廣西大瑤山地區(qū)下泥盆統(tǒng)蓮花山組碎屑巖地球化學(xué)特征及其對物源區(qū)和構(gòu)造環(huán)境的制約

劉彥兵，劉春發(fā)*，屈海浪，翁仲才，徐立為，王化奇，蔣正鋒，黃 沖，吳炎潞

(1. 北京金有地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，北京 100011; 2. 貴港市金地礦業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 貴港 537100)

0 引 言

華南板塊位于歐亞大陸東南緣，東臨西太平洋，北鄰秦嶺—大別造山帶，西接滇藏造山系松潘—甘孜造山帶和三江造山帶，是中國重要的地質(zhì)單元。華南板塊由西北側(cè)的揚子陸塊和東南側(cè)的華夏地塊組成，二者在新元古代之前經(jīng)歷了不同的構(gòu)造演化歷史，在巖石組成、地球化學(xué)特征等方面存在明顯差異。揚子陸塊具有雙層變質(zhì)基底，下層為中深變質(zhì)基底，上層為淺變質(zhì)基底，其上部為統(tǒng)一的顯生宙沉積蓋層。華夏地塊元古代基底由武夷、云開等多個中小地塊拼貼而成，主要巖性為新元古代泥砂質(zhì)碎屑巖夾火山巖、巖漿巖及碳酸鹽巖，出現(xiàn)少量的古元古代巖漿巖和中元古代沉積巖。目前普遍認(rèn)為新元古代Rodinia超大陸聚合過程中，隨著古南華洋的閉合，揚子陸塊與華夏地塊沿江山—紹興斷裂拼合形成統(tǒng)一的華南板塊。早古生代華南經(jīng)歷了郁南運動(530～480 Ma)和廣西運動(470～380 Ma)兩次造山作用，造成寒武系—志留系不同層位缺失并引發(fā)了巖漿活動與變質(zhì)事件。泥盆系不整合覆蓋于下古生界之上，形成了華南地質(zhì)發(fā)展史上最為重要的構(gòu)造轉(zhuǎn)換界面之一。前人對該構(gòu)造轉(zhuǎn)換界面之下的下古生界開展了大量工作，取得了豐碩成果。然而，該構(gòu)造轉(zhuǎn)換界面之上泥盆系的沉積環(huán)境、沉積物源和構(gòu)造背景研究較為薄弱，制約了構(gòu)造轉(zhuǎn)換界面上、下地層的綜合對比研究。碎屑沉積巖的地球化學(xué)特征能有效指示源區(qū)古風(fēng)化條件、物源區(qū)和沉積構(gòu)造環(huán)境等，因此，深入研究構(gòu)造轉(zhuǎn)換界面之上泥盆系碎屑巖的地球化學(xué)特征，探討其源區(qū)古風(fēng)化條件、物源區(qū)和沉積構(gòu)造環(huán)境，對深入討論華南板塊大地構(gòu)造的演變具有重要意義。

廣西大瑤山地區(qū)位于華南板塊西南部，地處憑祥—大黎斷裂南緣，受加里東期構(gòu)造運動影響，下泥盆統(tǒng)蓮花山組不整合覆蓋于寒武系之上。前人對研究區(qū)內(nèi)新元古界和寒武系開展了較為充分的巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)、巖相古地理和碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)研究，積累了較為豐富的資料，具備較好的研究基礎(chǔ)。然而，目前僅有少量蓮花山組碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)報道，缺乏地球化學(xué)數(shù)據(jù)，制約了對物源和沉積構(gòu)造環(huán)境的研究。本文以廣西大瑤山地區(qū)下泥盆統(tǒng)蓮花山組碎屑巖為研究對象，通過系統(tǒng)的巖石學(xué)、地球化學(xué)研究，探討其物源與沉積大地構(gòu)造背景，為華南板塊古生代構(gòu)造演化提供約束。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

