童雪飛，康志宏，周　磊，劉晨曉，郭瑞琴，皇甫靜靜

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 海相儲(chǔ)層演化與油氣富集教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100083；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 頁巖氣資源評(píng)價(jià)與戰(zhàn)略選區(qū)國土資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100083；3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京　100083；4.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 海洋學(xué)院，北京　100083)

?

塔里木西北緣烏什南上石炭統(tǒng)索格當(dāng)他烏組微量稀土元素特征及地質(zhì)意義

童雪飛1, 2, 3，康志宏1, 2, 3，周磊1, 2, 3，劉晨曉4，郭瑞琴1, 2, 3，皇甫靜靜1, 2, 3

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 海相儲(chǔ)層演化與油氣富集教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 頁巖氣資源評(píng)價(jià)與戰(zhàn)略選區(qū)國土資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083；3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京100083；4.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 海洋學(xué)院，北京100083)

為探討塔里木盆地西北緣柯坪地區(qū)上石炭統(tǒng)索格當(dāng)他烏組沉積環(huán)境、物源屬性和構(gòu)造背景，在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)柯坪地區(qū)烏什南剖面上石炭統(tǒng)索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖進(jìn)行了系統(tǒng)的地球化學(xué)樣品采集與測試分析。通過氧化還原敏感元素組合及微量元素特征比值對(duì)比，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖形成于弱還原環(huán)境。再利用Hf-La/Th、La/Sc-Co/Th和REE-La/Yb判別圖解、微量元素特征比值(La/Sc、Sc/Th、Cr/Th及Co/Th)，并結(jié)合巖石礦物薄片分析，認(rèn)為索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖與上地殼特征相似，母巖以長英質(zhì)巖石為主，混有部分花崗巖和安山巖。對(duì)比不同構(gòu)造背景下雜砂巖的稀土、微量元素特征，并結(jié)合碎屑巖La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10、Th-Co-Zr/10三角圖解，認(rèn)為研究區(qū)上石炭統(tǒng)索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖源巖具有大陸島弧、活動(dòng)大陸邊緣、被動(dòng)大陸邊緣多重構(gòu)造背景。

上石炭統(tǒng)；稀土元素；微量元素；沉積環(huán)境；物源屬性；構(gòu)造背景

0　引　言

陸源碎屑巖中元素的地球化學(xué)行為受源區(qū)母巖成分、風(fēng)化、搬運(yùn)和沉積沉降等因素綜合控制[1-4]。研究認(rèn)為鋯(Zr)、釷(Th)、鑭(La)、鈧(Sc)、鉻(Cr)、鈷(Co)、銥(Y)等微量元素及稀土元素(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)幾乎不受風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積沉降等過程的影響，保存了源巖物質(zhì)成分原始信息[2-4]，因此研究細(xì)碎屑巖地球化學(xué)特征，可以很好地反映物源屬性、構(gòu)造背景[5]，進(jìn)而恢復(fù)沉積盆地構(gòu)造、沉積環(huán)境[6]。

圖1　天山及鄰區(qū)構(gòu)造略圖及剖面位置圖(據(jù)李忠等[13]修編) Fig.1　Geological map showing tectonic units in Tianshan and adjacent area and the section location(modified from Li Zhong[13], 2004)

塔里木盆地西北緣的闊克沙勒以南的索格當(dāng)他烏地區(qū)處于南天山與塔北隆起之間，石炭系地層呈近東西向展布，明顯受控于東西向的斷裂帶[7-8]。相關(guān)學(xué)者在該地區(qū)開展了石炭系地層學(xué)、巖石學(xué)、巖相學(xué)等方面的研究，而針對(duì)該區(qū)石炭系地層的物源屬性、構(gòu)造沉積環(huán)境等方面的研究較少[9]，同時(shí)關(guān)于南天山造山作用的時(shí)限問題目前還存在分歧，Allen等在1993年、高俊等在2006年認(rèn)為南天山碰撞造山作用開始于晚古生代[10-11]，李曰俊等2009年認(rèn)為是二疊紀(jì)末—三疊紀(jì)初期[12]。本研究擬在野外剖面實(shí)測基礎(chǔ)上，對(duì)上石炭統(tǒng)索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖沉積物進(jìn)行巖石礦物薄片和稀土、微量元素等測試分析，來探討柯坪地區(qū)上石炭統(tǒng)細(xì)碎屑巖物源、構(gòu)造和沉積環(huán)境。

1　研究區(qū)地層特征

圖2　研究區(qū)索格當(dāng)他烏組特征元素垂向分布及取樣位置圖Fig.2　Vertical distribution of REEs and sampling location in the study area

