肖　霞，王少華，劉正宏，地里夏提·買買提，曾　振

（1.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830047；2.陜西省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，陜西西安710199；3.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長春130026）

大興安嶺中北段奧陶系裸河組碎屑巖地球化學(xué)特征及物源環(huán)境分析

肖霞*1，王少華2，劉正宏3，地里夏提·買買提1，曾振3

（1.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830047；2.陜西省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，陜西西安710199；3.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長春130026）

研究區(qū)位于大興安嶺晚古生代增生造山帶中北段，在漫長的地質(zhì)演化過程中發(fā)生多期次的沉積作用、巖漿作用及變質(zhì)變形作用，經(jīng)歷了基底形成—島弧演化—擠壓造山—伸展變形—火山活動等多個階段。以早古生代奧陶系裸河組碎屑巖為研究目標(biāo)，對其物源及物源區(qū)大地構(gòu)造環(huán)境進行探討。研究表明利用碎屑巖化學(xué)成分判斷源區(qū)構(gòu)造環(huán)境是一種行之有效的方法。選取大興安嶺中北段奧陶系裸河組碎屑巖樣品共計7塊，對其進行了主量元素、微量元素分析，并采用Bhatia等人建立的標(biāo)準(zhǔn)及圖解進行了源區(qū)構(gòu)造環(huán)境的討論。主量元素分析結(jié)果顯示裸河組碎屑巖具有高SiO2、低Fe2O3、FeO、MgO的特點，表明源區(qū)主要為長英質(zhì)巖石。稀土元素具輕稀土元素富集，重稀土相對虧損，具弱的負(fù)Eu異常，與上地殼元素特征類似。微量元素特征指示裸河組碎屑巖源區(qū)具有大陸島弧構(gòu)造背景及活動大陸邊緣構(gòu)造背景，為大陸島弧弧后盆地沉積。

大興安嶺；主量元素；微量元素；地球化學(xué)；物源環(huán)境

大興安嶺造山帶一直是眾多學(xué)者研究的熱點之一。普遍的認(rèn)識基本傾向于古生代時期大興安嶺區(qū)域存在弧—盆體系。筆者在收集前人資料的基礎(chǔ)上，對區(qū)內(nèi)古生代奧陶系裸河組碎屑巖進行詳細(xì)的分析，通過主量元素、微量元素分析等手段對研究區(qū)裸河組物源環(huán)境進行研究，對前人的研究成果進行驗證，從而對古生代時期研究區(qū)的構(gòu)造格局及其演化有了更為清晰的認(rèn)識。

1　區(qū)域地質(zhì)背景

大興安嶺地區(qū)位于西伯利亞板塊與華北板塊之間、古亞洲構(gòu)造域與環(huán)太平洋構(gòu)造域交匯部位，西伯利亞古板塊（東北亞克拉通）大陸邊緣向南增生部分一級構(gòu)造單元。本文所指的大興安嶺中北段是指夾持于大興安嶺主脊斷裂和德爾布干斷裂之間的大興安嶺地區(qū)古生代增生造山帶（圖1）。

研究區(qū)處于中亞造山域影響范圍內(nèi)受到古生代古亞洲洋構(gòu)造域和中—新生代蒙古鄂霍茨克洋和太平洋構(gòu)造域影響，經(jīng)歷了古生代西伯利亞板塊邊緣的大陸性微塊體和不斷生長的島弧體系相互匯聚拼貼，最終古生代末古亞洲洋殼閉合，形成加里東、海西期大陸邊緣增生帶［1］。中新生代（蒙古鄂霍茨克大陸碰撞閉合、太平洋西緣板塊俯沖）濱太平洋構(gòu)造—巖漿作用的強烈改造，形成陸緣構(gòu)造巖漿巖帶和陸相火山—沉積蓋層。

區(qū)內(nèi)西側(cè)主要為NE向德爾布干斷裂［2］，關(guān)于德爾布干斷裂的構(gòu)造屬性存在較大爭議，本文將按照李春昱［3］、任紀(jì)舜［4］的觀點視其為額爾古納與興安板塊邊界縫合帶；東側(cè)為大興安嶺主脊斷裂與二連—賀根斷裂早中生代形成的太行山—大興安嶺斷裂整體切割早期形成的各期斷裂［5-6］，其延伸北段為大興安嶺主脊斷裂。而關(guān)于二連—賀根山構(gòu)造帶的爭議也較多，本次研究將其視為作為大興安嶺地區(qū)古亞洲洋演化的最后的主縫合構(gòu)造帶。

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育有古元古界興華渡口群（Pt1xh），古生界奧陶系裸河組（O3lh），中生界塔木蘭溝（J2tm）、滿克頭鄂博組（J2m）、白音高老組（K1b）以及新生界大黑溝組（Qp3d）等。其中奧陶系裸河組地層巖石主要由千枚狀粉砂質(zhì)板巖、絹云千枚巖、長石石英砂巖、板巖、變質(zhì)粉砂巖、變質(zhì)中細(xì)粒長石石英砂巖等組成，為一套淺海細(xì)碎屑巖建造，本次研究主要采取新鮮的未變質(zhì)的砂巖進行碎屑組成特征、地球化學(xué)特征及性質(zhì)等方面的詳細(xì)分析，對其物源特征及其大地構(gòu)造背景進行初步討論。

