塔西南奥陶系玛列兹肯群碎屑岩构造环境的地球化学判识

钱一雄，贾存善，田蜜，张永东，陈跃，邵志兵

（中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214151）

塔西南奥陶系玛列兹肯群碎屑岩构造环境的地球化学判识

钱一雄，贾存善，田蜜，张永东，陈跃，邵志兵

（中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214151）

塔西南奥陶系玛列兹肯群地质时代及构造环境对揭示塔西南下古生界盆地演化具重要意义。通过塔西南奥陶系玛列兹肯群中恰特组、坎地里克组含砾石英粗砂岩岩石学、岩石地球化学研究表明，含砾石英粗砂岩中以单晶石英为主，主要化学组分含量变化较大，Al2O3=2.75%~14.99%、TiO2=0.03%~0.82%、TFe2O3=0.78%~10.58%、MgO= 0.23%~4.93%、CaO=0.16%~7.16%、K2O=0.05%~1.89%、Na2O=1.33%~3.15%；ΣREE为23.23×10-6~98.02×10-6、L/H= 1.80~3.93、δEu=0.35~1.05、δCe=0.55~0.59。岩石地球化学特征指示，恰特组早期具洋岛型、逐渐向洋岛与大陆岛弧过渡至坎地里克组克拉通盆地成熟物源区的演化特征。

塔西南；玛列兹肯群；含砾石英粗砂岩；岩石地球化学

玛列兹肯群由玛列兹肯岩系演化而来，1958年由地质部十三大队创名，分为上、下两个岩系。新疆地质二大队汪玉珍等进一步将其划分为恰特组、坎地里克组、博塔干组、库维希组，并将顶部细碎屑岩段划归志留系买热孜干群，统称玛列兹肯群[1]。买热孜干群下部泥页岩中采集到大量笔石化石，由此新建了上奥陶统秋久博依那克组。玛列兹肯群在铁克里克南缘断续分布，在叶尔羌河上游坎地里克一带呈NNE向展布，厚1 980 m，不整合超覆于元古界之上，由于交通不便，研究程度较低（图1）①新疆维吾尔自治区地质矿产局.新疆维吾尔自治区J43C幅1∶25万地质图（电子版），2004。塔西南下古生界是否存在类似塔东北的被动陆缘盆地及岩相古地理环境，是具争议的重要基础地质问题[2-4]。本文通过奥陶系玛列兹肯群下奥陶统恰特组、坎地里克组含砾石英粗砂岩中岩石地球化学特征，揭示恰特组早期具洋岛型逐渐向洋岛与大陆岛弧过渡至坎地里克组克拉通盆地内成熟物源区的演化特征。

1 地质背景

塔西南奥陶系玛列兹肯群主要以断裂或不整合超覆于中元古界库浪那古岩群、上元古界蓟县系桑株特塔组及中元古二长花岗岩、闪长岩和英云闪长岩体上。遭加里东中晚期及海西早期超基性岩、辉长岩、二长花岗岩等的侵入，被石炭系、侏罗系叶尔羌群以断裂接触或不整合超覆接触（图1，2）。研究区位于新疆莎车县库斯拉甫幅，经萨车-库斯拉甫-炮江沟-煤矿，向南经侏罗系巨砾沟及恰特和丘久博依纳克。详勘路线剖面起点为北纬37°47′55.8″，东经76°21′50.4″，终点为北纬37°48′21.4″，东经76°20′19.3″。玛列兹肯群下奥陶统恰特组为一套下粗上细的粗碎屑岩沉积。下部为灰色、灰白色及紫红色石英质砾岩、含砾石英粗砂岩，厚层状不等粒石英砂岩互层，发育交错层理；上部为灰绿色厚层状含砾石英粗砂岩与薄层状石英中-细砂岩互层（图2，3）。坎地里克组为一套深灰色碳酸盐岩与灰白色中细粒碎屑岩沉积；中统博塔干组为石英中细砂岩、泥硅质页岩、钙质粉砂岩、含砾石英粗砂岩及深灰色纹层状灰岩、薄层含生屑或泥质瘤状灰岩、生屑灰岩、白云质灰岩，含丰富腕足、腹足类、头足类及层孔虫化石；上统库维希组为微晶灰岩、生屑纹层微晶灰岩和薄层含生屑或泥质瘤状灰岩。

