張英利,王宗起,賈曉彤，2,陳木銀

(1.中國地質科學院 礦產資源研究所國土資源部成礦作用與礦產資源評價重點實驗室，北京 100037；2.中國地質大學(北京) 地球科學與資源學院，北京 100083；3.中國石油集團測井有限公司 長慶事業(yè)部，陜西 西安 710201)

0 引 言

作為對印支期造山運動的沉積響應，上揚子地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組與下伏中三疊統(tǒng)之間呈不整合接觸，而且自晚三疊世開始，沉積環(huán)境也從海相轉變?yōu)殛懴?。由于須家河組處于造山運動的轉換階段，得到了地質學家的廣泛關注，對川西進行了沉積體系分析[1-12]和物源定性分析及構造演化[7,12-22]等研究，少量學者開展須家河組重礦物定性特征分析[23]。研究成果表明，川西須家河組沉積環(huán)境為沖積扇-河流，物源分析表明其沉積物主要來自西北方向的龍門山造山帶。自須家河組沉積之后，川西進入前陸盆地演化過程。

相對川西須家河組的研究程度，與四川盆地西部同屬于上揚子板塊組成部分的滇東北地區(qū)，晚三疊世須家河組砂巖物源的定量分析、物源區(qū)母巖性質和源區(qū)位置等研究甚少(圖1)。具體表現(xiàn)為：(1)須家河組物源來自哪個方向？(2)須家河組物源區(qū)有待確定，龍門山、康滇古陸還是其它？(3)物源區(qū)的巖石組成等。這些未解問題嚴重影響了上揚子須家河組時期區(qū)域構造演化的認識。

碎屑巖重礦物在源區(qū)母巖和構造背景方面建立了很好的聯(lián)系，尤其是電氣石電子探針分析[24-27]，由于其穩(wěn)定性較高，不易受到后期的改造影響，成為研究沉積物物源的重要手段之一。同時，碎屑鋯石年代學能夠較準確限定物源區(qū)巖石年齡，可以進行區(qū)域巖石-構造單元對比、古地理格局的恢復[28-30]，也成為物源分析的常規(guī)手段。本文詳細分析滇東北會澤地區(qū)須家河組砂巖碎屑重礦物，并對電氣石和碎屑鋯石分別進行電子探針和U-Pb測年，探討須家河組源區(qū)的母巖時代、巖石類型等，進而為區(qū)域的構造演化過程研究提供依據。

1 地質背景

上揚子地區(qū)受中-新生代構造運動的影響，以重要的斷裂(龍門山斷裂、鮮水河斷裂、小江斷裂等)為界，由龍門山造山帶、松潘-甘孜造山帶、康滇古陸和四川盆地等不同的構造單元組成(圖1(a))。

1.8～1.6 Ga時期，受哥倫比亞超大陸裂解作用影響，揚子陸塊西緣龍門山—安寧河斷裂東側發(fā)育被動大陸邊緣裂谷系[31]，同時輝長巖、輝綠巖等侵入[32-33]；新元古代時期受Rodinia超大陸裂解[34-37]或者板塊俯沖作用[38-39]影響，形成分布廣泛的830～745 Ma巖漿巖；新元古代晚期至中三疊世，進入相對穩(wěn)定的發(fā)展階段[40-41]。晚二疊世，受地幔柱活動影響，形成峨眉山大火成巖省[42-45]；晚三疊世之后，形成以須家河組陸相碎屑沉積為代表的前陸盆地[2,7,11]。

本次研究的會澤地區(qū)位于上揚子西南緣滇東臺褶帶，區(qū)內分布次一級斷層——魯納斷層，受其影響，形成水塘子向斜，向斜核部為侏羅紀地層，兩翼向外依次為上三疊統(tǒng)須家河組至上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖。研究區(qū)泥盆系和石炭系分布較少，僅出露于向斜北翼的西北。泥盆系主要為石英砂巖、灰?guī)r和白云巖，石炭系主要為白云巖。下-中二疊統(tǒng)主要為生物碎屑灰?guī)r，上二疊統(tǒng)包括峨眉山玄武巖和宣威組碎屑巖。三疊系劃分為飛仙關組、嘉陵江組、關嶺組(與雷口坡組同期)和須家河組(圖1(b))。飛仙關組主要是灰紫色砂巖夾粉砂巖；嘉陵江組整合覆蓋于飛仙關組之上，下部主要為灰綠色砂巖，局部夾紫紅色細砂巖，上部為淺灰色灰?guī)r；關嶺組下部主要為紫紅色砂巖和粉砂巖互層，上部主要為灰?guī)r和白云巖；須家河組為灰、黃綠色厚層至塊狀中砂巖和泥巖，與下伏關嶺組之間為平行不整合。侏羅系和新生界主要為紫紅色、土黃色砂礫巖等。

