趙嘉峰，王劍，付修根，沈利軍，鄭波，韋恒葉，張豪薇，唐為

1)西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都，610500； 2)西南石油大學(xué)羌塘盆地研究院，成都，610500；3)油氣藏地質(zhì)與開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西南石油大學(xué))，成都，610500

內(nèi)容提要: 沉積巖中的主微量元素和稀土元素特征可以指示其物源、構(gòu)造背景和沉積環(huán)境等?？低薪M地層沉積時(shí)代為古近紀(jì)，是青藏高原早期隆升后首先沉積的陸相碎屑巖，對(duì)該地層的物源信息及構(gòu)造背景分析對(duì)于研究羌塘盆地新生代演化和高原隆升過程具有積極意義。本文對(duì)羌塘盆地半島湖地區(qū)康托組地層進(jìn)行了地層學(xué)、巖石學(xué)、元素地球化學(xué)和黏土含量分析，研究了其物源特征及構(gòu)造背景。研究區(qū)康托組主要為巖屑砂巖、巖屑石英砂巖，分選性和磨圓度較差，發(fā)育平行層理。對(duì)17件樣品進(jìn)行元素地球化學(xué)分析測試，結(jié)果顯示中等的化學(xué)蝕變指數(shù)CIA值(69.57～80.81)，較高的化學(xué)風(fēng)化指數(shù)CIW值(81.07～95.02)和斜長石風(fēng)化指數(shù)PIA值(77.32～93.96)，表明物源區(qū)整體經(jīng)歷了較強(qiáng)的化學(xué)風(fēng)化作用。Th/U、Sc/Th、Rb/Sr等微量元素比值接近大陸上地殼值，結(jié)合稀土元素的配分模式，表明近源快速堆積的特點(diǎn)。根據(jù)TiO2/Zr、Co/Th、La/Sc、Th/Sc、Cr/Zr值和δEu、δCe的負(fù)異常，結(jié)合相關(guān)判別圖解說明康托組物源主要來自于長英質(zhì)巖石。La—Th—Sc、Th—Sc—Zr/10、TiO2—Fe2O3T+MgO、Al2O3/SiO2—Fe2O3T+MgO和主量元素雙因素構(gòu)造判別圖解表明物源區(qū)主要為被動(dòng)大陸邊緣。結(jié)合構(gòu)造演化分析，指示了半島湖地區(qū)康托組形成于陸內(nèi)沉積環(huán)境。

碎屑巖記錄了地層從“源”到“匯”的完整過程，其化學(xué)成分對(duì)于源區(qū)風(fēng)化歷史，物質(zhì)性質(zhì)及構(gòu)造背景的判別具有重要意義(Mclennan et al., 1993; 馮興雷等, 2010; Yang Jianghai et al., 2016; Wang Zhongwei et al., 2017)。隨著地球化學(xué)測試技術(shù)的提升，對(duì)沉積物的碎屑成分進(jìn)行元素地球化學(xué)分析是現(xiàn)今常用的研究物源和構(gòu)造背景的方法，根據(jù)主微量和稀土元素的含量、比值結(jié)合前人整理的相關(guān)判別圖解可以指示沉積物物源與構(gòu)造背景(Taylor and Mclennan, 1985; Mclennan et al., 1993; Bhatia and Crook, 1986; Roser and Korch et al., 1988; 宋春彥等, 2013; Wang Zhongwei et al., 2017; 劉惟慶等, 2019； 張茜等， 2020；王忠偉等，2020 )。

羌塘盆地新生代地層與青藏高原早期隆升息息相關(guān)，由于藏北野外條件惡劣與地層出露情況差等因素，一直以來較少有研究和討論(朱同興, 1999)。新生代以來青藏高原的隆升剝露及其沉積地層中蘊(yùn)含的信息與全球的氣候變化關(guān)系密切，賦予了高原隆升研究重要的現(xiàn)實(shí)意義和可靠支撐(潘保田等, 1996; 王劍等, 2009; 張克信等, 2013)，同時(shí)新生代以來高原陸內(nèi)造山的沉積演化，與之前的特提斯洋開啟關(guān)閉所主導(dǎo)的沉積演化差別較大，所以對(duì)新生代地層進(jìn)行研究討論非常重要(張克信等, 2010)。新生代康托組地層廣泛分布于羌塘盆地內(nèi)，記錄了高原早期隆升的重要信息。本文擬通過研究該地層的沉積學(xué)和地球化學(xué)特征，分析新生代康托組地層的沉積物來源，物源性質(zhì)及構(gòu)造背景，借此討論古近紀(jì)羌塘盆地的演化特征。

1 地質(zhì)背景

羌塘盆地位于特提斯構(gòu)造域東段，青藏高原北部，夾于北邊的可可西里—金沙江縫合帶和南邊的班公湖—怒江縫合帶之間(圖1a)，東經(jīng)85°～95°，北緯32°～35°，盆地面積約為200000 km2(王劍等, 2009; 王劍和付修根, 2018；薛偉偉等, 2020)。新生代地層在羌塘盆地分布廣泛，如康托組、嗩吶湖組和魚鱗山組等，其中康托組地層厚度變化較大，面積達(dá)數(shù)萬平方千米，最厚處可超2700 m(李才等, 2006)?？低薪M常與嗩吶湖組、魚鱗山組、美蘇組及納丁錯(cuò)組地層同時(shí)產(chǎn)出，與下伏地層皆為不整合接觸關(guān)系。

圖1 羌塘盆地構(gòu)造位置圖(a)(據(jù)王劍等, 2007修改)以及半島湖地區(qū)古近紀(jì)沉積地層分布圖(b)Fig. 1 Tectonic location of the Qiangtang Basin(a)(modified from Wang Jian et al., 2007) and distribution of Paleogene sedimentary strata in Bandaohu area(b)

