李紅,李飛,2,龔嶠林,曾楷,鄧嘉婷,王浩錚,蘇成鵬,3

1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610500

2.中石油碳酸鹽巖儲層重點實驗室西南石油大學(xué)研究分室，成都 610500

3.中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，成都 610041

0 引言

物源分析在判斷沉積物來源、確定源區(qū)母巖類別，進而重建古氣候特征與古地理環(huán)境、恢復(fù)源區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景和構(gòu)造演化史等方面具有重要意義[1-6]。隨著研究的不斷深入以及測試技術(shù)的不斷進步，物源分析方法已經(jīng)從傳統(tǒng)的礦物類型、粒度和組合特征，擴展到單礦物元素與同位素分析、礦物年代學(xué)、礦物拉曼光譜學(xué)等方面[7-8]。近年來，研究者們對現(xiàn)代河流沉積物以及“深時”碎屑巖的物源分析方法研究取得了一系列重要進展。例如，利用重礦物顆粒形貌學(xué)特征，包括延長系數(shù)、磨圓度、裂隙等顆粒表面形態(tài)的變化推斷沉積物搬運和埋藏過程及物源情況[9-13]；利用單礦物年代學(xué)(如U-Pb和(U-Th)/He)、元素和同位素(如Hf和O同位素等)地球化學(xué)方法分析源區(qū)性質(zhì)、構(gòu)造背景和演化過程[5,14-21]；利用礦物化學(xué)風(fēng)化程度分析古陸剝蝕過程與氣候變化[22]等。長期以來，物源分析都是以碎屑巖為研究對象，對于混積巖等較為特殊情況下的物源分析仍極具挑戰(zhàn)性，有待深入探討。

陸源碎屑與碳酸鹽組分在層內(nèi)的原地混合沉積，經(jīng)成巖作用后保存下來的巖石類型稱為混積巖[23-24]?；旆e巖不僅能反映碳酸鹽沉積過程中的海水性質(zhì)，提供生物與環(huán)境演化方面的線索[25]，同時在指示陸源碎屑物質(zhì)來源，以及化學(xué)風(fēng)化程度等方面也具有潛力[25-28]。但是，根據(jù)機械分異作用原理和現(xiàn)代濱?；旌铣练e實例[29-31]，陸源碎屑顆粒在碳酸鹽沉積主導(dǎo)的環(huán)境中粒徑普遍較小，以粉砂級為主。此外，濱海環(huán)境下沉積物分布多數(shù)受水動力條件影響(如波浪、風(fēng)暴、潮流等)，顆粒分選性較強[32-35]，造成反映原始物質(zhì)組成的一些物源分析方法可能不太適用，例如Dickinson三元判別圖解[36-37]、全巖地球化學(xué)分析[31]、重礦物特征指數(shù)(ZTR、ATi和MTi)等[38]。不同礦物對水動力條件的響應(yīng)會受其物理性質(zhì)(粒度、形狀和密度等)的影響，例如密度相對較小的片狀云母類礦物易遷移，在斜坡和盆地環(huán)境常見，而獨居石、鋯石和金紅石等密度較大的重礦物多在近岸環(huán)境[39-41]。此外，古代混積巖與現(xiàn)代混合沉積中的重礦物組合存在明顯差異，表現(xiàn)為易溶重礦物(例如輝石、角閃石和綠簾石等)比例明顯降低[42-43]。這是由于在深埋藏條件下，成巖作用會優(yōu)先溶解閃石類和輝石類等不穩(wěn)定重礦物(圖1)，因而在對古老沉積巖中的重礦物組合進行物源分析時，需要保持謹(jǐn)慎[44-45]。

