闫臻等 : 东昆仑南缘早三叠世洪水川组的源区特征 : 来自碎屑组成 重矿物和岩石地球化学的证据 区域地质背景 研究区位于青藏高原北部, 是特提斯构造带的重要组成部分 区内出露有元古界 奥陶系 志留系 石炭系和二叠系, 同时还有大量晚古生代 中生代钙碱性花岗岩 闪长岩等侵入体 其中下古生

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1 /2008/024(05) ActaPetrologicaSinica 岩石学报 东昆仑南缘早三叠世洪水川组的源区特征 : 来自碎屑 组成 重矿物和岩石地球化学的证据 1 闫臻 边千韬 2 OlegA.Korchagin 3 IgorI.Pospelov 3 2 李继亮 1 王宗起 YANZhen 1,BIANQianTao 2,OlegA.Korchagin 3,IgorI.Pospelov 3,LIJiLiang 2 andwangzongqi 1 1. 中国地质科学院地质研究所, 北京 中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 俄罗斯科学院地质研究所, 莫斯科 InstituteofGeology,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China 2.InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China 3.GeologicalInstituteoftheRusianAcademyofSciences,Moscow119017,Rusia 收稿, 改回. YanZ,BianQT,KorchaginOA,Pospelov I,LiJLandWangZQ.2008.ProvenanceofEarlyTriasicHongshuichuan FormationinthesouthernmarginoftheEastKunlunMountains:Constrainsfrom detritalframework,heavymineral analysisandgeochemistry.actapetrologicasinica,24(5): Abstract EarlyTriasicHongshuichuanFormationinthesouthernmarginoftheEastKunlunMountainsiscomposedofshalow marineandnonmarineconglomerate,sandstone,siltstones,shaleandoomicrite,whichaccumulatedinaforearcbasin.sandstone detritalmodes,heavymineralasemblages,geochemistryandpaleocurentdataindicatethatthesourceofthehongshuichuan Formationpredominatelyderivedfromtheisland arcnorthward,andthea nyemaqenophiolitecomplexalsoprovidedsomedetritusfor thehongshuichuanformation.inthesourcearea,therewasmainlyexposedoffelsicrocks,metamorphicrocksandcherts. Keywords EarlyTriasic;HongshuichuanFormation;Tectonicsetingofsourcearea;EastKunlunMountains 摘要分布于东昆仑南缘的早三叠世洪水川组系一套由砾岩 砂岩 页岩和鲕粒灰岩等浅海相和河流相沉积物构成的弧前盆地沉积组合 砂岩碎屑组成 重矿物组合 岩石地球化学和古水流综合研究结果表明, 洪水川组砂岩物源主要来自于北侧的岛弧带, 同时南侧的阿尼玛卿蛇绿混杂带也为其形成提供了部分物源 ; 源区主要出露长英质岩石 变质岩和硅质岩 关键词 早三叠世 ; 洪水川组 ; 源区背景 ; 东昆仑 中图法分类号 P 沉积物物源分析不仅可为 解读 沉积物搬运过程和源区规模 构造 古气候 古地貌及岩石组合类型研究提供依据 (Petijhonetal.,1987), 而且地球表面各时代沉积物源区研究也是了解地球时空发展历史和动力作用过程的一项重要内容 (Dickinson,1985) 这是因为构造 侵蚀以及埋藏等地质作用使得沉积物源区发生改变 (IbbekenandSchleyer, 1991) 在东昆仑造山带的南缘, 早三叠世碎屑岩 ( 洪水川组 ) 不整合于南侧阿尼玛卿石炭纪 二叠纪增生楔和北侧古生代岛弧火山岩之上 (Bianetal.,2004), 其物源相对复杂, 包括来自其南北两侧的增生楔和岛弧 ; 后期的各种地质作 用使得该增生楔和岛弧物源区发生肢解 剥蚀和构造移位, 从而使得该区的构造演化更加复杂化 因此, 早三叠世洪水川组碎屑岩的研究可为东昆仑构造演化提供重要依据, 同时可为特提斯演化提供依据 本文利用砂岩碎屑组成 重矿物和细碎屑岩地球化学特征以及砾岩组成和古水流多种手段相结合, 综合分析沉积物源区的研究思路, 对东昆仑南缘阿尼玛卿蛇绿混杂带北侧托索湖 苦海一带早三叠世洪水川组 ( 图 1) 的源区进行研究, 从而为研究该区构造演化提供沉积学信息 国家科技支撑计划项目 (2006BAB01A11) 国家自然科学基金委项目 ( , , ) 联合资助 第一作者简介 : 闫臻, 男,1970 年生, 博士, 沉积学专业,E mail:yanzhen@mail.igcas.ac.cn

