内蒙古满都胡地区塔尔巴格特组沉积相及地球化学特征

滕学建，程银行，杨俊泉，刘永顺，李艳锋，彭丽娜，李 影，刘 洋

（天津地质矿产研究所，天津 300170）

内蒙古满都胡地区塔尔巴格特组沉积相及地球化学特征

滕学建，程银行，杨俊泉，刘永顺，李艳锋，彭丽娜，李 影，刘 洋

（天津地质矿产研究所，天津 300170）

运用岩性－岩相和地球化学方法对东乌旗满都胡地区中晚泥盆世塔尔巴格特组碎屑岩进行了研究，探讨了其碎屑岩岩相、物源区及地球化学特征，将区内塔尔巴格特组划分为2种沉积相、5种沉积亚相。地球化学分析结果表明:塔尔巴格特组砂岩和泥岩具高SiO2、K2O和Al2O3/（Na2O+CaO）值，低CaO含量特征，其碎屑物质来源于相对稳定的大陆源区；稀土元素配分曲线具轻稀土富集，重稀土比较平坦，轻重稀土分留明显，砂岩（La/Yb）N=6.66～11.15，平均值为9.01，泥岩（La/Yb）N=4.7～7.39，平均值为6.14，并伴有明显的Eu负异常。在La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10构造环境判别图解中，多数落入被动大陆边缘区域；主量元素构造判别图中也显示具有被动大陆边缘和活动大陆边缘的特征。结合区域分析，笔者认为塔尔巴格特组碎屑岩形成于被动大陆边缘环境。

塔尔巴格特组；被动大陆边缘；地球化学；物源；中晚泥盆世；满都胡地区

1 引言

由于碎屑沉积岩包含了丰富的源区物质组成、构造环境及地质演化的信息[1]，其地球化学研究目前已被广泛的应用于制约物源区特征[2]。目前应用地球化学方法研究沉积岩的源区特征、构造背景已取得了较大的成功[3-4]。在我国，应用地球化学方法来判别盆地物源及沉积构造背景也取得了一些成果[5-6]。

内蒙古东乌旗满都胡地区位于贺根山北东42°方向约240 km处，隶属于兴蒙造山带的一部分[7]。该区不仅记载了华北板块和西伯利亚板块汇聚的历史，也保留了古亚洲洋扩张、消亡及古大陆碰撞对接的痕迹，同时产出了一系列的金属矿床（点）[8，9]，而这些矿床的容矿围岩多数为泥盆系地层，如朝不楞铁多金属矿、乌珠仁花铁多金属矿、吉林宝力格银金矿、阿尔哈达铅锌银矿等。研究区泥盆系地层分布非常广泛，成矿条件较好，多数学者对构造环境大多从火山岩[10]、花岗岩[11]、地层层序[12]和生物组合[13]等角度来分析，未开展过岩石地球化学特征研究分析。因此运用多学科方法对泥盆系地层进行研究具有重要意义。笔者在本文中通过选取满都胡地区中晚泥盆世塔尔巴格特组砂岩和泥岩样品，分析其岩石地球化学特征，结合岩性－岩相特征，分析沉积环境、判别其物源区、构造背景，为恢复满都胡地区中晚泥盆世大地构造背景提供一定的地质依据。

2 区域地质背景

本区隶属于兴蒙造山带东段（图1），地层主要有中上泥盆统塔尔巴格特组、上泥盆统安格尔音乌拉组、晚侏罗世满克头鄂博组、早白垩世白音高老组。

塔尔巴格特组下部为灰绿色、灰色薄层变质粉砂质泥岩、薄层变质粉砂岩夹薄层变质细粒杂砂岩，其中变质粉砂质泥岩中发育波纹层理、透镜状层理，砂岩中发育有板状交错层理；上部为浅黄色中厚－厚层变质含砾粗砂岩、中厚层中细粒变质长石石英砂岩、薄层中细粒变质岩屑长石砂岩，局部见有深灰色变质中细砾砾岩及灰岩透镜体等，在砂岩中多见平行层理、块状层理。地层厚为1 005.89 m（图2），其中含腕足Mucrospirifersp.,Elythasp.,Spinulicosta sp.,Leptostrophiasp.,Schuchertellasp.；珊 瑚 Heliophyllumsp.等化石，属于中泥盆世晚期－晚泥盆世早期。该组地层被满克头鄂博组、白音高老组火山岩不整合覆盖，并侵入有晚华力西期、燕山期岩体。

