晏 勇，陶 平

(1.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003;2.貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴州 貴陽 550004)

貴州赫章鐵礦山泥盆系地層地球化學(xué)特征及其與晚古生代裂陷作用關(guān)系

晏 勇，陶 平

(1.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003;2.貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴州 貴陽 550004)

對(duì)貴州赫章鐵礦山地區(qū)泥盆系地層、構(gòu)造和晚古生代裂陷槽的特征進(jìn)行研究，用分析地層地球化學(xué)特征論述泥盆系各地層與裂陷槽之間的關(guān)系。通過對(duì)泥盆紀(jì)地層巖性、(La/Yb)N值和Ce/Ce*值等稀土元素特征值的分析認(rèn)為各地層的形成受到了裂陷槽的控制，也反映出裂陷槽的詳細(xì)變化過程。

泥盆紀(jì);地球化學(xué);裂陷槽;赫章縣;貴州

貴州赫章鐵礦山是貴州省主要的產(chǎn)鐵基地，所以對(duì)貴州赫章鐵礦山地區(qū)的研究相對(duì)較多，對(duì)鐵礦研究更是詳細(xì)，但是對(duì)研究區(qū)中泥盆紀(jì)地層研究相對(duì)較少。而對(duì)晚古生代裂陷作用的研究主要是對(duì)構(gòu)造性質(zhì)及形成時(shí)間方面的研究。雖然前人已經(jīng)就地層特征和裂陷作用的相關(guān)特征進(jìn)行了研究，但是卻存在很多的不足，例如裂陷作用對(duì)研究區(qū)中的泥盆紀(jì)時(shí)期地層的形成影響并沒有做明確的討論，同時(shí)也沒有利用泥盆紀(jì)各地層的地球化學(xué)特征來反面討論裂陷形成的發(fā)展過程。所以，本次通過野外地質(zhì)調(diào)查、樣品的采集和微量元素、稀土元素的分析，以期通過分析地層的地球化學(xué)特征來討論裂陷作用在泥盆紀(jì)的發(fā)展過程。

1 地質(zhì)背景及晚古生代裂陷槽

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于上揚(yáng)子陸塊南部被動(dòng)邊緣褶沖帶—六盤水復(fù)雜褶皺區(qū)和織金短軸褶皺區(qū)。屬較穩(wěn)定的陸塊區(qū)。經(jīng)歷了廣西、紫云、黔桂、東吳、安源、燕山、喜馬拉雅等多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，造成了大陸上地殼結(jié)構(gòu)很不均一、物質(zhì)組成差別大、厚度變化大的特點(diǎn)。研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)特征如圖1。

圖1 區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)略圖

1.2 晚古生代裂陷槽及其特征

在晚古生代典型的與裂陷作用有關(guān)的斷裂帶，是六盤水裂陷槽、南盤江－右江裂陷盆地的邊界斷裂。該斷裂帶在晚古生代實(shí)為一個(gè)同生正斷裂構(gòu)造帶，具有半地塹形式的階梯狀同沉積正斷層組合，為張性裂谷邊界斷裂，由此形成了北西向的裂陷槽(盆)，控制了泥盆紀(jì)—二疊紀(jì)的沉積環(huán)境。

據(jù)張錦泉等(1990)，在華南大陸板塊內(nèi)部發(fā)育著一類特殊的地質(zhì)構(gòu)造及其沉積盆地，即晚古生代的滇黔桂地區(qū)板塊構(gòu)造、同沉積斷裂及其相關(guān)的沉積盆地(圖2)，紫云 －水城裂陷盆地屬于這一系列北西向裂陷盆地的最北一支。

圖2 上揚(yáng)子地區(qū)泥盆紀(jì)構(gòu)造與同沉積略圖(據(jù)張慧等，2006)

本文所討論的晚古生代裂陷構(gòu)造，僅限于以晚古生代裂陷作用為主導(dǎo)因素形成的區(qū)域性斷裂—水城－紫云－南丹斷裂帶的黔西北部分，不包括晚古生代其它裂陷構(gòu)造。

在本區(qū)，晚古生代為北西向裂陷構(gòu)造環(huán)境，水城—紫云斷裂帶表現(xiàn)為張性同沉積斷裂的特點(diǎn)，對(duì)整個(gè)黔西北地區(qū)晚古生代的沉積作用產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。這種影響由各個(gè)時(shí)代地層的特殊空間分布特征表現(xiàn)出來。如圖3所示，從裂陷槽向兩側(cè)的碳酸鹽巖臺(tái)地，出現(xiàn)了不同相區(qū)和微相的有規(guī)律分布，以及不同巖石組合和沉積厚度的有規(guī)律分布，從而也反映了裂陷作用的活動(dòng)時(shí)間和影響范圍等。所以也就能通過對(duì)裂陷槽影響范圍內(nèi)的地層的微量稀土元素特征分析來討論裂陷槽的變化過程。

