石海巖, 馬海州, 苗衛(wèi)良,2, 李永壽,2, 張西營

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云南思茅盆地江城上白堊統(tǒng)勐野井組稀土微量元素特征及地質(zhì)意義

石海巖1,2*, 馬海州1, 苗衛(wèi)良1,2, 李永壽1,2, 張西營1

(1. 中國科學(xué)院 青海鹽湖研究所 鹽湖資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 青海 西寧 810008; 2. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

沉積盆地中碎屑巖的地球化學(xué)成分主要受物源區(qū)控制, 因此, 通過分析碎屑巖的化學(xué)成分可以揭示盆地沉積巖的源區(qū)構(gòu)造背景和物源屬性。思茅盆地上白堊統(tǒng)勐野井組(K2me)細(xì)碎屑巖的稀土元素組成分析結(jié)果表明, 研究區(qū)沉積物具有輕稀土元素富集, 較平坦的重稀土元素分布模式, 以及中等程度Eu負(fù)異常的總體特征。根據(jù)樣品的(Hf-La/Th、La/Sc-Co/Th和REE-La/Yb)圖解, 特征性微量元素比值(La/Sc、Sc/Th、Cr/Th和Co/Th), 并結(jié)合巖礦薄片分析, 認(rèn)為勐野井組細(xì)碎屑巖具有典型的上陸殼特征, 源區(qū)母巖以長英質(zhì)巖石為主。微量元素Cr/Co結(jié)合巖相古地理的分析顯示勐野井組細(xì)碎屑沉積物應(yīng)屬于近源沉積。通過與不同構(gòu)造背景下雜砂巖的稀土元素特征對(duì)比及主元素(K2O/Na2O-SiO2/Al2O3和SiO2-K2O/Na2O)判別圖解, 勐野井組細(xì)碎屑巖源區(qū)構(gòu)造背景應(yīng)屬被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境, 這與思茅盆地所處的三江造山帶構(gòu)造背景相符。

上白堊統(tǒng); 勐野井組; 地球化學(xué)特征; 物源屬性; 構(gòu)造背景; 思茅盆地

0 引 言

沉積盆地內(nèi)陸源細(xì)粒碎屑巖的地球化學(xué)特征, 可用來揭示盆地的大地構(gòu)造背景和物源區(qū)性質(zhì), 其原理是陸源碎屑巖的化學(xué)成分是母巖性質(zhì)、剝蝕和搬運(yùn)以及沉積沉降等過程的綜合反映[1–3]; 稀土元素(REE)和Zr、Th、La、Sc、Cr、Co、Y等微量元素具有良好的穩(wěn)定性, 甚至它們在風(fēng)化、搬運(yùn)和成巖過程中基本上是穩(wěn)定的, 因而保存了物源區(qū)物質(zhì)成分的原始信息[4–7]。尤其是稀土元素因其具有特殊的地球化學(xué)性質(zhì), 并且在水體中停留的時(shí)間非常短, 可以快速地轉(zhuǎn)移到細(xì)粒沉積物中, 其分布模式從源巖到沉積物沒有明顯的變化, 因而在物源示蹤中運(yùn)用很廣。同時(shí)稀土元素在確定沉積巖所處的盆地構(gòu)造環(huán)境方面也發(fā)揮著重要作用[8–9]。

云南思茅盆地勐野井鉀鹽礦床是我國目前唯一具有開采價(jià)值的古代氯化物型固體鉀鹽礦床, 其中的上白堊統(tǒng)勐野井組地層是該礦床主要的含鹽層位,且沉積厚度大。自20世紀(jì)60年代以來, 眾多的學(xué)者已從沉積地層學(xué)、巖相學(xué)、鹽類沉積地球化學(xué)及礦物學(xué)[10–13]等多個(gè)角度對(duì)其進(jìn)行了大量的研究, 但針對(duì)含鹽系碎屑巖的地球化學(xué)研究方面則相對(duì)薄弱, 致使研究區(qū)上白堊統(tǒng)勐野井組碎屑沉積物的物源歸屬問題尚存在較大爭議[14–15]。本研究擬以云南江城勐野井礦區(qū)所獲取的鉆孔(SHK4孔)巖芯樣品為研究對(duì)象, 通過上白堊統(tǒng)勐野井組含鹽系細(xì)粒碎屑沉積物的稀土元素及特征性微量元素的地球化學(xué)研究, 探討該區(qū)沉積物源區(qū)物質(zhì)屬性及構(gòu)造背景。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

