四川江油马角坝刺林包剖面二叠-三叠系间粘土岩研究
2020-11-28
来源:汇智旅游网
第37卷第3期 2018年5月 岩石矿物学杂志 Vo1.37,No.3:417~433 Mav,2018 ACTA PETR0LOGICA ET MINERAL0GICA 四川江油马角坝刺林包剖面二叠一三叠系间 粘土岩研究 邓煜霖 ,郎兴海 ,崔志伟 ,王旭辉 ,娄渝明 ,韩 鹏 (1.成都理工大学地球科学学院,四川成都610059;2.成都理工大学地球科学学院,国土资源部构造成矿成藏 610059) 重点实验室,四川成都摘要:二叠一三叠纪之交华南地区普遍发育火山成因的粘土岩,其对于了解二叠纪末大规模火山活动及扬子板块 碎屑物质来源具有重要意义。本文对扬子西缘马角坝刺林包剖面飞仙关组底部粘土岩进行了碎屑锆石U—Pb定年 及原位Hf同位素测试、x衍射和全岩地球化学分析,以揭示粘土岩的岩石成分及物源信息。镜下特征、x衍射及主 量元素特征表明岩石中粘土矿物主要为伊利石,含少量方解石、石英。碎屑锆石年龄显示,特征峰值年龄主要集中 在2 615—2 383、1 868~1 328、1 186—778和430~246 Ma,并出现~250 Ma特征高峰,结合原位Hf同位素特征表 明锆石与秦岭造山带、华南典型PTB剖面粘土岩及峨眉山大火成岩省具有较高的相似性。同时,通过微量、稀土元 素分析发现粘土岩中zr、Hf、Th、Cr、C0、Ti相对富集,与华南典型PTB粘土岩和峨眉山玄武岩相近,并结合构造背景 及锆石特征,综合认为刺林包剖面PTB粘土岩来自于秦岭造山带及龙门山岛链局部剥蚀区、二叠纪末火山活动和峨 眉山大火成岩省剥蚀岩体。 关键词:四川;马角坝;刺林包剖面;二叠纪一三叠纪界线(PTB);粘土岩;物源 中图分类号:P588.22 文献标识码:A 文章编号:1000—6524(2018)03—0417—17 A study of the claystone around the Permian-Trassic boundary along the Cilinbao section at Majiaoba,Jiangyou,Sichuan Province DENG Yu—lin ,LANG Xing.hai ,2 CUI Zhi.wei WANG Xu—hui ,LOU Yu.ming and HAN Peng ,(1.College of Earth Science,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China;2.MLR Key Laboratory of Tectonic Controls on Mineralization and Hydrocarbon Accumulation,College of Earth Science,Chengdu University of Technology, Chengdu 610059,China) Abstract:The volcanogenic claystone in the Permian—Triassic boundary plays a significant role in understanding the volcanism and provenance in Yangtze Plate,which is widely distributed in South China.This paper reports zircon U-Pb ages determined by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry(LA-ICP-MS)along with Hf isotopes,whole—rock elemental and X-ray diffraction for the samples of claystone in the lower Feixianguan Formation along Cilinbao section.The microscopic characteristics,X.ray diffraction and major elements analysis show that the claystone contains illites and small amounts of calcite and quartz.The detrital zircon age data exhibit a wide range, varying from 2 615 Ma to 246 Ma and concentrated on 2 615~2 383,1 868~1 328,1 186~778 and 430~246 Ma, 收稿日期:2017一O8一o4;接受日期:2018一O3—24 基金项目:国家自然科学基金项目(41502079);国土资源部公益性行业专项(201511022-02);四川省青年基金项目(2014JQ0047);内生 金属矿床成矿机制研究国家重点实验室开放研究基金项目(2017.LAMD—K04):四川省教育厅自然科学重点项目(15ZA0073) 作者简介:邓煜霖(1993一),男,硕士研究生,矿产普查与勘探专业,E-mail:dengyulin93@126.corn:通讯作者:郎兴海(1982一 ), 男,博士,教授,矿物学、岩石学、矿床学专业,E-mail:langxinghai@126.tom。 