2 分析方法与数据

本次研究共选送5件含砾石英砂岩样品进行岩石地球化学分析，由中国地质科学研究院地球物理地球化学所完成。样品在研磨成粉末前用去离子水清洗，清洗后研磨到200目以下。常量元素中Ca采用X射线荧光光谱法(XRF)(本次分析中SiO2未测)。Hg和As为原子荧光光谱法(CV-AFS)。其它常量、微量元素和稀土元素采用等离子体质谱法(ICP-MS)和等离子体光谱法 (ICP-OES)测定。采用标样为GSD-5、6、13，常量元素分析误差小于0.1%。微量元素分析误差（包括稀土）在±1×10-6。

图1 研究区地质简图及详勘剖面位置图Fig.1 Simplified geological map of Kusilafu area and location of geological section1.库浪那古岩群；2.博查特塔格组；3.桑株塔格群；4.玛列兹肯群；5.中元古英云闪长岩；6.石英花岗岩；7.二长花岗岩；8.闪长岩；9.加里东中期英云闪长岩；10.二长花岗岩；11.石英二长花岗岩；12.石英闪长岩；13.花岗闪长岩；14.加里东海西期辉长岩；15.辉石岩；16.超基性岩；17.剖面线；18.同位素年龄

图2 恰特剖面玛列兹肯群恰特组至坎地里克组详勘剖面及采样位置Fig.2 The section of Qiate formation and Kandilike formation,Malieziken Gropes at Qiate in Southwestern Tarim1.泥岩；2.粉砂质砂岩；3.细砂岩中粗砂岩；4.含砾中粗砂岩-砾岩；5.泥灰岩；6.泥晶灰岩；7.瘤状灰岩；8.含生屑瘤状灰岩；9.糜棱岩化灰岩；10.辉绿岩脉；11.中酸性岩脉；12.方解石脉；13.雁列脉；14.叠瓦构造；15.样品编号-分层号

3 岩石学与地球化学

3.1 岩石学特征

对恰特组中粗粒含砾砂岩镜下观察表明，其主要由含砾石英中粗砂岩及少量岩屑石英砂岩构成(图4)。其中，石英含量一般大于80%，以单晶石英为主，个别为多晶石英（脉石英）和糜棱岩中的亚晶石英。波状及块状消光，大小0.25~2.00 mm，最大6 mm。岩屑0.50~0.75 mm，主要为石英片岩、石英岩、霏细岩、花岗岩等，含量一般小于10%。含微量白云母、斜长石、正长石、条纹长石和钾长石。杂基主要为泥质、重结晶成细小鳞片状绿泥石和水云母等，含量1%~15%，次圆状和次棱角状，常呈粗粒（0.75~1.5 mm）与细粒(0.2~0.35 mm)的双峰式分布，一般为颗粒支撑，少量为杂基支撑。结构成熟度一般至较差。点-线接触为主，少量镶嵌状、弯曲状缝合线及漂浮状，孔隙式胶结。硅质次生加大，硬石膏、重晶石和方解石等矿物胶结及沿缝合线的白云石化，含量小于5%。坎地里克组中含砾中粗粒砂岩与前述岩石类型相似，但含灰质较高，为砂质灰岩，见海百合茎、藻球粒等。方解石胶结，部分交代石英碎屑。漂浮式-线接触基底式胶结为主，成份成熟度相对较高。

图3 恰特剖面中第5层浅灰-灰绿色中厚层含砾石英砂岩（a）及砾岩（b）第9层浅灰-黄灰色中厚层石英砂岩（c）Fig.3 The diagrams showing the rock features of sandstones:(a)gravel-bearing quartz sandstone；(b)conglomerate in Qiate formation;(c)quartz sandstone in Kandilike formation,Malieziken Gropes