江城勐野井礦區(qū)位于云南思茅盆地的東南側(cè), 其中思茅盆地東、西兩側(cè)分別為哀牢山和瀾滄江隆起, 盆地受哀牢山構(gòu)造帶和瀾滄江構(gòu)造帶的夾持, 有大體相同發(fā)展史的北部蘭坪盆地、昌都拗陷和南部老撾及泰國呵叻高原和本區(qū)處在同一條構(gòu)造帶上(圖1)。其中西部的瀾滄江隆起帶有大片華力西晚期花崗巖體, 東部的哀牢山變質(zhì)帶中有廣泛片麻巖出露; 沿拗陷的東西邊緣大斷裂帶的石炭系-二疊系-三疊系等, 廣泛有華力西期、印支期的基性-酸性火山巖和火山沉積巖[17]。盆地內(nèi)斷裂構(gòu)造復(fù)雜, 規(guī)模較大的基底斷層和后期斷層對(duì)礦區(qū)地質(zhì)或巖體有不同程度的影響。盆地沉積了厚逾萬米的中新生界地層, 由海相、海陸過渡相及陸相沉積物組成, 反映出滇西海進(jìn)-海退過程。由于后期強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響, 有些地區(qū)地層厚度變化較大, 甚至出現(xiàn)不同程度的地層缺失。區(qū)內(nèi)發(fā)育的地層主要為碎屑巖沉積, 部分地區(qū)發(fā)育有灰?guī)r[16]。

SHK4孔(地理坐標(biāo)22°40′58.39″N, 101°38′ 48.77″E)位于江城勐野井礦區(qū)中部(圖1), 終孔深度336.68 m, 自孔深12.81 m處開始進(jìn)入勐野井組地層; 302.89 m為勐野井組與下伏扒沙河組(K1p)的不整合分界線。研究區(qū)因受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與剝蝕作用的強(qiáng)烈疊加, 普遍缺失等黑組(E2d)與勐臘組(E3m)地層, 同時(shí)勐野井組地層上部也遭受了一定程度的剝蝕, 僅保留了含鹽系底部地層, 并由第四系地層不整合覆蓋其上。SHK4鉆孔剖面揭示了研究區(qū)勐野井組含鹽系底部的成鹽旋回, 且與下伏地層扒沙河組之間有一沉積間斷期。勐野井組含鹽系地層主要以鹽巖類沉積(主要包括石鹽、石膏和鉀石鹽)和細(xì)粒碎屑巖為主, 構(gòu)成一個(gè)碎屑巖-石膏-石鹽-鉀石鹽-石鹽-石膏-碎屑巖的完整成鹽旋回, 其中鉀石鹽未單獨(dú)成層, 主要集中分布于泥礫質(zhì)碎屑巖層之裂隙中。鉆孔細(xì)粒碎屑巖層以泥巖為主, 粉砂巖及細(xì)砂巖次之, 整孔的碎屑巖層中均大量發(fā)育泥質(zhì)、粉砂質(zhì)泥礫成分, 呈棕紅色與灰綠色兩種顏色不均勻分布, 分選差且以次角礫狀-角礫狀產(chǎn)出, 代表了近源沉積的特征。鉆孔揭示的扒沙河組碎屑巖主要以河流相砂巖為主, 質(zhì)純、膠結(jié)致密, 結(jié)構(gòu)成熟度與成分成熟度都很高。

