黔西月亮田礦區(qū)龍?zhí)督M泥巖地球化學(xué)特征及指示意義

周 澤，慕熙瑋，汪凌霞

(1.貴州省煤田地質(zhì)局174隊(duì)，貴州 貴陽 550000；2.貴州省煤田地質(zhì)局，貴州 貴陽 550000)

1 元素地球化學(xué)特征

1.1 樣品采集及測試

測試樣品均采集于月亮田礦區(qū)6#、18#鉆孔巖心(圖1)，位于研究中部。主要為灰黑色泥巖或炭質(zhì)泥巖。6#鉆孔采集5件樣品，編號6-1至6-5；18#鉆孔采集12件樣品，編號18-1至18-12。樣品稀土元素及微量元素測試均采用美國熱電公司的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)，在貴州省煤田地質(zhì)局實(shí)驗(yàn)室測定完成(誤差小于10%)。

圖1 月亮田礦區(qū)鉆孔采樣柱狀圖

Fig.1 Histogram of borehole sampling in Yueliangtian mining area

1.2 微量元素特征

前人研究發(fā)現(xiàn)，微量元素在地殼地質(zhì)作用分異過程中對環(huán)境的變化比常量元素更加敏感，反映出的地質(zhì)情況更豐富(王立亭1994)，指示的古沉積環(huán)境更準(zhǔn)確[11]。月亮田礦區(qū)微量元素豐度特征見表1，與上地殼元素豐度相差較大(鄧平1993)。研究區(qū)親石元素中Sc、Th、U、Ta、Zr等，親銅元素中Cu、Zn、Ga等，親鐵元素中V、Cr、Co、Ni等相對富集，其中V、Cr、Zr等元素豐度遠(yuǎn)超上地殼元素豐度平均值；Rb、Sr、Ba等元素則有所虧損，豐度略低于上地殼元素豐度平均值。

1.3 稀土元素特征

稀土元素包括輕稀土及重稀土元素，受火山、地殼運(yùn)動等構(gòu)造作用的影響而分配不同，并能指示出沉積巖的形成時代；早期的沉積物具貧稀土總量、富重稀土及Eu的特征，晚期的沉積物則主要具富稀土總量、貧重稀土及Eu虧損的特征(慕熙瑋等2016)。

月亮田礦區(qū)龍?zhí)督M泥巖樣品稀土元素豐度特征見表2。樣品稀土總量(∑REE)平均為382 μg/g，遠(yuǎn)高于上地殼(146.4 μg/g)、北美頁巖(173.21 μg/g)(Haskin L A et al 1968)和球粒隕石(65.9 μg/g)(Boynton W V 1984)，表明稀土總量較為富集；L/HREE平均值為8.82，表明樣品總體富輕稀土、貧重稀土，且分異較明顯；(La/Yb)N平均值13.13，反映出稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解中分布曲線的傾斜程度較大，進(jìn)一步證明分異程度較大，輕稀土元素相對富集；δEu平均值為0.82，顯示為微弱負(fù)異?；驘o負(fù)異常。

通過資料收集于研究，筆者采用采用Boynton W V(1984)推薦的球粒隕石(Boynton W V 1984)對泥巖樣品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化(令φ為泥巖樣品與球粒隕石稀土元素含量比值)，采用二次回歸方程，繪制出月亮田礦區(qū)龍?zhí)督M泥巖稀土元素分布模式圖(圖2)。據(jù)圖顯示區(qū)內(nèi)6#鉆孔及18#鉆孔泥巖樣品稀土分布模式總體特征一致，均屬于輕稀土元素相對富集、重稀土元素相對虧損型；且輕稀土段元素斜率明顯高于重稀土段元素，表明輕稀土較重稀土元素之間的分餾程度更高；除18-2樣品Eu元素負(fù)異常較明顯外，其余樣品均呈微弱負(fù)異常或無異常，表明Eu總體微弱虧損；Ce元素則無異常。

表1 研究區(qū)6#、18#鉆孔泥巖微量元素豐度特征(μg/g)

表2 研究區(qū)6#、18#鉆孔泥巖稀土元素豐度特征(μg/g)

注：φLREE=La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu；HREE=Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu；∑REE=LREE+HREE；L/HREE為LREE與HREE的比值；φδEu=EuN/(SmN×GdN)1/2；φδCe=CeN/(LaN×PrN)1/2；φ下角N代表球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化。實(shí)驗(yàn)測試工作由中國礦業(yè)大學(xué)分析測試中心完成。

(a)6#鉆孔 (c)18#鉆孔

圖2 研究區(qū)6#、18#鉆孔龍?zhí)督M泥巖稀土元素分布模式圖

Fig.2 Distribution pattern of rare earth elements in mudstone of 6# and 18# well drillings of the Longtan formation

