黑龍江省東部早古生代晨明組物源區(qū)特征及其構(gòu)造背景

高福紅，何雨思，王 楓，修 銘

吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 130061

0 引言

黑龍江省東部在大地構(gòu)造位置上位于西伯利亞板塊和華北板塊之間的興蒙造山帶東段，由眾多微地塊和其間的構(gòu)造帶組成[1]。該區(qū)在古生代主要表現(xiàn)為微陸塊之間的拼合和古亞洲洋的俯沖消減[2-3]，在中生代以來(lái)又受到太平洋構(gòu)造域的疊加和改造[4-5]。區(qū)域地質(zhì)演化歷史的復(fù)雜性和獨(dú)特的大地構(gòu)造位置使其成為眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)區(qū)域。目前對(duì)于黑龍江省東部基礎(chǔ)地質(zhì)的研究主要集中在花崗質(zhì)巖石的年代學(xué)和地球化學(xué)方面，區(qū)域討論的熱點(diǎn)問(wèn)題是：顯生宙巖漿作用與多構(gòu)造體系演化[6-10]；花崗巖成因與地殼演化[11-12]；沉積地層的形成時(shí)代[13-16]。近年來(lái)，前人對(duì)黑龍江省東部“前寒武紀(jì)”地質(zhì)體的形成時(shí)代有了新的認(rèn)識(shí)，先前確定的“古元古代”地層已經(jīng)被解體，除部分為新元古代外，其主體主要形成于古生代。高福紅等[15]曾對(duì)黑龍江省東部松嫩—張廣才嶺地塊東緣的晨明組進(jìn)行碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)研究，判定晨明組的形成時(shí)代為561～510 Ma，這是首次在黑龍江省東部確定的具有確切年代學(xué)證據(jù)的早古生代地層。前人[13-16]對(duì)黑龍江省東部地區(qū)古生代地層進(jìn)行了大量年代學(xué)方面的研究，但對(duì)古生代地層的沉積環(huán)境、物源組成及沉積構(gòu)造背景的研究幾乎處于空白，這限制了對(duì)該區(qū)古生代構(gòu)造演化的認(rèn)識(shí)。

因碎屑沉積巖和淺變質(zhì)碎屑沉積巖包含豐富的源區(qū)物質(zhì)組成、構(gòu)造環(huán)境及早期地殼生長(zhǎng)演化的信息，近年來(lái)其地球化學(xué)研究已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于解釋物源區(qū)風(fēng)化程度、制約物源區(qū)特征和恢復(fù)沉積構(gòu)造環(huán)境等方面[17-21]。因此，本文根據(jù)晨明組中碎屑沉積巖的地球化學(xué)組成，結(jié)合晨明組巖相學(xué)和年代學(xué)資料，利用地球化學(xué)特征分析方法深入探討了晨明組沉積物源區(qū)的風(fēng)化程度、物源組成與屬性及其沉積構(gòu)造背景，以期為研究黑龍江省東部早古生代的構(gòu)造演化歷史提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景及樣品描述

1.1 地質(zhì)背景及位置

研究區(qū)位于興蒙造山帶東段，佳木斯地塊西緣，松嫩—張廣才嶺地塊東緣，牡丹江斷裂附近(圖1a)。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育元古宇、古生界、中生界和新生界，分布大面積的燕山期、海西期和加里東期花崗巖。本文研究的早古生代晨明組主要出露于黑龍江省伊春市南部晨明鎮(zhèn)附近(圖1b)。晨明組發(fā)育一套碎屑-碳酸鹽沉積，巖性主要以砂巖、粉砂巖、泥巖和灰?guī)r為主，沉積環(huán)境為穩(wěn)定的濱淺海環(huán)境[24]。

