周倩玉, 侯明才, 黃 虎, 吳超偉

(油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗(成都理工大學)，成都 610059)

右江盆地位于桂西、黔南及滇東交接部位，地處特提斯與濱太平洋構(gòu)造域交匯部位[1-2]。有關盆地演化的研究對認識該地區(qū)地質(zhì)演化特征具有重要意義。然而，目前不同的學者對于該地區(qū)泥盆紀的大地構(gòu)造性質(zhì)和演化存在不同認識，包括陸內(nèi)裂谷[3-4]、被動大陸邊緣裂谷[5]、古特提斯多島洋的一部分[6-7]、大陸邊緣裂谷[8]等不同的觀點。

硅質(zhì)巖由于具有穩(wěn)定的化學性質(zhì)，不易受風化及后期成巖作用影響。其地球化學特征記錄了熱液沉積、火山碎屑及陸源碎屑等的含量變化，對恢復古環(huán)境具有指示意義[9-10]。前人通過對右江盆地不同地區(qū)硅質(zhì)巖的研究，探討了晚泥盆世-晚二疊世盆地演化的特征[11-14]。然而，受地層出露和研究程度的限制，目前仍缺少有關右江盆地泥盆紀早期硅質(zhì)巖地球化學特征的研究。本文擬通過對右江盆地東南緣南寧六強、那洋地區(qū)泥盆系硅質(zhì)巖地球化學特征研究，并結(jié)合其他地區(qū)硅質(zhì)巖地球化學時空分布特征，探討泥盆紀右江盆地構(gòu)造演化特征。

1 地質(zhì)背景及樣品

研究區(qū)位于南寧和崇左交匯處,其北部和南部分別為隆林-百色-南寧和欽州裂陷槽[8]。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育北西向的上沖斷層和北東向的走滑斷層。泥盆系在研究區(qū)零散分布，主要分布在研究區(qū)東西兩側(cè)(圖1)。其中，下泥盆統(tǒng)主要為一套濱岸相碎屑巖，中上泥盆統(tǒng)主要為深水相的硅質(zhì)巖和泥巖以及淺水相的碳酸鹽巖[15]。

本次研究共采集六強上泥盆統(tǒng)榴江組和中下泥盆統(tǒng)平恩組10件硅質(zhì)巖樣品以及那洋中下泥盆統(tǒng)壇河組6件硅質(zhì)巖樣品(圖2)。六強剖面位于南寧東部那隆鄉(xiāng)六強村鄉(xiāng)村公路旁(地理坐標：22°47′9″N，107°38′45″E)。該剖面下段為下泥盆統(tǒng)郁江組灰色薄層泥巖，中段為平恩組炭質(zhì)泥巖和灰?guī)r夾薄層硅質(zhì)巖(圖3-A)，上段為榴江組灰黑色薄層硅質(zhì)巖與灰色薄層泥巖互層(圖3-B)。壇河剖面位于南寧東南部那洋村東鄉(xiāng)村小路旁(地理坐標為：22°38′12″N，108°8′36″E)。剖面下段為壇河組黑色薄層硅質(zhì)巖夾少量黑色薄層放射蟲硅質(zhì)巖，上段壇河組為黑色薄層硅質(zhì)巖夾黃色泥巖呈水平狀產(chǎn)出(圖3-C)[15]。

圖1 右江盆地大地構(gòu)造圖和研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Tectonic framework of the Youjiang Basin and geological sketch of the study area(A)右江盆地大地構(gòu)造圖(據(jù)文獻[12]); (B)研究區(qū)地質(zhì)簡圖

圖2 六強、那洋泥盆系柱狀圖及采樣位置Fig.2 Stratigraphic column of Devonian and sampling locations in the Liuqiang and Nayang areas(據(jù)文獻[15])

