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柴北缘托莫尔日特地区滩间山群碎屑岩组沉积环境及其地质意义.pdf

1、第 卷 第 期 年 月资源环境与工程 .收稿日期:改回日期:责任编辑:孙腾资助项目:东华理工大学研究生创新基金项目()第一作者:万淑敏()女 硕士研究生在读 地质资源与地质工程专业 从事地质资源研究 :通信作者:曹俊()男 副教授 博士 矿物学、岩石学、矿床学专业 从事矿产资源教学与研究 :万淑敏曹俊王启蒙.柴北缘托莫尔日特地区滩间山群碎屑岩组沉积环境及其地质意义.资源环境与工程():.():.柴北缘托莫尔日特地区滩间山群碎屑岩组沉积环境及其地质意义万淑敏 曹 俊 王启蒙(.东华理工大学 地球科学学院江西 南昌 .河南省地质矿产勘查开发局 第一地质勘查院河南 郑州)摘 要:柴北缘构造带是中国西

2、北地区重要的多金属成矿带 带内滩间山群因发育以锡铁山为代表的多个金属矿床而备受关注 前人对柴北缘滩间山群火山岩组做过大量的研究 但对碎屑岩组的研究相对薄弱 选取托莫尔日特地区滩间山群碎屑岩组的硅质岩为研究对象 在详细的野外地质调查基础上 开展全岩主量、微量元素分析 讨论硅质岩成因及其沉积环境意义 结果表明 托莫尔日特地区滩间山群硅质岩的 含量为 均值为 属低硅质硅质岩/()值介于 均值为 值为 均值为 稀土元素北美页岩标准化配分曲线具左倾、弱正 异常、弱负 异常特征 均指示了硅质岩的热水沉积成因 托莫尔日特地区滩间山群形成时代应为寒武纪早奥陶世 其中碎屑岩组发育有硅质岩 判断其形成于大陆边缘沉

3、积环境 它们可能代表了一套缺乏陆源碎屑来源、以洋内岛弧为主要沉积物源区的弧前沉积组合 这些特征表明 托莫尔日特地区滩间山群碎屑岩组具有弧前盆地充填物的结构和组成特征关键词:滩间山群 硅质岩 岩石地球化学 洋内岛弧 柴北缘中图分类号:.文献标识码:文章编号:():./.位于青藏高原东北部的柴达木盆地北部边缘(简称柴北缘)构造带是一个被柴达木地块、阿尔金断裂带和祁连地块(欧龙布鲁克微地块)所围限的复合碰撞造山带同时也是中国西北地区重要的 多金属成矿带 作为早古生代重要的板块边界该构造带以发育高压超高压变质岩、蛇绿混杂岩、花岗岩和滩间山群浅变质火山沉积岩为特征反映出柴北缘经历了复杂的构造演化过程包括

4、原特提斯洋的俯冲、陆陆碰撞及造山后伸展过程滩间山群断续分布在柴北缘赛什腾山、绿梁山、锡铁山一带为一套强烈变形的绿片岩相火山沉积岩组合同时因蕴藏锡铁山喷流沉积型 矿床、青龙滩和绿梁山火山块状硫化物型 矿床等而备受关注 根据岩石组合特征滩间山群总体分为火山岩组和碎屑岩组 与滩间山群火山岩组相比碎屑岩组的研究程度偏低造成滩间山群的时代归属、构造属性还存在较大争议 这些碎屑岩特别是硅质岩是造山带中广泛分布的岩石类型能为区域构造和沉积古环境演化研究提供重要信息本文以柴北缘托莫尔日特地区的滩间山群碎屑岩组硅质岩为研究对象在详细的野外地质调查基础上采用主量、微量元素地球化学方法探讨硅质岩的成因和沉积构造环境