2 沉積學特征

m.泥巖；s.粉砂巖；fs.細砂巖；ms.中砂巖圖2 會澤地區(qū)須家河組沉積序列(采樣位置見圖1)Fig.2 Measured stratigraphic section of the Xujiahe Formation in Huize area

本次野外調查須家河組位于水塘子向斜南翼(圖1)。底部(0～9.47 m)為灰綠色、紫紅色等雜色泥巖夾淺灰色細砂巖(圖2)，泥巖中發(fā)育砂巖透鏡體；下部(9.47～105.73 m)主要為灰色、黃綠色厚層至塊狀中砂巖(圖2和圖3(a))，偶夾灰色薄層泥巖。砂巖發(fā)育大型板狀交錯層理(圖3(b))和平行層理，砂巖呈透鏡狀。巖相分析其沉積環(huán)境為辮狀河，砂巖為心灘沉積，泥巖為局部河道泛濫的泛濫平原沉積。上部(105.73～163.95 m)主要為黃綠色、暗紫紅色等雜色泥巖夾粉砂巖(圖2)，發(fā)育水平層理，含植物化石碎片和瓣鰓類化石。巖相、相組合分析沉積環(huán)境為淺湖。板狀交錯層理恢復的古流向指示物源來自東南(約158°方向)(圖2)。這與前人[3]的巖相古地理指示的物源方向一致。

顯微鏡下顯示，須家河組碎屑組分呈次棱角狀-次圓狀，分選性較差-中等，主要由石英和巖屑組成，長石含量較少，巖屑則以沉積巖巖屑為主(圖3(c)和圖3(d))，巖漿巖巖屑和變質巖巖屑相對較少。

3 重礦物分析

樣品HLS15采樣位置為北緯26°30′24″，東經103°43′51″，重量約10 kg。砂巖樣品的碎樣、重礦物分析、電氣石和鋯石挑選工作在河北省區(qū)域地質礦產調查研究所實驗室完成。

須家河組砂巖重礦物主要包括鋯石、電氣石、鈦鐵礦、磷灰石、金紅石等(表1)。鋯石含量38.3%，在重礦物中所占比例最多，至少分為2類：一類鋯石主要為黃色，以自形、半自形短柱狀、次棱角狀為主，鋯石磨圓度較低-中等；一類鋯石主要為玫瑰色，次滾圓、滾圓柱粒狀為主，磨圓度較高。電氣石含量29.54%，主要為褐色，呈次滾圓粒狀、次棱角塊狀、滾圓柱狀，說明來自不同的母巖區(qū)。鉻尖晶石含量1.04%，主要為黑色，呈半自形八面體、次棱角塊狀、次滾圓粒狀，物源主要來自基性巖。獨居石為淺黃色，呈次棱角塊狀和次圓扁粒狀，主要來自花崗巖、正長巖和偉晶巖等。重礦物呈次棱角狀和次圓狀的形態(tài)，表明源區(qū)巖石類型多樣，可能來自不同的物源區(qū)。雖然強烈風化經常導致半透明礦物相對富集，尤其是鈦鐵礦和不透明金紅石[46-48]，但樣品HLS15風化較弱，因此，鈦鐵礦等主要與源區(qū)有關。鈦鐵礦+銳鈦礦+鉻尖晶石+磁鐵礦組合所占比例為15.59%，說明部分物源來自巖漿巖。