桂東大瑤山—大明山隆起帶位于華南板塊西南部憑祥—大黎斷裂南緣，西北部為揚子克拉通南緣的桂北地區(qū)，東南部為云開古陸(圖1)。區(qū)內(nèi)最老地層為零星分布的新元古代南華系，巖性主要為青灰色細(xì)粒變質(zhì)長石石英砂巖夾薄層板巖。震旦系培地組整合沉積于南華系之上，頂部和底部巖性以硅質(zhì)巖為特征，中部巖性主要為灰綠色板巖和千枚巖。早古生代地層以寒武系為主，主要出露于大瑤山—大明山隆起區(qū)中部，自下而上可分為小內(nèi)沖組和黃洞口組，為一套具復(fù)理石建造的碎屑巖系。寒武系小內(nèi)沖組和黃洞口組巖性為長石石英砂巖、長石石英雜砂巖、含泥粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖等，屬半深海相沉積，構(gòu)成了大瑤山、大明山復(fù)式背斜的核部。受早古生代郁南運動(530～480 Ma)和廣西運動(470～380 Ma)影響，奧陶系僅在大明山小面積出露，其巖性為一套陸源碎屑巖，底部為礫巖夾火山碎屑巖和中性角斑巖，其余地區(qū)缺失奧陶系和志留系。研究區(qū)泥盆系圍繞著大瑤山—大明山隆起帶大面積出露，與下伏寒武系黃洞口組呈角度不整合接觸。下泥盆統(tǒng)以碎屑巖為主，自下而上分別為蓮花山組(洛赫考夫期)、那高嶺組(布拉格期)、郁江組(早埃姆斯期)和莫丁組(晚埃姆斯期)。從西南到東北，寒武系不整合界面之上沉積的泥盆系時代逐步變新，表明沉積作用是從西南部率先開始，逐步向東北部推進。蓮花山組作為不整合界面之上首個沉積地層，為一套陸相—濱海相碎屑巖，底部見厚層狀底礫巖，礫石成分主要為砂巖、粉砂巖和硅質(zhì)巖，出現(xiàn)少量花崗巖礫石，向上以紫紅色和暗紫色砂巖、粉砂巖或泥巖為主，韻律層理、平行層理、斜層理、楔狀交錯層理、槽狀交錯層理十分發(fā)育。中、上泥盆統(tǒng)與下泥盆統(tǒng)整合接觸，主要以海相碳酸鹽巖為主，局部出現(xiàn)泥巖夾層。區(qū)內(nèi)還出露有石炭紀(jì)、白堊紀(jì)和第三紀(jì)地層，前者以海相碳酸巖為主，后兩者主要是陸相碎屑巖。

左上角小圖引自文獻[22]；主圖引自文獻[23]，有所修改圖1 華南板塊大瑤山—大明山地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Sketch Tectonic Map of South China Block and Geological Map of Dayaoshan-Damingshan Area

區(qū)域斷裂構(gòu)造整體呈現(xiàn)NE向，主要有荔浦?jǐn)嗔褞?、憑祥—大黎斷裂帶、靈山斷裂帶、博白—岑溪斷裂斷等(圖1)。大瑤山地區(qū)加里東期巖體出露面積較小，以巖株和巖枝為主且成群成帶分布；巖性主要為花崗斑巖、花崗閃長巖、黑云母二長花崗巖、英云閃長巖；成巖年齡集中于470～430 Ma，與廣西運動時限(470～380 Ma)近乎一致。燕山期巖體以花山—婆姑山巖體、平天山巖體和龍頭山巖體等為代表。平天山巖體西部出現(xiàn)少量的燕山期脈巖霏細(xì)斑巖和電英巖脈。

2 樣品采集與分析方法

本次研究采集廣西大瑤山隆起龍頭山地區(qū)蓮花山組砂巖樣品11件。其中，4件樣品(ZW-4、ZW-5、ZW-6和ZW-7)采自龍頭山地區(qū)西部(23°08′58″N，109°28′45″E)，7件樣品(H-9、ZW-10、ZW-13、ZW-14、ZW-46、ZW-52和ZW-54)采自龍頭山地區(qū)東部(23°10′25″N，109°35′48″E)，位置見圖1。

對11件樣品開展巖礦鑒定和全巖主量、微量元素分析。其中，全巖主量、微量元素分析在中國冶金地質(zhì)總局一局測試中心完成。樣品經(jīng)過篩選、去污、粉碎、烘干、球磨等步驟，得到200目巖石粉末50 g。主量元素分析采用固態(tài)X射線熒光光譜法(XRF)，儀器型號為Shimadzu XRF-1800，采用美國地質(zhì)勘探局(USGS)及中國國家?guī)r石標(biāo)準(zhǔn)庫BCR-2和GBW07105標(biāo)樣來監(jiān)測實驗準(zhǔn)確度，分析精度優(yōu)于5%。微量元素分析采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES)分析，分析精度優(yōu)于5%。具體分析方法和流程參見文獻[28]。