2 闫臻等 : 东昆仑南缘早三叠世洪水川组的源区特征 : 来自碎屑组成 重矿物和岩石地球化学的证据 区域地质背景 研究区位于青藏高原北部, 是特提斯构造带的重要组成部分 区内出露有元古界 奥陶系 志留系 石炭系和二叠系, 同时还有大量晚古生代 中生代钙碱性花岗岩 闪长岩等侵入体 其中下古生界由二云石英片岩 千枚岩 片麻岩 凝灰岩夹结晶灰岩透镜体等组成, 与周围地层以断层形式接触, 分布于苦海和赛什塘一带 1 奥陶系 志留系主要分布于研究区北侧, 由含榴石黑云英片岩 斜长角闪片岩 蛇纹石化大理岩及变中性火山岩等组成 2 石炭系 二叠系主要分布于研究区的南侧, 由超镁铁岩 辉长 / 绿岩 枕状玄武岩 浊积岩及放射虫硅质岩等组成, 为一套蛇绿混杂岩组合 ( 姜春发等,1992; 张克信等,1999; 边千韬等,2001;Bianetal., 2004; 杨经绥等,2005) 此外, 沿着托索湖 花石峡一带及其南侧长石头山一带, 可见早三叠世砂岩 玄武岩及凝灰岩组合以构造岩片形式挟持于阿尼玛卿蛇绿混杂带之中 姜春发等 (1992) 和许志琴等 (1996) 认为该蛇绿混杂带的时代为晚二叠 中三叠世 ; 边千韬等 (1999) 和 Bianetal.(2004) 对该蛇绿混杂带进行了系统研究, 根据岩石组合及其地球化学 同位素年代学和微体古生物等的研究结果认为该蛇绿混杂带是一条包含有早古生代 早石炭 早二叠世 晚二叠 中三叠世蛇绿岩的复合型蛇绿混杂带 ; 杨经绥等 (2005) 通过同位素年代学等综合分析研究后认为该蛇绿混杂带中除了晚石炭 早三叠世蛇绿岩外, 还包含有早古生代的蛇绿岩 显然, 阿尼玛卿蛇绿混杂带是一条包含有多期蛇绿岩的构造混杂带, 记录了特提斯洋不同发展阶段的演化历史 对于东昆仑对地区的花岗岩, 姜春发等 (1992) 古凤宝等 (1994) 罗照华等 (1999) 和刘成东等 (2004) 通过岩石地球化学和同位素年代学研究, 结果表明东昆仑地区晚古生代 早中生代的火山岩为弧火山岩, 是由陆缘钙碱性岩浆弧和高钾钙碱性岩浆弧共同构成的双岩浆弧带 ( 罗照华等, 1999) 其中晚古生代( 石炭纪 ) 火山岩主要表现为陆缘岩浆弧的特征, 由玄武岩 安山岩 英安岩 流纹岩共同组成 ; 早中生代弧火山岩由洪水川组中酸性火山岩 熔岩以及八宝山组玄武岩 安山岩 流纹岩 火山碎屑岩等共同组成, 区域分布相对稳定 显然, 这些火山岩具有以高钾钙碱性和钙碱性系列为主, 钾玄岩系列次之的组合特征, 与南美安第斯山中的弧火山岩组成特征十分相似 这表明, 晚古生代 早中生代, 东昆仑地区可能存在向北俯冲作用的特提斯洋 ( 罗照华等,1999;Xiaoetal.,2005) 早三叠世洪水川组位于东昆仑南缘阿尼玛卿蛇绿混杂带北侧 ( 图 1), 系一套由砾岩 含砾粗砂岩 长石砂岩 岩屑砂岩 杂砂岩 凝灰质砂岩 黑色页岩 鲕粒灰岩和生物灰岩等组成 ( 图 2) 其中富含丰富的腕足类和植物碎片化石, 发育大型板状斜层理 槽状交错层理 波纹层理等沉积构造 ( 图 2), 总体呈现潮坪相 河流相 潮坪相组合特征 ( 图 3) 该套沉积组合客观的记录了特提斯洋早中生代的演化, 其碎屑特征可揭示早三叠世沉积物源区的岩石组合和古地貌特征 2 样品采集和分析方法 分析样品主要采自托索湖西 (HS04) 苦海南 (KH04) 醉马滩 (HSX04) 及花石峡东 (HSC) 四个不同剖面, 位置见图 1 对于砾岩, 野外直接进行砾岩组成统计, 其统计方法详见 Dür(1994) 对于粗砂岩, 室内采用 Gazi Dickinson 方法 (Ingersoletal.,1984) 通过普通偏光显微镜进行其碎屑组成分析和统计 为了客观的反映该样品的组成特征, 每块岩石样品统计的碎屑颗粒总数不得少于 400 个 (Dickinson, 1985) 统计结果见表 1 由于砂岩在成岩作用和后期各种地质作用的共同影响下, 砂岩中的岩屑 长石和石英碎屑发生破碎形成假杂基, 导致砂岩中的碎屑组成含量发生变化, 从而使得代表源区重要信息的碎屑组分 ( 尤其是岩屑 ) 发生破坏, 不能客观的反映砂岩的源区特征 (CoxandLowe, 1996) 因此, 我们在砂岩碎屑成分统计过程中, 主要选取了 30 块基质小于 10% 的砂岩进行其碎屑成分统计 同时, 在成分统计过程中, 我们按照 Zuf(1985) 对砂岩中碳酸盐碎屑组分的分析方法在严格区分盆内 (intrabasinal) 和盆外 (extrabasinal) 来源灰岩碎屑基础上, 将盆外来源的灰岩碎屑归入沉积岩屑中 对于生物碎屑颗粒, 因难以确定其为盆地内碎屑和盆地外源区来源 (Zuf,1985), 故未对其进行统计 对于多晶石英颗粒, 尤其是发育变形纹的石英颗粒, 在统计过程中直接将其归入变质岩岩屑中 此外, 在统计过程中未对岩石薄片实行染色以区分斜长石和石英, 可能导致长石的总体含量相对偏低, 而石英含量相对偏高的分析误差 (Houghton,1979) 样品显微观察和分析结果表明, 中三叠世洪水川组中的碎屑岩以粗碎屑岩为主, 含有丰富的岩屑, 其中普遍含有相对丰富的碳酸盐岩岩屑, 并以钙质胶结为主, 且碳酸盐岩屑为生物灰岩 这一基本事实导致地球化学分析难以客观的反映砂岩的组成 因此, 我们选取其中三件弱钙质胶结的粉砂岩样品进行地球化学成分分析, 并结合前人的地球化学分析数据来对其源区进行粗略判断 样品测试在中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈开放实验室进行, 其中主量元素采取 X 荧光法, 稀土元素采用 ICP MS 法 ( 表 2) 选取 21 件粗 细粒砂岩进行了重矿物分离, 每件样品重量不少于 1.5kg 为了确保分离出来的重矿物不是来自于砂岩中岩屑, 而是来自于其胶结物, 样品最初破碎粒度不小于 2mm, 然后对粒径为 0.2mm~0.45mm 的碎样采用重磁和电磁进行重矿物分选 对于重矿物的种类利用双目显微镜进行鉴 1 2 中华人民共和国 玛积雪山幅 (Ⅰ 47 [10]) 地质图 中华人民共和国 加鲁河幅 (Ⅰ 47 Ⅲ) 地质图

3 A P S 岩石学报 2 8 2 4 5 17 图 1 东昆仑南缘托索湖地区地质简图 据 阿 拉 克 湖 幅 Ⅰ 47 4 7 4 7 Ⅱ 加 鲁 河 幅 Ⅰ Ⅲ 兴 海 幅 Ⅰ Ⅳ 1 2 地质图及 青藏高原及邻区地质图 1 15 修改 F 1 G k m p f T L k m f E K M 图 2 托索湖地区早三叠世洪水川组野外露头照片 洪水川组露头全貌 b 大型板状斜层理 含腕足和植物化石碎片泥质胶结砾岩 d 含砾砂岩透镜体 巨砾岩 砾质支撑 f 含砾粗砂岩中的槽状斜层理 发育斜层理的粗砂岩与砾岩构成典型河流相二元结构 钙质砂岩中的鲕粒灰岩透镜体 其显微结构如照片 红色鲕粒灰岩和生物灰岩 其鲕粒灰岩以发育复合鲕粒 m 为特征 F 2 P p fe yt H F m T L k

4 闫臻等 : 东昆仑南缘早三叠世洪水川组的源区特征 : 来自碎屑组成 重矿物和岩石地球化学的证据 1071 表 1 砂岩碎屑组成统计结果 (%) Table1 Recalculatedparametersofpoint countdatafromsandstonesofthehongshuichuanformation Qp Qm P K Lm Ls Lv Qt F Lt Qm F Lt+ Qp Qm P K Lm Ls Lv C/Q P/F Lv/L KH KH KH KH KH KH KH KH04 35a KH 平均值 标准偏差 HS HS HS HS HS HS HS HS HS HS HS HS HS 平均值 标准偏差 HSX HSX HSX HSX HSX 平均值 标准偏差 HSC HSC HSC 平均值 标准偏差

5 1072 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(5) 表 2 洪水川组砂岩地球化学数据 ( 主量元素 :wt%; 稀土元素 : 10-6 ) Table2 GeochemicaldataofsandstonesfromtheHongshuichuanFormation(Majorelement:wt%;REE: 10-6 ) Sample HSX3 HSX6 HSX7 HSB 2 2 HSB SiO TiO Al 2 O Fe 2 O FeO MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O P 2 O LOI Total La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y 注 : 为本文测试 ; 其余数据引自李利平等 (2002). 