3 塔尔巴格特组岩相学特征及沉积相分析

3.1 岩相学特征

塔尔巴格特组（D2-3t）在满都胡地区默斯图查干一带（图1b）出露的岩石组合相对齐全（图2）。根据地层剖面的观察及室内综合分析，满都胡地区默斯图查干一带中晚泥盆世的沉积环境总体属滨－浅海环境，其代表性的岩石学特征如下：

图1 内蒙古东乌旗满都胡地区地质简图（据1/5万敖包查干等幅区域地质图改编）Fig.1 Geological sketch map of the Tarbaget area in the east Ujimqin Qi Manduhu,Inner Mongolia（Modified after 1/50000 Geological Map of the Qagan Obo）

（1）岩屑长石砂岩：灰黄色、灰色，中－中细粒砂状结构（图3），块状构造。发育平行层理，单层厚20～80 cm。主要由陆源砂屑、填隙物组成。其中陆源砂屑由长石、石英、岩屑、白云母等组成，次棱角状为主，杂乱分布，粒度0.05～1.1 mm不等。长石为斜长石、钾长石；石英粒内波状消光；岩屑成分为硅质岩、粘土岩、变质粉砂岩、安山岩、花岗岩等。填隙物由粘土质杂基及少量硅质胶结物组成，含量1%～5%。填隙状分布于陆源砂屑间，部分粘土质杂基已变为鳞片状绢云母等，硅质胶结物生长在石英砂粒边缘，成为石英的次生加大边。岩内见少量裂隙，被不透明矿物、硅质充填。副矿物主要有不透明矿物、磷灰石、锆石等。

（2）泥岩：灰绿色、黄绿色，泥质结构，薄层状构造。多发育水平、纹层层理，单层厚在0.5～8 cm。主要由陆源粉砂状长石、石英组成，重结晶明显，粒间镶嵌状分布，部分保留砂粒次棱角－次圆状外形，粒度0.01～0.05 mm。绢云母呈鳞片状，片径＜0.05 mm，首尾相接似线痕状、似线纹状定向分布，构成似板状构造。岩内见少量裂隙，被不透明矿物、次生石英充填。

3.2 沉积相分析

依据岩性、沉积构造等相标志，将该组初步划分为2种沉积相、5种沉积亚相（表1）。其中，后滨相为含砾长石粗砂岩夹薄层细砾岩，远滨相为中细粒长石岩屑砂岩，近滨相为细粒长石砂岩夹粉砂岩；浅海相为钙质泥岩、灰岩、泥岩等。地层下部为细砂岩、粉砂岩、泥岩夹中细粒长石（岩屑）砂岩为主，发育水平层理，上部为含砾粗砂岩、石英砂岩夹泥岩为主，多具平行层理、块状层理（图2），显示出从下到上层理变厚，粒度变粗的特征。

图2 满都胡地区泥盆系塔尔巴格特组剖面柱状图Fig.2 Histogram of the Devonian Tarbaget Fm.in Manduhu area

图3 满都胡地区砂岩显微照片Fig.3 The micrograph of the stanstone’s samples in Manduhu area

综合上述特征分析，研究区出露的塔尔巴格特组地层沉积碎屑物以粗碎屑为主，夹细碎屑岩，垂向向上具泥质减少、石英碎屑增多的变化趋势，多具块状层理，整体上反映了一套以滨－浅海相产物。根据1/25万地质资料分析，研究区邻近在个别地方发育火山岩或火山碎屑岩，表明当时地壳不稳定，即大面积的滨－浅海相沉积的同时伴随着局部的火山喷发。

4 塔尔巴格特组地球化学特征

4.1 样品分析方法

碎屑物颗粒的大小影响着沉积岩石地球化学特征[14]，为强调岩石化学数据的可比性，本次工作均选用相对比较新鲜的砂岩（6件）和泥岩（7件）为研究对象（采样位置见图1），其中主量元素化学全分析测试方法为X射线荧光光谱法（XRF），分析精度为2%。稀土元素测试和微量元素测试采用X Serise2等离子

表1 塔尔巴格特组岩相划分标志Fig.1 Types or sedimentary facies of the Tarbaget Fm.