3 結(jié)果分析

3.1 巖相學(xué)特征

廣西大瑤山地區(qū)下泥盆統(tǒng)蓮花山組樣品包含中—細(xì)粒巖屑石英砂巖和中粒石英砂巖，長石整體含量低。7件樣品為中—細(xì)粒巖屑石英砂巖[圖2(c)]，具砂狀結(jié)構(gòu)，碎屑顆粒粒度以中砂(粒徑為0.30～0.50 mm)和細(xì)砂(0.05～0.25 mm)為主(體積分?jǐn)?shù)大于85%)，伴有少量粉砂(0.01～0.05 mm)和粗砂(0.5～1.0 mm)(體積分?jǐn)?shù)少于5%)，分選中等。碎屑通常為次棱角狀—次圓狀，成分主要為石英(體積分?jǐn)?shù)為80%～90%)和長英質(zhì)巖屑(5%～15%)，長石較為少見(<5%)，且以斜長石為主。石英以單晶石英為主，表面干凈，可見波狀消光，部分出現(xiàn)次生加大邊現(xiàn)象。巖屑主要為粉砂巖、硅質(zhì)巖和泥質(zhì)巖?；|(zhì)成分主要為泥質(zhì)和硅質(zhì)，邊界輪廓清晰。

樣品H-9、ZW-13、ZW-52和ZW-54為中粒石英砂巖[圖2(d)]，具砂狀結(jié)構(gòu)，以中砂為主(體積分?jǐn)?shù)為90%～95%)，出現(xiàn)少量粉砂和粗砂成分(少于5%)，分選較好。碎屑通常為次棱角狀—次圓狀，主要成分為石英(體積分?jǐn)?shù)為90%～95%)，長英質(zhì)巖屑較為少見(<5%)。石英以單晶石英為主，表面干凈，出現(xiàn)次生加大邊現(xiàn)象。巖屑主要為硅質(zhì)巖和泥質(zhì)巖?；|(zhì)成分主要為泥質(zhì)和硅質(zhì)，邊界輪廓清晰。

Q為石英；Lf為巖屑圖2 碎屑巖野外照片和顯微鏡下圖像Fig.2 Field Photos and Photomicrographs of Clastic Rocks

3.2 主量元素特征

下泥盆統(tǒng)蓮花山組巖石主量、微量元素分析結(jié)果見表1。砂巖SiO含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)為74.19%～95.35%(平均值為85.72%)，明顯高于后太古代澳大利亞平均頁巖(PAAS)SiO含量(62.80%)和中國東部平均砂巖SiO含量(72.63%)。AlO含量為1.23%～14.71%(平均值為6.48%)，低于PAAS的AlO含量(18.90%)和中國東部平均砂巖AlO含量(10.91%)，表明黏土礦物含量較少。FeO+MgO含量為2.43%～7.36%(平均值為5.13%)，接近于中國東部平均砂巖FeO+MgO含量(4.93%)，而小于PAAS的FeO+MgO含量(8.70%)，表明樣品中基性組分含量低于PAAS。除樣品ZW-46外，其余樣品的NaO、CaO和KO含量均小于1%。樣品ZW-46泥質(zhì)巖巖屑成分含量(約15%)最高，AlO含量(14.73%)和KO含量(2.46%)均明顯高于其他樣品，表明巖屑成分以富Al、K的黏土礦物為主。下泥盆統(tǒng)蓮花山組巖石TiO、MnO和PO含量明顯小于PAAS，與中國東部平均砂巖近乎一致。

3.3 微量元素特征

樣品稀土元素總含量變化較大，為(12.48～281.10)×10，平均值為91.17×10，略低于PAAS稀土元素總含量(184.77×10)和中國東部平均砂巖稀土元素總含量(152.82×10)。樣品ZW-46泥質(zhì)巖巖屑成分含量最高，稀土元素總含量(281.10×10)亦最高，稀土元素總含量與黏土礦物含量呈現(xiàn)良好的正相關(guān)關(guān)系。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式[圖3(a)]中，下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖輕稀土元素富集，重稀土元素平坦，輕、重稀土元素分異明顯((La/Yb)值為3.70～29.40)，整體呈現(xiàn)輕稀土元素富集右傾型的配分模式，與PAAS、

ws為樣品含量；wc為球粒隕石含量；wp為PAAS含量；同一圖中相同線條對應(yīng)不同樣品；球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值引自文獻[31]；PAAS標(biāo)準(zhǔn)化值引自文獻[29]；中國東部平均砂巖數(shù)據(jù)引自文獻[30]圖3 碎屑巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式和PAAS標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.3 Chondrite-normalized REE Pattern and PAAS-normalized Trace Element Spider Diagram of Clastic Rocks