圖3 六強、那洋泥盆系野外照片和硅質(zhì)巖顯微照片F(xiàn)ig.3 Field photographs of Devonian stratum and microscopic photographs of siliceous rocks in the Liuqiang and Nayang areas(A)六強平恩組灰黑色薄層硅質(zhì)巖和黑色中薄層灰?guī)r互層; (B)六強榴江組灰黑色層狀硅質(zhì)巖與泥巖互層; (C)那洋壇河組黑色薄層硅質(zhì)巖夾黃色薄層泥巖; (D)六強榴江組硅質(zhì)巖(樣品LQ-08)隱晶-微晶結(jié)構(gòu)，主要由微晶石英、少量黑色有機質(zhì)組成，正交偏光; (E)六強平恩組硅質(zhì)巖(樣品LQ-02)隱晶結(jié)構(gòu)，富含放射蟲，放射蟲殼體主要由微晶石英充填，單偏光; (F)那洋壇河組硅質(zhì)巖(樣品NY-03)微晶結(jié)構(gòu)，主要由微晶石英組成，正交偏光

六強剖面榴江組硅質(zhì)巖主要由微晶石英及少量泥質(zhì)組成(圖3-D)；平恩組硅質(zhì)巖樣品主要由微晶石英和少量的黑色有機質(zhì)組成，并含有豐富的放射蟲化石(圖3-E)；壇河組硅質(zhì)巖由微晶石英及少量黑色有機質(zhì)組成(圖3-F)。

2 測試方法

所有樣品的主元素由廣州奧實礦物實驗室采用XRF-1800波長掃描X射線熒光光譜儀測定。全巖微量元素含量在武漢上譜分析科技有限責任公司分析測試中心利用Agilent 7700e ICP-MS分析完成。樣品處理過程如下：①將200目樣品置于105℃烘箱中烘干12 h； ②準確稱取粉末樣品50 mg置于特氟龍溶樣彈中；③先后依次緩慢加入1 mL高純HNO3和1 mL高純HF；④將特氟龍溶樣彈放入鋼套，擰緊后置于190℃烘箱中加熱24 h；⑤待溶樣彈冷卻，開蓋后置于140℃電熱板上蒸干，然后加入1 mL 硝酸并再次蒸干；⑥加入1 mL高純HNO3、1 mL 超純水和1 mL內(nèi)標In(濃度為1×10-6)，再次將特氟龍溶樣彈放入鋼套，擰緊后置于190℃烘箱中加熱12 h；⑦將溶液轉(zhuǎn)入聚乙烯料瓶中，并用2%硝酸稀釋至100 g以備ICP-MS測試[16]。

所有樣品的主元素及稀土元素分析結(jié)果見表1和表2。樣品的稀土元素標準化均采用澳大利亞后太古代平均頁巖(PAAS)進行標準化[17]。其中，Ce和Eu異常表達式分別為

Ce/Ce*=2×CeN/(LaN+PrN)，Eu/Eu*=EuN/(SmN×GdN)1/2。

3 地球化學特征

3.1 主元素

除壇河組的NY-05和NY-07含有較低的SiO2(質(zhì)量分數(shù)為88.74%和88.40%),其余樣品的SiO2質(zhì)量分數(shù)(w)為92.18%～97.89%。其中，六強的榴江組硅質(zhì)巖的SiO2質(zhì)量分數(shù)為97.6%±0.18%，六強的平恩組和那洋壇河組硅質(zhì)巖的SiO2質(zhì)量分數(shù)分別為96.4%±0.5%和92.5%±3.1%。由于硅質(zhì)巖成巖過程中存在的SiO2稀釋劑作用影響，除壇河組的NY-05和NY-07樣品具有相對較高的TiO2的含量(質(zhì)量分數(shù)為0.11%)，其他樣品的TiO2質(zhì)量分數(shù)為0.02%～0.03%。其中，那洋的壇河組具有相對較高的Al2O3和K2O含量，質(zhì)量分數(shù)分別為1.69%±1.0%和0.42±0.28%，指示其含有較高的泥質(zhì)組分。六強的榴江組和平恩組以及那洋的壇河組硅質(zhì)巖的Fe2O3含量較低(平均質(zhì)量分數(shù)分別為0.70%、0.65%和1.02%)。所有硅質(zhì)巖的MnO和Na2O含量均在儀器檢出范圍(質(zhì)量分數(shù)0.01%)附近。

表1 六強、那洋地區(qū)泥盆系硅質(zhì)巖樣品主元素含量(w/%)Table 1 Major element analysis of Devonian siliceous rocks in the Liuqiang and Nayang areas

表2 六強、那洋地區(qū)泥盆系硅質(zhì)巖樣品稀土元素含量(w/10-6)Table 2 Rare earth element data of Devonian siliceous rocks in the Liuqiang and Nayang areas