4 電子探針分析

4.1 測試方法

電子探針測試在中國地質大學(北京)電子探針實驗室完成，儀器型號為日本島津公司生產的EPMA-1600。測試條件為加速電壓15 kV，激發(fā)電流10 nA，電子束直徑1 μm，ZAF法修正。分析標樣采用磁鐵礦(Fe)、鈉長石(Si、Na、Al)、磷灰石(Ca、P)、金紅石(Ti)、薔薇輝石(Mn)、透長石(K)、橄欖石(Mg)、螢石(F)、獨居石(La、Ce、Pr、Nd、Th)、鋯石(Y、Zr、Hf)、銫榴石(Rb、Cs)、單礦物(U、Ta、Nb)等。主元素(質量分數(shù)>20%)允許相對誤差≤5%，質量分數(shù)在3%～20%之間的元素允許相對誤差≤10%，質量分數(shù)在1%～3%的元素允許相對誤差≤30%，而質量分數(shù)在0.5%～1%之間的元素允許相對誤差<50%。

4.2 電氣石

電氣石主要為黑褐色，少量為紅褐色和淺黃色(圖4(a))，顆粒呈棱角狀至次圓狀，說明物源區(qū)巖石類型多樣。電氣石的背散射圖像顯示沒有化學成分分帶(圖4(b))，受后期改造較少。電子探針的數(shù)據結果表明，碎屑電氣石屬于堿性，Na+占主導(0.55～0.99)，K+(0～0.02)次之(圖5，表2)。在所有分析的顆粒中，鎂電氣石和黑電氣石均等，二者比例是1∶1(圖5)。

黑電氣石具有高Fe含量，主要是巖漿成因，直接從巖漿巖結晶。電氣石的物源判別Al-Fe-Mg圖解(圖6(a))顯示，須家河組物源主要來自貧鋰花崗巖類、偉晶巖類和白崗巖(B區(qū)域)、變質板巖和變質砂巖(D和E區(qū)域)和富鐵石電氣石英巖、鈣質碳酸鹽巖和變質板巖(F區(qū)域)。Ca-Fe-Mg圖解則表明主要來自貧鈣的變質板巖、變質砂巖和電氣石-石英巖以及貧鋰花崗巖類伴隨偉晶巖和白崗巖(圖6(b))。

因此，電氣石探針結果綜合表明，須家河組物源主要來自變質板巖、變質砂巖、電氣石-石英巖以及貧鋰花崗巖類、偉晶巖類和白崗巖等。

5 碎屑鋯石分析

鋯石樣品的制靶工作和陰極發(fā)光圖像由北京鋯年領航科技有限公司實驗室完成。鋯石的U-Pb年齡測定前，依據透射光圖像、反射光圖像和陰極發(fā)光圖像分析，對碎屑鋯石樣品隨機圈定裂隙和包裹體不發(fā)育的顆粒。LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb定年測試分析在天津地質調查中心實驗室完成，詳細實驗測試過程參見李懷坤等[49]。采用GJ-1作為外部鋯石年齡標準進行U/Pb同位素分餾校正[50]。利用NIST612玻璃標樣作為外標計算鋯石樣品的Pb、U、Th含量。數(shù)據處理采用ICPMSDataCal程序[51]，普通Pb校正采用Anderson方法[52]，鋯石年齡諧和圖由Isoplot 3.0程序完成[53]。

HLS15樣品LA-ICP-MS U-Pb分析，共測試78個顆粒。對于鋯石年齡>1 000 Ma的數(shù)據，采用207Pb/206Pb年齡，而對于<1 000 Ma的數(shù)據，采用206Pb/238U年齡[54-55]。以206Pb/238U年齡和207Pb/206Pb年齡比值為標準遴選U-Pb年齡數(shù)據[54,56-58]，諧和度介于90%～110%的數(shù)據為有效數(shù)據，共獲得有效數(shù)據62個(表3)。

樣品HLS15年齡主要分布在(257±4)～(2 672±22) Ma之間。其中表現(xiàn)出4個不同程度的峰值，分別是257～362 Ma、420～492 Ma、782～876 Ma和1 690～2 176 Ma。根據區(qū)域演化歷史，(257±4) Ma記錄晚二疊世峨眉山玄武巖以及同期巖漿作用的過程[42-45]。420～492 Ma代表區(qū)域加里東運動開始以及陸陸同碰撞造山運動(即廣西運動)存在的3期連續(xù)碰撞作用過程[59]。782～876 Ma記錄了新元古代Rodinia超大陸裂解[34-37]或者板塊俯沖作用過程[38-39]。相關巖漿成因的碎屑鋯石(1 690±49)～(1 789±64) Ma與區(qū)域輝綠巖[33,60-61]、輝長巖[62]和花崗斑巖[32]年齡相當，可能與Columbia超大陸裂解有關[32-33,60,62]。

