陳留勤，郭福生，梁偉

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贛杭構造帶西段上白堊統(tǒng)河口組砂巖碎屑組成及物源區(qū)的構造屬性

陳留勤1, 2, 3，郭福生3，梁偉3

(1. 江西省核資源與環(huán)境重點實驗室，江西 南昌，330013；2. 中國地質(zhì)科學院 地質(zhì)研究所，北京，100037；3. 東華理工大學 地球科學學院，江西 南昌，330013)

對贛杭構造帶西段永豐—崇仁盆地上白堊統(tǒng)河口組砂巖碎屑組分進行分析和統(tǒng)計，研究盆地沉積物源及其構造屬性。研究結(jié)果表明永豐—崇仁盆地上白堊統(tǒng)河口組砂巖碎屑組分特征為：單晶石英顆粒數(shù)量占總量的29%~81%，多晶石英顆粒數(shù)量占總量的為2%~26%，長石顆粒數(shù)量占總量的6%~19%，巖屑顆粒數(shù)量占總量的11%~40%。河口組砂巖碎屑主要為次棱角狀—次圓狀，分選程度中等?差?？傮w來看，研究區(qū)河口組砂巖碎屑組分中巖屑含量相對較高，反映了砂巖成分成熟度偏低。河口組主要為沖積扇和河流沉積體系的產(chǎn)物，沉積物源主要來自盆地兩側(cè)青白口系低級變質(zhì)巖系地層和燕山期酸性火山?侵入雜巖。碎屑組分Dickinson投圖表明，研究區(qū)上白堊統(tǒng)河口組砂巖主要來自再旋回造山帶物源區(qū)。

白堊系；河口組；砂巖碎屑組分；物源分析；贛杭構造帶

贛杭構造帶是我國東南部一條重要的鈾多金屬成礦帶，廣泛發(fā)育白堊紀火山巖盆地和陸相紅色碎屑巖盆地，是研究熱液鈾成礦作用的重要場所，著名的相山鈾礦田即位于贛杭帶西段。華南白堊紀熱液鈾礦床與陸相斷陷紅盆具有緊密的時空關聯(lián)[1]，但是近年來的研究主要集中在熱液鈾礦床方面[2?3]，對陸相紅層的沉積學研究[4?5]較少，因而對白堊紀溫室氣候條件下的華南熱液鈾成礦作用與陸相紅盆演化之間的關系缺乏認識和把握。本文作者以贛杭帶西段永豐、崇仁地區(qū)上白堊統(tǒng)河口組為研究對象，通過河口組砂巖顯微鏡下碎屑組分統(tǒng)計和分析，對盆地沉積物源及其構造屬性進行探討，為該地區(qū)白堊紀陸相斷陷紅盆的形成和演化研究提供基礎材料。物源分析是沉積盆地研究的重要內(nèi)容，砂巖碎屑組分統(tǒng)計是一種行之有效的物源屬性判斷方法。該方法將沉積盆地物源區(qū)劃分為3個一級物源區(qū)和7個次級物源區(qū)[6?7]。Ingersoll等[8]提出了Gazzi-Dickinson碎屑骨架分析方法和模型判別圖解。目前，該方法已經(jīng)在許多沉積盆地的物源分析中取得了較好的應用效果[9?13]。相對于易受成巖作用影響的填隙物(雜基和膠結(jié)物)而言，砂巖碎屑顆粒組成相對較為穩(wěn)定，能較好地反映物源區(qū)巖石的構造屬性。本研究采用Gazzi-Dickinson計點法，在顯微鏡下對常規(guī)巖石薄片中各種碎屑組分(包括單晶石英、多晶石英、鉀長石、斜長石以及不同巖屑)進行統(tǒng)計，每個薄片碎屑顆粒統(tǒng)計數(shù)不少于300個。然后，將這些碎屑組分含量的數(shù)據(jù)投點到廣泛應用于砂巖物源區(qū)分析的Dickinson三端元圖解[6?7]上，以便進行物源區(qū)構造屬性解釋。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

華南晚白堊世處于拉張構造背景，陸相紅盆充填以粗粒碎屑巖為主[14?16]。贛杭構造帶東起浙江紹興，西至江西永豐，總體呈北東向展布，自西向東發(fā)育一系列白堊系陸相斷陷紅盆[17](圖1)。贛杭構造帶大地構造位置上處于華南一級構造單元的結(jié)合部位，橫跨江南元古宙島弧和華南加里東造山帶2個不同的二級構造單元，北側(cè)為下?lián)P子地塊，南側(cè)為華南地塊[17?18]。研究區(qū)先后經(jīng)歷揚子—加里東、海西—印支、燕山等多期次強烈的構造運動和巖漿作用，于晚白堊世末的燕山晚期構造運動中形成一套陸相紅色碎屑巖沉積，即龜峰群，自下而上劃分為河口組、塘邊組和蓮荷組。

