孫林華, 桂和榮

宿州學(xué)院地球科學(xué)與工程學(xué)院, 安徽宿州 234000

皖北地區(qū)新元古代構(gòu)造背景的轉(zhuǎn)換:來(lái)自碎屑巖地球化學(xué)的證據(jù)

孫林華, 桂和榮

宿州學(xué)院地球科學(xué)與工程學(xué)院, 安徽宿州 234000

在對(duì)安徽省北部宿州新元古代史家組砂巖地球化學(xué)特征分析的基礎(chǔ)上, 結(jié)合前人發(fā)表的淮南和鳳陽(yáng)新元古代劉老碑組頁(yè)巖的地球化學(xué)數(shù)據(jù), 對(duì)它們的物源和構(gòu)造背景進(jìn)行了對(duì)比討論。結(jié)果表明: 劉老碑組頁(yè)巖的地球化學(xué)特征表明其來(lái)自于中-酸性火成巖高程度的首次風(fēng)化, 而史家組砂巖則來(lái)自于經(jīng)歷了再循環(huán)的古老地殼物質(zhì)較低程度的風(fēng)化。劉老碑組頁(yè)巖相對(duì)史家組砂巖具有高(MgO+Fe2O3)、TiO2含量和Al2O3/SiO2比值的特征, 結(jié)合La-Th-Sc和Th-Sc-Zr/10判別圖解, 表明二者可能沉積于不同的構(gòu)造背景, 其中前者屬于大陸島弧(也可能是弧后盆地), 而后者則形成于相對(duì)穩(wěn)定的被動(dòng)大陸邊緣或者板內(nèi)。結(jié)合前人關(guān)于皖北新元古代研究的相關(guān)進(jìn)展, 證實(shí)了華北板塊東南緣構(gòu)造背景在新元古代時(shí)期經(jīng)歷了從活動(dòng)向穩(wěn)定的轉(zhuǎn)變。

地球化學(xué); 碎屑巖; 新元古代; 構(gòu)造背景; 皖北

碎屑沉積巖對(duì)于研究它們的源區(qū)組成、地質(zhì)演化、風(fēng)化程度及構(gòu)造背景等具有不可替代的作用(Taylor et al., 1985), 尤其是對(duì)于火成巖缺乏的地區(qū), 如華北板塊東南緣。目前對(duì)于碎屑沉積巖的研究主要集中于巖石學(xué)和地球化學(xué)方法, 但由于巖石學(xué)方法存在的一些問(wèn)題, 如源區(qū)的巖石成分不能完全有效地在 QFL(石英-長(zhǎng)石-巖屑)三角圖中表示出來(lái)、礦物成分統(tǒng)計(jì)時(shí)存在的不確定性等(Fedo et al., 1995), 導(dǎo)致越來(lái)越多的地質(zhì)工作者逐漸傾向于使用地球化學(xué)的方法對(duì)碎屑沉積物的物源和構(gòu)造背景進(jìn)行研究(如李雙應(yīng)等, 2003, 2004; Cullers, 2000; Yan et al., 2002; Armstrong-Altrin et al., 2004; Rashid, 2005)。

地球化學(xué)方法在碎屑沉積巖上的應(yīng)用主要基于風(fēng)化過(guò)程中難遷移的元素, 如高場(chǎng)強(qiáng)元素(Th、Sc及Zr)、稀土元素及其相應(yīng)比值(如La/Sc、La/Th、Co/Th等)被廣泛應(yīng)用于碎屑沉積巖物源和構(gòu)造背景的研究(Taylor et al., 1985; Bhatia et al., 1986; McLennan et al., 1991)。此外, 主量元素亦被廣泛應(yīng)用, 如Al2O3/TiO2比 值 、 (SiO2/20)-(K2O+Na2O)-(MgO+ TiO2+FeO*)判別圖解等(Hayashi et al., 1997)。

關(guān)于皖北地區(qū)新元古代大地構(gòu)造演化一直存在爭(zhēng)議, 主要集中于兩個(gè)方面: 首先是沉積時(shí)限的爭(zhēng)議, 如楊杰東等(2001)及鄭文武等(2004)給出的沉積時(shí)限為 750～900 Ma, 而孫林華等(2010)根據(jù) Sr同位素與 Kumar等(2002)對(duì)比認(rèn)為該時(shí)限為 800～1000 Ma。隨著近年來(lái)年代學(xué)研究的進(jìn)展(柳永清等, 2005; 王清海等, 2011), 基本上把皖北新元古界的時(shí)限限制在了8～10億年。其次是構(gòu)造背景的爭(zhēng)議,目前仍有待進(jìn)一步的研究, 如潘國(guó)強(qiáng)等(2000)強(qiáng)調(diào)本區(qū)處于板內(nèi)環(huán)境, 李雙應(yīng)等(2003)則認(rèn)為皖北新元古代時(shí)期為弧后盆地, 而王清海等(2011)則認(rèn)為本區(qū)新元古代為板內(nèi)陸緣伸展環(huán)境。