5、旨在为柴北缘早古生代构造演化提供新的沉积学约束 区域地质背景柴北缘构造带呈 向狭长带状展布长约、宽 北以宗务隆山断裂与祁连地块相连南以柴北缘断裂带与柴达木地块相隔西到阿尔金断裂带截止向东延伸至鄂拉山断裂(图)以乌兰鱼卡断裂和宗务隆青海南山断裂为界柴北缘构造带由南至北可划分为三个次级构造单元:柴北缘早古生代结合带、欧龙布鲁克微地块和宗务隆晚古生代早中生代裂陷带 柴北缘构造带内各时代地层发育齐全 前寒武系地层主要有达肯大坂群、万洞沟群和全吉群其中达肯大坂群由片麻岩组合和云母片岩组合组成在柴北缘断续出露万洞沟群主要分布在滩间山万洞沟一带由下部岩组的炭质绢云片岩、钙质片岩、大理岩和上部岩组的斑点状千枚

6、岩组成全吉群主要出露在全吉山欧龙布鲁克山一带底部主要以砾岩和含砾长石砂岩为主中部为长石砂岩和石英砂岩上部以发育含叠层石碳酸盐岩为主 早古生界地层主要为滩间山群晚古生界地层主要为牦牛山组、城墙沟组、怀头他拉组和克鲁克组其中滩间山群主要由一套灰绿色的火山沉积岩组成牦牛山组由下部的砾岩、含砾砂岩、砂岩和上部的安山岩、粗面岩、安山质集块岩组成不整合于滩间山群和前寒武系变质基底之上城墙沟组、怀头他拉组和克鲁克组以灰岩、砾岩、砂岩、页岩夹少量煤线为特征 中生界地层包括煤沟组、采石岭组、红水沟组和犬牙沟组 新生代界地层主要以干柴沟组、油砂山组、狮子沟组和松散堆积物为主托莫尔日特地区的滩间山群自北向南分为三个

7、岩性组分别是中基性火山岩组、碎屑岩组、火山沉积岩组(图)北部的火山岩组由枕状玄武岩、安山岩和少量英安岩、火山碎屑岩组成具有典型的岛弧火山岩地球化学特征属于柯柯岛弧的组成部分其中的英安岩锆石 年龄为()表明该区滩间山群形成于晚寒武世 中部的碎屑岩组由硅质粉砂岩、凝灰质砂岩、硅质岩组成呈角度不整合上覆于柯柯岛弧火山岩之上并被奥陶纪英云闪长岩、花岗闪长岩()侵位 南部的火山沉积岩组主要由薄层状凝灰质泥岩、硅质岩和玄武岩、灰岩、辉长岩块体组成 在托莫尔日特东侧的石棉沟一带碎屑岩组不整合于蛇绿岩之上蛇绿岩中辉长岩和斜长花岗岩的锆石 年龄分别为()和()在托莫尔日特西侧上志留统下泥盆统牦牛山组(.)陆相碎

8、屑岩呈角度不整合上覆于滩间山群火山岩组和碎屑岩组之上 因此野外接触关系及相关测年研究限定了滩间山群碎屑岩组的沉积年龄为 地层剖面与层序特征.地层剖面特征为了详细了解托莫尔日特地区滩间山群碎屑岩组的层序及岩石学特征本次测制了青海省乌兰县赛什克乡托莫尔日特山南坡剖面(图)剖面起点坐标:东经、北纬 剖面描述如下:上覆地层:第四系角度不整合滩间山群碎屑岩组厚.(未见顶、底).灰绿色沉凝灰岩.灰绿色中细粒长石砂岩.灰绿色硅质粉砂岩.灰绿色沉凝灰岩.灰绿色硅质粉砂岩.灰紫色硅质粉砂岩.灰绿色安山质沉凝灰岩发育平行层理.灰紫色硅质粉砂岩.灰绿色安山质沉凝灰岩.灰紫色硅质粉砂岩.灰绿色安山质沉凝灰岩.灰绿色硅

