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康滇古陆东缘筇竹寺组地球化学特征及意义

刘建清 何利 何平 冉敬 何佳伟 陈风霖

刘建清, 何利, 何平, 冉敬, 何佳伟, 陈风霖. 康滇古陆东缘筇竹寺组地球化学特征及意义—以云南省昭通市昭阳区锌厂沟剖面为例[J]. 沉积学报, 2021, 39(5): 1305-1319. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.052
引用本文: 刘建清, 何利, 何平, 冉敬, 何佳伟, 陈风霖. 康滇古陆东缘筇竹寺组地球化学特征及意义—以云南省昭通市昭阳区锌厂沟剖面为例[J]. 沉积学报, 2021, 39(5): 1305-1319. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.052
LIU JianQing, HE Li, HE Ping, RAN Jing, HE JiaWei, CHEN FengLin. Geochemical Characteristics and Significance of the Qiongzhusi Formation on the Eastern Margin of the Ancient Kangding-Yunnan Land: Taking the Xinchanggou section of Zhaoyang district, Zhaotong city, Yunnan province as an example[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2021, 39(5): 1305-1319. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.052
Citation: LIU JianQing, HE Li, HE Ping, RAN Jing, HE JiaWei, CHEN FengLin. Geochemical Characteristics and Significance of the Qiongzhusi Formation on the Eastern Margin of the Ancient Kangding-Yunnan Land: Taking the Xinchanggou section of Zhaoyang district, Zhaotong city, Yunnan province as an example[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2021, 39(5): 1305-1319. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.052

康滇古陆东缘筇竹寺组地球化学特征及意义—以云南省昭通市昭阳区锌厂沟剖面为例

doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.052
基金项目: 

中国地质调查局油气调查专项 DD20190080-04

详细信息
    作者简介:

    刘建清,男,1969年出生,硕士,教授级高工,沉积学,E-mail: liujq1@tom.com

  • 中图分类号: P534.41

Geochemical Characteristics and Significance of the Qiongzhusi Formation on the Eastern Margin of the Ancient Kangding-Yunnan Land: Taking the Xinchanggou section of Zhaoyang district, Zhaotong city, Yunnan province as an example

Funds: 

Special Investigation of Oil and Gas by China Geological Survey, No. DD20 190080-04 DD20190080-04

  • 摘要: 云南省昭通市昭阳区锌厂沟位于康滇古陆东缘,在剖面测量及样品系统采集分析基础上,建立了该区下寒武统筇竹寺组泥页岩地球化学剖面,为该区筇竹寺组沉积环境、物源分析提供了定量的地球化学数据。研究结果显示:1)筇竹寺组物源主要来自康滇古陆中元古界东川群、会理群砂泥岩、海相玄武岩,并可能有少许同时代花岗岩,形成于康滇古陆东缘大陆坡或边缘海,自西向东呈康滇古陆—潮坪—浅水陆棚—深水陆棚—水下隆起有序变化,工区位于浅水陆棚相;2)稀土元素δCe值、δEu值及微量元素Mo、V含量、(V)N/(V+Ni)N比值、(Cu)N/(Zn)N比值反映筇竹寺组底部为深水陆棚环境,上部总体为浅水陆棚沉积环境,局部水体加深为深水陆棚沉积环境。总体上该区以浅水陆棚为优势相,并具酸性还原环境特点;3)微量元素Rb、Ba、Ga、V、Zn、Mo、Cd、Sn、Zr有明显的富集。主量元素(SiO2N/(Al2O3N比值及微量元素Ba、U含量、Zn-Ni-Co三角图、U/Th比值、Co/Zn比值表明有生物或热水作用的参与。
  • 图  1  研究区及邻区筇竹寺组沉积相图

    Figure  1.  Sedimentary facies of the Qiongzhusi Formation in the study area and adjacent area

    图  2  锌厂沟剖面沉积相分析图

    Figure  2.  Sedimentary facies analysis of the Xinchanggou profile

    图  3  锌厂沟剖面1~5层炭质泥岩

    Figure  3.  Layers 1⁃5 of carbonaceous mudstone in the Xinchanggou profile

    图  4  锌厂沟剖面27层浪成对称波痕

    Figure  4.  The symmetrical ripple marks formed by billows in the 27th layer of the Xinchanggou section

    图  5  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)⁃Fe2O3/TiO2判别图

    Ⅰ.洋中脊沉积环境;Ⅱ.大陆边缘沉积环境;Ⅲ.远洋沉积环境

    Figure  5.  The discriminant diagram of Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)⁃Fe2O3/TiO2 in the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

    Ⅰ.Sedimentary environment of mid⁃ocean ridge; Ⅱ.Continental margin sedimentary environment; Ⅲ.Oceanic sedimentary environment

    图  6  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩稀土元素配分模式图

    Figure  6.  Distribution patterns of rare⁃earth elements in the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

    图  7  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩La⁃Ce关系图

    Figure  7.  La⁃Ce relation diagram for the mud and shale of Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

    图  8  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩La/Yb⁃Ce/La关系图

    Figure  8.  La/yb⁃ce/La diagram for the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

    图  9  锌厂沟剖面筇竹寺组地球化学剖面

    (a)主量元素、稀土元素及部分微量元素地球化学剖面;(b)部分微量元素地球化学剖面

    Figure  9.  Geochemical profile of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

    (a) geochemical profiles of major elements, rare earth elements, and some trace elements; (b) some trace element geochemical profiles

    图  10  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩微量元素蜘蛛图

    Figure  10.  Spider diagram of mud and shale trace elements from the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

    图  11  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩Zn⁃Ni⁃Co三角图

    Figure  11.  Triangular diagram of Zn⁃Ni⁃Co for the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

    图  12  锌厂沟剖面筇竹寺组U⁃Th关系图

    Figure  12.  U⁃Th relation diagram for the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

    图  13  康滇古陆东缘筇竹寺组沉积模式图

    Figure  13.  Sedimentary patterns of the Qiongzhusi Formation in the eastern margin of the ancient Kangding⁃Yunnan land

    表  1  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩全岩矿物X衍射含量(%)

    Table  1.   X⁃ray diffraction content of whole rock in the mud⁃shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section (%)

    样品编号 石 英 钾长石 斜长石 方解石 白云石 黏土矿物
    zxp-1xy1 41.0 14.0 29.0 16.0
    zxp-4xy1 45.0 12.0 23.0 20.0
    zxp-9xy1 42.0 11.0 30.0 2.0 3.0 12.0
    zxp-11xy1 42.0 13.0 28.0 17.0
    zxp-13xy1 41.0 12.0 24.0 5.0 18.0
    zxp-15xy1 38.0 3.0 6.0 9.0 7.0 37.0
    zxp-17xy1 37.0 10.0 11.0 8.0 34.0
    zxp-19xy1 36.0 3.0 8.0 6.0 13.0 34.0
    zxp-21xy1 38.0 10.0 18.0 5.0 29.0
    zxp-23xy1 41.0 4.0 18.0 14.0 23.0
    zxp-25xy1 33.0 2.0 5.0 9.0 15.0 36.0
    zxp-27xy1 45.0 5.0 2.0 9.0 39.0
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    表  2  锌厂沟剖面下寒武统筇竹寺组泥页岩主量元素含量表(%)

    Table  2.   The main element contents of mud and shale in the Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section (%)

    样品编号 岩性 SiO2 TiO2 Al2O3 TFe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 BaO SO3 LOI
    zxp-1Hx1 炭质粉砂岩 62.12 1.01 13.50 3.68 0.68 0.05 1.47 4.92 2.06 3.83 3.6 0.08 0.17 3.39
    zxp-4Hx1 炭质泥岩 67.48 0.90 14.77 3.54 0.58 0.03 1.27 0.86 2.09 4.32 0.31 0.12 0.31 3.79
    zxp-9Hx1 钙泥质粉砂岩 73.27 0.80 13.95 1.53 0.37 0.06 0.83 0.88 2.01 4.39 0.47 0.11 0.04 2.34
    zxp-11Hx1 泥质粉砂岩 72.35 0.94 15.03 1.15 0.52 0.01 1.09 0.26 1.8 4.58 0.13 0.11 0.04 2.52
    zxp-13Hx1 泥质粉砂岩 72.36 0.93 13.94 1.76 0.47 0.01 1.10 0.78 1.79 4.33 0.31 0.14 0.03 2.76
    zxp-15Hx1 粉砂质泥岩 56 0.78 16.10 5.84 3.20 0.07 3.82 4.75 0.39 4.39 0.22 0.08 0.34 8.66
    zxp-17Hx1 钙质泥岩 53.41 0.71 16.30 6.37 4.05 0.07 4.32 5.32 0.61 4.28 0.24 0.07 1.31 9.02
    zxp-19Hx1 粉砂质泥岩 53.91 0.68 16.00 6.39 4.84 0.09 4.89 4.92 0.67 3.98 0.2 0.06 0.48 9.08
    zxp-21Hx1 粉砂质泥岩 53.56 0.70 15.42 5.87 3.99 0.08 4.06 7.05 0.51 4.07 0.22 0.07 0.04 9.66
    zxp-23Hx1 粉砂质泥岩 51.33 0.65 14.32 5.44 3.80 0.09 4.84 8.34 0.54 3.74 0.18 0.05 0.16 11.58
    zxp-25Hx1 粉砂质泥岩 52.93 0.67 14.97 5.62 4.17 0.10 5.27 6.81 0.37 4.02 0.19 0.06 0.02 10.96
    zxp-27Hx1 泥岩 53.68 0.76 15.54 5.11 3.59 0.09 5.94 4.58 0.085 4.72 0.21 0.08 0.02 10.08
    zxp-28Hx1 粉砂质泥岩 57.35 0.64 12.00 5.80 4.05 0.09 5.50 5.83 0.07 3.48 0.18 0.09 0.04 10.23
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    表  3  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩稀土元素含量(10-6)及特征参数值

