塔西南奧陶系瑪列茲肯群碎屑巖構(gòu)造環(huán)境的地球化學(xué)判識

錢一雄，賈存善，田蜜，張永東，陳躍，邵志兵

（中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214151）

塔西南奧陶系瑪列茲肯群碎屑巖構(gòu)造環(huán)境的地球化學(xué)判識

錢一雄，賈存善，田蜜，張永東，陳躍，邵志兵

（中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214151）

塔西南奧陶系瑪列茲肯群地質(zhì)時代及構(gòu)造環(huán)境對揭示塔西南下古生界盆地演化具重要意義。通過塔西南奧陶系瑪列茲肯群中恰特組、坎地里克組含礫石英粗砂巖巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)研究表明，含礫石英粗砂巖中以單晶石英為主，主要化學(xué)組分含量變化較大，Al2O3=2.75%~14.99%、TiO2=0.03%~0.82%、TFe2O3=0.78%~10.58%、MgO= 0.23%~4.93%、CaO=0.16%~7.16%、K2O=0.05%~1.89%、Na2O=1.33%~3.15%；ΣREE為23.23×10-6~98.02×10-6、L/H= 1.80~3.93、δEu=0.35~1.05、δCe=0.55~0.59。巖石地球化學(xué)特征指示，恰特組早期具洋島型、逐漸向洋島與大陸島弧過渡至坎地里克組克拉通盆地成熟物源區(qū)的演化特征。

塔西南；瑪列茲肯群；含礫石英粗砂巖；巖石地球化學(xué)

瑪列茲肯群由瑪列茲肯巖系演化而來，1958年由地質(zhì)部十三大隊創(chuàng)名，分為上、下兩個巖系。新疆地質(zhì)二大隊汪玉珍等進一步將其劃分為恰特組、坎地里克組、博塔干組、庫維希組，并將頂部細(xì)碎屑巖段劃歸志留系買熱孜干群，統(tǒng)稱瑪列茲肯群[1]。買熱孜干群下部泥頁巖中采集到大量筆石化石，由此新建了上奧陶統(tǒng)秋久博依那克組?，斄衅澘先涸阼F克里克南緣斷續(xù)分布，在葉爾羌河上游坎地里克一帶呈NNE向展布，厚1 980 m，不整合超覆于元古界之上，由于交通不便，研究程度較低（圖1）①新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.新疆維吾爾自治區(qū)J43C幅1∶25萬地質(zhì)圖（電子版），2004。塔西南下古生界是否存在類似塔東北的被動陸緣盆地及巖相古地理環(huán)境，是具爭議的重要基礎(chǔ)地質(zhì)問題[2-4]。本文通過奧陶系瑪列茲肯群下奧陶統(tǒng)恰特組、坎地里克組含礫石英粗砂巖中巖石地球化學(xué)特征，揭示恰特組早期具洋島型逐漸向洋島與大陸島弧過渡至坎地里克組克拉通盆地內(nèi)成熟物源區(qū)的演化特征。