表1 砂巖主量、微量元素分析結(jié)果

續(xù)表 1

依據(jù)文獻[33]；成分變異指數(shù)計算方法依據(jù)文獻[34];Eu和Ce異常計算方法依據(jù)文獻[35]；為主量元素總含量；為稀土元素

總含量；樣品ZW-4、ZW-5、ZW-6、ZW-7、ZW-10、ZW-14為中—細(xì)粒巖屑石英砂巖；樣品ZW-46、H-9、ZW-13、ZW-52、ZW-54為中粒石英砂巖。

中國東部平均砂巖較為相似。下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖出現(xiàn)中等負(fù)Eu異常到正Eu異常(0.66～1.14，平均值為0.88)，Ce異常(0.92～1.03)不明顯。

相較于PAAS和中國東部平均砂巖[圖3(b)]，下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖相容元素Cr、Ni、Co、Sc含量較低，大離子親石元素(Rb、Ba和Sr)呈現(xiàn)明顯虧損，高場強元素(Zr、Hf和Th)特征與PAAS基本相同，所有樣品均呈現(xiàn)明顯Nb、Sr虧損。上述特征與樣品長英質(zhì)成分含量較高一致；Sr明顯虧損可能與長石強烈風(fēng)化有關(guān)。

4 討 論

4.1 元素活動性

沉積巖形成后，后期變質(zhì)和熱液蝕變作用可能改變其物質(zhì)成分，因此，在使用碎屑沉積巖地球化學(xué)研究追溯其物質(zhì)來源及構(gòu)造環(huán)境時應(yīng)評價元素活動性。鏡下觀察表明，廣西大瑤山地區(qū)下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖未見后期熱液改造跡象。在哈克圖解(圖4)中，下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖SiO含量與AlO、MgO、TiO、NaO、La、Sc、Th含量呈現(xiàn)明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明上述元素在沉積后并未受到后期熱液活動影響，能真實反映沉積環(huán)境和地質(zhì)背景信息。SiO含量與CaO、KO含量無明顯關(guān)系，表明其可能受風(fēng)化作用或成巖后鉀化作用影響。

4.2 碎屑沉積物成熟度與物源區(qū)風(fēng)化作用

4.2.1 碎屑沉積物成熟度

下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖碎屑顆粒粒徑以中細(xì)粒為主(0.05～0.50 mm)，分選中等，呈次棱角狀—次圓狀，顆粒支撐，結(jié)構(gòu)成熟度較高。巖屑石英砂巖的石英體積分?jǐn)?shù)高(80%～90%)，長英質(zhì)、泥質(zhì)巖屑和長石等不穩(wěn)定成分體積分?jǐn)?shù)低(<20%)，石英/(巖屑+長石)值為3.9～8.8，顯示了較高的成分成熟度。相較于巖屑石英砂巖，石英砂巖的石英體積分?jǐn)?shù)更高(90%～95%)，巖屑和長石等成分體積分?jǐn)?shù)更低(<10%)，石英/(巖屑+長石)值更高(9.0～9.5)，成分成熟度高于巖屑石英砂巖。

碎屑沉積巖的SiO/AlO值可有效判別沉積物成熟度。沉積物成熟度越高，SiO/AlO值越大。下泥盆統(tǒng)蓮花山組石英砂巖SiO/AlO值(18.72～77.28)高于巖屑石英砂巖SiO/AlO值(5.04～18.34)，表明石英砂巖成分成熟度更高，與巖相學(xué)觀察結(jié)果一致?？傮w上，下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖SiO/AlO值(平均值為22.30)明顯大于PAAS的SiO/AlO值(3.32)和中國東部平均砂巖SiO/AlO值(6.66)，指示其成分成熟度較高。