Ⅰ—永豐?崇仁盆地；Ⅱ—信江盆地；Ⅲ—金衢盆地

江西永豐—崇仁盆地位于贛杭構造帶西段，呈北東—南西走向，南西段較窄，北東段較開闊，長約200 km，寬10~30 km，面積為3 018 km2[19]。研究區(qū)青白口系變質(zhì)巖發(fā)育，為一套淺變質(zhì)的砂泥質(zhì)復理石建造，經(jīng)歷了多期變形、變質(zhì)作用，巖石類型多樣，以區(qū)域變質(zhì)巖為主，其次為熱接觸變質(zhì)巖。燕山期巖漿活動強烈，產(chǎn)出以早白堊世為主的火山?侵入雜巖。研究區(qū)上白堊統(tǒng)河口組陸相紅色碎屑巖與下伏下白堊統(tǒng)鵝湖嶺組(k1)碎斑熔巖呈角度不整合接觸，頂部與塘邊組呈整合接觸(圖1)。

2 河口組沉積特征

河口組以發(fā)育紫紅色、磚紅色或淡紅色粗碎屑巖為特征，露頭剖面上沉積現(xiàn)象豐富(圖2)。碎屑沉積物粒度自下而上由粗變細所形成的正粒序十分發(fā)育(圖2(b)和圖2(c))。正粒序的厚度一般為10~30 cm，正粒序底部一般為礫石層，礫石大小和成分在盆地不同位置相差較大，礫石沿沖刷面集中發(fā)育，往上礫石粒度具有明顯變小的趨勢，一般與上部粗砂級碎屑為緩慢過渡關系，然后漸變?yōu)榧毶?、粉砂，但也可見粗砂巖之上即發(fā)育下一個正粒序。在一個正粒序的上部，由水動力條件減弱所形成的細粒沉積物(一般是含細礫粉砂巖和泥巖)中，可見網(wǎng)格狀風化特征(圖2(f))，其上一般發(fā)育明顯的沖刷侵蝕作用界面(圖2(a))，反映了下一期沖積沉積作用的開始。在厚層?塊狀含礫粗砂巖中發(fā)育大型楔狀交錯層理(圖2(d))，在含礫中—細砂巖中發(fā)育小型楔狀交錯層理(圖2(e))。

(a) 辮狀河道沉積底部的大型沖刷侵蝕界面；(b) 曲流河相多個向上變細的沉積旋回；(c) 辮狀河沉積發(fā)育沖刷面、平行層理和正粒序；(d) 大型楔狀交錯層理；(e) 小型楔狀交錯層理；(f) 河漫灘細粒沉積的網(wǎng)格狀風化；(g) 鈣質(zhì)結(jié)核；(h) 鈣質(zhì)凝縮薄層

對于陸相沖積沉積作用形成的地層記錄，由于沉積水動力條件的不穩(wěn)定性，導致一套沉積序列中不同級次的沉積界面十分發(fā)育。這些沉積界面大多為不同期次河流沖刷侵蝕作用界面(圖2(a))，凹凸不平，沖刷面之上一般會富集一薄層礫石，礫石層厚度為3~5 cm，橫向上延伸一般不會超過3 m。沖刷面之上的沉積砂體中可見傾斜的前積層，反映了較強的水流條件?？v向上不同傾向的前積層反映了古水流方向的改變。露頭剖面上沉積物組構變化和不同級次界面反映了沉積物內(nèi)部非均質(zhì)性較強，代表了河流沉積作用在橫向上和縱向上發(fā)育的不穩(wěn)定性。

在永豐下袍河口組剖面中，河漫灘或干旱瀉湖相紫紅色泥質(zhì)巖中發(fā)育鈣質(zhì)結(jié)核(圖2(g))，鈣質(zhì)結(jié)核集中發(fā)育的單層最大厚度可達1.6 m。另外，在含礫中—粗砂巖中可見鈣質(zhì)凝縮薄層(薄層厚度為2~6 mm)，呈波狀彎曲，大致平行于層理方向延伸較遠，也可見不規(guī)則同心圓狀鈣質(zhì)薄層(圖2(h))。這二者都指示了干旱炎熱的古氣候條件。

