王旭影,姜在興
1)唐山學(xué)院土木工程學(xué)院,河北唐山,063000; 2)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院,北京,100083
內(nèi)容提要: 沉積巖的微量、稀土元素對(duì)沉積環(huán)境的水介質(zhì)變化有著較高的敏感度,對(duì)于研究古環(huán)境、沉積物源性質(zhì)和構(gòu)造背景方面具有重要的意義。前人對(duì)于東臺(tái)坳陷元素地球化學(xué)方面的研究相對(duì)薄弱,利用元素地球化學(xué)資料解釋古環(huán)境和源區(qū)性質(zhì)方面的研究尚屬空白。本文以蘇北東臺(tái)坳陷古新統(tǒng)阜寧組三段20件泥巖樣品為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行微量、稀土元素測(cè)定,并分析其地球化學(xué)特征及所揭示的地質(zhì)意義。結(jié)果表明:①Sr含量、Sr/Cu、Rb/Sr、Lan/Ybn比值指示干熱氣候;Li、Sr、Ni、Ga微量元素含量和Sr/Ba比值均指示淡水—半咸水的水體環(huán)境,整體以淡水環(huán)境為主,偶有咸水注入盆地,局部為半咸水環(huán)境;而V/(V+Ni)、V/Cr、Ni/Co、U/Th、δCe指示氧化—弱還原的水體環(huán)境。②Co/Th—La/Sc、La/Th—Hf判別圖解和稀土元素配分模式,表明阜寧組三段沉積巖應(yīng)來(lái)自于上地殼的長(zhǎng)英質(zhì)物質(zhì)。③La—Th—Sc、Th—Co—Zr/10和Th—Sc—Zr/10構(gòu)造背景判別圖解反映了大陸島弧與活動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造背景,且與Bhatia不同構(gòu)造背景雜砂巖的微量、稀土元素特征值的對(duì)比分析結(jié)果一致。
沉積巖中某些微量元素能反映水體介質(zhì)的鹽度、氧化還原性等特征,如Li、Sr、Ni、Ga、Sr等能夠指示古鹽度(田景春等,2016),V、Cr、Co、Ni等能夠指示氧化還原條件(Hatch et al.,1992;Jones et al.,1994)。稀土元素的溶解度低,且化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定,其組成及配分模式受風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、再沉積及成巖作用的影響很小。沉積物中的稀土元素主要受控于母巖,可以反映物源成分、沉積環(huán)境、構(gòu)造背景的變化等(Bhatia,1985;Bhatia et al.,1986)。隨著元素地球化學(xué)的發(fā)展,學(xué)者們通過(guò)微量與稀土元素的含量、比值、特征值、配分模式、判別圖解等,開展元素地球化學(xué)分析,已經(jīng)得到地質(zhì)界的廣泛關(guān)注。
蘇北東臺(tái)坳陷經(jīng)歷了近半個(gè)世紀(jì)的勘探歷史,目前已進(jìn)入中、高勘探程度階段。古新統(tǒng)阜寧組三段(以下簡(jiǎn)稱阜三段)成藏條件優(yōu)越,勘探潛力大,是東臺(tái)坳陷重要的勘探目的層,受到了廣泛的關(guān)注。阜三段沉積時(shí)期,蘇北盆地的構(gòu)造格局為建湖隆起分割南北,東臺(tái)坳陷和鹽阜坳陷為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的湖盆體系(王旭影,2017;韓元紅等,2018)。東臺(tái)坳陷阜三段已經(jīng)積累了一定程度的研究,主要集中在年代地層與構(gòu)造演化(陳友飛等,1993;劉玉瑞,2010;朱光等,2013)、古地理演化(柯光明等,2006;傅強(qiáng)等,2007)、油氣成藏(邱旭明,2003;劉玉瑞,2011)、物源與沉積體系(王旭影,2017;韓元紅等,2018)等方面。而關(guān)于元素地球化學(xué)方面,王旭影(2017)在對(duì)阜三段物源體系的研究中,利用稀土元素含量及特征參數(shù)對(duì)構(gòu)造背景進(jìn)行了判別,認(rèn)為構(gòu)造背景更接近于活動(dòng)大陸邊緣背景,但是缺少更全面的對(duì)比論證。另外,利用元素地球化學(xué)資料解釋古環(huán)境和源區(qū)性質(zhì)方面的研究尚屬空白?;诖?,本文通過(guò)對(duì)蘇北東臺(tái)坳陷阜三段泥巖微量元素和稀土元素分析,研究其元素地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義,旨在揭示阜三段沉積時(shí)期東臺(tái)坳陷的古氣候、古鹽度和氧化還原條件,重建沉積古環(huán)境,并探討源區(qū)物源性質(zhì)和構(gòu)造背景。
