湘西、 黔北地区志留系稀土元素地球化学特征及其地质意义
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第22卷 第2期2008年4月现 代 地 质
GEOSCIENCE
Vol畅22 No畅2
Apr畅2008
湘西、黔北地区志留系稀土元素地球化学特征及其地质意义
李双建1,2,肖开华1,沃玉进1,龙胜祥1,蔡立国1(1畅中国石化石油勘探开发研究院,北京 100083;2畅中国地质大学能源学院,北京 100083)
收稿日期:20071012;改回日期:20071208;责任编辑:孙义梅。 基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(2005CB422108);科技部项目“中国南方志留系油气地质特征研究”(P05040)。 作者简介:李双建,男,博士后,1978年出生,地质与地球物理学专业,现主要从事沉积、石油地质等方面的研究工作。Email:lishuangjian@pepris畅com。
摘要:中国南方志留系是加里东运动末期沉积的一套以碎屑岩为主的地层,同时其底部广泛发育一套优质烃源岩,对该套地层沉积古环境和古构造背景的恢复有重要的地质意义。通过对中国南方湘西和黔北典型剖面系统的地球化学分析表明该区志留系泥岩的稀土总量较高,w(催LREE)/w(催HREE)及w(La)N/w(Yb)N等比值显示轻、重稀土分异明显,REE分布模式为明显的轻稀土元素富集、重稀土元素呈平坦状及显著的负Eu异常。以Ceanom值反映水体介质的氧化还原性,志留纪早期的海水还原性较强,更有利于有机质的保存并形成优质的烃源岩。将REE的分异程度作为一种指示剂来表征沉积物沉积速率,志留系剖面自下向上,w(La)n/w(Yb)n值有逐步降低的趋势,表明研究区志留系下部的沉积速率普遍比上部低,更有利于有机质聚集和保存。根据稀土元素组合及其比值特征,结合古地理研究成果,认为研究区的物源来自雪峰古隆起和黔中古隆起,源岩为花岗岩和沉积岩的混合。关键词:志留系;稀土元素;地球化学;古环境;物源中图分类号:P618畅7 文献标识码:A 文章编号:1000-8527(2008)02-0273-08
REEGeochemicalCharacteristicsandTheirGeologicalSignificationinSilurian,WestofHunanProvinceandNorthofGuizhouProvince
LIShuang唱jian1,2,XIAOKai唱hua1,WOYu唱jin1,LONGSheng唱xiang1,CAILi唱guo1
(1畅ExplorationandProductionResearchInstitute,SINOPEC,Beijing 100083,China;2畅ShoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing 100083,China)
Abstract:ThesedimentsofSilurianinSouthChinaaremaindetritalrocks,whichwereformedattheendofCaledonian.AsetofhighqualitysourcerocksdevelopedatthebottomofSilurian.Ithasanimportantsignifica唱tiontorevealthepalaeo唱environmentandtectonicsettingforthissequence.Thesystemicanalysisofgeochemis唱tryindicatesthattheamountofREEofSilurianinWestofHunanProvinceandNorthofGuizhouProvinceishigh.Theratiosof催LREE/催HREEandLaN/YbNshowthatthedifferentiationof催LREEand催HREEisobvious.TheREEdistributionpatternsarecharacterizedbyrichinLREEandobviouslynegativeEuabnormity.TheCeanomcanbeusedtorevealredoxofpalaeo唱ocean.ThereductioninEarlySilurianisstrongwithhighCeanom,whichisadvantageousfororganicpreservationandtheformationofgoodqualitysourcerocks.Thedif唱ferentialdegreeofREEcanalsobeusedtoreflectthesedimentaryrates.TheLan/YbnvaluesdecreasegraduallyfrombottomtotopinSilurian.ThesedimentaryrateatthebottomofSilurianislowerthanthatofuppersequence,soitismorefavorablefororganicaccumulationandpreservation.AccordingtothecharacteristicsofREEandtheirratios,combinedwithachievementsinpalaeo唱geography,itcanbedrawnthatprovenanceofthestudyareacomesfromXuefengandQianzhongpalaeo唱uplifts,andthesourcerocksaregranitesandsedimentaryrocks.Keywords:Silurian;REE;geochemistry;palaeo唱environment;provenance0 引 言稀土元素的化学性质的研究对揭示泥质岩的物源、古环境、古气候等具有重要意义。近些年来,稀土元素的研究广泛应用于沉积源区的确定、构造背景的分析、硅岩成因、沉积矿床成矿作用及其与地质事件和地壳演化的关系等诸多方面[1-8]。
早古生代末期,受华夏板块与扬子板块碰撞的影响,从晚奥陶世五峰期开始,扬子地区碳酸盐台地相结束并演化成了盆地相,整个志留纪扬子地区广泛沉积了一套以碎屑岩为主的海相地层,其中志留纪早期的黑色页岩沉积是一套优质的烃源岩,为南方油气藏的形成提供重要物质基础。前人对南方志留系的研究集中在奥陶纪末期与志留纪早期古气候变化、海平面变化、古生物灭绝事件和缺氧事件等问题上,而对志留系整套地层的沉积古环境、物源属性及构造背景恢复的研究较少[9-11]。本次研究以湖南省石门磺厂和贵州省
习水喉滩志留系剖面为对象,自下而上系统分析了该套碎屑岩地层中稀土元素地球化学特征,并探讨其古环境和古构造意义。
1 地质背景扬子地区志留系分布广泛,滇东、川、鄂、湘、黔一带露头上都非常发育。受加里东早期运动的影响,华南的东南区在寒武纪末期已有隆起趋势,黔中南及江南雪峰地区在加里东晚期亦已上升为陆,与华夏古陆连成一片,成为扬子地区通海的屏障;而川南、黔北、湘西以及中、下扬子长江沿线地区的下志留统龙马溪组大多与下伏上奥陶统呈平行不整合接触。晚奥陶世至早志留世,扬子地区的海域一度为半封闭滞留海,中志留世后,除黔南、滇东外的扬子地区逐渐抬升,志留纪末,广西运动结束了早古生代的沉积史[12-13]。
本次研究选取的剖面位于湘西—黔北地区(图1),靠近雪峰古隆起和黔中古隆起。石门磺厂剖面自下而上发育下统龙马溪组、罗惹坪组和中统的纱帽组。龙马溪组厚650m,主要为一套灰黑色、灰绿色页岩和泥质砂岩沉积,向上砂质增多;罗惹坪组厚839m,以灰绿色岩、粉砂质泥岩和含粉砂质页岩为主,少量为泥质粉砂岩及粉砂岩;纱帽组厚298m,主要为浅绿灰色、绿灰色粉砂岩夹少量砂质泥岩、泥质粉砂岩薄层或条带。习水喉滩剖面,志留系自下而上发育下统龙马溪组、石牛
图1 取样剖面位置图(底图据文献[13])
Fig畅1 Thelocationofsamplingsections
栏组和中统韩家店组。龙马溪组厚102m,主要为灰黑色中层状泥岩夹同色中层状泥质粉砂岩,水平层理发育;石牛栏组厚308m,下部为灰、暗灰色中、薄层状泥灰岩夹褐灰色薄层状灰质泥岩,上部为灰色、浅灰色厚层状泥质条带亮晶砂屑灰岩及亮晶生物屑灰岩;韩家店组厚248m,主要为深灰色泥岩(不显层状)夹灰色中、薄层状亮晶生物屑灰岩及生物泥灰岩。
2 样品与测试本次研究样品大多取自志留系下统,岩性以泥质岩为主。其中,在石门磺厂剖面龙马溪组取样14块,罗惹坪组取样4块;在习水喉滩剖面龙马溪组取样8块,石牛栏组取样4块。样品分布见图2。稀土元素测试采用电感耦合等离子质谱(ICP唱MS)方法完成,分析误差小于5%。所有测试均由
中国科学院地质与地球物理研究所地球化学实验室完成,分析结果见表1。
3 稀土元素地球化学特征湘西、黔北志留系碎屑岩样品的稀土元素分析结果(表1、表2)表明,两个剖面稀土总量(不包括Y)的变化较大,其中,在石门磺厂剖面该值介于84畅21×10-6~206畅16×10-6之间,平均值为138畅35×10-6;在习水喉滩剖面该值介于40畅64×10-6~203畅83×10-6之间,平均值为152畅41×
10-6。总体上,研究区志留系碎屑岩的稀土元素含量接近于大陆上地壳的平均稀土元素总量值(146畅4×10-6),大部分样品的稀土元素总量低于北
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