曾俊杰李康寧嚴康韋樂樂火興達張健鵬

1) 甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,蘭州,730050;

2) 陜西國際商貿(mào)學(xué)院珠寶學(xué)院,陜西省寶石教學(xué)示范中心,西安,712000

內(nèi)容提要:甘肅省夏河—合作地區(qū)是西秦嶺重要的金礦富集區(qū)之一,下三疊統(tǒng)江里溝組是區(qū)內(nèi)主要的賦礦地層,主要巖性有長石砂巖、泥質(zhì)板巖。 砂板巖中SiO2=53.2%～69.34%,平均值62.36%; Al2O3=10.80%～17.46%,平均值14.20%;FeO=0.45%～4.85%,平均值3.31%; CaO=1.92%～7.66%,平均值3.59%。 稀土元素總量較高,REE=117.97×10-6～258.93×10-6,平均=179.98×10-6。 經(jīng)球粒隕石標準化,曲線明顯右傾,富集輕稀土元素,δEu=0.55～0.77,平均值0.65,具有明顯的負異常;經(jīng)北美頁巖標準化,可見曲線近似平行略向右傾斜,δEu=0.85～1.18,平均值1.00,不具有異常。 鋯石的年齡范圍為260～2594 Ma,主要集中在印支期—海西期(峰值276 Ma、391 Ma)、加里東期(峰值463 Ma)、古元古代—新太古代(峰值1866 Ma、2501 Ma)三個階段。 通過碎屑巖主微量元素地球化學(xué)、碎屑鋯石U-Pb 年齡譜系、結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景綜合判斷,江里溝組源區(qū)的構(gòu)造環(huán)境主要呈現(xiàn)出大陸島弧、活動大陸邊緣的特征,物源主要是來自上地殼的長英質(zhì)火山巖,絕大多數(shù)來西秦嶺及其鄰區(qū)同期巖漿巖,部分來自北秦嶺構(gòu)造帶、祁連造山帶及華北板塊南緣的變質(zhì)基底。 本次研究為西秦嶺地區(qū)構(gòu)造演化提供了沉積學(xué)的證據(jù)。

秦嶺造山帶以商丹帶和勉略帶兩條古蛇綠構(gòu)造混雜巖帶,將秦嶺劃分為華北板塊、秦嶺微板塊和揚子板塊。 西秦嶺造山帶為秦嶺造山帶的西延部分,位于文縣—徽縣—成縣盆地—鳳縣—太白盆地一線以西,東側(cè)為東秦嶺造山帶,北以寶雞—天水—武山—臨夏為界與祁連造山帶相鄰,南以瑪沁—文縣—勉縣—略陽為界與松潘—甘孜地塊過渡銜接,西與柴達木和昆侖造山帶毗鄰(圖1a)。 西秦嶺挾持于華北板塊南緣祁連—北秦嶺加里東構(gòu)造帶和揚子板塊北緣海西構(gòu)造帶的拼結(jié)部位,是諸多地塊和造山帶匯聚交接地帶(任紀舜等,1991;閆臻,2002)。 總體上是由大大小小數(shù)量不等海陸相間的微板塊組成的一個多島小洋盆(潘桂棠等,1997;許志琴等,2006),具有多期多階段多旋回性、軟碰撞的特點(殷鴻福等,1992;Zhang Kexin,2000)。

西秦嶺造山帶是我國重要的金銻鉛鋅等多金屬成礦區(qū)之一,近年來隨著早子溝金礦、加甘灘金礦等一批大型、超大型金礦的發(fā)現(xiàn),使西秦嶺夏河—合作地區(qū)成為我國重要金礦富集區(qū)。 在西秦嶺夏河—合作地區(qū)廣泛分布的三疊紀地層是金礦的主要賦礦層位(圖1b),三疊系主要為一套砂板巖復(fù)理石沉積,記錄了西秦嶺及其周緣晚古生代—中生代構(gòu)造巖漿演化、成礦作用和物質(zhì)來源等重要信息,具有獨特的地質(zhì)意義。 一直以來,大多數(shù)學(xué)者將目光聚焦于研究區(qū)巖漿巖和金礦方面,并取得了不少成果,但對這一地區(qū)沉積巖關(guān)注極少,只通過剖面測量或區(qū)域調(diào)查,對三疊系地層進行了地層層序、沉積環(huán)境等方面的研究(殷鴻福等,1992;何海清,1996;李永軍等,2003;閆臻等,2012)。 本文通過對區(qū)內(nèi)下三疊統(tǒng)江里溝組碎屑巖主微量元素地球化學(xué)特征以及碎屑鋯石U-Pb 年代學(xué)研究,探討其構(gòu)造屬性和物源組成,為研究西秦嶺造山帶盆山構(gòu)造演化提供新的證據(jù)。