2 研究區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

研究區(qū)屬揚(yáng)子地層區(qū)，地層發(fā)育較齊全，從上元古界至第四系均有出露。晚古生代地層發(fā)育齊全、類型多樣，但是泥盆系地層出露相對(duì)較少，僅礦區(qū)附近有出露(趙峰等，2000)。本研究區(qū)泥盆系地層特征如下:

丹林組(D1d):灰白色中厚層細(xì)粒石英砂巖，局部為肉紅色鐵質(zhì)砂巖。

舒家坪組(D1s):灰黑色泥質(zhì)白云巖夾泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖薄層，頂部為砂巖。

龍洞水組(D2l):深灰色細(xì)晶泥質(zhì)白云巖，局部夾泥質(zhì)灰?guī)r。

大河口組(D2dh):一套黃褐色中厚層含巖屑砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。

獨(dú)山組(D2d):由下往上分為3個(gè)巖性段，即雞炮段、宋家橋段、雞窩寨段。

雞炮段(D2d1):灰、深灰色薄至中厚層細(xì)晶白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，含黑色有機(jī)質(zhì)白云巖、泥巖。宋家橋段(D2d2):黃褐色中厚層長石石英砂巖，紫紅色、土黃色含鐵質(zhì)粉砂巖、泥巖夾淺灰、灰綠色泥灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖。雞窩寨段(D2d3):下部為深灰、灰黑色中厚層含砂屑白云巖夾薄層鈣質(zhì)泥頁巖;中部為灰色中厚層生物屑灰?guī)r、生物灰?guī)r;上部為蠕蟲狀、條帶狀白云質(zhì)灰?guī)r，泥質(zhì)白云巖。

望城坡組(D3w):淺灰、深灰色細(xì)、微晶灰?guī)r，夾白云質(zhì)泥質(zhì)條帶。

堯梭組(D3y):灰白色中厚層細(xì)、微晶灰?guī)r夾細(xì)晶白云巖。

圖3 水城—紫云裂陷槽北段泥盆紀(jì)沉積序列(據(jù)張慧等，2006)

2.2 構(gòu)造

研究區(qū)處于北西向構(gòu)造體系之埡都一蟒洞構(gòu)造帶中段，寒婆嶺一蟒洞大背斜之南西翼，主要為NW向的褶皺和斷層組成，次為近EW向、SN向的走滑平移斷層。

埡都背斜:軸向135°，局部直立甚至倒轉(zhuǎn)，兩翼巖層傾角不等。

埡都 － 蟒洞斷層:走向 135°，傾向 245°，傾角 60° ～70°，長約20～30 km。本區(qū)各種構(gòu)造改造了前期形成的地層，使地層出現(xiàn)了重復(fù)和缺失。礦區(qū)構(gòu)造特征如圖4。

3 泥盆系各地層地球化學(xué)特征

本次樣品采集地層為丹林組到堯梭組一直到石炭系的祥擺組:分析數(shù)據(jù)如下:

各地層地球化學(xué)特征如下:丹林至大河口組稀土元素豐度較高，獨(dú)山組、望城坡到祥擺組地層豐度相對(duì)較低，但含菱鐵礦地層∑REE含量偏低，含赤鐵礦地層含量偏高。

各時(shí)代地層的LREE/HREE比值均大于4，，明顯偏離1。所以由此判斷各地層均富集輕稀土和虧損重稀土，同時(shí)各配分型式圖中各個(gè)地層的配分曲線都為右傾型;除泥盆系望城坡組至石炭系祥擺組有比較明顯的 Ce負(fù)異常外，其余地層Ce均維持在平均值基礎(chǔ)上;但所有地層均出現(xiàn)了明顯的 Eu負(fù)異常，并且曲線分布一致。

表1 丹林組到大河口組地層微量元素特征值一覽表 μg/g

表2 獨(dú)山組至石炭系祥擺組地層微量元素特征值一覽表 μg/g

通過對(duì)各個(gè)地層樣品的 La/Sm值、Gd/Yb值和 Sm/Nd值分析可知:各個(gè)地層均富集 LREE，相對(duì)虧損 HREE，LREE的富集程度相對(duì)較高。

各個(gè)地層的(La/Yb)N比值在5～12之間不等，大部分樣品(La/Yb)N值大于9，所以(La/Yb)N值明顯的偏離1。根據(jù)前人研究表明，該比值越是偏離1則物質(zhì)沉積時(shí)的沉積速率越慢。所以該比值的不斷變化也可以推斷沉積環(huán)境的變化，沉積環(huán)境主要由裂陷槽的變化控制，也就可以比較明顯的反映出裂陷作用的變化過程。本研究區(qū)Ce/Ce*值從早泥盆紀(jì)到晚泥盆紀(jì)變化趨勢(shì)為:早泥盆紀(jì)比值較小，到中泥盆紀(jì)逐漸變大，到泥盆紀(jì)獨(dú)山組宋家橋時(shí)期比值最大，但是從宋家橋時(shí)期以后比值又逐漸減小知道泥盆紀(jì)結(jié)束。

