北羌塘盆地多色梁一帶藏夏河組砂巖地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

北羌塘盆地多色梁一帶藏夏河組砂巖地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

羌塘盆地位于青藏高原北部，位于金沙江縫合帶和班公湖-怒江縫合帶之間（圖1）。該盆地有兩個(gè)斜面和一個(gè)龍的結(jié)構(gòu)。從北到南可分為北江池盆地、中央龍起帶和南江池盆地。三疊紀(jì)北江池盆地位于金沙江褶皺帶和中心龍起帶之間。關(guān)于晚三疊紀(jì)羌塘盆地的性質(zhì)有很多討論。特別是冒地溝（黃福清、陳炳琦，1987）、拱后盆地（周翔，1984；西藏自治區(qū)礦產(chǎn)資源廳，1993；潘桂堂等人，1998；鐘培等人，2000）和陸表海（余光明和王成山，20世紀(jì)90年代；陳文西和王建山，2009）、周緣前陸盆地（黃繼軍，2000；王成山等人，2001；李勇等人，2002）。前陸盆地發(fā)生在附近的褶皺盆地（易吉正等，1996；朱同興等，2005）和前陸盆地的變化（王建等，2009）。羌塘盆地的形成與演化與其南、北兩大構(gòu)造縫合帶密切相關(guān).藏夏河組作為羌塘盆地北緣一套晚三疊世沉積地層,沉積時(shí)代正好處于羌塘地體與歐亞大陸沿金沙江縫合帶拼貼的關(guān)鍵時(shí)期,其大地構(gòu)造位置上正好位于金沙江縫合帶南緣,因此其對(duì)于探討晚三疊世羌塘盆地的性質(zhì)具有重要指示意義.到目前為止,多數(shù)學(xué)者均認(rèn)為藏夏河組屬于復(fù)理石沉積建造,復(fù)理石主要形成于深邊緣海和半深海環(huán)境,也可以形成于淺海,其沉積大地構(gòu)造背景包括深海溝弧前盆地、邊緣海盆地以及殘留洋盆地等.由于藏夏河組具有重要的地質(zhì)意義,因此本文通過(guò)對(duì)采自羌塘盆地北緣多色梁一帶的藏夏河組砂巖進(jìn)行X射線衍射,全巖常量、稀土和微量元素分析以及鋯石裂變徑跡分析等,試圖探討該套雜砂巖的物源、沉積環(huán)境和沉積大地構(gòu)造背景,進(jìn)而探討晚三疊世羌塘盆地的性質(zhì).1晚三疊世盆地相羌塘中生代盆地為一個(gè)呈東西向展布的長(zhǎng)條形盆地.成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所在北羌塘坳陷進(jìn)行1∶25萬(wàn)黑虎嶺幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時(shí),在北羌塘盆地北緣新建立了藏夏河組,以此代表多格錯(cuò)仁地層分區(qū)北部的上三疊統(tǒng)一套砂泥質(zhì)深水復(fù)理石盆地相沉積為特征的地層體.前人曾將其稱為茍魯山克錯(cuò)組(張以茀和鄭健康,1994)、肖茶卡群或肖茶卡組(西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1993;王成善等,2001;趙政璋等,2001).在該地層中出現(xiàn)四川上三疊統(tǒng)須家河組常見的孢粉:Cadargasporitesgrranulatus,上三疊統(tǒng)常見的雙殼類Halobiaplicasa,H.superbescens等(王成善等,2001),以及晚三疊世諾利克期牙形石Epigondollella動(dòng)物群(李勇等,1999).據(jù)此,完全可以認(rèn)定藏夏河組的時(shí)代屬晚三疊世.藏夏河組主要分布于羌塘盆地北緣藏夏河-多色梁子-麗江湖一帶,呈近東西向展布,出露面積約600km2,多未見頂和底,唯在彎彎梁一帶發(fā)現(xiàn)被下侏羅統(tǒng)那底崗日組火山巖、火山碎屑巖平行不整合覆蓋或直接為中侏羅統(tǒng)雀莫錯(cuò)組角度不整合覆蓋.該地層厚度>600~1063m,已知厚度最大處為崗蓋日剖面(厚度達(dá)3153m).藏夏河組主要表現(xiàn)為一套深水復(fù)理石盆地相沉積特征,發(fā)育典型的鮑馬序列.