4.2.2 物源區(qū)風(fēng)化作用

圖4 碎屑巖哈克圖解Fig.4 Harker Diagrams of Clastic Rocks

基于黏土礦物相對非黏土礦物中AlO含量的明顯區(qū)別，Cox等提出了成分變異指數(shù)(ICV)以判別沉積再循環(huán)作用對源巖化學(xué)成分的影響?；顒訕?gòu)造帶中的第一次旋回物質(zhì)(如巖漿巖)富含非黏土礦物和復(fù)雜黏土礦物，成分成熟度低，成分變異指數(shù)通常大于1；構(gòu)造穩(wěn)定環(huán)境和克拉通內(nèi)沉積物再循環(huán)作用活躍，成分成熟度高，成分變異指數(shù)通常小于1。下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖成分變異指數(shù)整體變化較大(0.61～2.13，平均值為1.21)，表明源巖包含再循環(huán)的古老沉積物與第一次循環(huán)物質(zhì)，且隨著第一次循環(huán)物質(zhì)輸入量的變化，成分變異指數(shù)發(fā)生變化。

化學(xué)風(fēng)化過程中長石礦物不斷分解，導(dǎo)致Ca、Na、K等隨地表流體大量流失，殘余的AlO和堿金屬相對富集，形成新黏土礦物。據(jù)此，Nesbitt等提出了化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)，并認(rèn)為沉積巖化學(xué)風(fēng)化程度越高，活潑陽離子(Ca、Na、K)流失越多，化學(xué)蝕變指數(shù)也越高。沉積物的再循環(huán)作用使黏土礦物比例增加引起化學(xué)蝕變指數(shù)的累加效應(yīng)，導(dǎo)致化學(xué)蝕變指數(shù)升高；而成巖及變質(zhì)過程中鉀化則會導(dǎo)致化學(xué)蝕變指數(shù)的降低。正確解釋化學(xué)蝕變指數(shù)應(yīng)注意上述作用的影響。盡管下泥盆統(tǒng)蓮花山組物源有再循環(huán)古老沉積物的參與，但是化學(xué)蝕變指數(shù)與成分變異指數(shù)不相關(guān)(判定系數(shù)為0.02)，表明化學(xué)蝕變指數(shù)不受沉積再循環(huán)作用影響，可真實反映化學(xué)風(fēng)化作用程度。對全球不同種類巖石和礦物化學(xué)蝕變指數(shù)統(tǒng)計結(jié)果表明：化學(xué)蝕變指數(shù)為50～65，反映寒冷、干燥的氣候條件下低等的化學(xué)風(fēng)化作用；化學(xué)蝕變指數(shù)為65～85，反映溫暖、濕潤條件下中等的化學(xué)風(fēng)化作用；化學(xué)蝕變指數(shù)為85～100，反映炎熱、潮濕的熱帶、亞熱帶條件下的強烈化學(xué)風(fēng)化作用。下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖化學(xué)蝕變指數(shù)為82.13～91.68(平均值為87.60)，表明其遭受了炎熱、潮濕的熱帶、亞熱帶條件下的強烈化學(xué)風(fēng)化作用。

A代表Al2O3，CN代表CaO+Na2O，K代表K2O；箭頭(1)為理想風(fēng)化趨勢線；箭頭(2)為斜長石向鉀長石轉(zhuǎn)變的鉀化趨勢線；箭頭(3)為高嶺石向伊利石轉(zhuǎn)變的鉀化趨勢線；底圖引自文獻[40]圖5 砂巖 A-CN-K風(fēng)化程度圖解Fig.5 Ternary A-CN-K Diagram Showing the Weathering Trend of Clastic Rock

