丁海峰, 馬東升, 姚春彥, 藺啟忠

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新疆阿克蘇地區(qū)新元古代冰成沉積地球化學研究

丁海峰1,2, 馬東升1*, 姚春彥3, 藺啟忠2

(1. 內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室, 南京大學 地球科學與工程學院, 江蘇 南京?210023; 2. 中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所, 北京?100094; 3. 南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所, 江蘇 南京?210016)

新疆塔里木盆地西北緣阿克蘇地區(qū)出露有2套與新元古代冰期相關(guān)的雜礫巖沉積, 通過對其進行元素地球化學分析, 討論了沉積物的構(gòu)造背景和古氣候風化條件?；瘜W蝕變指數(shù)(CIA)指示出本區(qū)的2套新元古代雜礫巖代表了2次寒冷的冰期記錄, 分別為巧恩布拉克冰期和尤爾美那克冰期, 其中在巧恩布拉克冰期中出現(xiàn)了2次小冰期旋回, 而且本區(qū)從早新元古代開始一直處于較為寒冷干燥的環(huán)境下, 直到晚新元古代才逐漸變暖。通過K2O/Na2O-SiO2圖解和La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10、Th-Co-Zr/10三角圖解討論了沉積構(gòu)造背景從早新元古代島弧環(huán)境向晚新元古代被動大陸邊緣環(huán)境演化的趨勢, 而主元素含量也體現(xiàn)了從不成熟向成熟演化的特征, 與本區(qū)存在的阿克蘇群變質(zhì)巖基底吻合。

新元古代; 冰期; 化學蝕變指數(shù); 沉積構(gòu)造背景; 阿克蘇

0 引 言

新元古代至早古生代是地球地質(zhì)歷史演化中的一個重要階段, Hoffman.[1]提出的“雪球地球”假說認為, 在晚新元古代時期出現(xiàn)了全球性冰期事件, 其冰川范圍可能覆蓋了整個地球, 與超大陸的演化、古氣候環(huán)境變化和生命大爆發(fā)等事件具有密切聯(lián)系。因此, 對冰期期間及前后形成的巖石展開研究, 是晚前寒武紀地質(zhì)構(gòu)造和氣候環(huán)境演化課題的重要內(nèi)容[2–4]。塔里木板塊邊緣出露有多套新元古代冰期相關(guān)沉積[5–6], 主要集中于西天山科古爾琴山-果子溝地區(qū), 塔里木東北緣庫魯克塔格地區(qū), 塔里木西南緣昆侖山地區(qū)以及塔里木西北緣阿克蘇地區(qū)(圖1), 近年來逐漸有前人工作成果報道[7–12], 但依然需要進行更為深入的研究工作。針對全球新元古代冰期, 現(xiàn)有研究主要集中于通過對火成巖進行鋯石定年以確定冰期啟動和結(jié)束的時間[13], 以及對冰期形成前后的碳酸鹽進行同位素分析(C、O、S、Nd、Hf和Sr等), 進行全球?qū)Ρ萚14–15], 而對冰成沉積形成有關(guān)的冰磧礫巖及碎屑沉積巖則缺少地球化學的相關(guān)工作。

碎屑沉積巖受到碎屑成分的影響, 相關(guān)地球化學指標無法反映原生的水體沉積環(huán)境, 但是碎屑沉積巖雖然受到風化、侵蝕和搬運沉積等作用的影響,卻基本是源區(qū)各種巖石均勻混合的產(chǎn)物, 其主元素、微量元素含量及各參數(shù)之間的比值關(guān)系可以用來反演沉積時的構(gòu)造背景、古風化條件及物源區(qū)巖石組成特征等[16–21]。尤其是通過化學蝕變指數(shù)(CIA)可以有效地進行化學地層學和古氣候變化研究, 很多學者也在缺少火成巖進行鋯石精確定年的情況下利用其進行地球化學地層學對比, 從而判定冰期發(fā)生時代[22–27]。本研究擬對阿克蘇地區(qū)出露的2套冰磧礫巖進行系統(tǒng)剖面采樣, 進行巖石地球化學分析, 研究其沉積構(gòu)造背景、沉積環(huán)境及古氣候風化條件的變化, 進行冰期旋回的判定。

