貴州赫章鐵礦山泥盆系地層地球化學特征及其與晚古生代裂陷作用關系

晏 勇，陶 平

(1.貴州大學 資源與環境工程學院，貴州 貴陽 550003;2.貴州省地質調查院，貴州 貴陽 550004)

貴州赫章鐵礦山泥盆系地層地球化學特征及其與晚古生代裂陷作用關系

晏 勇，陶 平

(1.貴州大學 資源與環境工程學院，貴州 貴陽 550003;2.貴州省地質調查院，貴州 貴陽 550004)

對貴州赫章鐵礦山地區泥盆系地層、構造和晚古生代裂陷槽的特征進行研究，用分析地層地球化學特征論述泥盆系各地層與裂陷槽之間的關系。通過對泥盆紀地層巖性、(La/Yb)N值和Ce/Ce*值等稀土元素特征值的分析認為各地層的形成受到了裂陷槽的控制，也反映出裂陷槽的詳細變化過程。

泥盆紀;地球化學;裂陷槽;赫章縣;貴州

貴州赫章鐵礦山是貴州省主要的產鐵基地，所以對貴州赫章鐵礦山地區的研究相對較多，對鐵礦研究更是詳細，但是對研究區中泥盆紀地層研究相對較少。而對晚古生代裂陷作用的研究主要是對構造性質及形成時間方面的研究。雖然前人已經就地層特征和裂陷作用的相關特征進行了研究，但是卻存在很多的不足，例如裂陷作用對研究區中的泥盆紀時期地層的形成影響并沒有做明確的討論，同時也沒有利用泥盆紀各地層的地球化學特征來反面討論裂陷形成的發展過程。所以，本次通過野外地質調查、樣品的采集和微量元素、稀土元素的分析，以期通過分析地層的地球化學特征來討論裂陷作用在泥盆紀的發展過程。

1 地質背景及晚古生代裂陷槽

1.1 區域地質背景

研究區位于上揚子陸塊南部被動邊緣褶沖帶—六盤水復雜褶皺區和織金短軸褶皺區。屬較穩定的陸塊區。經歷了廣西、紫云、黔桂、東吳、安源、燕山、喜馬拉雅等多次構造運動，造成了大陸上地殼結構很不均一、物質組成差別大、厚度變化大的特點。研究區區域地質特征如圖1。

圖1 區域地質礦產略圖

1.2 晚古生代裂陷槽及其特征

在晚古生代典型的與裂陷作用有關的斷裂帶，是六盤水裂陷槽、南盤江－右江裂陷盆地的邊界斷裂。該斷裂帶在晚古生代實為一個同生正斷裂構造帶，具有半地塹形式的階梯狀同沉積正斷層組合，為張性裂谷邊界斷裂，由此形成了北西向的裂陷槽(盆)，控制了泥盆紀—二疊紀的沉積環境。

據張錦泉等(1990)，在華南大陸板塊內部發育著一類特殊的地質構造及其沉積盆地，即晚古生代的滇黔桂地區板塊構造、同沉積斷裂及其相關的沉積盆地(圖2)，紫云 －水城裂陷盆地屬于這一系列北西向裂陷盆地的最北一支。

圖2 上揚子地區泥盆紀構造與同沉積略圖(據張慧等，2006)

本文所討論的晚古生代裂陷構造，僅限于以晚古生代裂陷作用為主導因素形成的區域性斷裂—水城－紫云－南丹斷裂帶的黔西北部分，不包括晚古生代其它裂陷構造。

在本區，晚古生代為北西向裂陷構造環境，水城—紫云斷裂帶表現為張性同沉積斷裂的特點，對整個黔西北地區晚古生代的沉積作用產生深遠的影響。這種影響由各個時代地層的特殊空間分布特征表現出來。如圖3所示，從裂陷槽向兩側的碳酸鹽巖臺地，出現了不同相區和微相的有規律分布，以及不同巖石組合和沉積厚度的有規律分布，從而也反映了裂陷作用的活動時間和影響范圍等。所以也就能通過對裂陷槽影響范圍內的地層的微量稀土元素特征分析來討論裂陷槽的變化過程。

