西秦岭下三叠统江里沟组构造环境和物源特征——来自碎屑岩地球化学、锆石U-Pb 年代学的约束

曾俊杰李康宁严康韦乐乐火兴达张健鹏

1) 甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院,兰州,730050;

2) 陕西国际商贸学院珠宝学院,陕西省宝石教学示范中心,西安,712000

内容提要:甘肃省夏河—合作地区是西秦岭重要的金矿富集区之一,下三叠统江里沟组是区内主要的赋矿地层,主要岩性有长石砂岩、泥质板岩。 砂板岩中SiO2=53.2%～69.34%,平均值62.36%; Al2O3=10.80%～17.46%,平均值14.20%;FeO=0.45%～4.85%,平均值3.31%; CaO=1.92%～7.66%,平均值3.59%。 稀土元素总量较高,REE=117.97×10-6～258.93×10-6,平均=179.98×10-6。 经球粒陨石标准化,曲线明显右倾,富集轻稀土元素,δEu=0.55～0.77,平均值0.65,具有明显的负异常;经北美页岩标准化,可见曲线近似平行略向右倾斜,δEu=0.85～1.18,平均值1.00,不具有异常。 锆石的年龄范围为260～2594 Ma,主要集中在印支期—海西期(峰值276 Ma、391 Ma)、加里东期(峰值463 Ma)、古元古代—新太古代(峰值1866 Ma、2501 Ma)三个阶段。 通过碎屑岩主微量元素地球化学、碎屑锆石U-Pb 年龄谱系、结合区域地质背景综合判断,江里沟组源区的构造环境主要呈现出大陆岛弧、活动大陆边缘的特征,物源主要是来自上地壳的长英质火山岩,绝大多数来西秦岭及其邻区同期岩浆岩,部分来自北秦岭构造带、祁连造山带及华北板块南缘的变质基底。 本次研究为西秦岭地区构造演化提供了沉积学的证据。

秦岭造山带以商丹带和勉略带两条古蛇绿构造混杂岩带,将秦岭划分为华北板块、秦岭微板块和扬子板块。 西秦岭造山带为秦岭造山带的西延部分,位于文县—徽县—成县盆地—凤县—太白盆地一线以西,东侧为东秦岭造山带,北以宝鸡—天水—武山—临夏为界与祁连造山带相邻,南以玛沁—文县—勉县—略阳为界与松潘—甘孜地块过渡衔接,西与柴达木和昆仑造山带毗邻(图1a)。 西秦岭挟持于华北板块南缘祁连—北秦岭加里东构造带和扬子板块北缘海西构造带的拼结部位,是诸多地块和造山带汇聚交接地带(任纪舜等,1991;闫臻,2002)。 总体上是由大大小小数量不等海陆相间的微板块组成的一个多岛小洋盆(潘桂棠等,1997;许志琴等,2006),具有多期多阶段多旋回性、软碰撞的特点(殷鸿福等,1992;Zhang Kexin,2000)。

西秦岭造山带是我国重要的金锑铅锌等多金属成矿区之一,近年来随着早子沟金矿、加甘滩金矿等一批大型、超大型金矿的发现,使西秦岭夏河—合作地区成为我国重要金矿富集区。 在西秦岭夏河—合作地区广泛分布的三叠纪地层是金矿的主要赋矿层位(图1b),三叠系主要为一套砂板岩复理石沉积,记录了西秦岭及其周缘晚古生代—中生代构造岩浆演化、成矿作用和物质来源等重要信息,具有独特的地质意义。 一直以来,大多数学者将目光聚焦于研究区岩浆岩和金矿方面,并取得了不少成果,但对这一地区沉积岩关注极少,只通过剖面测量或区域调查,对三叠系地层进行了地层层序、沉积环境等方面的研究(殷鸿福等,1992;何海清,1996;李永军等,2003;闫臻等,2012)。 本文通过对区内下三叠统江里沟组碎屑岩主微量元素地球化学特征以及碎屑锆石U-Pb 年代学研究,探讨其构造属性和物源组成,为研究西秦岭造山带盆山构造演化提供新的证据。