康托組地層由西藏區(qū)調(diào)隊(duì)?于1986年首創(chuàng)于改則縣北的康托西山，原指一套紫紅色礫巖夾砂巖、含礫砂巖、粉砂巖及少量泥巖夾基性噴出巖和凝灰質(zhì)砂巖組成的地層(岳龍等, 2006; 王劍等, 2019)。后西藏地礦局(1997)進(jìn)一步定義康托組地層為一套以紫紅色砂礫巖為主，次為雜色泥巖、粉砂巖，底部夾基性火山巖的地層體，不整合在日貢拉組(原納丁錯(cuò)組E3r)之上，未見頂。在早期的地質(zhì)調(diào)查中康托組地層被認(rèn)為是南羌塘紅層的主體，屬于古地理相對(duì)較高的近山麓沖洪積體系(王劍等, 2019)。在青藏高原開始大規(guī)模隆升時(shí)，康托組首先開始了陸源碎屑和火山沉積(李才等, 2006)。其時(shí)代一直以來頗有爭議，無確切生物化石信息，僅有少量火山巖同位素年齡或借助上下地層年齡約束為古近紀(jì)始新世早期—漸新世(岳龍等, 2006; 李才等, 2006; 鐘華明等, 2008; Xu Qiang et al., 2013; 王劍等, 2019; 趙珍等, 2020)。近年來，對(duì)沉積于羌塘盆地的新生代嗩吶湖組地層的時(shí)代發(fā)現(xiàn)顯示，其與康托組地層的形成時(shí)代相當(dāng)，沉積特征具有相似性，且同樣形成于干旱氣候環(huán)境，二者可能為同期異相地層(王劍等, 2019)。

2 野外剖面及巖石學(xué)特征

前人對(duì)羌塘盆地新生代地層的研究，更多的是通過火山巖等成果進(jìn)行報(bào)道和討論(鄧萬明, 1993; 遲效國等, 1999; 譚富文等, 2000; 李才等, 2006; 劉建峰等, 2009; 冉皞等, 2014)，對(duì)青藏高原內(nèi)部沉積特征研究則較少(姜高磊等, 2013)。開展新生代地層的沉積學(xué)研究，對(duì)了解這一時(shí)期高原內(nèi)部演化特征具有積極意義，也是后續(xù)進(jìn)行地球化學(xué)特征分析的基礎(chǔ)。

圖2 羌塘盆地半島湖地區(qū)康托組沉積特征及鏡下照片： (a)巖屑砂巖；(b)平行層理；(c)薄層礫石；(d)石英礫石；(e)巖屑；(f)鈣質(zhì)膠結(jié)；(g)石英；(h)硬石膏Fig.2. Sedimentary characteristics and photomicrographs of Kangtuo Formation in Bandaohu area，Qiangtang Basin：(a) lithic sandstone; (b) parallel bedding; (c) thin layer of gravel; (d) quartz gravel; (e) detritus; (f) calcareous cementation; (g) quartz; (h) anhydrite

研究區(qū)康托組剖面位于北羌塘坳陷半島湖地區(qū)南部(圖1b)，起點(diǎn)坐標(biāo)：E 88°21′1.55″，N 34°2′21.24″，H 5003.72 m，終點(diǎn)坐標(biāo)：E 88°21′1.33″，N 34°2′24.52″，H 5016.43 m。底部與上侏羅統(tǒng)索瓦組灰?guī)r呈角度不整合接觸，未見頂，厚度大于100 m。剖面主要發(fā)育紫紅色含礫巖屑砂巖(圖2a)，整體有向上變粗的特征，可見平行層理(圖2b)，巖石表面可見有礫石溶蝕所致的孔洞。半島湖剖面中部有約10 cm厚薄層礫巖(圖2c)。礫石成分較為復(fù)雜，主要為石英、灰?guī)r及泥巖顆粒等，粒徑0.2～0.6 cm，少數(shù)灰?guī)r礫石可達(dá)2～3 cm。礫石主要呈球狀、橢球狀，分選中等，磨圓中等，長軸與層理發(fā)育方向一致(圖2d)，剖面表現(xiàn)出干旱型沖積扇的河道沉積特征(周江羽等, 2003，2011)。

通過對(duì)半島湖剖面巖石樣品的鏡下薄片鑒定，表明半島湖地區(qū)康托組砂巖樣品以巖屑砂巖、巖屑石英砂巖為主。碎屑顆粒中，巖屑為主要成分，其次為石英，長石含量極少且偶見蝕變現(xiàn)象。巖屑以硅質(zhì)巖屑和泥質(zhì)巖屑為主(圖2f)，少量變質(zhì)巖屑。石英顆粒以單晶石英為主，次圓狀—次棱角狀，整體皆可見碎裂及波狀消光現(xiàn)象(圖2e, g)，可能與劇烈的構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)。砂巖以鈣質(zhì)膠結(jié)為主，可能與長石的溶蝕有關(guān)(譚先鋒等, 2016)，同時(shí)鏡下可見石膏，呈柱狀或板狀(圖2h)，表明為干旱的沉積環(huán)境?？傮w而言，碎屑巖顆粒粗，分選磨圓差，具近源堆積特征。

3 樣品采集和分析

為了對(duì)半島湖地區(qū)康托組地層進(jìn)行詳細(xì)的物源信息及構(gòu)造背景研究，沿該剖面自下而上非等間距采集了17件砂巖樣品，取樣點(diǎn)如圖2所示。所取樣品均去除其表面風(fēng)化殘留，保證樣品新鮮并裝入密封袋中，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了地球化學(xué)分析以及黏土組分分析。樣品的測試分析均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院實(shí)驗(yàn)室完成。

全巖主量元素分析采用熔片法，以無水四硼酸鋰熔融，硝酸銨為氧化劑，加助溶劑后于1150℃～1250℃下熔融制片，在X射線熒光光譜儀上進(jìn)行測量。測試采用AxiosmAX X射線熒光光譜儀，X射線管電壓50 kV，電流50 mA，具體測試方法和流程按照GB/T 14506.14-2010《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第14部分：氧化亞鐵量測定》，GB/T 14506.28-2010《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第28部分：16個(gè)主次成分量測定》和巖石礦物分析《第四版16.20灼燒減量的測定》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

全巖微量元素分析采用酸溶法，利用氫氟酸和硝酸在封閉環(huán)境下溶解，在電熱板上蒸發(fā)除盡氫氟酸，稀釋后利用儀器直接測定。測試采用NexION300D等離子體質(zhì)譜儀，具體測試方法和流程按照GB/T 14506.30-2010《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第30部分：44個(gè)元素量測定》執(zhí)行。