418 岩石矿物学杂志 第37卷 with a~250 Ma peak value.Combined with the in—situ zircon Hf isotope,the authors detected that the zircon char— acteristics are similar to those in Qinling Mountain,Permian—Triassic boundary sections in South China and Emeis— han large igneous province.Indeed,geochemical compositions of the claystone are characterized by relative enrich— ment of Zr,Hf,Th,Cr,Co and Ti,similar to features around Permian—Triassic boundary sections in South China and Emeishan basalt.Combined with tectonic setting of the end of Permian and detrital zircons,the authors hold that the claystone around the Permian.Trassic boundary al0ng the Cilinbao section at Maiiaoba was derived from Qinling Mountain,Longmenshan Islands,volcanism and Emeishan large igneous province. Key words:Sichuan Province;Majiaoba area;Cilinbao section;Permian-Triassic boundary(PTB);claystone;origin Fund support:National Natural Science Foundation of China(41502079);Special Scientific Research Fund of Public Welfare Profession of MLR,China f 2015 1 1022-021;Sichuan Youth Science and Technology Foundation (2014JQ0047);State Key Laboratory for Mineral Deposits Research(2017-LAMD-K04);Key Natural Science Pro— iect of Education Department of Sichuan Province(15ZA0073) 二叠纪末整个华南地区广泛发育岩浆一构造事 大规模的沉积间断,从而对PTB的研究受到一定制 件,显示多板块俯冲碰撞及地幔柱热点活动的特点 约。本次研究的PTB刺林包剖面位于四川江油马角 (Hou et a1.,2006;Gao et a1.,2013)。大规模火山 坝,毗邻峨眉山大火成岩省,前人通过野外踏勘,认 活动使华南地区普遍分布凝灰岩、蚀变凝灰岩及火 定存在PTB火山成因地层,但未展开较深入的工作, 山成因的粘土岩,以发育熔蚀港湾状石英、斜长石斑 仅利用中子活化法对该层粘土岩进行了稀土元素特 晶和震荡环带发育的锆石为特征,主要呈现出长英 征分析(甘媛等,2008)。本文对马角坝地区刺林包 质火山岩的特点(廖志伟等,2016)。基于大规模的 VFB刺林包剖面进行了系统分析,采用碎屑锆石u— 火山喷发及相应的生物种属灭绝事件,国际地层委 Pb定年及原位Hf同位素测试、全岩地球化学分析对 员会最终以华南浙江煤山D剖面27层底界C层 界线粘土岩进行了研究,以探讨其物源特征及地质 Hindeodus parvus牙形石的首次出现为二叠纪一三叠 指示意义。纪GSSP剖面界线(Yin et a1.,1996),而25层及28 层(火山灰质层)是研究二叠纪一三叠纪界线(PTB) 事件的关键切入点(Yin et a1.,2007;Song et a1., 2013),引起了地学界的广泛关注。近年来随着地质 1 地质概况 研究区位于四川盆地西北缘,北临米仓山推覆 工作程度的不断深入,在华南多个地区均发现PTB 体前缘,西侧紧邻龙门山造山带和松潘一甘孜褶皱带 剖面的存在,如新民剖面、遵义剖面、大峡口剖面、牛 (图1a)(林茂炳等,1991;林茂炳,1994;刘和甫等, 山剖面等,众多学者对这些广泛分布于华南地区的 1994),印支期记录了南北大陆拼合和中央山系形成 a1.,2005;刘树根等, PTB界线火山成因的粘土岩进行了锆石年代学、地 的构造演化历史(Meng et球化学及古生物研究,获得了一系列新的认识(Gao 2009)。