新元古代時(shí)期巖漿記錄的不足和單一對(duì)理解該區(qū)大地構(gòu)造演化造成了重要影響, 因此有必要進(jìn)行其他方面的工作以解決上述爭(zhēng)議。安徽省宿州市東部發(fā)育有完整的新元古代沉積記錄, 是研究皖北地區(qū)新元古代大地構(gòu)造演化的重要材料。同時(shí), 考慮到碎屑沉積巖在區(qū)域大地構(gòu)造演化研究中的重要意義, 本文在對(duì)該區(qū)新元古代史家組砂巖地球化學(xué)測(cè)試的基礎(chǔ)上, 結(jié)合李雙應(yīng)等(2003)報(bào)道的淮南劉老碑組頁(yè)巖的地球化學(xué)特征, 利用地球化學(xué)手段對(duì)皖北地區(qū)新元古代兩個(gè)不同時(shí)期的兩組碎屑巖的物質(zhì)來(lái)源和構(gòu)造背景進(jìn)行了探討, 以期為進(jìn)一步深化認(rèn)識(shí)華北板塊東南緣新元古代時(shí)期大地構(gòu)造演化提供信息。

1 區(qū)域地質(zhì)背景與樣品巖石學(xué)特征

研究區(qū)位于華北板塊東南緣, 區(qū)內(nèi)地層以新元古代和古生代為主, 并遭受燕山期華北-揚(yáng)子兩大板塊擠壓而形成一系列北東向延伸的褶皺。研究區(qū)以蚌埠隆起劃分為北部淮北-宿縣地層分區(qū)和淮南地層分區(qū), 區(qū)內(nèi)新元古代地層保留良好, 與本文研究有關(guān)的新元古代地層從老到新依次為五山組、劉老碑組、四十里長(zhǎng)山組、賈園組、趙圩組、倪園組、九頂山組、張渠組、魏集組、史家組和望山組(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1987)。其中新元古代碎屑巖地層在淮南分區(qū)以劉老碑組為代表, 而在淮北-宿縣分區(qū)以史家組為代表。前人在關(guān)于皖北地區(qū)新元古代地層對(duì)比的認(rèn)識(shí)上存在差異, 如安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局(1987)將史家組劃歸為上震旦統(tǒng)而沒(méi)有與劉老碑組進(jìn)行對(duì)比, 但李雙應(yīng)等(2003)更傾向于認(rèn)為史家組和劉老碑組相當(dāng)。

總體而言, 根據(jù)各組的巖性特征, 皖北地區(qū)新元古代地層從五山組直到望山組大體上可以劃分為兩個(gè)旋回: 五山組-魏集組以碎屑巖為主逐漸變化為碳酸鹽巖為主, 而史家組-望山組同樣具有由淺變深的特征。研究區(qū)內(nèi)輝綠巖以巖床或巖脈的形式侵位于新元古代地層中, 被侵位地層包括賈園組、趙圩組、倪園組、九頂山組和望山組等(柳永清等, 2005;王清海等, 2011及圖1B)。其中侵位于趙圩組和倪園組的輝綠巖年齡為976～1038 Ma(柳永清等, 2005),而侵位于九頂山組的輝綠巖年齡約為 890 Ma(王清海等, 2011)。

皖北地區(qū)史家組僅限于在安徽省宿州市東北欄桿鄉(xiāng)黑峰嶺一帶出露, 該區(qū)魏集組、史家組及望山組為單斜地層, 賈園組、趙圩組及倪園組以逆沖推覆形式覆蓋在它們之上, 且史家組中部有寬約40 m的輝綠巖侵入(圖 1B)。其中史家組下部為淺灰白色夾紫紅色頁(yè)巖及粘土巖, 含泥質(zhì)石英粉砂巖, 底部以白色風(fēng)化粘土層與魏集組假整合接觸; 上部為淺黃灰色中厚層含海綠石石英砂巖及薄層條帶狀石英粉砂巖, 與望山組整合接觸。所采集樣品為黃綠色石英粉砂巖及石英砂巖, XRD分析顯示主要由石英和堿性長(zhǎng)石(主要為鉀長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石)組成, 副礦物包括黑、白云母和少量巖屑。此外, 大部分樣品具有一定程度的方解石膠結(jié)(地球化學(xué)組成中表現(xiàn)為高CaO含量)。由于史家組出露有限, 僅采集了7個(gè)樣品進(jìn)行分析。

Pt3jy-賈園組; Pt3zw-趙圩組; Pt3ny-倪園組; Pt3jd-九頂山組; Pt3zq-張渠組; Pt3wj-魏集組; Pt3sj-史家組; Pt3ws-望山組; Pt3jsz-金山寨組; Pt3gh-溝后組Pt3jy-Jiayuan Formation; Pt3zw-Zhaowei Formation; Pt3ny-Niyuan Formation; Pt3jd-Jiudingshan Formation; Pt3zq-Zhangqu Formation; Pt3wj-Weiji Formation; Pt3sj-Shijia Formation; Pt3ws-Wangshan Formation; Pt3jsz-Jinshanzhai Formation; Pt3gh-Gouhou Formation