1.2 采樣位置及樣品描述

晨明組是由碳酸鹽巖和陸源碎屑巖構(gòu)成的巖石組合(圖2)。其中：碳酸鹽巖以白云質(zhì)灰?guī)r和瀝青質(zhì)灰?guī)r為主，巖石多為厚—中厚層狀；陸源碎屑巖以細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖為主，巖石多為薄層狀，并夾有灰?guī)r薄層。晨明組剖面自下而上巖石粒度逐漸變粗、碳酸鹽巖減少、碎屑巖增加和厚層狀巖層變?yōu)楸訝?，整個(gè)剖面厚度大于687 m，其頂部被寶泉組的流紋巖及石英砂巖呈角度不整合覆蓋[24]。

筆者于晨明鎮(zhèn)西北采石場(chǎng)晨明組標(biāo)準(zhǔn)剖面(圖3)共采集15塊樣品，經(jīng)挑選，選用樣品15HCM2和15HCM3進(jìn)行巖相學(xué)和地球化學(xué)分析。樣品15HCM2采于晨明組標(biāo)準(zhǔn)剖面的上部(圖4a)，巖石類型為泥巖，泥狀結(jié)構(gòu)(圖4b)，塊狀構(gòu)造。樣品15HCM3采于晨明組標(biāo)準(zhǔn)剖面的中部(圖4c)，巖石類型為細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖，細(xì)粒碎屑結(jié)構(gòu)(圖4d)，塊狀構(gòu)造，碎屑顆粒主要為石英和長(zhǎng)石。

據(jù)文獻(xiàn)[24]修編。圖2 研究區(qū)晨明組巖性柱狀圖及采樣位置Fig.2 Column diagram showing lithology and sampling location for Chenming Formation in the study area

2 地球化學(xué)特征

樣品的主量元素和微量元素分析測(cè)試工作均在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素年代學(xué)和地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。樣品的主量元素分析采用堿熔法制成玻璃餅，用X射線熒光光譜法(XRF)測(cè)定樣品的主量元素，分析精度優(yōu)于1%。樣品的微量元素分析則在Perkin-Elmer Sciex Elan 6000型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)完成。微量元素中質(zhì)量分?jǐn)?shù)>10×10-6的樣品分析精度優(yōu)于5%(2σ)，<10×10-6的樣品分析精度優(yōu)于10%(2σ)，所有稀土元素的分析精度優(yōu)于5%(2σ)。樣品分析結(jié)果見(jiàn)表1。

2.1 主量元素

澳大利亞后太古代平均頁(yè)巖(PAAS)代表了上地殼的平均化學(xué)成分，可作為地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分析樣品的地球化學(xué)特征[26]。研究區(qū)泥巖樣品的主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍較小，w(SiO2)=56.32%～65.18%，w(Al2O3)=16.44%～20.48%，w(TFe2O3)=4.62%～6.04%，w(MgO)=1.88%～2.83%，w(CaO)=1.32%～4.50%，w(Na2O)=0.87%～0.97%，w(K2O)=2.65%～3.45%，與PAAS相比其具有一致的SiO2、Al2O3和MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)，較高的CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及稍低的TFe2O3、Na2O和K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)。研究區(qū)細(xì)砂巖樣品的主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍較小，w(SiO2)=66.14%～68.26%，w(Al2O3)=12.54%～13.24%，w(TFe2O3)=4.91%～5.79%，w(MgO)=1.50%～2.21%，w(CaO)=1.84%～3.70%，w(Na2O)=2.18%～2.61%，w(K2O)=1.54%～1.94%，與PAAS相比其具有較高的SiO2、CaO和Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及較低的Al2O3、TFe2O3、MgO和K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

以PAAS數(shù)據(jù)對(duì)樣品的主量元素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到蛛網(wǎng)圖(圖5)。由圖5可見(jiàn)：4個(gè)泥巖樣品的曲線相似，CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)富集，TFe2O3、Na2O、K2O和TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)略微虧損，MnO和P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)虧損，SiO2、Al2O3和MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)與PAAS相近(圖5a)；6個(gè)細(xì)砂巖樣品的曲線相似，CaO和Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)富集，SiO2和MnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)略微富集，Al2O3、TFe2O3、MgO和TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)略微虧損，K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)虧損(圖5b)。