圖1 甘肅夏河—合作地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)張國偉等,1995;李康寧等,2019)Fig. 1 Geological map of Xiahe—Hezuo area,Gansu (from Zhang Guowei et al., 1995＆;Li Kangning et al., 2019＆)

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于西秦嶺西北部夏河—合作一帶,巖漿巖發(fā)育,呈弧形北西向斷續(xù)分布,以石英閃長玢巖—花崗閃長巖組合為主,時代集中在210 ～250 Ma,形成于活動大陸邊緣弧構(gòu)造環(huán)境 (劉伯崇等,2018)。 區(qū)域地層整體呈一背斜構(gòu)造(力士山復(fù)背斜),北西向帶狀展布。 以夏河—合作斷裂為界,以北為古生代地層,主要有石炭系、二疊系,為濱淺海相陸源碎屑巖夾碳酸鹽巖建造;以南主要為三疊系,為一套半深海斜坡相細碎屑巖復(fù)理石建造。

下三疊統(tǒng)江里溝組為區(qū)內(nèi)最主要的賦礦地層,早子溝金礦、加甘灘金礦兩個特大型金礦均位于這套地層中。 江里溝組北西向展布,頂、底分別與中—下三疊統(tǒng)大河壩組、下三疊統(tǒng)果木溝組呈斷層接觸。下三疊統(tǒng)江里溝組可分為三段:一段由灰色泥硅質(zhì)、粉砂質(zhì)板巖夾深灰色砂巖和灰色泥晶灰?guī)r、砂質(zhì)灰?guī)r透鏡組成;二段由灰黑色泥硅質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖夾灰褐色長石石英砂巖、含礫長石石英砂巖組成;三段下部巖性組合為灰褐色巖屑長石砂巖、長石石英砂巖、粉砂巖夾板巖,上部出現(xiàn)微晶灰?guī)r透鏡。 正粒序?qū)永怼⑺綄永?、平行層理、交錯層理非常發(fā)育。羅根明等(2007)根據(jù)化石資料和區(qū)域?qū)Ρ?將這套地層劃分為早三疊世奧倫尼克期,沉積于大陸斜坡邊緣半深海環(huán)境。

2 樣品描述和分析方法

2.1 樣品特征

江里溝組(T1j)一共采取地層巖石樣品5 件。其中D13 樣品取自江里溝組一段(T1j1)底部,巖性為灰白色中粒巖屑石英砂巖;D14、D15 樣品取自江里溝組二段(T1j2)底部和頂部,巖性分別為灰黑色粉砂質(zhì)板巖、灰黑色細粒石英砂巖;D16、D17 樣品取自江里溝組三段(T1j3)底部和頂部,巖性分別為褐色泥質(zhì)粉砂巖、灰色細粒石英砂巖。

挑選的鋯石顆粒主要為無色透明,形態(tài)以短柱狀、不規(guī)則狀和長柱狀為主。 從陰極發(fā)光圖上可以看出鋯石發(fā)育明顯的振蕩環(huán)帶,部分鋯石因為后期的變質(zhì)作用或者熱液活動出現(xiàn)部分的變質(zhì)增生結(jié)構(gòu)(圖2)。

2.2 樣品測試

主量元素由國土資源部武漢礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心測試,采用X-射線熒光光譜儀(XRF),分析儀器型號XRF-1800,相對誤差小于1%;微量元素在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室測試,采用等離子發(fā)射光譜法(ICP-MS),儀器為美國安捷倫公司Agilient 7700 型,相對誤差小于5%。