砂巖常具正粒序?qū)永?小型交錯(cuò)層理和波痕;在細(xì)砂巖、粉砂巖中發(fā)育小型沙紋層理、小型斜層理、水平層理等.在砂巖底部發(fā)育重荷模、溝模、槽模和底沖刷等沉積構(gòu)造.藏夏河組主要巖性為灰、深灰色薄至中厚層狀細(xì)礫巖、含礫砂巖、細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖,石英砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖頁(yè)巖和泥頁(yè)巖組成多種互層狀韻律式沉積.在北羌塘盆地北部藏夏河-崗蓋日-明鏡湖一帶,上三疊統(tǒng)表現(xiàn)為灰色、灰綠色泥頁(yè)巖與黃灰色、灰色薄-中層狀中細(xì)粒巖屑雜砂巖不等厚互層(朱同興等,2005).2沉積相與巖石學(xué)特征筆者以羌塘盆地錯(cuò)尼以北的禿頂梁剖面為研究對(duì)象(圖1).剖面上部為中侏羅統(tǒng)雀莫錯(cuò)組,未見頂,產(chǎn)狀較緩(~20°);剖面下部為上三疊統(tǒng)藏夏河組,未見底,產(chǎn)狀較陡(60°~70°).雀莫錯(cuò)組與藏夏河組為角度不整合接觸關(guān)系,在雀莫錯(cuò)組底部發(fā)育特征的底礫巖,其中見藏夏河組的砂巖礫石.藏夏河組巖性為灰色、灰綠色泥頁(yè)巖與灰色薄-中層狀中細(xì)粒巖屑雜砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖不等厚互層,泥巖與砂巖比例約為2.5∶1.0.砂巖中發(fā)育正粒序和小型交錯(cuò)層理等沉積構(gòu)造,未見典型的鮑馬序列.本文沿剖面自下而上在其中分別采集7件砂巖樣品(圖1),地球化學(xué)分析在國(guó)家地質(zhì)測(cè)試中心完成.隨機(jī)選取3件砂巖樣品進(jìn)行X衍射分析,其結(jié)果基本一致(圖2).通過(guò)軟件估算巖石中主要礦物的含量,其中石英含量較低約為48%~56%,除去硅質(zhì)基質(zhì)后,石英碎屑的含量會(huì)更低.長(zhǎng)石含量較高,約為29%~34%,其中鉀長(zhǎng)石較低,約為9%~10%,斜長(zhǎng)石含量較高,約為19%~25%.碳酸鹽礦物約為8%~10%,粘土礦物含量約為7%~9%,碳酸鹽礦物與粘土主要以雜基形式出現(xiàn),因此該批樣品雜基含量大于15%,屬雜砂巖.砂巖中的鉀含量一般均超過(guò)鈉的含量,含鈉較豐富的巖石主要是雜砂巖,其中鈉長(zhǎng)石含量高是主要原因,也可能是含有富含鈉的火山巖碎屑(Crook,1974).本文中所有樣品的Na2O含量均大于K2O,這也表明該批樣品屬雜砂巖.砂巖中CaO比MgO含量高,反映了方解石的豐度一般要比白云石的豐度大,也可能是含有鈣斜長(zhǎng)石的緣故.確定沉積物成熟度的常用地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)是SiO2含量和SiO2與Al2O3比值(Potter,1978),它們反映了沉積巖的石英和粘土及長(zhǎng)石的含量,由于SiO2主要來(lái)自于石英碎屑,Al2O3主要來(lái)自于粘土礦物和長(zhǎng)石.另外,巖石的化學(xué)成熟度指數(shù)是堿質(zhì)(Na2O+K2O)的含量,它同樣是長(zhǎng)石含量的度量.因此,可以根據(jù)全巖化學(xué)成分中SiO2/Al2O3比值以及化學(xué)成熟度指數(shù)劃分巖石類型.Pettijohnetal.(1973)按照l(shuí)og(Na2O/K2O)對(duì)log(SiO2/Al2O3)投影進(jìn)行陸源砂巖分類.據(jù)此原則,研究區(qū)7件砂巖的投點(diǎn)均落入雜砂巖區(qū)(圖2),顯示為一套分選中等、成熟度較低的碎屑巖,屬典型的雜砂巖類.鎂鋁比值m=100×(MgO)/(Al2O3)是根據(jù)沉積巖層中MgO的親海性和Al2O3的親陸性特征而建立的比值關(guān)系.