單礦物分析是一種較為有效的物源分析方法。這是由于在長期風(fēng)化、剝蝕和搬運過程中，鋯石、電氣石等穩(wěn)定重礦物受輸送距離、機械侵蝕、埋藏成巖作用等影響有限，經(jīng)河流入海后大量卸載，雖然波浪、潮汐和洋流等會對陸源沉積物進行改造，但其分布和沉積過程仍然受到顆粒性質(zhì)和水動力分選的影響，排除再旋回因素后，總體表現(xiàn)為從濱岸向淺海粒度變細的特點，同時臺地或陸架邊緣高能相帶受波浪顛選影響亦會出現(xiàn)重礦物相對富集的現(xiàn)象[32,34-35,46]。因此，在缺乏充足陸源碎屑供給的情況下，從水體能量相對較高的混積巖中分選出陸源碎屑組分并對其中特定的重礦物進行巖石學(xué)和形貌學(xué)分析，可為認識當(dāng)?shù)匚镌辞闆r提供線索。

圖1 碎屑重礦物埋藏條件下穩(wěn)定性參考標(biāo)準(zhǔn)(據(jù)文獻[44])Fig.1 Relative stability of detrital heavy minerals in burial diagenetic conditions(after reference[44])

四川盆地北緣寒武紀(jì)滄浪鋪期古地理格局尚不明確，其中關(guān)于川北地區(qū)淺海陸源碎屑組分的來源情況存在較大爭議：一類觀點認為川北米倉山地區(qū)(漢南古陸)與川西北地區(qū)(碧口地體)各存在一個古陸，為上揚子地區(qū)北部提供物源[24,47-50]；另一類觀點認為米倉山地區(qū)由南向北水體逐漸加深，不存在古陸，主要物源供給方向為川西北碧口地體和川西南康滇古陸[51-52]。由于米倉山地區(qū)寒武紀(jì)滄浪鋪期主要為混合沉積，碎屑組分含量不穩(wěn)定且多為粉砂級顆粒，因此尋找可靠的物源證據(jù)對厘清上揚子北部古地理格局具有實際意義。基于此，本文選取川北地區(qū)寒武系第二統(tǒng)仙女洞組發(fā)育典型的三個剖面，對同時期不同沉積環(huán)境下混積巖中的細粒碎屑組分進行系統(tǒng)的巖石學(xué)和重礦物形貌學(xué)工作，包括巖性、重礦物類型及組合、重礦物的形態(tài)和風(fēng)化侵蝕特征等，對該地區(qū)仙女洞組的物源情況進行了初步探討，以期為川北地區(qū)古地理格局恢復(fù)、混積巖體系下細粒碎屑組分的物源分析方法提供參考。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于上揚子地區(qū)北緣米倉山一帶，北臨秦嶺造山帶，南接四川盆地，東西兩側(cè)分別為大巴山構(gòu)造帶和松潘—甘孜造山帶[53-54]。新元古代末期至寒武紀(jì)筇竹寺期，強烈的構(gòu)造隆升和裂陷運動造成四川盆地形成“隆坳相間”的沉積格局，例如綿陽—長寧拉張槽，川中水下古隆起等[55-57]。筇竹寺期，整個上揚子地區(qū)發(fā)生了寒武紀(jì)規(guī)模最大的一次海侵，沉積了一套巨厚的陸棚相泥巖和粉砂巖[57-60]。滄浪鋪期，隨著海水的逐漸退卻，研究區(qū)逐漸轉(zhuǎn)為碎屑組分—碳酸鹽混合沉積體系[24,61-62]。

研究區(qū)寒武系自下而上依次出露寬川鋪組(麥地坪組)、郭家壩組、仙女洞組、閻王碥組和孔明洞組，苗嶺統(tǒng)和芙蓉統(tǒng)普遍缺失[50,63(]圖2)。本次研究主要關(guān)注仙女洞組物源情況，選取的三個野外剖面露頭出露情況良好，分別為陜西勉縣大河壩，四川旺蒼縣唐家河，以及四川南江縣田埡(圖3)。三個剖面的郭家壩組均由薄層鈣質(zhì)粉(細)砂巖或泥巖組成。大河壩剖面仙女洞組發(fā)育的混積巖以碎屑組分為主，上部可見砂質(zhì)鮞粒巖和砂質(zhì)古杯—凝塊巖等。而唐家河和田埡剖面仙女洞組發(fā)育的混積巖則以碳酸鹽組分占主導(dǎo)，巖性為鈣質(zhì)細砂巖、(含)砂質(zhì)鮞?；?guī)r、含砂凝塊巖等。各個剖面上覆閻王碥組底部均以偏紅色細粒碎屑巖發(fā)育為特征[24,60(]圖4)。按照最新的國內(nèi)寒武系劃分方案，本次研究所關(guān)注的仙女洞組屬于第二統(tǒng)第三階巖石地層單元(圖2)。