震旦纪一三叠纪末,四川盆地整体处于被动 e a1.,2013,2015;He et a1.,2014:Liao et a1., 大陆边缘环境,主要沉积以碳酸盐岩、泥岩及砂岩为 主的地层。二叠纪末,四川盆地主体主要沉积以一 2016:Hong et a1.,2017)。 然而,对于PTB的研究大多仅限于华南地区,而 套硅质灰岩组合的吴家坪组、长兴组及硅质砂页岩 对于扬子板块西缘研究较为薄弱,仅对上扬子北缘 组合的大隆组,而盆地西南受峨眉山地幔柱活动的 广元上寺剖面开展较多工作,且大多以古生物、岩相 影响,主要沉积以砂岩为代表的河流相宣威组及海 学的研究为代表,少有地质年代学及地球化学数据 陆交互相的成煤岩系龙潭组(邵龙义等,2013)。研 )白云岩、观雾山 的报道。随着峨眉山超级地幔柱的理论提出,峨眉 究区主要分布泥盆系沙窝子组(D,山大火成岩省广泛发育的溢流玄武岩及对应的岩浆 组(D g)灰岩,上二叠统吴家坪组(P,W)含燧石结 构造事件对整个上扬子板块有着重大的影响(Zhou 核/条带灰岩,下三叠统飞仙关组下段(T )灰岩及 et a1.,2002a;He et a1.,2010)。但由于峨眉山地幔 上段(T 产)泥、页岩,地层总体走向北东一南西。 柱的活动使得扬子板块西缘成为陆源剥蚀区,造成 区内构造复杂,断裂发育,整体构成白北西向南东 第3期 邓煜霖等:四川江油马角坝刺林包剖面_二叠一三 叠系间粘1二岩研究 4l9 图1 四川盆地及邻区构造背景图(a,据Enke1mann et a1.,2007修改)、研究区地质略图(b)、研究I 飞仙关组 下段地层柱状图(。)、圆珠状灰岩照片(d)、粘土岩取样位置(e)和含燧石结核/条带灰岩照』 (f) Fig. 1 Tectonic setting of Sichuan Basin and adjacent areas(a,afIer Enkelmann et a1., 2007), sketch geologi‘ al nmp 0t’the study area(b),simpliifed stratigraphic column 0f the Feixianguan Formation in the study area(c),bead—like limesto【1e phot【)(d), sampling location(e)and paramoudras—containing limestone photo(f) 推覆的叠瓦状构造格架(图1b)。研究区自古生代 石灰石矿,分布有多处采坑。本次研究的粘土岩位 以来,主要分布以碳酸盐岩为主的地层,区内产优质 于下三叠统飞仙关组下段底部(T /),下伏地层为 420 岩石矿物学杂志 第37卷 上二叠统吴家坪组(P ),其与飞仙关组整合接触。 量石英组成(图3b~3d),其中镜下(图3c)可看出含 为了系统研究区内该套粘土岩的产出环境及二叠一 黑色有机质,与广元上寺剖面相似(金若谷等, 三叠纪界线间沉积环境间的变化,在刺林包对飞仙 1986)。粘土岩产出二叠纪末典型有孔虫化石Nodo— 关组下段(T )地层进行了典型剖面的测量(图1b、 saria aceracformis Lin,Li et Zheng,壳体呈圆锥形,最 .l c、图2)。 大宽度壳体位于最上部,始端圆,具6个房室,初房 粘土岩呈黄灰色,厚约8 cm,发育水平层理,单 呈圆形(图3c)。同时也产双壳腕足类等生物化石 层约1 mm(图1e、3a),遇水有滑感,与下伏吴家坪组 (图3d)。 (P W)厚层一块状含燧石结核或条带灰岩(图1f)成 突变接触关系,反映沉积环境突变的特征。上覆地 层为飞仙关组下段(T )薄层灰岩,并有多套粘土 .2样品采集及分析方法 样品采自于四川江油市马角坝刺林包剖面(图 岩与薄层灰岩互层的现象,且在该沉积旋回上部发 件后的“错时相”沉积(王霞等,2017)。 育圆珠状灰岩(图1d),反映了二叠纪末生物灭绝事 1a~1C、图2),坐标El05。03 45.4”,N32o04 43.4”, 共采集8件样品,其中碎屑锆石样品l件(约40 镜下特征可见粘土岩由粘土矿物、方解石和少 kg),化学样品7件。图2 马角坝采样位置地质剖面图 Fig.2 Geological section map with sampling sites at Majiaoba 锆石的分选工作在河北省廊坊市科大岩石矿物 性。利用Glitter(Ver4.0)软件处理信号,协和图解 分选技术服务有限公司经浮选和磁选方法完成。锆 采用Isoplot 4.0处理。对于>1 000 Ma锆石采用 石制靶在北京锆年领航科技有限公司完成,将分选 ∞Pb/秭Pb年龄,<1 000 Ma采用 ∞Pb/ U年龄。 锆石原位Lu.Hf同位素分析与锆石U.Pb定年 出的锆石进一步挑纯,并粘至双面胶上,利用环氧树 中心,并进行透反射、阴极发光(CL)照相。 