扬子古大陆裂谷盆地岩石地球化学特征与古构造环境分析

（一）常量元素地球化学

新元古代早期末武陵运动之后裂谷盆地沉积包括板溪群、高涧群、大江边组，各群组化学成分结果见表3-3，板溪群SiO2总体含量较高，一般大于74%，平均含量74.76%，Al2O3/SiO2平均0.17，K2O/Na2O一般大于1，平均1.94，Fe2O3＋MgO含量在1.19%～5.17%之间，平均4.35%，TiO2含量较低，一般小于1%，平均0.58%，Al2O3/（CaO＋Na2O）平均为1.25；高涧群Si O2含量总体稍低，平均含量70.59%，Al2O3/SiO2比值平均0.19。K2O/Na2O一般小于1，平均0.6，Fe2O3＋MgO含量高，板溪群在1.13%～12.37%之间，平均6.32%，其中高涧群下部石桥铺组平均含量为12.4%。TiO2含量较低，一般小于1%，平均0.63%，Al2O3/（CaO＋Na2O）平均为1.07；大江边组SiO2含量总体稍高，平均含量74.88%，Al2O3/SiO2比值平均0.15。K2O/Na2O一般小于1，平均0.78，Fe2O3＋MgO含量高于板溪群，平均7.24%，TiO2含量较低，为0.59%，Al2O3/（CaO＋Na2O）平均为4.36。

据Bhatia（1983）对东澳大利亚5个已知构造环境的古生代杂砂岩常量元素的地球化学特征研究，认为Fe2O3＋MgO、TiO2及K2O/Na2O、Al2O3/（CaO＋Na2O）是大地构造环境判别最重要的判别参数，由表3-4可知，Fe2O3＋MgO板溪群接近于活动大陆边缘，高涧群接近于大陆岛弧，而大江边组则接近于大洋岛弧；TiO2、Al2O3/SiO2均接近于大陆岛弧，Al2O3/（CaO＋Na2O）接近于大洋岛弧。

表3-3　板溪群、高涧群、大江边组砂岩化学成分分析结果表（％）

表3-4　不同构造环境的砂岩和杂砂岩的常量元素特征表

图3-34　板溪群、高涧群、大江边组砂岩K2O/Na2O-SiO2（a）和SiO2/Al2O3-K2O/Na2O（b）构造环境判别图

不同构造环境的界线据Roser et al.（1986）（a）和Maynard et al.（1982）（b）
ARC.大洋岛弧；ACM.活动大陆边缘；PM.被动大陆边缘；A1.玄武质和安山质碎屑的岛弧环境；A2.长英质侵入岩碎屑的进化岛弧环境

Roser et al.（1986）利用砂岩及页岩的K2O/Na2O-SiO2以及Si O2/Al2O3-K2O/Na2O两组参数建立了区分岛弧、活动陆缘、被动陆缘3种构造背景的判别图解，按照这两组参数将26个样投影在图3-34a、b上，板溪群11个样绝大部分样点落在活动大陆边缘，2个点落入被动大陆边缘，而高涧群14个点中有9个点落入活动大陆边缘，5个点落入岛弧环境。据Roser et al.的划分，新元古代早期砂岩的构造背景板溪群应属于活动大陆边缘，而高涧群则应属于活动大陆边缘　岛弧环境，大江边组则接近于大洋岛弧。在Kumon et al.（1994）提出的（Al2O3/SiO2）-[（FeO＋MgO）/（SiO2＋K2O＋Na2O）]判别图（图3-35）中，区内板溪群砂岩主要位于成熟岩浆弧区（MMA）和进化岛弧区（EIA）及其外围。Kumon et al.（1994）所定义的进化岛弧和成熟岩浆弧分别相当于Bhatia（1983）、Bhatia et al.（1986）的大陆岛弧、活动大陆边缘环境。

鉴于被动大陆边缘沉积更富含石英（Al2O3/Si O2比值更低），因此，总体显示出大陆岛弧和活动大陆边缘构造环境（图3-35）。

图3-35　板溪群、高涧群砂岩沉积构造环境的（Al2O3/SiO2）-[（FeO＋MgO）/（SiO2＋K2O＋Na2O）]判别图

不同构造环境之间的界线据Kumon et al.（1994）
IIA.不成熟岛弧；EIA.进化岛弧；MMA.成熟岩浆弧

（二）微量元素地球化学

微量元素含量见表3-5。板溪群中Li、Rb、Zr、Nb、Cs、Hf、Sn均高于克拉克值，其中Zr、Rb高于克拉克值2～3倍，而Sc、Cr、Co、Ni、Th、U、Ba、Sr、V则低于克拉克值，其中Cr低于克拉克值18倍。高涧群中Sc、Li、Rb、Zr、Cs、Hf、Th、Sn、Ba、V高于克拉克值，而Cr、Co、Ni低于克拉克值的1～2倍。