表3 Ce/Ce*值地層分布表

圖4 礦區(qū)地質(zhì)略圖

圖5 丹林組到大河口組稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖

4 討論

4.1 地層巖性變化與裂陷作用關(guān)系

根據(jù)對(duì)研究區(qū)中泥盆系地層的性質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，從丹林組開始到獨(dú)山組宋家橋段巖性變化為石英砂巖到碳酸鹽巖到泥巖;獨(dú)山組雞窩寨段到泥盆紀(jì)堯梭組巖性變化為粗晶白云巖到細(xì)晶白云巖和泥質(zhì)條帶。泥盆紀(jì)早期的沉積物為粗碎屑沉積，并且沉積速率也較快，沉積物供給量較大，形成了細(xì)粒石英砂巖。表明沉積時(shí)的沉積海水深度較淺;而后期地層逐漸轉(zhuǎn)變成白云巖、灰?guī)r等，說明海水沉積深度上有了明顯的增加，結(jié)合裂陷作用的影響作用可以知道裂陷活動(dòng)加強(qiáng)，裂陷槽面積增加，所以地層巖性反映出裂陷槽的一些變化過程。

圖6 獨(dú)山組稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖

圖7 望城坡組到祥擺組稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分配模式圖

4.2 地球化學(xué)特征與裂陷作用關(guān)系

1)稀土元素(La/Yb)N值可以用來衡量和表征地層在形成過程中的沉積速率特征。前人研究表明當(dāng)懸浮物在海水中停留時(shí)間較短時(shí)，REE會(huì)快速沉積下來，此時(shí)(La/Yb)N值大約為1。當(dāng)懸浮物在海水中停留時(shí)間較長時(shí)，即沉降緩慢，使得(La/Yb)N值明顯偏離1。所以該比值的變化表明沉積速率的變化，也可以反映出沉積環(huán)境的變化，本研究區(qū)內(nèi)因?yàn)槌练e環(huán)境的變化主要是裂陷槽的變化引起，所以這種比值曲線可以反映出裂陷作用的變化。

根據(jù)泥盆系不同地層(La/Yb)N值數(shù)據(jù)和地層時(shí)代對(duì)比分析可以得到下圖的曲線分布型式(圖8)。根據(jù)圖8可以發(fā)現(xiàn)裂陷作用在泥盆紀(jì)早期有局部變化，使沉積物在舒家坪組內(nèi)沉積速率有了降低，而后面有升又降，但是在獨(dú)山組時(shí)期速率卻有了明顯的上升，并且上升值較明顯，并且獨(dú)山組以后該比值又下降到了較低的位置，說明獨(dú)山組以后海水深度較深，裂陷槽面積較大，裂陷作用增強(qiáng)。所以裂陷槽變化情況如下:泥盆紀(jì)早期丹林組變化微弱;在舒家坪組內(nèi)沉積深度增加，裂陷槽局部活動(dòng);而此后裂陷減弱，沉積速率減緩，但是卻逐漸增加沉積速率;到獨(dú)山組時(shí)期裂陷再次活動(dòng)，海水深度增加、面積擴(kuò)大，所以沉積減慢，一直持續(xù)到石炭系。

圖8 泥盆系各地層(La/Yb)N值變化曲線圖

2)Ce的負(fù)異常主要出現(xiàn)在洋盆環(huán)境中，因?yàn)檠笈柚械腃e3+很快被氧化成 Ce4+并被 Fe－Mn氧化物所吸附，從而很快從海水中被清除，造成海水中Ce虧損(Elderfield and Greaves，1982)，研究表明:Ce/Ce*在成巖作用過程中變化不大(Flee，t 1983)，所以可以用其表示地層在成巖時(shí)的沉積環(huán)境。不同的沉積環(huán)境擁有不同的Ce/Ce*比值，據(jù)Murray et a.l(1990，1991)的研究結(jié)果顯示:Ce/Ce*越大，說明受陸源影響越大(王卓卓，2007)(各環(huán)境具體參數(shù)見表4)。Eu/Eu*和Ce/Ce*比值的變化表示有不同的地質(zhì)過程，所以也具有很重要的地質(zhì)意義。

表4 不同沉積背景下細(xì)粒沉積巖稀土元素標(biāo)志(數(shù)據(jù)引用自王卓卓等，2007)

