秦岭造山带泥盆系形成构造环境：来自碎屑岩组成和地球化学方面的约束

书书书秦岭造山带泥盆系形成构造环境：来自碎屑岩组成和地球化学方面的约束闫臻１　王宗起１　王涛１　闫全人１　肖文交２　李继亮２　韩芳林３　陈隽璐４ＹＡＮＺｈｅｎ１，ＷＡＮＧＺｏｎｇＱｉ１，ＷＡＮＧＴａｏ１，ＹＡＮＱｕａｎＲｅｎ１，ＸＩＡＯＷｅｎＪｉａｏ２，ＬＩＪｉＬｉａｎｇ２，ＨＡＮＦａｎｇＬｉｎ３ａｎｄＣＨＥＮＪｕｎＬｕ４１．中国地质科学院地质研究所，北京　１０００３７２．中国科学院地质与地球物理研究所，北京　１０００２９３．陕西地质调查院，西安　７１００１６４．西安地质矿产研究所，西安　７１００５４１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３７，Ｃｈｉｎａ２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ３．ＳｈａａｎｘｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｙＳｕｒｖｅｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００１６，Ｃｈｉｎａ４．Ｘｉ’ａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅ，Ｘｉａｎ７１００５４，Ｃｈｉｎａ２００６１２１０收稿，２００７０５０３改回．ＹａｎＺ，ＷａｎｇＺＱ，ＷａｎｇＴ，ＹａｎＱＲ，ＸｉａｏＷＪ，ＬｉＪＬ，ＨａｎＦＬａｎｄＣｈｅｎＪＬ．２００７．ＴｅｃｔｏｎｉｃｓｅｔｔｉｎｇｏｆＤｅｖｏｎｉａｎｓｅｄｉｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇｏｒｏｇｅｎ：Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｆｒｏｍｄｅｔｒｉｔａｌｍｏｄｅｓａｎｄｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆｃｌａｓｔｉｃｒｏｃｋｓ．ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２３（５）：１０２３－１０４２Ａｂｓｔｒａｃｔ　　ＤｅｖｏｎｉａｎｓｅｄｉｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇｏｒｏｇｅｎｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔｌｙｃｒｏｐｏｕｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅＳｈａｎｄａｎａｎｄＭｉａｎｌｕｅｓｕｔｕｒｅｓ．ＡｂｕｎｄａｎｔＡｕ，ＡｇａｎｄＰｂＺｎｄｅｐｏｓｉｔｓｉｎｔｈｅＤｅｖｏｎｉａｎｓｔｒａｔａｈａｖｅａｔｔｒａｃｔｅｄｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｉｎｔｅｒｅｓｔｓｉｎｃｅｔｈｅｌａｔｅ１９６０ｓ，ｂｕｔｐｒｏｖｅｎａｎｃｅａｎｄｔｅｃｔｏｎｉｃｓｅｔｔｉｎｇｏｆｔｈｅｓｅｓｅｄｉｍｅｎｔｓａｒｅｃｏｎｔｒｏｖｅｒｓｉａｌ．