定并分离, 再根据不同重矿物的密度计算其体积含量 3 砂岩碎屑组成 早三叠世洪水川组砂岩中的碎屑组分主要由石英 长石和岩屑共同组成, 其含量在不同位置具有明显的不同 ( 表 1) 其中采自花石峡东靠近阿尼玛卿蛇绿混杂带的砂岩样品中石英含量相对较高 ( 平均 25.7%), 而采自托索湖东的砂岩中长石碎屑含量相对较高 ( 平均 42.5%) 石英碎屑以棱角状为主, 发育波状消光和包裹体, 且多晶石英碎屑相对较少,C/Q 通常小于 0.3; 长石碎屑以斜长石为主 (P/F 多大于 0.5), 部分砂岩中的钾长石含量较高, 高达 45% 总体上, 这些砂岩中以富含岩屑为特征 砂岩中的岩屑类型较为复杂 ( 图 4), 主要由石英片岩 玄武岩 硅质岩 花岗岩 灰岩和云母片岩构成, 棱角状和次棱角状 同时可见大量发育变形纹的棱角状石英碎屑 部分花岗岩屑中的石英颗粒具有定向排列特点 ( 图 4h), 石英片岩除了以具有定向排列和发育变形纹特点外, 还可见大量 由云母和石英定向排列组成的云母石英片岩岩屑 ( 图 4g) 火山岩屑除了玄武岩屑外, 可见酸性火山岩屑 ( 图 4c) 花岗岩屑通常表现为由石英和长石共同构成 梳妆 结构特征 ( 图 4j); 沉积岩屑主要由灰岩 生物礁灰岩 ( 图 4a,k) 硅质岩 ( 图 4i k) 砂岩 ( 图 4d) 共同构成 变质岩屑的含量相对高于沉积岩和火山岩屑 ( 表 1) 火山岩屑( 包括花岗岩屑 ; Lv) 常占岩屑总量 (L) 的 20% 以上 砾岩主要表现为砂 / 泥质支撑和砾质支撑两类 其中前者通常以泥岩 粉砂岩和花岗岩砾石为主, 砾径相对较小, 变化于 2mm~10mm( 图 2c,f,g); 后者通常为巨砾岩, 砾石以花岗岩为主, 其次为火山岩和灰岩 ( 图 2e) 巨砾岩中的部分花岗岩砾石在野外露头上可见清晰的构造变形特征, 多为花岗质片麻岩 ; 火山岩也发生了明显的构造变形和绿片岩相变质作用 其中花岗岩砾石占 30%, 各种变质岩 20%, 灰岩占 16%, 火山岩占 4%, 硅质岩占 15%, 砂岩占 5%, 石英占 5% 利用砂岩碎屑组成分析结果, 对其类型进行分类 按照 McBride(1963) 的分类原则, 将硅质岩屑归入石英 (Q) 端员,

6 闫臻等 : 东昆仑南缘早三叠世洪水川组的源区特征 : 来自碎屑组成 重矿物和岩石地球化学的证据 1073 图 3 托索湖北洪水川组岩性结构柱状图 Fig.3 StratigraphiccolumnoftheHongshuichuanFormationinthenorthpartoftheTuosuoLake 洪水川组砂岩在 Qt F Lt 分类图上为岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩 ( 图 5a) 若将硅质岩屑归入岩屑中, 在 Q F (Lt+ 硅质岩屑 ) 分类图上 (Folk,1974) 洪水川组砂岩除了分为岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩外, 还有部分为岩屑砂岩 ( 图 5b) 由此可见, 洪水川组砂岩的成熟度较低, 其中的胶结物含量相对较少, 多为钙质胶结 4 砂岩碎屑重矿物 洪水川组砂岩的碎屑重矿物组合较为丰富 ( 图 6), 空间变化较大, 主要以石榴石为主, 最大可达 56% 其次是锆石 金红石和电气石组合 (ZRT) 的含量相对稳定, 高达 20% 绿帘石和榍石仅在花石峡东侧样品中出现, 二者含量分别为

7 A P S 岩石学报 2 8 2 4 5 174 图 4 洪水川组砂岩碎屑组成照片 视域宽度 3 1mm P 斜长石 K 钾长石 Lq 石英片岩屑 Lv 玄武岩屑 Lv f 长英质火山岩屑 L 砂岩岩屑 L 灰岩岩屑 L 花岗岩岩屑 Lm 花岗质 片岩屑 Lmq 云母石英片岩屑 Lmp 千枚岩屑 Lm 泥质片岩屑 Lm 粉沙质片岩 L 生物礁灰岩岩屑 硅质岩屑 Qm 发育变形 纹的变质石英碎屑 M 云母碎屑 F 4 T x f d f H F m f dv w f3 1mm 图 5 洪水川组分析样品砂岩类型分类 石英 硅质岩屑 Q 长石 F 岩屑 F 分类图解 M B d 196 3 b 石英 Q 长石 F 岩屑 硅质岩屑 F 分类图 解 F k 19 7 4 所有分析样品除了三个是岩屑砂岩外 其它均 为岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩 数据见表 1 F 5 S d f f y z d mp f m H F m 图 6 洪水川组砂岩中碎屑重矿物组合特征 m 磁铁矿 钛铁矿 铬铁矿 z 锆石 电气石 金红 石 石榴石 d 绿帘石 x 榍石 p 磷灰石 其它 F 6 H v ym mb f d f m H F m 交代 磁铁矿为次滚圆半自形粒状和次棱角块状 榍石为次 棱角 扁园 粒 状 且 多 发 生 蚀 变 金 红 石 电 气 石 为 次 棱 7 和 8 而在其它剖面样品中未曾见到 铬铁矿 磁铁矿 角 次圆状 锆石则以自形 半自形柱状为主 发育晶内裂 和钛铁矿含量相对较低 其中铬铁矿主要出现在阿尼玛卿 纹 表面有凹坑和断口溶蚀等特征 图 4 铬铁矿为半自形 蛇绿混杂带北侧早三叠世砂岩样品中 而磁铁矿和钛铁矿组 粒状 棱角 次棱角块状 此外 个别样品在显微镜下可见 合则出现在混杂带内早三叠世岩片中的砂岩样品内 次棱角块状辉石和棱角块状黄铁矿及方铅矿自形立方体 石榴石主要为粉色 以次棱角 次滚圆粒状为主 棱角 粒状次之 且多已经发生蚀变 被绿泥石沿着裂隙和表面所 这些特征表明 洪水川组砂岩中的碎屑重矿物组合并未曾经 历了长距离的搬运