研究區(qū)位于塔里木盆地西北緣闊克沙勒以南的索格當(dāng)他烏地區(qū)，構(gòu)造位置上鄰近柯坪古陸，地層分區(qū)上，屬于柯坪地層分區(qū)阿合奇小區(qū)[8]。烏什城南石炭系出露較完整，是較典型的剖面(圖1)。石炭系地層由老到新發(fā)育有蒙達(dá)勒克組(C1m)、烏什組(C1w)、庫魯組(C1k)和索格當(dāng)他烏組(C2s)[7-8](圖2)，巖性自下而上變化明顯，底部以灰色礫巖、中粗砂巖，紫紅色石英巖屑細(xì)砂巖與泥質(zhì)粉砂巖、泥巖互層，向上砂巖減少，以碳酸鹽巖為主，夾薄層細(xì)砂巖、泥巖，上部上石炭統(tǒng)索格當(dāng)他烏組地層碳酸鹽巖減少，主要為暗色泥頁巖、粉砂質(zhì)泥巖與粉砂巖互層。沉積環(huán)境以碳酸鹽巖臺(tái)地和陸棚沉積為主，總體上屬于陸表濱淺海環(huán)境，沉積環(huán)境經(jīng)歷了由淺變深再變淺的沉積旋回[7,14]。

2　樣品采集與測試

為研究索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖的微量、稀土元素地球化學(xué)特征，以期探討柯坪地區(qū)晚石炭世索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖物源特征及其構(gòu)造、沉積環(huán)境，本次研究樣品取自新疆柯坪地區(qū)烏什城南庫魯剖面(地理坐標(biāo)：N41°07′50.24″，E79°16′23.00″)，野外產(chǎn)狀178°∠46°。野外系統(tǒng)采集索格當(dāng)他烏組新鮮未經(jīng)風(fēng)化剝蝕的細(xì)碎屑巖樣品，室內(nèi)選擇12個(gè)無裂隙且相對(duì)比較堅(jiān)硬的巖石樣品，將其碎至1 cm3左右的小塊并用超純水進(jìn)行3次(每次1分鐘)振蕩清洗，用經(jīng)清洗無污染的瑪瑙碾缽粉碎至200目以下，送長安大學(xué)成礦作用及其動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行制樣分析。測試分析在溫度為20 ℃，相對(duì)濕度為30%的條件下，依據(jù)GB/T 14506.30—2010標(biāo)準(zhǔn)，采用Thermo高精度元素電感耦合等離子體質(zhì)譜(Thermo Scientific ELE-MENT high-resolution ICP-MS)法完成。其檢測門限為10-9級(jí)次，很少發(fā)生質(zhì)譜譜線重疊的現(xiàn)象，是稀土元素測試分析的較理想手段。

3　測試分析結(jié)果

3.1巖石薄片分析

巖礦薄片分析結(jié)果表明，泥頁巖成分較復(fù)雜，主要由泥質(zhì)構(gòu)成，見少量粉砂-細(xì)粒級(jí)石英、長石、石英巖及千枚巖、花崗巖碎屑顆粒，有個(gè)別微晶結(jié)構(gòu)方解石晶體零星分布，泥質(zhì)呈鱗片狀結(jié)構(gòu)(圖3)，表明源巖可能具有混合成因的特征。

3.2微量元素地球化學(xué)特征

研究區(qū)細(xì)碎屑巖樣品的微量元素測試分析結(jié)果見表1。與上地殼元素平均豐度相近，其中，Li、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Cs、Bi、Ga、U等元素濃集系數(shù)均小于2，表現(xiàn)為弱富集；Be、Rb、Ba、Pb、Th等元素濃集系數(shù)分別為0.83、0.78、0.77、0.84、0.86，為弱虧損，Sr濃集系數(shù)為0.35，表現(xiàn)為強(qiáng)烈虧損。

圖3　索格當(dāng)他烏組巖石薄片微觀特征Fig.3　Microstructure characteristics of the samples from Suogedangtawu Formation

樣品 LiBeScVCrCoNiCuZnGaRbSrZrWS-145.80.9818.02148.8121.7017.8854.2235.5897.8728.66123.50139.60294.0WS-253.52.4319.02134.2101.8017.1053.0633.7586.3126.98103.70154.00282.5WS-328.03.1013.14133.7100.0019.6451.6834.8992.8721.7425.6964.26277.7WS-432.90.0313.20111.385.0613.1537.3124.8369.9720.4565.09108.50218.3WS-523.42.6112.41108.683.6614.2738.2728.9276.6320.7066.77105.60224.4WS-630.10.7313.06111.279.1114.5640.1229.2685.1522.6730.65105.90236.6WS-730.50.3512.43102.378.2913.0038.8632.5872.5419.7877.74122.90244.0WS-85.60.3313.8911.422.912.245.123.4417.458.88115.6086.6526.2WS-918.10.6714.544.012.552.392.651.5919.658.15110.2096.9418.8WS-1019.63.0210.44121.997.5112.6839.9432.2491.4522.3872.1787.59228.1WS-1144.12.7110.08121.699.2012.0439.6933.0264.8122.2756.47105.90245.8WS-1219.12.109.65124.285.6913.5039.1933.7674.5121.4738.4778.37230.0平均值29.21.5913.32102.880.6312.7036.6826.9970.7720.3473.84104.68210.5上地殼豐度20.01.9010.0070.044.0012.0021.0017.0063.0018.0095.00300.0170.0濃集系數(shù)1.460.831.331.471.831.061.751.591.121.130.780.351.24

