張雪飛,鄭綿平,陳文西,葉傳永,雒洋冰,孔維剛

中國地質科學院礦產(chǎn)資源研究所,國土資源部鹽湖資源與環(huán)境重點實驗室,北京 100037

青藏高原北部可可西里五道梁地區(qū)中新世發(fā)育大范圍湖相碳酸鹽沉積,巖性主要為灰?guī)r或白云質灰?guī)r,并在其北山剖面中發(fā)現(xiàn)大量疊層石沉積。前人研究認為該疊層石剖面出現(xiàn)是高原古湖期大湖面的產(chǎn)物(伊海生等,2008a,b;吳珍漢等,2009),認為是在青藏高原中新世干旱背景下的短期或局部氣候潮濕導致的,但本文研究認為中新世五道梁群碳酸鹽,是與火山活動有關的熱水湖相沉積,鄭綿平等(2013)也認為該區(qū)是青藏高原尋找火山沉積硼礦的遠景區(qū)。

圖1 可可西里盆地地質簡圖Fig.1 Geological sketch map of Hoh Xil Basin

圖2 五道梁南北剖面示意圖Fig.2 Schematic north-south section in Wudaoliang

研究區(qū)位于青藏高原北部可可西里盆地東部,主要地層為中新世沉積的湖相碳酸鹽(圖1)。該套地層巖性較單一,一般為灰?guī)r或白云質灰?guī)r,在五道梁北山含大量疊層藻(金和海,2004;劉志飛等,2001,2005;王士峰等,1999)。吳珍漢等(2009)曾經(jīng)在該地區(qū)進行了大量有意義的工作,包括鉆探和剖面等,為本文研究提供了豐富的資料。

本文研究剖面位于五道梁南北兩側(圖2),其中北剖面為自下而上的疊層藻沉積,剖面線長度約110 m,巖性幾乎全部為灰?guī)r。沿G109國道向南在五道梁南側取南剖面,該剖面上部為灰?guī)r,下部為白云質灰?guī)r。

1 樣品與實驗方法

本次研究的 7個疊層石灰?guī)r樣品和 21個零散樣品同屬于五道梁群,選取部分樣品切薄片進行顯微鏡下鑒定、X射線粉晶衍射(XRD)以及化學元素分析。其中鏡下鑒定和 XRD在國土資源部鹽湖資源與環(huán)境重點實驗室進行。XRD實驗所用儀器為Mini XRD儀。測試條件為:掃描范圍3°～90°,步長為0.02°/s,所用Cu靶,40 kV,15 mA。數(shù)據(jù)分析采用Jade 5.0軟件進行?；瘜W元素分析部分在中國地質科學院國家地質實驗測試中心進行,微量元素和稀土元素分析采用等離子質譜儀(X-series),B元素采用等離子光譜儀測定。部分樣品的As和Fe含量也在國土資源部鹽湖資源與環(huán)境重點實驗室進行,所用方法為原子吸收。本文研究的碳、氧同位素數(shù)據(jù)引自吳珍漢等(2009)的鉆孔數(shù)據(jù)。

2 分析結果

2.1 巖石學、礦物學特征

五道梁北山野外觀察疊層石為柱狀或穹窿狀,頂部觀察為皮殼狀(圖 3),柱狀疊層石大約直徑為2～8 cm不等,紋層明顯。鏡下可見明顯明暗紋層,其中暗紋層由泥晶碳酸鹽排列較明紋層致密引起的。鏡下明顯可見疊層藻球粒和團塊,疊層藻大多數(shù)為球粒狀、橢球粒,部分為長條狀,內部被泥晶碳酸鹽充填。明亮紋層的疏松球粒疊層藻團塊周圍可見半自形方解石包裹,且團塊之間縫隙也被方解石充填。部分團塊之間含銹紅色鐵質。