圖1 蘇北盆地東臺(tái)坳陷構(gòu)造單元及采樣井位置Fig. 1 Tectonic units and sampling well location in Dongtai Depression, Subei Basin
蘇北盆地位于江蘇省東北部,屬于蘇北—南黃海盆地的陸上部分,是一個(gè)中、新生代陸相箕狀斷陷盆地,面積約為35000 km2。蘇北盆地被建湖隆起分為南北兩大坳陷,分別為東臺(tái)坳陷和鹽阜坳陷。東臺(tái)坳陷西臨張八嶺隆起,東至南黃海海岸,北接建湖隆起,南臨蘇南隆起(圖1)。東臺(tái)坳陷又可以劃分為6個(gè)凹陷(金湖、高郵、海安、臨澤、溱潼和白駒凹陷),8個(gè)凸起(菱塘橋、柳堡、柘垛、吳堡、梁垛低凸起和泰州、小海、裕華凸起)。凹陷主要呈北東向展布,都屬于南陡北緩、南斷北超、南深北淺的不對(duì)稱箕型,其中高郵、金湖、海安3個(gè)凹陷是油氣勘探和油氣發(fā)現(xiàn)的主力探區(qū)。
蘇北盆地內(nèi)覆蓋在第四系之下的上白堊統(tǒng)泰州組—新近系地層廣泛發(fā)育(邱旭明等,2006),自下而上包括,上白堊統(tǒng)泰州組(K2t),古近系古新統(tǒng)阜寧組(E1f)、始新統(tǒng)戴南組(E2d)和三垛組(E2s),新近系鹽城組(Ny),缺失古近系漸新統(tǒng)(E3)。阜寧組(E1f)自下而上又分為阜一段(E1f1)、阜二段(E1f2)、阜三段(E1f3)和阜四段(E1f4),阜三段(E1f3)為本文研究的目的層。阜三段沉積時(shí)期,建湖隆起南側(cè)位于迎風(fēng)緩坡帶,波浪作用強(qiáng)烈,形成了廣闊的濱淺湖區(qū),主要發(fā)育濱淺湖灘壩沉積(圖2)。
圖2 蘇北盆地東臺(tái)坳陷阜三段梁3井綜合柱狀圖Fig. 2 Generalized column of Well Liang 3 of the 3rd Member of Funing Formation in Dongtai Depression, Subei Basin
樣品共20個(gè),來(lái)自東臺(tái)坳陷17口鉆井巖芯,全部位于阜三段,采樣井位置如圖1所示,巖性為泥巖或粉砂質(zhì)泥巖。采樣受取芯井勘探部署和巖芯保存情況的限制,主要分布于金湖凹陷、高郵凹陷和海安凹陷。采樣時(shí)盡可能地在各凹陷內(nèi)均勻采集,同時(shí)盡量避免成巖作用的影響。對(duì)樣品進(jìn)行微量元素和稀土元素的測(cè)試分析,采用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)儀器,均在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。各標(biāo)準(zhǔn)樣品(GSR-4,SCo-1,GSR-1,BHVO-2)及空白樣品所測(cè)的元素線性良好,分析誤差基本小于5%,相同樣品的測(cè)試結(jié)果一致,測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可信。
東臺(tái)坳陷阜三段泥巖樣品微量元素?cái)?shù)據(jù)見表1。微量元素上陸殼標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖見圖3a。樣品中Cu、Ga、Rb、Zr、Ba、Hf、U元素含量與上陸殼平均豐度相當(dāng),Li、Cs、Cr、V、Sc、Co、Ni、Th元素含量略高于上陸殼平均豐度,只有Sr元素表現(xiàn)為虧損。高場(chǎng)強(qiáng)元素Th(均值14.35 μg/g)相對(duì)富集,Th主要富集在長(zhǎng)英質(zhì)巖石中。Li(均值55.58 μg/g)、Cs(均值9.68 μg/g)、Co(均值16.45 μg/g)、Ni(均值34.2 μg/g)相對(duì)富集,說(shuō)明泥質(zhì)含量較高。沉積巖中Sr含量一般與主量元素Ca密切相關(guān),Sr富集與Ba虧損在一定程度上可以反映水體的高咸化特征,研究區(qū)樣品Sr含量(136.52~295.33 μg/g,均值207.83 μg/g)均低于上陸殼平均豐度值(350 μg/g),表現(xiàn)為Sr虧損,Ba與上陸殼相似,反映水體咸化度較低。