在由淡水向海水過(guò)渡的沉積環(huán)境中,m值隨沉積環(huán)境中水體鹽度的增大而增大,m值主要反映沉積環(huán)境中水體的鹽度特征(劉岫峰,1991).在不同類型的沉積環(huán)境中m值的變化范圍是:①淡水沉積環(huán)境m<1;②海、陸過(guò)渡性沉積環(huán)境m為1~10;③海水沉積環(huán)境m為10~500;④陸表海環(huán)境(或?yàn)a湖碳酸鹽巖沉積環(huán)境)m>500.根據(jù)計(jì)算本文砂巖中m介于13~23之間,表明其沉積于海水環(huán)境,而不是海、陸過(guò)渡性沉積環(huán)境.3房地產(chǎn)開采3.1《德國(guó)民法典》常量元素在判別沉積巖源區(qū)的應(yīng)用中已較為廣泛(邵磊等,1999;李曰俊等,2000;楊江海等,2006),本文7件砂巖在RoserandKorsch(1988)的圖解中落入了長(zhǎng)英質(zhì)火成物源區(qū),但靠近石英質(zhì)沉積物源區(qū)(圖3).因此,本區(qū)砂巖以長(zhǎng)英質(zhì)物源為主,但混有部分石英質(zhì)物源成分.3.2稀土模式識(shí)別物源稀土元素在指示沉積物源區(qū)的指標(biāo)中非?？煽?其中REE、Th、Sc和高場(chǎng)強(qiáng)元素等可以用來(lái)分析源巖,當(dāng)Th/Sc=1為古老大陸上地殼;Th/Sc≥1為再循環(huán)沉積巖;Th/Sc<1為年輕未分異弧(TaylorandMclennan,1985).本文7件樣品中有6件的Th/Sc介于0.68~0.83之間,顯示物源主要為年輕未分異弧.僅1件樣品Th/Sc=1.21>1顯示為再循環(huán)沉積巖.稀土模式也可用來(lái)指示物源,LREE/HREE比值低,無(wú)Eu異常,則物源可能為基性巖石;LREE/HREE比值高,有Eu異常,則物源多為硅質(zhì)巖(Rollinson,1993).本文LREE/HREE介于8.2~9.7之間,比值較高,且有明顯的Eu負(fù)異常,顯示物源主要為富硅巖石(圖3).為進(jìn)一步揭示源巖的屬性,利用La/Th-Hf和La/Sc-Co/Th源巖屬性判別圖解(Guetal.,2002),對(duì)研究的砂巖樣的原始屬性進(jìn)行了分析(圖4).由圖4a可見,大多數(shù)砂巖落在長(zhǎng)英質(zhì)源區(qū).僅有一件樣品落在落在長(zhǎng)英質(zhì)源區(qū)的右側(cè),可能是含有較多再循環(huán)沉積巖成分所致,即含有古老沉積巖成分混入.在La/Sc-Co/Th圖解上,研究區(qū)砂巖具有低而相對(duì)穩(wěn)定的Co/Th比值,平均為1.68.樣品的投點(diǎn)位于長(zhǎng)英質(zhì)火山巖與安山巖之間,較靠近長(zhǎng)英質(zhì)火山巖,反映源巖以長(zhǎng)英質(zhì)巖為主,可能尚有安山質(zhì)巖石的混入(圖4b).綜上分析,藏夏河組物源以長(zhǎng)英質(zhì)巖石為主,并混合有少量安山質(zhì)巖石和古老沉積物.3.3巖石學(xué)和物源學(xué)依據(jù)鋯石裂變徑跡法分析物源區(qū)是利用鋯石礦物中所含的微量鈾雜質(zhì)裂變時(shí)在晶格中產(chǎn)生的輻射損傷,經(jīng)一系列化學(xué)處理后形成徑跡.通過(guò)觀測(cè)徑跡的密度、長(zhǎng)度等分布,并對(duì)其加以統(tǒng)計(jì)分析,從中提供與物源區(qū)的年齡及構(gòu)造演化有關(guān)的信息(Haughtonetal.,1991;SambridgeandCompston,1994;Brandon,1996;Galbraith,1997;DunklandGiulio,2001).若沉積后樣品未經(jīng)完全退火,則其單顆粒年齡可能是各物源區(qū)母巖組分的混合.針對(duì)該情況,Galbraith提出了用χ2檢驗(yàn)來(lái)判定顆粒年齡是否服從泊松分布,即是否屬于同一組分.