鋯石制靶、陰極發(fā)光(CL)電子成像和鋯石LAICP-MS U-Pb 年齡測試在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室完成。 ICP-MS 儀為Agilent7500a,激光剝 蝕系統(tǒng)為GoLas2005。 激光束斑直徑44 μm,激光能量密度8 mJ/cm,剝蝕頻率8 Hz。 使用標準鋯石91500 作為外標進行同位素比值校正,元素含量以國際標樣NIST610 為外標。 同位素比值和元素含量計算采用軟件ICPMSDATACAL11 處理,并利用ISOPLOT/Ex_ver3(Ludwig,2003)獲得諧和年齡和圖解。 為避免古老鋯石(>1.0 Ga) 普遍存在鉛丟失的現(xiàn)象,采用n(207Pb)/n(206Pb) 年齡作為鋯石年齡, 對于n(206Pb)/n(238U)年齡<1000 Ma 的鋯石,則選用n(206Pb)/n(238U)年齡作為鋯石年齡。

巖性 灰白色中粒巖屑石英砂巖 灰黑色粉砂質(zhì)板巖 灰黑色細粒石英砂巖 灰色細粒石英砂巖樣品編號 D13-1 D13-2 D13-3 D14-1 D14-2 D14-3 D15-1 D15-2 D15-3 D16-2 D16-3 D17-1 D17-2 D17-3 Hf 7.70 4.03 5.14 3.57 4.45 3.68 4.56 4.89 4.45 3.57 6.31 9.41 8.58 11.30 La 35.10 24.88 31.08 33.54 36.69 33.93 37.62 36.69 37.42 37.08 36.85 49.48 44.37 57.44 Ce 73.12 49.69 62.45 71.10 76.53 71.09 78.45 75.95 76.49 75.55 74.63 98.44 89.82 114.48 Pr 7.90 5.60 6.95 7.93 8.37 8.15 8.73 8.41 8.58 8.24 8.20 10.83 9.95 12.51 Nd 29.17 20.91 26.41 29.53 31.36 30.74 32.28 31.10 31.65 30.61 30.03 39.51 37.00 45.12 Sm 5.33 4.04 4.86 5.84 5.95 5.95 5.92 5.92 6.00 5.68 5.67 6.90 6.79 7.62 Eu 1.07 0.96 1.07 1.16 1.12 1.15 1.14 1.17 1.13 1.15 1.14 1.21 1.20 1.25 Gd 4.48 3.62 4.13 5.00 5.03 5.24 5.07 5.13 5.05 4.84 4.64 5.74 5.62 6.23 Tb 0.69 0.56 0.60 0.77 0.78 0.76 0.76 0.79 0.74 0.72 0.66 0.85 0.81 0.95 Dy 3.75 3.13 3.57 4.50 4.82 4.72 4.63 4.83 4.67 4.37 3.91 4.82 4.88 5.34 Ho 0.79 0.62 0.69 0.88 0.95 0.91 0.93 0.98 0.90 0.87 0.77 0.96 0.94 1.06 Er 2.17 1.78 1.99 2.59 2.73 2.71 2.68 2.85 2.60 2.49 2.20 2.66 2.73 2.94 Tm 0.35 0.26 0.30 0.38 0.44 0.41 0.40 0.44 0.42 0.38 0.34 0.44 0.42 0.45 Yb 2.26 1.66 1.94 2.48 2.81 2.79 2.65 2.81 2.62 2.42 2.27 2.79 2.66 3.05 Lu 0.35 0.26 0.30 0.38 0.42 0.40 0.42 0.45 0.40 0.39 0.34 0.42 0.42 0.49 Y 22.29 18.64 19.73 26.04 27.74 26.78 26.22 28.47 27.02 23.88 22.59 27.56 27.35 30.11 Sc 9.32 7.50 8.98 14.77 15.94 14.59 14.24 14.26 14.26 15.41 9.36 11.60 11.28 11.20 Ga 13.1 11.8 13.3 19.7 22.1 19.5 20.6 21.1 21 21.7 15.3 15.7 16.3 16.1 Cs 7.89 6.74 9.10 5.15 6.30 5.29 7.06 7.01 8.23 15.60 8.51 4.91 5.50 5.30 Ti 0.58 0.51 0.62 0.65 0.78 0.61 0.75 0.70 0.75 1.02 0.55 0.45 0.50 0.50 Li 8.37 6.57 6.28 57.60 58.20 58.90 51.40 51.00 50.90 60.00 23.50 41.50 38.80 40.20 V 57.5 47.3 56.1 98.5 110.0 96.6 98.0 96.9 99.5 96.0 56.6 76.7 79.3 78.1 Cr 54.5 44.0 49.9 65.3 75.0 64.6 70.4 71.6 71.6 67.7 50.9 66.9 64.4 66.7 Co 38.2 28.9 33.8 16.2 17.1 17.1 21.3 20.7 18.6 15.1 30.1 29.3 29.0 29.1 Ni 18.8 16.8 19.9 34.5 35.5 33.8 32.9 33.3 32.5 31.4 18.4 