    Table  3.   The contents of rare earth elements (10-6) and the characteristic parameters in the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

    样品编号 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho
    zxp-1Hx1 48.6 124 20.6 106 28.4 7.1 26.4 3.8 19 3.32
    zxp-4Hx1 190 209 21 68.4 8.46 2.3 8.36 1.02 5.31 1.04
    zxp-9Hx1 38 67.6 8.18 29.2 5.31 1.35 5.18 0.79 4.59 0.91
    zxp-11Hx1 42.5 74.7 8.81 30.7 3.64 0.92 3.46 0.48 2.88 0.6
    zxp-13Hx1 41.4 74.8 8.88 30.3 4.5 1.22 4.54 0.66 3.89 0.79
    zxp-15Hx1 40.6 77.8 9.73 37.8 6.59 1.57 6.35 0.97 5.65 1.16
    zxp-17Hx1 36.6 65.3 8.38 30.2 5.23 1.33 5.22 0.81 4.86 1
    zxp-19Hx1 39.9 75.3 9.28 34.5 5.99 1.46 5.88 0.89 5.16 1.04
    zxp-21Hx1 42.5 77.6 9.32 34.4 5.97 1.46 5.73 0.87 5.09 1.03
    zxp-23Hx1 38.9 75.4 8.96 34.3 6.1 1.44 5.93 0.92 5.31 1.06
    zxp-25Hx1 39 78.3 9.62 36.7 6.29 1.46 5.86 0.88 5.09 1.01
    zxp-27Hx1 41.5 78.8 9.44 36 6.54 1.59 6.46 0.99 5.9 1.21
    zxp-28Hx1 31.1 59.8 7.8 29.5 5.46 1.49 5.4 0.85 5.05 1.01
    样品编号 Er Tm Yb Lu Y ΣREE LREE/HREE [w(La)/w(Yb)]N δEu δCe
    zxp-1Hx1 7.84 0.85 4.58 0.62 90.5 491.61 2.13 1 1.22 0.9
    zxp-4Hx1 3.16 0.42 2.66 0.42 29 550.55 9.71 6.73 1.28 0.72
    zxp-9Hx1 2.64 0.37 2.37 0.36 24 190.84 3.63 1.51 1.21 0.91
    zxp-11Hx1 1.92 0.29 1.99 0.32 15.7 188.89 5.84 2.01 1.21 0.91
    zxp-13Hx1 2.42 0.35 2.31 0.36 20 196.42 4.56 1.69 1.26 0.92
    zxp-15Hx1 3.38 0.46 3.03 0.47 31.5 227.06 3.29 1.26 1.14 0.93
    zxp-17Hx1 2.99 0.42 2.75 0.44 27.6 193.13 3.19 1.25 1.19 0.88
    zxp-19Hx1 3.09 0.43 2.82 0.43 28.9 215.07 3.42 1.33 1.15 0.93
    zxp-21Hx1 3.09 0.43 2.84 0.43 28.5 219.27 3.57 1.41 1.17 0.92
    zxp-23Hx1 3.12 0.43 2.9 0.43 28.3 213.5 3.41 1.26 1.12 0.96
    zxp-25Hx1 3.03 0.43 2.83 0.44 26.8 217.73 3.7 1.3 1.13 0.96
    zxp-27Hx1 3.58 0.5 3.29 0.51 32.8 229.11 3.15 1.19 1.15 0.94
    zxp-28Hx1 2.97 0.41 2.65 0.41 26.7 180.6 2.97 1.11 1.29 0.91
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    表  4  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩微量元素含量(10-6)及特征参数值

    注:地壳元素丰度据黎彤[5];表中Au元素单位为10-9,其余为10-6

    Table  4.   The contents of trace elements (10-6) and the characteristic parameters in the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

    样品编号 Rb Ba Th U Ta Nb Sr Zr Hf Ga Ni
    zxp-1Hx1 96.8 737 21.2 17.7 1.52 20.7 109 455 9.48 18.6 23.8
    zxp-4Hx1 113 1079 16.5 5.08 1.19 15.3 88.2 321 9.19 20.3 28.9
    zxp-9Hx1 112 1017 12.8 3.46 1.37 13.8 65.6 317 9.85 18.5 34
    zxp-11Hx1 139 976 15.4 4.46 1.36 14.7 114 351 10.7 20.7 12.9
    zxp-13Hx1 116 1240 13.6 2.54 1.42 15.1 57 352 8.6 18.5 29.7
    zxp-15Hx1 143 707 12.8 4.33 1.14 16.3 69.9 173 5.48 22.5 55.4
    zxp-17Hx1 146 642 13.1 4.79 0.98 15 82.2 154 4.12 23.5 58.2
    zxp-19Hx1 134 567 12.6 3.56 1.07 15.8 61.7 155 4.35 23.1 50.9
    zxp-21Hx1 132 599 12.3 4.22 1.6 14.4 104 157 4.21 22 54.5
    zxp-23Hx1 115 474 11.2 3.14 1.21 14.6 75.7 146 3.75 18.8 41.9
    zxp-25Hx1 130 547 11.6 3.64 1.31 14.9 66.7 149 3.63 20.8 47.6
    zxp-27Hx1 141 684 12.8 4.73 1.34 16.6 37.4 169 4.76 22.5 56.5
    zxp-28Hx1 107 824 9.52 3.96 0.96 14 75.2 159 3.78 17.5 49.7
    平均值 124.98 776.38 13.49 5.05 1.27 15.48 77.43 235.23 6.3 20.56 41.85
    地壳元素丰度 78 390 5.8 1.7 1.6 19 480 130 1.5 18 89
    富集系数 1.6 1.99 2.33 2.97 0.79 0.81 0.16 1.81 4.2 1.14 0.47
    样品编号 V Cr Co Cs Cu Pb Zn Mo Ge In Mn
    zxp-1Hx1 110 72.6 9.34 4.78 22.1 47 90.6 4.47 0.92 0.08 348.51
    zxp-4Hx1 106 82.2 10.6 6.36 24.6 51.7 70.2 3.74 0.96 0.07 209.1
    zxp-9Hx1 86.6 70 14.9 6.21 20.5 674 79.6 1.6 1.13 0.04 472.42
    zxp-11Hx1 105 85.6 3.47 7.59 13.7 342 122 2.62 1.3 0.04 54.21
    zxp-13Hx1 93.9 76.6 7.03 12 16.4 148 489 0.49 1.25 0.05 92.93
    zxp-15Hx1 186 98.1 19.2 9.79 35.6 19.1 107 1.53 1.5 0.08 518.89
    zxp-17Hx1 205 105 18.6 8.31 103 15.3 108 1.1 1.66 0.09 565.35
    zxp-19Hx1 168 88.1 19.6 7.22 29.1 9.41 89.4 0.72 1.6 0.08 673.78
    zxp-21Hx1 191 96.1 17.1 6.57 66.2 10.1 101 0.81 1.67 0.08 588.59
    zxp-23Hx1 137 77.3 14.6 6.64 40.7 8.52 81.1 0.71 1.36 0.08 704.76
    zxp-25Hx1 170 79.8 16.8 6.96 30.8 8.66 84.8 0.81 1.42 0.07 766.71
    zxp-27Hx1 226 97.8 15 9.24 28.8 7.15 127 1.53 1.51 0.08 666.03
    zxp-28Hx1 154 68.9 12.6 6.96 29.2 7.84 89.3 2.85 1.42 0.07 689.27
    平均值 149.12 84.47 13.76 7.59 35.44 103.75 126.08 1.77 1.36 0.07 488.5
    地壳元素丰度 140 110 25 1.4 63 12 94 1.3 1.4 0.1 1300
    富集系数 1.07 0.77 0.55 5.42 0.56 8.65 1.34 1.36 0.97 0.7 0.38
    样品编号 Cd W Ag Sn Au U/Th VN/(Ni+V)N Ni/Co SrN/BaN CuN/ZnN Co/Zn
    zxp-1Hx1 0.31 21.5 0.62 3.75 20 0.83 0.84 2.55 0.23 0.25 0.1
    zxp-4Hx1 0.2 18.5 0.37 3.02 30 0.31 0.81 2.73 0.13 0.36 0.15
    zxp-9Hx1 0.51 28.2 0.88 2.2 10 0.27 0.75 2.28 0.1 0.27 0.19
    zxp-11Hx1 0.15 16 1.68 2.72 10 0.29 0.9 3.72 0.18 0.12 0.03
    zxp-13Hx1 1.19 21.9 0.69 2.54 10 0.19 0.78 4.22 0.07 0.03 0.01
    zxp-15Hx1 0.29 6.87 0.14 3.93 10 0.34 0.79 2.89 0.15 0.34 0.18
    zxp-17Hx1 0.35 5.64 0.26 3.22 20 0.37 0.8 3.13 0.2 0.98 0.17
    zxp-19Hx1 0.17 3.02 0.08 3.51 10 0.28 0.79 2.6 0.17 0.33 0.22
    zxp-21Hx1 0.24 4.45 0.12 3.79 10 0.34 0.8 3.19 0.27 0.67 0.17
    zxp-23Hx1 0.17 3.25 0.1 2.87 10 0.28 0.79 2.87 0.25 0.52 0.18
    zxp-25Hx1 0.14 2.7 0.12 3.43 60 0.31 0.8 2.83 0.19 0.37 0.2
    zxp-27Hx1 0.15 3.93 0.04 3.35 10 0.37 0.82 3.77 0.09 0.23 0.12
    zxp-28Hx1 0.11 5.18 0.06 2.18 0 0.42 0.78 3.94 0.14 0.34 0.14
    平均值 0.31 10.86 0.4 3.12 16.15
    地壳元素丰度 0.2 1.1 0.08 1.7 1.2
    富集系数 1.55 9.87 5 1.84 13.46
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    表  5  锌厂沟剖面筇竹寺组主量元素特征参数值