8 闫臻等 : 东昆仑南缘早三叠世洪水川组的源区特征 : 来自碎屑组成 重矿物和岩石地球化学的证据 砂岩地球化学特征 砂岩碎屑组成表明, 洪水川组砂岩主要以钙质胶结为特征, 且含有碳酸盐岩屑 这一事实与地球化学测试结果相一致, 如部分样品 SiO 2 含量较低 (32% ~49%), 具有高的 CaO 含量和高烧失量, 二者分别可高达 31% 和 25% 分析样品的 K 2 O/Al 2 O 3 比值为 0.05~0.25, 这表明分析样品中钾长石含量相对较低 Al 2 O 3 含量变化于 6% ~13%, 但多大于 10%, 反映了样品中含有丰富的粘土质组分 相对低的 TiO 2 T 含量和较高 Fe 2 O 3 含量则说明样品中含 Ti 的碎屑重矿物如金红石 钛铁矿等含量较低, 但富含赤褐铁矿等铁氧化物碎屑矿物 这一推断与砂岩碎屑重矿物研究结果相一致 ( 图 6) 砂岩样品的稀土元素总量 ( REE) 变化于 ~ 除了样品(4036~5) 外, 所有样品 REE 值均高于上地壳的 REE 值 (~ ,TaylorandMcLennan, 1985) 其中轻稀土元素(LREE) 含量为 ~ , 重稀土元素 (HREE) 含量 ~ ,LREE/ HREE 变化于 2.5~5.6;(La/Yb) N 为 5~17, 平均为 10 在稀土元素配分曲线图上, 呈现清晰的 LREE 富集 HREE 相对平坦并有明显的负 Eu 异常特征 ( 图 7), 与北美页岩配分曲线特征相一致 图 7 洪水川组砂岩稀土元素配分曲线 Fig 7 Chondrite normalizedreedistributionpaternsfor fine grainedsandstonesfromthehongshuichuanformation 6 古水流特征 斜层理 沟模 槽模 波痕等是指示沉积物运移方向的重要标志 洪水川组的沉积构造以发育斜层理为特征 ( 图 2b, f,g), 尤其是在托索湖北侧的露头中最为丰富 通过野外测量统计和室内古水流恢复, 结果表明在地层剖面底部古流向 为 SW 方向, 中部以 SE 为主 NW 次之, 上部则为 SW 和 NW 方向 ( 图 3) 这些事实表明, 在洪水川组形成过程中, 源区古地理格局曾发生改变, 导致古地貌的变化, 从而影响古水流方向的改变, 最终使得洪水川组碎屑组成在时空分布上明显不同 7 源区探讨 7.1 砂岩碎屑组成模式砂岩碎屑组成研究表明, 砂岩中岩屑尽管种类复杂, 有玄武岩 安山岩 片麻岩 花岗岩 灰岩 生物礁和硅质岩等岩屑, 但以变质岩和沉积岩岩屑为主 ; 部分砂岩样品中钾长石含量较高 这些特征表明, 洪水川组的沉积物源区岩石类型相对复杂, 主要出露变质岩和沉积岩, 且沉积岩则以硅质岩和生物礁为主 其中火山岩岩屑 (Lv)/ 岩屑 (Lt) 可高达 0.6, 斜长石 (P)/ 长石 (F) 大于 0.5, 多晶石英颗粒 (C)/ 石英颗粒 (Q) 以大于 0.2 为主, 表明砂岩中部分岩屑来自花岗岩和火山岩 (DickinsonandValoni,1980) 此外, 砾岩中的花岗岩 花岗质片麻岩 生物灰岩 石英片岩 硅质岩及玄武岩砾石表明, 洪水川组的源区均有这些岩石出露 具有不同大地构造环境的物源区常为盆地提供不同的碎屑组成 MarsagliaandIngersol(1992) 利用 DSDP 和 ODP 岩芯样品, 对环太平洋 加勒比海和地中海地区不同类型沉积盆地中砂 / 砂岩的组成与源区背景 盆地性质之间的关系进行了系统研究, 结果表明 : 来自大陆边缘弧的沉积物相对于大洋岛弧源区而言, 富含石英碎屑 长英质火山岩屑 钾长石和非火山质岩屑 ; 来自三叉裂谷和走滑大陆边缘背景区的沉积物与岩浆弧源区相比较, 则形成以富含石英砂岩和岩屑含量变化极大为特征 洪水川组中砂岩除了含有丰富花岗岩 硅质岩及长英质火山岩屑外, 部分样品中还含有丰富的长石和玄武岩 安山岩岩屑等, 表明其源区具有陆缘弧和岛弧的双重特性 在砂岩源区构造背景 Qt F Lt 和 Qm F (Lt+Qp) 判别图上 ( 图 8), 洪水川组砂岩除了少量落入 未切割弧 背景区外, 主要落入 过渡弧 背景区内 这说明, 洪水川组砂岩源区可能是一个盖层不发育的岛弧背景区 为了进一步确定源区的构造背景, 利用 QmKP 对洪水川组砂岩源区进行判别 ( 图 8) 从 QmKP 判别图可以看出, 来自研究区苦海和花石峡东及托索湖西的样品绝大多数落入了 残余弧 背景区, 部分落入 大陆弧 背景区 ; 醉马滩一带样品除了落入 残余弧 和 大陆弧 背景区外, 大部分落入 俯冲杂岩 背景区 这说明, 洪水川组主要由 残余岛弧 和 大陆弧 为其提供沉积物来源外, 俯冲杂岩 同时也是一个十分重要的物源背景区 在 LmLvLs 图上, 除了醉马滩砂岩样品以火山岩岩屑为主外, 其余样品均以变质岩和沉积岩岩屑为主 这些特征进一步表明, 洪水川组砂岩的物源区构造背景相对复杂, 是由形成不同构造环境的岩石构成的复合源区, 并非单一构造环境的物源区