脂固定,待环氧树脂固化之后对其表面抛光打磨至 共用同一台激光剥蚀系统,并采用Neptune多接收等 离子质谱(MC.ICP MS)同时采集信号,测定时同样 锆石U—Pb定年及Lu.Hf同位素测试均在西安 使用GJ 1作为参考标样。分析过程中锆石标准GJ. 地质调查局国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实 1的 Hf/” Hf测试加权平均值为0.282 030±6 验室完成,u.Pb定年分析仪器为Agilent 7700x四级 (2cr),与推荐值(Elhou et a1.,2006)在误差范围内 杆等离子质谱仪(ICP.MS)和与之配套的Geolas Pro 型ArF准分子激光剥蚀系统,激光束斑直径为32 Ixm,剥蚀频率为5 Hz,能量密度约为6 J/cm ,并用 试点利用GJ.1对样品进行校正,并用锆石Plesovice 一致。8Hf的计算采用" Lu衰变常数1.865×10 球粒陨石现今的” Hf/" Hf:0.282 772,” Lu/ .a,” Hf=0033 2(Blichert.Toft et a1.,1998);Hf亏损 He气作为剥蚀物质的载气。测试中每测定5个测 地幔模式年龄(t )的计算采用现今的亏损地幔 Hf/。竹Hf:0283 25和 Lu/ ”Hf:0.038 4 .(Sldma et a1.,2008),观察仪器状态和测试的重现 (Vervoort and Blichert—Toft,1999)。二阶段Ⅲ模式年龄 第3期 邓煜霖等:四川江油马角坝刺林包剖面二叠一 叠系问粘} 岩研究421 图3 马角坝刺林包剖面飞仙关组底部粘卜岩野外露头及显微照片 Fig.3 Photos of field outcrops and microphotographs from the claystone sample in the lower Feixianguan Formation along the Cilinbao section at Majiaoba a一野外产状:b一粘土崧镜下特征(一):c一有孔虫Nodosaria ern r,兀 Lin,Li el Zheng(一):(卜生物碎Jfli化石;cal一方解f Qtz一 英 a一6eld photograph;b--micrograph of claystones(一);e--foraminifm fossils Nodosaria aeera is 1.in,Li et Zheng(一):d--bioclast Cal-calcite;Qtz—quanz (£ )计算时,平均地壳的 Lu/" Hf值为0.015 (Rudnick and Gao,2003)。 3 分析结果 x射线衍射分析在成都理工大学材料与化学化 工综合实验室DX.2500 X射线衍射仪上完成,铜靶, 3.1碎屑锆石特征 设定管压为3O kv,管流30 mA,扫描速度5。/rain,扫 描范围0。~80。。 碎屑锆石大多呈次圆状一次棱角状,部分 椭圆 状、等轴状或长条状,粒度为50~200 LLIll,火小不 主微量、稀土元素分析在西南冶金地质测试中 均、形态各异(图4),反映来自于不同的物源 ,并 心进行。主量元素测试采用x射线荧光光谱法 经历了较远距离的搬运。阴极发光图像中,大多数 (XRF),在荷兰帕纳科Axios X荧光仪完成,分析误 锆石环带发育,具典型岩浆锆石的特征。差优于3%,并利用滴定法测定Fe¨和Fe 含量。 本次碎屑锆石U.Pb定年测试结果见表1。碎 微量元素和稀土元素测定采用电感耦合等离予体质 锆石U—Pl1年龄主要集中在2 615~2 383、1 868~ 谱法(ICP.MS),在NexIon 300x ICP—MS仪器上完成, l 328、1 l86~778 口430~246 Ma( 5a)。其 rI 将样品研磨并用酸溶法制成溶液,然后在等离了质 ~250 Ma年龄段所占锆石数量最多,而其他年龄段 谱仪上进行测定,并用标准溶液进行校正,含量大于 年龄较大锆石所占比例较少。针对年龄谱峰峰值及 10×10 元素分析误差小于5%,而含量小于10× 二叠纪末火山活动所引起的火…灰沉积,将~250 10 的元素误差小于10%。 Ma年龄段锆石做出年龄谐和曲线( 5b),发现锆 422 岩石矿物学杂志 第37卷 吕 舟qI葛 誊导 螽 甚目。霉 as e矗qu若 蠹 咔螵廿 盎d. ∞苫_d -v,I墨 5;拿崾罐 =}=椠箍世 器8 8 器 罱 譬g 口0IB 0蜀o1曼矗 —【0簧矗昌J0 蜀 ;砒茸旃 l【 虽 荨 尊 高 葛 .I 兽0一 暑—_ 9毒sI10譬Iz 昌 罩 旧 器 罱 置 高 是= = 嚣 磊2 专J0篁IIl的aJ 暑爵日 \翁冲 qd誊\qd§ t量富霉餐"q蚕嚣圣姜萎耋萋蚕蚕萎姜鋈蚕圣耋姜姜耋 麦至窖遥交 寒受 墨蒙 望至至至兰 童 至喜 萋至耋蔓耋薹萋曼 r'-萎蚤三委萎萎趸 DI qd§ D1 ∞Ez/q 90z ∞∞n0.0 n0.0 丑懒 匠 Dl制 岛/q山§ DI刊 qd善\q(f§ ∞n 0.0 ∞n o()o.0 卜0l 0 【_ 0∞ .0 卜卜 .0 n'【8.0 一No(一.0 一.0 要0 0(昌 卜0N00.0 0 ∞ 0 ∞ .0 一 .0 .0 8 磊器宝 一 o。 