2 研究區地質特征

2.1 地層

研究區屬揚子地層區，地層發育較齊全，從上元古界至第四系均有出露。晚古生代地層發育齊全、類型多樣，但是泥盆系地層出露相對較少，僅礦區附近有出露(趙峰等，2000)。本研究區泥盆系地層特征如下:

丹林組(D1d):灰白色中厚層細粒石英砂巖，局部為肉紅色鐵質砂巖。

舒家坪組(D1s):灰黑色泥質白云巖夾泥質灰巖、泥巖薄層，頂部為砂巖。

龍洞水組(D2l):深灰色細晶泥質白云巖，局部夾泥質灰巖。

大河口組(D2dh):一套黃褐色中厚層含巖屑砂巖、泥質粉砂巖。

獨山組(D2d):由下往上分為3個巖性段，即雞炮段、宋家橋段、雞窩寨段。

雞炮段(D2d1):灰、深灰色薄至中厚層細晶白云巖、白云質灰巖，含黑色有機質白云巖、泥巖。宋家橋段(D2d2):黃褐色中厚層長石石英砂巖，紫紅色、土黃色含鐵質粉砂巖、泥巖夾淺灰、灰綠色泥灰巖、泥質白云巖。雞窩寨段(D2d3):下部為深灰、灰黑色中厚層含砂屑白云巖夾薄層鈣質泥頁巖;中部為灰色中厚層生物屑灰巖、生物灰巖;上部為蠕蟲狀、條帶狀白云質灰巖，泥質白云巖。

望城坡組(D3w):淺灰、深灰色細、微晶灰巖，夾白云質泥質條帶。

堯梭組(D3y):灰白色中厚層細、微晶灰巖夾細晶白云巖。

圖3 水城—紫云裂陷槽北段泥盆紀沉積序列(據張慧等，2006)

2.2 構造

研究區處于北西向構造體系之埡都一蟒洞構造帶中段，寒婆嶺一蟒洞大背斜之南西翼，主要為NW向的褶皺和斷層組成，次為近EW向、SN向的走滑平移斷層。

埡都背斜:軸向135°，局部直立甚至倒轉，兩翼巖層傾角不等。

埡都 － 蟒洞斷層:走向 135°，傾向 245°，傾角 60° ～70°，長約20～30 km。本區各種構造改造了前期形成的地層，使地層出現了重復和缺失。礦區構造特征如圖4。

3 泥盆系各地層地球化學特征

本次樣品采集地層為丹林組到堯梭組一直到石炭系的祥擺組:分析數據如下:

各地層地球化學特征如下:丹林至大河口組稀土元素豐度較高，獨山組、望城坡到祥擺組地層豐度相對較低，但含菱鐵礦地層∑REE含量偏低，含赤鐵礦地層含量偏高。

各時代地層的LREE/HREE比值均大于4，，明顯偏離1。所以由此判斷各地層均富集輕稀土和虧損重稀土，同時各配分型式圖中各個地層的配分曲線都為右傾型;除泥盆系望城坡組至石炭系祥擺組有比較明顯的 Ce負異常外，其余地層Ce均維持在平均值基礎上;但所有地層均出現了明顯的 Eu負異常，并且曲線分布一致。