黏土礦物分析利用離心分離提取黏土礦物樣品，采用Panalytical X’Pert PRO X射線衍射儀測試黏土礦物含量，工作電壓40 kV，電流40 mA，具體測試方法和流程按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5163-2010《沉積巖中黏土礦物和常見非黏土礦物X射線衍射分析方法》執(zhí)行。

4 測試結(jié)果

4.1 主量元素地球化學(xué)特征

半島湖地區(qū)康托組砂巖樣品主量元素分析結(jié)果見表1。樣品SiO2含量在58.22%到71.91%之間，平均值為65.63%；CaO含量次之，在12.72%到21.47%之間，平均值為16.56%；Al2O3含量較低，為1.08%～2.45%，均值1.66%；Fe2O3T+MgO含量為1.28%～2.87%，均值1.84%；Na2O、K2O含量分別為0.028%～0.088%和0.192%～0.433%，平均值為0.045%和0.30%；MnO、TiO2、P2O5含量均低于1%，分別為0.062%～0.098%、0.088%～0.235%和0.021%～0.035%。與大陸上地殼相比，整體表現(xiàn)為富硅、富鈣，其他元素均表現(xiàn)出不同程度的虧損(圖3a)。

樣品中Al2O3與K2O具有顯著的正相關(guān)性(r=0.99，p<0.01，n=17；r代表相關(guān)性值，p代表顯著性值，n代表樣品個(gè)數(shù))，說明K元素主要來源于黏土礦物(Ross and Bustin, 2009)。Fe2O3與Al2O3+K2O含量，表現(xiàn)出較弱的正相關(guān)性(r=0.58，p<0.01，n=17)，說明部分Fe元素來源于黏土礦物(王忠偉等, 2020)；SiO2與Al2O3+K2O之間，p>0.05，不具有相關(guān)性，說明Si不以黏土礦物形式存在，而是以碎屑石英顆粒的形式賦存。樣品整體具有很高的SiO2/Al2O3值(28.16～55.53)，說明石英含量相對(duì)較高，長石含量較少；K2O/Na2O值為2.65～10.72，均值7.14，表現(xiàn)出受到了風(fēng)化作用的影響，且有一定的淋濾作用，造成了Na元素的大量流失(王鵬鳴等, 2012)。樣品燒失量為10.64%～17.34%，均值13.62%，與CaO含量成正相關(guān)(r=0.99，p<0.01)，考慮青藏高原在古近紀(jì)時(shí)期的干旱特征(周江羽等, 2011; 姜高磊等, 2016)，較高的燒失量可能是由較多碳酸鹽礦物的存在而引起的，該結(jié)果與巖相學(xué)研究一致。

4.2 微量元素地球化學(xué)特征

半島湖地區(qū)康托組砂巖樣品微量元素分析結(jié)果見表1。大離子親石元素Rb、Sr、Ba、Pb和U含量分別為(8.18～18.20)×10-6、(63.40～92.10)×10-6、(62.50～1157.00)×10-6、(8.37～12.10)×10-6、(0.50～3.06)×10-6，相比大陸上地殼，僅有個(gè)別樣品的Ba、U元素樣品表現(xiàn)出富集，其余Rb、Sr、Pb均為虧損狀態(tài)(圖3b)。高場強(qiáng)元素Nb、Ta、Zr、Hf、Th和Y含量分別為(1.81～4.62)×10-6、(0.135～ 0.322)×10-6、(19.20～45.90)×10-6、(0.557～1.39)×10-6、(1.71～3.69)×10-6、(8.11～12.70)×10-6。過渡元素Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu和Zn含量分別為(1.95～11.20)×10-6、(16.90～29.40)×10-6、(9.38～19.50)×10-6、(4.63～8.31)×10-6、(12.60～27.80)×10-6、(7.08～14.00)×10-6、(23.90～41.70)×10-6。與大陸上地殼相比，均表現(xiàn)出不同程度的虧損(圖3b)。V、Cr、Zr、Nb、Hf、Th、Ta和Rb元素與Al2O3+K2O表現(xiàn)出較好的正相關(guān)性(r=0.83，0.87，0.95，0.93，0.95，0.92，0.95，0.99，p<0.01，n=17)，說明其來源大部分為黏土等鋁硅酸鹽礦物(Hu Junjie et al., 2015)。Zr和Hf元素為線性正相關(guān)(r=1，p<0.01，n=17)，表現(xiàn)出相似的地球化學(xué)性質(zhì)，其比值可以判斷巖石成因和物源信息(Bhatia and Crook, 1986; Hu Junjie et al., 2015)，17個(gè)樣品的Zr/Hf值為31.54～35.41，與花崗巖數(shù)值相接近，說明Zr的來源與酸性巖漿巖有關(guān)(田景春等, 2016)。

表1 羌塘盆地半島湖地區(qū)康托組砂巖主量、微量、稀土元素含量及相關(guān)參數(shù)Table 1 Major, trace, rare earth element contents and related parameters of the sandstones from the Kangtuo Formation in Bandaohu area, Qiangtang Basin

