安徽省宿州市寒武系饅頭組頁巖的地球化學(xué)特征及物源分析

徐星陽 吳燦燦

摘 要：安徽宿州地區(qū)分布大量寒武系饅頭組頁巖，記錄了當(dāng)時重要的地質(zhì)信息。通過對主微量元素特征進(jìn)行分析，研究了物源及源區(qū)風(fēng)化特征。通過研究可知：饅頭組頁巖CIA值為66.84～67.32，CIW值為98～98.2，PIA值為96.26～96.59，這表明饅頭組頁巖源區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈風(fēng)化作用;宿州饅頭組頁巖來源于長英質(zhì)火山巖源區(qū)，源區(qū)構(gòu)造背景為大陸島弧。

關(guān)鍵詞：饅頭組頁巖;寒武系;地球化學(xué)特征

中圖分類號：P595 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）11-0120-03

Abstract： A large number of cambrian steamed mantou shales are distributed in Suzhou area， Anhui Province， which recorded important geological information at that time. Based on the analysis of the main and trace elements in the shale of the Suzhou steamed head formation， the provenance and weathering characteristics of the source area of the shale of the mantou formation were studied. According to the study， the values of CIA， CIW and PIA of the shale of the mantou formation are 66.84～67.32， 98～98.2 and 96.26～96.59 respectively， which indicates that the source area of the shale of the mantou shales is strongly weathered. The source area of the Shale of the Suzhou mantou Formation is felsic volcanic rock， and the tectonic setting of the source area is continental island arc.

Keywords： shale of mantou formation;cambrian;geochemical characteristics

大量研究表明，碎屑沉積巖的地球化學(xué)特征可用于解釋源區(qū)組成和演化、古風(fēng)化條件以及沉積盆地的構(gòu)造背景[1，2]。與其他碎屑巖相比，頁巖的成分更接近源巖。頁巖的物質(zhì)成分能夠記錄物源的信息，從而推斷其風(fēng)化情況及物源組成[3]。因此，對頁巖地球化學(xué)特征進(jìn)行研究具有重要意義。

安徽宿州地區(qū)發(fā)育大量饅頭組頁巖，然而對其地質(zhì)意義的研究較少。基于此，本文擬通過元素地球化學(xué)手段研究饅頭組頁巖的碎屑物源區(qū)特征及風(fēng)化情況，為了解本區(qū)域古環(huán)境及構(gòu)造演化提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)在大地構(gòu)造位置上屬于華北地臺南緣淮北陷褶斷帶，地層區(qū)劃上屬華北地層區(qū)膠遼—徐淮分區(qū)。研究區(qū)地層主要為震旦系、寒武系和奧陶系地層，寒武系饅頭組地層出露明顯，發(fā)育多層紫紅色頁巖，總厚度較大，而在其相鄰的張夏組和猴家山組沒有發(fā)育頁巖地層。

2 樣品測試與分析

樣品采自安徽宿州市欄桿鎮(zhèn)鳳凰山饅頭組地層，共采取7塊樣品。樣品主量元素采用X射線熒光光譜儀測定，微量元素由ICP-MS測定，在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司測試完成，測試精度優(yōu)于5%。

3 地球化學(xué)特征

3.1 主量元素地球化學(xué)特征

饅頭組頁巖K2O含量為5.22%～5.81%，比Na2O含量高，說明頁巖中的鉀長石或含鉀礦物較多;（MgO+Fe2O3）的含量為9.18%～9.67%，平均為9.5%，說明頁巖中含有一定量的鎂鐵成分;Al2O3/（CaO+Na2O）的含量為18.36%～22.04%，平均為20.19%，說明頁巖中穩(wěn)定組分的相對含量較小。

ICV指數(shù)（Fe2O3+K2O+Na2O+CaO+MgO+MnO）/Al2O3可以用來評估控制碎屑沉積巖主量元素組成的礦物。一般高嶺石、云母的ICV值小于1，而鉀長石、斜長石的ICV值大于1。饅頭組頁巖ICV值為1.29～1.37，平均為1.31，暗示頁巖主量元素受到其造巖礦物的控制。表1為饅頭組頁巖主量元素組成表。