    Table  5.   Characteristic parameter values for the principal elements of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

    样品编号 岩性 MnO/TiO2 (SiO2N/(Al2O3N AlN/(Al+Fe+Mn)N SiN/(Si+Al+Fe)N (Al2O3N/(Al2O3+Fe2O3N
    zxp-1Hx1 炭质粉砂岩 0.04 7.81 0.82 0.76 0.85
    zxp-4Hx1 炭质泥岩 0.03 7.75 0.85 0.77 0.87
    zxp-9Hx1 钙泥质粉砂岩 0.08 8.91 0.92 0.80 0.93
    zxp-11Hx1 泥质粉砂岩 0.01 8.17 0.93 0.79 0.95
    zxp-13Hx1 泥质粉砂岩 0.01 8.81 0.90 0.80 0.93
    zxp-15Hx1 粉砂质泥岩 0.09 5.90 0.73 0.68 0.81
    zxp-17Hx1 钙质泥岩 0.10 5.56 0.70 0.66 0.80
    zxp-19Hx1 粉砂质泥岩 0.13 5.72 0.68 0.66 0.80
    zxp-21Hx1 粉砂质泥岩 0.11 5.89 0.70 0.67 0.80
    zxp-23Hx1 粉砂质泥岩 0.14 6.08 0.70 0.68 0.80
    zxp-25Hx1 粉砂质泥岩 0.15 6.00 0.69 0.68 0.81
    zxp-27Hx1 泥岩 0.11 5.86 0.73 0.68 0.83
    zxp-28Hx1 粉砂质泥岩 0.14 8.11 0.64 0.72 0.76
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-16
  • 修回日期:  2020-07-20
  • 刊出日期:  2021-10-10

目录

    康滇古陆东缘筇竹寺组地球化学特征及意义

    doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.052
      基金项目:

      中国地质调查局油气调查专项 DD20190080-04

      作者简介:

      刘建清,男,1969年出生,硕士,教授级高工,沉积学,E-mail: liujq1@tom.com

    • 中图分类号: P534.41

    摘要: 云南省昭通市昭阳区锌厂沟位于康滇古陆东缘,在剖面测量及样品系统采集分析基础上,建立了该区下寒武统筇竹寺组泥页岩地球化学剖面,为该区筇竹寺组沉积环境、物源分析提供了定量的地球化学数据。研究结果显示:1)筇竹寺组物源主要来自康滇古陆中元古界东川群、会理群砂泥岩、海相玄武岩,并可能有少许同时代花岗岩,形成于康滇古陆东缘大陆坡或边缘海,自西向东呈康滇古陆—潮坪—浅水陆棚—深水陆棚—水下隆起有序变化,工区位于浅水陆棚相;2)稀土元素δCe值、δEu值及微量元素Mo、V含量、(V)N/(V+Ni)N比值、(Cu)N/(Zn)N比值反映筇竹寺组底部为深水陆棚环境,上部总体为浅水陆棚沉积环境,局部水体加深为深水陆棚沉积环境。总体上该区以浅水陆棚为优势相,并具酸性还原环境特点;3)微量元素Rb、Ba、Ga、V、Zn、Mo、Cd、Sn、Zr有明显的富集。主量元素(SiO2N/(Al2O3N比值及微量元素Ba、U含量、Zn-Ni-Co三角图、U/Th比值、Co/Zn比值表明有生物或热水作用的参与。

    English Abstract

    刘建清, 何利, 何平, 冉敬, 何佳伟, 陈风霖. 康滇古陆东缘筇竹寺组地球化学特征及意义—以云南省昭通市昭阳区锌厂沟剖面为例[J]. 沉积学报, 2021, 39(5): 1305-1319. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.052
    引用本文: 刘建清, 何利, 何平, 冉敬, 何佳伟, 陈风霖. 康滇古陆东缘筇竹寺组地球化学特征及意义—以云南省昭通市昭阳区锌厂沟剖面为例[J]. 沉积学报, 2021, 39(5): 1305-1319. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.052
    LIU JianQing, HE Li, HE Ping, RAN Jing, HE JiaWei, CHEN FengLin. Geochemical Characteristics and Significance of the Qiongzhusi Formation on the Eastern Margin of the Ancient Kangding-Yunnan Land: Taking the Xinchanggou section of Zhaoyang district, Zhaotong city, Yunnan province as an example[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2021, 39(5): 1305-1319. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.052
    Citation: LIU JianQing, HE Li, HE Ping, RAN Jing, HE JiaWei, CHEN FengLin. Geochemical Characteristics and Significance of the Qiongzhusi Formation on the Eastern Margin of the Ancient Kangding-Yunnan Land: Taking the Xinchanggou section of Zhaoyang district, Zhaotong city, Yunnan province as an example[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2021, 39(5): 1305-1319. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.052
      • 页岩气研究源于北美地区,与之相比,中国南方古生界海相富有机质页岩具有层系多、时代老、热演化程度高、构造运动期次多、构造变形复杂、地应力状态与地表条件复杂、保存条件复杂等特点。近年来,在这一复杂地区已取得龙马溪组页岩气的突破,与龙马溪组页岩相比,下寒武统牛蹄塘组(筇竹寺组)页岩的有机质丰度、脆性和热演化程度更高,裂缝更为发育,具有更大的沉积厚度和更广泛的分布面积,页岩气资源潜力巨大,是中国页岩气勘探开发的另一个重点层系[1]。已有的关于筇竹寺组的研究,主要集中在有机质类型及生烃潜力、储层孔隙及裂缝特征、沉积相等,而对沉积地球化学及其成因意义的研究则相对较少[2-4]。本文以康滇古陆东缘云南省昭通市昭阳区锌厂沟下寒武统筇竹寺组为例,在野外剖面测量基础上,系统采集了岩石地球化学样品,开展了常量元素、微量元素、稀土元素分析,并进行了全面的研究。本文旨在报道这一相关研究成果,以丰富康滇古陆东缘筇竹寺组(牛蹄塘组)相关研究内容,更全面地认识该区筇竹寺组特征和成因机制。

      • 下寒武统筇竹寺组剖面位于云南省昭通市昭阳区金沙江东岸锌厂沟。该区位于早志留世黔中隆起北缘,龙马溪组由于黔中隆起的影响,已沉积缺失或剥蚀,就页岩气勘探而言,龙马溪组已不具勘探意义,仅筇竹寺组具勘探意义。早寒武世,该区位于康滇古陆东侧,自康滇古陆向东,依次发育潮坪、浅水陆棚、深水陆棚相带(图1),为稳定的克拉通地带。

        图  1  研究区及邻区筇竹寺组沉积相图

        Figure 1.  Sedimentary facies of the Qiongzhusi Formation in the study area and adjacent area