2 測(cè)試方法

樣品首先經(jīng)切割表層和超純水清洗后, 用瑪瑙缽研磨至 200目, 然后送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。主量元素采用 XRF(Axios-PW4400)進(jìn)行分析, 并用標(biāo)樣GSR-1和GSR-3進(jìn)行監(jiān)控, 測(cè)試精度優(yōu)于5%。微量元素(含稀土元素)用 ICP-MS(Finnigan MATELEMENT)進(jìn)行測(cè)試, 標(biāo)樣為 OU-6、AMH-1和GBPG-1, 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1%~5%之間。以上測(cè)試在中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

3 結(jié)果

史家組 7個(gè)砂巖分析樣品的主微量元素組成列于表 1。下文中劉老碑組頁(yè)巖數(shù)據(jù)引自李雙應(yīng)等(2003), 同時(shí)引用了上地殼組成(UCC, McLennan, 2001)作為對(duì)比。

3.1 主量元素

與上地殼組成相比, 史家組砂巖具有明顯偏高的SiO2(75.83%~82.45%, 平均78.82%)和K2O含量(2.91%～5.07%, 平均 4.18%), 但Al2O3含量明顯偏低(4.70%～9.06%, 平均6.64%)(表1)。此外, 史家組砂巖具有相對(duì)上地殼偏低的 TiO2、Fe2O3、MnO、MgO、Na2O和P2O5含量(圖2A), 可能與石英的“稀釋”作用有關(guān)。

控制碎屑沉積巖主量元素組成的礦物(包括粘土礦物和造巖礦物)可以由 ICV指數(shù)((Fe2O3+K2O+ Na2O+CaO+MgO+MnO)/Al2O3)進(jìn)行估計(jì)。一般高嶺石、伊利石和云母的 ICV值小于 1, 而造巖礦物如斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石的ICV值大于1(Cox et al., 1995)。史家組砂巖的ICV值除1個(gè)樣品小于1外, 其他均大于1(平均1.68), 表明其主量元素組成主要由造巖礦物控制。此外, 史家組砂巖的 K2O/Al2O3為 0.64,表明史家組砂巖中大量長(zhǎng)石的存在對(duì)巖石化學(xué)成分具有控制作用(Cox et al., 1995)。

3.2 微量元素

從圖2B可以看出, 史家組砂巖具有與上地殼相似的大離子親石元素(如Rb、Ba)組成, 但Sr含量明顯較上地殼偏低。Zr和Hf明顯高于上地殼組成, 并顯示出較高的Zr/Hf比值(平均40.2), 表明砂巖中含有大量的鋯石, 因?yàn)槠?Zr/Hf值與鋯石相似(39, Murali et al., 1983)。此外, 過(guò)渡族元素如Sc、V和Co等明顯低于上地殼組成, 表明其中鎂鐵質(zhì)礦物含量偏低。對(duì)于稀土元素而言, La、Ce、Sm、Eu、Yb及Lu均低于上地殼組成, 同部分主量元素一樣, 可能與石英的“稀釋”作用有關(guān)。

經(jīng)上地殼標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分型式見(jiàn)圖2C。從圖中可以看出, 史家組砂巖總體表現(xiàn)出輕稀土虧損而重稀土富集的特征, 稀土總量低于上地殼。單純就元素比值而言, 史家組砂巖的 La/Yb及 La/Sm值分別為8.33和6.67, 其中La/Yb低于上地殼組成而La/Sm與上地殼相近。

表1 史家組砂巖主量元素(%)和微量元素(×10-6)組成Table 1 Major (%) and trace elements (×10-6) concentrations of Shijia Formation sandstone

圖2 上地殼標(biāo)準(zhǔn)化史家組砂巖和劉老碑組頁(yè)巖主量元素(A)、微量元素(B)和稀土元素(C)Fig.2 UCC normalized major(A), trace(B) and rare earth(C) elements of Shijia Formation sandstone and Liulaobei Formation shale

4 討論

4.1 碎屑物物源分析

在Roser等(1988)提出的判別圖解中, 史家組砂巖顯示其具有石英巖-沉積巖的物源, 而劉老碑組頁(yè)巖除一個(gè)樣品具有石英巖物源外, 其他樣品顯示中性-鎂鐵質(zhì)火成巖的物源(圖 3A)。根據(jù) Hayashi等(1997)提出 的(SiO2/20)-(Na2O+K2O)-(MgO+TiO2+ FeO*)判別圖解(FeO*=Fe2O3×0.9), 史家組砂巖位于流紋巖附近, 而劉老碑組頁(yè)巖則位于安山巖附近(圖3B)。