n 0()0.0 窝暑葛 誉 寸n_【一0.0 警 晕 ∞n_【_10.0 每 寸 0.0 墨黾 8 卜 卜 0.0 罱篙篙 _【卜 0.0 0.0 N o()o.0 n 0()0.0 寸_【_10.0 卜 0 ==n0.呈2= 譬 0 n0.0 0 。n0.n 卜卜∞o。 寸0∞ n.0 寸卜∞ .0 0 寸∞ 0 。o()0.】 ∞寸fIn 甘0 £10.0 、。 N nnN8.0 ● 卜 口 .0 n o()o.0 o17o.0 ∞ o(一.0 00_【n.0 卜_【_1 0( .0 ∞ (】.0 n卜 ∞ 0 · 虽昌 · ·t"l t"q· · · t"4- 曼 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3.29%,平均3.08%;Ca()含 为3.54%~20.74%, 平均9.87%;Na,0含量为0.1l%~0.15%,、 均 0.1 3%;MgO含量为1.27%~1.89%, 均1.50%; 烧失量为l0.82%~21.15%, 均14.64%。较高 Fig.4 Catho(tolumineseen(’e images with allalytieal spols ant]  ̄:orrespolsting apparent ages of detrital zir(·(Ills fmI11 the lower Feixianguan Fm’marion laystone along Cilin1)ao section at Majiaoba 的CaO含罱及烧失量表}Jjj含仃较多的 I:矿物和碳 酸盐矿物,这与x射线f}J_射分析和镜下糁定纳果· 致。K,O/Na,O值为18.45~27.08, 均23.78; n(Fe O )/rJ(FeO)值为4.84~l3.7l,、 均9.68; 石落入 和[}IJ线及 附近,认为年龄数据较为 靠。 钻 I Hf’同何素洲试结果见农2,分析结果 tJ! TFeO含量为3.96%~6.53%, 均5.99%。 Ma 阁5 』5『fJ 刺林包剖 仙哭组底部 碎屑锆石,{-i龄枞半【ll1线图(a,南北秦岭、扬子扳块数击I《 Shi “,.,2013) 和~250 Ma 峰碎眉锆t U—Pb同位素 和 (b) Fig.5( M【1r(1ia age hislogl’am of’delrital zir( ̄olls(a)and U-PI)coneordia plots of~250 Ma detrital zil’(!OILS(1】)frIll11“1P lower oi Feixianguan rI1mtion elaystotle al()l1g Ci/inbao section at Majiaoba 424 岩石矿物学杂志 第37卷 1000 -1 一 强 靛 : : ! 卜 寸 ~ , 芙, . ,、蓦 、芙.; 50 60 1O 20 30 2o/(。) 图6马角坝刺林包剖面飞仙关组底部粘土岩x射线衍射图 Fig.6 X-ray diffraction graph of mudstone from the lower Feixianguan Formation claystone along Cilinbao section at Majiaoba 第3期 邓煜霖等:四川江油马角坝刺林包剖面二叠一三叠系间粘土岩研究 表3 马角坝刺林包剖面飞仙关组底部粘土岩主量元素分析结果表 425 ltJ /% Table 3 Major elements content of claystone from the lower of Feixianguan Formation along Cilinbao section at Majiaoba 3.3.2稀土、微量元素特征 稀土、微量元素含量及特征见表4。∑REE为166.34 X 10一 211.35×10~,平均184.35×10一。 LREE/HREE值为8.43~9.61,平均9.09;(La/Yb) W /10 I6 表4 马角坝刺林包剖面飞仙关组底部粘土岩稀土及微量元素分析结果表 section at Majiaoba Table 4 Trace elements and REE content of claystone from the lower Feixianguan Formation along Cilinbao 426 岩石矿物学杂志 第37卷 值为9.3I~1 1.40,平均l0.4;Eu/ Eu值为0.69~ 1.01。从稀十元素配分模式图(图7a)中可以看出, 具有轻稀 L元素富集、重稀土元素较平坦、具Eu负 和大陆上地壳(UCC)(Rudnick and Gao,2003)相 0.76,平均1.01;Ce/ Ce值均为0.90~1.06,平均 似。 微量元素含量与大陆上地壳(UCC)相比,Cr、Co 出现强烈的富集,高场强元素如(Nb、Ta、Hf、Th)与 异常、Ce微弱异常的特点,这些特征与澳大利亚后 上地壳相似,大离子亲石元素如(Ba、Sr)出现强烈的 太古宙页岩(PAAS)(Mclennan and Taylor,1991) 亏损,过渡族元素如(V、Zn)富集。 