2.2 微量元素

泥巖和細(xì)砂巖的微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍均較小(表1)，以PAAS數(shù)據(jù)對(duì)樣品的微量元素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到蛛網(wǎng)圖(圖6)。由圖6可見(jiàn)：4個(gè)泥巖樣品的曲線相似，Co質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)虧損，Sc、Sr和Ba質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)略微富集，其余微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均相對(duì)略微虧損(圖6a)；6個(gè)細(xì)砂巖樣品的曲線相似，Sc、V、Cr、Co、Th和U質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)略微虧損，Ni、Cu、Rb和Ba質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)虧損，Sr、Y、Zr和Hf 質(zhì)量分?jǐn)?shù)與PAAS相近(圖6b)。

2.3 稀土元素

稀土元素分析結(jié)果(表1、表2)顯示：泥巖樣品的w(∑REE)為(134.29～161.17)×10-6，平均為148.54×10-6，低于PAAS(183.00×10-6)；輕稀土元素富集，重稀土元素穩(wěn)定，La/Yb值為11.91～13.97，(La/Yb)N為8.03～9.42，明顯的Eu負(fù)異常，δEu值為0.55～0.74，δCe值為0.84～0.90。細(xì)砂巖樣品的w(∑REE)為(155.61～186.32)×10-6，平均為174.80×10-6，略微低于PAAS；輕稀土元素富集，重稀土元素穩(wěn)定，La/Yb值為12.60～14.45，(La/Yb)N為8.49～9.74，明顯的Eu負(fù)異常，δEu值為0.65～0.71，δCe值為0.91～0.99。

以球粒隕石數(shù)據(jù)[27]和PAAS數(shù)據(jù)[26]對(duì)研究區(qū)晨明組樣品的稀土元素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)果見(jiàn)圖7、8。圖7表明，晨明組樣品球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線均為具負(fù)Eu異常的右傾型，輕稀土元素富集，重稀土元素近直線分布，元素分異不明顯；圖8表明，晨明組樣品PAAS標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線均為PAAS型模式。

3 討論

3.1 物源區(qū)風(fēng)化沉積特征

碎屑沉積物的地球化學(xué)指數(shù)，如ICA，ICV，IPA，可以反映物源區(qū)源巖的風(fēng)化程度和蝕變強(qiáng)度，有助于研究沉積物源區(qū)的風(fēng)化特征。ICA值的大小反映化學(xué)風(fēng)化作用的強(qiáng)弱[28]。晨明組泥巖樣品ICA值為73.49～75.00，細(xì)砂巖樣品ICA值為56.78～57.98(表1)，指示其物源區(qū)物質(zhì)經(jīng)歷了弱—中等程度的化學(xué)風(fēng)化作用(圖9a)。ICV值的大小反映巖石的成分成熟度，ICV值隨風(fēng)化程度的提高而降低，ICV值接近1.0時(shí)反映巖石成熟度為中等，非黏土礦物相對(duì)黏土礦物具有高的ICV值[29]。Kamp等[30]認(rèn)為低ICV值的碎屑沉積巖是來(lái)自成熟并含有大量黏土礦物的沉積源區(qū)，指示被動(dòng)構(gòu)造環(huán)境下沉積物的再循環(huán)，而高ICV值的碎屑沉積巖則指示活動(dòng)構(gòu)造背景下沉積物的初次循環(huán)。晨明組泥巖和細(xì)砂巖樣品的ICV值分別為0.75～1.30和1.19～1.49(表1)，顯示中等—較高的ICV值，說(shuō)明其來(lái)源于不成熟的沉積物源區(qū)，指示活動(dòng)構(gòu)造背景下沉積物的初次循環(huán)。

圖3 研究區(qū)晨明組地層標(biāo)準(zhǔn)剖面圖及采樣位置Fig.3 Standrad stratigraphic section showing lithology and sampling location for Chenming Formation in the study area

圖4 研究區(qū)晨明組野外露頭和樣品顯微照片F(xiàn)ig.4 Outcrop photographs and samples photomicrographs for Chenming Formation in the study area