Ｓａｎｄｓｔｏｎｅｄｅｔｒｉｔａｌｆｒａｇｍｅｎｔｓ，ｄｅｔｒｉｔａｌｈｅａｖｙｍｉｎｅｒａｌａｓｓｅｍｂｌａｇｅ，ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆｓｉｌｔｓｔｏｎｅａｎｄｍｕｄｓｔｏｎｅ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｃｏｎｇｌｏｍｅｒａｔｅａｎｄｐａｌｅｏｃｕｒｒｅｎｔｄａｔａｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈａｔｔｈｅＮｏｒｔｈＱｉｎｌｉｎｇｗａｓｔｈｅｍａｊｏｒｓｏｕｒｃｅａｒｅａｏｆｔｈｅＤｅｖｏｎｉａｎｓｅｄｉｍｅｎｔｓ，ａｎｄｂａｓｅｍｅｎｔｕｐｌｉｆｔｓｈｏｕｌｄｂｅａｎｏｔｈｅｒｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｏｕｒｃｅａｒｅａ．Ｄｅｔｒｉｔａｌｆｒａｇｍｅｎｔａｎｄｈｅａｖｙｍｉｎｅｒａｌａｓｓｅｍｂｌａｇｅｏｆｓａｎｄｓｔｏｎｅａｎｄｆｒａｇｍｅｎｔｓｏｆｃｏｎｇｌｏｍｅｒａｔｅｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔａｒｃｒｅｌａｔｅｄｉｇｎｅｏｕｓｒｏｃｋｓ，ｇｒａｎｉｔｏｉｄｓ，ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃｒｏｃｋｓａｎｄｓｏｍｅｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙａｎｄｕｌｔｒａｍａｆｉｃｒｏｃｋｓｓｈｏｕｌｄｏｕｔｃｒｏｐｉｎｔｈｅｓｏｕｒｃｅａｒｅａ．Ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆｓｉｌｔｓｔｏｎｅ／ｍｕｄｓｔｏｎｅａｎｄｄｅｔｒｉｔａｌｍｏｄｅｌｏｆｓａｎｄｓｔｏｎｅｓｓｕｇｇｅｓｔｔｈａｔｔｈｅＤｅｖｏｎｉａｎｓｅｄｉｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇｏｒｏｇｅｎｍａｉｎｌｙｄｅｐｏｓｉｔｅｄｉｎａｎａｃｔｉｖｅｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌｍａｒｇｉｎ，ａｎｄｔｈｅｙｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｔｈｅｒｏｃｋｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｃｔｏｎｉｃｓｅｔｔｉｎｇｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　　ＤｅｖｏｎｉａｎｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇｏｒｏｇｅｎ，Ｄｅｔｒｉｔａｌｆｒａｇｍｅｎｔｓ，Ｈｅａｖｙｍｉｎｅｒａｌａｓｓｅｍｂｌａｇｅ，Ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｐｒｏｖｅｎａｎｃｅ，Ｔｅｃｔｏｎｉｃｓｅｔｔｉｎｇ摘　要　　秦岭造山带中分布于商丹和勉略缝合带之间的泥盆系，发育有众多Ａｕ、Ａｇ和ＰｂＺｎ矿床，长期以来备受关注。对于泥盆系物源和形成环境认识始终存在不同认识。砂岩碎屑组成、碎屑重矿物、地球化学成分、砾岩组成以及古水流研究表明，北秦岭是秦岭泥盆系的主要物源区，盆地基底隆起也是泥盆系重要物源区。砂岩碎屑组成、碎屑重矿物和砾岩组成表明，泥盆系物源区曾出露有岛弧火山岩、花岗岩、变质岩及少量沉积岩、超镁铁岩。砂岩地球化学成分和砂岩碎屑模式研究表明，秦岭造山带中泥盆系主要形成于活动大陆边缘，其碎屑沉积物来自多种构造环境中的岩石单元。关键词　　秦岭泥盆系；碎屑组成；重矿物；地球化学成分；源区；构造环境中图法分类号　　Ｐ５８８．２１；Ｐ５３４．