將五道梁北山疊層藻剖面樣品進行低溫烘干、粉碎后進行X射線粉晶衍射,分析結果顯示剖面主要礦物組合為方解石和少量石英,說明疊層藻中的泥晶碳酸鹽成分為方解石。南剖面樣品 XRD結果顯示礦物組合為方解石、鐵白云石、石英和鈉長石。南、北剖面礦物成分的差異為,南剖面含白云石,且是鐵白云石。鐵白云石與普通白云石差別 XRD譜線見表 1。鐵白云石的出現(xiàn)說明該地層可能為高溫熱水成因,即熱水湖相沉積(Ihasn,2003;文華國等,2014)。

表1 五道梁南剖面鐵白云石與普通白云石XRD譜線對比Table 1 Comparison of XRD lines between ankerite and dolomite

圖3 疊層石野外及鏡下薄片照片F(xiàn)ig.3 Photos of stromatolites

含鐵白云石剖面手標本可見竹葉狀、長條透鏡體狀黑色條帶(圖 3),鏡下鑒定發(fā)現(xiàn)條帶狀物質為泥晶碳酸鹽(白云石),條帶中間顆粒為石英和長石。該剖面樣品中鐵質含量豐富,反射光下清晰可見;99號樣品還見到與北剖面相似的疊層藻團塊,團塊大小 100～300 μm 不等,由于鐵含量較高而呈現(xiàn)褐黃色。同北剖面相似該剖面也含明暗相間條紋。為區(qū)分碳酸鹽種類,將玻片進行染色反應。將0.2%HCl、0.2%的茜素紅S、0.5%～1.0%的鐵氰化鉀配置成染色劑,將其滴至未蓋蓋玻片的玻片上,鏡下觀察可見鐵白云石被染成藍色,方解石被染成淡紫色,說明該區(qū)域方解石也含鐵。同XRD結果一致的是,鏡下鑒定也發(fā)現(xiàn)樣品中含鈉長石,部分鈉長石為普通碎屑鈉長石,但是也有少量長石含明顯次生加大邊(圖 3d),說明碎屑鈉長石后期曾經(jīng)受熱水活動的影響(李紅等,2012;文華國等,2014)。

2.2 微量元素

圖4 五道梁地區(qū)稀土元素配分方式Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns of Wudaoliang area

選取部分剖面樣品進行微量元素分析,并將部分元素進行比值計算。北剖面樣品中Ni/Co分布范圍 3.9～5.9,平均值為 4.95;V/Cr的比值范圍為0.43～1.88,平均值為 0.97;V/Sc比值分布范圍5.1～8.99,平均值為 6.89;V/(V+Ni)的平均值為0.39。樣品中 Ni/Co比值是區(qū)分熱水沉積成因的指標之一(文華國等,2014;張文正等,2010),通常認為 Ni/Co比值>1是火山-熱泉沉積成因,研究區(qū)Ni/Co比值遠大于 1,說明其是火山-熱泉成因,且受火山活動控制影響較大。世界主要碳酸鹽類Mn/Sr平均比值約為 1.80,而據(jù)地殼元素克拉克值Mn/Sr比值約為2.708,上表可見南剖面其Mn/Sr的平均值為 4.00,遠高于世界主要碳酸鹽和地殼元素克拉克值的平均值,說明其為熱水沉積(黃彬等,2013;Gruen et al.,2014)。

通常認為,鐵白云巖中Sb和Ba的高含量是熱水沉積的標志(周永章等,2004;Tribovillard et al.,2006),涂光熾(1988)進一步認為高Sb和Ba含量是低溫熱液成因的標志。五道梁北側和南側剖面中Ba平均含量分別為484.31 μg/g和320 μg/g,Sb的平均含量分別為0.43 μg/g和1.23 μg/g,其中全球碳酸鹽中 Ba、Sb 的平均含量分別為 10 μg/g 和 0.2 μg/g,可見五道梁地區(qū)Ba和Sb的含量遠高于一般碳酸鹽的平均含量,即使與地殼元素克拉克值的390 μg/g和0.6 μg/g相比也較高,充分說明其是熱水成因沉積(Rosenthal et al.,1995;燕長海等,2007)。