樣品S01-1S01-2S01-3S01-4S02-1S03-1S04-1S04-2S05-1S05-2S05-3S05-4S06-1S06-2S06-3S07-1S07-2UCCPb9.60 9.78 12.10 9.54 11.40 9.89 9.03 11.10 9.12 8.67 9.23 9.41 8.37 8.41 9.22 9.15 9.24 17.00 Hf1.01 1.39 1.39 1.05 1.33 0.62 0.66 0.73 0.68 0.71 0.86 1.08 0.56 0.73 0.62 0.82 0.83 5.30 Th3.20 3.69 3.51 2.69 3.32 1.92 2.28 2.36 2.70 2.42 2.93 3.47 1.71 1.93 1.86 2.75 2.70 10.50 U0.67 0.81 0.83 1.13 3.06 0.74 0.50 0.63 0.57 0.73 0.71 0.74 0.66 0.53 0.54 0.67 0.63 2.70 Ta0.25 0.32 0.29 0.23 0.29 0.14 0.17 0.19 0.17 0.19 0.21 0.27 0.14 0.15 0.14 0.19 0.22 0.90 Cu11.10 12.50 12.50 12.20 11.90 11.70 9.97 10.50 10.30 12.10 12.20 14.00 8.78 8.28 8.64 7.08 7.69 28.00 Zn31.40 33.00 40.00 34.30 23.90 30.20 32.60 41.70 27.50 26.80 35.90 26.20 30.10 34.90 33.80 31.80 28.80 67.00 Th/U4.75 4.57 4.25 2.38 1.08 2.58 4.53 3.75 4.73 3.34 4.12 4.70 2.59 3.63 3.46 4.13 4.28 3.89 Sc/Th1.04 0.71 0.81 1.41 0.97 2.69 0.86 4.75 1.09 0.86 0.67 0.71 3.24 4.21 5.36 1.67 2.23 1.33 Cr/Th4.59 5.09 5.56 6.06 4.49 5.47 4.96 5.89 4.74 5.29 4.74 5.30 5.49 5.54 5.81 4.51 5.30 8.76 Co/Th2.22 1.98 2.32 3.02 1.49 3.39 2.99 3.52 1.97 2.38 2.68 1.42 3.23 2.40 2.87 2.32 2.53 2.21 Rb/Sr0.15 0.24 0.21 0.17 0.28 0.11 0.14 0.12 0.18 0.16 0.15 0.20 0.11 0.10 0.12 0.17 0.15 0.26 Sc/Cr0.23 0.14 0.15 0.23 0.22 0.49 0.17 0.81 0.23 0.16 0.14 0.13 0.59 0.76 0.92 0.37 0.42 0.15 Sr/Cu8.00 5.79 7.06 7.55 5.33 7.48 6.99 8.51 6.51 6.38 6.57 5.04 8.61 9.93 9.13 10.86 10.99 Cr/Zr0.45 0.42 0.42 0.47 0.34 0.49 0.48 0.56 0.56 0.55 0.49 0.54 0.49 0.44 0.49 0.46 0.49 La12.30 15.10 13.30 11.20 11.10 8.27 8.32 9.16 10.20 9.48 10.80 12.50 7.14 7.70 7.33 9.79 9.54 31.00 Ce22.10 27.00 24.30 19.80 19.80 14.10 14.50 16.90 18.50 17.00 19.90 22.30 12.70 13.60 13.90 18.10 17.10 63.00 Pr2.65 3.18 2.93 2.46 2.45 1.81 1.81 2.14 2.25 2.15 2.46 2.69 1.59 1.75 1.80 2.22 2.13 7.10 Nd10.30 12.40 11.60 9.63 9.66 7.25 7.09 8.74 8.91 8.51 9.76 10.60 6.43 7.05 7.57 8.82 8.39 27.00 Sm2.05 2.24 2.29 1.85 1.94 1.44 1.48 2.10 1.78 1.68 1.98 1.94 1.39 1.53 1.79 1.74 1.63 4.70 Eu0.56 0.43 0.44 0.49 0.37 0.35 0.34 0.50 0.36 0.39 0.41 0.42 0.33 0.36 0.51 0.37 0.37 1.00 Gd1.92 2.01 2.07 1.66 1.96 1.44 1.37 2.06 1.61 1.60 1.81 1.74 1.36 1.42 1.83 1.68 1.50 4.00 Tb0.33 0.34 0.37 0.30 0.36 0.26 0.24 0.41 0.28 0.29 0.32 0.30 0.26 0.26 0.35 0.31 0.27 0.70 Dy1.73 1.79 2.10 1.56 2.09 1.36 1.36 2.21 1.50 1.48 1.63 1.49 1.38 1.40 1.93 1.63 1.46 3.90 Ho0.31 0.33 0.38 0.29 0.42 0.25 0.25 0.41 0.27 0.27 0.31 0.28 0.26 0.26 0.36 0.31 0.27 0.83 Er0.86 0.92 1.04 0.78 1.11 0.66 0.66 1.02 0.74 0.73 0.84 0.76 0.67 0.70 0.96 0.81 0.72 2.30 Tm0.14 0.16 0.17 0.14 0.19 0.11 0.12 0.17 0.12 0.12 0.14 0.13 0.11 0.11 0.16 0.13 0.12 0.30 Yb0.93 1.01 1.13 0.86 1.17 0.69 0.67 1.01 0.77 0.74 0.82 0.83 0.69 0.68 0.95 0.83 0.76 2.00 Lu0.13 0.14 0.16 0.12 0.16 0.09 0.09 0.15 0.11 0.10 0.12 0.11 0.10 0.09 0.13 0.11 0.11 0.31 ΣREE56.31 67.05 62.28 51.14 52.78 38.08 38.30 46.98 47.40 44.53 51.28 56.09 34.41 36.90 39.56 46.85 44.36 LREE49.96 60.35 54.86 45.43 45.32 33.22 33.54 39.54 42.00 39.21 45.31 50.45 29.58 31.99 32.90 41.04 39.16 HREE6.35 6.71 7.42 5.71 7.46 4.86 4.76 7.44 5.40 5.31 5.98 5.63 4.83 4.91 6.66 5.81 5.20 LREE/HREE7.87 9.00 7.39 7.95 6.07 6.83 7.04 5.31 7.77 7.38 7.58 8.96 6.12 6.51 4.94 7.07 7.53 (La/Yb)N0.32 0.33 0.31 0.32 0.26 0.30 0.31 0.28 0.33 0.32 0.33 0.34 0.29 0.31 0.27 0.30 0.31 δEu0.25 0.26 0.25 0.26 0.28 0.26 0.26 0.27 0.26 0.26 0.26 0.26 0.27 0.26 0.26 0.27 0.26 δCe0.28 0.20 0.20 0.28 0.19 0.24 0.24 0.24 0.21 0.24 0.21 0.23 0.24 0.24 0.28 0.22 0.24

圖3 羌塘盆地半島湖剖面康托組砂巖主量元素、微量元素大陸上地殼標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖和稀土元素球粒隕石配分模式圖Fig. 3 The UCC-normalized major element , trace element spider diagrams and chondrite-normalized REE distribution patterns of the Bandaohu section大陸上地殼和球粒隕石數(shù)據(jù)分別來自Rundnick and Gao Shan (2003)以及Taylor and McLennan (1985)The values of the UCC and Chondrite for normalizing from Rudnick and Gao Shan (2003) and Taylor and McLennan (1985), respectively