2 指相意義

前人認(rèn)為泥巖的地球化學(xué)特征可反映出豐富的地質(zhì)意義，沉積時期的古氣候、水體理化性質(zhì)、物源等均能得到體現(xiàn)，從而能揭示古沉積環(huán)(鄧宏文等1993)。筆者根據(jù)區(qū)內(nèi)兩口鉆孔龍?zhí)督M泥巖樣品的測試分析數(shù)據(jù)，探討了礦區(qū)龍?zhí)督M沉積時的古沉積環(huán)境及物源特征。

2.1 古氣候

沉積巖微量元素的地球化學(xué)特征能反映古沉積環(huán)境氣候變化信息，對古氣候的恢復(fù)具有指示意義。其中以Sr/Cu元素比值指標(biāo)最為常用，作為古氣候指標(biāo)，比值小于10時指示溫濕氣候，大于10時指示干熱氣候(李春榮等2008)。根據(jù)表1統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，Sr/Cu比值除6-2號龍?zhí)锻砥跇悠仿猿^10，其余16件樣品均小于10。表明研究區(qū)內(nèi)龍?zhí)督M沉積主體時期長期處于溫濕氣候，利于植物繁殖，為區(qū)內(nèi)成煤作用提供了有利條件。

2.2 古鹽度

沉積巖微量元素的地球化學(xué)特征同時也能指示古水體鹽度，其中具有較高應(yīng)用性的包括Th/U、Sr/Ba等元素比值(鄭一丁等2015)。

2.3 氧化還原環(huán)境

2.4 物源分析

中二疊世晚期至晚二疊世早期，伴隨川滇隆起帶東側(cè)的南北向斷裂帶間歇性發(fā)生的大規(guī)模的裂隙式玄武巖噴溢，西部地區(qū)廣泛隆起成為山地，經(jīng)受長期剝蝕作用；晚二疊世龍?zhí)镀?，貴州處于江南—雪峰古陸和云開山地一線以西的西部沉降區(qū)，長期接受物源沉積(熊孟輝等2006)。推測研究區(qū)龍?zhí)督M主體沉積時期物源以玄武巖為主。為驗(yàn)證這一推測，筆者根據(jù)沉積物中微量元素及稀土元素的特征參數(shù)及其配分曲線模式判別源區(qū)的物質(zhì)組成，加以驗(yàn)證，并推測其物源區(qū)構(gòu)造背景。

2.4.1 物源區(qū)物質(zhì)組成

圖3 研究區(qū)泥巖La/Yb-∑REE 圖解

2.4.2 物源區(qū)構(gòu)造背景

物源區(qū)構(gòu)造背景的研究可根據(jù)La、Th、Sc、Zr等活動性較低的稀土或微量元素特征進(jìn)行推斷(趙振華2007)。目前常用的研究方法主要是Bhatia等建立的La-Th-Sc及Th-Sc-Zr/10構(gòu)造環(huán)境的判別圖解(Bhatia M R 1985)。筆者根據(jù)研究區(qū)元素測試結(jié)果繪制研究區(qū)龍?zhí)督M泥巖樣La-Th-Sc及Th-Sc-Zr/10物源區(qū)判別三角圖(圖4)，結(jié)果顯示區(qū)內(nèi)龍?zhí)督M泥巖樣品的相應(yīng)測試結(jié)果大多分布于大陸島弧區(qū)域；即沉積物源主要來自大陸島弧。

圖4 研究區(qū)龍?zhí)督M泥巖樣La-Th-Sc及Th-Sc-Zr/10物源區(qū)判別圖解

Fig.4 Discriminant diagram of source area based on La-Th-Sc and Th-Sc-Zr/10 of mudstone samples from the Longtan formation in the study area

3 結(jié)論

(1)微量元素方面，區(qū)內(nèi)親石元素中Sc、Th、U、Ta、Zr等，親銅元素中Cu、Zn、Ga等，親鐵元素中V、Cr、Co、Ni等相對富集；Rb、Sr、Ba等元素則有所虧損。

(2)稀土元素方面，區(qū)內(nèi)∑REE平均為382 μg/g，較為富集；總體富輕稀土、貧重稀土，分異較明顯；δEu平均值為0.82，顯示為微弱負(fù)異?；驘o負(fù)異常。

(3)古沉積環(huán)境方面，區(qū)內(nèi)龍?zhí)督M沉積主體時期長期處于溫濕氣候，利于植物繁殖；古水體以淡水環(huán)境為主，間或有短暫海侵；沉積水體以貧氧至厭氧的弱氧化至還原性環(huán)境為主，為區(qū)域聚煤作用提供了良好條件。

(4)物源方面，區(qū)內(nèi)龍?zhí)督M物源以玄武巖為主，物源主要來自大陸島弧。