表1 研究區(qū)晨明組15HCM樣品主量和微量元素分析結(jié)果

注：主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)單位為%；微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)單位為10-6。w(TFe2O3)=w(Fe2O3)+ 1.111w(FeO)?；瘜W(xué)蝕變指數(shù)ICA=x(Al2O3)/[x(Al2O3)+x(CaO*)+x(Na2O)+x(K2O)]×100，成分變異指數(shù)ICV=[x(Fe2O3)+x(K2O)+x(Na2O)+x(CaO*)+x(MgO)+x(MnO)+x(TiO2)]/x(Al2O3)，斜長(zhǎng)石蝕變指數(shù)IPA=[x(Al2O3)-x(K2O)]/[x(Al2O3)+x(CaO*)+x(Na2O)-x(K2O)] ×100，以上式子中的主要成分指摩爾分?jǐn)?shù)，CaO*為碳酸鹽中的CaO，即全巖中的CaO扣除掉化學(xué)沉積CaO的摩爾分?jǐn)?shù)[25]。

圖5 研究區(qū)晨明組15HCM樣品主量元素蛛網(wǎng)圖Fig.5 Spider diagrams for major elements of 15HCM samples from Chenming Formation in the study area

圖8 研究區(qū)晨明組15HCM樣品稀土元素PAAS標(biāo)準(zhǔn)化曲線Fig.8 PAAS-normalized REE patterns of 15HCM samples from Chenming Formation in the study area

b中A為Al2O3；CN為CaO+Na2O；K為K2O。Pl.斜長(zhǎng)石；Sm.蒙皂石；Kfs.鉀長(zhǎng)石；Mu.白云母；IL.伊利石；To.英云閃長(zhǎng)石；Gd.花崗閃長(zhǎng)石；Gr.花崗巖。圖9 研究區(qū)晨明組風(fēng)化特征圖解Fig.9 Characteristics of weathering for Chenming Formation in the study area

表2 研究區(qū)晨明組15HCM樣品稀土元素參數(shù)

注：稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)單位為10-6。下角標(biāo)N代表球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值；∑REE不包括Sc和Y元素；L/H=∑LREE/∑HREE；δEu=2EuN/(SmN/ GdN)；δCe=2CeN/(LaN/PrN)。

IPA值常用來(lái)指示斜長(zhǎng)石的風(fēng)化程度，新鮮巖石IPA值為50，黏土礦物IPA值為100[31]。晨明組泥巖樣品的IPA平均值為82.73，細(xì)砂巖樣品的IPA平均值為59.03，指示巖石樣品中斜長(zhǎng)石的風(fēng)化作用程度為弱—中等。

巖石經(jīng)歷化學(xué)風(fēng)化作用，其成分在A-CN-K圖解中將沿實(shí)線箭頭方向變化，而K質(zhì)交代作用將使成分沿虛線箭頭方向變化(圖9b)[32]。因此，晨明組沉積物可能來(lái)源于經(jīng)歷了較弱化學(xué)風(fēng)化作用且相當(dāng)于英云閃長(zhǎng)巖或花崗閃長(zhǎng)巖成分的物質(zhì)源區(qū)。

化學(xué)風(fēng)化和成巖作用能夠?qū)е滤樾汲练e巖Th/U值和Rb/Sr值明顯升高，因此Th/U值和Rb/Sr值可以用來(lái)示蹤化學(xué)風(fēng)化趨勢(shì)和沉積循環(huán)特征[33-34]。晨明組泥巖樣品和細(xì)砂巖樣品Th/U值分別為4.60～4.86和5.23～6.40，均接近PAAS值(4.97)，且均略高于上地殼平均值(3.80)(表1，圖9c)。晨明組泥巖和細(xì)砂巖樣品的Rb/Sr平均值分別為0.62和0.34，兩種巖性樣品的Rb/Sr值均較低(表1)。Th/U與Rb/Sr值特征均指示晨明組物源區(qū)物質(zhì)經(jīng)歷了較弱的化學(xué)風(fēng)化作用和一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的沉積演化過(guò)程。