(續(xù))表1　研究區(qū)石炭系索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖微量元素實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)(wB/(μg/g))

注：濃集系數(shù)為樣品元素平均含量與上地殼元素平均含量的比值；上地殼豐度數(shù)據(jù)引自參考文獻(xiàn)[2]；Uaut代表自生鈾。

表2　研究區(qū)索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖稀土元素實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)(wB/(μg/g))

注：上地殼豐度數(shù)據(jù)引自參考文獻(xiàn)[11]。

3.3稀土元素地球化學(xué)特征

研究區(qū)細(xì)碎屑巖樣品稀土元素實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)及其特征參數(shù)見表2、表3。由表可以看出，研究區(qū)細(xì)碎屑巖樣品稀土元素含量與上地殼稀土元素元素平均豐度相似，總體變化趨勢大體一致。

稀土元素總含量(ΣREE)為130.24～289.63 μg/g，且含量較高，平均為201.46 μg/g，其中輕稀土元素含量(ΣLREE)為96.54～237.63 μg/g，平均為162.94 μg/g，重稀土元素含量(ΣHREE)為13.43～21.95 μg/g，平均為16.22 μg/g。輕、重稀土元素含量比(ΣLREE/ΣHREE)在6.83～11.69之間，平均為10.10，輕稀土元素相對(duì)重稀土元素明顯富集。

稀土元素Eu屬于變價(jià)元素，Eu3+性質(zhì)與其他稀土元素相似，一般在還原環(huán)境中部分Eu3+可以

表3研究區(qū)索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖稀土元素特征參數(shù)

Table 3The rare earth element characteristic parameters of fine clastic rock in the study area

樣品ΣREE/(μg/g)ΣLREE/(μg/g)ΣHREE/(μg/g)ΣLREE/ΣHREE(La/Yb)NδEuδCeWS-1289.63237.6321.9510.8212.940.711.11WS-2261.67208.9721.349.7911.580.801.12WS-3130.2496.5414.136.837.160.751.02WS-4200.41166.2514.2311.6913.210.771.08WS-5204.64166.9015.1111.0512.190.771.09WS-6204.75165.1616.0410.3012.960.811.11WS-7200.30163.7715.2510.7413.630.681.10WS-8178.88146.9913.5610.8412.500.681.01WS-9238.49196.8817.2211.4314.940.731.04WS-10180.40149.4714.2410.5010.520.761.17WS-11139.41110.1213.438.208.680.730.93WS-12171.69138.3415.259.078.850.701.21平均值201.46162.9416.2210.1011.520.741.08

注：N表示球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)據(jù)引自Boynton[2]，1984；ΣLREE=La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu；ΣHREE=Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu；ΣREE=ΣLREE+ΣHREE；δEu=EuN/(SmN×GdN)1/2；δCe=CeN/(LaN×PrN)1/2。

被還原為Eu2+，從而導(dǎo)致Eu2+堿性度與REE3+整體差異大而發(fā)生分離[15-19]。δEu可用于反映Eu的異常程度，研究區(qū)δEu值為0.68～0.81，平均為0.74，表現(xiàn)為明顯的負(fù)異常。

Ce具有+3和+4兩種價(jià)態(tài)， 一般在氧化環(huán)境中Ce可被氧化為Ce4+，從而與其他三價(jià)REE分離，在風(fēng)化作用過程中，同時(shí)Ce4+在弱酸環(huán)境中極易水解，并在原地滯留下來，淋濾出來的溶液中貧Ce[15-19]。研究樣品δCe的值為0.93～1.21，平均為1.08，幾乎無異常。

圖4　研究區(qū)樣品δCe與ΣREE(a)和δCe與δEu(b)相關(guān)性圖解Fig.4　The relationship of δCe-ΣREE (a) and δCe-δEu (b) of clastic rock in the study area

4　討　論

4.1成巖作用影響

巖石樣品中元素特征除受區(qū)域構(gòu)造背景、源區(qū)母巖成分、古氣候等的影響，還可能受后期成巖作用的影響[1]。Shields等在2001年研究認(rèn)為成巖作用會(huì)影響Ce的異常值，從而導(dǎo)致δEu、δCe和ΣREE之間具有較好的線性關(guān)系[20]。研究區(qū)巖石樣品的δCe與ΣREE和δEu協(xié)變關(guān)系如圖4所示，有關(guān)參數(shù)線性關(guān)系不明顯，表明后期成巖作用對(duì)稀土元素特征沒有明顯的控制作用。