圖2 四川盆地及周緣寒武系第二統(tǒng)巖石地層傳統(tǒng)劃分與對比(據(jù)文獻[49，64-65])Fig.2 Diagram exhibiting the lithostratigraphic units of the Lower Cambrian Strata(Series 2)in the Sichuan Basin and adjacent areas(after references[49,64-65])

圖3 川北地區(qū)早寒武世滄浪鋪期沉積相平面展布圖(據(jù)文獻[24，66]修改)Fig.3 Location and paleogeography during Cambrian Age 3(Canglangpuian)in northern Sichuan(modified from references[24,66])

2 材料與方法

樣品采樣位置如圖3所示(TY-1、TJH-1和DHB-1)。對選取的三個剖面仙女洞組混積巖樣品，筆者分別進行了薄片觀察(Leica DM4P顯微鏡)、重砂分選以及重礦物形貌學(xué)分析。其中重砂分選按細粒單礦物分選方法，將采集的樣品經(jīng)過粉碎、篩選、酸洗、淘選、磁選和重液分選等步驟[67]，人工挑選出純凈的鋯石、磷灰石、石榴石等顆粒，然后進行樣品制靶、拋光等處理，以便后期進行形貌學(xué)分析。用于單礦物識別和形貌學(xué)特征分析的電子探針(JEOL JXA-8230)實驗在西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院完成；重礦物分選在廊坊巖拓地質(zhì)服務(wù)有限公司完成；重礦物制靶、陰極發(fā)光及透反射照相等在北京中科礦研檢測技術(shù)有限公司完成。

圖4 研究區(qū)寒武系第二統(tǒng)第三階仙女洞組剖面巖性柱狀圖(據(jù)文獻[24]修改)Fig.4 Lithological columns of the Xiannüdong Formation(Cambrian Stage 3)in the study area(modified from reference[24])

挑選出來的鋯石顆粒采用ImageJ軟件測量其圓度值，測量出的顆粒長度和寬度用于計算晶粒的延長系數(shù)(長寬比)[11,13,68]。本次研究共挑選597顆碎屑鋯石進行形貌學(xué)統(tǒng)計，選擇了186顆具有相對完整晶型的碎屑鋯石來計算其延長系數(shù)。雖然前人對碎屑鋯石形貌學(xué)研究已有一定基礎(chǔ)，但對于不同形態(tài)和磨圓度的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)仍存在分歧[10]。根據(jù)現(xiàn)代河流沉積物中的碎屑礦物磨圓分類方案[42]，將磨圓度劃分為四類：棱角狀(0～0.4)、次圓狀(0.4～0.6)、圓狀(0.6～0.8)和破裂改造圓狀(0.8～1.0)(圖5)。其中，比較特殊的破裂改造顆粒主要呈圓狀或次圓狀，其中一側(cè)因機械斷裂而呈現(xiàn)出較銳利的邊緣。將統(tǒng)計的礦物延長系數(shù)劃分為小(<1.5)、中(1.5～2.0)、大(>2.0)三個組。需要注意的是，復(fù)雜物源背景下磨圓度良好的鋯石形貌主要受控于早期的變質(zhì)或者巖漿成因，反映再旋回特征；強水動力條件或長距離搬運并不會顯著改造鋯石磨圓程度[69]。

