稀土元素地球化学特征是研究沉积岩沉积环境、物源及构造背景的重要依据(Dickinson and Suczek, 1979; Cox, 1995; Hofmann, 2005)。通过沉积岩稀土元素地球化学分析, 可以为其物源区特征研究(Taylor and Mclennan, 1985; McLennan et al., 1993)、沉积盆地构造环境恢复(Allè gre and Minster, 1978; Bhatia, 1985)、碎屑岩成因及古风化条件分析提供证据(Elderfield and Greaves, 1982; Shields and Stiller, 2001)。在针对羌塘盆地的研究中, 前人运用稀土元素地球化学方法取得了良好的效果:以古风化壳内地球化学元素迁移特征为依据, 王剑等(2007)证实北羌塘盆地晚三叠世发生明显的沉积间断; 冯兴雷等(2010)通过对羌塘盆地沃若山地区细碎屑岩微量元素及稀土元素进行研究, 判断出土门格拉组的物源区为大陆岛弧构造背景; 宋春彦等(2013)通过研究羌塘盆地藏夏河砂岩地球化学特征, 推断晚三叠世北羌塘盆地的性质为前陆盆地。

位于青藏高原北部的羌塘盆地夹持于拉竹龙— 金沙江缝合带与班公湖— 怒江缝合带之间, 盆地内构造复杂, 具有两坳夹一隆的构造格局。中央隆起带位于戈木日、玛依岗日、格拉丹东一线, 呈近EW向展布, 目前学术界对其构造环境和演化模式存在不同认识, 主要可归纳为3种观点:(1)在中央隆起带识别出的龙木错— 双湖— 澜沧江板块缝合带, 构成了石炭纪— 二叠纪冈瓦纳大陆与欧亚大陆的分界线(李才, 1987, 2007); (2)晚古生代盆地中部发育1条夭折的裂谷(邓万明等, 1996); (3)盆地中部隆起是金沙江消减带长距离向南俯冲到羌塘中部引起的隆升和伸展剥离作用形成的(Kapp et al., 2003)。

本次研究的角木日地区位于羌塘中央隆起带中部, 李才(1987, 2007)提出的龙木错— 双湖板块缝合线从研究区北侧通过, 并以此为界把本地区的地层分为羌南亲冈瓦纳和羌北亲扬子2套地层系统(Jin, 2002)。研究区内发育典型的灰岩、火山碎屑岩、硅质岩和碎屑沉积岩夹层, 保存了完整的二叠系蛇绿岩组合(翟庆国等, 2004)。下二叠统展金组主要分布于角木日— 知塞一带, 砂泥岩和基性火山岩发育, 局部夹薄— 中层状泥晶灰岩和微晶灰岩。文中以角木日地区羌资5井下二叠统展金组细碎屑岩为研究对象, 通过分析其稀土元素地球化学特征, 以期揭示研究区早二叠世的沉积环境和物源区构造背景, 从而为探讨羌塘盆地晚古生代中央隆起带的性质提供一定的约束。

本次研究所用样品取自羌资5井展金组细碎屑岩段岩心。该井位于羌塘盆地中央隆起带北部双湖特别区白措乡角木茶卡(图 1), 钻井揭示出中二叠统龙格组和下二叠统展金组(胡俊杰等, 2014)。展金组由上到下主要发育细碎屑岩— 火山角砾岩— 碳酸盐岩组合(图 2), 与上覆龙格组呈整合接触, 未见底。羌资5井中细碎屑岩段厚318 m, 是一套以粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及纹层灰泥岩为主的下斜坡相沉积。细碎屑岩段可进一步分为3段:上部主要发育深灰色泥质岩屑粉— 细砂岩与钙质粉砂质泥岩不等厚互层, 偶夹泥晶灰岩; 中部发育灰黑色粉砂质泥岩、含粉砂泥岩夹灰色泥质粉砂岩以及灰绿色薄— 中层状凝灰质岩屑粉— 细砂岩; 下部以深灰色粉砂质泥岩、灰黑色薄— 中层泥灰岩为主。笔者共选取粒度相近的泥质粉砂岩和粉砂质泥岩样品17件, 为剔除火山物质对沉积岩样品影响, 选取的样品均避开凝灰质砂岩夹层。

图1

Fig.1

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	图1 羌塘盆地区域构造背景及钻井位置(据段开宾等, 2011, 有修改)Fig.1 Tectonic setting and well site in Qiangtang Basin(modified from Duan et al., 2011)

图2

Fig.2

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	图2 羌塘盆地羌资5井展金组岩性柱及采样位置Fig.2 Lithologic column and sampling sites of the Zhanjin Formation in Well Qiangzi 5, Qiangtang Basin

根据室内显微薄片观察, 在剔除风化、蚀变和成岩作用影响后, 对样品进行实验制备, 即通过清水冲洗、烘干、初步研磨并去除样品中的砂岩颗粒后, 再用玛瑙研磨机破碎, 保留小于200目的部分以进行样品稀土元素分析。本次研究中稀土元素测试在核工业北京地质研究院实验室进行, 分析仪器为ELEMENT XR等离子体质谱分析仪, 分析精度可达5%。