图1 甘肃夏河—合作地区地质简图(据张国伟等,1995;李康宁等,2019)Fig. 1 Geological map of Xiahe—Hezuo area,Gansu (from Zhang Guowei et al., 1995＆;Li Kangning et al., 2019＆)

1 地质背景

研究区位于西秦岭西北部夏河—合作一带,岩浆岩发育,呈弧形北西向断续分布,以石英闪长玢岩—花岗闪长岩组合为主,时代集中在210 ～250 Ma,形成于活动大陆边缘弧构造环境 (刘伯崇等,2018)。 区域地层整体呈一背斜构造(力士山复背斜),北西向带状展布。 以夏河—合作断裂为界,以北为古生代地层,主要有石炭系、二叠系,为滨浅海相陆源碎屑岩夹碳酸盐岩建造;以南主要为三叠系,为一套半深海斜坡相细碎屑岩复理石建造。

下三叠统江里沟组为区内最主要的赋矿地层,早子沟金矿、加甘滩金矿两个特大型金矿均位于这套地层中。 江里沟组北西向展布,顶、底分别与中—下三叠统大河坝组、下三叠统果木沟组呈断层接触。下三叠统江里沟组可分为三段:一段由灰色泥硅质、粉砂质板岩夹深灰色砂岩和灰色泥晶灰岩、砂质灰岩透镜组成;二段由灰黑色泥硅质板岩、粉砂质板岩夹灰褐色长石石英砂岩、含砾长石石英砂岩组成;三段下部岩性组合为灰褐色岩屑长石砂岩、长石石英砂岩、粉砂岩夹板岩,上部出现微晶灰岩透镜。 正粒序层理、水平层理、平行层理、交错层理非常发育。罗根明等(2007)根据化石资料和区域对比,将这套地层划分为早三叠世奥伦尼克期,沉积于大陆斜坡边缘半深海环境。

2 样品描述和分析方法

2.1 样品特征

江里沟组(T1j)一共采取地层岩石样品5 件。其中D13 样品取自江里沟组一段(T1j1)底部,岩性为灰白色中粒岩屑石英砂岩;D14、D15 样品取自江里沟组二段(T1j2)底部和顶部,岩性分别为灰黑色粉砂质板岩、灰黑色细粒石英砂岩;D16、D17 样品取自江里沟组三段(T1j3)底部和顶部,岩性分别为褐色泥质粉砂岩、灰色细粒石英砂岩。

挑选的锆石颗粒主要为无色透明,形态以短柱状、不规则状和长柱状为主。 从阴极发光图上可以看出锆石发育明显的振荡环带,部分锆石因为后期的变质作用或者热液活动出现部分的变质增生结构(图2)。

2.2 样品测试

主量元素由国土资源部武汉矿产资源监督检测中心测试,采用X-射线荧光光谱仪(XRF),分析仪器型号XRF-1800,相对误差小于1%;微量元素在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室测试,采用等离子发射光谱法(ICP-MS),仪器为美国安捷伦公司Agilient 7700 型,相对误差小于5%。

锆石制靶、阴极发光(CL)电子成像和锆石LAICP-MS U-Pb 年龄测试在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。 ICP-MS 仪为Agilent7500a,激光剥 蚀系统为GoLas2005。 激光束斑直径44 μm,激光能量密度8 mJ/cm,剥蚀频率8 Hz。 使用标准锆石91500 作为外标进行同位素比值校正,元素含量以国际标样NIST610 为外标。 同位素比值和元素含量计算采用软件ICPMSDATACAL11 处理,并利用ISOPLOT/Ex_ver3(Ludwig,2003)获得谐和年龄和图解。 为避免古老锆石(>1.0 Ga) 普遍存在铅丢失的现象,采用n(207Pb)/n(206Pb) 年龄作为锆石年龄, 对于n(206Pb)/n(238U)年龄<1000 Ma 的锆石,则选用n(206Pb)/n(238U)年龄作为锆石年龄。