表1 丹林組到大河口組地層微量元素特征值一覽表 μg/g

表2 獨山組至石炭系祥擺組地層微量元素特征值一覽表 μg/g

通過對各個地層樣品的 La/Sm值、Gd/Yb值和 Sm/Nd值分析可知:各個地層均富集 LREE，相對虧損 HREE，LREE的富集程度相對較高。

各個地層的(La/Yb)N比值在5～12之間不等，大部分樣品(La/Yb)N值大于9，所以(La/Yb)N值明顯的偏離1。根據前人研究表明，該比值越是偏離1則物質沉積時的沉積速率越慢。所以該比值的不斷變化也可以推斷沉積環境的變化，沉積環境主要由裂陷槽的變化控制，也就可以比較明顯的反映出裂陷作用的變化過程。本研究區Ce/Ce*值從早泥盆紀到晚泥盆紀變化趨勢為:早泥盆紀比值較小，到中泥盆紀逐漸變大，到泥盆紀獨山組宋家橋時期比值最大，但是從宋家橋時期以后比值又逐漸減小知道泥盆紀結束。

表3 Ce/Ce*值地層分布表

圖4 礦區地質略圖

圖5 丹林組到大河口組稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖

4 討論

4.1 地層巖性變化與裂陷作用關系

根據對研究區中泥盆系地層的性質研究發現，從丹林組開始到獨山組宋家橋段巖性變化為石英砂巖到碳酸鹽巖到泥巖;獨山組雞窩寨段到泥盆紀堯梭組巖性變化為粗晶白云巖到細晶白云巖和泥質條帶。泥盆紀早期的沉積物為粗碎屑沉積，并且沉積速率也較快，沉積物供給量較大，形成了細粒石英砂巖。表明沉積時的沉積海水深度較淺;而后期地層逐漸轉變成白云巖、灰巖等，說明海水沉積深度上有了明顯的增加，結合裂陷作用的影響作用可以知道裂陷活動加強，裂陷槽面積增加，所以地層巖性反映出裂陷槽的一些變化過程。

圖6 獨山組稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖

圖7 望城坡組到祥擺組稀土元素球粒隕石標準化分配模式圖

4.2 地球化學特征與裂陷作用關系

1)稀土元素(La/Yb)N值可以用來衡量和表征地層在形成過程中的沉積速率特征。前人研究表明當懸浮物在海水中停留時間較短時，REE會快速沉積下來，此時(La/Yb)N值大約為1。當懸浮物在海水中停留時間較長時，即沉降緩慢，使得(La/Yb)N值明顯偏離1。所以該比值的變化表明沉積速率的變化，也可以反映出沉積環境的變化，本研究區內因為沉積環境的變化主要是裂陷槽的變化引起，所以這種比值曲線可以反映出裂陷作用的變化。

根據泥盆系不同地層(La/Yb)N值數據和地層時代對比分析可以得到下圖的曲線分布型式(圖8)。根據圖8可以發現裂陷作用在泥盆紀早期有局部變化，使沉積物在舒家坪組內沉積速率有了降低，而后面有升又降，但是在獨山組時期速率卻有了明顯的上升，并且上升值較明顯，并且獨山組以后該比值又下降到了較低的位置，說明獨山組以后海水深度較深，裂陷槽面積較大，裂陷作用增強。所以裂陷槽變化情況如下:泥盆紀早期丹林組變化微弱;在舒家坪組內沉積深度增加，裂陷槽局部活動;而此后裂陷減弱，沉積速率減緩，但是卻逐漸增加沉積速率;到獨山組時期裂陷再次活動，海水深度增加、面積擴大，所以沉積減慢，一直持續到石炭系。

圖8 泥盆系各地層(La/Yb)N值變化曲線圖

2)Ce的負異常主要出現在洋盆環境中，因為洋盆中的Ce3+很快被氧化成 Ce4+并被 Fe－Mn氧化物所吸附，從而很快從海水中被清除，造成海水中Ce虧損(Elderfield and Greaves，1982)，研究表明:Ce/Ce*在成巖作用過程中變化不大(Flee，t 1983)，所以可以用其表示地層在成巖時的沉積環境。不同的沉積環境擁有不同的Ce/Ce*比值，據Murray et a.l(1990，1991)的研究結果顯示:Ce/Ce*越大，說明受陸源影響越大(王卓卓，2007)(各環境具體參數見表4)。Eu/Eu*和Ce/Ce*比值的變化表示有不同的地質過程，所以也具有很重要的地質意義。