4.2 主量元素特征

从表2可以看出，该区砂岩和泥岩的主要元素组成基本相近。砂岩中SiO2含量较高，为77.12%～86.08%，平均含量为78.24%，与被动大陆边缘的SiO2相似[15-16]；Al2O3/SiO2值多在0.11～0.22之间，平均值在0.14；K2O/Na2O值0.06～0.75，平均值为0.38，且不同样品差别较大。Al2O3/(Na2O+CaO)值低（1.95～2.86），平均值为2.44。

泥岩中SiO2含量相对稍低，为62.01%～70.27%，平均含量为65.34%；Al2O3=14.54%～19.47%，平均值在16.56%；MgO=0.4%～2.37%，平均值在1.49%；K2O/Na2O值0.82～42.75，且不同样品差别较大，平均值为10.06。Al2O3/(Na2O+CaO)值低（3.21～41.69），平均值为17.26，与后太古代澳大利亚页岩（PAAS）[17]具有一致的SiO2、Al2O3和K2O，较低的Na2O和CaO，以及较高的MgO含量，接近上地壳的平均组成。

4.3 稀土元素和微量元素

稀土元素的含量、特征比值和球粒陨石标准化分配模式分别见表2、图4。稀土元素含量总体较高（41～302）×10-6，平均为191×10-6，此外有两个样品含量较低，分别为67.4×10-6、83.51×10-6，整体表现为轻稀土富集，重稀土平坦，其中：砂岩中(La/Yb)N、(La/Sm)N、(Gd/Yb)N、LREE/HREE 值 分 别 为 6.66～11.15（平均值9.01）、3.61～4.48（平均值4.09）、1.19～1.84（平均值 1.44）、2.93～4.05（平均值3.61）。泥岩中(La/Yb)N、(La/Sm)N、(Gd/Yb)N、LREE/HREE值分别为4.7～7.39（平均值 6.14）、2.93～4.01（平均值为3.42）、1.01～1.42（平均值1.20）、2.33～3.17（平均值2.72）。

稀土元素球粒陨石标准化配分模式图显示铕异常较明显（δEu均小于1）、铈异常不明显的特征；泥岩分配曲线明显在砂岩之上，其整体上均与典型的后太古宙页岩和上陆壳[17]相似。

表2和图5显示砂岩和泥岩中大离子亲石元素Sr含量相对亏损，V、Co、Cr、Ni等铁镁族元素和Zr、Hf、Th等高场强元素的含量总体上较富集；但在砂岩Rb含量相对亏损，而泥岩中相对富集，尽管砂岩和泥岩的含量显示一定的变化，但总体上与上地壳和后太古宙平均页岩（PAAS）[17]成分总体上具有相似性。

5 讨论

5.1 碎屑物来源

从表2看，砂岩SiO2含量较高，在69.22%～86.08%，平均含量为78.24%，说明砂岩石英或富含SiO2的矿物（如长石）含量较高，矿物成分成熟度可能比较高[18]，而高石英含量的碎屑组合被认为是来自相对稳定的大陆克拉通源区或再旋回沉积物质组成的重要标志[19]。砂岩中Al2O3含量在7.18%～12.63%，其平均含量为11.07%，Al2O3含量高与砂岩中长石、云母、粘土矿物等富铝矿物有关（表2）。

从砂岩和泥岩的各元素对Al2O3的协变量图解显示出Al2O3与SiO2呈负相关性，这种关系一般认为其物源区有较高比例的陆源泥质沉积物[20]，与TiO2、Fe2O3/MgO、P2O5的正相关性（图6），暗示随着不稳定成分（如长石、岩屑等）的含量降低，矿物的成熟度增加。上述特征也反应塔尔巴格特组碎屑物质来源于相对稳定的大陆源区。

