库鲁克塔格早寒武世泥质岩的地球化学特征及其地质意义

第43卷第6期中国地质Vol.43,No.62016年12月GEOLOGYINCHINADec.,2016中国地质,2016,43(6)doi:10.12029/gc20160611刘文,吴春明,吕新彪,等.库鲁克塔格早寒武世泥质岩的地球化学特征及其地质意义[J].中国地质,2016,43(6):1999-2010.LiuWen,WuChunming,LvXinbiao,etal.GeochemicalcharacteristicsandgeologicalsignificanceofEarlyCambrianargillaceousrocksinKurukTag,Xinjiang[J].GeologyinChina,2016,43(6):1999-2010(inChinesewithEnglishabstract).库鲁克塔格早寒武世泥质岩的地球化学特征及其地质意义刘文1吴春明2吕新彪3杨恩林3王祥东3汪一凡2吴建亮1（1.四川省地质调查院，四川成都610081；2.中国地质大学（武汉）地质调查研究院，湖北武汉430074；3.中国地质大学（武汉）资源学院，湖北武汉430074）提要：通过对且干布拉克地区西山布拉克组泥质岩岩石学、地球化学特征的研究，探讨其物源特征、风化作用以及沉积盆地的构造环境。且干布拉克大坂剖面泥质岩Al2O3/TiO2、Th/Sc、（Gd/Yb）N、(Eu/Eu*)N、ICV、CIA均值分别为24、0.9、1.1、0.6、1.2、70，莫合尔山剖面泥质岩Al2O3/TiO2、Th/Sc、（Gd/Yb）N、(Eu/Eu*)N、ICV、CIA均值分别为10.5、0.2、3.5、1.01、2.8、75。这些特征表明，研究区泥质岩为第一次沉积的沉积物，源区母岩主要以岩浆岩为主。且干布拉克大坂剖面泥质岩的源区母岩主要以南部的花岗岩等长英质岩浆岩为主，沉积于陆内较稳定的构造环境；莫合尔山剖面泥质岩的源区母岩主要以北部玄武岩等中基性岩浆岩为主，沉积于陆内火山岩隆起的构造环境。在诺丁尼亚超大陆裂解的大构造背景下，早寒武世早期莫合尔山的裂解作用比且干布拉克大坂更为强烈。CIA值表明且干布拉克地区泥质岩物源区母岩经历了中等程度的化学风化作用，沉积物沉积时气候较温暖、湿润，早寒武世早期位于30°S左右的低纬度地区。且干布拉克大坂剖面的含钒炭质硅质页岩、莫合尔山剖面的铁质磷质岩的元素地球化学特征暗示了磷、钒等成矿元素与可能来自于震旦纪和寒武纪的中基性火山岩。关键词：泥质岩；岩石学；地球化学；库鲁克塔格中图分类号：P588.22文献标志码：A文章编号：1000−3657(2016)06-1999-12收稿日期：:2015-11-02;改回日期：2016-02-01基金资助：“十二五”国家科技支撑计划“新疆305项目（2011BAB06B04-05）”资助。作者简介：刘文，男，1990年生，硕士，从事区域地质、矿产地质调查工作；E-mail：[e-mail]。通讯作者：吕新彪，男，1962年生，教授，博士生导师，从事矿床学、矿产普查与勘探研究；E-mail：[e-mail]。GeochemicalcharacteristicsandgeologicalsignificanceofEarlyCambrianargillaceousrocksinKurukTag,XinjiangLIUWen1,WUChun-ming2,LVXin-biao3,YANGEn-lin3,WANGXiang-dong3,WANGYi-fan2,WUJian-liang1(1.SichuanGeologicalSurvey,Chengdu610081,Sichuan,China;2.InstituteofGeologicalSurvey,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,Hubei,China;3.FacultyofResourceDepartment,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,Hubei,China)中国地质,2016,43(6)Abstract：SystematicanalysisofpetrologyandgeochemistryofXishanbulakeFormationargillaceousrocksinTseganbrarkwasmadeinthisstudy.Thepurposeofthispaperistodiscusssedimentprovenance,weatheringandtectonicsettingofsedimentationbasin.TheratiosofAl2O3/TiO2,Th/Sc,(Gd/Yb)N,（Eu/Eu*）N,ICV,CIAofargillaceousrocksinQieganbulakedabanare24,0.9,1.1,0.6,1.2,70respectively,whiletheseratiosinMoheershanare10.5,0.2,3.5,1.01,2.8,75respectively.Thesecharacteristicsindicatethatallofargillaceousrockstendedtooccurinfirst-cycledeposit.ThesourcerockofargillaceousrocksinQieganbulakedabanweregranitoidsformedinastableintracontinentalenvironment,whereasthesourcerockoftheminMoheershanwerebasic-intermediatemagmaticrocksformedinavolcanicupliftenvironment.UnderthetectonicsettingofRodiniaSupercontinentcracking,thecrackingofMoheershanwasstrongerthanQieganbulakedaban.TheCIAinthestudyareademonstratesthatthesourceregionofargillaceousrockssufferedfrommediumdegreechemicalweatheringwhichreflectsawarmandmoistclimatelocatedin30°S.TheCIAcharacteristicsofvanadium-bearingcarbonaceousshalesandphosphoritesuggestthatthesourcesofvanadiumandphosphoruswereconnectedwithbasic-intermediatemagmatisminSinianandCambrian.Keywords:argillaceousrocks;petrology;geochemistry;KurukTagAboutthefirstauthor:LIUWen,male,bornin1990,master,engagesinresearchonregionalandmineralgeology;E-mail:[e-mail]:SupportedbyNationalScience&TechnologyPillarProgramduringtheTwelfthFive-yearPlanDeviocl“Xinjiang305Program(No.2011BAB06B04-05)”.近年来，沉积岩的地球化学组成被广泛用于研究沉积岩的物源[1-2]、源区风化作用与古气候[3-4]、沉积物的分选与成岩过程[5]、重建沉积盆地的构造环境[6-8]、大陆地壳的成分组成与演化[9]。在全球范围内，泥质岩的化学组成可以反映大陆地壳的平均成分[10]。大多数泥质岩形成于特定构造背景下的局限盆地，可以反映源区母岩的物质组成[11]。基性元素（如Sc、Cr、Co）、酸性元素（如La、Th、REE)、稀土配分模式、铕异常值等参数可用于分析泥质岩的物源和构造环境[12]。迄今为止，前人对且干布拉克地区早寒武世西山布拉克组的岩性序列、岩相特征、古生物有较多的研究[13-15]，但未开展对该组泥质岩元素地球化学方面的研究。本文运用元素地球化学的手段研究了西山布拉克组泥质岩的物源特征、风化作用以及沉积盆地的构造环境，试图从沉积物物源和盆地构造环境方面提取其沉积时期的古气候与古构造信息。1区域地质特征且干布拉克地区西山布拉克组泥质岩在且干布拉克大坂—莫合尔山一带均有分布，大地构造位置上归属于库鲁克塔格地块。库鲁克塔格地块位于塔里木盆地东北缘，西北邻接南天山褶皱系，东邻中天山地块及北山褶皱系，南部为塔里木盆地坳陷带，为塔里木板块的一部分(图1-b)。其北界为辛格尔断裂，南界为孔雀河断裂。受震旦纪—早寒武世区域板块构造张裂活动的影响，在塔里木板块的东北部发育有库鲁克塔格—满加尔拗拉槽，为一向西弧形凸出，向东开口的U形拗槽，发育酸性和基性双峰式火山岩[16]。早寒武世库鲁克塔格裂陷槽作为库鲁克塔格—满加尔拗拉槽的一部分，向东开口，走向北西西，为补偿不足的深水海槽盆地[17]。根据野外的岩性组合特征，建立了且干布拉克地区西山布拉克组地层柱状对比图(图1-d)。且干布拉克大坂剖面由老到新可分为3个岩性段：第一岩性段，位于该组的底部，岩性主要为硅质岩夹粉砂质泥岩以及少量的玻屑凝灰岩；第二岩性段位于该组的中部，岩性主要为硅质岩与粉砂质页岩、炭质页岩互层，该岩性段部分层位钒较富集，金属钒主要富集在粉砂质页岩、炭质页岩中；第三岩性段位于该组的上部，岩性主要为炭质页岩、细砂岩夹硅质岩，该岩性段中含钒层主要出现在炭质页岩中，金属钒富集的层位往往伴随有薄层硅质岩的产出。该剖面中3个岩性段的岩性组合均指示海水较深的沉积环境。莫合尔山剖面由老到新可以分为两个岩性段，第一岩性段相当于且干布拉克大坂剖面第一、二岩性段，第二岩性段相当于且干布拉克大坂剖面第三岩性段。该剖面第一岩性段为铁质磷质岩、安山岩、硅质岩、硅质灰岩、粉砂质泥岩的岩性组合，该岩性段火山岩厚度较大，与上下地层均为整合接触，表明在沉积过程中火山活动强烈，为浅水环境；第二岩性段为页岩、粉砂岩、硅质岩、硅质灰岩的岩性组合，岩石颜色由灰2000中国地质2016年中国地质,2016,43(6)图1研究区大地构造位置图、地质图及岩性柱状图a—中国主要构造单元；b—塔里木及周缘地区构造简图（据文献[18]）；c—且干布拉克地区地质图(据1∶20万地质图)；d—西山布拉克组岩性柱状图；Tarim—塔里木盆地；NCB—华北扳块；SCB—华南扳块；SGT—松潘甘孜地体；QB—柴达木盆地；QT—羌塘地体；LT—拉萨地体；1—新生代沉积盆地；2—前寒武纪-古生代岩石；3—逆冲断层；4—平移断层；5—性质不明断层；6—地质界线；7—全新世沉积物；8—奥陶系；9—上寒武统突尔沙克塔格组；10—中寒武统莫合尔山组；11—下寒武统西大山组和西山布拉克组；12—前寒武系；13—花岗岩体；14—粉砂岩；15—粉砂质泥岩；16—炭质页岩；17—含钒粉砂质泥岩；18—含钒炭质页岩；19—页岩；20—硅质岩；21—硅质灰岩；22—灰岩；23—铁质磷质岩；24—冰碛岩；25—安山岩；26—剖面及采样位置；27—矿化层Fig.1Simplifiedtectonicmap,geologicalmapofthestudyareaandlithologiccolumnarsectiona-Maintectoni