岩性 灰白色中粒岩屑石英砂岩 灰黑色粉砂质板岩 灰黑色细粒石英砂岩 灰色细粒石英砂岩样品编号 D13-1 D13-2 D13-3 D14-1 D14-2 D14-3 D15-1 D15-2 D15-3 D16-2 D16-3 D17-1 D17-2 D17-3 Hf 7.70 4.03 5.14 3.57 4.45 3.68 4.56 4.89 4.45 3.57 6.31 9.41 8.58 11.30 La 35.10 24.88 31.08 33.54 36.69 33.93 37.62 36.69 37.42 37.08 36.85 49.48 44.37 57.44 Ce 73.12 49.69 62.45 71.10 76.53 71.09 78.45 75.95 76.49 75.55 74.63 98.44 89.82 114.48 Pr 7.90 5.60 6.95 7.93 8.37 8.15 8.73 8.41 8.58 8.24 8.20 10.83 9.95 12.51 Nd 29.17 20.91 26.41 29.53 31.36 30.74 32.28 31.10 31.65 30.61 30.03 39.51 37.00 45.12 Sm 5.33 4.04 4.86 5.84 5.95 5.95 5.92 5.92 6.00 5.68 5.67 6.90 6.79 7.62 Eu 1.07 0.96 1.07 1.16 1.12 1.15 1.14 1.17 1.13 1.15 1.14 1.21 1.20 1.25 Gd 4.48 3.62 4.13 5.00 5.03 5.24 5.07 5.13 5.05 4.84 4.64 5.74 5.62 6.23 Tb 0.69 0.56 0.60 0.77 0.78 0.76 0.76 0.79 0.74 0.72 0.66 0.85 0.81 0.95 Dy 3.75 3.13 3.57 4.50 4.82 4.72 4.63 4.83 4.67 4.37 3.91 4.82 4.88 5.34 Ho 0.79 0.62 0.69 0.88 0.95 0.91 0.93 0.98 0.90 0.87 0.77 0.96 0.94 1.06 Er 2.17 1.78 1.99 2.59 2.73 2.71 2.68 2.85 2.60 2.49 2.20 2.66 2.73 2.94 Tm 0.35 0.26 0.30 0.38 0.44 0.41 0.40 0.44 0.42 0.38 0.34 0.44 0.42 0.45 Yb 2.26 1.66 1.94 2.48 2.81 2.79 2.65 2.81 2.62 2.42 2.27 2.79 2.66 3.05 Lu 0.35 0.26 0.30 0.38 0.42 0.40 0.42 0.45 0.40 0.39 0.34 0.42 0.42 0.49 Y 22.29 18.64 19.73 26.04 27.74 26.78 26.22 28.47 27.02 23.88 22.59 27.56 27.35 30.11 Sc 9.32 7.50 8.98 14.77 15.94 14.59 14.24 14.26 14.26 15.41 9.36 11.60 11.28 11.20 Ga 13.1 11.8 13.3 19.7 22.1 19.5 20.6 21.1 21 21.7 15.3 15.7 16.3 16.1 Cs 7.89 6.74 9.10 5.15 6.30 5.29 7.06 7.01 8.23 15.60 8.51 4.91 5.50 5.30 Ti 0.58 0.51 0.62 0.65 0.78 0.61 0.75 0.70 0.75 1.02 0.55 0.45 0.50 0.50 Li 8.37 6.57 6.28 57.60 58.20 58.90 51.40 51.00 50.90 60.00 23.50 41.50 38.80 40.20 V 57.5 47.3 56.1 98.5 110.0 96.6 98.0 96.9 99.5 96.0 56.6 76.7 79.3 78.1 Cr 54.5 44.0 49.9 65.3 75.0 64.6 70.4 71.6 71.6 67.7 50.9 66.9 64.4 66.7 Co 38.2 28.9 33.8 16.2 17.1 17.1 21.3 20.7 18.6 15.1 30.1 29.3 29.0 29.1 Ni 18.8 16.8 19.9 34.5 35.5 33.8 32.9 33.3 32.5 31.4 18.4 25.4 22.9 22.8 Fe2O3 T 3.63 3.09 3.63 6.29 6.48 6.25 6.07 5.90 5.80 6.55 3.89 4.70 4.67 4.76 Fe2O3 T+MgO 5.07 5.02 5.02 9.08 9.31 8.95 8.69 8.47 8.37 7.58 4.66 6.81 6.74 7.12 K2O/Na2O 1.20 1.59 1.29 1.43 1.48 1.19 1.33 1.25 