9 1076 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(5) 图 8 砂岩源区构造背景判别图 Fig.8 Discriminationplotsofprovenancesetingsforanalyzedsandstones 7.2 重矿物组合判别铬铁矿 石榴石 绿帘石 榍石等砂岩碎屑重矿物组合表明, 洪水川组砂岩源区出露有镁铁 超镁铁岩石 中 酸性火山岩和变质岩 具有磨蚀痕迹断口和铁染微裂纹的滚圆状锆石可能来自于源区相对古老的岩石 ; 少量滚圆状锆石 金红石和电气石可能暗示着源区有少量的沉积岩出露 然而, 磷灰石 棱角状 次棱角状锆石 锆石和金红石组合也可能来自酸性岩浆岩 在每个剖面上, 除了石榴石含量最为丰富外, 还含有电气石 金红石和锆石 (ZRT) 以及榍石 绿帘石 这表明, 变质岩是洪水川组的主要物源区, 酸性岩浆岩也是一个重要物源 总之, 各剖面中砂岩碎屑重矿物组合的差异, 进一步反映了变质岩和酸性岩浆岩为洪水川组形成提供了丰富的碎屑来源, 超基性 基性火山岩和沉积岩尽管仅为其提供了部分物源, 但也是洪水川组的重要源区 7.3 砂岩地球化学成分判别由于砂岩中含有灰岩等碎屑, 同时发生钙质胶结, 从而 T 导致其主元素含量变化较大, 难以应用 SiO 2 Fe 2 O 3 等成分 的判别图解对其源区构造环境进行判别 因此选用 Roser andkorsch(1988) 的综合判别系数图解和稀土元素特征 ( 图 7) 对洪水川组砂岩源区特征进行初步判别 在砂岩常量元素系数判别图解上 ( 图 9), 砂岩样品主要落入长英质火山岩区内, 其次分别落入中性 基性火山岩和沉积岩区内 这表明洪水川组砂岩的源区以长英质火山岩为主, 同时有中性 基性火山岩和沉积岩出露 洪水川组砂岩样品稀土元素配分曲线具有强烈的轻 重稀土元素分异特征,(La/Yb) N 平均值为 10 Eu 为 0.56~ 0.70( 平均 0.64),(La/Sm) N 平均值为 3.25 这些特征说明洪水川组物源区主要出露长英质岩石, 且负 Eu 异常表明源区岩石以亲花岗岩为特征 (NanceandTaylor,1976) 此外, 砂岩样品与北美页岩具有相似的稀土元素配分曲线, 表明物源区存在有成熟度较高的岩石出露 (McLennan,1989) 8 讨论 砂岩和砾岩碎屑组成 砂岩碎屑重矿物组合及砂岩地球化学成分综合分析表明, 东昆仑南缘早三叠世洪水川组的物源相对复杂, 主要为长英质火山岩 变质岩 硅质岩, 其次为中基性火山岩 碳酸盐岩和少量镁铁 超镁铁岩石 尽管砂

10 闫臻等 : 东昆仑南缘早三叠世洪水川组的源区特征 : 来自碎屑组成 重矿物和岩石地球化学的证据 1077 图 9 砂岩主量元素 (a) 及其比率 (b) 源区判别图判别系数 F1 = TiO Al 2 O Fe 2 O MgO CaO Na 2 O K 2 O-9.09; 判别系数 F2=0.445 TiO Al 2 O Fe 2 O MgO CaO Na 2 O K 2 O-6.861; 判别系数 F3= TiO 2 /Al 2 O Fe 2 O 3 /Al 2 O MgO/Al 2 O Na 2 O/Al 2 O K 2 O/ Al 2 O ; 判别系数 F4= TiO 2 /Al 2 O Fe 2 O 3 /Al 2 O MgO/Al 2 O Na 2 O/Al 2 O K 2 O/Al 2 O Fig.9 Discriminationdiagramsfortheprovenancesignature ofsandstoneusing(a) majorelementsand (b) major elementratios,respectively,(afterroserandkorsch1988) 岩样品自西向东具有相同含量的沉积岩 变质岩和火山岩屑含量 ( 图 8d), 但这些砂岩中 ZRT 组合 铬铁矿和石榴子石的含量则表现为自西向东相对减少的特征 ( 图 6) 同时, 靠近东昆仑岛弧杂岩带一侧砂岩相对于南侧近阿尼玛卿蛇绿混杂带一侧砂岩中的岩屑表现为以火山岩屑为主的特征 这些源区碎屑物质在搬运过程中, 由于各种地质作用使得其成份发生相对改变, 且由于铬铁矿和基性火山岩等碎屑组分的抗风化能力较弱, 导致其远离源区的沉积物中含量相对较低 古水流分析显示, 物源主要来自北西方向 ( 图 3) 由此可见, 来自研究区内西侧砂岩中的火山岩屑 铬铁矿 石榴子石等易风化组分相对东侧砂岩而言, 其含量普遍偏高 这也与研究区周边现出露的前三叠系地层空间分布特征相一致 区域上, 洪水川组在纳赤台地区昆仑桥 万宝沟一带主要由岩屑砂岩 砾岩 长石砂岩 板岩 生物碎屑灰岩等组成, 发育粒序层理 板状层理和槽状交错层理, 为河流相和陆棚斜坡相沉积组合 ( 徐强等,1998), 不整合于晚二叠世 早三叠世纳赤台群构造混杂岩 ( 郭宪璞等,2003a,b) 之上 其中砾岩成分复杂, 以花岗岩 脉石英砾石为主 ; 古水流方向为 SE 和 NNW(345 )( 徐强等,1998) 这些特征与花石峡北侧托索湖及苦海一带的洪水川组特征相一致, 说明东昆仑南缘早三叠世洪水川组的沉积物源位于其南北两侧 空间上, 洪水川组北侧分布有晚古生代 早中生代的双岩浆弧带, 