3 河口組砂巖碎屑組分特征

砂巖碎屑組分相對穩(wěn)定，不易受到后期成巖作用和風化作用的改變，因而在顯微鏡下根據(jù)砂巖碎屑骨架進行物源判別，可能優(yōu)于采用地球化學分析方法進行物源判別。江西永豐?崇仁盆地上白堊統(tǒng)出露較好，河口組砂巖碎屑顆粒主要為石英、巖屑和長石，以及少量的白云母和黑云母。本文對研究區(qū)河口組16個薄片進行了碎屑組分統(tǒng)計和分析，每個薄片在鏡下統(tǒng)計顆粒數(shù)不少于300個，統(tǒng)計結(jié)果換算為顆粒含量(顆粒數(shù)量占總量的比例，余同)見表1。

表1 河口組砂巖碎屑礦物成分點統(tǒng)計結(jié)果

注：Q 為總石英質(zhì)顆粒；Qm為單晶石英顆粒；Qp為多晶石英質(zhì)巖屑(燧石等)；F為總長石顆粒；P為斜長石顆粒；K為鉀長石顆粒；L為總非穩(wěn)定隱晶巖屑；Lv為火山的、半深成、變質(zhì)火山巖屑；Ls為沉積和變質(zhì)沉積巖屑；Lt為多晶質(zhì)巖屑顆粒(L+Qp)。

河口組砂巖碎屑顆粒的統(tǒng)計結(jié)果顯示，石英顆粒占總量的47%~83%，長石顆粒占總量的6%~19%，巖屑含量普遍較高，巖屑顆粒占總量的11%~40%，表明河口組砂巖成分成熟度偏低，碎屑沉積物沒有經(jīng)歷遠距離的搬運和分選，因而，指示了河口組砂巖多為近源快速堆積的產(chǎn)物。

河口組砂巖碎屑組分鏡下特征如圖3所示。從圖3可見：砂屑顆粒間多呈點接觸?線接觸，孔隙?接觸式膠結(jié)類型，顆粒支撐碎屑結(jié)構。分選性差、磨圓度中等偏差，成分成熟度和結(jié)構成熟度較低。膠結(jié)物主要有鐵質(zhì)、鈣質(zhì)、泥質(zhì)和硅質(zhì)，其體積分數(shù)為10%~20%?；|(zhì)由黏土礦物(吸附Fe3+，呈褐紅色)、細粉砂組成，顆粒質(zhì)量分數(shù)為8%~15%。此外，在巖石薄片中，局部見顆粒間無接觸，呈懸浮狀漂浮于基質(zhì)當中，因此為基底式膠結(jié)和雜基支撐碎屑結(jié)構。重礦物見有少量鋯石，偶見電氣石。大量褐紅色鐵質(zhì)膠結(jié)物的出現(xiàn)指示沉積?成巖作用過程中的干旱氧化環(huán)境。

(a) 次圓狀鉀長石；(b) 發(fā)育格子狀雙晶的微斜長石；(c) 千枚巖巖屑(上)和多晶石英(下)；(d) 千枚巖巖屑和細砂巖巖屑；(e) 石英片巖巖屑；(f) 條紋長石和千枚巖巖屑

根據(jù)薄片鑒定結(jié)果，主要碎屑組分為：

1) 石英。石英可分為單晶石英(顆粒占總量的29%~ 81%)和多晶石英(顆粒占總量2%~26%)。單晶石英以次棱角狀?次圓狀為主，少量為圓狀和棱角狀，個別可見雙錐狀，具有中等?差的磨圓程度，粒徑為0.09~1.85 mm，少量單晶石英的粒徑為0.15~0.23 mm。單晶石英基本上具有均勻消光的特點，表明單晶石英來自酸性巖漿巖，可見溶蝕港灣狀的單晶石英。多晶石英一般為粒狀，具有波狀消光，粒徑變化范圍較大，主要為0.30~1.80 mm。本研究中，將石英片巖、石英巖和燧石等作為多晶石英進行統(tǒng)計。

2) 長石。長石一般呈短柱狀和次圓狀，主要為鉀長石(顆粒占總量的1%~8%)和斜長石(顆粒占總量的4%~15%)。其中，鉀長石以次圓狀為主，其次為次棱角狀，發(fā)育輕微黏土化，少量具有卡氏雙晶和格子狀雙晶，粒徑為0.14~0.85 mm，最大粒徑為1.25 mm。其中，可見微斜長石，次棱角—次圓狀，粒徑為0.44~ 0.51 mm。斜長石通常為板狀，聚片雙晶發(fā)育，輕微絹云母化，主要來自酸性巖漿巖和變質(zhì)巖。