7 马角坝刺林包剖面飞仙关组底部粘土岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(a,球粒陨石标准据 Sun和McDonough,1989)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b,原始地幔标准据Sun和MeDonough,1989) Fig.7 Chondrite—normalized REE patterns(a)and primitive mantle·normalized trace element patterns(b)from the lower Feixianguan Formation claystone along Cilinbao section at Majiaoba(chondrite and primitive mantle values from Sun and McDonough,1989) 岩体(王孝磊等,2006),四川I会理摩挲营杂岩体(郭 4 讨论 4.1碎屑锆石对物源的限制 春丽等,2007)、丹巴贡才岩体(Zhou et a1., 2002b),盐边群火山岩(杜利林等,2013)等,前人普 遍认为该年龄段的锆石来自于扬子板块西缘(Weis. ogel et a1.,2006;Enkelmann et a1.,2007;陈杨等, 本次所获得刺林包剖面飞仙关组底部粘土岩碎 1屑错石年龄整体与扬子板块分布特征相似,主要出 201 1;陈斌等,2016)。但随着近年来对新元古代扬 现2 615~2 383、1 868~1 328、1 186~778 口430~ 板块北缘的构造演化事件的研究,发现秦岭造山 246 Ma的峰值(图5a)。前人通过对中晚三叠世四 带存在着来自于新元古代扬子板块北缘碰撞俯冲事 川I盆地及松潘~甘孜地区碎屑锆石、矿物碎屑及岩相 件的残留,具体表现在宽坪群、秦岭群、丹风群及陡 古地理分析,认为盆地内碎屑物源主要来自于秦岭 岭群(Shi et a1.,2013)。本次对粘土岩碎屑锆石进 造llI带及扬子西缘(Weislogel et a1.,2006:She et 行了原位的Lu—Hf同位素测试,结果显示~2 500 a1.,2006:Enkelmann et a1.,2007;Chen et a1., Ma、~1 800 Ma锆石£Hf(t)值与秦岭造山带相似 (Zhang a1.,2015)。而对于~800 Ma年龄谱锆 2009;陈杨等,201 1;Luo el a1.,2014;Zhang el a1., 2015)。对于~2 500 Ma、~l 800 Ma两个特征峰 石,来自于扬子板块西缘的锆石eHf(t)整体呈现正 值,She等(2006)和Chen等(2009)通过同位素年代 值,与本次所获得的锆石存在明显差异,并且~400 学、岩相学及古水流等研究,认为华北板块并未提供 Ma锆石与秦岭造山带也存在相似的特征(Luo et 该年龄段锆石,其应来自于秦岭造山带。而对于~ a1.,2014;Zhang et a1.,2015)。因此,年龄较老锆 800 Ma峰值特征的锆石,主要存在于扬子板块,具体 石指示物源主要来自于北部秦岭造山带。 表现在江西九岭(张菲菲等,2011),桂北本洞、寨滚 刺林包剖面粘土岩中~250 Ma峰值年龄段锆石 第3期 邓煜霖等:四川江油马角坝刺林包剖面二叠一三叠系问粘土岩研究427 加权平均年龄为249.4±4.5 Ma,与华南PTB年龄 映深部地幔源的元素Cr、Co含量相对较低(He et 致(Gao et a1.,2013;He et a1.,2014:Liao et口f., a1.,2014)。从稀土元素配分模式图(图7a)可看 一2016)。同时,Hf同位素特征显示该年龄段锆石 出,华南PTB粘土岩整体呈现轻稀土元素富集、重稀 £Hf(t)均呈现负值且模式年龄与华南PTB粘土岩相 土元素亏损、Eu强烈负异常的特点,而反映地幔深 近(图8),指示其与华南PTB粘土岩火山物质来源 源的峨眉山玄武岩整体表现出稀土元素配分曲线较 相同。同时,样品CLB-6的锆石8Hf(t)却呈现明显 为平坦,Eu未有明显异常。并且,来自于峨眉山大 的正值,其模式年龄(t )为0.62 Ga,与来自于峨眉 火成岩省剥蚀产物的宣威组也呈现出相似的特点。 山地幔柱活动所生成的岩体对应(图8),说明有来 从微量元素蛛网图(图7b)可看出,刺林包剖面粘土 自于峨眉山大火成岩省的贡献。峨眉山大火成岩省 岩和宣威组曲线趋势特征大致相似。长英质岩相对 溢流玄武岩主喷发期为 256 Ma(Boven et a1., 2002),至二叠纪末基性岩浆逐渐向中酸性岩浆过 渡,而这类长英质岩体的形成时代集中在~250 Ma (Xu et a1.,2008),其与二叠纪一三叠纪间年龄相一 致。并且,盆地内吴家坪组/龙潭组、宣威组中大量 ~256 Ma锆石年龄数据也印证了四川I盆地存在来自 于峨眉山大火成岩省剥蚀的岩体(He et a1.,2007; 梁新权等,2013),且众多锆石反映了峨眉山基性源 岩向长英质岩演化的过程(Zhong et a1.,2011)。