1.38 23.39 1.08 0.85 0.95 0.87 SiO2/Al2O3 6.06 5.68 5.79 3.77 3.32 3.97 3.69 3.77 3.61 3.35 5.25 5.12 4.97 5.08 K2O/(CaO+Na2O) 0.56 0.26 0.49 0.40 0.63 0.38 0.72 0.64 0.57 0.54 0.42 0.44 0.49 0.40 F1 -2.71 -0.34 -1.92 1.31 0.63 1.18 -0.33 -0.21 0.23 3.93 0.54 -1.47 -1.42 -1.68 F2 -2.29 -1.01 -1.59 -3.29 -3.27 -3.60 -3.56 -3.48 -2.76 2.08 -1.78 -4.31 -4.14 -4.23 F3 0.02 0.34 0.08 1.62 1.34 1.52 0.73 0.88 0.89 -1.75 -1.03 0.84 0.60 0.97 F4 -3.01 -4.62 -4.10 -5.29 -4.63 -4.50 -3.04 -3.06 -3.63 -7.62 -1.06 -1.46 -1.46 -1.37 ΣREE 166.53 117.97 146.34 166.08 178.00 168.95 181.68 177.52 178.67 174.79 171.65 225.05 207.61 258.93 LREE 151.69 106.08 132.82 149.10 160.02 151.01 164.14 159.24 161.27 158.31 156.52 206.37 189.13 238.42 HREE 14.84 11.89 13.52 16.98 17.98 17.94 17.54 18.28 17.40 16.48 15.13 18.68 18.48 20.51 LREE/HREE 10.22 8.92 9.82 8.78 8.90 8.42 9.36 8.71 9.27 9.61 10.35 11.05 10.23 11.62 Y/Ho 32.41 32.94 32.10 53.08 45.51 55.41 43.87 47.57 43.33 30.78 33.45 56.44 45.80 45.60 (La/Yb)N 11.14 10.75 11.49 9.70 9.37 8.72 10.18 9.37 10.24 10.99 11.64 12.72 11.96 13.51 (δEu)N 0.67 0.77 0.73 0.66 0.63 0.63 0.64 0.65 0.63 0.67 0.68 0.59 0.59 0.55 (δCe)N 1.08 1.03 1.04 1.07 1.07 1.05 1.06 1.06 1.05 1.06 1.05 1.04 1.05 1.05 (La/Sm)N 4.25 3.98 4.13 3.71 3.98 3.68 4.10 4.00 4.03 4.21 4.20 4.63 4.22 4.87 (Gd/Lu)N 1.58 1.72 1.70 1.63 1.48 1.62 1.49 1.41 1.56 1.53 1.69 1.69 1.65 1.57 (La/Yb)S 1.46 1.41 1.51 1.28 1.23 1.15 1.34 1.23 1.35 1.44 1.53 1.67 1.57 1.78 (δEu)S 1.03 1.18 1.12 1.01 0.96 0.97 0.98 1.00 0.96 1.03 1.04 0.90 0.91 0.85 (δCe)S 1.04 1.00 1.01 1.03 1.04 1.01 1.03 1.03 1.01 1.03 1.02 1.01 1.01 1.01 (La/Sm)S 1.23 1.15 1.20 1.08 1.15 1.07 1.19 1.16 1.17 1.22 1.22 1.34 1.22 1.41 (Gd/Lu)S 1.08 1.18 1.16 1.11 1.01 1.11 1.02 0.96 1.07 1.05 1.15 1.16 1.13 1.08 La/Yb 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.01 0.01 0.02 注: F1= -1.773TiO2 +0.607Al2O3 +0.76Fe2O3T -1.5MgO+0.616CaO+0.509Na2O-1.224K2O-9.09;F2 = 0.445TiO2 +0.07Al2O3 -0.25Fe2O3T-1.142MgO+0.438CaO+0.475Na2O+1.462K2O-6.861;F3= 30.638TiO2/Al2O3-12.541Fe2O3T/Al2O3+7.329MgO/Al2O3+12.031Na2O/Al2O3+35.402K2O/Al2O3 -6.382;F4 = 36.5TiO2/Al2O3 -10.879Fe2O3 T/Al2O3 +30.875MgO/Al2O3 -5.404Na2O/Al2O3 +11.11Al2O3-3.89;下标N 代表球粒陨石标准化;下标S 代表北美页岩标准化。