此外, Al2O3-(CaO+Na2O)-K2O(A-CN-K)圖解不僅可以被用于估算化學(xué)風(fēng)化程度, 也可以被用于推斷碎屑沉積物的物源?；瘜W(xué)風(fēng)化指數(shù)CIA的計(jì)算公式 為 : CIA=100×Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O) (Nesbitt et al., 1982), 其中各氧化物均為摩爾值, CaO*特指硅酸鹽礦物中的CaO含量。在計(jì)算之前采用了McLennan(1993)提出的方法對(duì)CaO含量進(jìn)行校正(CaO*= CaO-10/3×P2O5)。如果CaO*小于Na2O的摩爾數(shù), 采用CaO*作為硅酸鹽礦物的CaO含量, 反之則采用Na2O作為硅酸鹽礦物的CaO含量。從校正后的A-CN-K圖(圖4)可以看出, 史家組砂巖可能來(lái)自于鉀長(zhǎng)石含量偏高的酸性物源且經(jīng)歷了較低程度的風(fēng)化, 而劉老碑組頁(yè)巖則可能是斜長(zhǎng)石偏高的中性-基性源區(qū)經(jīng)高程度風(fēng)化的產(chǎn)物。

圖4 史家組砂巖及劉老碑組頁(yè)巖A-CN-K圖解Fig.4 A-CN-K diagram of the Shijia Formation sandstone and Liulaobei Formation shale

部分元素(如 Th、Zr、Hf、Sc、V、Co和稀土元素)對(duì)碎屑沉積物源區(qū)具有良好的指示意義(Bhatia, 1985)。鎂鐵質(zhì)會(huì)導(dǎo)致碎屑沉積物中 Sc、V和Co等元素的升高, 而長(zhǎng)英質(zhì)則會(huì)引起La、Zr和Th等元素的增加。從表1及圖2可以發(fā)現(xiàn), 史家組砂巖與上地殼相比具有明顯偏低的Sc、V和Co含量, 但極其富集的Zr和僅少量虧損的La和Th表明其物源更可能是長(zhǎng)英質(zhì)的。與史家組砂巖不同, 劉老碑組頁(yè)巖具有接近上地殼的上述元素組成, 而 Sc甚至高于上地殼組成, 表明劉老碑組頁(yè)巖的物源具有相對(duì)上地殼偏高的鎂鐵質(zhì)物源貢獻(xiàn)。

此外, 史家組砂巖的Co/Th (0.45)明顯低于上地殼 的 值 (1.59), 而 Zr/Hf(40.2)、 Th/Sc(1.81)和La/Sc(3.63)則高于上地殼組成(32.8、0.8和 2.2), 表明其物源鎂鐵質(zhì)貢獻(xiàn)很低, 而主要來(lái)自于酸性的源區(qū)。但對(duì)于劉老碑組頁(yè)巖而言, 其 Co/Th(1.56)、Zr/Hf(34.3)、Th/Sc(0.70)和La/Sc(2.31)均接近上地殼組成, 表明其物源和上地殼類(lèi)似, 且具有較史家組砂巖偏高的鎂鐵質(zhì)物源貢獻(xiàn)。

根據(jù)Condie(1989)提出的Th-Hf-Co物源判別圖解(圖 5A), 史家組砂巖位于板內(nèi)石英巖及長(zhǎng)石砂巖區(qū), 而劉老碑組頁(yè)巖則位于頁(yè)巖和島弧雜砂巖區(qū),表明二者的物源存在區(qū)別, 前者更可能具有穩(wěn)定板內(nèi)環(huán)境下的物源, 而后者則更可能與活動(dòng)性質(zhì)的物源有關(guān)。進(jìn)一步而言, 在 Hf-La/Th判別圖解中(圖 5B), 史家組砂巖具有明顯高于劉老碑組頁(yè)巖的Hf含量, 暗示其被動(dòng)大陸邊緣物質(zhì)增加, 而劉老碑組頁(yè)巖具有長(zhǎng)英質(zhì)島弧的物源。

圖5 Th-Hf-Co(據(jù)Condie, 1989) (A)及Hf-La/Th物源判別圖解(B) (據(jù)Floyd et al., 1987)Fig.5 Th-Hf-Co (A) (after Condie, 1989) and Hf-La/Th provenance discrimination diagram (B) (after Floyd et al., 1987)

總之, 從主量和微量元素可以看出, 史家組砂巖和劉老碑組頁(yè)巖應(yīng)該具有不同的物源, 前者以板內(nèi)穩(wěn)定物源為主, 而后者可能以島弧長(zhǎng)英質(zhì)物源為主。此外, 由于沉積巖物源的地球化學(xué)特征可能因?yàn)樵傺h(huán)受到改變, 在 Al2O3-Zr-TiO2圖解中(圖 6),史家組砂巖具有明顯Zr富集的趨勢(shì), 表明其物源與再循環(huán)有關(guān), 間接證實(shí)了史家組砂巖來(lái)自于穩(wěn)定古老物質(zhì)的觀點(diǎn), 而劉老碑組頁(yè)巖則無(wú)這一趨勢(shì), 說(shuō)明它們可能是火成巖首次風(fēng)化后沉積的產(chǎn)物。