表4 不同沉積背景下細粒沉積巖稀土元素標志(數據引用自王卓卓等，2007)

各地層詳細Ce/Ce*比值變化曲線及相互關系見圖9，該曲線表明，泥盆紀早期沉積環境沒有發生太大的變化，但隨著沉積物的繼續沉積和泥盆紀中晚期的構造運動的影響，使陸源物質來源豐富，沉積地受陸源物質影響增大，曲線表明在獨山組時期達到最低，該時期過后則曲線上升，上升趨勢從泥盆系結束一直到石炭系都一直在持續中(見圖9)，表明獨山組時期過后地層受陸源物質影響減弱，海水深度增加，沉積環境改變為深水環境，這和巖相古地理分析結果相同。本區海環境的變化只能是區域上的大斷裂才能控制和影響，而此時在研究區中活動的大斷裂為晚古生代裂陷(槽)。所以曲線表明晚古生代裂陷槽在泥盆系以前就已經形成，但是泥盆系早期活動不強烈，由于陸源物質對裂陷槽的填充，導致海水變淺，直到泥盆系獨山組達到了最低，但從獨山組時期開始，裂陷作用活動，裂陷槽的面積增大，海水深度增加，各地沉積環境改變，最后一直持續到石炭系都任然處于活動中，這和前人研究裂陷作用的發展順序和時間都很好的吻合。根據Ce/Ce*值在獨山組宋家橋段(TKSH11－4)后逐漸下降可以說明沉積物受陸源影響降低，海水深度增加，沉積速率減慢，和(La/Yb)N值的分析結果想吻合。同樣通過對研究區中各地層的Eu/Eu*值進行分析也可以得出同樣的結論。

圖9 泥盆系各地層Ce/Ce*值變化曲線圖

5 結語

(1)泥盆系各個地層的地球化學特征整體為稀土總量較高，配分曲線和地殼巖石相似。(2)通過對地層的巖性對比分析和討論認為地層的形成直接受到裂陷作用的控制。(3)通過泥盆系地層的稀土地球化學特征分析確定了地層受裂陷作用的控制，并且通過該特征也明確了裂陷槽的變化型式和對應時間。

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［3］魏亮等.北京平原沉積物稀土元素地球化學特征及物源意義［J］.地學前緣.2010，17(6):72 ～80.

［4］王卓卓等.廣西南寧地區泥盆紀硅質巖稀土元素地球化學特征及沉積背景［J］.地質科學.2007，42(3):58 ～569.

Relationship between Geochemical Characteristics of Devonian Stratum and Late Palaeozoic Taphrogeny in Iron Mines Mountain HeZhang，GuiZhou

YAN Yong，TAO Ping
(1.College of Resources and Environmental Engineering，Guizhou University，Guiyang 550003，Guizhou;2.Geological Survey of Guizhou Province，Guiyang 550004，Guizhou，China)

The characteristics of Devonian strata and structures as well as Late Paleozoic aulacogen in Iron Mine area in Hezhang，Guizhou Province have been studied in the paper. Moreover，stratigraphic geochemistry is utilized to acquire the relation between those strata and aulacogen. In addition，lithology and feature values of REE，such as(La/Yb)N、Ce/Ce* of Devonian strata support that the forming of each stratum is controlled by aulacogen and also show the details changes of aulacogen.

Devonian;Geochemistry;Aulacogen and Hezhang in GuiZhou

P534

A

1004－1184(2012)05－0007－05

2012－05－02

貴州省地礦局2009年度重大科研項目“水城－紫云－南丹晚古生代裂陷作用及其與主要礦產的關系”

晏勇(1986－)，男，四川達州人，在讀碩士研究生，主要從事礦床地質研究。