2 樣品與測試

本研究的樣品是依托于江城勐野井礦區(qū)SHK4孔巖芯, 該孔是研究區(qū)較完整打穿勐野井組揭露扒沙河組上部地層的鉆孔, 巖性描述見圖2。從SHK4孔不同深度選取有代表性的樣品42件, 其中勐野井組40件樣品中, 對(duì)部分泥礫巖樣品進(jìn)行了礫石的剔除, 本研究是對(duì)泥礫巖的基質(zhì)進(jìn)行了元素地球化學(xué)分析。下伏地層扒沙河組2件樣品為細(xì)砂巖。對(duì)以上42件樣品分別開展了主元素、微量元素含量分析以及部分樣品的巖礦薄片分析。樣品的元素地球化學(xué)分析及測試在同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成, 巖礦薄片分析在中國科學(xué)院青海鹽湖研究所完成。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡圖及取樣井位置(改自鄭智杰等[16])

Fig.1 Structural sketch map of studied area and location of the core SHK4 (modified after Zheng.[16])

樣品首先在低溫(60 ℃)下烘干, 然后研磨。在600 ℃條件下灼燒2 h, 以剔除有機(jī)質(zhì)及沉積物內(nèi)黏土礦物的層間水, 稱重并計(jì)算燒失量。樣品采用HNO3+ HF (HNO3∶HF = 1∶3)混合酸預(yù)處理后, 采用Thermo fisher IRIS Advantage型電感耦合等離子光譜(ICP-OES)及Thermo fisher VG-X7型電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-MS)分別進(jìn)行主元素和微量元素測試, 在微量元素測試過程中, 采用1 ng/g的Rh元素作為內(nèi)標(biāo), 監(jiān)控儀器的穩(wěn)定性, 在分析過程中, 使用國際標(biāo)準(zhǔn)(GSR-5、GSR-6和GSD-9)及空白樣品進(jìn)行監(jiān)測, 該部分實(shí)驗(yàn)的預(yù)處理及測試均在同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。結(jié)果表明, 主元素和微量元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)分別為1%及2%以下。

3 討 論

3.1 碎屑巖巖相學(xué)特征

勐野井組巖礦薄片分析結(jié)果表明, 泥巖成分較為復(fù)雜, 含有較多的碳酸鹽巖類礦物(圖3a)及沉積巖巖屑(圖3b); 泥巖中分布有顆粒較粗、大小混雜、磨圓較差、呈次棱角-次圓狀的石英顆粒(圖3c), 反映勐野井組近源沉積的特征。此外樣品含少量黑云母及鋯石, 其中黑云母是一種易風(fēng)化的礦物, 它得以保存進(jìn)一步表明勐野井組泥巖可能經(jīng)歷了相對(duì)近源或較為快速的沉積成巖過程。扒沙河組砂巖為中-細(xì)粒陸源碎屑結(jié)構(gòu), 碎屑以石英為主, 其次為沉積巖巖屑及少量的長石 (圖3d), 其中長石表面比較粗糙, 風(fēng)化嚴(yán)重。

圖2 SHK4孔巖性描述圖

勐野井組泥巖成分較為復(fù)雜, 在沉積物組成方面與下伏扒沙河組地層差異甚大, 結(jié)合SHK4鉆孔剖面揭示的兩套地層間的沉積間斷現(xiàn)象, 說明在扒沙河組地層沉積后, 研究區(qū)發(fā)生了較強(qiáng)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng), 致使本區(qū)整體抬升而遭受剝蝕, 而致后期地層發(fā)生沉降并重新接受近源沉積而形成了勐野井組細(xì)碎屑巖沉積, 從而導(dǎo)致該套地層和扒沙河組地層沉積物的物源供給完全不同。