4.2沉積環(huán)境分析

前人研究認(rèn)為氧化還原敏感微量元素組合及其特征比值一般可以較好放映沉積水體的氧化還原狀態(tài)[1,21-23]。Cr、Co、Cd、Cu、U、Zn等氧化還原敏感金屬元素對(duì)沉積水介質(zhì)的氧化還原條件比較敏感，它們?cè)谶€原環(huán)境中富集，在氧化條件下含量較低甚至缺失[21-23]。研究區(qū)巖石樣品中上述氧化還原敏感元素含量不高(表1)，表現(xiàn)為弱富集，反映古沉積水介質(zhì)為弱還原環(huán)境。

氧化還原條件下V、Sc性質(zhì)相似，一般在還原環(huán)境中V、Sc不溶于水，導(dǎo)致它們?cè)诔练e物中富集，沉積物中的V含量相對(duì)于Sc含量呈正比變化，從而與其他不相容元素區(qū)分。Kimura等在2001年研究認(rèn)為V/Sc比值高則反映沉積水體是缺氧的環(huán)境，常華進(jìn)等2008年運(yùn)用V/Sc對(duì)湖南安化留茶坡組硅質(zhì)巖的研究也證實(shí)了高的V/Sc比值代表缺氧環(huán)境的觀點(diǎn)[21,24]。研究區(qū)樣品V/Sc比值0.27～12.87，平均7.88，且多數(shù)樣品V/Sc大于8.0，高于地殼中V/Sc(7.9)(圖2)。這表明細(xì)碎屑巖的沉積環(huán)境是相對(duì)缺氧的環(huán)境。

此外，V/(V+Ni)比值也可以作為沉積物的氧化還原狀態(tài)的判別指標(biāo)，Wingnall在1994年提出了V/(V+Ni)比值判別沉積物氧化還原狀態(tài)的標(biāo)志，當(dāng)V/(V+Ni)< 0.46時(shí)，為富氧環(huán)境；當(dāng)V/(V+Ni)為0.46～0.57時(shí)，為氧化環(huán)境；當(dāng)V/(V+Ni)為0.57～0.83時(shí)，代表缺氧環(huán)境；當(dāng)V/(V+Ni)為0.83～1.00時(shí)，為靜海環(huán)境[11,15,21,25]。研究區(qū)樣品V/(V+Ni)為0.60～0.77，平均為0.72，反映研究區(qū)細(xì)碎屑巖樣品古沉積環(huán)境為缺氧的弱還原環(huán)境。

4.3物源屬性分析

由于碎屑巖稀土元素在風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積成巖過程中相對(duì)穩(wěn)定，其分配模式常被用于物源分析[3,5-6, 26-28]。前人研究認(rèn)為大陸上地殼的稀土元素具有輕稀土元素富集、重稀土元素平穩(wěn)以及Eu負(fù)異常的特征[14]。索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖樣品經(jīng)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后稀土元素分配模式見圖5，與上地殼稀土元素分布曲線基本平行，具有輕稀土元素右傾富集、重稀土元素較為平坦穩(wěn)定、Eu負(fù)異常、Ce幾乎無異常等特征。這表明索格當(dāng)他烏組地層物源區(qū)相同，沉積過程中物質(zhì)來源較穩(wěn)定，母巖物質(zhì)來源于上地殼。從微量元素看，索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖樣品的微量元素平均值(表1)與上地殼元素平均值相近。此外，泥頁巖中的微量元素特征比值如La/Sc、Sc/Th、Cr/Th、Co/Th等也可以指示沉積巖物源屬性[11,14,26-29]。研究區(qū)樣品微量元素特征比值與地殼元素對(duì)比(表4)表明，索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖微量元素特征比值與上地殼微量元素特征比值相近，與洋殼和上地殼微量元素特征比值差別較大。

圖5　研究區(qū)樣品稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分配模式圖Fig.5　Chondrite-normalized patterns of the samples from Suogedangtawu Formation in the study area

運(yùn)用微量元素Hf-La/Th和La/Sc-Co/Th判別圖解也可以對(duì)研究區(qū)巖石樣品進(jìn)行源巖屬性分析[4,18,29-34](圖6)。Hf-La/Th圖解上索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖樣品點(diǎn)多數(shù)投在長英質(zhì)源區(qū)；La/Sc-Co/Th圖解中索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖樣品多數(shù)落在長英質(zhì)火山巖和安山巖區(qū)域，這表明源巖以長英質(zhì)巖石為主，可能伴有安山巖和火山巖的混入。