也可用放射圖來(lái)判定裂變徑跡年齡是否由多個(gè)組分構(gòu)成(Galbraith,1997).Brandon(1992)提出了兩種確定總體混合成分的分離方法,從而避免了單個(gè)顆粒鋯石年齡精確度較低的缺點(diǎn).為了分析藏夏河組砂巖的物源,本文對(duì)采自禿頂梁剖面的兩件砂巖(S24-1和S24-7)進(jìn)行了鋯石裂變徑跡分析,測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)完成,結(jié)果見圖5(詳細(xì)數(shù)據(jù)另刊文介紹).從兩件樣品的單顆粒年齡分布可以看出,樣品S24-1的單顆粒裂變徑跡年齡介于85~263Ma之間,樣品S24-7的單顆粒裂變徑跡年齡介于115~340Ma之間.根據(jù)藏夏河組的沉積時(shí)期為晚三疊世卡尼-諾利期,該套地層的沉積年齡應(yīng)該在228~203Ma之間,則單顆粒鋯石裂變徑跡年齡中大于該年齡段的屬物源成分的反映,小于該年齡段的屬后期熱退火所致.為了更加精確地分析藏夏河組的物源,通過(guò)Brandon(1996)提出的二項(xiàng)式峰值擬合法,擬合了2件樣品的最佳峰值年齡(圖5a,5c),其中大于228~203Ma年齡段的峰值年齡分別為242Ma和254Ma.這意味著藏夏河組的母巖可能形成于晚二疊世-中三疊世早期,對(duì)于長(zhǎng)英質(zhì)火成巖物源而言,其可能性較大;也可能在該時(shí)期,藏夏河組的源區(qū)發(fā)生了巨大的地殼隆升,從而導(dǎo)致其母巖冷卻到鋯石裂變徑跡的退火帶溫度之下,對(duì)于古老沉積巖、變質(zhì)巖的可能性較多.主量元素和微量元素均已表明本文中砂巖的物源以長(zhǎng)英質(zhì)火成巖為主,則242Ma和254Ma的峰值年齡暗示著晚二疊世-中三疊世早期可能發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈的長(zhǎng)英質(zhì)巖漿活動(dòng)或巖漿冷卻事件.4在沉積大區(qū)域的結(jié)構(gòu)史上4.1鈉質(zhì)及鎂金屬砂巖形成的構(gòu)造環(huán)境碎屑沉積巖的地球化學(xué)特征主要取決于其組成成分,而成分與其物源和大地構(gòu)造環(huán)境有著非常密切的關(guān)系.沉積構(gòu)造背景對(duì)物源具有一定的控制作用,沉積物的化學(xué)組成也記錄了沉積成巖過(guò)程中構(gòu)造活動(dòng)變化情況.因此,可以根據(jù)碎屑沉積巖的地球化學(xué)特征來(lái)判別源巖大地構(gòu)造環(huán)境(蔡觀強(qiáng)等,2006).利用砂巖的化學(xué)成分來(lái)判別構(gòu)造環(huán)境,具有代表性的研究者有Middleton(1960)、DicksonandSuczek(1979)、Bhatia(1983,1985)、Blattetal.(1972)、Blatt(1985)、以及RoseandKorsch(1986,1988).Blattetal.(1972)認(rèn)為鈉質(zhì)和鎂鐵質(zhì)砂巖都形成于活動(dòng)性較強(qiáng)的構(gòu)造區(qū),而鉀質(zhì)砂巖則是擴(kuò)張背景盆地的特征巖石.本文7件樣品均落入鈉質(zhì)砂巖區(qū)(圖6a),表明其沉積于活動(dòng)性較強(qiáng)的構(gòu)造環(huán)境.RoserandKorsch(1986)在研究新西蘭古生代濁積巖時(shí)曾建立并應(yīng)用了(K2O/Na2O)-(SiO2)的雙變量圖(圖6b)來(lái)判別不同板塊構(gòu)造背景下砂巖形成的構(gòu)造環(huán)境.對(duì)于活動(dòng)陸緣型砂巖,當(dāng)其SiO2較低時(shí),其K2O/Na2O值相當(dāng)高.在該圖解中,7個(gè)雜砂巖樣品點(diǎn)幾乎均落入活動(dòng)大陸邊緣區(qū),并靠近被動(dòng)大陸邊緣一側(cè),僅有一個(gè)樣品落入島弧區(qū)(圖6b).Bhatia(1983)在研究東澳大利亞古生代濁積巖的基礎(chǔ)上,提出了不同板塊構(gòu)造環(huán)境下砂巖的平均化學(xué)成分,并給出了構(gòu)造背景判別圖(圖6c,6d).