9、质粉砂岩.灰褐色含砾凝灰岩砾石主要为硅质岩(图)、安山岩.灰褐色沉火山角砾岩(图).灰绿色硅质粉砂岩.灰绿色安山质沉凝灰岩.灰绿色硅质粉砂岩.灰绿色含砾凝灰质砂岩(图).灰绿色硅质粉砂岩.灰紫色硅质粉砂岩.灰黑色含砾安山质沉凝灰岩.灰绿色纹层状硅质岩(图)夹灰绿色中厚层状凝灰质砂岩.灰绿色含砾凝灰质砂岩含灰紫色撕裂状、不规则状硅质岩砾屑(图).灰绿色硅质粉砂岩发育平行层理.灰绿色与灰紫色硅质粉砂岩互层(图)局部夹厚 的薄层状凝灰质砂岩发育平行层理.灰绿色安山岩.灰绿色与灰紫色硅质粉砂岩互层.紫红色硅质粉砂岩局部夹薄层状硅质岩发育平行层理(图).灰色含硅质岩砾屑凝灰质砂岩局部可见粒序层理灰绿色硅

10、质岩砾屑呈竹叶状(图)灰紫色硅质岩砾屑呈撕裂状(图).灰绿色硅质岩与灰紫色硅质粉砂岩互层(图).灰绿色硅质岩(图、).资源环境与工程 年 图 柴北缘构造带()和托莫尔日特地区()地质简图(据参考文献修改)()().灰绿色硅质粉砂岩.灰绿色硅质岩.灰绿色粗安岩.灰色含砾凝灰质砂岩夹蚀变安山岩凝灰质砂岩中含紫红色撕裂状硅质岩砾屑.侵入接触下伏岩体:花岗岩.硅质岩段层序特征托莫尔日特地区滩间山群碎屑岩组发育的岩石类型主要包括硅质岩、硅质粉砂岩、含黏土质粉砂岩、凝灰质砂岩、沉凝灰岩等代表性岩石特征如下:()硅质岩 新鲜面呈灰绿色、灰紫色具隐晶质结构、块状构造由硅质及少量黏土质组成 硅质由隐晶状、霏细状

11、玉髓组成粒度一般.少部分因重结晶呈微粒状颗粒边缘模糊 黏土质呈微鳞片状、微鳞片集合体状粒度一般 .部分已变为绿泥石分布较杂乱 岩石中可见微粒状铁质呈星点状分布另见不均匀的碳酸盐化碳酸盐矿物和其他不透明矿物填充网状裂隙图 托莫尔日特山南坡滩间山群碎屑岩组剖面图 第 期万淑敏等:柴北缘托莫尔日特地区滩间山群碎屑岩组沉积环境及其地质意义.硅质岩中发育杏仁体构造.灰褐色沉火山角砾岩.硅质粉砂岩中灰绿色凝灰质砂岩夹层呈现为定向排列的砾石.灰绿色纹层状硅质岩.凝灰质砂岩中硅质岩砾屑(砾径约)边部发育软沉积变形构造.硅质粉砂岩出现灰绿色、灰紫色韵律层.硅质粉砂岩中发育平行层理.凝灰质砂岩中灰绿色硅质岩砾屑呈

12、竹叶状.凝灰质砂岩中灰紫色硅质岩砾屑呈撕裂状.灰绿色硅质岩与灰紫色硅质粉砂岩互层、.灰绿色硅质岩图 托莫尔日特地区滩间山群碎屑岩露头照片 ()硅质粉砂岩 新鲜面呈灰绿色、灰紫色具隐晶质、粉砂状结构块状构造由粉砂()、砂()、硅质()、黏土质()组成 粉砂、砂成分为长石、石英、岩屑呈次棱角状、棱角状粒度一般为.少部分为.长石包括斜长石、钾长石其中斜长石具黏土化、绢云母化钾长石具高岭土化 石英由单晶组成表面干净粒内具轻微波状消光 岩屑由于粒度细小成分无法辨认 硅质由隐晶状、霏细状玉髓组成粒度一般.分布于粉砂、砂粒间 黏土质由黏土矿物组成呈微鳞片状、微鳞片集合体状粒度一般.少部分变为绿泥石分布较杂乱