根据Hettonet al.（1988）用lg（Fe2O3/K2O）-lg（SiO2/Al2O3）做出的岩石类型判别图显示：本区塔尔巴格特组砂岩类型主要有长石砂岩，还有少量岩屑砂岩，总体上以长石砂岩为主（图7），与薄片分析鉴定结果较一致；而泥岩样品主要落入杂砂岩和页岩区域。

根据砂岩－泥岩的主元素判别函数限定物源区特征的判别图解[21]，是用2个判别函数1、2来作为砂岩物源区判别图的两个端元进行投图，结果显示，本区塔尔巴格特组砂岩、泥岩样品多数落入石英岩沉积物源区，表明碎屑物质可能来源于相对稳定的陆源区或继承性的、更老的沉积岩在旋回堆积的产物；个别点落入长英质火成物源区、镁铁质火成物源区、中性岩火成物源区（图8），反映了样品中可能混入了火山活动凝灰物质，这与前面岩石组合特征相吻合，进而也相互验证了判别结果的有效性。

表2 东乌珠穆沁旗满都胡地区塔尔巴格特组碎屑岩岩石化学成分（%）、稀土微量元素丰度（×10-6）及特征表Table 2 Peteochemical components(%)and contents of rare earth and trace elements(×10-6）and characteristic parameters of the detrital rock of Tarbaget Fm.in Manduhu,Dongwuqi

续表2

图4 稀土元素球粒陨石标准化配分模式图（标准化值引自Taylor，1985）Fig.4 Chondrite-mormalized REE distribution patterns for the Mahonondor batholith

稀土元素的特征也能反映物源区的特征，如δEu为铕的异常系数，它可灵敏地反映体系内的地球化学状态，并可作为鉴别物质来源的重要参数。研究区内碎屑岩δEu值在0.33～0.81之间，明显具Eu负异常，反映其物质主要来源于酸性火成岩[22]，表明塔尔巴格特组碎屑岩的碎屑来源于更老的酸性火成岩经风化再旋回的沉积产物。

5.2 构造环境分析

图5 上地壳标准化微量元素蛛网图（标准值引自Taylor，1985）Fig.5 Upper Crust patterns of Trace elements for the Mahonondor pluton

沉积岩中的元素含量取决于陆源区性质、古气候、沉积环境等，因此，可以对再造古地理提供信息。其中，微量元素对古沉积环境的指示具有重要意义，前人通过大量的研究分析得出一系列微量元素及其比值判断沉积环境的指标[22]。现在多数以Th/U值等于7为界来判断海陆相地层，小于7的为海相沉积，大于7的陆相淡水沉积[23]。研究区砂岩Th/U值介于4.32～6.90之间，平均值为4.97（表2），说明塔尔巴格特组属海相沉积地层。研究区Sr/Ba比值为0.17～0.90，表明该区在中晚泥盆世时期主要为有大量注入的浅海带滞流沉积环境，属淡水和过渡相沉积环境特征[24]。

研究区V/(V+Ni)值介于0.74～0.85，平均值为0.80，反映为水体分层弱的贫氧环境[24]，表明塔尔巴格特组形成于水体分层不强的厌氧环境，这与本文分析结果中的弱还原环境特征较吻合。

图6 碎屑岩SiO2%-Al2O3%图解Fig.6 SiO2%-Al2O3%diagram of the Clastic sediment

图7 碎屑岩lg(Fe2O3/K2O)-lg(SiO2/Al2O3)图解Fig.7 lg(Fe2O3/K2O-lg(SiO2/Al2O3)diagram of clastic sediment