1?地質(zhì)背景

阿克蘇地塊位于塔里木板塊的西北緣(圖1), 東起阿克蘇、溫宿一帶, 經(jīng)印干、柯坪, 西止于阿圖什北, 南以柯坪塔格南麓為界, 北以皮羌-蘇巴什一線以北與阿合奇小區(qū)相接[28]。區(qū)內(nèi)出露有前寒武紀基底阿克蘇群藍片巖, 以及上部新元古代-中生代地層(圖1)。根據(jù)前人研究成果及實測剖面, 新元古代-早寒武世地層由下而上分為巧恩布拉克組、尤爾美那克組、蘇蓋特布拉克組、奇格布拉克組和玉爾吐斯組(表1)。其中巧恩布拉克組和尤爾美那克組均出露有冰磧礫巖沉積。

圖1?新疆周緣新元古代冰期沉積分布簡圖及研究區(qū)阿克蘇地質(zhì)簡圖

表1?新疆阿克蘇地區(qū)新元古代地層層序

基底阿克蘇群為一完整的藍片巖-綠片巖變質(zhì)巖系列, 主要由強烈片理化的綠泥石-黑硬綠泥石石墨片巖、黑硬綠泥石-多硅白云母片巖、綠片巖、藍片巖及少量石英巖、變鐵質(zhì)巖組成, 經(jīng)歷了高壓超高壓的深俯沖變質(zhì)作用, 是迄今為止世界上所發(fā)現(xiàn)的最典型的前寒武紀藍片巖[28–29]。根據(jù)前人資料, 認為研究區(qū)變質(zhì)基底阿克蘇群被新元古代地層不整合覆蓋[6]。根據(jù)野外實測, 在阿克蘇市西南約20 km處, 阿克蘇群與上覆的蘇蓋特布拉克組呈角度不整合接觸, 此不整合接觸為構(gòu)造不整合面, 在巧恩布拉克組沉積之后, 本區(qū)發(fā)生了一次強烈的褶皺隆起, 命名為巧恩布拉克運動[6]。但在此次研究剖面即阿克蘇市西南約70 km處并未見阿克蘇群與上覆地層的接觸面。

巧恩布拉克組為一套淺海-深海相的碎屑巖、雜礫巖。自下而上分為4段：(1)砂巖段, (2)冰成雜礫巖段, (3)鈣質(zhì)砂巖段, (4)砂礫巖段。主要由灰綠色不同粒度的厚-薄層巖屑長石砂巖、粉砂巖和冰磧礫巖等組成, 具復(fù)理石韻律和遞變層理。

尤爾美那克組主要為大陸冰川堆積的紫紅色冰成雜礫巖沉積, 其產(chǎn)出不均, 最厚達70 m左右, 有些地方沿走向迅速減薄, 相變?yōu)閹r屑砂巖。尤爾美那克組底部與巧恩布拉克組頂部砂礫巖段呈角度不整合接觸。

圖2?實測剖面綜合柱狀圖

蘇蓋特布拉克組分為上下兩個亞組, 下亞組主要為強氧化環(huán)境的紫紅色濱海-淺海相碎屑巖, 上亞組為淺海相弱還原環(huán)境的碳酸鹽巖-細碎屑巖。在阿克蘇市西南20 km處, 本組與下伏阿克蘇群呈角度不整合基礎(chǔ), 在本研究區(qū)阿克蘇市西南70 km處, 本組與尤爾美那克組呈平行不整合接觸關(guān)系。與上覆奇格布拉克組為整合接觸關(guān)系。

奇格布拉克組為一套厚度穩(wěn)定的碳酸鹽巖沉積,屬于濱海-淺海相的淺灰色白云巖, 與上覆下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組呈平行不整合接觸。

2 樣品與實驗方法

本地區(qū)被廣泛出露的新生代地層覆蓋, 新元古代地層出露并不連續(xù)。研究實測剖面2條: 巧恩布拉克剖面和尤爾美那克剖面(圖1、圖2), 其中巧恩布拉克剖面包含了巧恩布拉克組的下部3個巖性段(圖3a), 而尤爾美那克剖面包含了巧恩布拉克組頂部的砂礫巖段、尤爾美那克組和蘇蓋特布拉克組底部部分(圖3b)。采集20個樣品進行主元素和微量元素的地球化學分析。其中巧恩布拉克組13個樣品, 尤爾美那克組4個樣品, 蘇蓋特布拉克組3個樣品(圖2)。