3.2 稀土元素地球化學(xué)特征

SHK4孔樣品的稀土元素分析結(jié)果(表1和表2)表明, 勐野井組細(xì)碎屑巖稀土元素總量(∑REE)在143~229 μg/g之間, 平均為174 μg/g, 比北美頁巖平均值(163 μg/g)略高, 同時(shí)高于上部地殼的REE平均含量(146 μg/g)。Eu在0.55~0.6之間, 平均為0.61;Ce在0.96~1.02之間, 平均為0.99, Ce基本無異常或具微弱的負(fù)異常。輕、重稀土元素的比值∑LREE/∑HREE在一定程度上反映所分析樣品的輕、重稀土元素的分異程度。在同一類巖石中, 若該比值較大, 說明輕、重稀土分異明顯, 輕稀土相對(duì)富集, 重稀土則相對(duì)虧損。研究區(qū)勐野井組樣品的∑LREE/∑HREE為8.17~11.1, 平均為8.9, 表明相對(duì)富集輕稀土。

(La/Yb)N和(Ce/Yb)N是稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解中分布曲線的斜率, 它們反映曲線的傾斜程度, 樣品的(La/Yb)N為7.64~11.3, 平均為9.06, 表明輕、重稀土元素分異較大。(Ce/Yb)N亦反映相同的情況。(La/Sm)N和(Gd/Yb)N分別反映輕稀土之間、重稀土之間的分餾程度, 樣品的(La/Sm)N介于3.27~5.67之間, 平均4.30, 表明輕稀土元素之間分異程度中等; (Gd/Yb)N介于1.35~2.05, 平均1.64, 表明重稀土元素之間分異不明顯。

圖3 鉆孔SHK4樣品鏡下薄片特征

Cal – 方解石; Ls – 沉積巖巖屑; Pl – 斜長石; Qtz – 石英。

表1 SHK4孔樣品的稀土元素地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)(μg/g)

注: 上地殼元素平均值引自文獻(xiàn)[18]。

表2 SHK4孔樣品的稀土元素地球化學(xué)參數(shù)

注: 下角標(biāo)N代表球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值(據(jù)Boynton[19]);Eu = 2EuN/(SmN/GdN);Ce = 2CeN/(LaN/PrN); L/R =∑LREE/∑HREE。

測試單位: 同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室; 測試人: 喬培軍。

以球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)[19]對(duì)勐野井組樣品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化, 并對(duì)碎屑沉積段及成鹽段中8個(gè)典型樣品繪制了稀土元素分布模式(圖4a), 結(jié)果顯示碎屑沉積段的樣品(A1、A7和A34)的稀土元素分模式與成鹽段樣品(A9、A17、A19、A28和A29)基本相同, 均為輕稀土元素富集、重稀土元素虧損型, 分布曲線在輕稀土部位斜率較大, 而在重稀土部位較為平坦, 并與上地殼元素平均含量的稀土元素分布模式基本吻合。由于輕稀土元素離子半徑比重稀土元素大, 被吸附能力強(qiáng), 而重稀土元素則更趨向于滯留原地, 因而造成沉積物中輕稀土元素富集的特點(diǎn)[20]。

圖4 SHK4孔樣品稀土元素分布模式

(a) 勐野井組部分樣品與上地殼平均值的稀土元素分布模式; (b) 扒沙河組樣品與上地殼平均值的稀土元素分布模式。

上地殼元素平均值數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[18]; 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[19]。