將南、北剖面樣品送至作者所在實驗室進行As和Fe的測試,結果可見南剖面As含量約0.01%,遠大于地殼豐度的 15×10-6,而北剖面則未檢出 As,剖面 Fe含量也明顯大于疊層石剖面,平均含量超過1%,薄片中也可見明顯的含鐵礦物。

2.3 稀土元素

由圖4可見該區(qū)灰?guī)r及白云巖稀土總量均較低,由于沉積巖的稀土配分模式與頁巖相似,因此采用北美頁巖(NSFC)標準化來比較樣品。

鐵白云石剖面 W-16號樣品為不含白云石的灰?guī)r,17-19號樣品含鐵白云石,可以看到灰?guī)r在縱坐標標準化曲線上較靠上部,說明灰?guī)r總體稀土元素含量大于白云巖。圖4中最下面曲線代表五道梁北山疊層石剖面的平均稀土元素含量與 NSFC比值,可見其稀土總含量遠小于含鐵白云石剖面,且輕重稀土配分較為平緩,重稀土略有起伏,Tb、Ho、Tm略有負異常,Dy有正異常。

3 結論與討論

(1)五道梁北山剖面巖性主要為含疊層藻的灰?guī)r,礦物成分為方解石;而五道梁南側剖面為白云質灰?guī)r,且XRD結果顯示為鐵白云石。南、北兩側剖面均為泥晶碳酸鹽,且這種泥晶鐵白云石為熱水噴發(fā)和快速結晶的產(chǎn)物(Boni et al.,2000);部分鈉長石含次生加大邊,也說明有熱水活動。

(2)南、北兩側剖面微量元素分析結果顯示,該地區(qū) As、Sb、Ba、Fe等可作為熱水沉積標志的元素含量明顯高于地殼平均豐度和全球碳酸鹽平均含量,且 Ni/Co、Mn/Sr、V/Cr、V/Sc等比值也較高,說明該地層為熱水湖相成因碳酸鹽。

(3)南、北兩側剖面稀土配分模式較為相似,都是輕稀土元素較為穩(wěn)定,配分曲線較平緩,重稀土元素起伏較大,且 Tb、Ho、Tm有明顯負異常,與熱水成因沉積巖的稀土配分模式較為相似(吳斌等,2013)。

(4)現(xiàn)代疊層石和藻席多發(fā)現(xiàn)于熱帶或亞熱帶,從溶洞到鹽湖均有分布。疊層石發(fā)育最佳溫度20～30℃,當溫度低于 12～15℃時,藍藻停止生長。五道梁群疊層藻的出現(xiàn),也說明其應為熱水湖相沉積的碳酸鹽。

據(jù)吳珍漢對五道梁北側灰?guī)r鉆孔碳氧同位素分析結果,其五道梁群灰?guī)r(白云質灰?guī)r)碳同位素δ13C 為 1‰～3‰,δ18O 為–3‰ ～ –8‰(吳珍漢等,2009),說明該地區(qū)δ13C偏正,δ18O偏負,與前人熱水沉積白云巖碳氧同位素數(shù)據(jù)接近(Boni et al.,2000;Ihasn,2003)。綜上所述,各種結果都顯示五道梁群碳酸鹽為熱水湖相沉積的碳酸鹽。可可西里西部中新世有大量火山巖分布(孫延貴,1992;鄧萬明等,1996),因此五道梁群可能為受火山活動影響的熱水沉積,這可作為下一步尋找火山沉積型硼礦床的重要線索。

致謝:國土資源部鹽湖資源環(huán)境重點實驗室劉建華工程師進行了元素分析,在此表示衷心感謝。

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