４４１００００５６９／２００７／０２３（０５）１０２３４２ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ　岩石学报国家自然科学基金项目（４０３３４０４４，４０６０２０２６）和地质调查项目（１２１２０１０６１１８０７）共同资助．第一作者简介：闫臻，男，１９７０年生，博士，沉积学专业，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]１　引言沉积岩约占地球表面出露岩石总量的２／３，是由物源区已有各类岩石经历各类地质作用（如风化、搬运、沉积及成岩作用等）再改造形成的。其中砂岩碎屑组成包含有丰富的源区信息，砂岩结构和构造则客观记录了形成过程中所经历的各种地质营力改造和形成沉积环境。ＤＳＤＰ和ＯＤＰ岩芯砂岩样品碎屑组成研究结果表明，不同类型沉积盆地中砂岩类型及其组成均不同，且这些砂岩对应于不同构造环境的物源区（ＤｉｃｋｉｎｓｏｎａｎｄＶａｌｌｏｎｉ，１９８０；Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ，１９８５；ＭａｒｓａｇｌｉａａｎｄＩｎｇｅｒｓｏｌｌ，１９９２）。因此，砂岩碎屑组成和地球化学特征不仅可以客观揭示物源区性质、构造环境及沉积盆地构造属性和演化历史，而且为盆山耦合关系研究提供依据（ＤｉｃｋｉｎｓｏｎａｎｄＶａｌｌｏｎｉ，１９８０；Ｚｅｒｆａｓｓｅｔａｌ．，２００４；Ｙａｎｅｔａｌ．，２００６）。尽管砂岩的碎屑组成曾受多种地质因素的改造和破坏，使得其原始结构和成分均发生不同程度的破坏和改变（Ｐｅｌｌｅｔａｌ．，１９９７；Ｓｉｒｃｏｍｂｅ，１９９９），降低了其对源区信息判别的精确度，但是砂岩地球化学分析可为蚀变、搬运和成岩作用等研究提供重要信息，同时砂岩地球化学成分研究可为研究砂岩物源类型和盆地形成构造环境提供重要依据（ＭｃＬｅｎｎａｎｅｔａｌ．，１９９０；Ｂａｕｌｕｚｅｔａｌ．，２０００；Ｙａｎｅｔａｌ．，２００６）。此外，砂岩中的砾岩组成直接记录了源区类型，是盆地物源区和盆地形成构造环境的直接记录者（Ｆｏｌｌｏ，１９９２；Ｇｕｔｊａｈｒｅｔａｌ．，２００６；Ｙａｎｅｔａｌ．，２００６）。由此可见，利用砂岩碎屑组成、砾岩碎屑组成和细碎屑岩地球化学分析相结合，可为盆地物源和盆地形成构造环境研究提供明确、直接的信息。本文利用砂岩碎屑组成、岩石地球化学特征结合砾岩组成来探讨秦岭造山带中泥盆系的沉积物源，进而讨论泥盆系形成构造环境。２　区域地质概况秦岭造山带是中央造山带的重要组成部分（图１ａ），其构造演化是研究华北与扬子板块相互作用的关键，备受中外地质学家的关注。长期以来，对于该造山带的演化研究多集中于岩浆岩、变质岩和蛇绿岩等方面，而对于沉积岩研究多集中于沉积环境研究（杜定汉，１９８６；杜远生，１９９７；王宗起等，２００２），相对缺乏利用砂岩碎屑组成、地球化学分析和砾岩组成三者相结合来进行源区构造环境和盆地演化研究。秦岭造山带被商丹和勉略两条缝合带分割为北秦岭、南秦岭和扬子板块北缘三个构造带（ＭｅｎｇａｎｄＺｈａｎｇ，１９９９）。其中北秦岭由早元古代秦岭弧（秦岭群）、早古生代（≈４９０～４７０Ｍａ）岛弧蛇绿岩（丹凤群）和弧后盆地（二郎坪群）（张国伟等，１９８８；Ｌｉｅｔａｌ．，１９８９；Ｘｕｅｅｔａｌ．，１９９６ａ，１９９６ｂ）、晚古生代岩浆弧（Ｒｅｉｓｃｈｍａｎｎｅｔａｌ．，１９９０；Ｌｅｒｃｈ图１　研究区位置（ａ）和秦岭地质简图（ｂ）（据张二朋等，１９９３）Ｆｉｇ．１　Ｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｓｔｕｄｙａｒｅａ（ａ）ａｎｄＳｉｍｐｌｉｆｉｅｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍａｐｏｆｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇｏｒｏｇｅｎ（ｂ）（ｍｏｄｉｆｉｅｄａｆｔｅｒＺｈａｎｇＥＰ．