4.3 稀土元素地球化學(xué)特征

半島湖地區(qū)康托組砂巖樣品稀土元素分析結(jié)果見表1。康托組樣品稀土元素總量(ΣREE)為(34.40～67.10)×10-6，均值為47.9×10-6，低于大陸上地殼稀土元素的總和148.10×10-6。輕稀土含量(29.58～60.35)×10-6明顯大于重稀土(4.76～7.46)×10-6。LREE/HREE值為(4.94～9.00)。經(jīng)過球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的配分模式圖表現(xiàn)出明顯的左高右低(圖3c)，其(La/Yb)N值為(5.52～10.79)，說明輕重稀土發(fā)生的分異程度比較高，可能是源于快速的沉積。分析表明，砂巖中石英含量對(duì)稀土元素含量起稀釋作用，石英含量越高，稀土元素含量越低，碳酸鹽礦物也有類似作用(王中剛, 1989)。同時(shí)，稀土元素總量與Al2O3、K2O、TiO2、P2O5等陸相元素表現(xiàn)出較好的正相關(guān)性(r=0.90，0.90，0.59，0.68，p<0.01，n=17)，但與CaO為負(fù)相關(guān)(r=-0.81，p<0.01，n=17)，推測稀土元素主要來源于陸相碎屑巖。δEu(0.58～0.87)表現(xiàn)明顯的負(fù)異常，δCe(0.89～0.96)表現(xiàn)較弱的負(fù)異常。同時(shí)所有樣品的稀土元素配分模式曲線形態(tài)一致，說明它們具有相近的物質(zhì)來源。此外，沉積物中Eu的負(fù)異常通常被認(rèn)為是繼承于源巖的，并表明了物源的長英質(zhì)巖石屬性(Armstrong-Altrin, 2009; Armstrong-Altrin et al., 2012; Fu Xiugen et al., 2011; Wang Zhongwei et al., 2018)。

4.4 黏土礦物組分特征

半島湖地區(qū)康托組砂巖樣品黏土礦物分析結(jié)果見表2，半島湖地區(qū)康托組砂巖樣品的黏土礦物主要包括伊蒙混層(20.00%～83.00%，均值54.38%)、伊利石(6.00%～64.00%，均值31.14%)、高嶺石(8.00%～36.00%，均值18.07%)，幾乎不含綠泥石。伊利石由長石和云母在風(fēng)化作用下形成，隨著K+的不斷淋失，向蒙脫石轉(zhuǎn)化，其后因風(fēng)化作用程度提高而形成高嶺石(Sheldon and Tabor, 2009; Nordt and Driese, 2010; 殷科等, 2010)。康托組樣品較高的伊蒙混層和伊利石含量，較低的高嶺石含量，結(jié)合前人的相關(guān)研究(Song Eping et al., 2014; 姜高磊等, 2016)說明了康托組地層沉積時(shí)始新世干旱的氣候條件。而綠泥石一般易于保存在化學(xué)風(fēng)化作用受到抑制的地區(qū)(殷科等, 2010)，樣品中極低的綠泥石含量正好說明了地層在形成時(shí)受到了較高程度的化學(xué)風(fēng)化作用，與元素地球化學(xué)結(jié)果相吻合。

表2 羌塘盆地半島湖剖面康托組砂巖黏土組分含量Table 2 Clay component content of the sandstones from the Kangtuo Formation in Bandaohu area, Qiangtang Basin

5 討論

沉積巖的成分特征包含了有關(guān)沉積環(huán)境、地層發(fā)展演化的豐富信息，碎屑巖中的一些微量元素(如稀土元素、Y、Th、Nb、Zr、Hf和Sc元素等)具有非常低的移動(dòng)能力，可能在風(fēng)化、運(yùn)輸和成巖過程中定量地移動(dòng)到碎屑沉積物中(Bhatia et al., 1986, McLennan, 1989; Armstrong-Altrin et al., 2004)。因此，碎屑沉積物的碎屑成分和化學(xué)成分可廣泛用于區(qū)分物源，以量化源區(qū)的風(fēng)化程度，并推斷沉積盆地的構(gòu)造背景(Madhavaraju et al., 2002; Armstrong-Altrin et al., 2015)。

5.1 物源區(qū)風(fēng)化作用

不同的風(fēng)化作用強(qiáng)度會(huì)影響沉積物的成分組成，導(dǎo)致部分元素發(fā)生遷移，而較穩(wěn)定的元素則停留在沉積物中，因此通過某些特定元素的含量與比值可以評(píng)價(jià)物源區(qū)的風(fēng)化程度強(qiáng)弱，例如化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)、化學(xué)風(fēng)化指數(shù)(CIW)、斜長石蝕變指數(shù)(PIA)等(馮連君等, 2003; Roy and Roser, 2013; 王忠偉等, 2020; Shen Lijun et al., 2020)。

化學(xué)蝕變指數(shù)CIA值是廣泛應(yīng)用于反應(yīng)物源區(qū)化學(xué)風(fēng)化程度的指標(biāo)，可以對(duì)源巖的物源信息、成巖作用和化學(xué)風(fēng)化程度等協(xié)助判別，由Nesbitt and Young等(1982)提出，其計(jì)算公式為：

化學(xué)風(fēng)化指數(shù)CIW值是由Harris等(1988)提出的不受鉀交代影響的化學(xué)風(fēng)化作用評(píng)估參數(shù)，CIW計(jì)算公式：

斜長石蝕變指數(shù)PIA值是用于計(jì)算未風(fēng)化的含大量斜長石的原巖風(fēng)化強(qiáng)度的參數(shù)(Fedo et al., 1995)，也被廣泛用于評(píng)價(jià)物源區(qū)的風(fēng)化強(qiáng)度，PIA計(jì)算公式：

上述各式中的CaO*值代表硅酸鹽中CaO的摩爾數(shù)，本文采用McLennan等(1993)所提出的校正方法，校正后進(jìn)行各特征指數(shù)的計(jì)算。

n(CaO*)計(jì)算=n(CaO)-3/5n(P2O5)，如若計(jì)算后的n(CaO*)計(jì)算高于n(Na2O)，則：n(CaO*)=n(Na2O)，反之則n(CaO*)=n(CaO)。

