松潘松潘甘孜地块前寒武三叠系沉积地球化学研究

松潘松潘甘孜地块前寒武三叠系沉积地球化学研究

1松潘—前言松潘-甘孜地块是中国大陆结构中的一个重要基本构造单元，聚集了许多地块和不同类型的造山带。松潘-甘孜地块是中国大陆东西两侧的中心造山系，位于中国大陆东西两侧的四川、云南和贺兰构造带的交汇处。因此,松潘—甘孜地块便有“中国结”及“中国地质百慕大”的称号。因此对该区沉积物组分和来源进行的研究对于认识其发展演化具有重要意义。2子板块的几何形态松潘—甘孜地块位于中国西南部,北邻劳亚板块,西邻青藏高原,东南以龙门山—锦屏山与扬子板块相连,东北以秦岭造山带与华北板块相连接。该地块是众多板块的汇聚区,在平面上呈现为三面围限会聚的倒三角形几何形态(图1)。该地块从前寒武系到中新生界出露完整,内部主要以上古生界、中生界三叠系为主导,其完整的沉积岩系保存着其形成演化的地球化学记录。3分析样品和分析方法我们对松潘—甘孜地块进行了详细考察和全面样品采集。采集的样品主要为砂岩,对其中32个样品的常量元素进行了X射线荧光光谱分析(XRF分析);对39个样品(包括XRF分析的32个样品)的微量元素进行了电感耦合等离子体质谱分析(ICP—MS分析)。两项测试均在中国科学院地质与地球物理研究所进行。4常量元素分析4.1种构造环境的影响沉积盆地的物源区与其构造环境的密切相关,不同构造环境的物质所形成的碎屑岩具有不同的地球化学特征。log(K2O/Na2O)—SiO2判别图解可划分出三种构造环境:被动大陆边缘(PM)、活动大陆边缘(ACM)和岛弧(ARC)。由图2可以看出:前寒武系基本都落在活动大陆边缘,平武的一个样品落在岛弧环境;寒武系的样品落在了岛弧环境,广元和丹巴志留系的样品落在活动大陆边缘;泥盆系—二叠系的五个样品中,北部广元和平武落在岛弧环境,西南部的样品落在活动大陆边缘;三叠系样品大都落在岛弧环境中。由被动大陆边缘(PM)经活动大陆边缘(ACM)向岛弧(ARC),砂岩的K2O/Na2O比值不断降低,其成熟度相应下降。4.2风化程度型成岩岩风化过程中Ca、Na一致减少而Al增加,因此风化作用化学指数CIW(ChemicalIndexofWeathering:Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O)*100)可以表示矿物的风化程度。不同岩石矿物的CIW值不同,一般为:斜长石50左右,闪长岩20～50,钾长石60～85,蒙脱石介于75～80,云母80～100,高岭石接近100。在CIW—SiO2的图解(图3)中可以看出:前寒武系—二叠系的CIW大多在70以上沉积物以钾长石、云母为主,风化程度较高;三叠系沉积物的风化程度普遍较低,沉积物以斜长石为主。4.3样品落在中性火成物源区从砂岩—泥岩组合的物源区判别图解(图4)可以看出:前寒武系的样品有两个落在长英质火成物源区,江油、平武各一个样品落在中性火成物源区;寒武系—志留系的样品大多落在长英质和中性火成物源区,江油的样品落在石英岩沉积物源区;汶川的泥盆系样品落在镁铁质火成物源区,其它样品则在长英质、中性和石英岩沉积物源区交界处;三叠系物源区为石英岩沉积物源区和中性火成物源区。5变量分析5.1样品中镁铁组分的检测不活动元素La、Th在长英质岩中的含量比基性岩高,而Sc、Co在后者中的含量高。因此,沉积岩中La/Co与Th/Co的比值可用于区分长英质和镁铁质源区。由图5可以看出:前寒武系样品的La/Th值为2.8～4.7;寒武—志留系样品的La/Th值范围较大(1.5～6.1),可能物源区不稳定或有火山物质的加入;泥盆—二叠系的丹巴、江油样品La/Th值在2.5左右,平武、汶川为3.5,即镁铁质组分增加;三叠系样品La/Co值集中于3.0～4.5,Th/Co集中于1.0～1.5,La/Th值集中在2.7～3.1,表明三叠系有相同的物源区且长英质组分有所增加。5.2活动大陆边缘与寒武系的分离La—Th—Sc,Th—Sc—Zr/10判别图解可将物源区的构造环境划分为大洋岛弧(A)、大陆岛弧(B)、活动大陆边缘(C)和被动大陆边缘(D)。在La—Th—Sc图解中,活动大陆边缘和被动大陆边缘的分布区出现了重叠,Th—Sc—Zr/10图解将两者彻底分开。