圖1　研究區(qū)大地構(gòu)造位置略圖（據(jù)張明等，2006）

2　巖石學(xué)特征

研究區(qū)出露的奧陶系裸河組為濱海—半淺海碎屑沉積建造，巖性主要為一套板巖—石英砂巖組合為特征的巖石組合。野外調(diào)查工作發(fā)現(xiàn)裸河組地層下部以細(xì)碎屑沉積為主，上部以粗碎屑沉積為主，整體構(gòu)成海退的反粒序旋回。

通過顯微鏡鏡下觀察，樣品p3b50、p3b44、p3b24為石英砂巖，p3b16、p3b36、p3b42、p3b42-2為長石石英砂巖。石英砂巖中碎屑顆粒以石英為主，石英含量多數(shù)大于90%，磨圓中等，分選中等—較差，顆粒表明擦痕明顯，多數(shù)可見石英次生加大現(xiàn)象；長石石英砂巖中長石含量普遍較低，介于5%～10%之間，部分長石顆粒發(fā)生絹云母化，蝕變程度不同；巖屑含量一般低于5%，類型較為多樣，既有泥巖巖屑、細(xì)粒砂巖巖屑等沉積巖屑，也有玄武巖、安山巖等火山巖屑，此外含有少量的片麻巖、燧石、石英巖等變質(zhì)巖屑。表明裸河組物源類型較為多樣，既有安山巖、玄武巖等中基性物源區(qū)，同時存在混合變質(zhì)巖物源區(qū)。

3　地球化學(xué)特征

為了較為詳細(xì)系統(tǒng)對裸河組碎屑巖地球化學(xué)特征進行分析，筆者對區(qū)內(nèi)不同巖性、不同部位進行取樣，主要選取中細(xì)粒長石石英砂巖、石英砂巖進行主量元素、微量元素及稀土元素的分析，多角度對其物源特征及其大地構(gòu)造背景進行分析研究。

3.1主量元素特征

裸河組碎屑巖主量元素含量見表1。SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、 MnO、P2O5平均含量分別為71.85%、12.70%、2.83%、1.52%、1.57%、1.46%、2.74%、1.49%、0.46%、0.14%、0.08%。其中SiO2含量較高，F(xiàn)e2O3、FeO、MgO含量較低，7個樣品中有3個樣品中Fe2O3含量高于3%，其中一個樣品Fe2O3含量高達6.46%，2個樣品中FeO含量高于2%，表明裸河組碎屑巖為長英質(zhì)巖石。

表1　裸河組碎屑巖主量元素含量（%）

直觀的判別沉積巖源區(qū)構(gòu)造環(huán)境，一般利用TiO2-Fe2O3+MgO圖解、Al2O3/SiO2-Fe2O3+MgO圖解及其他主量元素含量參數(shù)綜合判斷物源構(gòu)造環(huán)境。裸河組碎屑巖主量元素TiO2-Fe2O3+MgO、Al2O3/ SiO2-Fe2O3+MgO判別圖解如圖2所示。圖2-a顯示裸河組碎屑巖7個樣品中4個樣品數(shù)據(jù)落入B、C區(qū)域內(nèi)，2個樣品數(shù)據(jù)位于D、C區(qū)域上方附近，1個樣品屬于異常點，予以剔除；圖2-b顯示2個數(shù)據(jù)點落入C區(qū)域內(nèi)，4個數(shù)據(jù)點皆在B、C區(qū)域附近，1個數(shù)據(jù)點屬于異常點，予以剔除；圖2-a與圖2-b皆指示裸河組物源區(qū)具有大陸島弧和活動大陸邊緣構(gòu)造背景。主量元素含量與各大構(gòu)造環(huán)境化學(xué)成分對比得出的結(jié)論與TiO2-Fe2O3+MgO、Al2O3/SiO2-Fe2O3+MgO圖解所得到的結(jié)果相同，二者同時指示裸河組碎屑巖源區(qū)為大陸島弧或活動大陸邊緣。

圖2　裸河組碎屑巖構(gòu)造環(huán)境主要元素判別圖

3.2微量元素特征

微量元素在分析沉積巖物源環(huán)境方面具有重要的指示作用。這是因為諸如La、Ce、Nd、Y、Th、Zr、Hf、 Nb、Ti、Sc等元素在沉積過程中具有較低的活動性，在海水中的停留時間較短［7］，在短時間內(nèi)能夠較好地保存起來，能夠較為準(zhǔn)確地指示物源區(qū)巖性特征及構(gòu)造環(huán)境。