25.4 22.9 22.8 Fe2O3 T 3.63 3.09 3.63 6.29 6.48 6.25 6.07 5.90 5.80 6.55 3.89 4.70 4.67 4.76 Fe2O3 T+MgO 5.07 5.02 5.02 9.08 9.31 8.95 8.69 8.47 8.37 7.58 4.66 6.81 6.74 7.12 K2O/Na2O 1.20 1.59 1.29 1.43 1.48 1.19 1.33 1.25 1.38 23.39 1.08 0.85 0.95 0.87 SiO2/Al2O3 6.06 5.68 5.79 3.77 3.32 3.97 3.69 3.77 3.61 3.35 5.25 5.12 4.97 5.08 K2O/(CaO+Na2O) 0.56 0.26 0.49 0.40 0.63 0.38 0.72 0.64 0.57 0.54 0.42 0.44 0.49 0.40 F1 -2.71 -0.34 -1.92 1.31 0.63 1.18 -0.33 -0.21 0.23 3.93 0.54 -1.47 -1.42 -1.68 F2 -2.29 -1.01 -1.59 -3.29 -3.27 -3.60 -3.56 -3.48 -2.76 2.08 -1.78 -4.31 -4.14 -4.23 F3 0.02 0.34 0.08 1.62 1.34 1.52 0.73 0.88 0.89 -1.75 -1.03 0.84 0.60 0.97 F4 -3.01 -4.62 -4.10 -5.29 -4.63 -4.50 -3.04 -3.06 -3.63 -7.62 -1.06 -1.46 -1.46 -1.37 ΣREE 166.53 117.97 146.34 166.08 178.00 168.95 181.68 177.52 178.67 174.79 171.65 225.05 207.61 258.93 LREE 151.69 106.08 132.82 149.10 160.02 151.01 164.14 159.24 161.27 158.31 156.52 206.37 189.13 238.42 HREE 14.84 11.89 13.52 16.98 17.98 17.94 17.54 18.28 17.40 16.48 15.13 18.68 18.48 20.51 LREE/HREE 10.22 8.92 9.82 8.78 8.90 8.42 9.36 8.71 9.27 9.61 10.35 11.05 10.23 11.62 Y/Ho 32.41 32.94 32.10 53.08 45.51 55.41 43.87 47.57 43.33 30.78 33.45 56.44 45.80 45.60 (La/Yb)N 11.14 10.75 11.49 9.70 9.37 8.72 10.18 9.37 10.24 10.99 11.64 12.72 11.96 13.51 (δEu)N 0.67 0.77 0.73 0.66 0.63 0.63 0.64 0.65 0.63 0.67 0.68 0.59 0.59 0.55 (δCe)N 1.08 1.03 1.04 1.07 1.07 1.05 1.06 1.06 1.05 1.06 1.05 1.04 1.05 1.05 (La/Sm)N 4.25 3.98 4.13 3.71 3.98 3.68 4.10 4.00 4.03 4.21 4.20 4.63 4.22 4.87 (Gd/Lu)N 1.58 1.72 1.70 1.63 1.48 1.62 1.49 1.41 1.56 1.53 1.69 1.69 1.65 1.57 (La/Yb)S 1.46 1.41 1.51 1.28 1.23 1.15 1.34 1.23 1.35 1.44 1.53 1.67 1.57 1.78 (δEu)S 1.03 1.18 1.12 1.01 0.96 0.97 0.98 1.00 0.96 1.03 1.04 0.90 0.91 0.85 (δCe)S 1.04 1.00 1.01 1.03 1.04 1.01 1.03 1.03 1.01 1.03 1.02 1.01 1.01 1.01 (La/Sm)S 1.23 1.15 1.20 1.08 1.15 1.07 1.19 1.16 1.17 1.22 1.22 1.34 1.22 1.41 (Gd/Lu)S 1.08 1.18 1.16 1.11 1.01 1.11 1.02 0.96 1.07 1.05 1.15 1.16 1.13 1.08 La/Yb 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.01 0.01 0.02 注: F1= -1.773TiO2 +0.607Al2O3 +0.76Fe2O3T -1.5MgO+0.616CaO+0.509Na2O-1.224K2O-9.09;F2 = 0.445TiO2 +0.07Al2O3 -0.25Fe2O3T-1.142MgO+0.438CaO+0.475Na2O+1.462K2O-6.861;F3= 30.638TiO2/Al2O3-12.541Fe2O3T/Al2O3+7.329MgO/Al2O3+12.031Na2O/Al2O3+35.402K2O/Al2O3 -6.382;F4 = 36.5TiO2/Al2O3 -10.879Fe2O3 T/Al2O3 +30.875MgO/Al2O3 -5.404Na2O/Al2O3 +11.11Al2O3-3.89;下標N 代表球粒隕石標準化;下標S 代表北美頁巖標準化。