巧恩布拉克組冰磧礫巖為灰綠色塊狀, 無層理, 分選差, 基質(zhì)以灰綠色碎屑長石砂巖為主(圖3c), 礫石成分復(fù)雜, 包括花崗巖巨礫(圖3d)、安山巖、變質(zhì)火成巖、石英、砂巖和粉砂巖等。礫石大小一般為2~15 cm, 部分達30 cm, 較大礫石的磨圓度較好, 以次圓狀為主, 膠結(jié)物以鈣質(zhì)碎屑砂巖為主, 且碎屑大部分呈棱角狀。前人研究認為其屬于冰水深海濁流沉積相[6], 雜礫巖中可見冰川擦痕及壓裂等現(xiàn)象, 尤其墜石分布廣泛。而非冰期沉積主要為巖屑長石砂巖和鈣質(zhì)粉砂巖, 沉積環(huán)境與冰磧雜礫巖類似, 也屬于深水碎屑濁流沉積相。尤爾美那克剖面底部為巧恩布拉克組頂部的砂礫巖段, 同樣為深水濁流沉積相。尤爾美那克組與巧恩布拉克組沉積之間, 受到構(gòu)造運動的影響呈角度不整合接觸(圖3e)[6]。本組沉積出露較薄, 厚度約16.5 m, 紫紅色塊狀, 無分選, 礫石包括有砂巖、粉砂巖、藍片巖(圖3f)以及礫巖等, 礫石含量較多, 部分達巖石成分的40%~50%。可見明顯的墜石、擦痕和壓裂等現(xiàn)象, 并且部分墜石以礫中礫形式出現(xiàn), 值得注意的是藍片巖礫石在巧恩布拉克組內(nèi)未能發(fā)現(xiàn)。前人研究認為尤爾美那克組冰磧巖為大陸冰川沉積[5–6]。蘇蓋特布拉克組長石砂巖(圖3b)與尤爾美那克組平行不整合接觸, 厚度大于24 m, 代表了一套陸相-淺海相的碎屑沉積。

圖3?野外剖面及雜礫巖特征

樣品預(yù)處理??在室內(nèi)先對冰磧巖進行粗碎, 挑去礫石后過2 mm篩, 選取基質(zhì)部分; 對粉砂巖-泥質(zhì)粉砂巖則直接選取新鮮樣品[30–31]。樣品在研磨前用去離子水清洗, 清洗之后用瑪瑙研缽研磨到200目粉末備用做化學分析。

元素分析??主元素在南京大學內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室用ICP-AES儀器測定。主要步驟為: (1)準確稱取200目樣品粉末0.1000 g; (2)準確稱取0.125 g四硼酸鋰, 與巖石樣品混合在瑪瑙研缽中磨均勻; (3)將混合樣品放入石墨坩堝中, 放入馬弗爐加熱到1000 ℃后加熱15 min; (4)待坩堝冷卻后, 取出坩堝內(nèi)樣品熔體柱, 加入10%的鹽酸溶解; (5)待樣品充分溶解后定容到100 mL; (6)搖拌均勻后送入電感耦合等離子光譜ICP-AES進行測試。測試誤差在2%以內(nèi)。

微量及稀土元素在南京大學內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室用HR/ICP-MS儀器測定。主要步驟為: (1)準確稱取50 mg 200目粉末樣品, 放入洗凈并風干的Teflon溶樣罐中進行溶樣; (2)加入1 mL HF后加熱至150 ℃蒸干, 以除去樣品中的Si; (3)加入1.0 mL HF和0.6 mL HNO3后, 把Teflon溶樣罐置于鋼套內(nèi), 加熱至190 ℃并保持溫度96 h以上, 然后, 打開溶樣罐, 蒸發(fā)溶液至乳滴狀, 以除去樣品中過量的HF; (4)再加入1 mL濃硝酸并加熱蒸發(fā)至乳滴狀(重復(fù)此過程2次); (5)繼續(xù)加入1.6 mL HNO3后, 在140 ℃條件下保溫3~5 h; 冷卻后將樣品溶液轉(zhuǎn)移到50 mL的離心管中, 最后在離心管中加入1 mL 500 ng/g的Rb內(nèi)標, 稀釋至50 mL刻度; (6)搖拌均勻后送入電感耦合等離子質(zhì)譜(HR/ICP- MS)進行測試。測試誤差在5%以內(nèi)。