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素

主量元素分析数据见表1。 江里沟组碎屑岩SiO2= 53.2% ～69.34%,平均值62.36%;Al2O3=10.80%～17.46%,平均值14.20%;Fe2O3=0.29%～6.05%,平均值1.44%;FeO=0.45%～4.85%,平均值3.31%;CaO=1.92%～7.66%,平均值3.59%,含量较高;Na2O=0.18%～2.30%,平均值1.95%;K2O=1.91%～4.21%,平均值2.64%;TiO2=0.43%～0.78%,平均值0.63%;(Fe2O3T+MgO)= 4.66%～9.31%,平均值7.21%;Al2O3/SiO2=0.17 ～0.30,平均值0.23;K2O/Na2O=0.85 ～23.39,平均值2.80。总体来看,江里沟组一段中SiO2、CaO 较高,二段中TiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O 含量较高,三段各种元素含量介于一段与二段之间。

表1 甘肃夏河—合作地区下三叠统江沟组碎屑岩主量元素(%)、微量元素(×10-6)和稀土元素(×10-6)分析结果及主要参数Table 1 The contents of major elements (%), trace elements (×10-6) and rear earth elements (×10-6) in the clastic rocks of the Lower Triassic Jiangligou Formation in Xiahe—Hezuo area, Gansu

利用主量元素F1—F2 构造环境判别图(图3a)可得知江里沟组一段和二段构造环境为活动大陆边缘;三段构造环境为活动大陆边缘和大陆岛弧。从lg(Na2O/K2O)—SiO2构造环境判别图解(图3b)可得知样品主要落入活动大陆边缘中。 从A12O3/SiO2—(Fe2O3T+MgO)图解(图3c)中看出,一段落入活动大陆边缘区域;二段落入大洋岛弧附近;三段落入大陆岛弧区域。 从TiO2—(Fe2O3T+MgO)图解中(图3d)看出,一段落入大陆岛弧区域;二段和三段落在大陆岛弧附近。 综上,主量元素特征显示江里沟组主要为活动大陆边缘和大陆岛弧环境。

图3 甘肃夏河—合作地区下三叠统江里沟组主量元素构造环境判别图解[底图(a)、(c)据Bhatia,1983;底图(b)据Roser and Korsch,1986;底图(d)据Bhatia,1985]Fig. 3 Structure environment discrimination diagram of major elements from stones samples in the Lower Triassic Jiangligou Formation in Xiahe—Hezuo area, Gansu [Base map (a) and (c) after Bhatia, 1983; base map (b) after Roser and Korsch, 1986; base map (d) after Bhatia, 1985]