5.1.1成巖作用與鉀交代作用

物源區(qū)沉積物在風(fēng)化過程中鉀元素含量有降低的趨勢，如果成巖作用過程中發(fā)生了鉀交代作用，會(huì)使鉀元素增多，進(jìn)而改變CIA值，使其比正常值更小，因此需要進(jìn)行校正(Nesbitt and Young, 1984, 1989; 徐小濤和邵龍義, 2018)。A—CN—K圖解常用于討論樣品的風(fēng)化作用程度及受成巖作用或交代作用影響程度，一般認(rèn)為物源區(qū)受到的風(fēng)化作用越強(qiáng)，其CIA值越高(80～100)。本次研究樣品的CIA值中等偏高(69.57～80.81，均值77.63)，康托組砂巖樣品投點(diǎn)遠(yuǎn)離長石端元，表現(xiàn)出整體所受的風(fēng)化作用中等(圖4)，較高的CIA值也表明了物源區(qū)風(fēng)化時(shí)較為干旱的環(huán)境特征(Nesbitt and Young, 1982)。樣品的CIA值偏離A—CN—K圖解的理想風(fēng)化趨勢線時(shí)(平行于A—CN軸)，則說明受到了成巖作用和鉀交代作用的影響，偏離越嚴(yán)重則受鉀交代作用越強(qiáng)(Yang Jianghai et al., 2016; 王忠偉等, 2020)。半島湖地區(qū)康托組樣品的CIA值整體平行于理想風(fēng)化趨勢線，說明物源未受到或受較弱鉀交代作用的影響。同時(shí)樣品中明顯低于上地殼值(2.80%)(Rudnick and Gao Shan, 2003)的K2O含量(0.19%～0.43%，均值0.30%)也說明了物源區(qū)沉積物沒有受到鉀交代作用的影響，所以CIA值可以有效判斷物源區(qū)的風(fēng)化程度。

圖4 羌塘盆地半島湖地區(qū)康托組砂巖A—CN—K三角圖(Nesbitt and Young, 1984)Fig.4 A—CN—K diagram of the sandstones in the Bandaohu area (Nesbitt and Young, 1984)

5.1.2沉積旋回作用

巖石的成分成熟度主要由其經(jīng)歷的沉積旋回所控，會(huì)影響對(duì)其化學(xué)成分和風(fēng)化程度的解釋(Cox et al., 1995)，成分變異指數(shù)ICV值是常用的判斷沉積物是否經(jīng)過沉積旋回的方法(Armstrong-Altrin et al., 2015)，ICV計(jì)算方法：

ICA=[n(Fe2O3)+n(K2O)+n(Na2O)+n(CaO)+n(MgO)+n(MnO)+n(TiO2)]/n(Al2O3)

一般而言，沉積物中如長石、輝石和角閃石等造巖礦物中，Al2O3的含量較低，成分成熟度低，常具有較高的ICV值(>1)，沒有經(jīng)歷多次的旋回作用，屬于構(gòu)造活動(dòng)背景下的首次沉積；而高嶺石、伊利石和云母等礦物中Al2O3的含量較高，成分成熟度較高，常具有較低的ICV值(<1)，代表在較強(qiáng)風(fēng)化作用下初次沉積或是經(jīng)歷過再旋回作用(Van de Kamp and Leake, 1985; Cox et al., 1995; Cullers, 2000; 馮連君等, 2003)。相比之下，低溶解度微量元素的化學(xué)性質(zhì)對(duì)循環(huán)效應(yīng)不敏感，反映了第一次循環(huán)輸入的組成?？低薪M樣品主量元素具有較低的Al2O3含量及較低的Al2O3/SiO2比值(均值為0.025)，其ICV值為1.02～2.16，均值1.61，推測是由于近源的快速沉積而形成，可以排除再旋回作用對(duì)CIA值計(jì)算的影響。此外還說明樣品含有的黏土組分較少，所以表現(xiàn)出K、Na元素相對(duì)于上地殼的虧損。

通過成巖作用、鉀交代作用和沉積旋回作用的評(píng)價(jià)，說明化學(xué)蝕變指數(shù)CIA值在評(píng)價(jià)康托組地層的化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度中是有效的。同時(shí)，本次研究的化學(xué)蝕變指數(shù)CIA值與化學(xué)風(fēng)化指數(shù)CIW(r=0.98，p<0.01，n=17)和斜長石蝕變指數(shù)PIA(r=0.98，p<0.01，n=17)具有明顯的正相關(guān)關(guān)系，說明CIW與PIA值可同時(shí)用于判斷研究區(qū)的風(fēng)化作用程度。結(jié)合較高的化學(xué)風(fēng)化指數(shù)CIW值(81.07～95.02，均值91.63)和較高的斜長石風(fēng)化指數(shù)PIA值(77.32～93.96，均值89.80)，表明半島湖地區(qū)康托組沉積期物源區(qū)發(fā)生了較高程度的化學(xué)風(fēng)化作用，長石和云母的風(fēng)化產(chǎn)物因此不同程度丟失。

5.2 物源屬性

碎屑沉積巖的主量元素在風(fēng)化、搬運(yùn)和成巖過程中始終保持其性質(zhì)，常用于研究沉積巖的物源區(qū)屬性(Madhavaraju, 2015; Shen Lijun et al., 2020)。如Al、Ti和Zr的氧化物等難以在低溫溶液下溶解，這類元素可以在一定程度上被視為穩(wěn)定元素，其元素比值常和源巖具有一致性(Stumm et al., 1981)。TiO2/Zr值是判別物源屬性的一種常用指標(biāo)，其值從長英質(zhì)物源到鐵鎂質(zhì)物源逐漸增大(Hayashi et al., 1997; Moradi et al., 2016; Tao huifei et al., 2014; 王忠偉等, 2020)。其中長英質(zhì)的物源一般具有較低的TiO2/Zr值(<55)，中等的TiO2/Zr值(55～200)指示中性的物源，而高的TiO2/Zr值(>200)則指示鐵鎂質(zhì)的物源(Hayashi et al., 1997)。康托組砂巖樣品的TiO2/Zr值為(45.00～66.09)，均值53.07，多數(shù)樣品落入長英質(zhì)火成巖源區(qū)，少量落入中性火成巖源區(qū)，但同時(shí)也緊鄰于長英質(zhì)源區(qū)(圖5a)。