3?數(shù)據(jù)結(jié)果

利用主元素及不同巖性組中值同后太古宙頁巖(PAAS)進行對比(表2), 巧恩布拉克組的SiO2含量(中值64.75%)與PAAS(62.8%)類似, 而尤爾美那克組(中值83.8%)和蘇蓋特布拉克組(中值84.03%)的SiO2含量較高。受到SiO2含量較高稀釋作用的影響, 尤爾美那克組和蘇蓋特布拉克組的其余主元素含量則比巧恩布拉克組低。所有樣品的K2O含量都比PAAS低, 同時具有較高的Na2O以及較低的K2O/Na2O值, 說明樣品中含有較多的富鈉斜長石, 較少的鉀長石。樣品中Fe2O3和TiO2含量較低, 可能是受到缺少含Ti的重礦物的影響。主元素含量中, TiO2、Al2O3、Fe2O3和MgO具有較好的正相關(guān)關(guān)系。

各樣品微量元素含量(含稀土元素REE)及不同巖性段中值見表3。同上地殼平均值(UCC)相比, 樣品中稀土元素含量(∑REE)較低, 巧恩布拉克組(∑REE 69.75~184.16 μg/g, 中值130.35 μg/g)比尤爾美那克組(∑REE 39.79~79.51 μg/g, 中值55.02 μg/g)和蘇蓋特布拉克組(∑REE 67.52~76.33 μg/g, 中值71.35 μg/g)高。稀土元素球粒隕石標準化模式曲線顯示為右傾, 輕稀土富集且分異較明顯((La/Sm)N范圍為2.11~4.64, 中值為3.53), 重稀土相對虧損且分異較為平緩((Gd/Lu)N所有樣品范圍為1.03~2.06, 中值為1.51), 以及明顯的負Eu異常(Eu值范圍為0.61~0.86, 中值為0.75,Eu=EuN/(SmN×GdN)1/2, N為球粒隕石標準化)。微量元素含量同上地殼平均值(UCC)相比變化較大(圖4), Zr和Hf含量較高且具有高相關(guān)性(=0.97), 說明這兩種主要受到鋯石礦物的控制[32]。大離子親石元素Rb、Sr、Ba和Pb等的含量同UCC相比變化較大, 不過大部分低于UCC的含量(表3)。Rb和Sr以及其他氧化物之間沒有明顯的相關(guān)性, 說明大離子親石元素可能受到了多種礦物相的控制。相容元素(Ti、Sc、V、Cr、Co、Ni和Ga等)在不同巖性組樣品中顯示出不同的含量特征, 同UCC相比, 巧恩布拉克組樣品含量較高, 而尤爾美那克組和蘇蓋特布拉克組樣品含量較低。相容元素之間, 以及其同Al2O3和Fe2O3存在著較好的正相關(guān)性, 說明相容元素主要受到了層狀硅酸鹽以及鐵鎂質(zhì)礦物相的控制。

4?討?論

4.1?化學蝕變指數(shù)(CIA)

沉積巖遭受化學風化的強度可以通過計算其堿金屬以及堿土金屬元素之間的關(guān)系獲得[33–34]。在風化過程中, 長石是最重要的蝕源區(qū)礦物。隨著風化作用增強, 長石礦物相應(yīng)減少, Ca、Na和K等不穩(wěn)定的堿土和堿金屬離子從長石礦物中流失, 從而形成鋁黏土礦物, 如蒙脫石、伊利石和高嶺石等。通過化學蝕變指數(shù)CIA(Chemical index of alteration)的計算可以定量地獲得沉積物化學風化的程度:

圖4?稀土元素球粒隕石標準化分布模式(a)和微量元素上地殼標準化蛛網(wǎng)圖(b)

球粒隕石稀土元素含量及UCC微量元素含量數(shù)據(jù)據(jù)Taylor.[20]

Chondritic concentrations fromTaylor.[20], UCC concentrations from Taylor.[20]

CIA =(Al2O3)×100/

((Al2O3)+(CaO*)+(Na2O)+(K2O))