在A-CN-K風(fēng)化程度圖解(圖5)中，下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖大部分樣品沿著平行于A-CN邊的理想風(fēng)化趨勢線[圖5中箭頭(1)]遠(yuǎn)離斜長石-鉀長石連線，表明風(fēng)化作用以富含Ca、Na的斜長石風(fēng)化為主，風(fēng)化作用強烈。風(fēng)化趨勢線與斜長石-鉀長石連線的交點代表著源巖平均化學(xué)成分，推測下泥盆統(tǒng)蓮花山組源巖成分中斜長石與鉀長石比例近似于英云閃長巖，即源巖富含斜長石，鉀長石含量較少。樣品ZW-46偏離理想風(fēng)化趨勢線反而靠近K端元，表明樣品受成巖后鉀長石替代斜長石[圖5中箭頭(2)]或高嶺石向伊利石轉(zhuǎn)變[圖5中箭頭(3)]而導(dǎo)致的鉀化作用影響。樣品ZW-46幾乎不出現(xiàn)鉀長石(<2%)而含有大量的泥質(zhì)巖巖屑成分(含量約為15%)，且AlO含量(14.73%)、KO含量(2.46%)和稀土元素總含量(281.10×10)均明顯高于其他樣品，表明巖屑成分以富Al、K的黏土礦物為主，與伊利石化學(xué)成分極為相似，因此，推測樣品ZW-46成巖后遭受了高嶺石向伊利石轉(zhuǎn)變的鉀化作用影響。經(jīng)鉀化校正后，樣品ZW-46的化學(xué)蝕變指數(shù)為90，與其他樣品一致。綜上所述，下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖經(jīng)歷了強烈的化學(xué)風(fēng)化作用，源巖平均化學(xué)成分類似于英云閃長巖，少量樣品受高嶺石向伊利石轉(zhuǎn)變的鉀化作用影響。

4.3 物源區(qū)特征

4.3.1 源巖成分

微量元素Th、Zr、Sc和稀土元素性質(zhì)不活潑且抗風(fēng)化能力強，能較好地保存源巖地球化學(xué)特征，因此被廣泛應(yīng)用于沉積巖物源研究。多種微量元素地球化學(xué)特征表明：下泥盆統(tǒng)蓮花山組源巖為長英質(zhì)巖石，主要為再循環(huán)沉積巖，包含少量花崗巖類。證據(jù)如下：①下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖Eu異常、La/Sc、Th/Sc、Th/Cr值與長英質(zhì)源區(qū)沉積物一致(表2)；②在Th/Sc-Zr/Sc圖解[圖6(a)]中，下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖介于巖漿演化線與沉積物再循環(huán)之間，且更為靠近沉積物再循環(huán)演化線；③在La-Th/Hf圖解[圖6(b)]中，下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖具有Hf含量高且變化較大、低La/Th值的特征，大多數(shù)投點沿古老沉積物增加的方向分布，少量點位于酸性島弧物源區(qū)附近。本次研究樣品中巖屑成分為再循環(huán)沉積巖，且下泥盆統(tǒng)蓮花山組底部的底礫巖中出現(xiàn)少量花崗巖礫石，表明源巖包含再循環(huán)沉積巖和花崗巖類，支持上述結(jié)論。

圖(a)底圖引自文獻[44]；圖(b)底圖引自文獻[45]圖6 碎屑巖源區(qū)物質(zhì)組成判別圖解Fig.6 Discrimination Diagrams of Various Sources for Clastic Rocks

表2 下泥盆統(tǒng)蓮花山組碎屑巖與不同源區(qū)沉積物中惰性元素比值、Eu異常對比結(jié)果

4.3.2 物 源

揚子陸塊南緣新元古代沉積巖含有較多的基性巖成分，虧損Th，富集Sc；華夏地塊新元古代沉積巖主要為中酸性巖石，富集Th，虧損Sc；二者地球化學(xué)性質(zhì)差別顯著。桂北和桂東地區(qū)寒武系物質(zhì)成分相似(圖7)，二者源巖均包含華夏地塊與揚子陸塊新元古代沉積巖。相較于下伏的寒武系，大瑤山地區(qū)下泥盆統(tǒng)蓮花山組巖石呈現(xiàn)富集輕稀土元素和Th、虧損Sc的地球化學(xué)特征，Sc/Th值(0.16～0.50)、La/Sc值(0.73～20.79)和La/Co值(0.29～72.53)變化范圍更接近于長英質(zhì)物源區(qū)(表2)。在La/Sc-Sc/Th圖解和(La/Yb)-Sc/Th圖解(圖7)中，下泥盆統(tǒng)蓮花山組和桂東地區(qū)泥盆系樣品投點于寒武系、華夏地塊新元古代沉積巖和平均花崗巖之間，表明其物源可能來自下伏的寒武系、南部的華夏地塊新元古代沉積巖和花崗巖類。