        剖面位于金沙江东岸一支沟(锌厂沟)(剖面起点坐标:103°13′46.21″ E,27°34′13.29″ N),见顶、底,底与下寒武统麦地坪组厚层粉晶白云岩为平行不整合接触,顶与中寒武统沧浪铺组紫红色泥岩呈整合接触。剖面共分29层,0层麦地坪组,29层为沧浪铺组,除7~8层局部风化和掩盖较强外,其余露头连续出露,剖面质量较好。剖面纵向上两分明显(图2),底部(1~5层)为灰黑色—黑色中厚层状—薄层状炭质泥岩、炭质粉砂岩、含炭质泥岩,为烃源岩层(图3),沉积相分析为深水陆棚环境,厚19.57 m;上部(6~28层)为灰—深灰色泥质粉砂岩、深灰色泥岩、钙泥质粉砂岩夹粉砂质泥岩,风化面略带浅黄灰色、浅黄绿色,普遍发育水平层理,局部(27层)见浪成对称波痕(图4)。其中17层、27层深灰色泥岩,为较差烃源岩层,分别厚6.46 m和13.17 m。沉积相分析主要为浅水陆棚,局部(17层、27层)为深水陆棚环境,反映上部有两次短暂的水体加深过程。由于底部黑色页岩较薄,总体以浅水陆棚为优势相带。

        图  2  锌厂沟剖面沉积相分析图

        Figure 2.  Sedimentary facies analysis of the Xinchanggou profile

        图  3  锌厂沟剖面1~5层炭质泥岩

        Figure 3.  Layers 1⁃5 of carbonaceous mudstone in the Xinchanggou profile

        图  4  锌厂沟剖面27层浪成对称波痕

        Figure 4.  The symmetrical ripple marks formed by billows in the 27th layer of the Xinchanggou section

        锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩主要由石英、钾长石、斜长石、方解石、白云石、黏土矿物组成(表1)。全岩X衍射显示,石英含量33~45,平均40,钾长石含量0~14,平均6.6,斜长石含量0~30,平均14.4,方解石含量0~18,平均6.3,白云石含量0~15,平均6.6,黏土矿物含量12~39,平均26.3。显微镜下,石英呈棱角状或次棱角状,粒径0.05 mm左右,颗粒间充填泥质、碳质等成分;长石颗粒,棱角状,粒径0.05 mm左右,局部可见聚片双晶;方解石和白云石呈泥晶—微晶集合体,其中夹杂泥质成分和少量粉砂状石英碎屑,为胶结物;泥质呈孔隙式或基底式胶结石英碎屑,为隐晶质状或重结晶形成雏晶状云母,其中夹杂少量碳质成分。从其粉砂级颗粒为主的碎屑岩结构及石英等碎屑颗粒中低含量特征,分析岩石进行了长距离的搬运,结合野外颜色、岩性等特征,综合分析为浅水陆棚沉积环境。

      • 本次在锌厂沟剖面自下而上有代表性地采集了13件样品。全岩主、微量元素分析在中国地质调查局成都地质调查中心分析测试中心进行。使用PW2404型荧光光谱仪(XRF)进行主量元素的测定,实验流程依据国家标准GB/T 14506.14—2010;采用ELEMENT XR型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)进行微量元素的测定,实验流程依据国家标准GB/T 14506.30—2010。经国家标样GDW07104的监控,全岩主、微量元素的分析精度分别优于5%和10%。本文全岩主、微量元素、稀土元素的分析结果见表2~4 [5-13]

        表 1  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩全岩矿物X衍射含量(%)

        Table 1.  X⁃ray diffraction content of whole rock in the mud⁃shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section (%)

        样品编号 石 英 钾长石 斜长石 方解石 白云石 黏土矿物
        zxp-1xy1 41.0 14.0 29.0 16.0
        zxp-4xy1 45.0 12.0 23.0 20.0
        zxp-9xy1 42.0 11.0 30.0 2.0 3.0 12.0
        zxp-11xy1 42.0 13.0 28.0 17.0
        zxp-13xy1 41.0 12.0 24.0 5.0 18.0
        zxp-15xy1 38.0 3.0 6.0 9.0 7.0 37.0
        zxp-17xy1 37.0 10.0 11.0 8.0 34.0
        zxp-19xy1 36.0 3.0 8.0 6.0 13.0 34.0
        zxp-21xy1 38.0 10.0 18.0 5.0 29.0
        zxp-23xy1 41.0 4.0 18.0 14.0 23.0
        zxp-25xy1 33.0 2.0 5.0 9.0 15.0 36.0
        zxp-27xy1 45.0 5.0 2.0 9.0 39.0

        表 2  锌厂沟剖面下寒武统筇竹寺组泥页岩主量元素含量表(%)

        Table 2.  The main element contents of mud and shale in the Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section (%)

        样品编号 岩性 SiO2 TiO2 Al2O3 TFe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 BaO SO3 LOI
        zxp-1Hx1 炭质粉砂岩 62.12 1.01 13.50 3.68 0.68 0.05 1.47 4.92 2.06 3.83 3.6 0.08 0.17 3.39
        zxp-4Hx1 炭质泥岩 67.48 0.90 14.77 3.54 0.58 0.03 1.27 0.86 2.09 4.32 0.31 0.12 0.31 3.79
        zxp-9Hx1 钙泥质粉砂岩 73.27 0.80 13.95 1.53 0.37 0.06 0.83 0.88 2.01 4.39 0.47 0.11 0.04 2.34
        zxp-11Hx1 泥质粉砂岩 72.35 0.94 15.03 1.15 0.52 0.01 1.09 0.26 1.8 4.58 0.13 0.11 0.04 2.52
        zxp-13Hx1 泥质粉砂岩 72.36 0.93 13.94 1.76 0.47 0.01 1.10 0.78 1.79 4.33 0.31 0.14 0.03 2.76
        zxp-15Hx1 粉砂质泥岩 56 0.78 16.10 5.84 3.20 0.07 3.82 4.75 0.39 4.39 0.22 0.08 0.34 8.66
        zxp-17Hx1 钙质泥岩 53.41 0.71 16.30 6.37 4.05 0.07 4.32 5.32 0.61 4.28 0.24 0.07 1.31 9.02
        zxp-19Hx1 粉砂质泥岩 53.91 0.68 16.00 6.39 4.84 0.09 4.89 4.92 0.67 3.98 0.2 0.06 0.48 9.08
        zxp-21Hx1 粉砂质泥岩 53.56 0.70 15.42 5.87 3.99 0.08 4.06 7.05 0.51 4.07 0.22 0.07 0.04 9.66
        zxp-23Hx1 粉砂质泥岩 51.33 0.65 14.32 5.44 3.80 0.09 4.84 8.34 0.54 3.74 0.18 0.05 0.16 11.58
        zxp-25Hx1 粉砂质泥岩 52.93 0.67 14.97 5.62 4.17 0.10 5.27 6.81 0.37 4.02 0.19 0.06 0.02 10.96
        zxp-27Hx1 泥岩 53.68 0.76 15.54 5.11 3.59 0.09 5.94 4.58 0.085 4.72 0.21 0.08 0.02 10.08
        zxp-28Hx1 粉砂质泥岩 57.35 0.64 12.00 5.80 4.05 0.09 5.50 5.83 0.07 3.48 0.18 0.09 0.04 10.23

        表 3  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩稀土元素含量(10-6)及特征参数值

        Table 3.  The contents of rare earth elements (10-6) and the characteristic parameters in the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