图4 恰特剖面中石英砂岩的镜下特征Fig.4 Micrograph of textures of the quartz sandstone in Qiate profile（a)——QT-O1q-5：中粗粒石英砂岩，石英80%，岩屑含量10%，杂基含量约10%，方解石胶结；(b)——QT-O1k-19：中粗粒石英砂岩，以单晶石英为主，含量60%；杂基含量约1%，方解石胶结，部分交代石英(港湾状)，含少量硬石膏和重晶石

3.2 岩石地球化学

由表1可见，恰特组和坎地里克组中含砾砂岩中主要组分中Al2O3=2.75%~14.99%、TiO2=0.03%~ 0.82%、TFe2O3=0.78%~10.58%、MgO=0.23%~4.93%、CaO=0.16%~7.16%、K2O=0.05%~1.89%、Na2O=1.33% ~3.15%。总体来看，主要含量变化较大，除1件样品外，与全球古生代造山带砂岩相比[5]，Al2O3、CaO、MgO和Na2O含量明显偏低，远高于克拉通沉积对应值。K2O/Na2O大于1，完全不同于安第斯大陆边缘特征（SiO2=68%~74%,K2O/Na2O<1），类似大西洋型被动大陆边缘沉积。恰特组中4件样品的TiO2、MgO、MnO、CaO、Fe2O3相对较低，不同于大洋岛弧岩石地球化学[6]。含砾砂岩中微量元素U，Sc，Y，Rb，Sr含量分别为0.62× 10-6~2.41×10-6、0.69×10-6~8.53×10-6、5.93×10-6~ 20.86×10-6、59.22×10-6~116.45×10-6、2.84×10-6~ 81.09×10-6。Rb/Sr、La/Y和La/Sc比值分别为1.44~ 10.74（31.71）、0.73~1.52（10.41）、1.78~6.43（99.80）。与上地壳相比[7-9]，微量元素全部亏损（图5，表1）。

图5 恰特组和坎地里克组石英砂岩微量元素蛛网图（a）及稀土元素分布图（b）Fig.5 Primitive mantle normalized trace element spider diagrams(a)and chondrite normalized REE(b) of quartz sandstones in Qiate formation and Kandilike formation

稀土元素源岩中丰度和物源区风化条件是控制沉积物中稀土元素组成的主要因素。恰特组含砾砂岩中ΣREE=23.23×10-6~98.02×10-6、L/H=1.80~3.93、δEu为0.35~1.05、δCe为0.55~0.59，轻稀土富集-中等富集，La/Yb＝4.74~11.33，LaN/YbN=3.19~7.64。其中，QT-O1q-1中ΣREE较低，略富集，具洋岛型砂岩稀土特征。QT-O1q-5、7、9、11中的负铕（δEu）明显，ΣREE中等富集，具活动大陆边缘砂岩特征。负铕（δEu）异常小于0.90，具花岗岩物源特征[6]。

表1 恰特剖面中恰特组和坎地里克组石英砂岩主要组分、微量元素、稀土含量及组分比值Table 1 Major elements,trace elements,REE content and ratios for the quartz sandstones of Qiate formation and Kandilike formation in Qiate profile

恰特组和坎地里克组中含砾砂岩部分微量元素及稀土元素特征如下(表2)[7-9]：①以QT-O1q-1为代表的样品较低，La，Ce，U，∑REE，δEu接近1（与玄武岩无δEu相似），与洋岛地球化学特征相近。L/H、La/ Y等相对较高，与大陆岛弧类似；②QT-O1q-5，7，9中特征元素及比值介于洋岛与大陆岛弧间，更接近大陆岛弧；③QT-O1k-19中La，Ce，U，∑REE含量及L/H、Rb/Sr、La/Y、La/Sc等比值最高，具克拉通盆地物源地球化学特征。