表4研究區(qū)細(xì)碎屑巖樣品與不同構(gòu)造背景微量元素特征比值對(duì)比

Table 4The comparison of trace elements characteristic parameters from the study area with thoses from graywackes in different tectonic settings

樣品來源La/ScSc/ThCr/ThCo/ThδEu上地殼2.701.003.300.900.61下地殼0.3034.022233.01.07洋殼0.101.7312272141.02研究區(qū)(12)2.711.6610.711.680.74

注：參考數(shù)據(jù)引自McLennan等[5]；δEu為采用Boynton推薦的球粒隕石平均值計(jì)算的結(jié)果，括號(hào)內(nèi)為樣品數(shù)。

利用稀土元素總量(ΣREE)和La/Yb比值作交會(huì)圖(圖7)，索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖樣品點(diǎn)落在花崗巖和沉積巖交匯區(qū)域，這表明索格當(dāng)他烏組長英質(zhì)物源中混有較多花崗巖或酸性火山巖。

圖6　研究區(qū)碎屑巖Hf-La/Th和 La/Sc-Co/Th關(guān)系圖解(底圖分別據(jù)Floyd和Leveridge[29]，1987；Wronkiewicz和Condie[33]，1987)Fig.6　The relationships of Hf-La/Th and La/Sc-Co/Th of the clastic rocks in the study area

圖7　研究區(qū)碎屑巖ΣREE-La/Yb圖解(底圖據(jù)Allegre等[34]，1978)Fig.7　The relationship of ΣREE-La/Yb of the clastic rocks in the study area

前人研究認(rèn)為δEu值也可以被用于判斷源巖物源屬性[4,15,18]。如果沉積巖源巖為斜長石時(shí)，Eu常表現(xiàn)為正異常；若沉積巖源巖為玄武巖，Eu多無異常；若沉積巖源巖為花崗巖時(shí)，則Eu表現(xiàn)為負(fù)異常[15,18]。研究區(qū)巖石樣品δEu為0.68～0.81，平均為0.74，細(xì)碎屑巖中明顯的δEu負(fù)異常反映了花崗巖物源。

4.4構(gòu)造背景分析

前人研究證實(shí)不同構(gòu)造環(huán)境中碎屑巖地球化學(xué)特征不同，因此可以利用碎屑巖地球化學(xué)特征反演其所處的構(gòu)造環(huán)境[6,15,35-36]。

Bhatia在1985年通過對(duì)不同構(gòu)造背景下砂巖稀土元素特征的研究[6]，總結(jié)了不同構(gòu)造環(huán)境下沉積盆地稀土元素范圍及特征比值。將研究區(qū)索格當(dāng)他烏組樣品稀土元素相關(guān)特征值與之對(duì)比(表5)，結(jié)果表明索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖稀土元素總量(ΣREE)為130.24～289.63 μg/g，平均為201.46 μg/g，與被動(dòng)大陸邊緣的稀土元素總量(210 μg/g)相近；La、Ce平均值分別為36.08 μg/g、77.30 μg/g，與活動(dòng)大陸邊緣(37.0 μg/g、78.0 μg/g)相近；La/Yb、LREE/HREE、(La/Yb)N值較大(17.12、10.1、11.52)，與大洋島弧和大陸島弧相差甚遠(yuǎn)，與大陸邊緣相近；Eu異常值平均為0.74，與大陸島弧(0.79±0.13)相近。這表明研究區(qū)細(xì)碎屑巖樣品構(gòu)造環(huán)境介于大陸邊緣與大陸島弧之間。

穩(wěn)定性較好的微量元素(如Th、Sc、Zr、Hf等)的組合特征常被用于分析判定沉積盆地的構(gòu)造背景。Bhatia在1983年通過對(duì)不同構(gòu)造背景下的沉積巖微量元素研究[37]，提出了不同構(gòu)造背景下沉積盆地微量元素特征標(biāo)志。大洋島弧背景下，沉積巖中La/Th約為6.7(標(biāo)準(zhǔn)差為2.0)，Hf的含量約為2 μg/g；大陸島弧環(huán)境下，La/Th約為4.5，Hf的含量為4～5 μg/g；大陸邊緣環(huán)境下，La/Th約為2.6，Hf的含量一般在5 μg/g以上。研究區(qū)樣品La/Th值為3.03～5.42，平均為4.40；Hf含量為0.44～7.82 μg/g，平均為5.41 μg/g，這表明該區(qū)上石炭統(tǒng)索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖具有大陸邊緣和大陸島弧構(gòu)造背景。利用La-Th-Sc、Th-Sc-Zr和Th-Co-Zr判別圖解也可以進(jìn)行構(gòu)造背景分析(圖8)。投影結(jié)果表明大部分點(diǎn)落到了大陸島弧區(qū)域，少部分落到了活動(dòng)大陸邊緣區(qū)域。