3 仙女洞組巖石學(xué)及重礦物特征

3.1 巖石學(xué)特征

大河壩、唐家河和田埡剖面的樣品巖性分別為砂質(zhì)微生物巖(DHB-1)、含砂泥質(zhì)鮞粒微生物巖(TJH-1)和砂質(zhì)鮞?；?guī)r(TY-1)。碳酸鹽主導(dǎo)的混積巖顏色主要為淺青灰色，碳酸鹽顆粒類型包括古杯、鮞粒，和簇狀鈣化藍細菌等，顆粒之間以鈣質(zhì)膠結(jié)為主；碎屑物質(zhì)主要以粉砂—泥級組分占主導(dǎo)(圖6a～c)。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，細粒碎屑組分主要分布于碳酸鹽顆?；蚰z結(jié)物之間的孔隙，呈分散狀，類型主要為石英、長石、巖屑和黏土礦物，粒級在粉砂—泥級，其中陸源組分含量據(jù)估計不超過15%，而重礦物含量不足1%(圖6d～f)。進一步的電子探針分析顯示這些重礦物粒徑在10～100μm，常見鋯石、黃鐵礦、磷灰石和金紅石等(圖6g～l)。大部分的重礦物呈棱角—次圓狀，小部分重礦物常作為石英或長石包裹體產(chǎn)出(圖6h～j)。

圖5 碎屑鋯石磨圓度劃分方案(參考文獻[42])Fig.5 Reference roundness scheme for detrital zircons(criterion sourced from reference[42])

圖6 米倉山地區(qū)仙女洞組混積巖及重礦物特征(a～c)依次為大河壩、唐家河、田埡剖面混積巖宏觀特征，其中在古杯，鮞粒和鈣化藍細菌間充填陸源碎屑；(d)砂質(zhì)微生物巖，可見凝塊結(jié)構(gòu)，含細粒陸源碎屑組分。勉縣大河壩剖面；(e)含砂泥質(zhì)鮞粒微生物巖，可見放射狀結(jié)構(gòu)鮞粒和鈣化的腎形菌，含細粒陸源碎屑組分。旺蒼唐家河剖面；(f)砂質(zhì)鮞?；?guī)r，鮞粒具致密的暗色層狀結(jié)構(gòu)，含細粒陸源碎屑組分。南江田埡剖面；(g～l)碎屑礦物電子探針背散射圖像，重礦物粒徑明顯比輕礦物小，磷灰石和黃鐵礦有時以包裹體形式賦存于石英和長石中，黃鐵礦晶型較好Fig.6 Photographs of detrital light and heavy minerals in the mixed siliciclastic-carbonate rocks of the Xiannüdong Formation(Micangshan area)

3.2 重礦物組合和形貌學(xué)特征

樣品中重礦物類型及含量詳見表1，重礦物類型主要包括磷灰石、鋯石、電氣石、黃鐵礦和褐鐵礦等。田埡和唐家河剖面樣品中，黃鐵礦在重礦物中的占比最高(分別為50.2%、88.5%)，以單體形式產(chǎn)出，晶型較好(圖6h)，亦常作為長石包裹體(圖6j)。大河壩剖面樣品中重礦物種類比田埡和唐家河剖面豐富，包括含量較高的金紅石、白鈦石、褐鐵礦以及特有的石榴石，但幾乎不含黃鐵礦(表1)。雖然黃鐵礦在研究區(qū)是一種主要的重礦物類型，但是由于其本身成因和來源復(fù)雜，本次研究暫不考慮其物源意義。

