組的∑Ce/∑Y、La/Yb、La/Sm 分別為 3.11、16.92、6.33。此外，不同層段銪(δEu)＜1，為中度虧損。綜合上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，由于山西組比石盒子組的重稀土相對(duì)含量占優(yōu)勢(shì)，因此山西組比石盒子組離物源區(qū)的距離要遠(yuǎn)，而距離湖盆凹陷區(qū)相對(duì)較近。

統(tǒng)計(jì)中的w(Gd)/w(Yb)在不同程度有差異，但變化不大，平均值基本上接近2.0。結(jié)合之前砂巖碎屑組成認(rèn)為其沉積物母巖可能既有來(lái)自后太古界的較新地層，也有部分來(lái)自太古界的老地層。其中石盒子組和山西組砂巖富含石英，且母巖以高級(jí)變質(zhì)巖、中淺變質(zhì)巖為主，主要為變質(zhì)石英砂巖、石英片巖及石英巖等，推測(cè)其母巖來(lái)自北部及北西方向陰山地區(qū)的下太古界和元古界的變質(zhì)巖和火成巖系，該套巖系經(jīng)受了不同程度的花崗巖化和混合巖化作用。

5 結(jié)語(yǔ)

文中通過(guò)對(duì)伊盟隆起地區(qū)上古生界石盒子組和山西組的各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，對(duì)其母巖成分及物源進(jìn)行了確定，得到如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):

1)石盒子組和山西組均有較高的石英含量，其母巖富含石英質(zhì)。通過(guò)陰極發(fā)光實(shí)驗(yàn)分析，認(rèn)為石盒子組和山西組的母巖以高級(jí)變質(zhì)巖和淺變質(zhì)巖為主，主要為變質(zhì)石英砂巖、石英片巖及石英巖等。

2)石盒子組和山西組的沉積物來(lái)自相同的物源區(qū)，同時(shí)山西組受到的機(jī)械分異作用強(qiáng)于石盒子組，說(shuō)明山西組離物源區(qū)的距離要遠(yuǎn)些，距離湖盆凹陷區(qū)相對(duì)較近。

3)石盒子組和山西組的物源區(qū)為沉積巖相區(qū)，其沉積物母巖可能來(lái)自北部及北西方向陰山地區(qū)的下太元古界和元古界的變質(zhì)巖和火成巖系。

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