圖6 10×Al2O3-Zr-200×TiO2三角圖Fig.6 Triangle diagram of 10×Al2O3-Zr-200×TiO2

圖7 SiO2-(K2O/Na2O)構(gòu)造背景判別圖解(據(jù)Roser et al., 1988)Fig.7 SiO2-(K2O/Na2O) tectonic discrimination diagram(after Roser et al., 1988)

4.2 構(gòu)造背景的確定與轉(zhuǎn)變

研究表明, 碎屑沉積巖地球化學(xué)特征在很大程度上受到其所處構(gòu)造背景的控制, 因此不同構(gòu)造背景下形成的碎屑巖具有不同的地球化學(xué)特征(Bhatia, 1985; Roser et al., 1988)。根據(jù)Roser等(1988)提出的K2O/Na2O-SiO2判別圖解, 史家組砂巖和劉老碑組頁(yè)巖絕大多數(shù)投點(diǎn)于被動(dòng)大陸邊緣。但這一結(jié)果是值得懷疑的, 因?yàn)閺膱D 4中可以發(fā)現(xiàn), 劉老碑組頁(yè)巖投點(diǎn)近平行于A-K邊分布, 因此它們可能受到了明顯后期鉀交代的影響, 導(dǎo)致K2O含量及K2O/Na2O的增加, 從而使得在判別圖上出現(xiàn)誤判。因此, 進(jìn)一步使用 Bhatia(1983)提出的(Fe2O3+MgO)-TiO2及(Fe2O3+MgO)-Al2O3/SiO2判別圖進(jìn)行識(shí)別(圖 8), 史家組砂巖以低的(Fe2O3+MgO)、TiO2含量及Al2O3/SiO2而位于被動(dòng)大陸邊緣, 而劉老碑組頁(yè)巖則位于大陸島弧和大洋島弧之間。此外, 在微量元素La-Th-Sc和Th-Sc-Zr/10判別圖解上(圖9, Bhatia et al., 1986)也得到了相似的結(jié)論。

圖8 (Fe2O3+MgO)-TiO2(A)及(Fe2O3+MgO)-Al2O3/SiO2構(gòu)造背景判別圖(B) (據(jù)Bhatia, 1983)Fig.8 (Fe2O3+MgO)-TiO2(A) and (Fe2O3+MgO)-Al2O3/SiO2tectonic discrimination diagram (B) (after Bhatia, 1983)

圖9 La-Th-Sc和Th-Sc-Zr/10構(gòu)造背景判別圖解(據(jù)Bhatia et al., 1986)Fig.9 La-Th-Sc and Th-Sc-Zr/10 tectonic discrimination diagram (after Bhatia et al., 1986)

由于碎屑沉積物地球化學(xué)特征的繼承性, 在識(shí)別碎屑巖構(gòu)造背景上可能存在一些問(wèn)題, 其中最為典型的是該構(gòu)造背景反映的是物源區(qū)的構(gòu)造背景還是沉積時(shí)的構(gòu)造背景(李雙應(yīng)等, 2004)。但從上述物源分析和構(gòu)造背景判別可以看出, 劉老碑組和史家組碎屑巖在物源供給上存在差別是可以肯定的。結(jié)合我們?cè)鴪?bào)道的賈園組(孫林華等, 2010)的情況來(lái)看,賈園組混積巖中陸源碎屑的特征與劉老碑組的類(lèi)似(均顯示出島弧的特征), 因此我們認(rèn)同安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局(1987)的觀點(diǎn), 即劉老碑組和史家組并不對(duì)應(yīng), 前者應(yīng)屬于賈園組更下部層位的地層。

巖相古地理研究表明, 皖北地區(qū)前寒武紀(jì)構(gòu)造格局以現(xiàn)今東西向?yàn)橹?安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1987)。也就是說(shuō), 能夠?qū)λ拗莸貐^(qū)供給碎屑物源的可能主要來(lái)自于北部和南部, 北部為華北板塊腹地, 而南部則為華北板塊南緣(可能是淮陽(yáng)古陸?)。北部華北板塊腹地具有古老的結(jié)晶基底, 從而能夠有效地為皖北地區(qū)提供具有再循環(huán)性質(zhì)的、長(zhǎng)英質(zhì)的且具有板內(nèi)性質(zhì)的古老物源(如史家組物源), 而華北板塊南緣存在的中-新元古代安山巖的風(fēng)化可以為劉老碑組提供物源(李雙應(yīng)等, 2003), 這一推斷與碎屑巖地球化學(xué)特征反映的相一致(圖3、5和6)。由于物源供給存在差異, 皖北地區(qū)在劉老碑組和史家組沉積時(shí)期的構(gòu)造背景也應(yīng)該是存在差異的: 劉老碑組時(shí)期為南部供給, 因此華北板塊東南緣應(yīng)該是南高北低, 到史家組時(shí)期則轉(zhuǎn)為北高南低。

