扬子古大陆裂谷盆地的地球化学特征和古构造环境

（一）常量元素地球化学

沉积盆地构造环境分析一般依据沉积地层中的碎屑岩的地球化学数据，南华冰期地层适合作此项分析的采样层位主要是富禄组碎屑岩，其常量元素组成中SiO2含量中等（61.07%～91.87%），Al2O3/SiO2一般为0.12～0.39，平均0.20。K2O/Na2O比值变化较大，一般大于1，K2O/Na2O比值变化较大，最低仅0.75，最高达113，平均为18.1。Fe2O3＋MgO含量在2.01%～7.89%之间，最高10.97%，平均为4.6%，TiO2含量较低，一般小于1%，平均为0.66%，Al2O3/（CaO＋Na2O）变化较大，最低1.53，最高161.2（表3-9）。

表3-9　南华纪富禄组碎屑岩化学成分分析结果表（%）

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，认为可作为大地构造环境判别最重要的判别参数。由表3-10可知，富禄组砂岩中Fe2O3＋MgO、TiO2、Al2O3/SiO2及K2O/Na2O、Al2O3/（CaO＋Na2O），这些特征参数变化较大，仅Fe2O3＋MgO、TiO2、Al2O3/SiO2接近于活动大陆边缘，而其他参数值则接近被动大陆边缘特征。

Roser et al.（1986）利用砂岩及页岩的SiO2/Al2O3-K2O/Na2O以及K2O/Na2O-SiO2两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15个样投影在图3-40a中，富禄组14个样有9个样点落在被动大陆边缘区，4个点落入活动大陆边缘区，在图3-40b上，14个样均落在被动大陆边缘区。据Roser et al.的划分，新元古代晚期南华冰期沉积砂岩的构造背景应属于被动大陆边缘。

表3-10　不同构造环境的砂岩和杂砂岩的常量元素特征表

图3-40　南华系富禄组砂岩K2O/Na2O-SiO2（a）和SiO2/Al2O3K2O/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Maynar d 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

在Kumon et al.（1994）提出的（Al2O3/SiO2）-[（FeO＋MgO）/（SiO2＋K2O＋Na2O）]判别图（图3-41）中，区内富禄组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）和Bhatia et al.（1986）的大陆岛弧和活动大陆边缘环境。鉴于被动大陆边缘沉积更富含石英（Al2O3/SiO2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3-41）。

图3-41　南华纪富禄组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Ku mon 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

富禄组微量元素含量（表3-11）中Sc、Li、Rb、Nb、Cs、Hf、Th、U、V、Sn基本与克拉克值接近，而Zr、Ba高于克拉克值，Zr、Ba高于克拉克值的3.5～4倍；Cr、Co、Ni低于克拉克值，其中Cr低于克拉克值35倍，Co低于克拉克值12倍，Ni低于克拉克值89倍。

表3-11　南华系富禄组微量元素分析结果表（×10-6）

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）。

在富禄组中选取了8个砂岩作微量元素定量分析，结果如表3-11所示，按照Bhatia et al.（1981）、Bhatia et al.（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3-12），南华系各元素及特征参数Nb、Nd接近被动大陆边缘，其他参数变化较大。

表3-12　判别构造环境最敏感元素的微量元素特征表

注：除注明单位外，其他含量单位为×10-6。(www.xing528.com)

在Ti/Zr-La/Sc构造环境判别图（图3-42）中，大部分样品均落入活动大陆边缘区内，2个样品落入大陆岛弧。在Bhatia et al.（1986）认为最具构造判别意义的La-Th-Sc、Th-Co-Zr/10和Th-Sc-Zr/10三角图上，在图3-43a中大部分样品点落在大陆岛弧、活动大陆边缘与被动大陆边缘的周围，在（图3-43b、图3-43c）中大部分样品点落在被动大陆边缘的周围。

综合上述特征分析，区内南华冰期的大地构造环境应为被动大陆边缘及活动大陆边缘，沉积物物源应主要来源于花岗片麻岩及沉积岩型区，部分为英安岩型区。

图3-42　南华系富禄组砂岩构造环境的Ti/Zr-La/Sc判别图

图3-43　南华系富禄组砂岩构造环境的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

（三）稀土元素地球化学

在富禄组砂岩中选取17个样品进行稀土元素含量分析，结果如表3-13所示，

表3-13　南华系富禄组稀土元素分析结果表（×10-6）

按照Bhatia（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3-14），南华系中La、Ce接近于被动大陆边缘-活动大陆边缘，∑REE总量接近于被动大陆边缘，稀土配分曲线呈“L”形（图3-44），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被动大陆边缘之特点。

在Bhatia（1985）提出的稀土元素-常量元素源区判别图中（图3-44），大部分样品点落入或更靠近花岗片麻岩及沉积岩型区（C）或英安岩型区（B）。

表3-14　不同沉积盆地构造背景下杂砂岩的REE参数表

图3-44　南华系富禄组砂岩的稀土元素-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

（四）沉积盆地构造环境

综合上述特征分析，区内南华冰期的大地构造环境主体应为被动陆缘环境，同时显示出活动大陆边缘的某些特点，沉积物物源主要来源于花岗片麻岩及沉积岩区。

这种特征，可能与主体裂谷盆地此时已进入调整期，初期伸展随后转入调整并向汇聚环境转化，盆地逐渐向前陆盆地演化，盆地早期控盆构造活动性较强、沉积物主要以二次搬运堆积过程有关。

因此，我们完全有理由认为，南华冰期沉积盆地的大地构造背景是构造活动性较强的被动陆缘环境。物质来源于稳定陆块，是武陵运动后在扬子东南缘陆缘裂谷盆地向加里东期前陆盆地演化的过渡期沉积。