4 讨论与结论

恰特和坎地里克组砂岩岩石地球化学特征反映出3类构造环境，一是活动大陆边缘；二是洋岛型或大陆岛弧环境；三是克拉通盆地。前人研究表明，早古生代西昆仑蛇绿岩主要沿乌依塔格-阿其克库勒湖-香日德一线分布，南侧发育大量中酸性侵入岩和火山岩。沿库地北-乌依塔格断续分布600 km以上。中奥陶世发生俯冲作用，火山灰和火山碎屑沉积广泛发育，同位素年龄集中于449~494 Ma，属奥陶纪，主要为岛弧构造背景。库地北闪长岩、花岗闪长岩岩体角闪石中40Ar/36Ar对39Ar/36Ar等时线年龄为(471±43)Ma，黑云母等时线年龄为(449±2)Ma，锆石年龄为458 Ma[10]。库地克沟块状玄武岩锆石SHRIMP年龄为（428±19）Ma，花岗岩岩体中锆石年龄为(384±1.9）Ma[11]，进一步限定了库地洋的形成、俯冲消亡的地质时代。对比下统恰特组和坎地里克组上部中粗粒石英砂岩锆石特征及年代学研究发现，恰特组和坎地里克组物源区基本相同，后者加里东中期岩浆活动影响较明显，构造环境有差异，为中上奥陶统沉积。

表2 恰特组和坎地里克组石英砂岩与各种构造杂砂岩稀土及部分微量元素对比Table 2 Comparison of the detrital rocks of Qiate formation and Kandilike formation with REE and the trace elements and characteristics in quartz sandstones under various tectonic settings

玛列兹肯群中原定为下奥陶统恰特组、坎地里克组中的碎屑岩总体为一套成份成熟度较高，双峰式粒度分布，以变质岩和中酸性岩浆岩为主要的物源；恰特组具与洋岛型、逐渐向洋岛与大陆岛弧过渡至坎地里克组克拉通盆地内成熟区的源区演化特征。

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Geochemical Identification on Structural Environment of Clastic Rocks from Ordovician Malieziken Grope in Southwestern Tarim

Qian Yixiong,Jia Cunshan,Tian Mi,Zhang Yongdong,Chen Yue,Shao Zhibing
（Research Institute of Experimental Geology,CNSPC,Wuxi,Jiangsu,214151,China）

The tectonic settings of Malieziken Gropes in Ordovician can provide an important implication on the Lower Paleozoic sedimentary basin evolution in Southwestern Tarim.This paper reports sedimentary rock features,petrogeochemistry characteristics of gravel-bearing sandstones of Qiate formation and Kandilike formation,Ordovician Malieziken Gropes in Southwestern Tarim.The preliminary results obtained by the authors indicate that gravel-bearing sandstones mainly consist of single-crystal quartz,and cobble-bearing sandstones varies in the great contents of the major geochemical composition with Al2O3=2.75%~14.99%,TiO2=0.03%~0.82%,Fe2O3=0.78%~10.58%,MgO=0.23%~4.93%,CaO= 0.16%~7.16%,K2O=0.05%~1.89%,Na2O=1.33%~3.15%,ΣREE=23.23×10-6~98.02×10-6、L/H=1.80~3.93、δEu=0.35~1.05、δCe=0.55~0.59.The petrogeochemistry characteristics inferred that the primitive gravel-bearing sandstones of Qiate formation derived from oceanic island to the transition zone,i e.between oceanic island and Continental igneous island arc, while the Kandilike formation origin from igneous island arc to internal craton.

Gravel-bearing sandstones;Petrogeochemistry;Malieziken Grope;Southwestern Tarim

1000-8845(2016)02-245-05

P588.34；P595

A

项目资助：“973”（2012CB214802）与国家重大专项（2011ZX05005-0023）、2011ZX05008-003-11及中国石化科技部项目P10023联合资助

2015-05-14;

2015-06-11;作者E-mail：qyx9167@vip.sina.com

钱一雄（1962-），男，江苏苏州人，博士，教授级高工，1984年毕业于合肥工业大学地质系，盆地分析专业