裸河組碎屑巖微量元素分析數(shù)據(jù)見表2。將其與球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化，在此基礎(chǔ)上繪制出蛛網(wǎng)圖（圖3）。一般而言，酸性巖體系內(nèi)具有Eu負(fù)異常，而中基性巖體系內(nèi)Eu元素一般呈沒有異?；蛘惓！Ｓ蓤D3可知，除了Eu元素負(fù)異常之外，其余元素均與上地殼微量元素含量基本一致，表面裸河組碎屑巖物源主要來自上地殼。

表2　裸河組碎屑巖稀土元素含量（%）

圖3　裸河組碎屑巖REE球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖

Bhatia et a（l1986）通過對澳大利亞雜砂巖地球化學(xué)特征的研究，利用部分微量元素（如Th、Zr、Hf、Sc等）來判別砂巖物源區(qū)特征及構(gòu)造環(huán)境，并建立了一系列圖解，將整個源區(qū)構(gòu)造環(huán)境劃分為洋島弧、大陸島弧、活動大陸邊緣和被動大陸邊緣4種，較為直觀的進行物源區(qū)構(gòu)造環(huán)境的分析研究。

本次研究采用Bhatia建立的La-Th-Sc，Th-Sc-Zr/10和Th-Co-Zr/10圖解來判別裸河組碎屑巖物源構(gòu)造背景（圖4）。

圖4-a顯示裸河組碎屑巖7樣品中5個數(shù)據(jù)點分布在B區(qū)域內(nèi)，2個數(shù)據(jù)點分布在B、C區(qū)域附近；圖4-b中7個樣品數(shù)據(jù)點全部分布在B區(qū)域之內(nèi)；圖4-c中4個樣品數(shù)據(jù)點分布在B區(qū)域內(nèi)，2個數(shù)據(jù)點落入D區(qū)域內(nèi)，1個數(shù)據(jù)點落入A區(qū)域內(nèi)。綜合圖4-a、4-b、4-c三個圖解，裸河組碎屑巖主要來自于大陸島弧物源環(huán)境，并混雜有活動大陸和被動大陸邊緣物源背景。

綜合裸河組碎屑巖主量元素、微量元素特征及其判別圖解，裸河組碎屑巖主要來自大陸島弧構(gòu)造環(huán)境，并伴有活動大路邊緣物源區(qū)特征。

圖4　裸河組碎屑巖構(gòu)造環(huán)境微量元素判別圖

4　地質(zhì)意義

陳岳龍等認(rèn)為古生代時期，古蒙古洋為一典型的多島洋，早元古代至古生代多個沉積—火山—侵入活動形成了多個溝—弧—盆體系［8］。葉茂，張世紅，吳福元經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)額爾古納—興安地塊在奧陶紀(jì)由于大洋板塊的俯沖在其東北部形成火山島弧和較窄的弧后盆地，此時處于活動大陸邊緣背景［9］。張梅生，彭向東，孫曉錳認(rèn)為二連—賀根山斷裂帶為多寶山—伊爾施島弧帶的東南界，早古生代存在著賀根山—黑河洋，中奧陶世和早中泥盆世發(fā)生兩次洋殼向額爾古納—興安地塊的俯沖事件，并于奧陶紀(jì)末額爾古納與興安地塊完成拼接［10］。

對研究區(qū)內(nèi)晚奧陶統(tǒng)裸河組碎屑巖進行主量元素特征及微量元素特征的研究，研究結(jié)果表明研究區(qū)內(nèi)裸河組碎屑巖具有大陸島弧及活動大陸邊緣物源構(gòu)造背景，與上述學(xué)者觀點基本一致。由此可以肯定的是研究區(qū)內(nèi)奧陶系裸河組碎屑巖具有大陸島弧構(gòu)造背景，為弧后盆地沉積，同時具有活動大陸邊緣背景，前人研究表明額爾古納—興安地塊區(qū)奧陶紀(jì)時發(fā)育一系列島弧，板塊邊緣部位處于活動大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境，這與此次研究所得出的結(jié)論相一致，進一步對前人研究成果提供了佐證。

5　結(jié)論

（1）大興安嶺中北段裸河組碎屑巖SiO2含量較高，F(xiàn)e2O3、FeO、MgO含量較低，主要為長英質(zhì)巖石。巖石具輕稀土元素富集、重稀相對虧損且具弱的負(fù)Eu異常，其特征與上地殼微量元素特征類似。

（2）研究區(qū)裸河組碎屑巖主量元素特征與微量元素特征均指示源區(qū)具有大陸島弧構(gòu)造背景及活動大陸邊緣構(gòu)造背景。

（3）研究區(qū)處于多寶山—伊爾施島弧帶中段，裸河組碎屑巖主要為大陸島弧弧后盆地沉積。

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A

1004-5716（2016）03-0138-05

2015-03-10

2015-03-11

中國地調(diào)局地質(zhì)調(diào)查專報（1212010881215、1212011120649）。

肖霞（1989-），女（漢族），甘肅渭源人，新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向：沉積巖。