3.2 稀土元素

稀土元素PAAS標準化分布曲線圖(圖4)顯示，樣品具有明顯的Ce負異常和Y正異常。其中，六強的榴江組、平恩組硅質(zhì)巖和那洋的壇河組的Ce/Ce*值分別為0.37～0.57、0.54～0.57和0.55～0.71，Y/Ho值分別為29.28～43.88、43.89～46.14、36.70～43.24。六強的榴江組∑REE+Y平均質(zhì)量分數(shù)為29.01×10-6，高于平恩組的∑REE+Y平均值(14.56×10-6)。2組樣品均低于那洋壇河組的∑REE+Y平均值(43.19×10-6)。六強的榴江組、平恩組以及那洋的壇河組硅質(zhì)巖的Eu/Eu*值分別為0.78～1.10、1.08～1.13和0.36～0.95。

圖4 六強、那洋泥盆系硅質(zhì)巖標準化稀土模式曲線圖Fig.4 REE+Y patterns of the Devonian samples normalized to PAAS in Liuqiang and Nayang area

4 硅質(zhì)巖成因

硅質(zhì)巖中熱液的參與會導致Fe、Mn的富集，而陸源物質(zhì)的輸入會造成Al、Ti的富集。K.Bostr?m等[18]提出，海相沉積物中Al/(Al+Fe+Mn)值是衡量沉積物熱液組分含量的標志。M.Adachi等[19]在系統(tǒng)研究了北太平洋熱液成因的硅質(zhì)巖和日本中部Kamiaso的非熱液成因的硅質(zhì)巖后[20]，擬定了Al-Fe-Mn三角判別圖解。在該判別圖解上，熱液成因硅質(zhì)巖的投點落入圖解的富Fe端，非熱液成因硅質(zhì)巖的投點落入圖解的富Al端。將本區(qū)樣品投在Al-Fe-Mn三角判別圖解中(圖5)，除NY-04、LQ-04樣品落在熱液區(qū)附近，其余樣品為典型的非熱液成因硅質(zhì)巖。榴江組Al/(Al+Fe+Mn)值為0.40±0.07，低于平恩組和壇河組的Al/(Al+Fe+Mn)值(0.43±0.01、0.50±0.14)。

圖5 六強、那洋硅質(zhì)巖Al-Fe-Mn三角圖解Fig.5 Al-Fe-Mn diagram of siliceous rocks in the Liuqiang and Nayang area(作圖方法據(jù)文獻[19])

由于Mn是一種容易遷移的元素，其受成巖作用的影響很大[21],樣品中Mn元素含量較低(圖5)。針對該現(xiàn)象，可以用Al/(Al+Fe)-Fe/Ti圖解來判斷硅質(zhì)巖成因[22]。當Al/(Al+Fe)>0.5且Fe/Ti<30時，為非熱液成因；而當Al/ (Al+ Fe)<0.35且Fe/ Ti>30時，為熱液成因。如圖6所示，除NY-04、LQ-04樣品落在熱液區(qū)，其余樣品均未受熱液作用影響，與Al-Fe-Mn判別圖的結(jié)果基本一致。硅質(zhì)巖Eu正異常的出現(xiàn)一般指示熱液作用[23-24]。所有樣品的Eu/Eu*值為0.36～1.13，均不具有明顯的Eu正異常，進一步證明了硅質(zhì)巖樣品為非熱液成因。

圖6 六強、那洋硅質(zhì)巖Al/(Al+Fe)-Fe/Ti圖解Fig.6 Al/(Al+Fe)-Fe/Ti diagram of siliceous rocks in the Liuqiang and Nayang area(作圖方法據(jù)文獻[21])

5 硅質(zhì)巖的形成環(huán)境

硅質(zhì)巖中的稀土元素特別是Ce/Ce*可以用來很好地判別其形成環(huán)境[21,25]。由于洋盆位于大陸邊緣和大洋中脊之間，海水中的稀土元素行為受控于大陸邊緣和大洋中脊的共同影響。而河流輸入是海水中稀土元素的主要來源[26]。通常情況下它們的稀土元素地球化學行為中，Ce相對于其他元素一般無分異或者弱分異。在氧化開闊的海水環(huán)境中，3價鈰離子容易被氧化為4價鈰離子并被有機物微粒、鐵錳氧化物或結(jié)合吸附，造成海水中剩余溶解態(tài)Ce的相對虧損[27-28]，從而顯示明顯的Ce負異常。