大河壩剖面重礦物特征：鋯石透明度高，90%為淺粉色，次圓狀，少數(shù)為半自形柱狀，偶見自形晶，晶體表面較粗糙，可見凹坑；玫瑰色占10%，次圓狀為主，少量半自形柱狀，晶體表面凹坑常見。陰極發(fā)光(CL)圖像下，大多數(shù)鋯石內(nèi)部具有清晰的振蕩環(huán)帶且環(huán)帶較窄，少數(shù)具有比較特殊的扇形分帶結(jié)構(gòu)(圖7a)，這是環(huán)境變化造成鋯石在結(jié)晶時各晶面生長速率不一致而形成的[70]；部分鋯石有重結(jié)晶、增生邊等現(xiàn)象，個別邊部變質(zhì)重結(jié)晶鋯石已經(jīng)切割了原巖巖漿鋯石的環(huán)帶；鋯石大多為暗灰色至亮灰色，少數(shù)顆粒顏色明亮(圖7a)，初步判斷大部分鋯石為巖漿成因，少數(shù)為變質(zhì)成因。巖漿鋯石中，鋯石粒徑范圍主要在30～150μm，延長系數(shù)1.0～3.1。三組延長系數(shù)中，大延長組比例為21.7%，中延長組和小延長組分別為46.7%和31.7%(圖8a)。磨圓度方面，破裂改造圓狀顆粒占比為13.6%，完整晶型的棱角狀、次圓狀和圓狀鋯石平均比例分別為2.8%、39.5%和44.2%(圖8d)。磷灰石主要呈次圓狀—圓狀，棱角狀偶見，大部分顆粒粒徑范圍為50～150μm，延長系數(shù)1.2～1.5。電氣石主要為次圓狀，棱角狀次之，透明，晶粒大小主要為50～120μm，少數(shù)為130～200μm，長寬比為1.2～2.0。

唐家河剖面重礦物特征：鋯石透明度高，其中60%為淺粉色，圓狀—次圓狀為主，表面較粗糙，可見凹坑。玫瑰色鋯石約占40%左右，多數(shù)為次圓—半自形柱狀。CL圖像顯示，大多數(shù)鋯石內(nèi)部具振蕩環(huán)帶，顏色以暗到稍亮為主。少數(shù)鋯石內(nèi)部呈均勻的灰色或亮灰色的弱分帶情況，邊緣含增生邊或重結(jié)晶特征(圖7b)，初步推測大部分為巖漿成因，少數(shù)為變質(zhì)成因。鋯石粒徑主要在50～140μm，延長系數(shù)為1.1～3.3，其中約有40.6%的碎屑鋯石顆粒在中顯示為1.5～2.0的延長系數(shù)(圖8b)。唐家河樣品中鋯石的圓狀顆粒約占一半，次圓狀約25.9%，破裂改造圓狀占21.3%，棱角狀顆粒只有3.0%(圖8e)。磷灰石以次圓狀為主，棱角狀偶見，其顆粒大小主要在40～100μm，少數(shù)為110～250μm。

表1 川北地區(qū)寒武系仙女洞組重礦物組成(質(zhì)量百分比,%)Table 1 Heavy-mineral compositions(wt.%),Cambrian Xiannüdong Formation in three study sections,northern Sichuan

圖7 研究區(qū)不同成因鋯石的典型陰極發(fā)光圖像(a)勉縣大河壩剖面；(b)旺蒼唐家河剖面；(c)南江田埡剖面Fig.7 Cathodoluminescence images of detrital zircon grains in three study sections

田埡剖面重礦物特征：鋯石透明，其中淺粉色約占鋯石總量的65%左右，主要為圓狀—次圓狀，少量為半自形柱狀，晶體表面可見凹坑；玫瑰色鋯石約占35%左右，次圓狀為主，晶體表面粗糙，凹坑較多。鋯石的陰極發(fā)光圖像灰度特征為灰色—灰白，與大河壩和唐家河剖面類似，也存在指示巖漿成因的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖7c)。鋯石粒徑范圍為30～100μm，延長系數(shù)(長寬比)為1.0～2.6。碎屑鋯石的小延長組最多，約占45.2%(圖8c)，其次為中延長組(1.5～2.0)和大延長組(>2.0)，分別占38.7%和16.1%。田埡樣品中鋯石的磨圓情況比唐家河剖面更好，次圓狀、圓狀和破裂改造圓狀晶體的平均比例分別為30.8%、42.7%、24.9%，棱角狀僅占1.62%(圖8f)。磷灰石粒徑主要為30～100μm，次圓狀為主，棱角狀偶見。