在La—Th—Sc图解(图6)中前寒武系的两个样品落在大陆岛弧,其它落在活动大陆边缘边部;在Th—Sc—Zr/10图解中,除一个样品外都落在了大陆岛弧。这两者的矛盾可能是由于此图解的不完善或不成熟造成的。在La—Th—Sc的图解(图7)中,寒武系的样品落在大陆岛弧,志留系的样品落在活动大陆边缘和被动大陆边缘;在Th—Sc—Zr/10判别图解中,有寒武系的五个样品也在大陆岛弧内,而另外三个在被动大陆边缘,一个不能确定。由La—Th—Sc图解(图8)可知:泥盆系的样品落在大陆岛弧环境;二叠系的样品落活动大陆边缘;与Th—Sc—Zr/10图解偏差较大。三叠系样品大多落在大陆岛弧环境,La—Th—Sc,Th—Sc—Zr/10两个图解(图9)基本吻合。5.3岩石重、稀土元素含量如果组成砂岩的碎屑母岩源自上地壳,那么砂岩中稀土元素的分布型式应与上地壳一致。上地壳稀土元素的分布为:富轻稀土,重稀土含量均一和Eu具明显负异常。整体来看(图10),该区砂岩中轻稀土元素含量少于重稀土元素含量,只有三叠系轻稀土元素含量略大于重稀土元素含量;志留系以下为Eu正异常,泥盆系是其转折点Eu正负异常均有出现,三叠系出现负异常。因此,三叠系砂岩中的稀土元素分布形态与上地壳一致即碎屑母岩主要源自上地壳,其它地层的沉积物中则可能有火山物质加入。6地质时代及物源区的变化目前许多学者对该区物源的研究尚存在争议,主要对其物源是来自华北板块还是扬子板块有争议:对松潘—甘孜地块部分地区的研究表明从早古生代到晚三叠世一直接受扬子板块的物源;法国学者O.Burguier等(1997)认为该区在震旦纪和中三叠世以后接受扬子板块的物源,而在其它时期则接受华北板块的物源。本文通过对松潘—甘孜地块砂岩的常量元素、微量元素含量的分析(表1,表2),对其物源区的构造环境已基本明确:前寒武系、泥盆系、二叠系的物源区都处在活动大陆边缘或大陆岛弧;寒武系、奥陶系、志留系、三叠系的物源区处在大陆岛弧(沈渭洲等的研究也证实了此点)。大陆岛弧为弧间前弧或后弧盆地,靠近火山弧,发育在厚的大陆地壳或薄的大陆边缘上,活动大陆边缘发育在(或靠近)厚的大陆边缘。大陆岛弧的存在表明有大洋板块向大陆板块的俯冲。古生代时期,松潘—甘孜地块与华北板块隔着一个宽阔的特提斯洋,有大量大洋岛弧的存在。地球物理资料反映,深部松潘—甘孜地块向扬子板块的俯冲表明地质时期扬子板块上有大陆岛弧的存在。该区沉积物的成熟度整体不高表明沉积物并未经过长距离的搬运,且不同时期物源区的变化不大。前寒武—二叠系沉积物以长英质火成物源区和中性火成物源区供应为主;寒武—志留系有石英岩沉积物源区的加入,La/Th(1.5～6.1)的范围较大,可能此期的物源区不稳定;泥盆—二叠系镁铁质成分较高,表明可能受到峨眉山玄武岩喷发的影响;三叠系物源区主要为石英岩沉积物源区和中性火成物源区;三叠系样品的La/Co、Th/Co、La/Th值非常集中,表明该区三叠系有长英质组分较高的稳定物源区。一个地区某个时代的沉积物来源只能是源区中比其更早的原岩或同期的火山物质。同时代的沉积变质物质不可能为其来源。因此,寻找某区的沉积源区时就要追溯周边更老的岩石组合及构造环境。由岩相古地理知震旦纪该区北部为陆相且前震旦系有大量的中酸性火山岩;在约950～900Ma期间扬子板块西北缘存在近东西向的俯冲带和火山弧,而860～750Ma期间有大规模的岩浆活动,这些都发生在前震旦纪;古生代时期,该区与华北板块隔着宽阔的特提斯洋;在志留—泥盆纪华北板块和扬子板块逐渐对接,泥盆系组分的异常说明二者在此期的对接影响了该区物源的变化。华北板块缺失泥盆系和下石炭系,主要处于暴露风化条件下,导致稳定元素多于不稳定元素,与该区三叠系砂岩中稳定元素与不稳定元素基本持平不符。三叠纪印支运动华北板块和扬子板块的碰撞导致了秦岭—大别造山带的形成,碰撞过程把地壳深部或幔源的镁铁质组分带至地表,进而改变了沉积物的组成,同时秦岭—大别造山带的隆起也会阻止华北板块的物源。Sm—Nd模式年龄的研究表明,华北板块不可能为扬子板块提供物源。松潘—甘孜地块与扬子板块相比,范围更小且与华北板块接触的时间更短。因此有以上综述可以得出以下结论。7区域表面物源区的划分(1)松潘—甘孜地块的物源区具有发育大陆岛弧的特征。(2)松潘—甘孜地块不同时期的沉积物都有火山物质的加入,沉积物成熟度不高,三叠系主要以上地壳的