扒沙河組2個(gè)砂巖樣品稀土元素總量分別為42.μg/g和49.5 μg/g, 平均為46.0 μg/g, 這與上覆地層勐野井組細(xì)碎屑巖的平均稀土元素總量(174μg/g)差別較大。根據(jù)主元素分析, 扒沙河組樣品SiO2含量分別為90.5%和91.7%, 比勐野井組細(xì)碎屑巖的SiO2含量65.3%(平均值)高很多, 造成石英對(duì)稀土元素的稀釋作用較強(qiáng); 而勐野井組細(xì)碎屑沉積地層中黏土礦物含量相對(duì)較高, 對(duì)稀土元素有更強(qiáng)的吸附作用。扒沙河組細(xì)碎屑巖Eu分別為0.95和1.82, 平均1.38;Ce分別為0.93和0.91, 平均為0.92, 經(jīng)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后, 41號(hào)樣品基本無Eu異常, 42號(hào)樣品則出現(xiàn)Eu異常的的峰值, 這可能與源區(qū)物質(zhì)含較多的斜長石或母巖為斜長巖有關(guān); 另外其他各元素含量也明顯低于上地殼元素平均含量(圖4b)。

3.3 物源屬性分析

稀土元素分布模式常常用于物源分析。來源于大陸上地殼的稀土元素具有輕稀土富集、重稀土含量穩(wěn)定和Eu負(fù)異常等特征[21–22], 如果碎屑沉積物的母巖源自上地殼, 其稀土元素分布模式應(yīng)與上地殼的分布模式一致[23]。勐野井組細(xì)碎屑巖樣品總體上呈現(xiàn)輕稀土元素富集、重稀土元素含量較為均一的特征, 與上地殼分布模式較為接近且所有樣品的分布曲線相似, 說明勐野井組地層具有同源區(qū)的特征, 在沉積過程中物質(zhì)來源穩(wěn)定, 其原始物質(zhì)應(yīng)來自上陸殼。

泥巖中的微量元素可以提供有關(guān)沉積巖物源屬性的信息。例如, 相對(duì)于基性巖, 長英質(zhì)巖石中La和Th含量高, 而Co、Sc和Cr則富集于基性巖中。由于這些元素在風(fēng)化過程中相對(duì)穩(wěn)定, 其比值可以用來指示物源成分[22]。勐野井組細(xì)碎屑巖樣品特征微量元素比值與地殼元素對(duì)比(表3)顯示, 勐野井組細(xì)碎屑巖與上陸殼的元素特征值接近, 而與下陸殼和洋殼的特征值相差甚遠(yuǎn)。為進(jìn)一步揭示源巖屬性, 利用微量元素Hf-La/Th和La/Sc-Co/Th源巖屬性判別圖解, 對(duì)樣品的原始屬性進(jìn)行了分析(圖5)。勐野井組大多數(shù)樣品落入長英質(zhì)源區(qū), 并有少部分樣品指示有古老沉積巖成分加入(圖5a), 這與根據(jù)稀土元素判斷勐野井組原始物質(zhì)來自上陸殼的結(jié)論相吻合, 同時(shí)也說明中新生代思茅盆地是在陸殼之上發(fā)育而成的陸內(nèi)盆地。在La/Sc-Co/Th圖解(圖5b)上, 研究區(qū)勐野井組樣品基本分布在長英質(zhì)火山巖區(qū)域, 具有低而不穩(wěn)定的Co/Th比值, 平均為0.50; 而La/Sc比值較高且大于2.00, 反映源巖以長英質(zhì)巖石為主, 并有火山巖的混入。

Eu在稀土元素地球化學(xué)參數(shù)中占有較重要的地位, 它可靈敏地反映體系內(nèi)的地球化學(xué)狀態(tài), 并可作為鑒別物質(zhì)來源的重要參數(shù)。若沉積巖的母巖為斜長巖, 則多具有Eu正異常; 若沉積巖的母巖為花崗巖, 則多具有Eu負(fù)異常; 若沉積巖的母巖為玄武巖則無Eu異常[21]。勐野井組樣品Eu值在0.55~0.64之間, 平均為0.61, 細(xì)碎屑巖中的Eu記錄了沉積巖源巖中花崗巖的Eu虧損。根據(jù)稀土總量∑REE與La/Yb比值進(jìn)行投影, 勐野井組部分樣品數(shù)據(jù)落在花崗巖區(qū)域, 部分落在花崗巖和沉積巖的交匯區(qū)(圖5c), 反映源巖有花崗巖和沉積巖的混合, 又根據(jù)Eu負(fù)異常(Eu 0.55~0.64), 說明勐野井組長英質(zhì)物源組分中存在較多的酸性火山巖或花崗巖組分。