圖5 羌塘盆地半島湖地區(qū)康托組砂巖物源屬性判別圖解：(a)TiO2—Zr(底圖據(jù)Hayashi et al., 1997)；(b)La/Th—Hf(底圖據(jù)Floyd and Leveridge, 1987)；(c)Co/Th—La/Sc(底圖據(jù)Condie, 1993)；(d)Th/Sc—Zr/Sc(底圖據(jù)McLennan et al., 1993)Fig. 5 Provenance discrimination diagrams of the sandstones in the Bandaohu area：(a)TiO2—Zr(after Hayashi et al., 1997)；La/Th—Hf(after Floyd and Leveridge, 1987)；(c)Co/Th—La/Sc(after Condie, 1993)；(d)Th/Sc—Zr/Sc(after McLennan et al., 1993)

從表1可知，樣品的Th/U平均值3.70，Sc/Th平均值1.96，Co/Th平均值2.51，Rb/Sr平均值0.16，均比較接近上地殼值(Rudnick and Gao Shan, 2003)，推斷其物源區(qū)為大陸上地殼，且搬運(yùn)距離較近。同時(shí)Bhatia(1981)認(rèn)為，當(dāng)Th/U值約為2.50～3.00時(shí)，主要源巖為島弧火山巖；Th/U值約為4.50時(shí)，物源以沉積巖為主，并混入一定島弧火山巖碎屑；當(dāng)Th/U值約為6時(shí)，可以推斷物源主要是再旋回沉積巖，且源巖可能存在Th礦化(馮興雷等, 2010)。本次取得樣品的Th/U值為1.08～4.75，均值3.70，表明物源是以沉積巖為主，不排除有少量的火山巖物源在沉積過程中加入的可能。另外，U元素在風(fēng)化過程中會(huì)隨著氧化作用而丟失，造成Th/U值增大，當(dāng)Th/U值小于3時(shí)，表明風(fēng)化作用較弱(Taylor and McLennan, 1985; Moradi et al., 2016)，半島湖地區(qū)康托組砂巖樣品共有13件Th/U值>3，說明風(fēng)化程度整體較高，與前面ICV值研究結(jié)果一致。

沉積巖中微量元素如La、Co、Cr和Hf等因性質(zhì)較為穩(wěn)定，可以在判別物源區(qū)構(gòu)造背景時(shí)提供分析支持。一般而言，La、Th和Zr等元素更多賦存在長英質(zhì)巖石及其風(fēng)化產(chǎn)物中，而Co、Sc和Cr等則更多賦存在鐵鎂質(zhì)巖石及其風(fēng)化產(chǎn)物中(Armstrong-Altrin et al., 2004)，Wronkiewicz和Condie(1989)指出，可以用分別主要存在于鉻鐵礦和鋯石中的Cr和Zr元素之比來確定鎂鐵質(zhì)和長英質(zhì)物源的重要程度，Cr/Zr值越大，鎂鐵質(zhì)巖石對(duì)源區(qū)的貢獻(xiàn)越大(王志龍等, 2017)，反之則由長英質(zhì)巖石提供物源。研究區(qū)康托組地層17件樣品的Cr/Zr值較小，為0.34～0.56，均值0.48，說明物源區(qū)以長英質(zhì)巖石為主。La/Th—Hf圖解在研究物源方面有廣泛的應(yīng)用(Floyd and Leveridge, 1987; Moradi et al., 2016)，本次研究中，巖石樣品都靠近于長英質(zhì)物源區(qū)域(圖5b)。同時(shí)，利用Co/Th、La/Sc及Th/Sc等比值可以對(duì)長英質(zhì)物源和基性物源做出有效的區(qū)分(Armstrong-Altrin et al., 2004; Moradi et al., 2016)。在Co/Th—La/Sc圖解中，樣品落點(diǎn)大致接近于長英質(zhì)物源區(qū)，一定程度上靠近安山巖區(qū)域(圖5c)。Th/Sc和Zr/Sc值能夠反應(yīng)沉積物成分的變化和分選程度，其中Th/Sc值代表了物源區(qū)的平均值，Zr/Sc值則隨著鋯石的富集而增加(McLennan et al., 1993; 侯明才等, 2016)?？低薪M巖石樣品Zr/Sc和Th/Sc值分別為2.21～8.87和0.19～1.49，并具有顯著的正相關(guān)性(r=0.96，p<0.01，n=17)。在Zr/Sc—Th/Sc圖解中(McLennan et al., 1993; 圖5d)，顯示其主要靠近于上地殼(長英質(zhì)火成巖)。

5.3 物源區(qū)構(gòu)造背景

運(yùn)用主量元素或某些特定氧化物的比值和判別圖解來研究物源區(qū)的構(gòu)造背景是地球化學(xué)分析中重要的方法和手段。在Roser和Korsch(1986)提出的分析構(gòu)造背景為活動(dòng)、被動(dòng)大陸邊緣或島弧的K2O/Na2O—SiO2判別圖解中，康托組砂巖具有較高的SiO2含量和較高的K2O/Na2O值(2.65～10.72，均值7.14)，17個(gè)樣品全部落入被動(dòng)大陸邊緣區(qū)域(Roser and Korch, 1986; 圖6)。

圖6 羌塘盆地半島湖地區(qū)康托組砂巖K2O/Na2O—SiO2判別圖解(底圖據(jù)Roser and Korch, 1986)Fig. 6 K2O/Na2O—SiO2 discrimination diagram of the sandstones in the Bandaohu area (after Roser and Korch, 1986)

此外由Bhatia(1983)研究建立的Al2O3/SiO2、TiO2與Fe2O3T+MgO物源區(qū)構(gòu)造背景圖解也取得了廣泛的應(yīng)用(徐亞軍等, 2010; 宋春彥等, 2013)，根據(jù)其圖解對(duì)康托組樣品進(jìn)行研究，在TiO2—Fe2O3T+MgO圖解(圖7a)和Al2O3/SiO2—Fe2O3T+MgO圖解(圖7b)中，樣品都在大陸邊緣區(qū)域附近。