3.2 微量元素地球化學(xué)特征

宿州饅頭組頁巖稀土元素含量（REE）為192.9～286.78，平均值為213.69;輕稀土含量（LREE）為170.38～252.91，平均值為188.53，重稀土含量（HREE）為22.21～33.87，平均值為25.17，LREE/HREE為6.9～8.08，平均為7.51。（La/Yb）N為7.75～9.31，平均值為8.62，說明輕稀土元素（LREE）富集，且與重稀土元素分異明顯。Eu為0.55～0.58，平均值為0.56，具有明顯的負(fù)異常，認(rèn)為其源巖主要來源于上地殼。宿州地區(qū)寒武系豹皮狀灰?guī)r微量元素組成見表2。

4 討論

4.1 源區(qū)風(fēng)化作用

巖石被風(fēng)化時，Al、Ti、Sc、REE等穩(wěn)定元素殘留在原地被保存。用CIA、CIE和PIA等指標(biāo)用來評判巖石的風(fēng)化程度[4，5]。饅頭組頁巖CIA值分布范圍為66.84～67.32，平均值為67.12。由此，可認(rèn)為頁巖源區(qū)風(fēng)化程度中等。饅頭組頁巖CIW值為98～98.2，平均為98.09，PIA值為96.26～96.59。這兩個指標(biāo)說明頁巖源區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈風(fēng)化作用。不同指標(biāo)對源區(qū)風(fēng)化程度評價結(jié)果不同，可能是鉀交代作用所導(dǎo)致。

4.2 物源分析

重礦物的富集通常與沉積分選及再循環(huán)有關(guān)，Th/Sc的值不會受沉積再循環(huán)的影響而改變，該比值可以用于研究物源化學(xué)成分變化。由于Zr元素主要賦存于鋯石中，較穩(wěn)定，巖石再循環(huán)后，Zr/Sc的值會增大，因而Zr/Sc-Th/Sc圖解常用來判斷沉積物的分選程度、成分變化和重礦物富集程度。研究區(qū)樣品均靠近成分演化線，說明饅頭組頁巖成分被源巖控制，沒有經(jīng)歷沉積再循環(huán);樣品在圖上落在BFG線上，靠近F點(diǎn)，說明饅頭組頁巖主要為長英質(zhì)巖石（見圖1）。

宿州饅頭組頁巖La/Sc值為2.07～2.76，平均為2.22;Co/Th值為0.85～1，平均為0.95。從La/Sc-Co/Th關(guān)系圖上可以看出，宿州饅頭組頁巖亦落在長英質(zhì)火山巖附近（見圖2）。

4.3 源區(qū)構(gòu)造背景

巖石中Th、Sc、Zr、La等元素較為穩(wěn)定，受搬運(yùn)及沉積作用影響較小，可以用來判斷源區(qū)構(gòu)造背景。

據(jù)Th-Sc-Zr/10圖解可知（見圖3），宿州饅頭組頁巖所有樣品均落入大陸島弧區(qū)，可以認(rèn)為宿州饅頭組頁巖源區(qū)構(gòu)造背景應(yīng)為大陸島弧。

5 結(jié)論

①宿州寒武系饅頭組頁巖輕稀土元素富集，與重稀土元素分異明顯，Eu具有明顯的負(fù)異常。

②宿州寒武系饅頭組頁巖CIA值為66.84～67.32，CIW值為98～98.2，PIA值為96.26～96.59，說明源巖遭受強(qiáng)烈風(fēng)化。

③宿州饅頭組頁巖來源于長英質(zhì)火山巖源區(qū)，源區(qū)構(gòu)造背景為大陸島弧。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧雪祥，劉建明，Oskar Schulz，等.江南造山帶雪峰隆起區(qū)元古宙濁積巖沉積構(gòu)造背景的地球化學(xué)制約[J].地球化學(xué)，2003（5）：406-426.

[2]和政軍，李錦軼，莫申國，等.漠河前陸盆地砂巖巖石地球化學(xué)的構(gòu)造背景和物源區(qū)分析[J].中國科學(xué)（地球科學(xué)），2003（12）：1219-1226.

[3]盧海峰，王宗起，王濤，等.西秦嶺關(guān)家溝組物源分析[J].地質(zhì)學(xué)報，2006（4）：508-516.

[4]魏震洋，于津海，王麗娟，等.南嶺地區(qū)新元古代變質(zhì)沉積巖的地球化學(xué)特征及構(gòu)造意義[J].地球化學(xué)，2009（1）：1-19.

[5]屈紅軍，馬強(qiáng)，高勝利，等.鄂爾多斯盆地東南部二疊系物源分析[J].地質(zhì)學(xué)報，2011（6）：979-986.