式中的各成分均以摩爾分數(shù)表示()。其中的CaO*指巖石硅酸巖中的CaO, 除了要去除碳酸鹽之外, 該值還取決于全巖的P2O5和Na2O含量。Mclennan.[35],(CaO’)=(CaO)–10×(P2O5)/3, 若計算后的(CaO’)<(Na2O), 則認為需要的(CaO*)=(CaO’); 若計算后的(CaO’)>(Na2O), 則認為需要的(CaO*)=(Na2O)。

在成巖過程中, 受到普遍存在的鉀交代作用的影響, 會發(fā)生例如高嶺石轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾某煞肿兓? 因此需要進行鉀交代作用的校正, 即(K2O*)=(K2O樣品)–(K2O加入), 而(K2O*)即為校正后的K2O含量, 而CaO*仍指硅酸巖中的CaO。根據(jù)Panahi.[36]:(K2O加入)=(×(Al2O3)+× ((CaO*)+(Na2O)))/(1–),=(K2O)/((Al2O3)+(CaO*)+(Na2O) +(K2O))。另外, 由于新元古代后沉積再循環(huán)作用對于物源成分的影響不容忽略, 這時就需要用到另一個化學指數(shù), 即成分變異指數(shù)ICV(index of compositional variability)。ICV被廣泛應(yīng)用于判斷細碎屑巖是代表第一次沉積的沉積物還是源于沉積再循環(huán)的沉積物。其定義為:

ICV=((Fe2O3)+(K2O*)+(Na2O)+(CaO*)+

(MgO)+(MnO)+(TiO2))/(Al2O3)

式中各成分依然以摩爾分數(shù)表示(), CaO*仍指硅酸巖中的CaO, K2O*為校正后的K2O。當細碎屑巖的ICV值大于1時, 表明其含黏土礦物較少, 屬首次經(jīng)歷過風化剝蝕的沉積產(chǎn)物; 當ICV值小于1時, 則表明其含較多的黏土礦物, 曾經(jīng)歷過沉積再循環(huán)作用或遭受過強烈化學風化作用[37]。本次選取樣品的ICV值都大于1, 說明樣品幾乎未經(jīng)受過沉積再循環(huán)作用, 其CIA的值可以代表原始沉積環(huán)境的真實記錄。

CIA由主元素含量計算得到, 因此可以在Al2O3–(CaO*+Na2O)–K2O三角圖(A-CN-K, 圖5)中體現(xiàn), A-CN-K不僅可以反映風化程度趨勢的變化, 同時可以反映巖石碎屑的物源性質(zhì)。圖5中, 物源區(qū)新鮮未風化巖石的起點應(yīng)分布于平行A-CN 邊的理想趨勢線(圖5中的實線箭頭)上, 而鉀交代作用則可導(dǎo)致實際樣品風化趨勢線(圖5中的虛線箭頭)偏離理想趨勢線[38], 因此在上面進行CIA值計算時進行了鉀交代作用的校正。同時理想風化趨勢線與中線的交點也反映出物源區(qū)的巖石類別, 根據(jù)圖5, 可以看出巖石的物源性質(zhì)同英云閃長巖類似, 而且所有樣品的物源區(qū)巖石組成特征基本一致, 說明CIA沒有受到物源區(qū)巖石性質(zhì)不同的影響, 間接說明CIA值受氣候因素的影響更大, 可以作為判斷冰期氣候的標準之一[9]。

圖5?A-CN-K三角圖(Fedo et al.[38])

實線箭頭為樣品的理想風化趨勢線; 虛線箭頭為實際風化趨勢線。A–(Al2O3); K–(K2O); CN–(CaO*+Na2O); Ka–高嶺石; Gi–水鋁礦; Chl–綠泥石; Sm–蒙脫石; II–伊利石; Pl–斜長石; Kfs–鉀長石