13、 岩石具不均匀碳酸盐化可见碳酸盐矿物填充网状裂隙柴北缘滩间山群经历了低变质强变形作用的改造主体为一套绿片岩相岩石组合仅有分布在托莫尔日特一带的碎屑岩组硅质岩段具有较为清楚的层序该套地层主要发育 种基本层序类型:主要位于沉积序列下部由灰色中厚层状凝灰质砾岩灰色中厚层状含砾屑凝灰质砂岩灰紫色中薄层状硅质岩组成(图)构成向上变细的旋回性层序凝灰质砂岩中资源环境与工程 年 局部可见平行层理和竹叶状、撕裂状硅质岩砾屑撕裂状硅质岩砾屑边部可见软沉积变形构造属风暴滞留沉积产物成因与竹叶状灰岩类似主要位于沉积序列中部由灰绿色中厚层状硅质粉砂岩灰紫色中厚层状硅质粉砂岩构成韵律层(图)主要位于沉积序列上部由(片理

14、化)灰绿色中厚层状硅质粉砂岩与灰绿色硅质岩构成韵律层(图)主要位于沉积序列上部主要由灰绿色中厚层状安山质沉凝灰岩与灰绿色中薄层状硅质岩组成互层(图)向上岩层厚度变薄图 托莫尔日特一带硅质岩段基本层序示意图 该区滩间山群碎屑岩组硅质岩段常发育层状、纹层状、竹叶状、撕裂状等沉积构造 层状、纹层状构造是硅质岩中普遍发育的沉积构造表现为中薄层状灰绿色硅质岩与灰紫色硅质岩(硅质粉砂岩)构成互层(图)或者其中一种颜色的硅质岩(硅质粉砂岩)与粒度较细的安山质沉凝灰岩组成互层这些硅质岩中局部可见纹层状构造纹层一般厚 (图)竹叶状构造主要发育在与硅质岩互层产出的凝灰质砂岩中表现为大量竹叶状硅质岩砾屑沿长轴定向排

15、列(图)分选较差砾屑长度为 长宽比约 撕裂状构造见于硅质岩上部的凝灰质砂岩中表现为灰紫色硅质岩砾屑被拉长呈“丝带”状两端变细且断续相连多数呈下凹上凸形态(图)指示岩石可能处于远离风暴中心、但风暴作用仍然较强的区域 采样与测试结果.样品采集与测试本次研究在滩间山群碎屑岩组采集硅质岩样品 件保证样品新鲜将其粉碎至 目后送检 样品检测在华北有色地质勘查局燕郊中心实验室完成检测项目为主量、微量元素含量 主量元素采用 射线荧光光谱法()检测其中 采用氢氟酸硫酸溶样、重铬酸钾滴定容量法测定分析精度优于 微量元素采用电感耦合等离子体质谱法()检测分析精度优于.测试结果硅质岩主量、微量元素分析结果见表、表 表

16、 硅质岩主量元素分析结果 项目/.烧失量././().注:烧失量单位为其他无量纲第 期万淑敏等:柴北缘托莫尔日特地区滩间山群碎屑岩组沉积环境及其地质意义表 硅质岩微量元素分析结果 项目/././.(/).(/).注:单位为 其他无量纲(/)为北美页岩标准化值 研究区硅质岩 含量最高变化范围为.均值为.其次为 含量为.均值为.含量为.均值为.含量为.均值为.含量为.均值为.含量为.均值为.含量为.均值为.其他主量元素含量均低于 区内硅质岩中微量元素含量整体很低但是指示热水作用的、等元素含量接近或略高于地壳丰度 区内硅质岩稀土元素总量 为.均值为.轻重稀土元素比值/为.均值为.表明轻稀土元素含量较

17、重稀土元素高 铕异常值 为.表现为弱正 异常 铈异常值 主要为.另有 个样品为.主要表现为弱负 异常 轻重稀土元素分异指标(/)为.表明以北美页岩为标准重稀土元素相对于轻稀土元素富集造成其配分曲线为轻微左倾特征(图)讨论.滩间山群的形成时代研究区牦牛山组呈角度不整合上覆于滩间山群且嘎顺一带牦牛山组碎屑岩的砾石成分包括来源于滩间山群的灰绿色、灰紫色硅质岩(硅质粉砂岩)由此判断滩间山群形成时代不晚于泥盆纪 本次研究将研究区北部分布于托莫尔日特赛坝沟蛇绿构造混杂岩资源环境与工程 年 图 硅质岩稀土元素北美页岩标准化配分曲线图 带的滩间山群归入蛇绿岩套认为其属于蛇绿岩上部基性火山熔岩变质而成并获得了赛