本文7件樣品在TiO2-(Fe2O3+MgO)關(guān)系圖解中基本落入活動(dòng)大陸邊緣區(qū),在(Al2O3/(CaO+Na2O))-(Fe2O3+MgO)圖解中全部靠近活動(dòng)大陸邊緣區(qū).4.2大陸島弧構(gòu)造背景將研究區(qū)砂巖的稀土元素與Bhatia(1985)總結(jié)的4類典型構(gòu)造環(huán)境砂巖的稀土元素含量進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)本文的砂巖平均稀土元素非常接近于大陸島弧,表明藏夏河組雜砂巖可能形成于大陸島弧構(gòu)造背景下的沉積盆地(表1).BhatiaandCrook(1986)認(rèn)為,砂巖的微量元素,尤其La、Th、Y、Zr、Ti、Co和Ni等不活潑的微量元素,在判別構(gòu)造環(huán)境上作用很大,并提出了可以區(qū)分形成于海洋島弧、大陸島弧、活動(dòng)大陸邊緣和被動(dòng)大陸邊緣砂巖的圖解(圖7).本文7件砂巖在BhatiaandCrook(1986)給出的微量元素構(gòu)造環(huán)境圖上均落在大陸島弧構(gòu)造背景.由此看來(lái),根據(jù)稀土與微量元素得出的構(gòu)造環(huán)境與根據(jù)常量元素得出的結(jié)論有一定差別.5成巖時(shí)代及構(gòu)造環(huán)境羌塘盆地北緣藏夏河組為一套巨厚的陸源碎屑沉積,粒度分析表明為濁流相成因,屬典型的濁流沉積(李曰俊等,2000).主量元素和X射線衍射分析結(jié)果表明,藏夏河組為一套分選中等、成熟度較低的碎屑巖.物源分析結(jié)果表明,其物源成分以長(zhǎng)英質(zhì)巖石為主,并混合有少量安山質(zhì)巖石和古老沉積物.鋯石裂變徑跡分析結(jié)果表明長(zhǎng)英質(zhì)物源的年齡為晚二疊-中三疊世早期,而羌塘盆地中央隆起帶的長(zhǎng)英質(zhì)火成巖基本形成于侏羅紀(jì),二疊紀(jì)-中三疊世主要為基性火成巖,因此藏夏河組的物源可能主要來(lái)自盆地北部的金沙江縫合帶和可可西里地區(qū).這意味著,羌塘中央隆起帶在當(dāng)時(shí)可能并未暴露,而成為北羌塘盆地的物源區(qū),構(gòu)成所謂的雙物源區(qū).因此,羌塘晚三疊世沉積盆地的陸源碎屑來(lái)源于盆地北緣活動(dòng)大陸邊緣的巖漿島弧源區(qū)和造山帶源區(qū),金沙江縫合帶內(nèi)年齡為240Ma的同碰撞花崗巖(李勇等,2003)的發(fā)現(xiàn)證明了該推斷.常量元素分析表明,藏夏河組的沉積構(gòu)造背景為活動(dòng)大陸邊緣;稀土和微量元素分析結(jié)果為大陸島弧.Rollinson(1993)指出通過(guò)沉積巖地球化學(xué)分析得出的構(gòu)造背景只能反映物源區(qū)的大地構(gòu)造環(huán)境,而不可能反映沉積盆地的大地構(gòu)造背景.因此,在晚三疊世時(shí)期,羌塘盆地北緣物源區(qū)(金沙江縫合帶、可可西里地區(qū))屬于活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境,且可能發(fā)育有大陸島弧性巖漿弧,這與李曰俊等(2000)的認(rèn)識(shí)基本一致.可可西里地區(qū)發(fā)現(xiàn)的晚泥盆世、中二疊世和中三疊世放射蟲動(dòng)物群,表明可可西里洋盆存在的時(shí)代為晚泥盆世至中三疊世晚期,最后的閉合時(shí)間在拉丁晚期之后(王玉凈等,2005).金沙江縫合帶已發(fā)現(xiàn)的輝綠巖脈群,侵位時(shí)間為246.21±5.18Ma(李勇等,2003),顯示為伸展環(huán)境,表明晚三疊世羌塘盆地形成前的構(gòu)造環(huán)境為被動(dòng)大陸邊緣;在金沙江縫合帶飛馬灘發(fā)現(xiàn)的年齡為240Ma的同碰撞花崗巖,表明金沙江縫合帶西段碰撞作用的下