3.3 重礦物侵蝕特征

受風(fēng)化、搬運、沉積和成巖等過程的影響，重礦物表面形貌特征不斷受到改造，其中越不穩(wěn)定重礦物的溶解改造速率越快，最后甚至?xí)霈F(xiàn)隨著埋藏深度的增加而逐漸消失的現(xiàn)象[44,71]。Andòet al.[42]將重礦物的風(fēng)化程度分為未風(fēng)化(Unweathered)、侵蝕(Corroded)、蝕刻(Etched)、深蝕(Deeply Etched)、骨架(Skeletal)五個階段。礦物侵蝕形貌的變化主要由晶體結(jié)構(gòu)和保存特征決定，大多數(shù)常見的重礦物可以識別出連續(xù)的風(fēng)化階段和侵蝕程度，例如角閃石、陽起石和普通輝石[72-73]。也有一些重礦物表面結(jié)構(gòu)的差異不易識別，只能區(qū)分漸進的侵蝕程度。各向同性的石榴石沒有明顯的優(yōu)先結(jié)晶方向，因而很少呈棱柱狀，難以識別出連續(xù)的風(fēng)化過程[42]。此外，鋯石、電氣石和金紅石這類穩(wěn)定的重礦物，很少出現(xiàn)侵蝕特征[42]。

根據(jù)Andòet al.[42]提出的礦物表面結(jié)構(gòu)可視化分類方案，以重礦物類型較多的大河壩剖面為例，相對易風(fēng)化的石榴石在搬運沉積過程中，容易改變自身的形貌結(jié)構(gòu)，多呈不規(guī)則狀。近80%的石榴石顆粒表現(xiàn)為高度侵蝕階段，透、反射圖中可見清晰的凹角和蝕刻痕跡；少量石榴石顯示出輕度侵蝕的表面結(jié)構(gòu)，未見有明顯骨架特征的顆粒，整體反映出石榴石受到較強烈化學(xué)風(fēng)化或成巖蝕變作用的改造(圖9a，b)。大河壩剖面的磷灰石粒徑主要在50～150μm，多數(shù)磨圓較好，表面有撞擊痕跡和小的凹坑，少數(shù)較為平整光滑，偶見棱角狀顆粒。磷灰石多表現(xiàn)為輕微的侵蝕(約90%)，顆粒邊緣侵蝕現(xiàn)象明顯；少數(shù)未風(fēng)化(約5%)，也未見高級侵蝕或帶骨架特征的顆粒(圖9c，d)。電氣石中棱角狀—次圓狀顆粒比圓狀顆粒多，在透、反射圖片中很少見深度蝕刻坑。電氣石侵蝕特征以未風(fēng)化—初期侵蝕階段為主，顆粒表面較為光滑，凹坑小、撞擊特征較磷灰石少；個別棱角狀顆粒的表面具凹坑，邊緣有機械斷裂痕跡(圖9e，f)。

圖8 研究區(qū)仙女洞組碎屑鋯石的延長系數(shù)和磨圓度特征Fig.8 Elongation and roundness of detrital zircon grains of Xiannüdong Formation in the study area