        样品编号 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho
        zxp-1Hx1 48.6 124 20.6 106 28.4 7.1 26.4 3.8 19 3.32
        zxp-4Hx1 190 209 21 68.4 8.46 2.3 8.36 1.02 5.31 1.04
        zxp-9Hx1 38 67.6 8.18 29.2 5.31 1.35 5.18 0.79 4.59 0.91
        zxp-11Hx1 42.5 74.7 8.81 30.7 3.64 0.92 3.46 0.48 2.88 0.6
        zxp-13Hx1 41.4 74.8 8.88 30.3 4.5 1.22 4.54 0.66 3.89 0.79
        zxp-15Hx1 40.6 77.8 9.73 37.8 6.59 1.57 6.35 0.97 5.65 1.16
        zxp-17Hx1 36.6 65.3 8.38 30.2 5.23 1.33 5.22 0.81 4.86 1
        zxp-19Hx1 39.9 75.3 9.28 34.5 5.99 1.46 5.88 0.89 5.16 1.04
        zxp-21Hx1 42.5 77.6 9.32 34.4 5.97 1.46 5.73 0.87 5.09 1.03
        zxp-23Hx1 38.9 75.4 8.96 34.3 6.1 1.44 5.93 0.92 5.31 1.06
        zxp-25Hx1 39 78.3 9.62 36.7 6.29 1.46 5.86 0.88 5.09 1.01
        zxp-27Hx1 41.5 78.8 9.44 36 6.54 1.59 6.46 0.99 5.9 1.21
        zxp-28Hx1 31.1 59.8 7.8 29.5 5.46 1.49 5.4 0.85 5.05 1.01
        样品编号 Er Tm Yb Lu Y ΣREE LREE/HREE [w(La)/w(Yb)]N δEu δCe
        zxp-1Hx1 7.84 0.85 4.58 0.62 90.5 491.61 2.13 1 1.22 0.9
        zxp-4Hx1 3.16 0.42 2.66 0.42 29 550.55 9.71 6.73 1.28 0.72
        zxp-9Hx1 2.64 0.37 2.37 0.36 24 190.84 3.63 1.51 1.21 0.91
        zxp-11Hx1 1.92 0.29 1.99 0.32 15.7 188.89 5.84 2.01 1.21 0.91
        zxp-13Hx1 2.42 0.35 2.31 0.36 20 196.42 4.56 1.69 1.26 0.92
        zxp-15Hx1 3.38 0.46 3.03 0.47 31.5 227.06 3.29 1.26 1.14 0.93
        zxp-17Hx1 2.99 0.42 2.75 0.44 27.6 193.13 3.19 1.25 1.19 0.88
        zxp-19Hx1 3.09 0.43 2.82 0.43 28.9 215.07 3.42 1.33 1.15 0.93
        zxp-21Hx1 3.09 0.43 2.84 0.43 28.5 219.27 3.57 1.41 1.17 0.92
        zxp-23Hx1 3.12 0.43 2.9 0.43 28.3 213.5 3.41 1.26 1.12 0.96
        zxp-25Hx1 3.03 0.43 2.83 0.44 26.8 217.73 3.7 1.3 1.13 0.96
        zxp-27Hx1 3.58 0.5 3.29 0.51 32.8 229.11 3.15 1.19 1.15 0.94
        zxp-28Hx1 2.97 0.41 2.65 0.41 26.7 180.6 2.97 1.11 1.29 0.91

        表 4  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩微量元素含量(10-6)及特征参数值

        Table 4.  The contents of trace elements (10-6) and the characteristic parameters in the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

        样品编号 Rb Ba Th U Ta Nb Sr Zr Hf Ga Ni
        zxp-1Hx1 96.8 737 21.2 17.7 1.52 20.7 109 455 9.48 18.6 23.8
        zxp-4Hx1 113 1079 16.5 5.08 1.19 15.3 88.2 321 9.19 20.3 28.9
        zxp-9Hx1 112 1017 12.8 3.46 1.37 13.8 65.6 317 9.85 18.5 34
        zxp-11Hx1 139 976 15.4 4.46 1.36 14.7 114 351 10.7 20.7 12.9
        zxp-13Hx1 116 1240 13.6 2.54 1.42 15.1 57 352 8.6 18.5 29.7
        zxp-15Hx1 143 707 12.8 4.33 1.14 16.3 69.9 173 5.48 22.5 55.4
        zxp-17Hx1 146 642 13.1 4.79 0.98 15 82.2 154 4.12 23.5 58.2
        zxp-19Hx1 134 567 12.6 3.56 1.07 15.8 61.7 155 4.35 23.1 50.9
        zxp-21Hx1 132 599 12.3 4.22 1.6 14.4 104 157 4.21 22 54.5
        zxp-23Hx1 115 474 11.2 3.14 1.21 14.6 75.7 146 3.75 18.8 41.9
        zxp-25Hx1 130 547 11.6 3.64 1.31 14.9 66.7 149 3.63 20.8 47.6
        zxp-27Hx1 141 684 12.8 4.73 1.34 16.6 37.4 169 4.76 22.5 56.5
        zxp-28Hx1 107 824 9.52 3.96 0.96 14 75.2 159 3.78 17.5 49.7
        平均值 124.98 776.38 13.49 5.05 1.27 15.48 77.43 235.23 6.3 20.56 41.85
        地壳元素丰度 78 390 5.8 1.7 1.6 19 480 130 1.5 18 89
        富集系数 1.6 1.99 2.33 2.97 0.79 0.81 0.16 1.81 4.2 1.14 0.47
        样品编号 V Cr Co Cs Cu Pb Zn Mo Ge In Mn
        zxp-1Hx1 110 72.6 9.34 4.78 22.1 47 90.6 4.47 0.92 0.08 348.51
        zxp-4Hx1 106 82.2 10.6 6.36 24.6 51.7 70.2 3.74 0.96 0.07 209.1
        zxp-9Hx1 86.6 70 14.9 6.21 20.5 674 79.6 1.6 1.13 0.04 472.42
        zxp-11Hx1 105 85.6 3.47 7.59 13.7 342 122 2.62 1.3 0.04 54.21
        zxp-13Hx1 93.9 76.6 7.03 12 16.4 148 489 0.49 1.25 0.05 92.93
        zxp-15Hx1 186 98.1 19.2 9.79 35.6 19.1 107 1.53 1.5 0.08 518.89
        zxp-17Hx1 205 105 18.6 8.31 103 15.3 108 1.1 1.66 0.09 565.35
        zxp-19Hx1 168 88.1 19.6 7.22 29.1 9.41 89.4 0.72 1.6 0.08 673.78
        zxp-21Hx1 191 96.1 17.1 6.57 66.2 10.1 101 0.81 1.67 0.08 588.59
        zxp-23Hx1 137 77.3 14.6 6.64 40.7 8.52 81.1 0.71 1.36 0.08 704.76
        zxp-25Hx1 170 79.8 16.8 6.96 30.8 8.66 84.8 0.81 1.42 0.07 766.71
        zxp-27Hx1 226 97.8 15 9.24 28.8 7.15 127 1.53 1.51 0.08 666.03
        zxp-28Hx1 154 68.9 12.6 6.96 29.2 7.84 89.3 2.85 1.42 0.07 689.27
        平均值 149.12 84.47 13.76 7.59 35.44 103.75 126.08 1.77 1.36 0.07 488.5
        地壳元素丰度 140 110 25 1.4 63 12 94 1.3 1.4 0.1 1300
        富集系数 1.07 0.77 0.55 5.42 0.56 8.65 1.34 1.36 0.97 0.7 0.38
        样品编号 Cd W Ag Sn Au U/Th VN/(Ni+V)N Ni/Co SrN/BaN CuN/ZnN Co/Zn
        zxp-1Hx1 0.31 21.5 0.62 3.75 20 0.83 0.84 2.55 0.23 0.25 0.1
        zxp-4Hx1 0.2 18.5 0.37 3.02 30 0.31 0.81 2.73 0.13 0.36 0.15
        zxp-9Hx1 0.51 28.2 0.88 2.2 10 0.27 0.75 2.28 0.1 0.27 0.19
        zxp-11Hx1 0.15 16 1.68 2.72 10 0.29 0.9 3.72 0.18 0.12 0.03
        zxp-13Hx1 1.19 21.9 0.69 2.54 10 0.19 0.78 4.22 0.07 0.03 0.01
        zxp-15Hx1 0.29 6.87 0.14 3.93 10 0.34 0.79 2.89 0.15 0.34 0.18
        zxp-17Hx1 0.35 5.64 0.26 3.22 20 0.37 0.8 3.13 0.2 0.98 0.17
        zxp-19Hx1 0.17 3.02 0.08 3.51 10 0.28 0.79 2.6 0.17 0.33 0.22
        zxp-21Hx1 0.24 4.45 0.12 3.79 10 0.34 0.8 3.19 0.27 0.67 0.17
        zxp-23Hx1 0.17 3.25 0.1 2.87 10 0.28 0.79 2.87 0.25 0.52 0.18
        zxp-25Hx1 0.14 2.7 0.12 3.43 60 0.31 0.8 2.83 0.19 0.37 0.2
        zxp-27Hx1 0.15 3.93 0.04 3.35 10 0.37 0.82 3.77 0.09 0.23 0.12
        zxp-28Hx1 0.11 5.18 0.06 2.18 0 0.42 0.78 3.94 0.14 0.34 0.14
        平均值 0.31 10.86 0.4 3.12 16.15
        地壳元素丰度 0.2 1.1 0.08 1.7 1.2
        富集系数 1.55 9.87 5 1.84 13.46
      • 研究区主量元素含量及特征参数见表25 [14-16]。由表可看出筇竹寺组泥页岩SiO2含量51.33%~73.27%,Al2O3含量12.00%~16.30%,样品BaO含量较高,为0.05%~0.14%。

        对主量元素在沉积岩中的含量分析,可以用来判别沉积岩的沉积环境、沉积物来源及生物、热水作用等。Sugisaki et al.[14]认为MnO/TiO2的比值可以用来判别沉积岩的沉积环境:MnO/TiO2<0.5时为大陆坡或边缘海环境;而MnO/TiO2介于0.5~3.5时,形成于大洋底环境。研究区MnO/TiO2比值介于0.01~0.15,表明形成于大陆坡或边缘海环境。