图8 物源区特征图解Fig.8 diagram of the headstream of matter

Bhatia（1983）认为 Fe2O3+MgO、TiO2及 Al2O3/SiO2、K2O/Na2O和Al2O3/(CaO+Na2O)是大地构造背景判别中最重要的判别参数[15]，并可根据砂岩中的SiO2的含量和K2O/Na2O的比值来区分火山岛弧区贫石英砂的砂岩系列（SiO2平均值=58%；K2O/Na2O≤1），被动陆缘的高含量石英砂的石英砂岩系列（SiO2平均值=89%；K2O/Na2O＜1）；以及活动边缘（安第斯型）的中等含石英砂的砂岩系列（SiO2平均值=68%～74%；K2O/Na2O＞1）。随着构造环境从被动大陆边缘到大洋岛弧的变化，砂岩的化学成分也发生TiO2、Al2O3/SiO2增高，K2O/Na2O、Al2O3/(CaO+Na2O)降低的变化。表中砂岩K2O/Na2O在0.06～0.75，平均值为0.38，亦说明塔尔巴格特组的沉积环境具被动陆缘环境特征。

如表3所示，与Bhatia等（1983）提出的参数[15-16]比较，研究区碎屑沉积岩不同主量元素地球化学参数显示的构造类型较复杂：TiO2和Al2O3/SiO2等主要与相当大陆岛弧和活动大陆边缘相当；REE总量、Zr/Hf、Sc/Cr比值与被动大陆边缘环境杂砂岩较为接近；Cr/Ni、Sc/Ni比值与活动大陆边缘环境杂砂岩比值相当；Sc/Cr、La/Y则与活动大陆边缘与被动大陆边缘环境杂砂岩较为接近。

在Roser and Korsch（1985）[25]构造环境判别图解上（图9），塔尔巴格特组碎屑岩样品点主要落在被动大陆边缘区域，少量样品点落入活动大陆边缘区域。这些似乎暗示沉积作用主要受控于被动大陆边缘环境。值得注意的是，在沉积物的沉积过程以及随后的成岩至变质过程中使得碎屑岩中K2O和CaO常显著亏损[16]。基于这一认识，我们认为本区沉积岩在初始沉积时，K2O/Na2O比值可能低于现今的测定值，因而图9中的数据点落入或更靠近活动大陆边缘构造环境区。

Bhatia等认为砂岩的La-Th-Sc和Th-Sc-Zr/10三角图解最具构造判别意义[16]。从图10中可以看出：在La-Th-Sc判别图解中砂岩样品点多数落入C、D区域，具活动大陆边缘和被动大陆边缘的特征，而泥岩样品点多落入B区域；在Th-Sc-Zr/10判别图解，砂岩样品点多数落入B、D区域，具被动大陆边缘和大陆岛弧环境特征，而泥岩落入B区域，属大陆岛弧环境。将研究区内样品结果投入到TiO2-Fe2O3+MgO和Al2O3/SiO2-Fe2O3+MgO图解中（图11），其中砂岩样品点多数落入在活动大陆边缘、被动大陆边缘及其附近区域，一个样品向大陆岛弧靠近，而泥岩样品点主要落入大陆岛弧及其附近。

表3 满都胡地区碎屑岩与不同构造环境下杂砂岩的化学组成对比Table 3 Comparison of chemical compositions of the Manduhu clastic rock with the graywackes from various tectonic settings

图9 碎屑岩构造环境主元素判别图Fig.9 Major element discrimination diagram of the Clastic Sediment

从上述特征可以看出，满都胡地区中晚泥盆世构造环境分析虽有差异性，但是总体上仍反映其物源区构造背景以被动大陆边缘和活动大陆边缘为主。那么研究区在中晚泥盆世期间沉积盆地性质究竟如何？从不同构造背景下的剥蚀原岩（继承性因素）及风化条件和搬运沉积过程(沉积成岩过程因素)来看，大陆岛弧和活动大陆边缘形成的碎屑岩应具有显著区别于被动大陆边缘的地球化学特征，而被动大陆边缘形成砂岩则可能包括较多的大陆岛弧和活动大陆边缘环境的地球化学信息[26]。从地层分区上，研究区位于兴安地层区东乌－呼玛地层分区，基本上位于西伯利亚板块东南缘早古生代活动陆缘的弧后带和岛弧带[27]，而进入晚古生代时期，研究区位于东乌珠穆沁旗西伯利亚板块东南缘晚古生代增生带，泥盆系属被动陆缘沉积环境①内蒙古地调院.1/25万东乌珠穆沁旗幅（L50C003002）区调报告.2007.。综上所述，笔者认为研究区中晚泥盆世厘定为被动大陆环境更为合适。