18、坝沟蛇绿岩 的锆石 年龄值 区内蛇绿岩形成于弧后盆地环境根据沟弧盆体系形成与演化机制认为滩间山群的形成时代应与蛇绿岩变基性火山岩时代接近即形成时代持续到早奥陶世同时本次研究从滩间山群碎屑岩组安山质沉凝灰岩样品中获得了 的锆石 年龄值(内部数据)与牦牛山组岩屑砂岩中碎屑锆石 的年龄值较为接近说明滩间山群形成的主体时代可能为寒武纪 近年来区域上关于滩间山群的年代学研究表明其形成时代下限可能为寒武纪如锡铁山地区滩间山群中酸性火山岩的锆石 年龄为()鱼卡沟地区侵入滩间山群下部变玄武岩的辉长岩的锆石 年龄为(.)综上分析认为研究区内滩间山群形成时代应为寒武纪早奥陶世.硅质岩的成因研究区硅质岩 含量为.低

19、于纯硅质岩(.)属低硅质硅质岩与火山活动有关硅质岩的 含量平均值(.)接近/()成因图解能够判别硅质岩的成因将本区硅质岩样品数据投入该图可见样品点均落入热水成因区(图)表明本区硅质岩为热水成因、含量在区分热水成因硅质岩与生物成因硅质岩方面具有较好效果 区内硅质岩/()值为.均值为.较典型热水成因硅质岩(/()相吻合 本区硅质岩 含量较高(.)、含量较低(.)暗示部分样品所表现出的热水活动并非十分强烈 区内硅质岩稀土元素总量 为.符合热水沉积硅质岩的标准()经北美页岩标准化后硅质岩稀土元素配分曲线显示出左倾、弱正 异常、弱负 异常的特征(图)与热水沉积硅质岩相似 热水参与的沉积成岩作用往往以正

20、异常为标志本区硅质岩的 值为.也指示了硅质岩的热水成因综上所述区内滩间山群碎屑岩组硅质岩为热水沉积成因且可能与火山活动有关.硅质岩的沉积环境.基于岩相学判断研究区黄德拉一带滩间山群火山岩组的岩性主要为绿泥绿帘片岩、绿泥斜长片岩原岩可能为岛弧安山岩英安岩流纹岩组合夹少量玄武岩属成熟岛弧火山岩组合较少出现沉积夹层其微量元素表现出典型的岛弧火山岩地球化学特征布拉格斯塔托莫尔日特山一带滩间山群火山沉积岩组的岩性主要为绿片岩、钙质绿片岩、安山质沉凝灰岩、凝灰质砂岩夹大理岩、条带状磁铁石英岩其中部分绿片岩和钙质绿片岩原岩可能为含有大量基性火山灰的岩屑砂岩大理岩原岩为可能含有少量长石、石英等碎屑的灰岩或内碎

21、屑灰岩 在布拉格斯塔一带可以观察到绿片岩与云母片岩构成类似“互层”的构第 期万淑敏等:柴北缘托莫尔日特地区滩间山群碎屑岩组沉积环境及其地质意义造应是残留的火山沉积韵律其形成于靠近火山喷发区的沉积盆地研究区滩间山群碎屑岩组的硅质岩沉积序列中凝灰质砂岩夹层底部发育具定向排列的硅质岩砾石且厚层状凝灰质砂岩可见大量竹叶状、撕裂状的硅质岩砾屑与典型的风暴沉积特征一致 其形成机理应是尚未完全固结的硅质软泥受到风暴潮(风暴浪)的扰动被打碎之后再沉积而成沉积水体的深度在风暴浪基面以上及正常浪基面以下 根据上述沉积现象判断该地区的硅质岩应该是形成于动荡的浅水环境而并非是前人认为的形成于深海半深海环境.基于岩石地