ｅｔａｌ．，１９９３）ｅｔａｌ．，１９９５；Ｘｕｅｅｔａｌ．，１９９６ａ；Ｚｈａｉｅｔａｌ．，１９９８）组成。南秦岭主要由分布于商丹和勉略缝合带之间泥盆系构成，近ＥＷ向断裂将南秦岭晚古生代自西向东分为西和成县、山阳、镇安和旬阳等一系列沉积盆地（图１ｂ），在造山带走向上表现为“串珠状”，垂直于造山带走向上具有等间距展布特征，空间上具有“背驮式”特征（王宗起等，２００２）。盆地内产有大型超大型以及众多中小型Ａｕ、Ａｇ、ＰｂＺｎ等矿床，历来备受中外地质学家和矿床学家的普遍关注。盆地内岩石组合复杂，沉积相变化剧烈，从不同侧面客观记录了秦岭造山带晚古生代演化历史和盆地古地理格局演变。西和成县盆地中泥盆系主要由晚泥盆世河流相大草滩群、中晚泥盆世海相舒家坝群和泥盆纪西汉水群共同组成（图２）。山阳盆地（图３）位于商丹断裂带和凤镇山阳断裂之间，主要充填物为中上泥盆统刘岭群，该套组合包括上泥盆统桐峪寺组和下东沟组、中泥盆统牛耳川组、池沟组和青石垭组。桐峪寺组集中出现于盆地北部并紧邻北秦岭岛弧杂岩带，不整合于丹凤群之上，为浅海相沉积组合（周正国等，１９９２）。下东沟组、牛耳川组、池沟组和青石垭组分布于盆地中部和南部，为潮坪相组合（杨志华，１９９１）。镇安盆地内早泥盆世古道岭组和晚泥盆世星红铺组均为潮坪相沉积组合，晚泥盆世九里坪组及石炭系则为深水盆地相沉积。旬阳盆地内的泥盆系相对复杂，由下泥盆统西岔河组和公馆组、中泥盆统石家沟组、大枫沟组和杨家岭组以及上泥盆统落驾峪组、冷水河组、南羊山组共同构成，总体为潮坪相沉积组合，局部可见浊流沉积（杨志华，１９９１；王宗起等，２００２）。在西和成县盆地南侧，是一套由泥盆纪三叠纪砂岩、泥岩和硅质岩、薄层灰岩构成的典型深水沉积。其中发育丰富底模构造，表明这些碎屑沉积物源来自北东方向（何海清，１９９６）。区域上，泥盆系不整合于早古生代和前寒武纪地层之上。盆地北侧基底主要由岛弧火山岩（李子园群、罗汉寺群４２０１ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ　岩石学报２００７，２３（５）图２　西和成县盆地地质简图Ｆｉｇ．２　ＳｉｍｐｌｉｆｉｅｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍａｐｏｆＸｉＣｈｅｎｇＢａｓｉｎ图３　山阳、镇安和旬阳盆地地质简图Ｆｉｇ．３　ＳｉｍｐｌｉｆｉｅｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍａｐｏｆＳｈａｎｙａｎｇ，Ｚｈｅｎ’ａｎａｎｄＸｕｎｙａｎｇＢａｓｉｎｓ和丹凤群）组成，盆地中部断续出露寒武系、奥陶系、志留系和前寒武系（图１ｂ）。李子园群由玄武岩、安山岩、英安岩、火山碎屑岩、砂岩和大理岩组成，大理岩中产有奥陶纪泥盆纪牙行刺化石（李永军，１９８８）；罗汉寺群分布于陕甘交界唐藏黄柏塬地区，是从泥盆纪桐峪寺组中解体出来，由玄武岩、玄武安山岩、安山岩、英安岩、砂岩和灰岩共同构成，校培喜等（１９９８）推断其时代为早古生代，但迄今无可靠时代依据；丹凤群由玄武岩、安山岩、凝灰岩、凝灰质粉砂岩构成，粉砂岩中包含有奥陶纪志留纪放射虫化石（Ｃｕｉｅｔａｌ．，１９９６）和泥盆纪孢粉化石①。火山岩地球化学研究表明，这些地层岩石组合具有岛弧特征（张宗清等，１９９４；张维吉等，１９９４；Ｌｅｒｃｈｅｔａｌ．，１９９５；校培喜等，１９９８）。盆地南部断续出露的前寒武系（陡岭群、耀岭河群、武当群和陨西群