表3 SHK4孔中樣品的元素比值

注: UCC – 上陸殼; LCC – 下陸殼; OC – 洋殼(數(shù)據(jù)引自McLennan.[24])。Eu為采用Boynton[19]推薦的球粒隕石平均值計(jì)算的結(jié)果。括號(hào)內(nèi)數(shù)字為樣品數(shù)。

因鉆孔只揭露扒沙河組上部地層, 樣品個(gè)數(shù)較少, 故不作深入分析。但根據(jù)巖礦分析的結(jié)果結(jié)合物源屬性判別圖解(圖5), 勐野井組與扒沙河組在沉積期間其物源屬性差別較大。綜上分析, 思茅盆地上白堊統(tǒng)勐野井組細(xì)碎屑巖其原始物質(zhì)應(yīng)來自上地殼, 以長英質(zhì)火山巖為主, 并有古老沉積物的混入。

3.4 Cr/Co比值與物源距離

前人根據(jù)碎屑巖的Cr/Co比值來判別物源區(qū)的距離遠(yuǎn)近, 這個(gè)比值越小則物源區(qū)距離越大[4, 28, 29]。勐野井組細(xì)碎屑巖Cr/Co比值變化范圍為4.53~153, 平均為20.2; 扒沙河組兩個(gè)樣品Cr/Co比值分別為7.09和27.8, 變化幅度也較大, 平均為17.5。整個(gè)剖面從下到上, 該值有減小的趨勢(圖6), 說明地層沉積期間其物源距離越來越遠(yuǎn)。按含鹽性特征來看, 該值從碎屑沉積階段(257~302 m)對(duì)應(yīng)的平均值為54.6到成鉀期(118~252 m)的11.6, 明顯減小, 說明在鉀鹽沉積段物源距離有所增加。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料, 西部瀾滄江隆起帶大面積的華力西晚期含鉀花崗巖體及沿東西邊緣大斷裂帶的石炭系-二疊系-三疊系中廣泛分布的含鉀火山巖和火山巖沉積巖石, 這些巖石的風(fēng)化可能提供了部分成礦物質(zhì)[10], 這與成鉀期Cr/Co比值明顯減小, 其物源距離增加也是一致的。

圖6 SHK4孔剖面Cr/Co特征變化曲線

蘭坪-思茅盆地巖相古地理研究表明, 盆地沉積物的物源來自盆地東西兩側(cè)古陸及山地, 但在不同沉積演化時(shí)期, 盆地沉積物的主要物源區(qū)不同, 其中古新世以來的巖相古地理格局為玉龍山-哀牢山山地與瀾滄江山地之間的蘭坪-思茅內(nèi)陸平原, 其上發(fā)育有一系列鹽湖[11], 這一時(shí)期沉積物的物源主要來自玉龍山-哀牢山山地與瀾滄江山地, 根據(jù)微量元素Cr/Co比值偏高及巖相學(xué)特征, 巖石薄片中顆?；灸A不好, 大多數(shù)為次棱角狀-次圓狀, 大小混雜的特點(diǎn), 也能說明勐野井組細(xì)粒碎屑巖屬于近源沉積。