圖3 蘇北盆地東臺(tái)坳陷阜三段微量元素、稀土元素曲線特征(a:微量元素上陸殼標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖;b:稀土元素配分模式)Fig. 3 Curve characteristics of trace elements and rare earth elements of the 3rd Member of Funing Formation in Dongtai Depression, Subei Basin (a:Upper continental crust normalized trace elements patterns; b:REE distribution patterns)
東臺(tái)坳陷阜三段泥巖樣品稀土元素?cái)?shù)據(jù)見表2。∑REE為171.86~266.96 μg/g,均值221.34 μg/g,高于大陸上陸殼∑REE的均值(146.4 μg/g),接近北美頁(yè)巖的均值(173.2 μg/g)。LREE/HREE值為7.91~11.26,均值為9.83,反映研究區(qū)樣品輕稀土元素富集,重稀土元素相對(duì)虧損。LaN/YbN為8.04~12.39,均值為10.1,反映研究區(qū)樣品輕、重稀土元素分異程度較大。δEu為0.65~0.89,均值為0.78,明顯的Eu負(fù)異常。δCe為0.93~0.99,均值為0.96,呈輕微Ce負(fù)異常。
表1 蘇北盆地東臺(tái)坳陷阜三段微量元素含量(×10-6)及比值Table 1 Trace element contents (×10-6) and ratios of the 3rd Member of Funing Formation in Dongtai Depression, Subei Bain
表2 蘇北盆地東臺(tái)坳陷阜三段稀土元素含量(×10-6)及比值Table 2 REE contents (×10-6) and ratios of the 3rd Member of Funing Formation in Dongtai Depression, Subei Basin
采用Leedey球粒隕石平均值除以1.2作為標(biāo)準(zhǔn)值(趙志根,2000),對(duì)稀土元素含量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,配分模式見圖3b。阜三段樣品具有類似的配分模式:表現(xiàn)為明顯的“右傾”,輕稀土元素富集,重稀土元素虧損;La—Eu輕稀土元素段,配分曲線陡、斜率大,表明輕稀土元素之間具有較高的分餾程度;Gd—Lu重稀土元素段,配分曲線平坦、斜率小,表明重稀土元素之間分餾程度較低;Eu處呈明顯的“谷”狀,存在Eu的負(fù)異常,Ce輕微負(fù)異常。
Shiekds等研究認(rèn)為成巖作用可以導(dǎo)致δCe、δEu具有良好的相關(guān)性,δCe與∑REE正相關(guān),以及δCe與DyN/SmN負(fù)相關(guān)(Shields et al.,2001)。東臺(tái)坳陷樣品中δCe與δEu、δCe與∑REE、δCe與DyN/SmN均無(wú)相關(guān)性,說(shuō)明成巖作用對(duì)樣品稀土元素影響不明顯(圖4)。
陸相沉積盆地中,高含量的Sr元素往往與干旱炎熱條件下的湖水濃縮沉積有關(guān)。Sr元素含量和Sr/Cu值常被用于古氣候恢復(fù)。通常認(rèn)為,溫濕氣候中,Sr元素含量低,Sr/Cu值為1.3~5.0;干熱氣候中,Sr元素含量高,Sr/Cu值大于5(Lermanm,1978;張?zhí)旄5龋?016)。樣品中Sr元素含量為136.52~295.33 μg/g,均值為207.83 μg/g,含量整體偏高,Sr/Cu值為4.58~17.78,均值為8.94,僅1個(gè)樣品比值小于5,其余樣品均大于5。從Sr元素含量和Sr/Cu值分析來(lái)看,反映阜三段為干熱的氣候環(huán)境。