奥陶系 志留系含石榴石石英片岩 斜长角闪岩 黑云石英片岩 含榍石和绿帘石变中性火山岩以及含铬铁 矿 榍石等副矿物的蛇纹石化大理岩 1; 南侧为早古生代 早石炭 早二叠世和晚二叠 早三叠世三个不同时期蛇绿岩构成的阿尼玛卿蛇绿混杂带 (Bianetal.,2004), 其基质为早三叠世复理石 ( 许志琴等,1996) 时间上, 洪水川组与北侧岩浆弧及南侧阿尼玛卿蛇绿混杂带的形成时代相一致, 与西昆仑南侧的增生杂岩时代接近 (Xiaoetal.,2002; 2005) 总之, 洪水川组形成于东昆仑南缘岛弧带和阿尼玛卿蛇绿混杂带之间的弧前盆地, 是特提斯洋早三叠世构造演化的记录 致谢感谢李三忠教授 陈正乐和陈文研究员对本文进行了审阅, 并提出了宝贵的修改意见 References BianQT,LiDH,PospelovIetal.2004.Age,geochemistryandtectonic setingofbuqingshan ophiolites, North Qinghai TibetPlateau, China.JournalofAsianEarthSciences,23: BianQT,LuoXQ,LiDH etal.2001.geochemistryandformation environmentofthebuqingshanophioliecomplex,qinghaiprovince, China.ActaGeologicaSinica,75(1):45-55(inChinesewith EnglishAbstract) BianQT,LuoXQ,LiHSetal.1999.DiscoveryofEarlyPaleozoicand EarlyCarboniferous EarlyPermianophiolitsintheA nyemaqen, QinghaiProvince.ScientiaGeologicaSinica,34(4): (in ChinesewithEnglishAbstract) CoxR andlowed.1996.quantificationoftheefectsofsecondary matrixontheanalysisofsandstonecomposition,andapetrographic/ chemicaltechniqueforretrievingoriginalframeworkgrainmodesof alteredsandstones.journalofsedimentaryresearch,66: DickinsonWR Interpretingprovenancerelationsfrom detrital modesofsandstones.in:zufgg(ed.).provenanceofarenites. Dordrecht,TheNetherlands,D.Reidel DürSB Quick estimation ofpebble volumes. Journalof SedimentaryResearch.64: FlokRL.1974.PetrologyofSedimentaryRocks.HemphilPublishing Co.,Austin,Texas GuFB, Wu XN and Jiang CY Asemblagesand tectonic environmentofthe Variscan Indosinian granitoid in the eastern Kunlun.QinghaiGeology,1:18-36(inChinesewithEnglish Abstract) GuoXP, WangNW, DingXZ etal.2003a. DiscoveringtheLate Permiansporomorphfrom thenachitaigroupintheeastkunlun Mountainsanditssignificance.GeologicalReview,49(5):481, 551(inChinesewithEnglishAbstract) GuoXP,WangNW,DingXZetal.2003b.Relationshipsbetweenthe matrixsystemandexoticssysteminthenaichitaigroupintheeast KunlunMountains.GeologicalBuletinofChina,22(3): (inchinesewithenglishabstract) HoughtonHF.1979.Refinedtechniquesstainingplagioclaseandalkali feldsparsinthesection.journalofsedimentarypetrology,49: IbbekenH andschleyerr SourceandSediment. Springer, Berlin,286 1 青海地质局,1973. 加鲁河幅 (Ⅰ 47 Ⅲ)1: 区域地质调查报告书.