CIA指數(shù)被許多學者用來研究不同地區(qū)冰期沉積所遭受的化學風化或化學蝕變的程度, 一般認為, 炎熱潮濕的熱帶氣候條件下沉積產(chǎn)物的CIA值介于大約80~100之間; 溫暖濕潤氣候條件下則介于70~80附近; 而寒冷干燥氣候條件下形成的冰磧巖和冰磧物大致介于60~70之間[17, 34, 39]。阿克蘇地區(qū)樣品的CIA值整體較低, 巧恩布拉克組較早一期礫巖CIA值的中值為45.5, 較晚的一段為51.6, 而尤爾美那克組樣品CIA值的中值為58, 蘇蓋特布拉克組樣品的為62。巧恩布拉克組和尤爾美那克組樣品的CIA值低于蘇蓋特布拉克組, 而在巧恩布拉克組內(nèi), 雜礫巖段CIA值的中值也低于其他巖性段。從CIA趨勢變化圖(圖6)中可以更為清晰地看出從巧恩布拉克組底部向上延伸, 每當進入冰期之后, CIA值就會有降低的趨勢, 因此可以確定巧恩布拉克組和尤爾美那克組出現(xiàn)的雜礫巖代表了冰期沉積的產(chǎn)物, 同時巧恩布拉克組出現(xiàn)了同一冰期內(nèi)的2次小冰期旋回。綜觀整個剖面CIA值的變化, 除去蘇蓋特布拉克組具有較高的CIA值, 其余巖性段的CIA值均低于60, 指示了一次長期寒冷干燥的氣候環(huán)境, 一致延續(xù)到尤爾美那克組的沉積時代, 而進入到蘇蓋特布拉克組, 沉積環(huán)境才開始逐漸變暖濕潤, 因此早新元古代本地區(qū)一直處于較為寒冷干燥的環(huán)境直至晚新元古代。

為了更好地討論CIA在氣候風化條件變化中的敏感度, 對比了前人關(guān)于前寒武紀冰期沉積的CIA研究結(jié)果。其中西蘇格蘭新元古代Dalradian冰磧巖的CIA值范圍為62~80[18]、美國猶他新元古代Minerl Fork組冰磧巖CIA值范圍為65~70[40]、中國新疆庫魯克塔格地區(qū)新元古代漢格爾喬克組冰磧巖CIA值范圍為55~81[41]、加拿大安大略省古元古代冰磧巖CIA值范圍為48~69[38]。以上這些數(shù)據(jù)是從巖相學、沉積學到地球化學等證據(jù)都比較充分的冰期沉積物中獲得的, 所以他們的CIA可以代表冰期沉積特點, 但是可以看出CIA的絕對值在不同研究區(qū)表現(xiàn)出了比較大的變化范圍, 說明CIA值受到較多因素的影響控制, 包括物源區(qū)巖石組成、成巖作用和沉積再循環(huán)等, 不過在不同地區(qū)剖面縱向上CIA的明顯低值可以代表寒冷的氣候, 而剖面趨勢降低則可以指示氣候從熱變冷, 以及風化條件減弱的變化。

圖6?CIA值剖面趨勢變化圖

4.2?沉積構(gòu)造環(huán)境

主元素中, K和Na被認為是最穩(wěn)定的, 所以一般認為可以比較好地反映沉積構(gòu)造背景[42], 同時也采用穩(wěn)定的微量元素進行討論, 例如La、Th、Sc、Zr和Co等。沉積構(gòu)造背景可以分為4種: 大洋島弧、大陸島弧、活動大陸邊緣及被動大陸邊緣[35,43–45]。K2O/Na2O-SiO2圖解(圖7)可以區(qū)分出被動大陸邊緣、活動大陸邊緣和島弧的構(gòu)造背景[46]。在K2O/Na2O-SiO2圖解中, 巧恩布拉克組樣品大部分投落在島弧和活動大陸邊緣的構(gòu)造背景中, 而尤爾美那克組和蘇蓋特布拉克組樣品投落在被動大陸邊緣的構(gòu)造背景之內(nèi)。由于主元素圖解從島弧到大陸邊緣屬于連續(xù)變化, 不能很好地區(qū)分島弧和活動大陸邊緣, 因此綜合應(yīng)用微量元素圖解進行進一步討論, 在La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10和Th-Co-Zr/10三角圖解中(圖8), 4種沉積構(gòu)造背景區(qū)分比較明顯。在這3組三角圖解中, 巧恩布拉克組樣品投入在大陸島弧的地區(qū), 而絕大部分的尤爾美那克組和蘇蓋特布拉克組樣品都落在了大陸島弧和被動大陸邊緣之間的區(qū)域。同時在ICV-CIA圖解中(圖9), 樣品從剖面底部巧恩布拉克組到頂部蘇蓋特布拉克組顯示出從不成熟向成熟轉(zhuǎn)化的趨勢, 這也說明了沉積構(gòu)造背景由活動向被動轉(zhuǎn)化的趨勢[47]。因此, 通過應(yīng)用主元素和微量元素數(shù)據(jù), 看出阿克蘇地區(qū)的沉積構(gòu)造背景由巧恩布拉克組大陸島弧的環(huán)境, 向埃迪卡拉紀蘇蓋特布拉克組的被動大陸邊緣環(huán)境演化。在阿克蘇地區(qū), 阿克蘇群藍片巖變質(zhì)基底被認為是沿大陸邊緣增生俯沖的產(chǎn)物[48–50], 可能正是區(qū)域性大陸島弧的存在從而形成了阿克蘇群。