在風(fēng)化作用中,Sr元素比較容易淋失,而Rb元素相對(duì)穩(wěn)定(陳駿等,2001)。溫濕氣候中,降水較多,風(fēng)化作用較強(qiáng)烈,Sr元素容易發(fā)生淋失,從而使Rb/Sr值升高;干熱氣候中,降水較少,風(fēng)化作用較弱,沉積巖中殘留更多的Sr元素,使Rb/Sr值相對(duì)降低(葉荷等,2010;張文防等,2012)。換言之,Rb/Sr高值指示溫濕氣候,低值指示干熱氣候。樣品中Rb/Sr值為0.33~1.03,均值為0.63,比值相對(duì)較低,反映干熱的氣候環(huán)境。
圖4 蘇北盆地東臺(tái)坳陷阜三段δEu—δCe、δCe—∑REE及δCe—DyN/SmN圖解Fig. 4 δEu—δCe, δCe—∑REE, δCe—DyN/SmN diagrams of the 3rd Member of Funing Formation in Dongtai Depression, Subei Basin
此外,La和Yb分別是輕稀土元素和重稀土元素的指標(biāo)性元素,Lan/Ybn表征輕重稀土之間分異程度,其高值代表輕稀土元素相對(duì)富集,低值代表重稀土元素相對(duì)富集。在溫暖濕潤(rùn)的條件下,由于風(fēng)化作用和生物作用,重稀土元素比輕稀土元素更容易在溶液中形成碳酸鹽和有機(jī)絡(luò)合物而優(yōu)先被溶解遷移,造成輕稀土元素在風(fēng)化殘余物中富集(陳駿等,1996)。因此,Lan/Ybn的高值指示溫濕的氣候環(huán)境,低值指示干熱的氣候環(huán)境(張虎才等,2009;沈立建等,2015)。樣品中Lan/Ybn值為1.18~1.82,均值為1.48,數(shù)值整體偏低,反映沉積時(shí)干熱的程度較高。
表3 蘇北盆地東臺(tái)坳陷古鹽度的微量元素判別參數(shù)及樣品數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 3 Paleo-salinity trace element identification parameters and sample data in Dongtai Depression, Subei Basin
綜合Sr含量、Sr/Cu、Rb/Sr,以及Lan/Ybn值的分析,4種判別參數(shù)對(duì)東臺(tái)坳陷阜三段的古氣候的反映基本一致,即整個(gè)阜三段沉積時(shí)期以干熱氣候?yàn)橹鳌?/p>
4.1.2古鹽度
Li、Sr、Ni、Ga等微量元素的含量對(duì)水體鹽度的變化有很好的指示作用。研究表明,咸水環(huán)境中,Li元素含量大于150 μg/g,Sr元素含量為800~1000 μg/g,Ni元素含量大于40 μg /g,Ga元素含量小于8 μg/g;淡水環(huán)境中,Li元素含量小于90 μg/g,Sr元素含量為100~500 μg/g,Ni元素含量為20~25 μg/g,Ga元素含量大于17 μg/g(田景春等,2016)。樣品中Li元素含量為39.27~78.73 μg/g,均值為56.58 μg/g,所有樣品均小于90 μg/g,反映淡水沉積環(huán)境。樣品中Sr元素含量為136.52~295.33 μg/g,均值為207.83 μg/g,樣品均為100~500 μg/g,反映淡水沉積環(huán)境。樣品中Ni元素含量為25.69~47.35 μg/g,均值為34.2 μg/g,絕大部分樣品含量小于40 μg/g,反映淡水—半咸水沉積環(huán)境。樣品中Ga元素含量為13.01~21.25 μg/g,均值為16.58 μg/g,樣品均大于8 μg/g,反映淡水—半咸水沉積環(huán)境。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表3),從Li、Sr、Ni、Ga微量元素的含量來(lái)看,所分析的樣品主要來(lái)自于淡水—半咸水沉積環(huán)境。
