徽成盆地白堊系元素分析及其物源區(qū)沉積環(huán)境研究

童明均，蘇遜卿

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徽成盆地白堊系元素分析及其物源區(qū)沉積環(huán)境研究

童明均1，蘇遜卿2

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065；2.陜西延長(zhǎng)石油國(guó)際勘探開(kāi)發(fā)工程有限公司，陜西 西安 710075)

通過(guò)實(shí)地野外搜集資料和對(duì)徽成盆地的巖性特征(如主礦物組合、微量元素、稀土元素)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試分析，并依托前人資料，同時(shí)結(jié)合構(gòu)造演化環(huán)境，古水流方向等，找出具穩(wěn)定代表意義的巖性組合特征。徽成盆地白堊世沉積砂巖為近源沉積，成分成熟度低,物源沉積物可能經(jīng)受走滑斷層的搬運(yùn)；徽成盆地早白堊世沉積物源主要為長(zhǎng)英質(zhì)火山巖，其物源區(qū)為活動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧環(huán)境形成的巖石。

徽成盆地；元素分析；古水流；沉積環(huán)境

徽成盆地地處西秦嶺造山帶，是傳統(tǒng)意義上的東西秦嶺的分界[1]?；粘膳璧匚挥跂|西秦嶺造山帶的轉(zhuǎn)折端部位，是造山帶早期碰撞造山后進(jìn)行陸內(nèi)構(gòu)造調(diào)整而形成的盆地。盆地形成于中新生代，保存比較完整，對(duì)該盆地的研究可以為西秦嶺在中新生代的構(gòu)造演化提供依據(jù)[2]。前人對(duì)盆地的古生物特征和沉積特征進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究并建立了盆地地層格架。

1　地質(zhì)背景

徽成盆地地處西秦嶺造山帶的東部邊界，NEE向斜列展布于陜西省和甘肅省境內(nèi)，NE向細(xì)窄，SW向?qū)掗?，由NE—SW依次跨越了陜西省鳳縣、甘肅省的徽縣、成縣、兩當(dāng)、康縣、武都，盆地時(shí)代為白堊-侏羅世。盆地東西長(zhǎng)約120 km，南北寬約40 km[2-3]。盆地北界為徽鳳斷裂，徽鳳斷裂和盆地大致呈平行展布。徽成盆地沉積地層較完整，其中中生代地層有：三疊系、中侏羅系，白堊系東河群。盆地周邊覆蓋地層主要為：西部的砂礫巖，南部的泥盆-志留系灰?guī)r。東南部火山巖“迷壩花崗巖”[4]。

2　白堊系主量元素分析及反應(yīng)的物源

區(qū)沉積環(huán)境

2.1主量元素分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，Al2O3和Fe2O3均伴隨SiO2含量增加，其中Al2O3在砂巖中的平均含量達(dá)到了16.38%，F(xiàn)e2O3在砂巖中的平均含量達(dá)到5.94%，其中BHQC-001樣品除外。Al2O3含量指示粘土礦物含量，SiO2指示石英含量，粘土礦物容易在搬運(yùn)過(guò)程中被風(fēng)化剝蝕，而石英則為風(fēng)化剝蝕的殘留物，SiO2/ Al2O3值越大，指示巖石搬運(yùn)具體越遠(yuǎn)，成分成熟度越高。CaO穩(wěn)定存在于砂巖樣品中，平均含量約達(dá)3%左右，這指示著砂巖樣品含巖屑碎屑或鈣質(zhì)膠結(jié)物。其中BHQC-003樣品SiO2含量達(dá)到94%，為變質(zhì)巖中的石英巖。樣品SG-003、SG-003R、DQ-002、DQ-003、BHQC-002、YSH-001幾個(gè)樣品中，SiO2含量不足10%，CaO含量均超過(guò)43%，為碳酸鹽巖。