揚子陸塊新元古代沉積巖數(shù)據(jù)引自文獻[51]和[52]；華夏地塊新元古代沉積巖數(shù)據(jù)引自文獻[53]～[55]；桂東和桂北地區(qū)寒武系數(shù)據(jù)引自文獻[18]、[46]和[47]；桂東地區(qū)泥盆系數(shù)據(jù)引自文獻[47]；大瑤山地區(qū)下泥盆統(tǒng)蓮花山組數(shù)據(jù)來源于本文和文獻[47]；花崗巖和玄武巖數(shù)據(jù)引自文獻[56]圖7 桂東和桂北地區(qū)沉積巖La/Sc-Sc/Th圖解和(La/Yb)N-Sc/Th圖解Fig.7 Diagrams of La/Sc-Sc/Th and (La/Yb)N-Sc/Th for the Sedimentary Rocks from the Northern and Eastern Guangxi

華夏地塊新元古代沉積巖碎屑鋯石以Grenville期(約1.0 Ga)年齡峰值為特征，揚子陸塊新元古代沉積巖碎屑鋯石年齡峰值為840～740 Ma，二者碎屑鋯石年齡分布明顯不同。桂北地區(qū)(永福、三江—龍勝)和桂東地區(qū)(賀州和大瑤山)寒武系碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)主要集中在2 600～2 470、1 000～939、840～750和550～510 Ma，其沉積物同時來源于華夏地塊與揚子陸塊。大瑤山—大明山地區(qū)下泥盆統(tǒng)蓮花山組巖石碎屑鋯石具有1 000～950、840～740、約550 和約510 Ma年齡主峰值，以及454～436、約2 472 Ma年齡次級峰值，碎屑鋯石年齡特征與黃洞口組極為相似，推測下泥盆統(tǒng)蓮花山組物質(zhì)主要來源于下伏的寒武系黃洞口組。454～436 Ma年齡次級峰值與云開地區(qū)、大瑤山地區(qū)的加里東期廣西運動巖漿活動時間(470～430 Ma)一致。雖然桂北地區(qū)也出露約440 Ma的花崗巖(如永和巖體)，但在下泥盆統(tǒng)蓮花山組未見桂北地區(qū)大面積出露的志留紀(jì)花崗巖體(430～420 Ma)年齡記錄，表明研究區(qū)未接收來自桂北地區(qū)的物源。巖相古地理研究表明，早泥盆世大瑤山—大明山隆起帶和云開地區(qū)處于剝蝕區(qū)，研究區(qū)位于二者之間海水淹沒的坳陷區(qū)，古流水由剝蝕區(qū)向坳陷區(qū)匯集，最終圍繞大瑤山隆起帶沉積了下泥盆統(tǒng)蓮花山組，支持下泥盆統(tǒng)蓮花山組物源來自北側(cè)的大瑤山—大明山隆起帶和南側(cè)的云開地區(qū)。

綜上所述，下泥盆統(tǒng)蓮花山組物源來自北側(cè)的大瑤山—大明山隆起帶和南側(cè)的云開地區(qū)，源巖以寒武系黃洞口組為主，包含少量云開地區(qū)新元古代沉積巖和廣西運動形成的花崗巖類。

4.4 源區(qū)構(gòu)造背景

大地構(gòu)造背景和物源條件是決定碎屑沉積巖地球化學(xué)特征最重要的因素，因此，碎屑沉積巖地球化學(xué)特征不僅能示蹤物源條件，也能準(zhǔn)確判別沉積巖源區(qū)的大地構(gòu)造背景。Murray等對加利福尼亞海岸碎屑巖進行研究發(fā)現(xiàn)：洋中脊附近的沉積物出現(xiàn)極為明顯的Ce負(fù)異常(約0.29)；開闊大洋盆地中的沉積物Ce負(fù)異常(約0.55)較為明顯；大陸邊緣環(huán)境的沉積物Ce異常(0.90～1.30)不明顯或出現(xiàn)弱異常。下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖Ce異常(0.92～1.03)不明顯，表明其沉積物源區(qū)為大陸邊緣的沉積環(huán)境。