由于沉积岩中的微量元素，尤其是La、Ce、Y、Th、Zr、Hf、Ti和Sc等活动性较弱且在海水中停留时间较短的元素，在风化、搬运和沉积过程中能定量地转移到碎屑沉积物中，因而能良好地反映母岩性质和沉积盆地的构造环境（Lennan et al.，1990；Taylor et al.，1985；Bhatia et al.，1986；Gu，1994；顾雪祥，1996）。

在板溪群、高涧群中选取了14个杂砂岩作微量元素定量分析，结果如表3-5所示。按照Bhatia和Tayloy（1981）、Bhatia和Cr ook（1986）不同构造环境杂砂岩的微量元素（部分稀土元素）判别参数（表3-6），板溪群10个元素V、Nb、Hf、Ti、Th及Zr/Hf、Zr/Th、Ti/Zr、La/Sc、Th/Sc等参数接近活动大陆边缘及大陆岛弧；高涧群Th、Ti、Hf、Nb、V微量元素及Zr/Hf、Zr/Th、La/Th、La/Sc、Th/Sc等大部分参数接近活动大陆边缘 大洋岛弧环境。

在Ti/Zr La/Sc构造环境判别图（图3-36）中，大部分样品均落入大陆岛弧区内，少部分样品落入活动大陆边缘区内，石桥铺组2个样点落入大洋岛弧区。在Bhatia et al.（1986）认为最具构造判别意义的La-Th-Sc、Th-Co-Zr/10、Th-Sc-Zr/10三角图（图3-37a、b、c）中大部分落在大陆岛弧区及其外围附近。

（三）稀土元素地球化学

板溪群和高涧群砂岩中选取24个样品进行含量分析，结果如表3-7所示，按照Bhatia M R（1985）给出的不同板块构造背景下杂砂岩的稀土元素判别参数（表3-8），板溪群∑REE、La、Ce、La/Yb、∑LREE/∑HREE、Eu/Eu＊接近于活动大陆边缘；而高涧群La、Ce、∑REE及La/Yb等参数均与活动大陆边缘及大陆岛弧杂砂岩相似，其中∑REE较高，说明具有大陆地壳性质，∑LREE/∑HREE的比值大大超过了地壳平均值（2.5～3.0；刘黄俊，1987），这显示物源区发育了很厚的上地壳，稀土配分曲线呈“L”形（图3-38），其中LREE呈负斜率分布，HREE呈平坦型分布，δEu无明显的负异常，其杂砂岩稀土配分模式与特征参数表明具有活动大陆边缘的特点。

表3-5　板溪群、高涧群砂岩微量元素分析结果表（×10-6 ）(www.xing528.com)

表3-6　判别构造环境最敏感元素的微量元素特征表

注：参照Bhatia et al.（1986），除注明单位外，其他含量单位为×10-6。

图3-36　板溪群、高涧群砂岩构造环境的Ti/Zr-La/Sc判别图

不同构造环境的分布区域据Bhatia et al.（1986）
A.大洋岛弧；B.大陆岛弧；C.活动大陆边缘；D.被动大陆边缘

图3-37　板溪群、高涧群砂岩构造环境的La-Th-Sc（a）、Th-Co-Zr/10（b）和Th-Sc-Zr/10（c）判别图

不同构造环境的分布区域据Bhatia et al.（1986）
A.大洋岛弧；B.大陆岛弧；C.活动大陆边缘；D.被动大陆边缘

表3-7　板溪群、高涧群砂岩稀土元素分析结果表（×10-6）

表3-8　不同沉积盆地构造背景下杂砂岩的REE参数表

图3-38　板溪群、高涧群稀土元素球粒陨石标准化分布形式

1.大洋岛弧；2.大陆岛弧；3.活动大陆边缘；4：被动大陆边缘

在Bhatia（1985）提出的稀土元素-常量元素源区判别图（图3-39）中，大部分样品点落入或更靠近英安岩型区B，这也与一般大陆岛弧区的主要岩石组成相吻合。

图3-39　砂岩的稀土元素-常量元素源区判别图

不同源区类型据Bhatia（1985）
A.安山岩型；B.英安岩型；C.花岗片麻岩及沉积岩型

综合上述特征分析，区内板溪群的大地构造环境应属活动大陆边缘-被动大陆边缘，而高涧群为活动大陆边缘-大陆岛弧，沉积物物源应主要来源于英安岩型区。