1 地質(zhì)背景

塔西南奧陶系瑪列茲肯群主要以斷裂或不整合超覆于中元古界庫浪那古巖群、上元古界薊縣系桑株特塔組及中元古二長花崗巖、閃長巖和英云閃長巖體上。遭加里東中晚期及海西早期超基性巖、輝長巖、二長花崗巖等的侵入，被石炭系、侏羅系葉爾羌群以斷裂接觸或不整合超覆接觸（圖1，2）。研究區(qū)位于新疆莎車縣庫斯拉甫幅，經(jīng)薩車-庫斯拉甫-炮江溝-煤礦，向南經(jīng)侏羅系巨礫溝及恰特和丘久博依納克。詳勘路線剖面起點為北緯37°47′55.8″，東經(jīng)76°21′50.4″，終點為北緯37°48′21.4″，東經(jīng)76°20′19.3″?，斄衅澘先合聤W陶統(tǒng)恰特組為一套下粗上細(xì)的粗碎屑巖沉積。下部為灰色、灰白色及紫紅色石英質(zhì)礫巖、含礫石英粗砂巖，厚層狀不等粒石英砂巖互層，發(fā)育交錯層理；上部為灰綠色厚層狀含礫石英粗砂巖與薄層狀石英中-細(xì)砂巖互層（圖2，3）。坎地里克組為一套深灰色碳酸鹽巖與灰白色中細(xì)粒碎屑巖沉積；中統(tǒng)博塔干組為石英中細(xì)砂巖、泥硅質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)粉砂巖、含礫石英粗砂巖及深灰色紋層狀灰?guī)r、薄層含生屑或泥質(zhì)瘤狀灰?guī)r、生屑灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，含豐富腕足、腹足類、頭足類及層孔蟲化石；上統(tǒng)庫維希組為微晶灰?guī)r、生屑紋層微晶灰?guī)r和薄層含生屑或泥質(zhì)瘤狀灰?guī)r。

2 分析方法與數(shù)據(jù)

本次研究共選送5件含礫石英砂巖樣品進行巖石地球化學(xué)分析，由中國地質(zhì)科學(xué)研究院地球物理地球化學(xué)所完成。樣品在研磨成粉末前用去離子水清洗，清洗后研磨到200目以下。常量元素中Ca采用X射線熒光光譜法(XRF)(本次分析中SiO2未測)。Hg和As為原子熒光光譜法(CV-AFS)。其它常量、微量元素和稀土元素采用等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)和等離子體光譜法 (ICP-OES)測定。采用標(biāo)樣為GSD-5、6、13，常量元素分析誤差小于0.1%。微量元素分析誤差（包括稀土）在±1×10-6。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖及詳勘剖面位置圖Fig.1 Simplified geological map of Kusilafu area and location of geological section1.庫浪那古巖群；2.博查特塔格組；3.桑株塔格群；4.瑪列茲肯群；5.中元古英云閃長巖；6.石英花崗巖；7.二長花崗巖；8.閃長巖；9.加里東中期英云閃長巖；10.二長花崗巖；11.石英二長花崗巖；12.石英閃長巖；13.花崗閃長巖；14.加里東海西期輝長巖；15.輝石巖；16.超基性巖；17.剖面線；18.同位素年齡

圖2 恰特剖面瑪列茲肯群恰特組至坎地里克組詳勘剖面及采樣位置Fig.2 The section of Qiate formation and Kandilike formation,Malieziken Gropes at Qiate in Southwestern Tarim1.泥巖；2.粉砂質(zhì)砂巖；3.細(xì)砂巖中粗砂巖；4.含礫中粗砂巖-礫巖；5.泥灰?guī)r；6.泥晶灰?guī)r；7.瘤狀灰?guī)r；8.含生屑瘤狀灰?guī)r；9.糜棱巖化灰?guī)r；10.輝綠巖脈；11.中酸性巖脈；12.方解石脈；13.雁列脈；14.疊瓦構(gòu)造；15.樣品編號-分層號

3 巖石學(xué)與地球化學(xué)