圖4 會澤地區(qū)須家河組HLS15電氣石透射光((a)和(b))和背散射((c)和(d))圖像(○代表探針位置，數(shù)字為點號)Fig.4 Features of detrital tourmaline of Xujiahe Formation HLS15 in the Huize area,photomicrographs ((a) and (b)) of representative tourmalines showing diverse shape,roundness and colors,and BSE images ((c) and (d)) showing chemical compositions of tourmaline grains

圖5 碎屑電氣石主量元素三元分類和二元分類圖(底圖據Henry et al.[47]，2011)Fig.5 Major element chemical composition of detrital tourmalines in the Xvacancy-Ca-(Na+K) ternary diagram and Xvacancy/(Xvacancy+Na+K) vs.Mg/(Mg+Fe) diagram illustrating tourmaline species (according to Henry et al. [47],2011)

表2 會澤地區(qū)須家河組砂巖HLS15電氣石電子探針數(shù)據表Table 2 Representative chemical composition of the detrital tourmalines HLS15 from the Xujiahe Formation sandstone

圖6 會澤地區(qū)須家河組砂巖碎屑電氣石成分劃分圖解(底圖據Henry和Guidotti [48]，1985)Fig.6 Composition of detrital tourmaline from Huize area plotted on the ternary classification diagrams of Henry and Guidotti[48](a)Al-Fe-Mg圖解；(b)Ca-Fe-Mg圖解；A.富鋰花崗巖、偉晶巖和細晶巖；B.貧鋰花崗巖類及其關聯(lián)的偉晶巖和細晶巖；C.富鐵電氣石巖石(蝕變花崗巖)；D.伴生鋁飽和相共存的變質板巖和變質砂巖；E.不伴生鋁飽和相的變質板巖和變質砂巖；F.富鐵電氣石石英巖、鈣質硅酸鹽巖和變質板巖；G.低鈣變超基性巖和富鉻、釩變沉積巖；H.變碳酸鹽巖和變質輝巖；1.富鋰花崗巖、偉晶巖和細晶巖；2.貧鋰花崗巖類伴生偉晶巖和細晶巖；3.富鈣變質板巖、變質砂巖和鈣質硅酸鹽巖；4.貧鈣變質板巖、變質砂巖和電氣石石英巖；5.變質碳酸鹽巖；6.變超基性巖

表3 會澤地區(qū)須家河組砂巖碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb數(shù)據表Table 3 Detrital zircon U-Pb isotopic data from the Xujiahe Formation in Huize area

(續(xù))表3 會澤地區(qū)須家河組砂巖碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb數(shù)據表(Continued)Table 3 Detrital zircon U-Pb isotopic data from the Xujiahe Formation in Huize area

圖7 會澤地區(qū)須家河組碎屑鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.7 Cathodoluminescence (CL) images of representative zircons from Xujiahe Formation sandstone of the Huize area

6 物源綜合分析

研究區(qū)晚寒武世末—早奧陶世時，受郁南運動的影響，滇中古陸與牛首山古陸連接起來并且向東擴展，滇黔古陸初步形成[63]，至中奧陶世，滇黔古陸進一步擴大，向東達黔中地區(qū)，中奧陶世之后，地殼進一步隆升，陸地繼續(xù)擴大，滇黔桂古陸形成[64]。交錯層理指示的物源方向表明，須家河組的物源可能主要來自滇黔桂古陸。