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 主量元素

主量元素分析數(shù)據(jù)見表1。 江里溝組碎屑巖SiO2= 53.2% ～69.34%,平均值62.36%;Al2O3=10.80%～17.46%,平均值14.20%;Fe2O3=0.29%～6.05%,平均值1.44%;FeO=0.45%～4.85%,平均值3.31%;CaO=1.92%～7.66%,平均值3.59%,含量較高;Na2O=0.18%～2.30%,平均值1.95%;K2O=1.91%～4.21%,平均值2.64%;TiO2=0.43%～0.78%,平均值0.63%;(Fe2O3T+MgO)= 4.66%～9.31%,平均值7.21%;Al2O3/SiO2=0.17 ～0.30,平均值0.23;K2O/Na2O=0.85 ～23.39,平均值2.80。總體來看,江里溝組一段中SiO2、CaO 較高,二段中TiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O 含量較高,三段各種元素含量介于一段與二段之間。

表1 甘肅夏河—合作地區(qū)下三疊統(tǒng)江溝組碎屑巖主量元素(%)、微量元素(×10-6)和稀土元素(×10-6)分析結(jié)果及主要參數(shù)Table 1 The contents of major elements (%), trace elements (×10-6) and rear earth elements (×10-6) in the clastic rocks of the Lower Triassic Jiangligou Formation in Xiahe—Hezuo area, Gansu

利用主量元素F1—F2 構(gòu)造環(huán)境判別圖(圖3a)可得知江里溝組一段和二段構(gòu)造環(huán)境為活動大陸邊緣;三段構(gòu)造環(huán)境為活動大陸邊緣和大陸島弧。從lg(Na2O/K2O)—SiO2構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖3b)可得知樣品主要落入活動大陸邊緣中。 從A12O3/SiO2—(Fe2O3T+MgO)圖解(圖3c)中看出,一段落入活動大陸邊緣區(qū)域;二段落入大洋島弧附近;三段落入大陸島弧區(qū)域。 從TiO2—(Fe2O3T+MgO)圖解中(圖3d)看出,一段落入大陸島弧區(qū)域;二段和三段落在大陸島弧附近。 綜上,主量元素特征顯示江里溝組主要為活動大陸邊緣和大陸島弧環(huán)境。

圖3 甘肅夏河—合作地區(qū)下三疊統(tǒng)江里溝組主量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解[底圖(a)、(c)據(jù)Bhatia,1983;底圖(b)據(jù)Roser and Korsch,1986;底圖(d)據(jù)Bhatia,1985]Fig. 3 Structure environment discrimination diagram of major elements from stones samples in the Lower Triassic Jiangligou Formation in Xiahe—Hezuo area, Gansu [Base map (a) and (c) after Bhatia, 1983; base map (b) after Roser and Korsch, 1986; base map (d) after Bhatia, 1985]