3.1 巖石學(xué)特征

對恰特組中粗粒含礫砂巖鏡下觀察表明，其主要由含礫石英中粗砂巖及少量巖屑石英砂巖構(gòu)成(圖4)。其中，石英含量一般大于80%，以單晶石英為主，個別為多晶石英（脈石英）和糜棱巖中的亞晶石英。波狀及塊狀消光，大小0.25~2.00 mm，最大6 mm。巖屑0.50~0.75 mm，主要為石英片巖、石英巖、霏細(xì)巖、花崗巖等，含量一般小于10%。含微量白云母、斜長石、正長石、條紋長石和鉀長石。雜基主要為泥質(zhì)、重結(jié)晶成細(xì)小鱗片狀綠泥石和水云母等，含量1%~15%，次圓狀和次棱角狀，常呈粗粒（0.75~1.5 mm）與細(xì)粒(0.2~0.35 mm)的雙峰式分布，一般為顆粒支撐，少量為雜基支撐。結(jié)構(gòu)成熟度一般至較差。點-線接觸為主，少量鑲嵌狀、彎曲狀縫合線及漂浮狀，孔隙式膠結(jié)。硅質(zhì)次生加大，硬石膏、重晶石和方解石等礦物膠結(jié)及沿縫合線的白云石化，含量小于5%?？驳乩锟私M中含礫中粗粒砂巖與前述巖石類型相似，但含灰質(zhì)較高，為砂質(zhì)灰?guī)r，見海百合莖、藻球粒等。方解石膠結(jié)，部分交代石英碎屑。漂浮式-線接觸基底式膠結(jié)為主，成份成熟度相對較高。

圖3 恰特剖面中第5層淺灰-灰綠色中厚層含礫石英砂巖（a）及礫巖（b）第9層淺灰-黃灰色中厚層石英砂巖（c）Fig.3 The diagrams showing the rock features of sandstones:(a)gravel-bearing quartz sandstone；(b)conglomerate in Qiate formation;(c)quartz sandstone in Kandilike formation,Malieziken Gropes

圖4 恰特剖面中石英砂巖的鏡下特征Fig.4 Micrograph of textures of the quartz sandstone in Qiate profile（a)——QT-O1q-5：中粗粒石英砂巖，石英80%，巖屑含量10%，雜基含量約10%，方解石膠結(jié)；(b)——QT-O1k-19：中粗粒石英砂巖，以單晶石英為主，含量60%；雜基含量約1%，方解石膠結(jié)，部分交代石英(港灣狀)，含少量硬石膏和重晶石

3.2 巖石地球化學(xué)

由表1可見，恰特組和坎地里克組中含礫砂巖中主要組分中Al2O3=2.75%~14.99%、TiO2=0.03%~ 0.82%、TFe2O3=0.78%~10.58%、MgO=0.23%~4.93%、CaO=0.16%~7.16%、K2O=0.05%~1.89%、Na2O=1.33% ~3.15%?？傮w來看，主要含量變化較大，除1件樣品外，與全球古生代造山帶砂巖相比[5]，Al2O3、CaO、MgO和Na2O含量明顯偏低，遠(yuǎn)高于克拉通沉積對應(yīng)值。K2O/Na2O大于1，完全不同于安第斯大陸邊緣特征（SiO2=68%~74%,K2O/Na2O<1），類似大西洋型被動大陸邊緣沉積。恰特組中4件樣品的TiO2、MgO、MnO、CaO、Fe2O3相對較低，不同于大洋島弧巖石地球化學(xué)[6]。含礫砂巖中微量元素U，Sc，Y，Rb，Sr含量分別為0.62× 10-6~2.41×10-6、0.69×10-6~8.53×10-6、5.93×10-6~ 20.86×10-6、59.22×10-6~116.45×10-6、2.84×10-6~ 81.09×10-6。Rb/Sr、La/Y和La/Sc比值分別為1.44~ 10.74（31.71）、0.73~1.52（10.41）、1.78~6.43（99.80）。與上地殼相比[7-9]，微量元素全部虧損（圖5，表1）。

圖5 恰特組和坎地里克組石英砂巖微量元素蛛網(wǎng)圖（a）及稀土元素分布圖（b）Fig.5 Primitive mantle normalized trace element spider diagrams(a)and chondrite normalized REE(b) of quartz sandstones in Qiate formation and Kandilike formation

稀土元素源巖中豐度和物源區(qū)風(fēng)化條件是控制沉積物中稀土元素組成的主要因素。恰特組含礫砂巖中ΣREE=23.23×10-6~98.02×10-6、L/H=1.80~3.93、δEu為0.35~1.05、δCe為0.55~0.59，輕稀土富集-中等富集，La/Yb＝4.74~11.33，LaN/YbN=3.19~7.64。其中，QT-O1q-1中ΣREE較低，略富集，具洋島型砂巖稀土特征。QT-O1q-5、7、9、11中的負(fù)銪（δEu）明顯，ΣREE中等富集，具活動大陸邊緣砂巖特征。負(fù)銪（δEu）異常小于0.90，具花崗巖物源特征[6]。