4 討論

4.1 濱岸混積環(huán)境下重礦物組成特點及影響因素

陸源碎屑組分中重礦物的組成受源區(qū)性質(zhì)、沉積過程以及成巖作用等多方面因素的共同影響[45]，而水動力條件是影響濱海環(huán)境顆粒分選的重要因素之一。受水動力條件的影響，重礦物粒度、形狀和密度的差別，會顯著影響其沉積環(huán)境。在沉積物的搬運過程中，礦物的密度差別越大，分選效果越好[74](表2)；化學(xué)風(fēng)化和埋藏成巖時間越久，不穩(wěn)定—亞穩(wěn)定重礦物表面結(jié)構(gòu)受侵蝕越嚴(yán)重，并且重礦物的多樣性會隨埋藏深度的增加而減少，很多不穩(wěn)定重礦物會在埋藏成巖過程中消失[44,71](圖1)。鋯石、電氣石、磷灰石、石榴石以及鐵質(zhì)礦物(褐鐵礦、鈦鐵礦等)的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗磨蝕、成巖改造能力強；不穩(wěn)定的閃石類、輝石類和片狀云母類礦物，受風(fēng)化蝕變和成巖作用的影響較大[44]。研究區(qū)混積濱岸—臺緣背景下的重礦物組合以穩(wěn)定—極穩(wěn)定的鋯石、磷灰石、電氣石和金紅石等為主，大部分石榴石顯示出較強的風(fēng)化侵蝕結(jié)構(gòu)，磷灰石和電氣石的侵蝕相對較弱，未見不穩(wěn)定的閃石類、簾石類以及片狀礦物，且重礦物種類明顯偏少。這指示了后期成巖作用對不穩(wěn)定重礦物的改造較為強烈。

由于河流入海口離陸地更近，碎屑物質(zhì)向盆內(nèi)輸送時受水動力分選和礦物密度差的影響，使得細粒物質(zhì)和輕礦物更易被搬運帶走，而相對較粗的顆粒和重礦物多沉積在近岸區(qū)域。因此，在濱岸環(huán)境中，近源重礦物的輸送使得所含重礦物種類多，顆粒粒徑也相對較大；而混積臺地邊緣離陸地較遠，缺乏陸源碎屑物質(zhì)的及時供應(yīng)，因而重礦物粒徑與濱岸環(huán)境相比要偏小。

4.2 仙女洞組混積巖中重礦物特征對滄浪鋪期川北古地理格局的指示

寒武紀(jì)初期四川盆地古地理格局具有“隆坳相間”的特點，其中康滇古陸與川中水下高地之間為綿陽—長寧裂陷槽，川中高地與川北米倉山地區(qū)之間亦為坳陷的陸棚環(huán)境[57(]圖3)。目前國內(nèi)對上揚子地區(qū)滄浪鋪期古地理展布的研究還不夠深入，特別是對其北部米倉山地區(qū)的研究還相對匱乏。一般認為，米倉山地區(qū)繼承了燈影組沉積期隆起的水下高地特征，滄浪鋪早期海退之后漢南—米倉山地區(qū)古陸開始出露，古地理格局整體為北高南低，沉積相類型由北至南依次發(fā)育三角洲—混積濱岸、混積臺地(陸架)和斜坡，與川中水下高地之間為水體較深的陸棚環(huán)境[77-78(]圖3)。而張英利等[51-52]最新研究認為米倉山地區(qū)由南向北水體逐漸加深，在漢南—米倉山地區(qū)形成深水斜坡，認為滄浪鋪期漢南古陸不發(fā)育，并提出當(dāng)?shù)刂饕镌垂┙o方向為川西北碧口地體和川西南康滇古陸。

圖9 大河壩剖面的碎屑石榴石—磷灰石—電氣石典型侵蝕特征(a，b)分別為石榴石的透、反射圖，可見石榴石表面具不同程度的蝕刻特征(白色箭頭)；(c，d)為磷灰石的透、反射圖，表面可見撞擊痕跡和小凹坑，邊緣亦受到不同程度的侵蝕(白色箭頭)；(e，f)分別為電氣石的透、反射圖，顆粒表面較石榴石和磷灰石光滑，深度蝕刻、凹坑和撞擊特征少見(白色箭頭)Fig.9 Corrosion features of detrital garnet,apatite,and tourmaline minerals at Daheba section

表2 碎屑組分常見礦物密度(據(jù)文獻[74-76]修改)Table 2 Densities of different minerals in siliciclastic components(modified from references[74-76])