砂巖樣品SiO2平均含量為61.14%，含量偏低，K2O平均含量為3.03%，F(xiàn)e2O3/K2O約為1.01%～2.04%，表明巖石礦物具較差的穩(wěn)定性。證據(jù)有三個(gè)方面來(lái)表明白堊世盆地沉積巖石主要為一套近源沉積的巖屑砂巖和長(zhǎng)石砂巖：a、代表石英的SiO2含量低，同時(shí)代表粘土礦物的Al2O3含量比較高；b、CaO含量相對(duì)較高，為碎屑和長(zhǎng)石含量的象征；c、Fe2O3/K2O約為1.01%～2.04%，低比值代表礦物具較差的穩(wěn)定性。

圖1為SiO2/ Al2O3-Fe2O3/K2O對(duì)數(shù)圖解相關(guān)圖，可以判別砂巖類型與分析結(jié)果一致，為硬砂巖、巖石碎屑砂巖或長(zhǎng)石砂巖。第一幅圖主要集中在長(zhǎng)石砂巖和硬砂巖段，第二幅圖主要集中在硬砂巖和巖石碎屑砂巖段。

圖1　徽成盆地白堊世砂巖(SiO2/ Al2O3)-(Fe2O3/K2O)對(duì)數(shù)minpet投圖

(a)

(b)

圖2(a)為主量元素投圖，指示物源區(qū)為長(zhǎng)英質(zhì)火山巖和中基性火山巖，圖2(b)為(La/Th)-Hf相關(guān)性投圖，指示物源區(qū)為長(zhǎng)英質(zhì)物源，構(gòu)造環(huán)境為活動(dòng)大路邊緣，極個(gè)別樣品落在較老物源沉積區(qū)域。

2.2沉積環(huán)境分類

根據(jù)Bhatia(1983)提出的分類圖解，可分為：活動(dòng)大路邊緣、被動(dòng)大陸邊緣以及大洋、大陸島弧環(huán)境。洋殼密度大于陸殼密度，主要原因在于Mg含量的不同[5]。所以，區(qū)分這四種沉積環(huán)境，我們采用(Fe2O3+MgO)-TiO2方法來(lái)解析源區(qū)沉積環(huán)境，如圖3所示。

圖3　徽成盆地白堊世砂巖(Fe2O3+MgO)-TiO2 minpet投圖

由圖3我們看到，樣品集中分布在大陸島弧環(huán)境區(qū)。Roser在1986年對(duì)Bhatia分類方法做進(jìn)一步整理，總結(jié)出沉積盆地環(huán)境類型并建立范圍底圖。

圖4　徽成盆地白堊世砂巖(K2O/Na2O)-SiO2 minpet投圖

根據(jù)(K2O/Na2O)-SiO2對(duì)不同沉積環(huán)境的靈敏反應(yīng)，采用(K2O/Na2O)比值和SiO2對(duì)數(shù)相關(guān)性投圖，由圖4可見(jiàn)，樣品主要落在活動(dòng)大陸邊緣區(qū)。

3　白堊系微量元素分析及反應(yīng)的物源

區(qū)沉積環(huán)境

微量元素存在于分子的晶架結(jié)構(gòu)中，在經(jīng)歷風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、固結(jié)成巖過(guò)程后，仍可以很好的反應(yīng)源區(qū)沉積位置和沉積環(huán)境[6]。巖石類型方面，砂巖作為物源分析的主要巖石類型，其具有包含源區(qū)沉積特征信息豐富和容易識(shí)別以及其隨風(fēng)化作用信息流失較少為主要優(yōu)點(diǎn)[7]。

(a)

(b)

稀土元素經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化以后，投圖在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，具明顯Tb負(fù)異常特征。圖5(a)、(b)顯示輕質(zhì)元素稍富集，指示物源區(qū)為長(zhǎng)英質(zhì)巖。