        Murray et al.[15-16]认为(Al2O3N/(Al2O3+Fe2O3N(分子数之比)可以作为构造环境判别的合理标准。当(Al2O3N/(Al2O3+Fe2O3N比值在0.6~0.9时,沉积环境为大陆边缘环境;当(Al2O3N/(Al2O3+Fe2O3N比值在0.1~0.4时,为洋脊海岭环境。研究区(Al2O3N/(Al2O3+Fe2O3N比值在0.76~0.95之间,平均0.84(图5表5),表明其形成于大陆边缘环境。

        (Al2O3)/(Al2O3+Fe2O3)-Fe2O3/ TiO2判别图主要位于大陆边缘环境,少数处于与远洋沉积环境的过渡区域(图5[6],表明沉积于浅水陆棚沉积环境,并逐渐向深水沉积环境过渡的区域。

      • 锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩ΣREE较高,为180.60~550.55(表3),表明该区泥页岩对稀土元素具有一定程度的富集,其中上部黄色、灰色泥页岩、粉砂岩一般为180~200,底部两件黑色页岩(粉砂岩),分别为491.61及550.55,突然增高,表明黑色岩系对稀土元素具有极大的富集作用。该区LREE/HREE为2.13~9.71,9.71为极个别值(ZXP-4Hx1),一般为2~3;[w(La)/w(Yb)]N为1.00~6.73,6.73为极个别值(ZXP-4Hx1),一般为1.25左右;样品经北美页岩标准化后呈较为平坦的曲线[17],略向右倾斜,表明轻稀土有弱富集作用(图6)。

        Winde et al. [18]认为自然界的Ce为变价元素,有Ce3+和Ce4+两个价态,一般情况下Ce对氧化—还原条件的反映比较敏感:在氧化环境下,氧化作用会使得低价的Ce3+转化为高价的Ce4+,Ce4+很难溶解,因而海水中Ce出现亏损而成为负异常,导致沉积物中的Ce呈现正异常;相反,当处于缺氧环境下,Ce元素被还原以Ce3+形式释放到水中,导致海水由负Ce异常向正异常转化,沉积物中Ce就会亏损,呈现负异常。该区筇竹寺组泥页岩δCe均为负异常,呈0.72~0.96之间变化(表3),平均值0.91,表明形成于缺氧还原的环境,其中最小值0.72,对应于ZXP-4Hx1炭质泥岩,表明处于所有样品中最缺氧的环境。

        Eu同样属于变价元素,有Eu2+和Eu3+两种价态,Eu异常主要取决于Eu2+、Eu3+的平衡。一般情况下Eu呈Eu3+,而在强酸、还原条件下Eu3+被还原为Eu2+,引起海水中Eu亏损,沉积物中Eu富集;而在碱性、氧化条件下,Eu2+被氧化成Eu3+,引起海水中Eu富集,沉积物中Eu亏损[19-20]。该区筇竹寺组泥页岩稀土元素δEu均为正异常,呈1.12~1.29之间变化(表3),表明为酸性、还原环境。

        图  5  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)⁃Fe2O3/TiO2判别图

        Figure 5.  The discriminant diagram of Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)⁃Fe2O3/TiO2 in the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

        表 5  锌厂沟剖面筇竹寺组主量元素特征参数值

        Table 5.  Characteristic parameter values for the principal elements of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

        样品编号 岩性 MnO/TiO2 (SiO2N/(Al2O3N AlN/(Al+Fe+Mn)N SiN/(Si+Al+Fe)N (Al2O3N/(Al2O3+Fe2O3N
        zxp-1Hx1 炭质粉砂岩 0.04 7.81 0.82 0.76 0.85
        zxp-4Hx1 炭质泥岩 0.03 7.75 0.85 0.77 0.87
        zxp-9Hx1 钙泥质粉砂岩 0.08 8.91 0.92 0.80 0.93
        zxp-11Hx1 泥质粉砂岩 0.01 8.17 0.93 0.79 0.95
        zxp-13Hx1 泥质粉砂岩 0.01 8.81 0.90 0.80 0.93
        zxp-15Hx1 粉砂质泥岩 0.09 5.90 0.73 0.68 0.81
        zxp-17Hx1 钙质泥岩 0.10 5.56 0.70 0.66 0.80
        zxp-19Hx1 粉砂质泥岩 0.13 5.72 0.68 0.66 0.80
        zxp-21Hx1 粉砂质泥岩 0.11 5.89 0.70 0.67 0.80
        zxp-23Hx1 粉砂质泥岩 0.14 6.08 0.70 0.68 0.80
        zxp-25Hx1 粉砂质泥岩 0.15 6.00 0.69 0.68 0.81
        zxp-27Hx1 泥岩 0.11 5.86 0.73 0.68 0.83
        zxp-28Hx1 粉砂质泥岩 0.14 8.11 0.64 0.72 0.76

        图  6  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩稀土元素配分模式图

        Figure 6.  Distribution patterns of rare⁃earth elements in the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

        当沉积物中La/Ce比值小于1时,认为其沉积过程中受到热水作用的影响[20]。在La-Ce关系图上(图7),13个样品La/Ce值全部小于1,为0.39~0.91,0.91为个别值(图7),均值0.55,表明其沉积过程中有热水作用的参与。为研究该区稀土元素的物质来源,对该区筇竹寺组13件泥页岩作了La/Yb-Ce/La关系进行了作图,样品主要落点于深海沉积物、铁镁岩、海底玄武岩的共同区域内,仅一个点位于上述三个区以外(图8[21]

      • 研究区微量元素含量及地壳丰度值见表4图9 [5-13],从表中可以看出筇竹寺组泥页岩对微量元素具一定的富集现象。富集系数在4倍以上的有Hf、Pb、W、Ag、Au四个元素,其中Au富集系数最大,可达13.86;富集系数在2~4倍的有Th、U两个元素;富集系数在1~2倍的有Rb、Ba、Ga、V、Zn、Mo、Cd、Sn、Zr八个元素;富集系数小于1的Ta、Nb、Sr、Cr、Co、Cu、Ge、In、Mn九个元素。总的来说,大部分微量元素具一定的富集现象,少部分微量元素存在贫化现象。对微量元素采用原始地幔标准化生成的蜘蛛图(图10)可以看出[22-23],U、Pb明显富集,Nb、Sr明显亏损,Ce、Eu相对弱亏损,Th、La、、Nd、Hf、Gd相对弱富集。

        图  7  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩La⁃Ce关系图

        Figure 7.  La⁃Ce relation diagram for the mud and shale of Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

        图  8  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩La/Yb⁃Ce/La关系图

        Figure 8.  La/yb⁃ce/La diagram for the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

        图  9  锌厂沟剖面筇竹寺组地球化学剖面

        Figure 9.  Geochemical profile of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

        根据前人的研究,较高的Ba、U含量可作为海水热水沉积的判别标准[24]。研究区筇竹寺组泥页岩Ba、U含量普遍较高。Ba的含量474~1 240(图9表4),平均776.38,为地壳平均值的1.99倍(Ba的地壳丰度值为390[5]);U的含量为2.54~21.20,平均17.70,为地壳平均值的2.97倍(U的地壳丰度值为1.70[5])。这些表明,该区筇竹寺组在沉积过程中可能有热水作用的参与。

        图  10  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩微量元素蜘蛛图

        Figure 10.  Spider diagram of mud and shale trace elements from the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

        据Anderson et al.[25]的研究,在非缺氧沉积环境下,Mo的含量在2(单位10-6,下同)以下,Mo在缺氧的沉积环境中,具有较高的含量,含V较高的岩石一般在还原条件下形成。该区筇竹寺组泥页岩,ZXP-1Hx1、ZXP-4Hx1为筇竹寺组底部的黑色炭质粉砂岩、黑色炭质泥岩,Mo分别为4.47和3.74(图9表4),为13件样品最大值,反映为缺氧还原环境;另在ZXP-11Hx1、ZXP-28Hx1分别为2.62、2.85,其余均小于2,反映往上还原程度逐渐减弱,局部仍出现还原环境,为水体深度震荡,局部加深的结果。剖面测量过程中17层、27层附近分别为两层深灰色泥岩,水体较深,样品局部Mo增大可能受此影响。就V值而言,底部ZXP-1Hx1、ZXP-4Hx1两件黑色泥(粉砂)岩值较大,分别为110、106(图9),ZXP-17Hx1、ZXP-27Hx1灰色泥岩分别为205、226,其余样品值则较小,反映了V值与沉积环境具一定的对应关系。