22、球化学判断硅质岩中 来源于大洋深部热液与陆源碎屑物质的加入有关硅质岩的/均值从洋中脊附近(.)大洋盆地(.)大陆边缘(.)逐渐降低 因此/值可判别硅质岩的沉积环境 本区硅质岩/值较低为.均值为.(表)与大陆边缘环境形成的硅质岩相近/()值也是判断硅质岩沉积环境的良好指标从洋中脊附近(.)逐渐升高 本区硅质岩/()值为.均值为.(表)属形成于大陆边缘环境 将本区硅质岩样品投入/()图解(图)可见其落在大陆边缘区域及附近图 硅质岩/()构造环境判别图解 /()和(/)值均是判断硅质岩沉积环境的重要标志硅质岩 从洋中脊附近(.)大洋盆地(.)大陆边缘(.)表现为递增规律而(/)值从洋中脊附近(.)大

23、洋盆地(.)大陆边缘(.)表现为递减规律 研究区硅质岩 为.(/)值为.显示出明显的大陆边缘型硅质岩特征研究认为形成硅质岩的富硅热水受控于内动力作用中的岩浆活动其沉积过程则受到外动力作用中的沉积成岩过程的约束两者共同控制了火山沉积体系和热水喷流系统的发育并且热水沉积硅质岩主要形成于地壳拉张环境 结合上述对硅质岩主量、微量元素组成的判别认为研究区滩间山群碎屑岩组硅质岩可能形成于靠近大陆边缘的弧后盆地 与 具有相似的地球化学特征但海水中 更易与碳酸根离子等结合导致海水具有高/值()远高于上地壳岩石、碎屑沉积物和热液流体()研究区硅质岩样品/值为.表明形成本区硅质岩的热液流体接受了海水的混合 加之本

24、区硅质岩样品缺乏强正 异常推断热液流体为低温类型 此外硅质岩样品 富集和 贫化的特征(/为.)进一步说明硅质岩的物质来源可能为热液流体由 .开发的/双组分混合模型图解可用于评估沉积过程中海水、高温热液和低温热液的相对比例 在图 中研究区硅质岩样品位于海水和低温热液之间区域远离高温热液区域说明低温热液与海水的混合可能发生在硅质岩沉积期间图 硅质岩/双组分混合模型图解(底图据参考文献)/资源环境与工程 年.地质意义区域上托莫尔日特地区滩间山群碎屑岩组夹持于柯柯岛弧和布拉格斯塔增生杂岩之间且不整合于蛇绿岩之上(石棉沟一带)这与弧前盆地的空间结构特征相一致 通过对该带上变基性火山岩及镁铁质超镁铁质岩块

25、、南部滩间山群火山岩的岩石地球化学研究以及对分布于两者之间的火山沉积岩系的沉积学分析认为区内蛇绿岩形成于弧后盆地环境 根据沟弧盆体系形成与演化机制认为滩间山群形成时代应与蛇绿岩变基性火山岩时代接近结合年代学研究结果认为该区滩间山群形成时代应为寒武纪早奥陶世前已述及本次研究识别了托莫尔日特地区滩间山群中发育的火山沉积成因硅质岩其具有偏高的/()值、高、弱负 异常、弱正 异常等特征沉积环境可能为大陆边缘的弧后盆地但热水活动并非十分强烈 它们可能代表了一套缺乏陆源碎屑来源、以洋内岛弧为主要沉积物源区的弧前沉积组合 这些特征表明托莫尔日特地区滩间山群碎屑岩组具有弧前盆地充填物的结构和组成特征 结论()

26、柴北缘托莫尔日特地区的滩间山群形成时代应为寒武纪早奥陶世()托莫尔日特地区滩间山群发育有火山沉积成因硅质岩其沉积环境为大陆边缘()托莫尔日特地区滩间山群碎屑岩组代表了一套缺乏陆源碎屑来源、以洋内岛弧为主要沉积物源区的弧前沉积组合参考文献:.:.():.:.:.():.():.张德全王富春李大新等.柴北缘地区的两类块状硫化物矿床:.锡铁山式 型铅锌矿床.矿床地质():.王惠初陆松年袁桂邦等.柴达木盆地北缘滩间山群的构造属性及形成时代.地质通报():.陈雷闫臻付长垒.柴北缘托莫尔日特滩间山群碎屑岩组的沉积环境与构造背景分析.岩石学报():.周思宇钟大康孙海涛等.地层中的硅岩:研究进展及展望.古地理

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