257～362 Ma的鋯石顆粒，Th/U比值為0.26～1.11，鋯石顆粒呈次棱角狀，具有明顯的振蕩環(huán)帶(圖7)，為巖漿成因。區(qū)域資料表明，峨眉山玄武巖以及同期侵入巖的形成時代為242～260 Ma[42-45,65]，因此，257 Ma的碎屑鋯石主要由峨眉山玄武巖及同期侵入巖提供。284～362 Ma的相關年齡報道較少，可能與晚古生代火山巖較少有關[66]。據現(xiàn)有資料，石炭紀，康滇古陸中南段形成侵入巖體[67]。晚泥盆世-中石炭世至早二疊世，廣西等地火山噴發(fā)規(guī)模逐漸加大[66-67]，至峨眉山玄武巖達到頂峰。這說明284～362 Ma的鋯石主要來自滇黔桂古陸石炭紀和泥盆紀巖漿巖。雖然峨眉山玄武巖分布廣泛，遍及四川、云南、貴州和廣西等地，但是，峨眉山玄武巖作為源區(qū)所占比重較少。

420～492 Ma共計7個鋯石顆粒，顆粒主要呈次棱角狀-次圓狀。Th/U比值為0.09～1.05，鋯石顆粒具有明顯的振蕩環(huán)帶，為典型的巖漿鋯石，如鋯石顆粒67和64(圖7)。位于研究區(qū)東南的滇東南老君山花崗質片麻巖的LA-ICP-MS U-Pb年齡為(402.4±1.9) Ma、(407.7±1.5) Ma、416.8～410.6 Ma[59]，滇東南老城坡片麻狀花崗巖的LA-ICP-MS U-Pb年齡為(415.4±5.2) Ma[68-69]。電氣石電子探針分析結果顯示，物源來自花崗巖類、變質砂巖和變質泥巖。鋯石形態(tài)表明部分鋯石經歷搬運。因此，滇東南花崗質片麻巖遭受剝蝕、搬運形成變質砂巖和變質泥巖，為須家河組提供沉積物，表現(xiàn)為碎屑鋯石年齡為(420±7) Ma。而年齡值(485±6) Ma的鋯石顯示幾乎未搬運，母巖類型則是花崗巖類。

782～876 Ma的碎屑鋯石顯示，顆粒主要呈次棱角狀-次圓狀，Th/U比值介于0.75～1.13，鋯石顆粒具有明顯的振蕩環(huán)帶，為典型的巖漿鋯石，如鋯石顆粒13、2和50(圖7)。且鋯石形態(tài)多樣表明部分鋯石為近源，部分鋯石則經歷一定距離的搬運。結合電氣石研究成果，南部東川下田壩花崗巖(LA-ICP-MS U-Pb年齡為(806±13) Ma[37])為研究區(qū)直接提供物質來源。同時，研究區(qū)周緣還發(fā)育(769±4) Ma花崗巖[37]和(803.1±8.7) Ma凝灰?guī)r[70]、(818.6±9.2) Ma凝灰?guī)r[71]，這些巖石遭受剝蝕、搬運形成變質砂巖和變質泥巖，成為物源區(qū)。

(1 273±46) Ma的鋯石顆粒呈次圓狀，Th/U比值為0.79，具有振蕩環(huán)帶，為巖漿成因。CL圖像表明其經歷一定距離的搬運，其源巖可能為變質砂巖和變質泥巖。

圖8 會澤須家河組砂巖碎屑巖鋯石U-Pb諧和曲線((a))和直方圖及相對頻率圖((b)、(c)、(d)) Fig.8 Concordia plot (a),histograms and relative probability plots ((b),(c) and (d)) of detrital zircon U-Pb ages of sandstones in the Huize area

1 690～2 499 Ma的鋯石顆粒共33個，占總數(shù)的55.23%，鋯石顆粒部分呈棱角狀，部分呈次圓狀(圖7)。鋯石顆粒44年齡為(1 757±38) Ma，呈現(xiàn)次棱角狀，源巖可能為花崗巖類。鋯石顆粒43年齡為(1 757±54) Ma，呈現(xiàn)次圓狀表明其經歷搬運，源巖可能為砂巖。根據區(qū)域資料，武定海孜地區(qū)斜長花崗斑巖LA-ICP-MS U-Pb年齡為(1 730±15) Ma[32]，是其直接物源，而會理輝長巖((16 941±6) Ma[62])、河口群石英角斑巖((1 722±25) Ma[69])、武定輝綠巖((1 767±15) Ma[33])、東川輝長巖((1 667±13) Ma[61])和東川平頂山組砂巖(最小鋯石年齡(1 838±10) Ma[61])經歷多次搬運作用，形成砂巖成為物源區(qū)。1 857～2 499 Ma古元古代年齡值，迄今在揚子地塊西緣沒有準確的元古代巖漿巖記錄。這些鋯石呈次圓狀，源巖巖漿巖遭受風化、剝蝕和搬運作用形成砂巖、泥巖物源區(qū)，為須家河組提供物源。