研究區(qū)重礦物形貌學(xué)特征支持滄浪鋪期漢南古陸已經(jīng)開始發(fā)育的認識。作為性質(zhì)非常穩(wěn)定的重礦物，鋯石顆粒受成巖改造和沉積搬運過程中磨蝕作用的影響非常小[11]。雖然三個剖面的鋯石顆粒延長系數(shù)均主要在1.0～3.0，但是大河壩剖面的鋯石粒徑最大且延長系數(shù)在1.5～2.0區(qū)間的比例最高。與唐家河剖面相比，田埡剖面的碎屑鋯石粒徑和中—大延長組的比例最小，但兩個剖面的鋯石粒徑均小于大河壩剖面，延長系數(shù)也主要為小延長組(<1.5)(圖8a～c、圖10)。不同鋯石延長組內(nèi)，大河壩、唐家河、田埡三個剖面的鋯石粒徑整體均呈逐漸減小的趨勢(圖11)。這表明臺內(nèi)—濱岸沉積環(huán)境下的顆粒粒徑差異主要受水動力條件影響[79-80]，與現(xiàn)代混合沉積發(fā)育的澳大利亞大堡礁地區(qū)具有可對比性[81]。同時，北部大河壩剖面混積巖中所含重礦物種類多、磨圓度整體較差(表1、圖8，10)，暗示了勉縣大河壩當(dāng)時更靠近古陸。

圖10 研究區(qū)碎屑鋯石的長寬值Fig.10 Crossplot of length vs.width for detrital zircons in the study area

圖11 研究區(qū)鋯石不同延長系數(shù)下的陰極發(fā)光圖像Fig.11 Cathodoluminescence characteristics of zircons with different elongation in the study area

通過對研究區(qū)仙女洞組的巖性調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在混積臺地上呈環(huán)帶狀發(fā)育鮞粒灘和微生物礁(丘)建造[24,61-62,82-84]。如果物源來自西部碧口地體，那么川北滄浪鋪期淺水混積臺地應(yīng)該主要圍繞碧口地體，而不是沿漢南—米倉山地區(qū)。其次，從重礦物種類、鋯石粒徑和磨圓度等特征來看，在地理位置上更靠近碧口地體的唐家河剖面未顯示出近源沉積的特點。由于碧口地體和漢南—米倉山地區(qū)之間存在一個深水陸棚，西面碧口地體的物源可能主要填充該凹陷槽，難以向川北其他地區(qū)供給[65,78,85(]圖3)。此外，由于康滇古陸來源的碎屑物質(zhì)在滄浪鋪期主要填充臨近的綿陽—長寧拉張槽，且川中水下高地存在明顯遮擋[78]，從四川盆地西南部向北部米倉山地區(qū)遠距離輸送物源較難實現(xiàn)。

因此，本次研究認為米倉山地區(qū)仙女洞組混積巖中陸源碎屑物質(zhì)主要來自于東北部古陸，這進一步確認了滄浪鋪期漢南古陸的存在，表明重礦物的形貌學(xué)特征在濱海環(huán)境物源分析中具有一定參考價值。

5 結(jié)論

以碳酸鹽為主的混積體系下，陸源碎屑組分含量低，成巖過程中不穩(wěn)定重礦物的溶解又丟失了部分有價值的物源信息，給“源—匯”分析工作帶來了一定難度。本次研究對川北米倉山地區(qū)寒武系仙女洞組三個剖面的混積巖物源情況進行了探索。從重礦物組合、化學(xué)風(fēng)化侵蝕程度、延長系數(shù)等方面的特征來看，研究區(qū)碎屑物質(zhì)主要來源于鄰近漢南古陸。同時，沿米倉山周緣淺水高能(含砂)砂質(zhì)鮞粒灘和(含砂)砂質(zhì)古杯—凝塊石丘(礁)的發(fā)育也暗示了陸源碎屑近源供給的特點。此外，通過本次研究我們認為混積體系下濱岸至臺地環(huán)境的細粒重礦物形貌學(xué)特征在“深時”物源判別上具有一定價值，更系統(tǒng)的工作有待下一步深入探討。

致謝 感謝審稿專家對文章提出的寶貴意見與建議。