物源區(qū)物質(zhì)在化學(xué)風(fēng)化作用和沉積搬運(yùn)過(guò)程中鋯石等重礦物會(huì)逐漸富集[35-36]，鋯石中富含Zr，而Th和Sc難溶于自然水且在沉積循環(huán)過(guò)程中不發(fā)生分餾作用[37]，所以在沉積循環(huán)過(guò)程中，隨著鋯石的富集，Zr/Sc值將升高而Th/Sc值不變[38]。晨明組樣品在Th/Sc-Zr/Sc圖解內(nèi)呈良好的正相關(guān)關(guān)系(圖9d)，顯示鋯石的富集在沉積過(guò)程中并未起主宰作用，指示晨明組物源區(qū)物質(zhì)未經(jīng)歷沉積再循環(huán)過(guò)程。

由上述分析可知，晨明組物源區(qū)物質(zhì)經(jīng)歷了弱—中等程度的化學(xué)風(fēng)化作用和活動(dòng)構(gòu)造背景下的初次循環(huán)，其地球化學(xué)特征主要受物源區(qū)物質(zhì)組成的影響而未受沉積循環(huán)的影響。

3.2 物源區(qū)物質(zhì)組成

在物源區(qū)物質(zhì)經(jīng)歷化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中，許多元素遭受淋濾，而Al和Ti被認(rèn)為是基本穩(wěn)定的主量元素，因?yàn)檫@些元素的氧化物和氫氧化物在低溫水中具低溶解度。在通常情況下，碎屑沉積巖和其源巖之間Al和Ti的分餾作用不是十分明顯[39]，尤其是在源巖為火成巖時(shí)，Al2O3/TiO2值能夠作為分析物源區(qū)源巖的良好指標(biāo)。Girty等[40]認(rèn)為來(lái)自鐵鎂質(zhì)巖石源區(qū)的沉積物的Al2O3/TiO2值通常小于14，來(lái)自長(zhǎng)英質(zhì)巖石源區(qū)的沉積物的Al2O3/TiO2值通常為19～28。晨明組樣品Al2O3/TiO2值為14～30(表1)，指示晨明組沉積物主要來(lái)源于長(zhǎng)英質(zhì)火成巖源區(qū)。

砂泥巖中的微量元素能夠提供有關(guān)沉積巖物源屬性的信息，長(zhǎng)英質(zhì)巖石中La和Th質(zhì)量分?jǐn)?shù)高， 而基性巖中Co、Sc和Cr相對(duì)富集，這些元素在風(fēng)化過(guò)程中相對(duì)穩(wěn)定，其比值可以用來(lái)指示物源成分[35]。晨明組樣品微量元素特征比值與地殼元素對(duì)比(表3)，結(jié)果顯示所有樣品的微量元素特征比值均與大陸上地殼的微量元素特征比值相似。

表3 研究區(qū)晨明組15HCM樣品微量元素比值

注：UCC.大陸上地殼；LCC.大陸下地殼；OC.洋殼。

在指示沉積物源區(qū)成分特征的指標(biāo)中，稀土元素模式最為可靠。后太古代碎屑沉積巖及多數(shù)上地殼火山巖的(Gd/Yb)N值變化范圍為1.0～2.0，由于獨(dú)居石高度富集輕稀土(LREE)，其在沉積物中輕微的富集將直接導(dǎo)致(Gd/Yb)N值明顯升高[34]。晨明組樣品的(Gd/Yb)N值均小于2.0(表2)，介于上地殼范圍，表明在其形成過(guò)程中沒(méi)有明顯的獨(dú)居石富集，不活潑的稀土元素可以作為其成因的指示劑。源自上地殼的稀土元素具有富集輕稀土元素，重稀土元素穩(wěn)定和明顯Eu負(fù)異常等特征[26]。從晨明組樣品球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(圖7)可以看出，樣品的配分曲線幾乎一致，表明研究區(qū)晨明組沉積物具有相同的物源特征；樣品的配分曲線具有輕稀土富集、重稀土穩(wěn)定和明顯的負(fù)Eu異常特征，說(shuō)明晨明組物源區(qū)物質(zhì)具有明顯的上地殼特征。