在lg(Na2O/K2O)—lg(SiO2/Al2O3)圖解中(圖4a),這些樣品主要為雜砂巖和巖屑砂巖,成分成熟度較低。 在主量元素F3—F4 判別圖解中(圖4b),江里溝組一段樣品落入長英質(zhì)火成物源區(qū)和石英巖沉積物源區(qū),二段、三段落入中性巖火成物源區(qū),沒有樣品落入鎂鐵質(zhì)火成物源區(qū),說明碎屑物質(zhì)主要來源于陸殼。

圖4 甘肅夏河—合作地區(qū)下三疊統(tǒng)江里溝組物源判別圖解[底圖(a)據(jù)Roser and Korsch,1986;底圖(b)據(jù)Pettijohn et al.,1972)]Fig. 4 Provenance discrimination diagram of the stone samples from the Lower Triassic Jiangligou Formation in Xiahe—Hezuo area, Gansu [Base map (a) after Roser and Korsch, 1986; base map (b) after Pettijohn et al., 1972]

3.2 稀土及微量元素

江里溝組的ΣREE 為117.97×10-6～258.93×10-6,平均值179.98×10-6,LREE/HREE 值為8.42～11.62,平均值9.66;La 含量為24.88×10-6～57.44×10-6,平均值38.01×10-6;La/Yb 值為12.16 ～18.83,平均值15.12。 經(jīng)球粒隕石標準化(圖5a),可見曲線明顯右傾,富集輕稀土,與上地殼和PAAS具有相似分布;(δEu)N值為0.55 ～0.77,平均值0.65,具有明顯的負異常;(δCe)N值為1.03 ～1.08,平均值1.05,基本不具有異常;(La/Yb)N值為8.72～13.51,平均值10.84;(La/Sm)N值為3.68～4.87,平均值4.14。 (δEu)N值為0.85 ～1.18,平均值1.00,不具有異常;(δCe)N值為1.00 ～1.04,平均值1.02,基本不具有異常。 經(jīng)北美頁巖標準化(圖5b),可見曲線近似平行且向右傾斜,(La/Yb)S值為1.15～1.78,平均值1.43;(La/Sm)S值為1.07 ～1.41,平均值1.20;(Gd/Lu)S值為0.96 ～1.18,平均值為1.09。 總體來看,江里溝組地層中,由老到新,REE 逐漸增加。

從微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(圖5c)上可以看出,江里溝組的樣品都富集Th、U、Rb 等高場強元素和大離子親石元素,虧損Ba、Nb、Ta、Sr、P、Ti等元素,可見其與大陸上地殼具有相似的分布,表明物源具有陸源的特征。

圖5 甘肅夏河—合作地區(qū)下三疊統(tǒng)江里溝組微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(a)、稀土元素北美頁巖標準化(b)、球粒隕石標準化配分曲線圖(c)(球粒隕石標準值、原始地幔標準值據(jù)Sun and McDonough,1989;北美頁巖標準值據(jù)Haskin et al.,1966)Fig. 5 Primitive mantle-normalized spider diagram (a), North American shale-normalized REE pattern (b), and chondritenormalized pattern (c) of the stone samples from the Lower Triassic Jiangligou Formation in Xiahe—Hezuo area, Gansu (The standard values of chondrite and primitive mantle are from Sun and McDonough, 1989; North American shale standard values are from Haskin et al., 1966)

由于地層經(jīng)歷了輕微蝕變及變質(zhì)作用,可進一步用微量元素對構(gòu)造環(huán)境進行約束。 在La—Th—Sc 判別圖(圖6a)中,江里溝組落入大陸島弧及其附近;在Th—Co—Zr/10 判別圖(圖6b)中,落入大陸島弧與活動大陸邊緣及其附近;在Th—Sc—Zr/10 判別圖(圖6c)中,落入大陸島弧及其附近。 綜合主量元素和微量元素特征判斷,江里溝組主要呈現(xiàn)出大陸島弧、活動大陸邊緣的特征。