地球化學(xué)判別標(biāo)志指向研究區(qū)晚石炭世索格當(dāng)他烏組源巖存在大陸島弧、活動(dòng)大陸邊緣和被動(dòng)大陸邊緣多重構(gòu)造背景，表明晚石炭世還存在被動(dòng)大陸邊緣和主動(dòng)大陸邊緣物源供應(yīng)，何文淵等在2011年通過總結(jié)南北天山代表性巖石同位素的研究認(rèn)為，塔里木板塊與伊犁—伊塞克陸塊碰撞作用時(shí)限為383～325 Ma[38]，上述物源構(gòu)造背景揭示碰撞后南天山洋并未立即大幅隆升造山，晚石炭世研究區(qū)為弧后盆地，并接受了一套陸表淺海沉積。

表5　研究區(qū)樣品與不同構(gòu)造背景沉積盆地雜砂巖的REE特征對(duì)比

圖8　研究區(qū)細(xì)碎屑巖La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10及Th-Co-Zr/10構(gòu)造背景判別圖解(底圖據(jù)Bhatia和Crook[37]，1986)Fig.8　The tectonic setting discrimination diagrams of fine clastic rocks according to La-Th-Sc,Th-Sc-Zr/10 and Th-Co-Zr/10 in the study area(Base map sources: Bhatia and Crook[37]，1986)OIA.大洋島弧；CIA.大陸島??；ACM.活動(dòng)大陸邊緣；PM.被動(dòng)大陸邊緣

5　結(jié)　論

(1)室內(nèi)薄片分析認(rèn)為泥頁巖成分較復(fù)雜，主要由泥質(zhì)構(gòu)成，見少量粉砂-細(xì)粒級(jí)石英、長石、石英巖及千枚巖、花崗巖碎屑顆粒，有個(gè)別微晶結(jié)構(gòu)方解石晶體零星分布，泥質(zhì)呈鱗片狀結(jié)構(gòu)，表明源巖可能具有混合成因的特征。

(2)研究區(qū)上石炭統(tǒng)索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖稀土元素總量(ΣREE)較高，輕重稀土元素比值(LREE/ HREE)和(La/Yb)N表明輕、重稀土元素分異明顯，其分配模式表現(xiàn)為輕稀土元素右傾富集，重稀土元素較平坦穩(wěn)定，Eu負(fù)異常，Ce無異常，與大陸上地殼的稀土元素分配曲線幾乎平行，表明源巖物質(zhì)可能來源于上地殼。

(3)Cr、Co、Cd、Cu、U、Zn等氧化還原敏感元素組合及V/Sc、V/(V+Ni)等微量元素特征比值均指示研究區(qū)上石炭統(tǒng)細(xì)碎屑巖形成于弱還原環(huán)境。

(4)根據(jù)微量元素和稀土元素組合及其特征比值，同時(shí)結(jié)合巖石礦物薄片鑒定結(jié)果可以看出研究區(qū)上石炭統(tǒng)細(xì)碎屑巖長英質(zhì)物源中混入了較多的花崗巖和安山巖；經(jīng)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的稀土元素分布曲線基本平行，表明索格當(dāng)他烏組沉積時(shí)物源供應(yīng)較穩(wěn)定。

(5)稀土元素、微量元素組合，δEu及La-Th-Sc、Th-Sc-Zr、Th-Co-Zr判別圖解等表明研究區(qū)索格當(dāng)他烏組細(xì)碎屑巖存在大陸島弧、活動(dòng)大陸邊緣和被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造背景。物源屬性及構(gòu)造背景揭示塔里木板塊與伊犁—伊塞克陸塊碰撞后南天山洋并未立即隆升造山，南天山南緣晚石炭世還發(fā)育一套陸表淺海沉積。

[1]鄧宏文，錢凱. 沉積地球化學(xué)與環(huán)境分析[M]. 蘭州：甘肅科學(xué)技術(shù)出版社，1992：1-120.

[2]BOYNTONWV. Cosmochemistry of the rare earth elements[M]//HENDERSON P.Rare Earth Elements Geochemistry: Developments in Geochemistry.Amesterdam：Elsevier, 1984: 63-114.

[3]于炳松，樂昌碩. 沉積巖物質(zhì)成分所蘊(yùn)含的地球深部信息[J]. 地學(xué)前緣，1998，5(3)：105-109.

[4]毛光周，劉池洋. 地球化學(xué)在物源及沉積背景分析中的應(yīng)用[J]. 地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，33(4)：337-346.

[5]MCLENNAN S M，HERNRNING S，MCDANIEL D K，et al. Geochemical approaches to sedimentation, provenance, and tectonics[J].Special Paper of Geological Society of America, 1993，284：21-40.