通常Sr元素比Ba元素的溶解度更大,Sr比Ba的遷移能力也要更強(qiáng),隨著水體鹽度的增加,Sr和Ba逐漸以硫酸鹽的形式沉淀,其中BaSO4優(yōu)先沉淀,當(dāng)水體鹽度增大到一定程度時(shí),SrSO4才沉淀。Sr/Ba值與古鹽度成正相關(guān),為湖泊水體古鹽度判別的有效參數(shù)(鄭榮才等,1999;李進(jìn)龍等,2003)。一般來(lái)說(shuō),咸水環(huán)境中,Sr/Ba值大于1;半咸水環(huán)境中,Sr/Ba值為0.6~1.0;淡水環(huán)境中,Sr/Ba值小于0.6(王益友等,1983)。據(jù)統(tǒng)計(jì)(表3),樣品中Sr/Ba值為0.26~0.69,均值為0.44,其中,16個(gè)樣品比值小于0.6,4個(gè)樣品比值為0.6~1.0,反映整體表現(xiàn)為淡水—半咸水沉積環(huán)境,以淡水環(huán)境為主,偶有咸水注入盆地,局部為半咸水環(huán)境,這與Li、Sr、Ni、Ga元素含量判斷的結(jié)果一致。
4.1.3古氧化還原條件
Hatch等(1992)、Jones等(1994)通過(guò)研究典型黑色泥頁(yè)巖中V、Cr、Co、Ni等微量金屬元素對(duì)氧化還原環(huán)境的示蹤作用,提出了相應(yīng)的定量化判識(shí)標(biāo)準(zhǔn),已被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛采用。缺氧還原環(huán)境中,V/(V+Ni)值大于0.84,V/Cr值大于4.25,Ni/Co值大于7;貧氧環(huán)境中,V/(V+Ni)值為0.60~0.84,V/Cr為2.00~4.25,Ni/Co為5~7之間;富養(yǎng)氧化環(huán)境中,V/(V+Ni)小于0.6,V/Cr小于2,Ni/Co小于5(Hatch et al.,1992;Jones et al.,1994)。研究區(qū)樣品中V/(V+Ni)值為0.71~0.78,均值為0.74,小于0.84;V/Cr值為0.87~1.53,均值為1.12,小于2;Ni/Co值為1.35~2.65,均值為2.13,小于5。根據(jù)判別參數(shù)V/(V+Ni)、V/Cr、Ni/Co值的判別分析,阜三段沉積水體屬于氧化—弱氧化環(huán)境。
氧化還原環(huán)境不同會(huì)導(dǎo)致U和Th的賦存狀態(tài)不同。氧化環(huán)境下,Th4+較易溶解,還原環(huán)境下,U4+不溶于水,而U6+易溶。因此,可以利用U/Th判斷沉積環(huán)境的氧化—還原狀態(tài)。缺氧還原環(huán)境中U/Th值大于1.25;氧化環(huán)境中U/Th值較低,一般小于0.75(Wignall et al.,1996)。樣品中U/Th值為0.13~0.25,均值為0.19,小于0.75,反映沉積時(shí)水體狀態(tài)總體為氧化環(huán)境。
表4 蘇北盆地東臺(tái)坳陷氧化還原環(huán)境的微量、稀土元素判別參數(shù)及樣品數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 4 Identification parameters and sample data of trace and rare earth elements in redox environment in Dongtai Depression, Subei Basin
稀土元素中Ce元素具有變價(jià)的性質(zhì)。氧化環(huán)境中,Ce易被氧化成Ce4+而被鐵錳等氧化物膠體吸附,導(dǎo)致水體中Ce虧損而沉積物中Ce富集;還原環(huán)境中,隨著鐵錳等氧化物的溶解,Ce4+被還原成Ce3+釋放,導(dǎo)致沉積物中Ce富集(楊守業(yè)等,1999)。Ce異??梢造`敏的反映沉積環(huán)境的氧化還原條件,δCe值大于1為正異常,表示還原環(huán)境;δCe值小于0.95為負(fù)異常,表示氧化環(huán)境(王中剛等,1989)。樣品中δCe值為0.93~0.99,均值為0.96,樣品全部小于1,整體接近于判別的臨界值0.95,可以判斷,當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境為氧化—弱氧化性。
利用微量、稀土元素判斷氧化還原環(huán)境的方法很多,本文綜合利用V/(V+Ni)、V/Cr、Ni/Co、U/Th、δCe 5種判別參數(shù)進(jìn)行判別分析(表4),結(jié)果顯示東臺(tái)坳陷阜三段沉積時(shí)期為氧化—弱還原的水體環(huán)境。