        Cronan[26]认为,一般情况下Zn、Ni、Cu元素主要来源于原生的热水环境,Co元素则主要来自于水成的沉积环境。在Zn-Ni-Co三角图中[10],该区样品主落点于Zn-Ni一侧,并主要落于热水沉积物范围内(图11),反映了筇竹寺组泥页岩沉积过程中热水作用的参与。Boström et al.[6]认为,通常情况下热水环境形成的沉积岩,一般U/Th>1,而正常环境下形成的沉积岩U/Th<1。研究区13件样品U/Th值介于0.19~0.83(图9),以底部ZXP-1Hx1最大(0.83)。在U-Th关系图(图12)样品落点于正常远洋沉积的范围。因此,综合各学者提出的参数指标,认为该区筇竹寺组泥页岩沉积过程中,可能在一定程度上受到热水作用的影响,并以底部影响最为明显。

        图  11  锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩Zn⁃Ni⁃Co三角图

        Figure 11.  Triangular diagram of Zn⁃Ni⁃Co for the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

        图  12  锌厂沟剖面筇竹寺组U⁃Th关系图

        Figure 12.  U⁃Th relation diagram for the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

        微量元素(Co、Zn)在沉积物中的含量也可作为沉积环境判别的依据。Toth[13]认为,当沉积物质来源于热水成因时,Co/Zn比值一般比较小,其平均值为0.15;而来源于其他环境的沉积物质时(如锰结壳或结核),Co/Zn比值一般为2.5左右。研究区筇竹寺组泥页岩Co/Zn比值0.01~0.22,平均值0.14,表明其沉积时受到热水作用的影响。

        V和Ni都集中于由叶绿素分离出来的卟啉化合物中,在还原的酸性条件下(静水盆地中),V4+最稳定;而Ni的溶解度不受氧化还原条件的影响,在缺氧的条件下可以形成Ni的硫化物[27]。静海和缺氧环境中卟啉的(V)N/(V+Ni)N的值大于0.5,而氧化条件下小于0.4[28]。Dill[29]认为V也可以吸附于矿物表面,因此,岩石中V的含量比单纯的卟啉中有所增高,致使上述比值相应地大于0.57和小于0.46。Tyson et al.[7],Jones et al.[8],Wignall[9]根据底水中溶解氧的含量,将盆地水体划分为三种类型:氧化的溶解氧在水体中的含量大于2 mL/L;弱氧化的2~0.2 mL/L;缺氧的0.2~0 mL/L。同时给出了区别它们沉积环境的微量元素地球化学标志:当(V)N/(V+Ni)N为1~0.83时为静水环境,当比值为0.83~0.57时为缺氧环境,当比值为0.57~0.46时为弱氧化环境,当比值<0.46时为氧化环境。研究区筇竹寺组泥页岩(V)N/(V+Ni)N比值0.75~0.90,平均0.81,从上述参数反映为缺氧环境沉积。

        谢桂青等[11]对沉积岩的海洋沉积环境进行了研究,认为只有沉积环境为深海至滞留浅海才会形成(Sr)N/(Ba)N小于1的岩石。研究区筇竹寺组比值(Sr)N/(Ba)N为0.07~0.27(图9),平均0.17,表明形成于较深水的海洋环境。

        夏菲等[12]提出(Cu)N/(Zn)N比值用来判断沉积岩的沉积环境,当(Cu)N/(Zn)N比值较大时沉积环境为较还原的环境,当(Cu)N/(Zn)N比值较小时为较氧化的环境。具体而言,当(Cu)N/(Zn)N比值在0.2~1.0时表示沉积环境为缺氧环境,当(Cu)N/(Zn)N比值<0.2时沉积环境为氧化环境。研究区筇竹寺组泥页岩(Cu)N/(Zn)N比值仅ZXP-11Hx1、ZXP-13Hx1小于0.2,分别为0.12、0.03,其余主要分布于0.23~0.36,总体平均值0.37,最大值0.98对应ZXP-17Hx1灰色泥岩(图9),因此,该区筇竹寺组整体为缺氧的还原环境。ZXP-17Hx1野外剖面测量分析为深水陆棚沉积环境,与微量元素分析结果较为一致。

      • 关于滇东北昭通地区,筇竹寺组的沉积物来源,主量元素(Al)N/(Al+Fe+Mn)N比值及(Si)N/(Si+Al+Fe)N比值,表明沉积物来自陆源及碎屑物源区;主量元素特征参数MnO/TiO2、(Al2O3N/(Al2O3+Fe2O3N及(Al2O3)/(Al2O3+Fe2O3)-Fe2O3/TiO2判别图主要表明该区筇竹寺组形成于大陆坡或边缘海;在La/Yb-Ce/La关系图中(图8),样品主要落点于深海沉积物、铁镁岩、海底玄武岩的共同区域内,仅一个点位于上述三个区以外。近年来的研究表明,康滇古陆发育1 500~1 700 Ma中元古代东川群、会理群深水相灰黑色板岩(泥岩)、深水浊流成因灰色变凝灰质砾岩、枕状玄武岩、辉绿岩、A型花岗岩等,其中球颗玄武岩显示为大陆板内低钛拉斑海相玄武岩,形成于伸展构造环境,A型花岗岩亦被认为是非造山伸展环境—板内裂谷构造环境,鉴于上述等依据,东川群、会理群被认为是Columbia超大陆裂解的产物[30-32],主要为一套深水相砂泥岩及海相基性火山岩建造。因此,从筇竹寺组沉积物源示踪及康滇古陆中元古沉积建造来看,东川群、会理群很可能为东侧的滇东北昭通地区筇竹寺组提供深海沉积的砂泥岩(后经格林威尔造山运动形成砂板岩)、以及海底喷发的海相玄武岩、铁镁质岩等,其中图8中位于主要落点外的一个点则可能来自康滇古陆的中元古代花岗岩。由于康滇地轴元古代以上沉积地层现今已多不存在,是沉积缺失还是后期剥蚀不清楚,以往对康滇古陆沉积相编图都是基于周边沉积建造进行的分析。本次基于地球化学分析,可认为在筇竹寺期康滇地轴是一物源区和古隆起,研究区位于康滇古陆东缘的大陆坡或边缘海,这为该区沉积环境的划分提供了地球化学的依据,与李延钧等[4]关于川南筇竹寺组沉积微相分析的认识是一致的。同时,从锌厂沟剖面筇竹寺组泥页岩岩石学成分可看出,该区岩石呈典型的碎屑结构,其碎屑颗粒呈粉砂级,直径约0.05 mm,石英含量不高(33~45,平均40),这一方面是较长距离搬运的结果,与源区沉积物颗粒较细、石英含量不高也有着密切的关系。从上面的分析,筇竹寺组物源主要来自主要来东川群、会理群颗粒较细的泥岩(板岩)以及石英含量不高的基性岩,少有石英含量较高的花岗岩。因此,从岩石学特征及岩石结构,也反映了该区筇竹寺组泥页岩物源特征。

      • 关于滇东北昭通地区筇竹寺组沉积环境,微量元素Mo、V反映底部为还原环境,往上有两次水体短暂加深还原过程,(V)N/(V+Ni)N比值反映为缺氧环境沉积,(Sr)N/(Ba)N比值表明形成于较深水的海洋环境,(Cu)N/(Zn)N比值表明整体为缺氧的还原环境,往上有局部加深过程,且上部局部缺氧程度稍弱;稀土元素北美页岩标准化后呈较为平坦的曲线,略向右倾斜,轻稀土有弱富集作用。δCe表明形成于缺氧还原的环境,底部为最缺氧的环境;δEu表明为酸性、还原环境。上述特征与野外剖面测量沉积相的分析是一致的,筇竹寺组底部为深水陆棚还原环境,上部总体为浅水陆棚沉积环境,局部(17层、27层)有水体加深为深水陆棚沉积环境。总体上该区以浅水陆棚为优势相,以缺氧还原的沉积环境为特点,形成于较深水的海洋环境,底部最为缺氧,向上由于沉积物的加积作用和短期地壳沉降,水体总体逐渐变浅,局部缺氧程度减弱,并在局部显示为再次缺氧环境。稀土元素中反映存在酸性环境,这一特征可能与底部炭质页岩和中上部灰色泥岩有机质成熟,有机酸的形成有关。