R.W.Murray等[29-30]對加利福利亞弗朗西斯科雜巖中層狀硅質(zhì)巖序列的研究表明，形成于開闊洋盆中硅質(zhì)巖的Ce/Ce*值，為0.56±0.10(PAAS標準化)，大洋中脊及兩翼環(huán)境中硅質(zhì)巖Ce/Ce*值為0.28±0.12(PAAS標準化)。六強的榴江組和平恩組、那洋的壇河組Ce/Ce*值分別為0.46±0.05、0.55±0.02和0.64±0.06。除LQ-08號樣品顯示與弗朗西斯科洋脊環(huán)境硅質(zhì)巖相似，其余均與弗朗西斯科遠洋環(huán)境硅質(zhì)巖相似。六強地區(qū)上泥盆統(tǒng)榴江組硅質(zhì)巖樣品比中下泥盆統(tǒng)平恩組的硅質(zhì)巖樣品具有更小的Ce負異常值(圖7)。

(La/Yb)N值對于區(qū)分不同構(gòu)造的硅質(zhì)巖也具有意義[26,32]。形成于受陸源物質(zhì)輸入影響明顯的沉積物，其(La/Yb)N值在1.0～1.3之間，表現(xiàn)出輕稀土元素富集的特征[29]。對廣西桂林榴江組硅質(zhì)巖的研究表明，形成于開闊海洋環(huán)境的硅質(zhì)巖(La/Yb)N平均值為0.52，指示其輕稀土元素明顯虧損的特征[33]。六強榴江組硅質(zhì)巖(La/Yb)N平均值為0.63，低于平恩組和壇河組硅質(zhì)巖的0.65和0.64，指示晚泥盆世硅質(zhì)巖可能形成于更加開闊的海水環(huán)境。

圖7 右江盆地泥盆紀硅質(zhì)巖Ce/Ce*分布Fig.7 The Ce/Ce* distribution of Devonian siliceous rocks in the Youjiang Basin普安龍吟、南丹羅富硅質(zhì)巖數(shù)據(jù)引自文獻[11]；田林八渡硅質(zhì)巖數(shù)據(jù)引自文獻[12]；五象嶺硅質(zhì)巖數(shù)據(jù)引自文獻[31]； 那坡魚塘、巖信硅質(zhì)巖數(shù)據(jù)引自文獻[13]； 洋脊、遠洋和大陸邊緣硅質(zhì)巖數(shù)據(jù)引自文獻[30]； 廣西桂林硅質(zhì)巖數(shù)據(jù)引自文獻[25]

Y和Ho具有相似的離子半徑和電負性，常具有相似的地球化學行為[34]。在海水、河水以及河流入海口，均存在Y和Ho分異的現(xiàn)象；但由于Ho和Y與海水中無機配位體(主要為碳酸根離子)的絡合行為不同，導致海水中在Ho相對Y具有2倍的移出速率[35]，海水常比河水具有更高的Y/Ho值。其中，河水的Y/Ho 值與PAAS相近, 而低于大洋海水的平均值55[35-36]。南寧泥盆系硅質(zhì)巖的Y/Ho值為29.28～46.14，均明顯高于PAAS值，而低于大洋海水，指示其形成于遠離陸源輸入的海水環(huán)境。

硅質(zhì)巖的稀土元素含量和海水中暴露的時間存在線性關系。其中，暴露時間越長，其從海水中吸附的稀土元素含量越高[32]，因此，理論上形成于遠洋環(huán)境的硅質(zhì)巖應比大陸邊緣環(huán)境硅質(zhì)巖具有更高的稀土元素含量。然而，受硅化作用的影響，硅質(zhì)巖單純的∑REE很難用于判別形成環(huán)境[11]?？紤]到SiO2/Al2O3值可以代表硅化程度，黃虎等[11]建立了∑REE+Y與SiO2/Al2O3關系圖。其中，曲線②、③、⑤、⑩分別代表相同的硅化過程中，硅質(zhì)巖中∑REE+Y的含量分別是PAAS的2、3、5、10倍。硅質(zhì)巖∑REE+Y含量越高，從海水中吸附的∑REE+Y越高[12]。榴江組的樣品大部分落在曲線3的左上方，個別樣品落在曲線5上；平恩組的樣品落在曲線2上；壇河組除一個樣品(NY-03)落在曲線5上，其他均落在曲線3和曲線1之間(圖8)。以上結(jié)果表明晚泥盆世硅質(zhì)巖形成過程中比早中泥盆世硅質(zhì)巖從海水中吸附了更多的∑REE+Y，指示前者形成于受陸源環(huán)境影響更弱的環(huán)境。