過(guò)渡族元素Sc、Cr、Co等往往富集在鎂鐵質(zhì)基性巖石中,而高場(chǎng)強(qiáng)元素La、Zr、Th等則富集在長(zhǎng)英質(zhì)巖石中,這些元素的比值能很好地區(qū)分源巖巖性?厱基于此,Gu等提出Co/Th—La/Sc的源巖屬性判別圖解(Gu et al.,2002),F(xiàn)loy and Leveridge提出了利用La/Th—Hf的源巖屬性判別圖解(Floyd et al.,1987)。利用Co/Th—La/Sc判別圖解對(duì)阜三段泥巖樣品進(jìn)行投點(diǎn)(圖5a),樣品點(diǎn)主要落在長(zhǎng)英質(zhì)火山巖區(qū)域,反映源區(qū)主要為長(zhǎng)英質(zhì)巖石。在La/Th—Hf判別圖解上(圖5b),大多數(shù)樣品投點(diǎn)落在長(zhǎng)英質(zhì)源區(qū)范圍內(nèi),并且有古老沉積物的混入,這與Co/Th—La/Sc判別圖解的分析結(jié)果一致。
在指示盆地沉積源區(qū)性質(zhì)的指標(biāo)中,稀土元素的配分模式是比較可靠的指標(biāo)。源自上地殼的稀土元素具有輕稀土元素富集、重稀土元素含量穩(wěn)定和明顯的Eu負(fù)異常等特征。東臺(tái)坳陷阜三段泥巖樣品的稀土元素配分模式相似,屬于輕稀土富集、重稀土虧損的右傾型,La—Eu輕稀土段較陡,Gd—Lu重稀土段平緩,存在明顯的Eu負(fù)異常,Ce輕微負(fù)異常(圖3b)。這種配分模式與上地殼的配分模式基本一致,表明其沉積物源來(lái)源于上地殼。
圖5 蘇北盆地東臺(tái)坳陷阜三段Co/Th—La/Sc及La/Th—Hf判別圖解(底圖a據(jù)Gu et al.,2002;底圖b據(jù)Floyd et al.,1987)Fig. 5 Co/Th—La/Sc, La/Th—Hf diagrams of the 3rd Member of Funing Formation in Dongtai Depression, Subei Basin(a, modified from Gu et al.,2002; b, modified from Floyd et al.,1987)
綜合Co/Th—La/Sc、La/Th—Hf判別圖解及稀土元素配分模式的分析,認(rèn)為東臺(tái)坳陷阜三段的原始物質(zhì)應(yīng)來(lái)自于上地殼的長(zhǎng)英質(zhì)物質(zhì)。據(jù)調(diào)研,阜三段沉積時(shí)期,張八嶺隆起和建湖隆起均為物源區(qū),張八嶺隆起主要出露中生界中酸性火成巖和新元古界變質(zhì)巖基底(曹洋等,2010;張妮等,2012),建湖隆起向南以中酸性火成巖、石英巖和花崗巖為主(王旭影,2017)。
表5 蘇北盆地東臺(tái)坳陷阜三段泥巖與不同構(gòu)造背景雜砂巖的微量、稀土元素特征值比較
沉積巖的地球化學(xué)成分與構(gòu)造背景之間存在著必然聯(lián)系,可以用來(lái)區(qū)分構(gòu)造環(huán)境。Bhatia等通過(guò)對(duì)已知構(gòu)造背景的雜砂巖地球化學(xué)特征分析,指出La、Ce、Nd、Y、Th、Zr、Hf、Nb、Ti、Co和Sc等微量、稀土元素能夠有效的判別構(gòu)造背景,并提出了一系列元素特征值和判別圖來(lái)鑒別被動(dòng)大陸邊緣、活動(dòng)大陸邊緣、大洋島弧和大陸島弧等構(gòu)造背景(Bhatia,1985;Bhatia et al.,1986)。
與Bhatia不同構(gòu)造背景雜砂巖的微量元素特征值進(jìn)行對(duì)比,可以得出,阜三段泥巖微量元素特征值總體上接近大陸島弧構(gòu)造背景,Th、Zr、Hf、La/Sc值介于大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣(表5)。泥巖的稀土元素含量比同期沉積的雜砂巖高20%左右,因此需要將研究區(qū)泥巖的稀土元素特征值除以1.2進(jìn)行校正(李雙應(yīng)等,2003;李福來(lái)等,2016),校正后的稀土元素特征值可直接與Bhatia總結(jié)的稀土元素特征值進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比發(fā)現(xiàn),阜三段泥巖La、Ce、∑REE值更接近活動(dòng)大陸邊緣,而LREE/HREE、La/Yb、LaN/YbN、δEu值介于大陸島弧與活動(dòng)大陸邊緣之間(表5)。綜合對(duì)比結(jié)果,可以認(rèn)為阜三段沉積巖源區(qū)的構(gòu)造背景為大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣。