3) 巖屑。巖屑是判斷物源區(qū)母巖類型的重要標志。研究區(qū)河口組巖屑多呈次圓狀、橢圓狀，粒徑為0.20~1.79 mm，顆粒占總量的11%~40%，巖漿巖和變質(zhì)火山巖巖屑顆粒占總量的4%~22%，沉積巖和變質(zhì)沉積巖巖屑顆粒占總量的7%~21%。巖屑種類較多，主要類型有流紋巖巖屑、花崗斑巖(或碎斑熔巖)巖屑、千枚巖巖屑、泥質(zhì)巖巖屑和砂巖巖屑?？梢娚倭吭颇傅V物碎屑，包括白云母和黑云母。其中，白云母常見扭曲狀，往往指示來自變質(zhì)巖；黑云母多暗化，來自巖漿巖和云母石英片巖。

4 物源區(qū)構造屬性分析

砂巖是陸源碎屑巖的主要巖石類型，其組分主要受物源區(qū)影響，而物源區(qū)與沉積盆地之間的關系則受構造作用所控制[6?7]。根據(jù)Dickinson等[6]提出的QFL，QmFLt，QpLvLs和QmPK三端元圖解(見圖4)，對研究區(qū)河口組砂巖樣品中的石英、長石和巖屑進行三角圖投點。在主圖解QFL上可區(qū)分陸塊、巖漿弧和再旋回造山帶3個基本物源區(qū)，在輔助圖解QmFLt，QpLvLs和QmPK中可進行一對一的分析，趨勢更加明顯。

(a) QFL圖解；(b) QmFLt圖解；(c) QpLvLs圖解；(d) QmPK圖解

如圖4所示，在QFL和QmFLt圖解中，河口組16塊砂巖樣品投點全部落入再旋回造山帶物源區(qū)，而且大多數(shù)砂巖樣品的海洋組分含量高于大陸組分含量。QpLvLs圖解反映的是對再旋回造山帶物源區(qū)的進一步細分，將其分為克拉通前緣碰撞縫合線及褶 皺?逆掩帶、弧造山帶、俯沖帶和上述作用的混合造山帶4類。在QpLvLs圖解中，研究區(qū)河口組砂巖樣品分別落在弧造山帶物源區(qū)和混合造山帶物源區(qū)，表明河口組沉積時期具有弧造山帶和混合造山帶物源區(qū)，而沒有俯沖消減帶物源區(qū)。在QmPK圖解中，河口組砂巖樣品全部集中于再旋回造山的陸塊物源區(qū)，具有成熟度和穩(wěn)定性較高的特點，而不是巖漿弧來源。后來，Dickinson等[7]提出的三端元圖解對物源區(qū)界線作了進一步量化，指出了主要沉積盆地與主要板塊邊界類型和相關的碎屑物源之間的關系，反映了QFL、QmFLt圖解、沉積盆地和構造背景三者的關系。根據(jù)該方法進行的投點結(jié)果如圖5所示。由圖5可知：在QFL圖解中，河口組砂巖投點全部落入再旋回造山帶物源區(qū)。利用QmFLt圖解來進一步確定物源可知，所有樣品投點都落在石英再旋回與巖屑再旋回的過渡區(qū)域(再旋回過渡帶)及其附近。

(a) QFL圖解；(b) QmFLt圖解

綜上所述，贛杭構造帶西段江西永豐、崇仁一帶的上白堊統(tǒng)河口組砂巖主要來源于再旋回造山帶物源區(qū)，可能部分來自弧造山帶物源。

晚中生代古太平洋板塊相對古亞洲大陸的俯沖作用導致贛杭地區(qū)構造?火山活動強烈，贛杭構造帶位于華南揚子地塊和華夏地塊的結(jié)合部位，晚侏羅世?早白堊世分布有數(shù)十個火山盆地、火山穹隆，早白堊世晚期開始由于強烈的地殼伸展作用形成一系列陸相斷陷紅盆[20]。永豐—崇仁盆地上白堊統(tǒng)河口組紅層與下伏燕山期酸性火山?侵入雜巖呈角度不整合接觸。因此，研究區(qū)河口組砂巖的物源應為斷陷紅盆兩側(cè)的隆起地區(qū)，主要為再旋回造山帶物源，可能存在少量弧造山帶物源。研究區(qū)青白口系主要為一套以千枚巖、片巖為主的低級變質(zhì)巖系地層，原巖為淺?！紊詈Ｏ喑练e，具有成熟度和穩(wěn)定性較高的特點。在干旱的古氣候條件下，剝蝕產(chǎn)生的長石經(jīng)短距離搬運后得以保存，不穩(wěn)定的巖屑組分含量相對較高，導致河口組砂巖整體的成分成熟度較低，反映了一種近源快速沉積過程。