6 结论

综合上述岩相、岩石地球化学研究结果，得出以下结论：

(1)东乌旗满都胡地区中晚泥盆世塔尔巴格特组沉积由2种沉积相、5种沉积亚相构成，主要为滨岸沉积和浅海相沉积。

图10 塔尔巴格特组碎屑岩沉积构造环境判别图解(据Bhatia等，1986)Fig.10 Plots of Clastic Sediment of the Devonian Tarbaget for tectonic discrimination(after Bhatia,1986)

图11 碎屑岩大地构造背景主要元素判别图（据Bhatia,1983）Fig.11 Major element composition of clastic sediment for tectonic setting discrimination(after Bhatia,1983)

(2)通过野外地质调查以及碎屑岩成分与氧化物含量分析，东乌珠穆沁旗满都胡地区塔尔巴格特组砂岩岩石类型较简单，以长石砂岩为主，其岩石组合及其物源区以石英岩沉积源区为特征，并含有较高比例的陆源泥质沉积物，局部伴随着一定的火山活动。

(3)利用塔尔巴格特组碎屑岩岩石地球化学的构造背景和物源区判别，结合沉积序列和沉积岩石学等分析，指示中－晚泥盆世塔尔巴格特组碎屑岩应属被动大陆边缘盆地沉积，其碎屑物质更可能来源于相对稳定的大陆源区。

致谢：1/5万敖包查干区调项目提供了研究资料；在文章撰写和修改过程中，赵凤清研究员给予大力支持，并提出许多宝贵意见，使本文得以完善。在成文过程中孙立新研究员、任邦方同志提出很多建议，在此一并致以衷心的感谢。

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Sedimentary Faceies and Geochemical Features of the Tarbage
Formation in Manduhu Area,Inner Mongoloa

TENG Xue-jian,CHENG Yin-hang,YANG Jun-quan,LIU Yong-shun,LI Yan-feng，PENG Li-na,LI Ying,LIU Yang
(Tianjin Institute of Geology and mineral Resources,Tianjin 300170,China)

On the basis of the analysis of lithology-lithofacies and geochemical characteristics of clastic rock of the Devonian Tarbaget Fm.in the Manduhu Area,east Ujimqin Qi of Inner Mongolia,the lithofacies,source area,and geochemistry of the clastic rock have been discussed.There are 2 sedimentary facies,5 sub-facies to be recognized in it.The geochemical sample texting indicate that the clastic rock is rich in SiO2、K2O,high Al2O3/（Na2O+CaO）,and low CaO.The fragments are from relatively stable continent.The REE patterns are characterized by LREE enrichmen,HREE lat,LREE and HREE fractional distillation is obvious.(La/Yb)N=6.66～11.15（average 9.01）in the standstone，(La/Yb)N=4.7 ～ 7.39（average 6.14）in the mud rock with strong negative Eu abnormily.In both La-Th-Sc and Th-Sc-Zr/10 discriminate diagrams,almost all of the chastic rock plots fall in the passive continental margin field,and the major element discrimination diagram of the clastic sediments show they are from passive continental margin or active continental margin.With the regional geology analysis,the authors suggest that the tectonic setting of the clastic rock of the Devonian Tarbaget Fm.is a passive continental margin.

Tarbaget Fm.;passive continental margin;petrogeochemistry;middle-upper Devonian;Manduhu

P534.44

A

1672－4135（2012）02－0136-10

2012-04-18

国家地质大调查：内蒙古1/5万敖包查干、多钦乌拉、宾巴勒查干、满都胡宝力格、1252高地幅区调（1212010881218）

滕学建（1980-），男，助理研究员，地质学专业，主要从事区域地质调查与研究工作，Email:ziyuan0041@sohu.com。