5個鋯石的年齡為2 505～2 672 Ma，反映揚子基底中大量新太古代物質[72]，與峨邊-金口河地區(qū)的鋯石年齡((2 737±30) Ma和(2 480±29) Ma[73])和研究區(qū)南部(2 742±48) Ma年齡[61]大致相當，鋯石形態(tài)說明經歷多次搬運，其源巖為變質砂巖和變質泥巖。

圖9 須家河組和飛仙關組碎屑鋯石均一化相對年齡概率圖(樣品10HLS2引自張英利等[75],2016)Fig.9 Normalized probability plots for Xujiahe Formation and Feixianguan Formation from Huize area

采用GEHRELS等[74]方法，將須家河組和飛仙關組樣品的碎屑鋯石標準化，做成年齡相對概率圖(圖9)。從圖上可以看出，二者在物源區(qū)存在明顯差異：飛仙關組的碎屑鋯石年齡峰值主要集中在248～272 Ma和715～997 Ma[75]，而須家河組的鋯石年齡峰值主要集中在257～362 Ma、420～492 Ma和1 690～2 039 Ma。二者的年齡值變化說明物源區(qū)巖石組成。飛仙關組主要來源于西部的康滇古陸[75]，而須家河組來源于南部的滇黔桂古陸。年齡相對概率圖(圖9)表明，新元古代和峨眉山玄武巖時期巖石為二者提供物源，但從飛仙關組至須家河組，新元古代物源所占比例逐漸減少，峨眉山玄武巖時期巖石比重增加，同時古元古代巖石比重增加較大。這說明，須家河組沉積時期，源自滇黔桂古陸古元古代地層的巖石隆升剝蝕強烈。大量古元古代鋯石年齡表明，滇黔桂古陸發(fā)育古元古代花崗巖和以古元古代物質為沉積物的變質砂巖和泥巖，它們共同成為須家河組的主要物源區(qū)，這與飛仙關組的物源特征差別較大。這進一步表明，物源區(qū)的變化可能與區(qū)域構造有關。早-中三疊世，受地幔柱及其后續(xù)作用影響，研究區(qū)處于伸展構造環(huán)境。中三疊世末的印支構造運動，構造擠壓作用使得揚子地塊西緣和南緣上升，構造環(huán)境為前陸盆地[5,12-13]。物源區(qū)的變化，是飛仙關組和須家河組構造環(huán)境轉換的體現(xiàn)。

7 結 論

須家河組主要為灰綠色中砂巖，灰綠色、紫紅色等泥巖夾淺灰色細砂巖，形成于辮狀河-淺湖環(huán)境，交錯層理指示物源主要來自東南方向。會澤地區(qū)須家河組砂巖的重礦物綜合分析得出以下認識。

(1)須家河組重礦物主要由鋯石、磷灰石、金紅石、鈦鐵礦、電氣石和鉻尖晶石等組成，重礦物組合說明部分物源來自巖漿巖，可能經歷再次搬運。

(2)電氣石探針分析表明，電氣石屬于堿性，主要為鎂電氣石和黑電氣石，物源主要來自變質板巖、變質砂巖、電氣石石英巖以及貧鋰花崗巖類、偉晶巖類和白崗巖等。

(3)砂巖碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡和電氣石綜合分析，物源主要來自257～362 Ma巖漿巖、420～490 Ma和1 690～2 176 Ma的巖漿巖和變質砂巖、變質板巖等，782～876 Ma、2 505～2 672 Ma等主要來自變砂巖和變泥巖等，這些構成了晚三疊世滇黔桂古陸的組成部分。

致謝：電子探針測試工作得到中國地質大學(北京)重點實驗室郝金華老師的幫助！感謝天津地質調查中心周紅英研究員對碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年工作給予的幫助！

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