通過(guò)La/Yb-w(∑REE)、Co/Th-La/Sc、La/Th-w(Hf)、La/Th-La/Yb物源區(qū)判別圖解(圖10)可以進(jìn)一步揭示物源區(qū)物質(zhì)組成。La/Yb-w(∑REE)判別圖(圖10a)[41]指示晨明組源巖為花崗巖；Co/Th-La/Sc判別圖(圖10b)[42]指示晨明組源巖為長(zhǎng)英質(zhì)火山巖；La/Th-w(Hf)判別圖(圖10c)[43]中，樣品主要位于上地殼平均成分附近，大部分樣品落入了長(zhǎng)英質(zhì)物源區(qū)內(nèi)，兩個(gè)細(xì)砂巖樣品落在長(zhǎng)英質(zhì)物源區(qū)外，指示有少量古老沉積物成分的增加；La/Th-La/Yb判別圖(圖10d)[44]指示晨明組源巖具有平均上地殼成分特征。

根據(jù)上述晨明組的地球化學(xué)特征，可以判定晨明組物源區(qū)屬性為上地殼環(huán)境，沉積物源巖為長(zhǎng)英質(zhì)火成巖，該結(jié)論與前述A-CN-K圖解(圖9b)指示的沉積物源一致。高福紅等[15]曾對(duì)本文的晨明組進(jìn)行過(guò)碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)研究，認(rèn)為晨明組物源主要來(lái)源于松嫩—張廣才嶺地塊東緣南北向展布的早古生代花崗質(zhì)巖以及周邊的新元古代地質(zhì)體，少量物源可能來(lái)自地表或地表淺部的古元古代地質(zhì)體。由此，可以進(jìn)一步確認(rèn)晨明組沉積物源主要為早古生代花崗質(zhì)巖。

3.3 沉積構(gòu)造背景

碎屑沉積巖的地球化學(xué)特征主要取決于其物質(zhì)組成，而物質(zhì)組成又與其物源和大地構(gòu)造環(huán)境有著非常密切的關(guān)系，因此碎屑沉積巖的地球化學(xué)特征可以用來(lái)恢復(fù)構(gòu)造背景[45-46]。典型的構(gòu)造環(huán)境可分為大洋島弧、大陸島弧、活動(dòng)大陸邊緣和被動(dòng)大陸邊緣[46-47]。Roser等[48]通過(guò)碎屑沉積物的地球化學(xué)研究，指出不同構(gòu)造環(huán)境下的碎屑沉積物的地球化學(xué)特征各有特點(diǎn)，并認(rèn)為碎屑沉積巖的主量元素可以很好地指示其成因及構(gòu)造背景。K2O/Na2O-w(Si2O)(圖11a)和Si2O/Al2O3- K2O/Na2O主量元素判別圖解(圖11b)均指示晨明組形成于活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境。

不同構(gòu)造環(huán)境碎屑沉積物的物質(zhì)源區(qū)不同，稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和相關(guān)元素比值也明顯不同(表4)。從大洋島弧到大陸島弧、活動(dòng)大陸邊緣，再到被動(dòng)大陸邊緣的碎屑沉積物L(fēng)a、Ce、∑REE、La/Yb值和(La/Yb)N值明顯增大，δEu值明顯減小[41]。晨明組樣品稀土元素特征與不同構(gòu)造背景砂巖的稀土元素特征進(jìn)行比較(表4)，其稀土元素特征與活動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧構(gòu)造環(huán)境的稀土元素特征相似；與不同構(gòu)造背景砂巖的稀土元素球粒隕石和PAAS標(biāo)準(zhǔn)化曲線進(jìn)行比較(圖12)，其標(biāo)準(zhǔn)化曲線與活動(dòng)大陸邊緣的標(biāo)準(zhǔn)化曲線最為相似。因此，稀土元素特征反映晨明組沉積物可能形成于活動(dòng)大陸邊緣或大陸島弧相關(guān)的沉積盆地。