表1 恰特剖面中恰特組和坎地里克組石英砂巖主要組分、微量元素、稀土含量及組分比值Table 1 Major elements,trace elements,REE content and ratios for the quartz sandstones of Qiate formation and Kandilike formation in Qiate profile

恰特組和坎地里克組中含礫砂巖部分微量元素及稀土元素特征如下(表2)[7-9]：①以QT-O1q-1為代表的樣品較低，La，Ce，U，∑REE，δEu接近1（與玄武巖無δEu相似），與洋島地球化學(xué)特征相近。L/H、La/ Y等相對較高，與大陸島弧類似；②QT-O1q-5，7，9中特征元素及比值介于洋島與大陸島弧間，更接近大陸島??；③QT-O1k-19中La，Ce，U，∑REE含量及L/H、Rb/Sr、La/Y、La/Sc等比值最高，具克拉通盆地物源地球化學(xué)特征。

4 討論與結(jié)論

恰特和坎地里克組砂巖巖石地球化學(xué)特征反映出3類構(gòu)造環(huán)境，一是活動大陸邊緣；二是洋島型或大陸島弧環(huán)境；三是克拉通盆地。前人研究表明，早古生代西昆侖蛇綠巖主要沿烏依塔格-阿其克庫勒湖-香日德一線分布，南側(cè)發(fā)育大量中酸性侵入巖和火山巖。沿庫地北-烏依塔格斷續(xù)分布600 km以上。中奧陶世發(fā)生俯沖作用，火山灰和火山碎屑沉積廣泛發(fā)育，同位素年齡集中于449~494 Ma，屬奧陶紀(jì)，主要為島弧構(gòu)造背景。庫地北閃長巖、花崗閃長巖巖體角閃石中40Ar/36Ar對39Ar/36Ar等時線年齡為(471±43)Ma，黑云母等時線年齡為(449±2)Ma，鋯石年齡為458 Ma[10]。庫地克溝塊狀玄武巖鋯石SHRIMP年齡為（428±19）Ma，花崗巖巖體中鋯石年齡為(384±1.9）Ma[11]，進一步限定了庫地洋的形成、俯沖消亡的地質(zhì)時代。對比下統(tǒng)恰特組和坎地里克組上部中粗粒石英砂巖鋯石特征及年代學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，恰特組和坎地里克組物源區(qū)基本相同，后者加里東中期巖漿活動影響較明顯，構(gòu)造環(huán)境有差異，為中上奧陶統(tǒng)沉積。

表2 恰特組和坎地里克組石英砂巖與各種構(gòu)造雜砂巖稀土及部分微量元素對比Table 2 Comparison of the detrital rocks of Qiate formation and Kandilike formation with REE and the trace elements and characteristics in quartz sandstones under various tectonic settings

瑪列茲肯群中原定為下奧陶統(tǒng)恰特組、坎地里克組中的碎屑巖總體為一套成份成熟度較高，雙峰式粒度分布，以變質(zhì)巖和中酸性巖漿巖為主要的物源；恰特組具與洋島型、逐漸向洋島與大陸島弧過渡至坎地里克組克拉通盆地內(nèi)成熟區(qū)的源區(qū)演化特征。

[1] 新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.新疆維吾爾自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社,1993.12-15.

[2] 高林志,郭憲璞,丁孝忠,等.中國塔里木板塊南華紀(jì)成冰事件及其地層對比[J].地球?qū)W報,2013,34(1):39-57.

[3]高志前,樊太亮,楊偉紅,等.塔西南地區(qū)早古生界臺緣斜坡帶特征及分布[J].中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,42(12):3811-3817.