3.5 稀土元素特征指示的構(gòu)造背景

Bhatia通過對(duì)不同構(gòu)造背景下形成砂巖的稀土元素特征的研究, 建立了不同源區(qū)構(gòu)造背景下雜砂巖的稀土元素特征判別標(biāo)志[30], 將思茅盆地晚白堊世勐野井組泥巖的稀土元素特征值與之對(duì)比(表4), 發(fā)現(xiàn)勐野井組細(xì)碎屑巖稀土元素含量明顯高于大洋島弧碎屑巖的稀土元素含量, 具有較高的稀土總量, ∑REE為143~229 μg/g, 平均為174 μg/g, 低于被動(dòng)大陸邊緣的稀土總量(210 μg/g), 介于大陸島弧的稀土總量((146±20) μg/g)與活動(dòng)大陸邊緣的稀土總量(186 μg/g)之間; 輕重稀土比值∑LREE/∑HREE為8.9, 與被動(dòng)大陸邊緣的輕重稀土比值8.50接近; 具有較高的La/Yb比值, (La/Yb)N值平均為9.06 ; 并且具有較明顯的Eu負(fù)異常,Eu值平均為0.6。樣品稀土元素特征介于被動(dòng)陸緣與活動(dòng)陸緣沉積物特征之間。

Roser.[31]根據(jù)對(duì)世界不同地區(qū)已知構(gòu)造背景的古代砂巖、泥巖與現(xiàn)代砂泥質(zhì)沉積物的主元素特征的研究, 認(rèn)為K2O/Na2O是反映構(gòu)造環(huán)境最有效的指標(biāo), 并總結(jié)出了砂巖和泥巖的構(gòu)造背景判別圖。在K2O/Na2O-SiO2/Al2O3判別圖(圖7a)中, 研究區(qū)勐野井組樣品落在被動(dòng)大陸邊緣一側(cè), 表明勐野井組細(xì)碎屑巖物源區(qū)具有被動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造背景。主元素SiO2-K2O/Na2O判別圖解(圖7b)也指示了勐野井組細(xì)碎屑巖與扒沙河組砂巖樣品均具有被動(dòng)大陸邊緣的特點(diǎn)。

另外利用La-Th-Sc, Th-Sc-Zr和Th-Co-Zr判別圖解[32–33]對(duì)思茅盆地白堊紀(jì)泥、砂巖樣進(jìn)行了投點(diǎn)分析(圖8)。結(jié)果表明在La-Th-Sc圖解上少數(shù)樣品成分有被動(dòng)陸緣的特征, 而在Th-Sc-Zr和Th-Co-Zr圖解上樣品基本落在活動(dòng)陸緣與大陸島弧區(qū)域。通過La-Th-Sc、Th-Sc-Zr和Th-Co-Zr判別圖解顯示研究區(qū)勐野井組細(xì)碎屑巖具有活動(dòng)大陸邊緣的地球化學(xué)特征, 這可能是陸相盆地沉積物的微量元素和稀土元素具有構(gòu)造背景繼承性的特征, 反映的是源巖形成的構(gòu)造背景[34]。

表4 SHK4孔樣品與不同構(gòu)造背景雜砂巖稀土元素特征參數(shù)對(duì)比

注: 括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)偏差。

圖7 碎屑巖K2O/Na2O-SiO2/Al2O3 (a)和SiO2-K2O/Na2O (b)構(gòu)造背景判別圖[31]

A1–弧; A2–演化弧; ACM–活動(dòng)大路邊緣; PM–被動(dòng)大陸邊緣; ARC–島弧。

圖8 碎屑巖La-Th-Sc (a)、Th-Co-Zr (b)和Th-Sc-Zr (c)構(gòu)造背景判別圖[33]

OIA–大洋島弧; CIA–大陸島弧; ACM–活動(dòng)大路邊緣; PM–被動(dòng)大陸邊緣。

4 結(jié) 論

(1) 勐野井組細(xì)碎屑巖的稀土元素總量較高, ∑LREE/∑HREE及(La/Yb)N等比值表明輕重稀土分異明顯, 分布模式為明顯的輕稀土富集, 重稀土平坦, 較明顯的Eu負(fù)異常,Ce基本無異常, 與大陸上地殼的稀土元素分布模式一致。鉆孔剖面揭示的碎屑沉積段與成鹽段在稀土元素地球化學(xué)特征方面沒有顯著差異。