各地層詳細(xì)Ce/Ce*比值變化曲線及相互關(guān)系見圖9，該曲線表明，泥盆紀(jì)早期沉積環(huán)境沒有發(fā)生太大的變化，但隨著沉積物的繼續(xù)沉積和泥盆紀(jì)中晚期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，使陸源物質(zhì)來源豐富，沉積地受陸源物質(zhì)影響增大，曲線表明在獨(dú)山組時(shí)期達(dá)到最低，該時(shí)期過后則曲線上升，上升趨勢(shì)從泥盆系結(jié)束一直到石炭系都一直在持續(xù)中(見圖9)，表明獨(dú)山組時(shí)期過后地層受陸源物質(zhì)影響減弱，海水深度增加，沉積環(huán)境改變?yōu)樯钏h(huán)境，這和巖相古地理分析結(jié)果相同。本區(qū)海環(huán)境的變化只能是區(qū)域上的大斷裂才能控制和影響，而此時(shí)在研究區(qū)中活動(dòng)的大斷裂為晚古生代裂陷(槽)。所以曲線表明晚古生代裂陷槽在泥盆系以前就已經(jīng)形成，但是泥盆系早期活動(dòng)不強(qiáng)烈，由于陸源物質(zhì)對(duì)裂陷槽的填充，導(dǎo)致海水變淺，直到泥盆系獨(dú)山組達(dá)到了最低，但從獨(dú)山組時(shí)期開始，裂陷作用活動(dòng)，裂陷槽的面積增大，海水深度增加，各地沉積環(huán)境改變，最后一直持續(xù)到石炭系都任然處于活動(dòng)中，這和前人研究裂陷作用的發(fā)展順序和時(shí)間都很好的吻合。根據(jù)Ce/Ce*值在獨(dú)山組宋家橋段(TKSH11－4)后逐漸下降可以說明沉積物受陸源影響降低，海水深度增加，沉積速率減慢，和(La/Yb)N值的分析結(jié)果想吻合。同樣通過對(duì)研究區(qū)中各地層的Eu/Eu*值進(jìn)行分析也可以得出同樣的結(jié)論。

圖9 泥盆系各地層Ce/Ce*值變化曲線圖

5 結(jié)語

(1)泥盆系各個(gè)地層的地球化學(xué)特征整體為稀土總量較高，配分曲線和地殼巖石相似。(2)通過對(duì)地層的巖性對(duì)比分析和討論認(rèn)為地層的形成直接受到裂陷作用的控制。(3)通過泥盆系地層的稀土地球化學(xué)特征分析確定了地層受裂陷作用的控制，并且通過該特征也明確了裂陷槽的變化型式和對(duì)應(yīng)時(shí)間。

［1］楊瑞東等.貴州石炭系“清鎮(zhèn)式”鐵礦沉積地球化學(xué)特征［J］.地質(zhì)論評(píng).2011，57(11):24 ～35.

［2］廖士范等.貴州鐵礦山沉積改造菱鐵礦床的成礦方式及沉積改造機(jī)理的探討［J］.地質(zhì)論評(píng).1980，26(1):16～24.

［3］魏亮等.北京平原沉積物稀土元素地球化學(xué)特征及物源意義［J］.地學(xué)前緣.2010，17(6):72 ～80.

［4］王卓卓等.廣西南寧地區(qū)泥盆紀(jì)硅質(zhì)巖稀土元素地球化學(xué)特征及沉積背景［J］.地質(zhì)科學(xué).2007，42(3):58 ～569.

Relationship between Geochemical Characteristics of Devonian Stratum and Late Palaeozoic Taphrogeny in Iron Mines Mountain HeZhang，GuiZhou

YAN Yong，TAO Ping
(1.College of Resources and Environmental Engineering，Guizhou University，Guiyang 550003，Guizhou;2.Geological Survey of Guizhou Province，Guiyang 550004，Guizhou，China)

The characteristics of Devonian strata and structures as well as Late Paleozoic aulacogen in Iron Mine area in Hezhang，Guizhou Province have been studied in the paper. Moreover，stratigraphic geochemistry is utilized to acquire the relation between those strata and aulacogen. In addition，lithology and feature values of REE，such as(La/Yb)N、Ce/Ce* of Devonian strata support that the forming of each stratum is controlled by aulacogen and also show the details changes of aulacogen.

Devonian;Geochemistry;Aulacogen and Hezhang in GuiZhou

P534

A

1004－1184(2012)05－0007－05

2012－05－02

貴州省地礦局2009年度重大科研項(xiàng)目“水城－紫云－南丹晚古生代裂陷作用及其與主要礦產(chǎn)的關(guān)系”

晏勇(1986－)，男，四川達(dá)州人，在讀碩士研究生，主要從事礦床地質(zhì)研究。