4　主、微量元素綜合分析

由主量、微量的分析測(cè)試結(jié)果和處理投圖，我們已經(jīng)可以確定，其物源環(huán)境為大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣，提供主要物源巖性為長(zhǎng)英質(zhì)火山巖。那么我們想進(jìn)一步確定這個(gè)物源在盆地形成時(shí)位于盆地的哪個(gè)方向，就需要我們考慮西秦嶺造山帶經(jīng)歷的構(gòu)造演化過(guò)程，以及侏羅-白堊紀(jì)時(shí)的構(gòu)造格局，還有盆地形成前火山巖發(fā)育地帶在哪個(gè)位置。當(dāng)然，我們有一個(gè)簡(jiǎn)單的方法可以大致判斷物源位于盆地的方向，這就是古流分析方法，古水流方向顯示，沉積物源來(lái)自盆地南側(cè)[8]。徽成盆地東南緣在晚三疊世發(fā)育一套“迷壩花崗巖”[9]。由此我們可以推斷徽成盆地白堊世地層沉積物源主要由該套花崗巖提供。

5　徽成盆地白堊系古流向分析及反應(yīng)

物源方向

對(duì)徽成盆地早白堊系地層主層理、交錯(cuò)層理搜集以及圖測(cè)地層產(chǎn)狀，集合并用持平投影軟件恢復(fù)原始層理產(chǎn)狀，然后用玫瑰花圖軟件投圖，如圖6所示。

圖6　白堊系原始層理產(chǎn)狀投影圖

由圖6我們看出周家灣組古水流主導(dǎo)方向有三個(gè)：(1)南向，主要分布在于雞山組接觸部位；(2)北向，主要分布在于田家壩組接觸部位；(3)北東向，主要分布在盆地的西部。雞山組古水流主導(dǎo)方向有三個(gè)：(1)南向，指示物源方向?yàn)楸辈俊?2)北向和北東向，指示物源方向?yàn)槟舷颉?/p>

6　結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)徽成盆地巖性特征的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試分析，結(jié)合

構(gòu)造演化環(huán)境、古水流方向等，來(lái)確定沉積物源巖性、時(shí)代、構(gòu)造特征，找出沉積物源位置、沉積相及其搬運(yùn)路徑。通過(guò)分析得知徽成盆地白堊世沉積砂巖，成分成熟度低，為近源沉積，物源沉積物可能經(jīng)受走滑斷層的搬運(yùn)?；粘膳璧卦绨讏资莱练e物源主要為長(zhǎng)英質(zhì)火山巖，其物源區(qū)為活動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧環(huán)境形成的巖石?；粘膳璧卦绨讏资?，盆地南部巖區(qū)已隆起，并遭受風(fēng)化剝蝕，為徽成盆地沉積提供物源。

[1]范立勇，王岳軍，李曉勇，等．西秦嶺地區(qū)晚中生代基性火山巖地球化學(xué)特征及構(gòu)造意義[M]．大地構(gòu)造與成礦學(xué).31(4)：2007.471-481．

[2]甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局．甘肅省區(qū)域地質(zhì)志．1989．

[3]郭進(jìn)京，韓文峰．西秦嶺晚中生代—新時(shí)代構(gòu)造層劃分及其構(gòu)造演化過(guò)程．地質(zhì)調(diào)查與研究.北京：地質(zhì)出版社.2008．31(4)：285-290．

[4]孫衛(wèi)東，李曙光，李育敬．南秦嶺花崗巖鋯石U-Pb定年及其地質(zhì)意義．地球化學(xué).2000．29(3)：209-216．

[5]盧海峰，王宗起，王濤，等．西秦嶺關(guān)家溝組的沉積環(huán)境及其物源[J]．現(xiàn)代地質(zhì).2005，03.

[6]楊雨．甘肅省巖石地層．武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社.1997.272-280．

[7]于在平，崔海峰．造山運(yùn)動(dòng)與秦嶺造山．西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2003．33(1).65-69.

[8]何志超．隴南徽成盆地北緣至天水間地質(zhì)[J].蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).(1).

[9]宋杰己．甘肅省的白堊系．甘肅地質(zhì)學(xué)報(bào).1993．(S1)：1-50．

2016-03-14

童明均(1985-)，男，河南信陽(yáng)人，工程師，在讀碩士研究生，主攻方向：石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)研究。

P534.53

A

1004-1184(2016)05-0173-03