圖6 甘肅夏河—合作地區(qū)下三疊統(tǒng)江里溝組源區(qū)構(gòu)造環(huán)境微量元素判別圖(底圖據(jù)Bhatia and Crook,1986)A—大洋島弧;B—大陸島弧;C—活動大陸邊緣;D—被動大陸邊緣Fig. 6 Trace elements structural environments discrimination diagrams of the stone samples from the Lower Triassic Jiangligou Formation in Xiahe—Hezuo area, Gansu (Base map after Bhatia and Crook, 1986). A—Ocean island arc;B—continental island arc;C—active continental margin;D—passive continental margin

利用Co/Th—La/Sc 和La/Th—Hf 源巖屬性判別圖解進行探討。 通過Co/Th—La/Sc 圖解(圖7a)可見,樣品落于長英質(zhì)火山巖附近。 通過La/Th—Hf 圖解(圖7b)可見,樣品落于長英質(zhì)物源區(qū)內(nèi),并且呈現(xiàn)出較老沉積物成分增加的趨勢。 因此,江里溝組碎屑成分來自上地殼的長英質(zhì)火山巖源區(qū)。

圖7 甘肅夏河—合作地區(qū)下三疊統(tǒng)江里溝組源巖屬性判別圖解[底圖(a)據(jù)Gu Xuexiang et al.,2002;底圖(b)據(jù)Floyd and Leveridge,1987]Fig. 7 Discrimination diagrams of source rocks of the stone samples from the Lower Triassic Jiangligou Formation in Xiahe—Hezuo area, Gansu [Base map (a) after Gu Xuexiang et al., 2002; base map (b) after Floyd and Leveridge, 1987]

4 碎屑鋯石U-Pb 年齡譜系及物源分析

4.1 定年結(jié)果

對江里溝組55 顆碎屑鋯石進行U-Pb 定年,得到有效數(shù)據(jù)53 個(表2)。 鋯石的年齡范圍為260 ～2594 Ma,主要集中在三個階段(圖8):① 260 ～500 Ma(26 顆),占有效年齡總數(shù)49%,峰值為276 Ma、391 Ma、463 Ma;② 1798 ～1932 Ma(10 顆),占有效年齡總數(shù)的19%,峰值為1866 Ma;③ 2358 ～2594 Ma(17 顆),占有效年齡總數(shù)的32%,峰值為2501 Ma。 總體而言,鋯石年齡主要集中在晚古生代276 Ma 和391 Ma、早古生代463 Ma、古元古代1866 Ma、新太古代2501 Ma。 前人研究認為,西秦嶺地區(qū)三疊系碎屑鋯石存在250 ～300 Ma、400 ～500 Ma、2 ～2.5 Ga 三個年齡峰值(Weislogel et al.,2006,2010;陳岳龍等, 2008;閆臻等,2012),這也與本次測試結(jié)果基本相符。

圖8 甘肅夏河—合作地區(qū)下三疊統(tǒng)江里溝組碎屑鋯石年齡諧和曲線圖(a)和年齡分布直方圖(b)Fig. 8 Age concordance curve (a) and distribution histogram (b) of the detrital zircons from the Lower Triassic Jiangligou Formation in Xiahe—Hezuo area, Gansu

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4.2 年齡譜系及物源分析

(1)海西期年齡(277 ～307 Ma峰值)。 江里溝組該年齡段的碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)較多。 從江里溝組一段到二段、三段,海西期年齡鋯石占比逐漸增加,與加里東期碎屑鋯石互為消長,反映來自海西期巖體比例逐漸增加。 盡管目前在西秦嶺及鄰區(qū)該期巖漿年齡報道較少,但不同樣品均顯示明顯的年齡峰值,指示在西秦嶺及鄰區(qū)發(fā)育該期巖漿事件,但由于后期三疊系大面積蓋層覆蓋,可能未出露地表。區(qū)域上青海江里溝二長花崗巖年齡為260±3 ～269±3 Ma,冷湖地區(qū)鹽場北山花崗巖年齡為265±2 ～273±5 Ma(董增產(chǎn)等,2015),西秦嶺東段中川二長花崗巖年齡為264.4±1.3 Ma(徐學(xué)義等,2014)。結(jié)合勉略洋盆的演化及西秦嶺發(fā)育大量印支期同碰撞到碰撞后花崗巖的事實,在勉略洋北側(cè),也就是西秦嶺南部應(yīng)該發(fā)育與洋片俯沖相關(guān)弧巖漿構(gòu)造帶,因此該年齡段的巖漿鋯石應(yīng)該來源于此。