因 此认为一250 Ma年龄段锆石可能来自于二叠纪末火 山活动和峨眉山大火成岩省剥蚀岩体。 2 、 ▲ : d 叫 ▲ ▲ ‘ ▲ . ▲二 ▲ . :▲ £ 图8 马角坝刺林包剖面飞仙关组底部粘土岩一250 Ma 谱峰锆石Hf同位素组成 Fig.8 Hf-isotope compositions of~250 Ma detrital zircons from the lower Feixianguan claystone along Cilinbao section at Majiaoba 4.2稀土、微量元素对物源的约束 由于主量元素会受到同期海水及后期地下水淋 滤作用的影响,本文主要对刺林包剖面粘土岩的稀 土、微量元素进行分析,以揭示物源区背景特征。华 南PTB粘土岩中Cs、zr、Hf、Ta和Th相对富集,而反 富集Th、U,而铁镁质岩相对亏损。高场强元素Nb、 Ta、Ti往往不随流体迁移,其不溶性揭示来自于主岩 (Ayers and Watson,1993),华南PTB粘土岩中Nb、 Ta、Ti呈现明显的负异常,而峨眉山玄武岩和宣威组 却呈现出弱异常或正异常。刺林包剖面粘土岩的地 球化学数据显示出稀土及微量元素含量介于宣威组 沉积岩和华南VFB粘土岩之间。同时,Cr、Co对于 长英质岩石来说含量较低(Wronkiewicz and Condie, 1990)。刺林包剖面粘土岩中Cr(100.67×10I6)、 Co(24.60×10I6)含量明显高于华南PTB粘土岩 (Cr=19.62×10~,Co=6.69×10一:He et a1., 2014),而三叠纪四川I盆地陆源碎屑也存在较低的Cr (55.63×10I6)、Co(8.91×10 )含量(陈斌等, 2016)。但是对应于地幔柱活动的峨眉山玄武岩(Cr =266.63×10一,Co=45.62×10~:Hou et a1., 2006)和与其相关的宣威组地层却存在较高的Cr (65.29×10 )、Co(28.41×10 )含量(Zhang et a1.,2016;Zhao et a1.,2017)。因此,从地球化学特 征上认为刺林包剖面粘土岩确有来自于峨眉山大火 成岩省的碎屑物质沉积。 4.3构造背景的恢复 二叠纪末全球普遍发育火山一岩浆活动,长英质 火山岩主要分布于北美Choiyoi大火成岩省(Kay et a1.,1989)、南美Parana盆地(Rocha—Campos et a1., 2011)、南非Karoo盆地(Fildani et a1.,2009)、东澳 大利亚Bowen和Sydney盆地(Kramer et a1.,2001; Grevenitz et a1.,2003;Michaelsen et a1.,2015)。同 时华南地区及印度尼西亚也存在大规模长英质火山 岩的活动(Lepvrier et a1.,2004;Owada et a1., 2007;Hung,2010)。镁铁质岩浆岩活动则主要位于 西伯利亚大火成岩省(SUP)和峨眉山大火成 岩省(ELIP)(图9a),这类大规模的溢流玄武岩分 布范围可达5×10 km ,且西伯利亚玄武岩相对于峨 眉山玄武岩喷发时间相对滞后6 Ma左右(Fedorenko 428 岩石矿物学杂志 第37卷 et a1.,2000;Courtillot and Renne,2003)。虽然大 2015)通过对大峡口及遵义剖面PTB粘土岩锆石的 部分学者认为主喷发期为~250 Ma的西伯利亚玄武 微量元素研究,认为其主要与华南和印支板块汇聚 喷发致使全球环境突变(Grasby et a1.,201 l;Sa— 边缘构造背景相关,且显示出俯冲岩浆弧向陆陆碰 nei et a1.,2012),但从地理格局、锆石特征及相应地 撞过渡的特点,局部表现后碰撞的构造环境,对此可 球化学数据来看,西伯利亚的火山活动不足以影响 能与思茅地体印支板块的后碰撞作用相关。Hong 至华南地区,且华北板块却未发现有来自于西伯利 等(2017)对贵州新民剖面PTB粘土岩进行Sr.Nd同 亚火成岩省的影响也证明了这一观点(He et a1., 位素及微量地球元素特征分析,显示出粘土岩源区 2014)。对于二叠纪末华南长英质火山岩构造源区 与岩浆弧相似。Xie等(2010)发现PrB剖面微生物 r{前存存一一定争议,He等(2014)依据西部二叠纪末 岩也呈现出南厚北薄的特点,暗示右江盆地更为接 火山灰沉积厚度随西向东递减,认为源区主要位于 近火山源区的位置(图9b)。 东昆仑 特提斯俯冲边界上;而Gao等(2013, 值得注意的是,由于深源岩浆加热对流引发地 图9晚 叠 华南地区『fl‘地理图(a,据Gao et a1.,2015修改)和岩相古地理图(b,据Xie et a1.,2010修改) Fig.9 Paleogeographic reconstruction(a,modiifed after Gao et a1.,2015)and lithofaeies paleographic map (h,modiifed after Xie et a1.,20 1 0)of South China during the Permian—Triassic transition 壳熔融后,峨眉山大火成岩省晚期岩浆呈现由基性 源,现仅依靠锆石及全岩地球化学证据还不能准确 向酸性过渡的特征,并引发大量凝灰岩的分布,而这 指示出源区特征,值得未来进一步深入研究。 