4.5 物源與構(gòu)造背景綜合分析

新元古代末期Rodinia超大陸聚合過程中，揚子陸塊與華夏地塊沿江山—紹興斷裂拼合形成統(tǒng)一的華南板塊，因此，寒武紀(jì)華南板塊的沉積盆地逐步開始了統(tǒng)一的沉積歷史。晚寒武世，大瑤山地區(qū)為被動大陸邊緣大陸坡-深海環(huán)境，沉積了具有復(fù)理石韻律特征的濁積巖系，物源來自于原揚子陸塊范圍與原華夏地塊范圍[圖9(a)]，因此，寒武系黃洞口組碎屑鋯石年齡表現(xiàn)為揚子陸塊與華夏地塊沉積巖混合的特征。華南板塊作為東岡瓦納大陸的一部分，響應(yīng)了古生代岡瓦納板塊的形成與演化。中晚寒武世至早志留世(530～435 Ma)，華南板塊與澳大利亞板塊碰撞聚合形成岡瓦納大陸，導(dǎo)致了郁南運動(530～480 Ma)和廣西運動(470～380 Ma)，造成華南板塊南緣由南向北的變形作用和地殼抬升，并引發(fā)了一系列變質(zhì)作用和巖漿活動。郁南運動和廣西運動使得大瑤山—大明山地區(qū)寒武系黃洞口組出露地表遭受風(fēng)化剝蝕，研究區(qū)內(nèi)缺失奧陶系和志留系。中志留世(約435 Ma)，華南板塊南緣逐漸向造山后伸展轉(zhuǎn)換。

表3 下泥盆統(tǒng)蓮花山組與典型構(gòu)造環(huán)境碎屑巖敏感主量、微量元素特征對比結(jié)果

A為大洋島??；B為大陸島弧；C為活動大陸邊緣；D為被動大陸邊緣；底圖引自文獻[57]圖8 下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.8 Discrimination Diagrams of Tectonic Settings for the Sandstones of Lower Devonian Lianhuashan Formation

早泥盆世洛赫考夫期(419～410 Ma)，伴隨著古特提斯洋的打開，海水從欽防海槽由南西向北東海侵。研究區(qū)處于桂東陸內(nèi)濱淺海的大陸架，因此，下泥盆統(tǒng)蓮花山組沉積時的構(gòu)造背景為被動大陸邊緣，這與地球化學(xué)特征所反映的構(gòu)造背景一致。此時，大瑤山—大明山隆起帶寒武系黃洞口組大面積出露地表遭受風(fēng)化剝蝕。云開地區(qū)由于隆升時間更早且剝蝕更深，導(dǎo)致局部出露了新元古代沉積巖，且廣西運動形成的花崗巖類出露面積更大。研究區(qū)位于大瑤山—大明山隆起帶南側(cè)，同時接受北側(cè)大瑤山—大明山隆起帶和南側(cè)云開地區(qū)的雙向物源供給[圖9(b)]，因此，下泥盆統(tǒng)蓮花山組源巖以寒武系黃洞口組為主，包含少量的云開地區(qū)新元古代沉積巖和廣西運動形成的花崗巖類，地球化學(xué)和鋯石年齡分布特征表現(xiàn)為上述三者的混合。

底圖引自文獻[23]和[61]，有所修改圖9 大瑤山地區(qū)晚寒武世和早泥盆世古地理圖Fig.9 Late Cambrian and Early Devonian Paleogeographic Maps of Dayaoshan Area

5 結(jié) 語

(1)廣西大瑤山地區(qū)下泥盆統(tǒng)蓮花山組砂巖碎屑組分以石英和長英質(zhì)沉積巖巖屑為主，分選和磨圓中等，指示近源沉積，成分成熟度較高；其總體呈現(xiàn)虧損大離子親石元素，富集高場強元素，輕、重稀土元素分異明顯，弱Eu負(fù)異常的地球化學(xué)特征。

(2)下泥盆統(tǒng)蓮花山組成分變異指數(shù)為0.61～2.13(平均值為1.21)，指示源巖包含再循環(huán)的古老沉積物與第一次循環(huán)物質(zhì)?；瘜W(xué)蝕變指數(shù)為82.13～91.68，反映下泥盆統(tǒng)蓮花山組遭受了炎熱、潮濕環(huán)境下的強烈化學(xué)風(fēng)化作用。

(3)下泥盆統(tǒng)蓮花山組物源為北側(cè)大瑤山—大明山隆起帶和南側(cè)云開地區(qū)的隆升剝蝕物質(zhì)，源巖以寒武系黃洞口組為主，包含少量云開地區(qū)新元古代沉積巖和廣西運動形成的花崗巖類，物源區(qū)構(gòu)造背景為被動大陸邊緣。

研究工作得到了北京金有地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司盧樹東教授級高工的耐心指導(dǎo)和幫助，在此表示感謝！