圖6 蘇北盆地東臺(tái)坳陷阜三段La—Th—Sc(×10-6)、Th—Co—Zr/10(×10-6)及Th—Sc—Zr/10(×10-6)判別圖解(底圖據(jù)Bhatia et al.,1986)Fig. 6 La—Th—Sc (×10-6), Th—Co—Zr/10 (×10-6), Th—Sc—Zr/10 (×10-6) diagrams of the 3rd Member of Funing Formation in Dongtai Depression, Subei Basin(modified from Bhatia et al.,1986)A—大洋島弧;B—大陸島??;C—活動(dòng)大陸邊緣;D—被動(dòng)大陸邊緣A—oceanic island arc; B—continental island arc; C—active continental margin; D—passive continental margin
根據(jù)Bhatia和Crook提出的La—Th—Sc、Th—Co—Zr/10和Th—Sc—Zr/10源區(qū)構(gòu)造背景判別圖解(Bhatia et al.,1986),對(duì)阜三段泥巖樣品進(jìn)行投點(diǎn)(圖7)。在La—Th—Sc判別圖上,樣品點(diǎn)主要靠近大陸島弧和大陸邊緣源區(qū)。在Th—Co—Zr/10判別圖和Th—Sc—Zr/10判別圖上,樣品點(diǎn)主要落在大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣及其附近。微量元素判別圖解總體反映了源區(qū)為大陸島弧與活動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造背景,此分析結(jié)果與Bhatia特征值的對(duì)比結(jié)果一致。
通過(guò)蘇北東臺(tái)坳陷古新統(tǒng)阜寧組三段泥巖樣品微量和稀土元素分析,研究了其元素地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義,得到以下認(rèn)識(shí):
(1)東臺(tái)坳陷阜寧組三段泥巖樣品中Li、Cs、Cr、V、Sc、Co、Ni、Th等微量元素富集,Sr元素虧損?!芌EE高于大陸上陸殼∑REE均值,接近北美頁(yè)巖均值。稀土元素具有相似的配分模式,屬于輕稀土富集、重稀土虧損的右傾型,存在明顯的Eu負(fù)異常,Ce輕微負(fù)異常。
(2)Sr含量、Sr/Cu、Rb/Sr、Lan/Ybn值,反映阜寧組三段沉積時(shí)期以干熱氣候?yàn)橹?。Li、Sr、Ni、Ga微量元素含量,以及Sr/Ba值,指示淡水—半咸水沉積環(huán)境,整體以淡水環(huán)境為主,偶有咸水注入盆地,局部為半咸水環(huán)境。綜合V/(V+Ni)、V/Cr、Ni/Co、U/Th、δCe 5種判別參數(shù)對(duì)氧化還原環(huán)境進(jìn)行判別分析,結(jié)果顯示阜寧組三段為氧化—弱還原的水體環(huán)境。
(3)Co/Th—La/Sc、La/Th—Hf判別圖解及稀土元素配分模式,說(shuō)明阜寧組三段的原始物質(zhì)來(lái)自于上地殼的長(zhǎng)英質(zhì)物質(zhì)。與Bhatia不同構(gòu)造背景雜砂巖的微量、稀土元素特征值進(jìn)行對(duì)比,可以認(rèn)為阜寧組三段源區(qū)的構(gòu)造背景為大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣。La—Th—Sc、Th—Co—Zr/10和Th—Sc—Zr/10構(gòu)造背景判別圖解,與Bhatia特征值的對(duì)比結(jié)果一致,總體反映了源區(qū)為大陸島弧與活動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造背景。