Bhatia[41]文中的活動(dòng)大陸邊緣指安第斯型的大陸邊緣，不是廣義的活動(dòng)大陸邊緣，不包括大陸島弧(如日本弧)。因此，為了進(jìn)一步確定晨明組沉積物形成的構(gòu)造背景，使用不活潑的微量元素進(jìn)一步判定。在La-Th-Sc、Th-Co-Zr/10和Th-Sc-Zr/10圖解(圖13)中，晨明組樣品多數(shù)落在大陸島弧，少數(shù)落在活動(dòng)大陸邊緣區(qū)域內(nèi)，指示晨明組沉積物可能沉積于靠近大陸島弧的活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境，這種構(gòu)造環(huán)境下形成的碎屑沉積物主要來(lái)自長(zhǎng)英質(zhì)巖漿巖或火山巖[47]，這與前述的晨明組沉積物源巖特征相符。

圖10 研究區(qū)晨明組微量和稀土元素源巖特征判別圖Fig.10 Trace and REE elements diagrams of source rocks for Chenming Formation in the study area

注：大洋島弧、大陸島弧、活動(dòng)大陸邊緣和被動(dòng)大陸邊緣數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[41]。

PM.被動(dòng)大陸邊緣；ACM.活動(dòng)大陸邊緣；ARC.大洋島弧；A1.島??；A2.演化島弧。圖11 研究區(qū)晨明組主量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖Fig.11 Tectonic setting discriminate diagrams for major elements for Chenming Formation in the study area

不同構(gòu)造環(huán)境雜砂巖球粒隕石和PAAS標(biāo)準(zhǔn)化曲線據(jù)文獻(xiàn)[48]。圖12 不同構(gòu)造環(huán)境雜砂巖和研究區(qū)晨明組15HCM樣品稀土元素球粒隕石和PAAS標(biāo)準(zhǔn)化曲線Fig.12 Chondrite-normalized and PAAS-normalized REE patterns of greywacke in different tectonic setting and 15HCM samples from Chenming Formation in the study area

A.大洋島弧；B.大陸島??；C.活動(dòng)大陸邊緣；D.被動(dòng)大陸邊緣。圖13 研究區(qū)晨明組微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖Fig.13 Tectonic setting discriminate diagrams for trace elements for Chenming Formation in the study area

許文良等[22]利用前人古生代火成巖年代學(xué)、碎屑鋯石年代學(xué)和地球化學(xué)研究成果，提出古生代松嫩—張廣才嶺地塊東緣具有活動(dòng)陸緣構(gòu)造屬性的觀點(diǎn)，該觀點(diǎn)與本文利用地球化學(xué)特征分析方法確定的晨明組沉積構(gòu)造環(huán)境一致。因此，可以判定晨明組沉積物的沉積構(gòu)造背景為靠近大陸島弧的活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境，如弧后盆地、弧間盆地等。

4 結(jié)論

1)晨明組地球化學(xué)特征指示其物源區(qū)物質(zhì)經(jīng)歷了弱—中等程度的化學(xué)風(fēng)化作用，其沉積物來(lái)源于不成熟的物質(zhì)源區(qū)，經(jīng)歷了活動(dòng)構(gòu)造背景下沉積物的初次循環(huán)，其地球化學(xué)特征主要受控于源區(qū)物質(zhì)組成。

2)晨明組的地球化學(xué)特征指示晨明組物源區(qū)屬性為上地殼環(huán)境，沉積物源巖為長(zhǎng)英質(zhì)火成巖，結(jié)合前人研究成果推斷晨明組沉積物源巖主要為松嫩—張廣才嶺地塊東緣南北向展布的早古生代花崗質(zhì)巖。

3)晨明組的沉積構(gòu)造背景為靠近大陸島弧的活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境，如弧后盆地、弧間盆地等。