研究区展金组细碎屑岩的稀土元素分析结果(表 1)表明, 样品ω (Σ REE) 值介于120.3~241.3 μ g/g之间, 平均值为183.0 μ g/g。样品ω (Σ REE)平均值总体上接近后太古宙页岩平均稀土元素总量值(PAAS=184.37 μ g/g), 绝大部分样品ω (Σ REE)值高于大陆上地壳的平均稀土元素总量值(UCC=146.40 μ g/g)。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 羌塘盆地展金组沉积岩样品稀土元素含量及有关参数 Table 1 REE element content and related parameters of sedimentary samples from the Zhanjin Formation in Qiangtang Basin

表1 羌塘盆地展金组沉积岩样品稀土元素含量及有关参数 Table 1 REE element content and related parameters of sedimentary samples from the Zhanjin Formation in Qiangtang Basin

ω (Σ LREE)/ω (Σ HREE)和(La/Yb)_N可在一定程度上反应样品稀土元素的分异程度, 并间接反映其物质来源(张沛等, 2005)。若比值较大, 说明轻、重稀土分异明显, 且轻稀土元素相对富集、重稀土元素相对亏损。展金组细碎屑岩样品的ω (Σ LREE)/ω (Σ HREE)值为4.42~10.12, 平均值为6.16, 总体低于澳大利亚后太古宙页岩和全球大陆上地壳(PAAS=9.59, UCC=9.33)。样品(La/Yb)_N值为3.62~10.58, 平均值为5.91, 表明研究区样品轻、重稀土元素分异较弱。稀土元素球粒陨石标准化分布模式图(图 3)中, La-Eu段曲线均较陡、斜率较大, 表现为 “ 右倾” , 说明轻稀土元素轻度— 中等分异((La/Sm)_N=1.88~4.37, 平均值为3.06); Gd-Lu段曲线表现为斜率较小的“ 平坦型” 分布, 说明重稀土元素分异较弱((Gd/Yb)_N=1.07~1.56, 平均值为1.13)。

图3

Fig.3

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	图3 羌塘盆地展金组沉积岩样品REE球粒陨石标准化分布模式(球粒陨石数据引自Boynton, 1984)Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns of samples from the Zhanjin Formation in Qiangtang Basin(data of chondrite after Boynton, 1984)

PAAS和UCC具有富含轻稀土元素、重稀土元素含量稳定和Eu负异常的特点, 常被用以代表上地壳中稀土元素的特征(李双健等, 2008)。在展金组稀土元素球粒陨石标准化分布模式图(图 3)中, 研究样品与PAAS和UCC的分布趋势大体上一致, 均表现为轻稀土的明显富集和平坦的重稀土配分; 但Eu异常存在显著的差异, 从图4中可以看出展金组沉积岩Eu/Eu^* 值范围较为分散, 介于0.63~1.10之间, 平均值为0.87(表 1), 整体高于PAAS和UCC(Eu/Eu^* 值分别为0.72, 0.66)。其中部分样品具有弱的Eu负异常, 多数样品则表现为没有Eu异常, 个别样品表现出Eu正异常。

图4

Fig.4

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	图4 羌塘盆地展金组样品稀土元素关键参数变化趋势Fig.4 Key parameters variations of REEs of samples from the Zhanjin Formation in Qiangtang Basin

1)展金组沉积岩中的稀土元素总量较高(ω (Σ REE) 介于120.3~241.3 μ g/g之间, 平均值为183.0 μ g/g), 具有较弱的轻、重稀土分异(ω (LREE)/ω (HREE)为4.42~10.12, 平均为6.16), 轻稀土元素呈明显右倾型。

2)样品Ce_anom值大于-0.1, Ce/Ce^* 值显示为较弱负异常, Σ REE较为富集, 共同表明展金组沉积岩形成于具有一定深度的浅海还原环境。Ce/Ce^* 与Eu/Eu^* 、ω (Σ REE) 之间无明显线性关系, 说明成岩作用对展金组沉积岩稀土元素的影响不明显。样品的La_n/Yb_n值在0.53~1.54之间, 均值为0.86, 整体上数值呈降低趋势, 且自下而上明显分为2段, 下段平均值为1.20, 上段平均值为0.69, 表明沉积速率上段高于下段, 且整体上有增加的趋势。

3)研究区 Eu/Eu^* 整体上为弱的负异常, 部分样品表现为无异常或正异常, 指示出展金组物源组分的多样性及沉积岩可能主要形成于活动大陆边缘。综合分析展金组稀土元素组合及其比值特征, 认为样品的物源以玄武岩和沉积岩为主, 火山岩是展金组沉积岩的重要物源。通过与前人研究中典型沉积盆地构造背景REE特征对比, 认为展金组样品物源区在二叠纪具有类似岛弧的构造环境。

致谢 岩心样品及相关地层资料由中国地质调查局成都地质调查中心提供; 文章分析测试工作在核工业北京地质研究院完成; 在文章修改过程中, 两位审稿人提出了诸多宝贵意见, 在此一并致谢。