[6]BHATIA M R. Rare earth elements geochemistry of Australian Paleozoic graywacks and mudstones: provenance and tectonic control[J]. Sedimentary Geology, 1985，45：97-113.

[7]劉訓(xùn)，吳紹組，傅德榮，等. 塔里木板塊周緣的沉積-構(gòu)造演化[M]. 烏魯木齊：新疆科技衛(wèi)生出版社，1997：95-102.[8]賈承造，張師本，吳紹組. 塔里木盆地及周邊地層[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1997：84-88.

[9]王松，李雙應(yīng)，楊棟棟，等. 天山南緣石炭系—三疊系碎屑巖成分及其對(duì)物源區(qū)大地構(gòu)造屬性的指示[J]. 巖石學(xué)報(bào)，2012，28(8)：2453-2465.

[10]ALLEN M B，WINDLEY B F，ZHANG C. Palaeozoic collisional tectonics and magmatism of the Chinese Tien Shan，central Asia[J]. Tectonophysics, 1993，220(1)：89-115.

[11]高俊，龍靈利，錢青，等. 南天山：晚古生代還是三疊紀(jì)碰撞造山？[J]. 巖石學(xué)報(bào)，2006，22(5)：1049-1061.

[12]李曰俊，楊海軍，趙巖，等. 南天山區(qū)域大地構(gòu)造與演化[J]. 大地構(gòu)造與成礦學(xué)，2009，33(1)：94-104.

[13]李忠，王道軒，林偉，等. 庫車坳陷中-新生界碎屑組分對(duì)物源類型及其構(gòu)造屬性的指示[J]. 巖石學(xué)報(bào)，2004，20(3)：655-666.

[14]德勒達(dá)爾. 塔里木盆地西部石炭—二疊紀(jì)沉積體系及沉積相[J]. 新疆石油地質(zhì)，1996, 17(4)：350-357.

[15]馮興雷，付修根，譚富文, 等. 羌塘盆地孔孔茶卡地區(qū)石炭系擦蒙組烴源巖沉積環(huán)境分析[J]. 現(xiàn)代地質(zhì)，2014，28(5)：953-961.

[16]杜軼倫，曹毅，李大鵬, 等. 安徽銅陵志留系—三疊系地層層序地層和微量元素地球化學(xué)：對(duì)沉積環(huán)境的約束[J]. 現(xiàn)代地質(zhì)，2014，28(2)：281-291.

[17]屈李華，劉喜方，李金鎖, 等. 北羌塘三疊系康魯組沉積地球化學(xué)特征及其物源區(qū)和構(gòu)造背景分析[J]. 現(xiàn)代地質(zhì)，2015，29(4)：789-803.

[18]石海巖，馬海州，苗衛(wèi)良，等. 云南思茅盆地江城上白堊統(tǒng)勐野井組稀土元素微量元素特征及地質(zhì)意義[J]. 地球化學(xué)，2014，43(4)：415-425.

[19]BAI Yueyue，LIU Zhaojun，SUN Pingchang， et al. Rare earth and major element geochemistry of Eocene fine-grained sediments in oil shale-and coal-bearing of the Meihe Basin, Northeast China[J]. Journal of Asian Earth Sciences，2015, 97：89-101.

[20]SHIELDS G, STILLE P. Diagenetic constraints on the use of cerium anomalies as palaeoseawater redox proxies: an isotopic and REE study of Cambrian phosphorites[J]. Chemical Geology，2001, 175(1/2)：29-48.

[21]常華進(jìn)，儲(chǔ)雪蕾，馮連君，等. 氧化還原敏感微量元素對(duì)古海洋沉積環(huán)境的指示意義[J]. 地質(zhì)論評(píng)，2009，55(1)：91-96.

[22]熊小輝，肖加飛. 沉積環(huán)境的地球化學(xué)示蹤[J]. 地球與環(huán)境，2011，39(3)：405-411.

[23]郭文琳，蘇文博. 華北克拉通北部14億年前古風(fēng)化殼的地球化學(xué)特征及古氣候意義[J]. 現(xiàn)代地質(zhì)，2014，28(2)：243-255.

[24]KIMURA H，WATANABE Y. Ocean anoxia at the Precambrian-Cambrian boundary[J]. Geology，2001，200(29)：995-998.[25]WINGNALL P B. Black Shales[M]. Oxford: Clarendon Press，1994： 45-89.

[26]楊仁超，李進(jìn)步，樊愛萍，等. 陸源沉積巖物源分析研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢[J]. 沉積學(xué)報(bào)，2013，31(1)：100-101.

[27]李佑國，侯中健，王安建，等. 蘭坪盆地新生代碎屑巖地球化學(xué)特征及其對(duì)物源的制約[J]. 巖石學(xué)報(bào)，2006，22(3)：751-759.