如前所述, 關(guān)于皖北地區(qū)新元古代構(gòu)造演化存在很大的爭(zhēng)議。從皖北新元古代的基本沉積特征(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1987)來(lái)看, 從五山組、劉老碑組一直到魏集組屬于華北板塊東南緣新元古代第一次伸展期, 而史家組到望山組則對(duì)應(yīng)于第二次伸展。由于近年來(lái)報(bào)道的年代學(xué)數(shù)據(jù)逐漸表明皖北新元古代沉積時(shí)限在 800~1000 Ma之間(柳永清等, 2005; 王清海等, 2011), 而史家組年齡大致為820~846 Ma(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1987; 孫林華等, 2010)。同時(shí), 考慮到史家組及其下部魏集組之間假整合的事實(shí)(白色風(fēng)化粘土層, 見(jiàn)前文), 并結(jié)合Rodinia超大陸的相關(guān)進(jìn)展(Li et al., 2008)可以推斷,皖北地區(qū)新元古代第一次伸展應(yīng)該對(duì)應(yīng)于 Rodinia超大陸的匯聚期(>0.8 Ga), 而第二次伸展對(duì)應(yīng)于Rodinia超大陸的裂解期(<0.8 Ga)。這與劉老碑組頁(yè)巖可能處于弧后盆地而史家組砂巖產(chǎn)于被動(dòng)大陸邊緣或者板內(nèi)的認(rèn)識(shí)是一致的(李雙應(yīng)等, 2003及本文數(shù)據(jù))。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)安徽省北部宿州新元古代史家組砂巖的地球化學(xué)分析, 結(jié)合前人發(fā)表的淮南新元古代劉老碑組頁(yè)巖的地球化學(xué)數(shù)據(jù)及皖北新元古代相關(guān)研究進(jìn)展, 取得了如下認(rèn)識(shí):

(1)皖北新元古代史家組砂巖源于經(jīng)歷過(guò)再循環(huán)的古老地殼物質(zhì)較低程度的風(fēng)化, 而劉老碑組頁(yè)巖則來(lái)自于中-酸性火成巖的首次高程度風(fēng)化;

(2)史家組砂巖形成于相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造背景, 可能是被動(dòng)大陸邊緣或板內(nèi)環(huán)境, 而劉老碑組頁(yè)巖形成于活動(dòng)的構(gòu)造背景, 可能是弧后盆地或大陸島弧;

(3)皖北新元古代時(shí)期經(jīng)歷了構(gòu)造背景從活動(dòng)向穩(wěn)定的轉(zhuǎn)變, 從而保留了對(duì)應(yīng)于Rodinia超大陸匯聚和裂解的沉積學(xué)證據(jù)。史家組之前的沉積對(duì)應(yīng)于Rodinia超大陸的匯聚而史家組-望山組期間的伸展則可能與Rodinia超大陸的裂解相對(duì)應(yīng)。

安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局.1987.安徽省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京: 地質(zhì)出版社.

李雙應(yīng), 岳書(shū)倉(cāng), 楊建, 賈志海.2003.皖北新元古代劉老碑組頁(yè)巖的地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J].地質(zhì)科學(xué), 38(2): 241-253.

李雙應(yīng), 李任偉, 岳書(shū)倉(cāng), 王道軒, 劉因, 孟慶任, 金福全.2004.安徽肥西中生代碎屑巖地球化學(xué)特征及其對(duì)物源制約[J].巖石學(xué)報(bào), 20(3): 667-676.

柳永清, 高林志, 劉燕學(xué), 宋彪, 王宗秀.2005.徐淮地區(qū)新元古代初期鎂鐵質(zhì)巖漿事件的鋯石 U-Pb定年[J].科學(xué)通報(bào), 50(22): 2514-2521.

潘國(guó)強(qiáng), 孔慶友, 吳俊奇, 劉家潤(rùn), 張慶龍, 曾家湖, 劉道忠.2000.徐宿地區(qū)新元古代輝綠巖床的地球化學(xué)特征[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào), 6(1): 53-63.

孫林華, 桂和榮, 陳松, 馬艷平, 王桂梁.2010.皖北新元古代賈園組混積巖物源和構(gòu)造背景的地球化學(xué)示蹤[J].地球?qū)W報(bào), 31(6): 833-842.

王清海, 楊德斌, 許文良.2011.華北陸塊東南緣新元古代基性巖漿活動(dòng): 徐淮地區(qū)輝綠巖床群巖石地球化學(xué)、年代學(xué)和Hf同位素證據(jù)[J].中國(guó)科學(xué)(地球科學(xué)), 41(6): 796-815.

楊杰東, 鄭文武, 王宗哲, 陶仙聰.2001.Sr、C同位素對(duì)蘇皖北部上前寒武系時(shí)代的界定[J].地層學(xué)雜志, 25(1): 44-47.

鄭文武, 楊杰東, 洪天求, 陶仙聰, 王宗哲.2004.遼南與蘇皖北部新元古代地層Sr和C同位素對(duì)比及年齡界定[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào), 10(2): 165-178.

References:

ARMSTRONG-ALTRIN J S, LEE Y I, VERMA S P, RAMASAMY S.2004.Geochemistry of Sandstones from the Upper Miocene Kudankulam Formation, Southern India: Implications for Provenance, Weathering and Tectonic Setting[J].Journal of Sedimentary Research, 74(2): 285-297.