11 1078 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(5) IngersolRV,BulradTF,FordRLetal.1984.Theefectofgrainsize ondetritalmodes:atestofthegazi-dickinsonpoint-counting method.journalofsedimentarypetrology,54: JiangCF,YangJS,FengBGetal.1992.Opening Closingtectonicof KunlunMountains.Beijing:GeologicalPublishingHouse, (inChinesewithEnglishAbstract) LiLP,TianJ,ZhangKX etal.2002.geochemicalcharacteristicsof LowtoMiddleTriasicsedimentaryrocksofeasternKunlunorogenic belt.journaloftongjiuniversity,30(8): (inchinese withenglishabstract) LiuC.D,MoXX,LuoZH etal.2004.crust mantlemagmamixingin EastKunlun:Evidencefrom zirconshrimpchronology.chinese ScienceBuletin,49(6): (inChinesewithEnglish abstract) LuoZH,DengJF,CaoYQetal.1999.OnlatePaleozoic earlymesozoic volcanismandregionaltectonicevolutionofeasternkunlun,qinghai Province.Geoscience,13(1):51-56(inChinesewithEnglish Abstract) MarsagliaKM andingersolrv.1992.compositionaltrendsinarc- related,deep-marinesand and sandstone: A reasesmentof magmatic-arcprovenance.geologicalsocietyofamericabuletin, 104: McBrideEF.1963.A clasificationofcommonsandstones.journalof SedimentaryPetrology,33: McLennan SM Rare earth elements in sedimentary rocks: Influenceofprovenanceand sedimentaryproceses. Reviewsin MineralogyandGeochemistry,21: NanceWB and TaylorSR.1976.Rare Earth ElementPaternsand CrustalEvolution.1,AustralianPost ArcheanSedimentary Rocks. GeochimicaetCosmochimicaActa,40: PetijhonFJ,PoterPE andsieverr SandandSandstone. Springer,NewYork,553pp RoserBPandKorschRJ.1988.Provenancesignaturesofsandstone mudstonesuitesdeterminedusingdiscriminantfunctionanalysisof major elementdata.chemicalgeology,67: TaylorSR and McLennan SM The ContinentalCrust: Its CompositionandEvolution.London,Blackwel XiaoWJ, Windley BF, Chen HL, Zhang GC and LiJL, Carboniferous Triasic subduction and accretion in the western Kunlun,China:Implicationsforthecolisionaland accretionary tectonicsofthenortherntibetanplateau.geology,30: XiaoWJ,WindleyBF,LiuDY,JianPandLiuCZ.2005.Paleozoic accretionarytectonicsofthewesternkunlunrange,china:new SHRIMPzirconagesfromtheKudiophioliteandasociatedgranites, andimplicationsforthecrustalgrowthofcentralasia.journalof Geology,113: XuZQ,YangJSandChenFY.1996.TheA nyemaqensuturebeltand thedynamicsinsubductionandcolision.inzhangq(ed).studyon OphioliteandGeodynamics.Beijing:GeologicalPublishingHouse, (inChinesewithEnglishAbstract) XuQ, PanGT, XuZQ etal Evolutionofthesedimentary environmentsandbasinsineastkunlunduringlatepaleozoicto Triasictime.TethyanGeology,22:76-89(inChinesewith EnglishAbstract) YangJS,XuZQ,LiHBetal.2005.Thepaleo Tethyanvolcanismand platetectonicregimeinthea nyemaqenregionofeastkunlun, northerntibetplateau.actapetrologicaetmineralogica,24(5): (inChinesewithEnglishAbstract) ZhangKX,HuangJC,YinHFetal.1999.Applicationofradiolarian andothemicrobeinthenon Simithstrata:AnexamplefromtheA nyemaqenmelangbelt.scienceinchina(seriesd),29(6): (inchinesewithenglishabstract) ZufGG.1985.Opticalanalysesofarenites:influenceofmethodologyon compositionalresults.in:zufgg(ed.).provenanceofarenites. Dordrecht,TheNetherlands,D.Reidel 附中文参考文献 边千韬, 罗小全, 李涤徽等 青海阿尼玛卿带布青山蛇绿岩混杂岩的地球化学性质及形成环境. 地质学报,75(1):45-55 边千韬, 罗小全, 李红生等 阿尼玛卿山早古生代和早石炭 早二叠世蛇绿岩的发现. 地质科学,34(4): 古凤宝, 吴向农, 姜常义 东昆仑华力西 印支期花岗岩组合及构造环境. 青海地质,1:18-36 郭宪璞, 王乃文, 丁孝忠等.2003a. 东昆仑纳赤台群晚二叠世孢粉化石的发现及其意义. 地质论评,49(5):481,551 郭宪璞, 王乃文, 丁孝忠等.2003b. 东昆仑纳赤台群基质系统与外来系统的关系. 地质通报,22(3): 姜春发, 杨经绥, 冯秉贵等 昆仑开合构造. 北京 : 地质出版社 李利坪, 田军, 张克信等 东昆仑造山带下中三叠统沉积岩地球化学特征. 同济大学学报,30(8): 刘成东, 莫宣学, 罗照华等 东昆仑壳 幔岩浆混合作用 : 来自锆石 SHRIMP 年代学的证据. 科学通报,49(6): 罗照华, 邓晋福, 曹永清等 青海省东昆仑地区晚古生代 早古生代火山活动与区域构造演化. 现代地质,13(1):51-56 许志琴, 杨经绥, 陈方远 阿尼玛卿缝合带及 俯冲 碰撞 动力学. 见 : 张旗主编蛇绿岩与地球动力学研究. 北京 : 地质出版社, 徐强, 潘桂棠, 许志琴等 东昆仑地区晚古生代岛三叠纪沉积环境和沉积盆地演化. 特提斯地质,22:76-89 杨经绥, 许志琴, 李海兵等 东昆仑阿尼玛卿地区古特提斯火山作用和板块构造体系. 岩石矿物学杂志,24(5): 张克信, 黄继春, 殷鸿福等 放射虫等生物群在非史密斯地层研究中的应用 以东昆仑阿尼玛卿混杂岩带为例. 中国科学 (D) 辑,29(6):

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