[4] 賈承造,張師本,吳紹祖,等.塔里木盆地及周邊地層各紀(jì)地層總結(jié)[M].北京:科學(xué)出版社,2003,1-42.

[5] 李雙應(yīng),楊棟棟,王松,等.南天山中段上石炭統(tǒng)碎屑巖巖石學(xué)、地球化學(xué)、重礦物和鋯石年代學(xué)特征及其對物源區(qū)、構(gòu)造演化的約束[J].地質(zhì)學(xué)報,2014,88(2):167-184.

[6] 楊江海,杜遠(yuǎn)生,徐亞軍,等.砂巖的主量元素特征與盆地物源分析[J].中國地質(zhì),2007,34（6）:1032-1043.

[7] Bhatia M R.Plate tectonics and geochemical composition of sandstones[J].Journal of Geology,1983,91(6):611-627.

[8] Bhatia M R.Rare earth element geochemistry of Australian Paleozoic graywackes and mudrocks:Province and tectonic contro1[J]. Sedimentary Geology,1985,45:97-113.

[9] Bhatia M R,Crook K A W.Trace element characteristics of graywackes and tectonic setting discrimination of sedimentary basins [J].Contributions to Mineralogy and Petrology,1986,92:181-193.

[10]許榮華,張玉泉,謝應(yīng)雯,等.西昆侖山北部早古生代構(gòu)造一巖漿帶的發(fā)現(xiàn)[J].地質(zhì)科學(xué),1994,29(4):313-328.

[11]張傳林,葉海敏,王愛國,等.塔里木南緣新元古代輝綠巖及玄武巖的地球化學(xué)特征:新元古代超大陸（Rodinia）裂解的證據(jù)[J].巖石學(xué)報,2004,20(3):473-482.

Geochemical Identification on Structural Environment of Clastic Rocks from Ordovician Malieziken Grope in Southwestern Tarim

Qian Yixiong,Jia Cunshan,Tian Mi,Zhang Yongdong,Chen Yue,Shao Zhibing
（Research Institute of Experimental Geology,CNSPC,Wuxi,Jiangsu,214151,China）

The tectonic settings of Malieziken Gropes in Ordovician can provide an important implication on the Lower Paleozoic sedimentary basin evolution in Southwestern Tarim.This paper reports sedimentary rock features,petrogeochemistry characteristics of gravel-bearing sandstones of Qiate formation and Kandilike formation,Ordovician Malieziken Gropes in Southwestern Tarim.The preliminary results obtained by the authors indicate that gravel-bearing sandstones mainly consist of single-crystal quartz,and cobble-bearing sandstones varies in the great contents of the major geochemical composition with Al2O3=2.75%~14.99%,TiO2=0.03%~0.82%,Fe2O3=0.78%~10.58%,MgO=0.23%~4.93%,CaO= 0.16%~7.16%,K2O=0.05%~1.89%,Na2O=1.33%~3.15%,ΣREE=23.23×10-6~98.02×10-6、L/H=1.80~3.93、δEu=0.35~1.05、δCe=0.55~0.59.The petrogeochemistry characteristics inferred that the primitive gravel-bearing sandstones of Qiate formation derived from oceanic island to the transition zone,i e.between oceanic island and Continental igneous island arc, while the Kandilike formation origin from igneous island arc to internal craton.

Gravel-bearing sandstones;Petrogeochemistry;Malieziken Grope;Southwestern Tarim

1000-8845(2016)02-245-05

P588.34；P595

A

項目資助：“973”（2012CB214802）與國家重大專項（2011ZX05005-0023）、2011ZX05008-003-11及中國石化科技部項目P10023聯(lián)合資助

2015-05-14;

2015-06-11;作者E-mail：qyx9167@vip.sina.com

錢一雄（1962-），男，江蘇蘇州人，博士，教授級高工，1984年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)地質(zhì)系，盆地分析專業(yè)