BHATIA M R.1983.Plate Tectonics and Geochemical Composition of Sandstones[J].The Journal of Geology, 91(6): 611-627.

BHATIA M R.1985.Rare Earth Element Geochemistry of Australian Paleozoic Graywackes and Mudrocks: Provenance and Tectonic Control[J].Sedimentary Geology, 45(1-2): 97-113.

BHATIA M R, CROOK K A W.1986.Trace Element Characteristics of Graywackes and Tectonic Setting Discrimination of Sedimentary Basin[J].Contributions to Mineralogy and Petrology, 92(2): 181-193.

Bureau of Geology and Mineral Resources of Anhui Province.1987.Regional Geology of Anhui Province[M].Beijing: Geological Publishing House(in Chinese with English Summary).

CONDIE K C.1989.Geochemical Changes in Basalts and Andesites Across the Archean-Proterozoic Boundary: Identification and Significance[J].Lithos, 23: 1-18.

COX R, LOWE D R, CULLERS R L.1995.The Influence of Sediment Recycling and Basement Composition on Evolution of Mudrock Chemistry in the Southwestern United States[J].Geochimica et Cosmochimica Acta, 59(14): 2919-2940.

CULLERS R L.2000.The geochemistry of shales, siltstones and sandstones of Pennsylvanian-Permian age, Colorado, USA: implications for provenance and metamorphic studies[J].Lithos, 51(3): 181-203.

FEDO C M, NESBITT H W, YOUNG G M.1995.Unraveling the effects of potassium metasomatism in sedimentary rocks and paleosols, with implications for paleowearhering conditions and provenance[J].Geology, 23: 921-924.

FLOYD P A, LEVERIDGE B E.1987.Tectonic environment of the Devonian Gramscatho basin, south Cornwall: framework mode and geochemical evidence from turbiditic sandstones[J].Journal of the Geological Society, 144(4): 531-542.

HAYASHI K I, FUJISAWA H, HOLLAND H D, OHOMOTO H.1997.Geochemical of ~ 1.9 Ga sedimentary rocks from northern Labrador, Canada[J].Geochimica et Cosmochimica Acta, 61(19): 4115-4137.

KUMAR B, SHARMA S D, SREENIVAS B, DAYAL A M, RAO M N, DUBEY N, CHAWLA B R.2002.Carbon, oxygen and strontium isotope geochemistry of Proterozoic carbonate rocks of the Vindhyan Basin, central India[J].Precambrian Research, 113(1-2): 43-63.

LI Shuang-ying, YUE Shu-cang, YANG Jian, JIA Zhi-hai.2003.Geochemical Characteristics and Implications of Neoproterozoic Shales from the Liulaobei Formation in North Anhui[J].Scientia Geologica Sinica, 38(2): 241-253(in Chinese with English abstract).

LI Shuang-ying, LI Ren-wei, YUE Shu-cang, WANG Dao-xuan, LIU Yin, MENG Qing-ren, JIN Fu-quan.2004.Geochemistry of Mesozoic Detrital Rocks and its Constraints on Provenance in Feixi area, Anhui Provence[J].Acta Petrologica Sinica, 20(3): 667-676(in Chinese with English abstract).

LI Z X, BOGDANOVA S V, COLLINS A S, DAVIDSON A, WAELE B D, ERNST R E, FITZSIMONS I C W, FUCK R A, GLADKOCHUB D P, JACOBS J, KARLSTROM K E, LU S, NATAPOV L M, PEASE V, PISAREVSKY S A, THRANE K, VERNIKOVSKY V.2008.Assembly, Configuration, and Break-Up History of Rodinia: A Synthesis[J].Precambrian Research, 160(1-2): 179-210.

LIU Yong-qing, GAO Lin-zhi, LIU Yan-xue, SONG Biao, WANG Zong-xiu.2005.Zircon U-Pb Dating for the Earliest Neoproterozoic Mafic Magmatism in the Southern Margin of the North China Block[J].Chinese Science Bulletin, 50(22): 2514-2521(in Chinese).

MCLENNAN S M, TAYLOR S R.1991.Sedimentary Rocks and Crustal Evolution: Tectonic Setting and Secular Trends[J].The Journal of Geology, 99(1): 1-21.

MCLENNAN S M.1993.Weathering and Global Denudation[J].The Journal of Geology, 101(2): 295-303.

MCLENNAN S M.2001.Relationships Between the Trace Element Composition of Sedimentary Rocks and Upper Continental Crust[J].Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2(4),doi:10.1029/2000GC000109.

MURALI A V, PARTHASARATHY R, MAHADEVAN T M, SANKAR D M.1983.Trace Element Characteristics, REE Patterns and Partition Coefficients of Zircons from Different Geological Environment—A Case Study on Indian Zircons[J].Geochimica et Cosmochimica Acta, 47: 2047-2052.

NESBITT H W, YOUNG G M.1982.Early Proterozoic Climates and Plate Motions Inferred from Major Element Chemistry of Lutites[J].Nature, 299: 715-717.