6 盆地演化的意義

早泥盆世埃姆斯期開始，右江盆地為受陸源物質(zhì)輸入影響較大的裂谷盆地[2,37]。南寧泥盆紀硅質(zhì)巖均具有Ce負異常和Y正異常，表明其形成于遠離陸源供應的環(huán)境。然而，上泥盆統(tǒng)榴江組硅質(zhì)巖相對于中下泥盆統(tǒng)平恩組和壇河組具有更加明顯的Ce負異常值和更小(La/Yb)N值。這一特征與前人在南寧、桂林、田林八渡、那坡等地區(qū)采集的榴江組硅質(zhì)巖樣品地球化學數(shù)據(jù)一致(表3)，指示從早中泥盆世到晚泥盆世右江盆地硅質(zhì)巖受陸源輸入的影響逐漸減弱。從盆地西北到東南緣，硅質(zhì)巖的Ce/Ce*值具有逐漸減小的特征，暗示水體由西北向東南緣逐漸變深的古地理特征。右江盆地泥盆紀硅質(zhì)巖的地球化學時空分布規(guī)律表明，泥盆紀該盆地可能處于伸展演化階段。同時，前人在右江盆地西南緣八布地區(qū)發(fā)現(xiàn)MORB型蛇綠巖，暗示古特提斯分支洋的存在[14,38-39]。最近對該地區(qū)的變玄武巖U-Pb年代分析，指示該洋殼的形成時間在晚泥盆世末期-早石炭世初期(358.9±5.5 Ma B.P.)[40]。而對那坡地區(qū)晚泥盆世到早石炭世玄武巖的研究表明，右江盆地在晚古生代可能受軟流圈上涌作用的影響，而處于伸展演化的構(gòu)造背景[41]。以上研究與右江盆地晚泥盆世硅質(zhì)巖地球化學特征的研究結(jié)果一致，暗示由于早期伸展作用的進行，右江盆地在晚泥盆世末期出現(xiàn)初始洋殼。

圖8 六強、那洋硅質(zhì)巖(∑REE+Y)-(SiO2/Al2O3)關系圖Fig.8 (∑REE+Y)-(SiO2/Al2O3) diagram of siliceous rocks in the Liuqiang and Nayang area(作圖方法據(jù)文獻[11])

表3 六強、那洋泥盆系硅質(zhì)巖元素平均值及標準偏差(±1σ)Table 3 Mean and standard deviation of the Devonian siliceous rocks in Liuqiang and Nayang area

數(shù)據(jù)來源：八渡硅質(zhì)巖據(jù)文獻[12];南丹硅質(zhì)巖據(jù)文獻[11];五象嶺硅質(zhì)巖據(jù)文獻[31];桂林硅質(zhì)巖據(jù)文獻[25]。

7 結(jié) 論

對南寧六強、那洋泥盆系硅質(zhì)巖地球化學特征研究表明：壇河組、平恩組、榴江組硅質(zhì)巖都具有較高的SiO2含量。硅質(zhì)巖多具有較高的 Al/(Al+Fe+Mn)值，缺失明顯的Eu正異常，指示該區(qū)的硅質(zhì)巖樣品基本不受熱液作用影響。除去硅化作用的影響，中下泥盆統(tǒng)平恩組和壇河組樣品從海水中吸收了較少的∑REE+Y，且具有中等的Ce負異常和較高的Y/Ho值；而上泥盆統(tǒng)榴江組的硅質(zhì)巖具有較明顯的Ce負異常和較低的LaN/YbN值，表明與平恩組和壇河組硅質(zhì)巖相比，榴江組硅質(zhì)巖形成于更加開闊的環(huán)境。綜合右江盆地泥盆系硅質(zhì)巖地球化學時空分布規(guī)律，泥盆紀該盆地處于洋殼形成前的伸展演化階段。