圖7?K2O/Na2O-SiO2圖解(據(jù)Roser et al.[46])

5?結(jié)?論

(1) 樣品的CIA值表明巧恩布拉克組和尤爾美那克組2套礫巖代表了2次冰期沉積, 分別為巧恩布拉克冰期和尤爾美那克冰期, 其中巧恩布拉克冰期內(nèi)又出現(xiàn)了2次較小的冰期旋回。

(2) 樣品CIA值的變化表明阿克蘇地區(qū)在早新元古代一直處于較為寒冷干燥的氣候環(huán)境之中, 直到蘇蓋特布拉克組沉積開始的晚新元古代才逐漸變暖。

(3) 元素地球化學數(shù)據(jù)表明本區(qū)經(jīng)歷從巧恩布拉克組沉積時的島弧背景向尤爾美那克組和蘇蓋特布拉克組沉積時的被動大陸邊緣背景轉(zhuǎn)化, 島弧背景的存在與本區(qū)阿克蘇群變質(zhì)巖基底吻合。

圖8?La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10和Th-Co-Zr/10三角圖解(據(jù)Bhatia et al.[16])

圖9?ICV-CIA圖解

主元素和微量元素的地球化學分析測試工作得到了南京大學裘麗文和林雨萍老師的指導(dǎo)幫助; 文章修改過程中得到審稿人及編輯的寶貴意見, 在此一并致謝。

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A geochemistry study on Neoproterozoic glaciogenic sediments in Aksu area, Xinjiang

DING Hai-feng1,2, MA Dong-sheng1*, YAO Chun-yan3and LIN Qi-zhong2

1. State Key Laboratory for Mineral Deposits Research, School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing?210023, China; 2. Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing?100094, China; 3. Nanjing Institute of Geology and Mineral Resources, Nanjing?210016, China

The Neoproterozoic strata in the Aksu region, NW China, which lies unconformably on the Precambrian Aksu Group basement, is comprised of the Qiaoenbrak, Yuermeinak, Sugetbrak and Chigebrak formations from the bottom to the top. The Qiaoenbrak, Yuermeinak and Sugetbrak formations were analyzed for major and trace elements (including REE) to identify the paleoclimate and tectonic setting. The chemical index of alteration (CIA) values indicate that the Qiaoenbrak and Yuermeinak formations represent two distinct episodes of glaciations, and the cold paleoenvironment began to get warm at late-Neoproterozoic (Sugetbrak Formation depositing). Diagrams of K2O/Na2O-SiO2, La-Th-Sc, Th-Sc-Zr/10 and Th-Co-Zr/10 and some element ratios indicate that the tectonic setting of Qiaoenbrak Formation was an arc at active continent margin, and the tectonic setting of Yuermeinak and Sugetbrak formations was passive margin. It indicates the transition from active to passive continental margin, which is the same as the sedimentary sequences.

Neoproterozoic; glaciations; chemical index of alteration (CIA); sedimentary tectonic setting; Aksu

P581

A

0379-1726(2014)03-0224-14

2013-11-03;

2013-12-16;

2014-03-04

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目(2007CB411301)

丁海峰(1984–), 男, 博士研究生, 主要從事元素地球化學及遙感地質(zhì)學研究。E-mail: haifeng920@gmail.com

MA Dong-sheng, E-mail: dongsma@nju.edu.cn; Tel: +86-25-83596605