类凝灰岩呈现出长英质岩的特点且eHf(t)明显呈现 从古地理特征可看出,由于二叠纪末峨眉III地 负值(Xu et a1.,2008;Zhong et a1.,2011)。贵州盘 幔柱的活动,西南逐渐由海相碳酸盐台地相转为陆 县曾报道分布厚达近百米的凝灰岩与玄武岩相互穿 源碎屑沉积(梁新权等,2013)。龙潭组煤中微量元 插出现,年龄为251±l Ma,指示峨眉山大火成岩省 素及硫元素特征指示峨眉山玄武岩为生煤植物提供 在二叠纪末确有火山喷发所导致的长英质火山灰沉 了大量硫源(李聪聪等,2013);吴家坪组中硅质燧 积,且峨眉山玄武岩喷发结束时间和PTB相近(朱江 石也来自于热水沉积,并反映来自于玄武岩硅质溶 等,2011)。但对于峨眉山大火成岩省凝灰岩与华 解沉淀的机制(林良彪等,2010),据此可认为四川 南典型的PTB粘土岩存在何种联系,至今尚未得出 盆地确有峨眉山大火成岩省提供一定物源。此外,一致结论。因此,对于刺林包剖面中火山物质的来 二叠纪末南北秦岭碰撞加剧,南秦岭整体还未大规 第3期 邓煜霖等:四川江油马角坝刺林包剖面二叠一三叠系间粘土岩研究 429 模露出水面,但北秦岭与华北板块的碰撞在此时期 也使得二郎坪弧后盆地消亡,证明北秦岭已开始大 规模造山,北侧将对扬子板块提供物源碎屑(Li et a1.,2003;袁庆东等,2010)。二叠纪末大规模岩浆 一shan volcanic province,Southwest China[J].Journal of Asian Earth Sciences,20:157~175. Chen Bin,Li Yong,Wang Weiming,et a1.2016.The provenance and tectonic setting of Late Triassic X ̄iabe Formation in the Longmen- 构造活动,使得扬子西缘北段至南向北海水由浅变 深,海水补给主要由北东方向而来,在盆地南东部形 成开阔碳酸盐台地。另外,受到地壳抬升的影响,盆 shan Foreland Basin,SW China[J1.Acta Geologlca Sinica,90(5): 857~872(in Chinese with English abstract). Chen Yang,Liu Shugen,Li Zhiwu,et a1.2011.LA—ICP-MS detitrl ziar- con U·Pb geochronology approaches to the sediment provenance of the 地西侧发育龙门山岛链局部剥蚀区,可为扬子西缘 提供部分碎屑来源(吴斌等,2012;程遥,2015)。 因此,结合碎屑锆石、地球化学和古地理分析,本文 认为刺林包剖面PTB粘土岩物源应为秦岭造山带及 龙门山岛链局部剥蚀区、二叠纪末火山活动和峨眉 山大火成岩省。 5 结论 (1)镜下特征、主量元素、x衍射分析结果显 示,四川江油马角坝刺林包剖面飞仙关组底部粘土 岩粘土矿物主要为伊利石,并含少量方解石、石英。 (2)粘土岩碎屑锆石年龄分布主要集中在2 615 ~2 383、1 868—1 328、1 186~778矛口430—246 Ma, 结合Hf同位素特征,较老锆石年龄指示碎屑来自于 秦岭造山带。一250 Ma锆石群加权平均年龄为 249.4±4.5 Ma,与华南典型PTB粘土岩年龄相似。 (3)微量、稀土元素特征显示粘土岩Zr、Hf、T}l、 Cr、Co、Ti相对富集,与华南典型PTB粘土岩和峨眉 山玄武岩、宣威组地层相近,结合岩相古地理及锆石 特征,综合认为刺林包剖面PTB粘土岩来自于秦岭 造山带、二叠纪末火山活动及峨眉山大火成岩省剥 蚀岩体。 References Ayers J C and Watson E B.1993.Rutile solubility and mobility in super- critical aqueous fluids[J].Contirbutions to Mineralogy and Petrolo— gY,114(3):321—330. Bliehert—Toil J,Gleason J D,Trlouk P,et a1.1998.The Lu—Hf isotope geochemistry of shergottites and the evolution of the Martian mantle— crust system[J3.Earth&Planetary Science Letters,154(1~4): 243~258. 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