在lg(Na2O/K2O)—lg(SiO2/Al2O3)图解中(图4a),这些样品主要为杂砂岩和岩屑砂岩,成分成熟度较低。 在主量元素F3—F4 判别图解中(图4b),江里沟组一段样品落入长英质火成物源区和石英岩沉积物源区,二段、三段落入中性岩火成物源区,没有样品落入镁铁质火成物源区,说明碎屑物质主要来源于陆壳。

图4 甘肃夏河—合作地区下三叠统江里沟组物源判别图解[底图(a)据Roser and Korsch,1986;底图(b)据Pettijohn et al.,1972)]Fig. 4 Provenance discrimination diagram of the stone samples from the Lower Triassic Jiangligou Formation in Xiahe—Hezuo area, Gansu [Base map (a) after Roser and Korsch, 1986; base map (b) after Pettijohn et al., 1972]

3.2 稀土及微量元素

江里沟组的ΣREE 为117.97×10-6～258.93×10-6,平均值179.98×10-6,LREE/HREE 值为8.42～11.62,平均值9.66;La 含量为24.88×10-6～57.44×10-6,平均值38.01×10-6;La/Yb 值为12.16 ～18.83,平均值15.12。 经球粒陨石标准化(图5a),可见曲线明显右倾,富集轻稀土,与上地壳和PAAS具有相似分布;(δEu)N值为0.55 ～0.77,平均值0.65,具有明显的负异常;(δCe)N值为1.03 ～1.08,平均值1.05,基本不具有异常;(La/Yb)N值为8.72～13.51,平均值10.84;(La/Sm)N值为3.68～4.87,平均值4.14。 (δEu)N值为0.85 ～1.18,平均值1.00,不具有异常;(δCe)N值为1.00 ～1.04,平均值1.02,基本不具有异常。 经北美页岩标准化(图5b),可见曲线近似平行且向右倾斜,(La/Yb)S值为1.15～1.78,平均值1.43;(La/Sm)S值为1.07 ～1.41,平均值1.20;(Gd/Lu)S值为0.96 ～1.18,平均值为1.09。 总体来看,江里沟组地层中,由老到新,REE 逐渐增加。

从微量元素原始地幔标准化蛛网图(图5c)上可以看出,江里沟组的样品都富集Th、U、Rb 等高场强元素和大离子亲石元素,亏损Ba、Nb、Ta、Sr、P、Ti等元素,可见其与大陆上地壳具有相似的分布,表明物源具有陆源的特征。

图5 甘肃夏河—合作地区下三叠统江里沟组微量元素原始地幔标准化蛛网图(a)、稀土元素北美页岩标准化(b)、球粒陨石标准化配分曲线图(c)(球粒陨石标准值、原始地幔标准值据Sun and McDonough,1989;北美页岩标准值据Haskin et al.,1966)Fig. 5 Primitive mantle-normalized spider diagram (a), North American shale-normalized REE pattern (b), and chondritenormalized pattern (c) of the stone samples from the Lower Triassic Jiangligou Formation in Xiahe—Hezuo area, Gansu (The standard values of chondrite and primitive mantle are from Sun and McDonough, 1989; North American shale standard values are from Haskin et al., 1966)

由于地层经历了轻微蚀变及变质作用,可进一步用微量元素对构造环境进行约束。 在La—Th—Sc 判别图(图6a)中,江里沟组落入大陆岛弧及其附近;在Th—Co—Zr/10 判别图(图6b)中,落入大陆岛弧与活动大陆边缘及其附近;在Th—Sc—Zr/10 判别图(图6c)中,落入大陆岛弧及其附近。 综合主量元素和微量元素特征判断,江里沟组主要呈现出大陆岛弧、活动大陆边缘的特征。