(2) 研究區(qū)勐野井組泥巖成分較復(fù)雜, 含有較多的碳酸鹽巖巖類礦物及沉積巖巖屑, 泥巖中含顆粒較粗, 大小不一的石英顆粒, 反映了近源沉積的特征。從元素Cr/Co比值結(jié)合巖礦分析結(jié)果, 初步判斷勐野井組細(xì)粒碎屑沉積巖屬于近源沉積, 這與巖相古地理的研究也相吻合。巖礦分析結(jié)合微量元素Hf-La/Th和La/Sc-Co/Th判別圖解及∑REE-La/Yb比值的投影圖, 顯示勐野井組物源區(qū)母巖以長英質(zhì)巖石為主。樣品經(jīng)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的稀土元素分布曲線基本相似, 說明勐野井組沉積期間其物質(zhì)來源穩(wěn)定。主元素K2O/Na2O-SiO2/Al2O3和SiO2-K2O/ Na2O判別圖等表明, 研究區(qū)勐野井組細(xì)粒碎屑沉積巖形成于被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造背景。

中國科學(xué)院青海鹽湖研究所安福元博士、秦占杰碩士等參加了野外工作;中國科學(xué)院青海鹽湖研究所高春亮博士在繪圖方面給予了指導(dǎo); 兩位匿名評(píng)審者所提出的意見和建議使筆者受益匪淺, 論文得以完善和提高, 在此一并表示感謝！

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Characteristics and geological significances of rare earth and trace elements from Upper Cretaceous Mengyejing Formation of Simao Basin in Jiangcheng County, Yunnan Province

SHI Hai-yan1,2*, MA Hai-zhou1, MIAO Wei-liang1,2, LI Yong-shou1,2and ZHANG Xi-ying1

1.Key Laboratory of Salt Lake Resources and Chemistry, Qinghai Institute of Salt Lakes, Chinese Academy of Sciences, Xining 810008, China;2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

The geochemical compositions of clastic rocks in sedimentary basin are mainly controlled by provenance. Therefore, tectonic setting and provenance properties of sedimentary basin could be revealed by geoc-h-emical characteristics of clastic rocks. In this study, trace elements (including rare earth elements) of fine-grained clastic rocks have been analyzed to investigate the provenance in Mengyejing Formation (K2me) of Simao Basin in Late Cretaceous. The results show relative enrichments in light REEs, with flat HREE patterns and moderate Eu anomalies. Using Hf-La/Th, La/Sc-Co/Th and REE-La/Yb diagram, trace elements ratios (La/Sc, Sc/Th, Cr/Th and Co/Th), and combines with microscopic identification, the geochemical characteristics of sediments are the same as weathered upper continental curst and the sources of sediments are mainly from continental crust with felsic rocks. In addition, the sediment transport distance of clastic rocks in Mengyejing Formation were analyzed by the ratio of Cr/Co and lithofaciespaleogeographical study, and the results show that the clastic rocks is featured by proximity of its origin deposition. Compared to REE characteristics of graywacks in different tectonic settings, and Using (K2O/Na2O-SiO2/Al2O3and SiO2-K2O/Na2O) diagram we proposed that the tectonic setting of source area of clastic rocks in Mengyejing Formation belongs to the passive continental margin, and the result is consistent with the tectonic setting of the Simao Basin which located in the Sanjiang orogenic belt.

Upper Cretaceous; Mengyejing Formation; geochemical characteristics; provenance properties; tectonic setting; Simao Basin

P595; P58

A

0379-1726(2014)04-0415-13

2013-06-06;

2013-09-04;

2013-10-09

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2011CB403004); 中國科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目(KZCX2-YW-344)

石海巖(1987–), 女, 碩士研究生, 地球化學(xué)專業(yè), 主要從事鉀鹽沉積地球化學(xué)方面的研究。

SHI Hai-yan, E-mail: shy0407@sina.cn, Tel: +86-971-6362029