PAN Guo-qiang, KONG Qing-you, WU Jun-qi, LIU Jia-run, ZHANG Qing-long, ZENG Jia-hu, LIU Dao-zhong.2000.Geochemical Features of Neoproterozoic Diabase Sills in Xuzhou-Suzhou Area[J].Geological Journal of China Universities, 6(1): 53-63(in Chinese with English abstract).

RASHID S A.2005.The Geochemistry of Mesoproterozoic Clastic Sedimentary Rocks from the Rautgara Formation, Kumaun Lesser Himalaya: Implications for Provenance, Mineralogical Control and Weathering[J].Current Science, 88(11): 1832-1836.

ROSER B, KORSCH R.1988.Provenance Signatures of Sandstone-Mudstone Suites Determined Using Discriminant Function Analysis of Major-Element Data[J].Chemical Geology, 67(1-2): 119-139.

SUN Lin-hua, GUI He-rong, CHEN Song, MA Yan-ping, WANG Gui-liang.2010.Provenance and Tectonic Setting of the Neoproterozoic Diamictites from Jiayuan Formation in Northern Anhui Province: Evidence from Geochemical Study[J].Acta Geoscientica Sinica, 31(6): 833-842(in Chinese with English abstract).

TAYLOR S R, MCLENNAN S M.1985.The Continental Crust: its Composition and Evolution[M].Oxford: Blackwell Publing Incorporated.

WANG Qing-hai, YANG De-bin, XU Wen-liang.2011.Neoproterozoic Mafic magmatism in the Southeast Margin of North China Craton: Evidence from Geochyemistry, Geochronology and Hf Isotope of the Diabase Sills in Xuhuai Area[J].Science China(Terrae), 41(6): 796-815(in Chinese).

YAN Q R, GAO S L, WANG Z Q, LI J L, XIAO W J, HOU Q L, YAN Z, CHEN H L.2002.Geochemical Constrains of Sediments on the Provenance, Depositional Environment and Tectonic Setting of the Songliao Prototype Basin[J].Acta Geologica Sinica(English edition), 76(4): 455-462.

YANG Jie-dong, ZHENG Wen-wu, WANG Zong-zhe, TAO Xian-cong.2001.Age Determination of the Upper Precambrian System of Northern Jiangsu-Anhui by Using Sr and C Isotopes[J].Journal of Stratigraphy, 25(1): 44-47(in Chinese with English abstract).

ZHENG Wen-wu, YANG Jie-dong, HONG Tian-qiu, TAO Xian-cong, WANG Zong-zhe.2004.Sr and C Isotopic Correlation and the Age Boundary Determination for the Neoproterozoic in the Southern Liaoning and Northern Jiangsu-Northern Anhui Provinces[J].Geological Journal of China Universities, 10(2): 165-178(in Chinese with English abstract).

Transition of Neoproterozoic Tectonic Background in Northern Anhui Province: Evidence from Geochemistry of Clastic Rocks

SUN Lin-hua, GUI He-rong
School of Earth Science and Engineering, Suzhou University, Suzhou, Anhui 234000

Based on a geochemical analysis of sandstones of Neoproterozoic Shijia Formation in Suzhou of northern Anhui Province, in combination with previously published geochemical data of shales of Neoproterozoic Liulaobei Formation, the authors made a comparatively study of the provenance and tectonic setting of these two suites of clastic rocks.The results indicate that the shales of Liulaobei Formation might have originated from the first cycle of intermediate-felsic volcanic rocks with intense weathering, whereas sandstones of Shijia Formation were probably generated by low-intense weathering of the recycled old crust material.The shales of Liulaobei Formation are characterized by high (MgO+Fe2O3) and TiO2content and Al2O3/SiO2ratios relative to the sandstones of Shijia Formation.These data, together with La-Th-Sc and Th-Sc-Zr/10 discrimination diagrams, imply that they were deposited in different settings, i.e., the former was deposited in a continental island arc (probably back-arc basin), whereas the latter was in a passive continental margin or intra-plate environment.In combination with previous studies of the Neoproterozoic evolution in northern Anhui Province, these results demonstrate that the tectonic background of the southeast margin of North China Craton underwent transition from active to passive during Neoproterozoic.

geochemistry; clastic rock; Neoproterozoic; tectonic setting; northern Anhui Province

P595; P588.21; P542.4

A

10.3975/cagsb.2011.05.02

本文由安徽省高校優(yōu)秀青年人才基金(編號(hào): 2010SQRL190)和宿州學(xué)院科研平臺(tái)項(xiàng)目(編號(hào): 2010YKF30)聯(lián)合資助。

2011-07-19; 改回日期: 2011-08-30。責(zé)任編輯: 魏樂(lè)軍。

孫林華, 男, 1981 年生。博士, 講師。主要從事巖石地球化學(xué)的研究與教學(xué)工作。通訊地址: 234000, 安徽省宿州市汴河路71號(hào)。電話: 0557-2871038。E-mail: sunlinh@hotmail.com。