图6 甘肃夏河—合作地区下三叠统江里沟组源区构造环境微量元素判别图(底图据Bhatia and Crook,1986)A—大洋岛弧;B—大陆岛弧;C—活动大陆边缘;D—被动大陆边缘Fig. 6 Trace elements structural environments discrimination diagrams of the stone samples from the Lower Triassic Jiangligou Formation in Xiahe—Hezuo area, Gansu (Base map after Bhatia and Crook, 1986). A—Ocean island arc;B—continental island arc;C—active continental margin;D—passive continental margin

利用Co/Th—La/Sc 和La/Th—Hf 源岩属性判别图解进行探讨。 通过Co/Th—La/Sc 图解(图7a)可见,样品落于长英质火山岩附近。 通过La/Th—Hf 图解(图7b)可见,样品落于长英质物源区内,并且呈现出较老沉积物成分增加的趋势。 因此,江里沟组碎屑成分来自上地壳的长英质火山岩源区。

图7 甘肃夏河—合作地区下三叠统江里沟组源岩属性判别图解[底图(a)据Gu Xuexiang et al.,2002;底图(b)据Floyd and Leveridge,1987]Fig. 7 Discrimination diagrams of source rocks of the stone samples from the Lower Triassic Jiangligou Formation in Xiahe—Hezuo area, Gansu [Base map (a) after Gu Xuexiang et al., 2002; base map (b) after Floyd and Leveridge, 1987]

4 碎屑锆石U-Pb 年龄谱系及物源分析

4.1 定年结果

对江里沟组55 颗碎屑锆石进行U-Pb 定年,得到有效数据53 个(表2)。 锆石的年龄范围为260 ～2594 Ma,主要集中在三个阶段(图8):① 260 ～500 Ma(26 颗),占有效年龄总数49%,峰值为276 Ma、391 Ma、463 Ma;② 1798 ～1932 Ma(10 颗),占有效年龄总数的19%,峰值为1866 Ma;③ 2358 ～2594 Ma(17 颗),占有效年龄总数的32%,峰值为2501 Ma。 总体而言,锆石年龄主要集中在晚古生代276 Ma 和391 Ma、早古生代463 Ma、古元古代1866 Ma、新太古代2501 Ma。 前人研究认为,西秦岭地区三叠系碎屑锆石存在250 ～300 Ma、400 ～500 Ma、2 ～2.5 Ga 三个年龄峰值(Weislogel et al.,2006,2010;陈岳龙等, 2008;闫臻等,2012),这也与本次测试结果基本相符。

图8 甘肃夏河—合作地区下三叠统江里沟组碎屑锆石年龄谐和曲线图(a)和年龄分布直方图(b)Fig. 8 Age concordance curve (a) and distribution histogram (b) of the detrital zircons from the Lower Triassic Jiangligou Formation in Xiahe—Hezuo area, Gansu

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4.2 年龄谱系及物源分析

(1)海西期年龄(277 ～307 Ma峰值)。 江里沟组该年龄段的碎屑锆石年龄数据较多。 从江里沟组一段到二段、三段,海西期年龄锆石占比逐渐增加,与加里东期碎屑锆石互为消长,反映来自海西期岩体比例逐渐增加。 尽管目前在西秦岭及邻区该期岩浆年龄报道较少,但不同样品均显示明显的年龄峰值,指示在西秦岭及邻区发育该期岩浆事件,但由于后期三叠系大面积盖层覆盖,可能未出露地表。区域上青海江里沟二长花岗岩年龄为260±3 ～269±3 Ma,冷湖地区盐场北山花岗岩年龄为265±2 ～273±5 Ma(董增产等,2015),西秦岭东段中川二长花岗岩年龄为264.4±1.3 Ma(徐学义等,2014)。结合勉略洋盆的演化及西秦岭发育大量印支期同碰撞到碰撞后花岗岩的事实,在勉略洋北侧,也就是西秦岭南部应该发育与洋片俯冲相关弧岩浆构造带,因此该年龄段的岩浆锆石应该来源于此。