[28]李雙應(yīng)，李任偉，岳書倉，等. 安徽肥西中生代碎屑巖地球化學(xué)特征及其對(duì)物源制約[J]. 巖石學(xué)報(bào)，2004，20(3)：667-675.

[29]FLOYD P A，LEVERIDGE B E. Tectonic environment of the Devonian Gramscatho Basin，south Cornwall：Framework mode and geochemical evidence from turbiditic sandstones[J]. Journal of the Geological Society，London，1987，144：531-542.

[30]王蘇里，周立發(fā). 南祁連盆地二疊紀(jì)碎屑巖地球化學(xué)特征及其源巖探討[J]. 地質(zhì)科技情報(bào)，2012，31(6)：102-108.

[31]CIGDEM S E, FERKAN S, ABDULLAH K. Trace and rare earth elements as indicators of provenance and depositional environments of Lias cherts in Gumushane，NE Turkey[J]. Chemie der Erde，2012，72(2)：167-177.

[32]王偉濤，劉招君，何玉平，等. 黑龍江省綏濱坳陷下白堊統(tǒng)碎屑巖源區(qū)分析及其構(gòu)造意義[J]. 沉積學(xué)報(bào)，2007，25(2)：201-205.

[33]WRONKIEWICZ D J, CONDIE K C. Geochemistry of Archean shales from the Witwatersr and Supergroup，South Africa：source area weathering and provenance[J]. Geochimica et Cosmochi-mica Acta，1987，51(9)：2401-2416.

[34]ALLEGRE C J, MINSTER J F. Quantitative models of trace element behavior in magmatic process[J]. Earth and Planetary Science Letters，1978，38(1)：1-25.

[35]孔為倫，王松，杜頁龍，等. 中上揚(yáng)子北緣二疊紀(jì)碎屑巖組分和地球化學(xué)特征[J]. 地球化學(xué)，2011，40(3)：473-486.[36]劉英俊，曹勵(lì)明. 元素地球化學(xué)導(dǎo)論[M]. 北京：地質(zhì)出版社，1987：34-56.

[37]Bhatia M R, Crook K A. Trace element characteristics of graywackes and tectonic setting discrimination of sedimentary basins[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 1986, 92(2):181-193.

[38]何文淵，鄔光輝，劉勝，等. 塔里木盆地西部構(gòu)造演化特征及油氣勘探方向[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2011：12-20.

Geological Significance and Characteristics of Rare Earth and Trace Elements from Upper Carboniferous Suogedangtawu Formation of the South of Wushi County in Northwestern Margin of Tarim Basin

TONG Xuefei1, 2, 3，KANG Zhihong1, 2, 3，ZHOU Lei1, 2, 3，LIU Chenxiao4，GUO Ruiqin1, 2, 3，HUANGFU Jingjing1, 2, 3

(1.KeyLaboratoryofMarineReservoirEvolutionandHydrocarbonMechanism，MinistryofEducation，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China；2.KeyLaboratoryforShaleGasExplorationandAssessment，MinistryofLandandResources，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China；3.SchoolofEnergyResources，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China；4.SchoolofOceanSciences，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China)

In order to discuss the sedimentary environment,provenance and tectonic settings of Upper Carboni-ferous Suogedangtawu Formation of Keping area in northwestern margin of Tarim Basin, on the basis of geological investigation, we selected 12 samples to test and analyze trace and rare earth elements. Redox-sensitive elements combination and trace element characteristic parameters reflect that the fine-grained detrital rocks form in weak reduction environment. Using Hf-La/Th, La/Sc-Co/Th and REE-La/Yb diagram, trace element ratios(La/Sc, Sc/Th, Cr/Th and Co/Th), combined with microscopic identification, we regard that the sources of sediments are mainly from upper continental crust with felsic rocks. By the contrast of characteristics of REE, combined with La-Th-Sc,Th-Sc-Zr/10,Th-Co-Zr/10 diagram, a conclusion can be drawn that the tectonic settings of the study area are continental island arc, active continental margin and passive continental margin.

Upper Carboniferous; REE; trace element; depositional environment; provenance; tectonic setting

2015-04-25；改回日期：2015-12-30；責(zé)任編輯：戚開靜。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41272132)；中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目中國中、東部地區(qū)構(gòu)造體系控油作用研究(1212011120965)；中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目塔西南凹陷古生界油氣成藏條件評(píng)價(jià)項(xiàng)目(1211302108022-3)。

童雪飛，男，碩士研究生，1990年出生，沉積學(xué)專業(yè)，主要從事沉積學(xué)和地球化學(xué)研究。

Email：tongxf420@cugb.edu.cn。

康志宏，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，1966年出生，沉積學(xué)專業(yè)，從事沉積學(xué)和油氣儲(chǔ)層建模相關(guān)教學(xué)與研究工作。Email：kangzh98@163.com。

P618.51；P588.21

A

1000-8527(2016)02-0426-10