5 結(jié)論

1) 位于贛杭構造帶西段的永豐—崇仁盆地上白堊統(tǒng)河口組砂巖碎屑組分特征主要為：單晶石英顆粒占總量的29%~81%，多晶石英顆粒占總量的2%~26%，長石顆粒占總量的6%~19%，巖屑顆粒占總量的11%~40%?？傮w來看，研究區(qū)河口組砂巖碎屑組分中巖屑含量相對較高，反映了砂巖成分成熟度偏低。結(jié)合露頭沉積組構特征和巖相組合關系，認為河口組主要為干旱氣候條件下沖積扇?河流沉積體系的產(chǎn)物。

2) 河口組砂巖碎屑組分特征和Dickinson圖解投點的物源分析結(jié)果表明，在中國東南部地殼伸展拉張背景下形成的江西永豐—崇仁陸相斷陷盆地，沉積物源主要來自盆地兩側(cè)的隆起地區(qū)，主要為青白口系淺變質(zhì)巖系地層、燕山期酸性火山—侵入雜巖，其次為河口組沉積時期遭受剝蝕的前晚白堊世地層。宏觀和微觀沉積物組構反映了近源快速沉積作用的特點。綜合分析認為，研究區(qū)上白堊統(tǒng)河口組砂巖主要來自再旋回造山帶物源區(qū)，具有再旋回過渡帶的特點。

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Sandstone detrital composition and tectonic attributes of provenance of the Upper Cretaceous Hekou Formation in western Gan-Hang tectonic belt

CHEN Liuqin1, 2, 3, GUO Fusheng3, LIANG Wei3

(1. Jiangxi Key Laboratory of Nuclear Resources and Environment, Nangchang 330013, China;2. Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;3. College of Earth Sciences, East China Institute of Technology, Nangchang 330013, China)

The sandstone detrital composition of the Upper Cretaceous Hekou Formation in Yongfeng—Chongren basin of western Gan—Hang tectonic belt was analyzed, and the provenance characteristics and its tectonic attributes were studied. The characteristics of sandstone detrital composition of Hekou Formation show that the content of monocrystal quart (Qm) is 29%?81%, the polycrystal quart (Qp) is 2%?26%, the content of feldspar is mainly 6%?19% and the lithic fragments is 11%?40%. The sandstones from Hekou Formation are characterized by subangular to subrounded grains and moderate to poor sorting. As a whole, the content of the lithic fragments is relatively high, which indicates that the compositional maturity of the Hekou Formation sandstones is commonly low. Based on outcrop sedimentary features, Hekou Formation is interpreted as products of fluvial fan river despsitional systems. Both the detrital composition and provenance analysis of the Hekou Formation sandstones indicate that sediments were mostly from the uplifted areas on the both sides of the basin, mainly including low-grade metamorphic rocks of Qingbaikouan System and granitic volcanic intrusive complex of Yanshanian stage. Dickinson ploting results indicate that sandstones of Hekou Formation were mainly derived from the recycled orogen provenance area.

Cretaceous; Hekou Formation; sandstone detrital composition; provenance analysis; Gan—Hang tectonic belt

P534.53，P588.21

A

1672?7207(2015)02?0571?08

2014?03?18；

2014?06?22

博士后科研啟動基金資助項目(DHBHK1102)；江西省博士后科研擇優(yōu)資助項目(2012)；江西省教育廳資助科研項目(GJJ13438)；中國地質(zhì)調(diào)查局工作項目(1212011120836，1212011220248)；東華理工大學核資源與環(huán)境教育部重點實驗室開放基金資助項目(NRE1210)；核放射性地質(zhì)與勘探技術國防重點學科實驗室開放基金資助項目(RGEET1304)(Project (DHBHK1102) supported by the Postdoctoral Research Startup Foundation; Project (2012) supported by the Foundation for Selected Postdoctoral Research of Jiangxi Province; Project (GJJ13438) supported by Research Foundation of Jiangxi Education Department; Projects (1212011120836, 1212011220248) supported by China Geological Survey; Project (NRE1210) supported by the Key Laboratory of Nuclear Resources and Environment of the Ministry of Education; Project (RGET1304) supported by the Fundamental Science on Radioactive Geology and Exploration Technology Laboratory of East China Institute of Technology)

陳留勤，博士，講師，從事沉積學研究；E-mail：liuqincheen@163.com

10.11817/j.issn.1672-7207.2015.02.027

(編輯 趙俊)