(2)加里东时期年龄(466 Ma峰值)。 该阶段年龄占比也较大,形成一个峰值,同时周缘板块分布也较广。 祁连地块东段出露加里东期与俯冲—碰撞相关的基性侵入体(470 ～434 Ma)(何世平等,2008;杨贺,2016),中南祁连西缘肃北地区也存在这一时期的三个洼塘花岗岩(416.7±4.3 Ma)(罗志文等,2015)。 北秦岭构造带中早古生代花岗质岩浆活动可以划分为3 个不同的演化阶段:分别为500 Ma(陆松年等,2003),450 Ma(陈隽璐等,2008)和400 Ma(张成立等,2013),这些岩浆活动在北秦岭构造带中产生了大量的花岗质岩石。 据此我们认为江里沟组加里东期锆石可能来自于祁连地块和北秦岭地块,也可能来自下伏地层再旋回沉积。

(3)中元古代—太古宙时期年龄(1907 Ma、2541 Ma 峰值)。 该阶段年龄占比很大,周缘板块也分布较多。 华北地块存在1700 ～2000 Ma 和2400 ～2600 Ma 这两个特征年龄峰值(翟明国等,2007)。祁连造山带古老的变质基底主要包括祁连西段的古元古代北大河岩群、托赖岩群和祁连中段古元古代湟源岩群、化隆岩群(或称尕海群)、祁连东段古元古代陇山岩群(徐旺春等,2007;李怀坤等,2007;陆松年等,2009;何世平等,2007;杨昕,2015)。 据此认为江里沟组该年龄段的锆石来自于祁连地块、华北地块以及下伏沉积地层的再旋回沉积。

综上所述,江里沟组的物源区来自其北向及北西向,西秦岭及其邻区同期岩浆岩为其沉积提供了大部分的物质来源,另有部分碎屑来自于北秦岭构造带、祁连造山带和华北板块南缘基底,也可能来自多旋回沉积物。

5 结论

(1)西秦岭下三叠统江里沟组碎屑岩总体上低硅(53.2% ～69.34%, 平 均 值 62.36%), 高 钙(1.92%～7.66%,平均值3.59%),高钾低钠(K2O/Na2O=0.85 ～23.39,平均值2.80);Al2O3/(Na2O+CaO) 值分布在0.17 ～0.30,江里沟组一段中SiO2、CaO 较高,二段中TiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O 较高,三段各种元素含量介于一段与二段之间。 稀土元素总量较高,ΣREE=117.97×10-6～258.93×10-6,平均值179.98×10-6,轻重稀土分异明显, LREE/HREE 值为8.42 ～11.62,经球粒陨石标准化具有明显的Eu 负异常;富集Th、U、Rb 等高场强元素和大离子亲石元素,亏损Ba、Nb、Ta、Sr、P、Ti等元素,可见其与大陆上地具有相似的分布,物源具有陆源的特征。

(2)江里沟组碎屑锆石U-Pb 锆石年龄主要集中在晚古生代276 Ma 和391 Ma、早古生代463 Ma、古元古代1866 Ma、新太古代2501 Ma,海西期—印支期岩浆活动是本区碎屑锆石的主要来源。 研究区及邻区在早三叠世之前至少存在三期大规模的岩浆活动或构造变质事件。

(3)江里沟组碎屑岩源区构造背景为活动大陆边缘和大陆岛弧,源区复杂,既有西秦岭同期岩浆岩,也有祁连造山带及华北板块南缘的变质基底,碎屑物质来自上地壳的长英质火山岩源区。

致谢:感谢中国地质大学(武汉)丁振举教授及其研究团队在野外调查、数据测试分析以及论文写作等方面给予的帮助和指导。