      • 关于该区筇竹寺组的生物、热水作用及元素的富集,主量元素(SiO2N/(Al2O3N比值及微量元素Ba、U含量、Zn-Ni-Co三角图、U/Th比值、Co/Zn比值表明有生物或热水作用的参与;微量元素中Rb、Ba、Ga、V、Zn、Mo、Cd、Sn、Zr有明显的富集。李胜荣等[33]研究了湘黔寒武系底部黑色岩系的贵金属来源,认为其可能与海水喷流作用有关,系由海底热水通过深循环汲取元古宙武陵期基性—超基性岩物质的产物,在喷流作用最强地段很可能形成具工业价值的多元素矿床。事实上,在震旦纪灯影期也表现出热水沉积特征。彭军等[34]研究了扬子板块东南缘震旦系留茶坡组和老堡组硅质岩特征,显示为热水沉积。近年来,在中上扬子牛蹄塘组(筇竹寺组)与灯影组(留茶坡组/老堡组)界面发现多层凝灰岩[35-36]。这些凝灰岩的发现表明,牛蹄塘组(筇竹寺组)与灯影组(留茶坡组/老堡组)界面的火山活动为牛蹄塘组(筇竹寺组)热水沉积提供了热源条件。而该区,筇竹寺组沉积物有生物作用的参与,则可能与寒武纪生物大爆发有着密切的关系。事实上,牛蹄塘组(筇竹寺组)与灯影组(留茶坡组/老堡组)之间不仅有小规模火山活动,还表现出差异性隆升和隆凹相间的裂谷盆地格局,是桐湾运动的结果[37]。在研究区筇竹寺组厚385.69 m,底部黑色页岩厚19.57 m,以浅水陆棚为优势相带;在昭通以东的镇雄昭101井,筇竹寺组厚524 m,以深水陆棚为优势相带;再往东再往东至镇雄县芒部镇芒1井,筇竹寺组厚418 m,为一水下隆起。在镇雄一带,为一凹陷槽。据此,建立了研究区及邻区的沉积模式,自西向东依次为康滇古陆—潮坪—浅水陆棚—深水陆棚—水下隆起(图13)。

      • 在上扬子地区,与筇竹寺组大致同期沉积是牛蹄塘组,但二者在空间分布及岩石组合特征有一定的差别。牛蹄塘组主要分布于扬子东南缘渝东南秀山及湘西一带,主要为黑色碳质页岩,偶夹硅质岩及磷块岩,在湘西尚可见重晶石产出,底部缺失麦地坪组(或梅树村组、渔户村组),与灯影组白云岩平行不整合接触,顶部为明心寺组(或耙榔组)黄绿色泥页岩,厚约110 m;筇竹寺组主要分布于康滇古陆东缘,下部为黑色炭质页岩,上部为黄绿色泥页岩,下部与下寒武统麦地坪组(或梅树村组、渔户村组)含磷地层平行不整合接触,上部见沧浪铺组紫红色泥页岩,厚300~500 m。在前人研究基础上,认为研究区筇竹寺组与扬子东南缘牛蹄塘组在地球化学特征有明显的差异。

        图  13  康滇古陆东缘筇竹寺组沉积模式图

        Figure 13.  Sedimentary patterns of the Qiongzhusi Formation in the eastern margin of the ancient Kangding⁃Yunnan land

        就稀土总量而言,在研究区ΣREE 值为180.60~550.55,平均值为254.91,在渝东南秀山ΣREE值为140.25~211.73,平均值为182.03,在湘西黑色岩系重晶石为52.01,硅质岩为62.36~73.16,石煤为195~261,磷块岩为866~1 849[38-39]。因此,稀土总量与岩性密切相关,滇东北筇竹寺组底部主要为黑色页岩,渝东南秀山牛蹄塘组底部为黑色页岩夹硅质岩或互层,黑色页岩或磷块岩或具有较到的吸附性,而硅质岩、重晶石吸附能力较弱;δCe在研究区0.72~0.96,平均0.91,渝东南秀山0.86~1.03,平均0.97,湘西硅质岩和磷块岩中分别为0.20~0.43和0.33~0.46。δEu在研究区1.12~1.29,平均1.19,渝东南秀山1.16~3.48,平均2.56,湘西黑色岩系重晶石和硅质岩1.12~3.32。根据前述判别标准,δCe、δEu反映的总体情况,渝东南秀山及湘西牛蹄塘组比滇东北筇竹寺组具有更具还原和酸性环境。

        就微量元素富集而言,在研究区,Ni含量12.9~58.2,平均41.85,在渝东南秀山一带Ni含量13.69~238.57,平均134.76,在湘西Ni含量一般大于92;Mo在研究区含量0.49~4.47,平均1.77,在湘西多大于44,在这一地区的石煤中可达187;V在研究区86.60~226.00,平均149.12,在渝东南秀山一带含量在130.94~1 114.04之间,平均504.68,在湘西可见形成工业矿床,测试分析含量112.03~4 834.23,平均2 057.56;Ge在研究区0.92~1.67,平均1.36,在湘西桃源、沅陵一带比较富集,含量在200~400;Mn在研究区54.21~766.71,平均488.50,在湘西一般为202~852;在研究区Ba含量为474.00~1 240.00,平均776.30,而在渝东南秀山Ba含量1 353.75~17 689.80,平均9 366.19;U在研究区2.54~17.7,平均5.05,在渝东南13.95~106.08,平均54.61[38-39]。因此,重庆东南秀山一带及湘西牛蹄塘组微量元素较滇东北地区筇竹寺组更为富集,反映的热水作用更为强烈。

        就一些特征参数而言,U/Th在研究区0.19~0.83,平均0.35,渝东南秀山1.28~12.01,平均6.19,在湘西大部分大于1,甚至接近100;Co/Zn在研究区0.01~0.22,平均0.14,渝东南秀山0.03~0.22,平均0.08;(V)N/(V+Ni)N在研究区0.75~0.90,平均0.81,在渝东南秀山0.75~0.92,平均0.83;(Sr)N/(Ba)N在研究区为0.07~0.27,平均0.17,渝东南秀山0.02~0.23,平均0.06;(Cu)N/(Zn)N在研究区为0.03~0.98,平均0.37,渝东南秀山0.22~1.29,平均0.50 [38]。根据前述的判别标准,渝东南秀山及湘西地区反映出比滇东北地区热水作用更为强烈,为更为缺氧、还原,更为酸性的环境,水体更深。

        渝东南秀山及湘西地区位于扬子东南缘典型的被动大陆边缘,综合以上分析,认为该区牛蹄塘组较滇东北地区筇竹寺组,反映出热液活动更为强烈,微量元素更富集,水体更深,更为缺氧、还原和酸性环境。事实上,渝东南秀山及湘西地区牛蹄塘组及灯影组普遍见硅质岩,在湘西甚至可见重晶石,这些都是该区热水作用较为强烈的表现。

      • 云南省昭通市昭阳区锌厂沟位于康滇古陆东缘,在剖面测量及样品采集的基础上,建立了该区下寒武统筇竹寺组的地球化学剖面特征,为该区筇竹寺组沉积古地理分析、物源分析、形成环境分析等提供了定量的地球化学数据。基于以上的论述,有如下结论:

        (1) 主量元素比值及特征参数(Al)N/(Al+Fe+Mn)N、(Si)N/(Si+Al+Fe)N、MnO/TiO2、(Al2O3N/(Al2O3+Fe2O3N,(Al2O3)/(Al2O3+Fe2O3)-Fe2O3/TiO2判别图,稀土元素La/Yb-Ce/La关系图及物源分析表明,滇东北昭通地区筇竹寺组物源主要来自康滇古陆中元古界东川群、会理群砂泥岩、海相玄武岩,并可能有少许同时代花岗岩,筇竹寺组形成于康滇古陆东缘大陆坡或边缘海,与沉积相分析的浅水陆棚环境较为一致。在综合分析筇竹寺区区域厚度变化及综合研究基础上,建立了筇竹寺组沉积模式,自西向东为康滇古陆—潮坪—浅水陆棚—深水陆棚—水下隆起。

        (2) 稀土总量ΣREE较高,特别是在底部黑色页岩中更高,北美页岩标准化曲线呈平坦状,轻稀土弱富集。稀土元素δCe值、δEu值及微量元素Mo、V含量、(V)N/(V+Ni)N比值、(Cu)N/(Zn)N比值反映昭通昭阳区锌厂沟筇竹寺组底部为深水陆棚环境,上部总体为浅水陆棚环境,并在局部水体短暂加深为深水陆棚环境。总体上该区以浅水陆棚为优势相,以缺氧、酸性、还原环境为特点,形成于较深水海洋环境,底部最为缺氧,向上水体总体逐渐变浅,局部缺氧程度减弱,并在局部显示为再次缺氧环境。其酸性环境,可能与底部炭质页岩和中上部灰色泥岩有机质成熟,有机酸的形成有关。

        (3) 微量元素中Rb、Ba、Ga、V、Zn、Mo、Cd、Sn、Zr有明显的富集,主量元素(SiO2N/(Al2O3N比值及微量元素Ba、U含量、Zn-Ni-Co三角图、U/Th比值、Co/Zn比值表明有生物或热水作用的参与。其微量元素的富集与震旦系灯影组(留茶坡组/老堡组)和筇竹寺组(牛蹄塘组)之间桐湾运动期间的火山作用导致的热水喷流沉积有着密切的关系,沉积物中的热水作用参与有确切的火山作用依据。桐湾运动的差异隆升也是形成镇雄一带深凹槽的主导因素。沉积物中生物作用的参与,可能与寒武纪生物大爆发有着密切的关系。

    参考文献 (39)

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