(2)加里東時期年齡(466 Ma峰值)。 該階段年齡占比也較大,形成一個峰值,同時周緣板塊分布也較廣。 祁連地塊東段出露加里東期與俯沖—碰撞相關(guān)的基性侵入體(470 ～434 Ma)(何世平等,2008;楊賀,2016),中南祁連西緣肅北地區(qū)也存在這一時期的三個洼塘花崗巖(416.7±4.3 Ma)(羅志文等,2015)。 北秦嶺構(gòu)造帶中早古生代花崗質(zhì)巖漿活動可以劃分為3 個不同的演化階段:分別為500 Ma(陸松年等,2003),450 Ma(陳雋璐等,2008)和400 Ma(張成立等,2013),這些巖漿活動在北秦嶺構(gòu)造帶中產(chǎn)生了大量的花崗質(zhì)巖石。 據(jù)此我們認為江里溝組加里東期鋯石可能來自于祁連地塊和北秦嶺地塊,也可能來自下伏地層再旋回沉積。

(3)中元古代—太古宙時期年齡(1907 Ma、2541 Ma 峰值)。 該階段年齡占比很大,周緣板塊也分布較多。 華北地塊存在1700 ～2000 Ma 和2400 ～2600 Ma 這兩個特征年齡峰值(翟明國等,2007)。祁連造山帶古老的變質(zhì)基底主要包括祁連西段的古元古代北大河巖群、托賴巖群和祁連中段古元古代湟源巖群、化隆巖群(或稱尕海群)、祁連東段古元古代隴山巖群(徐旺春等,2007;李懷坤等,2007;陸松年等,2009;何世平等,2007;楊昕,2015)。 據(jù)此認為江里溝組該年齡段的鋯石來自于祁連地塊、華北地塊以及下伏沉積地層的再旋回沉積。

綜上所述,江里溝組的物源區(qū)來自其北向及北西向,西秦嶺及其鄰區(qū)同期巖漿巖為其沉積提供了大部分的物質(zhì)來源,另有部分碎屑來自于北秦嶺構(gòu)造帶、祁連造山帶和華北板塊南緣基底,也可能來自多旋回沉積物。

5 結(jié)論

(1)西秦嶺下三疊統(tǒng)江里溝組碎屑巖總體上低硅(53.2% ～69.34%, 平 均 值 62.36%), 高 鈣(1.92%～7.66%,平均值3.59%),高鉀低鈉(K2O/Na2O=0.85 ～23.39,平均值2.80);Al2O3/(Na2O+CaO) 值分布在0.17 ～0.30,江里溝組一段中SiO2、CaO 較高,二段中TiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O 較高,三段各種元素含量介于一段與二段之間。 稀土元素總量較高,ΣREE=117.97×10-6～258.93×10-6,平均值179.98×10-6,輕重稀土分異明顯, LREE/HREE 值為8.42 ～11.62,經(jīng)球粒隕石標準化具有明顯的Eu 負異常;富集Th、U、Rb 等高場強元素和大離子親石元素,虧損Ba、Nb、Ta、Sr、P、Ti等元素,可見其與大陸上地具有相似的分布,物源具有陸源的特征。

(2)江里溝組碎屑鋯石U-Pb 鋯石年齡主要集中在晚古生代276 Ma 和391 Ma、早古生代463 Ma、古元古代1866 Ma、新太古代2501 Ma,海西期—印支期巖漿活動是本區(qū)碎屑鋯石的主要來源。 研究區(qū)及鄰區(qū)在早三疊世之前至少存在三期大規(guī)模的巖漿活動或構(gòu)造變質(zhì)事件。

(3)江里溝組碎屑巖源區(qū)構(gòu)造背景為活動大陸邊緣和大陸島弧,源區(qū)復(fù)雜,既有西秦嶺同期巖漿巖,也有祁連造山帶及華北板塊南緣的變質(zhì)基底,碎屑物質(zhì)來自上地殼的長英質(zhì)火山巖源區(qū)。

致謝:感謝中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)丁振舉教授及其研究團隊在野外調(diào)查、數(shù)據(jù)測試分析以及論文寫作等方面給予的幫助和指導(dǎo)。