一些微量元素和稀土元素因其穩(wěn)定的性質(zhì)，在搬運(yùn)及沉積的過程中，不會(huì)發(fā)生明顯的含量變化(Moradi et al., 2016)，根據(jù)Bhatia和Crook(1986)提出的La—Th—Sc(圖7c)和Th—Sc—Zr/10(圖7d)構(gòu)造環(huán)境判別圖解，康托組巖石樣品主要落于大陸邊緣及過渡區(qū)域，與中央隆起帶中生代被動(dòng)大陸邊緣到活動(dòng)大陸邊緣的大地構(gòu)造背景一致(王劍等, 2009)。晚白堊世受中特提斯洋盆關(guān)閉的影響，海水由盆地北西方向退出(王劍和付修根, 2018)，至康托組沉積期，盆地為陸內(nèi)沉積環(huán)境，但沉積物繼承了物源區(qū)的構(gòu)造背景特征。

圖7 羌塘盆地半島湖地區(qū)康托組砂巖物源構(gòu)造環(huán)境判別圖解：(a)TiO2—Fe2O3T+MgO；(b)Al2O3/SiO2—Fe2O3T+MgO；(c)La—Th—Sc(底圖據(jù)Bhatia, 1983)；(d)Th—Sc—Zr/10(底圖據(jù)Bhatia and Crook, 1986)Fig. 7 Tectonic setting discrimination diagrams of the sandstones in the Bandaohu area：(a)TiO2—Fe2O3T+MgO, (b)Al2O3/SiO2—Fe2O3T+MgO(after Bhatia, 1983), (c)La—Th—Sc, (d)Th—Sc—Zr/10(after Bhatia and Crook, 1986) A—大洋島??；B—大陸島?。籆—活動(dòng)大陸邊緣；D—被動(dòng)大陸邊緣A—ocean island arc; B—continental island arc; C—active continental margin; D—passive continental margin

此外，研究表明，元素Ca、Mg、K、Na、Sr和Ba等在干旱的條件下比較富集，因此某些特征元素的含量和比值通常可用于地質(zhì)歷史時(shí)期古氣候條件的重建(許中杰等, 2012; Cao Jian et al., 2012; Fu Xiugen et al., 2014)。不同的古氣候條件會(huì)造成沉積物中Rb/Sr值和Sr/Cu值的變化(金章東等, 2002)，在溫暖的沉積環(huán)境中，Rb/Sr值降低，Sr/Cu值升高。本文所取樣品在具有較低Rb/Sr值(0.10～0.28，均值0.16)的同時(shí)，Sr/Cu值較高(5.04～10.99，均值7.69)，Ca和部分樣品的Ba元素較為富集，表明沉積過程中，經(jīng)歷了比較干旱的氣候條件。這也與前人工作中所描述的康托組形成于干旱氣候環(huán)境相一致(Xu Qiang et al., 2013)。

羌塘盆地古近紀(jì)始新世時(shí)期同時(shí)沉積了嗩吶湖組和康托組地層，二者皆經(jīng)歷了干旱、強(qiáng)蒸發(fā)的古氣候，在盆地中形成了南高北低的古地理格局，其中嗩吶湖組主要形成于北部古地理環(huán)境較低的蒸發(fā)湖盆環(huán)境，以紫紅色砂礫巖、砂巖、粉砂巖和夾多層石膏的泥巖等細(xì)粒沉積物為主，偶見少量火山巖；康托組則主要形成于南部古地理環(huán)境相對(duì)較高的沖洪積體系，以紫紅色砂礫巖、含礫巖屑砂巖、粉砂巖和雜色泥巖等粗粒沉積物為主，底部見基性火山巖(王劍等, 2019; 圖8)。研究表明，北羌塘坳陷的沉積物的物源主要來自于可可西里造山帶和中央隆起帶(王劍等, 2009)，而半島湖地區(qū)康托組的物源區(qū)則主要為南部的中央隆起帶。

圖8 羌塘盆地康托組和嗩吶湖組分布示意圖(據(jù)王劍等, 2009修改)Fig. 8 Distribution diagram of the Kangtuo Formation and Suonahu Formation in the Qiangtang Basin(modified from Wang Jian et al., 2009)

6 結(jié)論

根據(jù)研究區(qū)康托組砂巖的沉積學(xué)研究和元素地球化學(xué)特征，得到了以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

(1)康托組砂巖分選磨圓較差，成熟度較低，巖石類型主要為巖屑砂巖、巖屑石英砂巖。主量與微量元素地球化學(xué)特征研究表明，其沉積物源具上地殼近源特征。

(2)研究剖面樣品的化學(xué)蝕變指數(shù)(69.57～80.81，均值77.63)、化學(xué)風(fēng)化指數(shù)(81.07～95.02，均值91.63)、斜長石蝕變指數(shù)(77.32～93.96，均值89.80)、A—CN—K圖解和成分變異指數(shù)(1.02～2.16，均值1.61)及黏土組分分析等表明，康托組物源區(qū)總體未受到鉀交代作用的影響，且經(jīng)歷了較強(qiáng)的化學(xué)風(fēng)化作用，沉積環(huán)境為干旱的氣候條件。

(3)稀土元素配分特征研究表明，Eu元素和Ce元素相對(duì)上地殼的虧損，及TiO2—Zr，La/Th—Hf，Co/Th—La/Sc，Th/Sc—Zr/Sc圖解中均靠近于長英質(zhì)區(qū)域的特征，表明半島湖地區(qū)康托組地層主要物源為上地殼的長英質(zhì)巖石。

(4)基于K2O/Na2O—SiO2、La—Th—Sc、Th—Sc—Zr/10和Al2O3/SiO2、TiO2與Fe2O3T+MgO的構(gòu)造背景判別圖解和特征元素參數(shù)判別圖解，結(jié)合盆地演化特征，表明半島湖地區(qū)康托組形成于陸內(nèi)構(gòu)造背景。

致謝：成文過程中，王忠偉提供了許多有益的建議并多次指導(dǎo)論文修改。野外工作得到了申曉輝和王瑩的幫助，論文評(píng)審得到了匿名審稿專家提出的寶貴意見，在此一并表示感謝。

注 釋/Note

? 西藏地礦局區(qū)調(diào)隊(duì). 1986. 1∶100萬改則幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.