贵州赫章铁矿山泥盆系地层地球化学特征及其与晚古生代裂陷作用关系

晏 勇，陶 平

(1.贵州大学 资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550003;2.贵州省地质调查院，贵州 贵阳 550004)

贵州赫章铁矿山泥盆系地层地球化学特征及其与晚古生代裂陷作用关系

晏 勇，陶 平

(1.贵州大学 资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550003;2.贵州省地质调查院，贵州 贵阳 550004)

对贵州赫章铁矿山地区泥盆系地层、构造和晚古生代裂陷槽的特征进行研究，用分析地层地球化学特征论述泥盆系各地层与裂陷槽之间的关系。通过对泥盆纪地层岩性、(La/Yb)N值和Ce/Ce*值等稀土元素特征值的分析认为各地层的形成受到了裂陷槽的控制，也反映出裂陷槽的详细变化过程。

泥盆纪;地球化学;裂陷槽;赫章县;贵州

贵州赫章铁矿山是贵州省主要的产铁基地，所以对贵州赫章铁矿山地区的研究相对较多，对铁矿研究更是详细，但是对研究区中泥盆纪地层研究相对较少。而对晚古生代裂陷作用的研究主要是对构造性质及形成时间方面的研究。虽然前人已经就地层特征和裂陷作用的相关特征进行了研究，但是却存在很多的不足，例如裂陷作用对研究区中的泥盆纪时期地层的形成影响并没有做明确的讨论，同时也没有利用泥盆纪各地层的地球化学特征来反面讨论裂陷形成的发展过程。所以，本次通过野外地质调查、样品的采集和微量元素、稀土元素的分析，以期通过分析地层的地球化学特征来讨论裂陷作用在泥盆纪的发展过程。

1 地质背景及晚古生代裂陷槽

1.1 区域地质背景

研究区位于上扬子陆块南部被动边缘褶冲带—六盘水复杂褶皱区和织金短轴褶皱区。属较稳定的陆块区。经历了广西、紫云、黔桂、东吴、安源、燕山、喜马拉雅等多次构造运动，造成了大陆上地壳结构很不均一、物质组成差别大、厚度变化大的特点。研究区区域地质特征如图1。

图1 区域地质矿产略图

1.2 晚古生代裂陷槽及其特征

在晚古生代典型的与裂陷作用有关的断裂带，是六盘水裂陷槽、南盘江－右江裂陷盆地的边界断裂。该断裂带在晚古生代实为一个同生正断裂构造带，具有半地堑形式的阶梯状同沉积正断层组合，为张性裂谷边界断裂，由此形成了北西向的裂陷槽(盆)，控制了泥盆纪—二叠纪的沉积环境。

据张锦泉等(1990)，在华南大陆板块内部发育着一类特殊的地质构造及其沉积盆地，即晚古生代的滇黔桂地区板块构造、同沉积断裂及其相关的沉积盆地(图2)，紫云 －水城裂陷盆地属于这一系列北西向裂陷盆地的最北一支。

图2 上扬子地区泥盆纪构造与同沉积略图(据张慧等，2006)

本文所讨论的晚古生代裂陷构造，仅限于以晚古生代裂陷作用为主导因素形成的区域性断裂—水城－紫云－南丹断裂带的黔西北部分，不包括晚古生代其它裂陷构造。

在本区，晚古生代为北西向裂陷构造环境，水城—紫云断裂带表现为张性同沉积断裂的特点，对整个黔西北地区晚古生代的沉积作用产生深远的影响。这种影响由各个时代地层的特殊空间分布特征表现出来。如图3所示，从裂陷槽向两侧的碳酸盐岩台地，出现了不同相区和微相的有规律分布，以及不同岩石组合和沉积厚度的有规律分布，从而也反映了裂陷作用的活动时间和影响范围等。所以也就能通过对裂陷槽影响范围内的地层的微量稀土元素特征分析来讨论裂陷槽的变化过程。

2 研究区地质特征

2.1 地层

研究区属扬子地层区，地层发育较齐全，从上元古界至第四系均有出露。晚古生代地层发育齐全、类型多样，但是泥盆系地层出露相对较少，仅矿区附近有出露(赵峰等，2000)。本研究区泥盆系地层特征如下:

丹林组(D1d):灰白色中厚层细粒石英砂岩，局部为肉红色铁质砂岩。

舒家坪组(D1s):灰黑色泥质白云岩夹泥质灰岩、泥岩薄层，顶部为砂岩。

龙洞水组(D2l):深灰色细晶泥质白云岩，局部夹泥质灰岩。

大河口组(D2dh):一套黄褐色中厚层含岩屑砂岩、泥质粉砂岩。

独山组(D2d):由下往上分为3个岩性段，即鸡炮段、宋家桥段、鸡窝寨段。

鸡炮段(D2d1):灰、深灰色薄至中厚层细晶白云岩、白云质灰岩，含黑色有机质白云岩、泥岩。宋家桥段(D2d2):黄褐色中厚层长石石英砂岩，紫红色、土黄色含铁质粉砂岩、泥岩夹浅灰、灰绿色泥灰岩、泥质白云岩。鸡窝寨段(D2d3):下部为深灰、灰黑色中厚层含砂屑白云岩夹薄层钙质泥页岩;中部为灰色中厚层生物屑灰岩、生物灰岩;上部为蠕虫状、条带状白云质灰岩，泥质白云岩。

望城坡组(D3w):浅灰、深灰色细、微晶灰岩，夹白云质泥质条带。

尧梭组(D3y):灰白色中厚层细、微晶灰岩夹细晶白云岩。

图3 水城—紫云裂陷槽北段泥盆纪沉积序列(据张慧等，2006)

2.2 构造

研究区处于北西向构造体系之垭都一蟒洞构造带中段，寒婆岭一蟒洞大背斜之南西翼，主要为NW向的褶皱和断层组成，次为近EW向、SN向的走滑平移断层。

垭都背斜:轴向135°，局部直立甚至倒转，两翼岩层倾角不等。

垭都 － 蟒洞断层:走向 135°，倾向 245°，倾角 60° ～70°，长约20～30 km。本区各种构造改造了前期形成的地层，使地层出现了重复和缺失。矿区构造特征如图4。

3 泥盆系各地层地球化学特征

本次样品采集地层为丹林组到尧梭组一直到石炭系的祥摆组:分析数据如下:

各地层地球化学特征如下:丹林至大河口组稀土元素丰度较高，独山组、望城坡到祥摆组地层丰度相对较低，但含菱铁矿地层∑REE含量偏低，含赤铁矿地层含量偏高。

各时代地层的LREE/HREE比值均大于4，，明显偏离1。所以由此判断各地层均富集轻稀土和亏损重稀土，同时各配分型式图中各个地层的配分曲线都为右倾型;除泥盆系望城坡组至石炭系祥摆组有比较明显的 Ce负异常外，其余地层Ce均维持在平均值基础上;但所有地层均出现了明显的 Eu负异常，并且曲线分布一致。

表1 丹林组到大河口组地层微量元素特征值一览表 μg/g

表2 独山组至石炭系祥摆组地层微量元素特征值一览表 μg/g

通过对各个地层样品的 La/Sm值、Gd/Yb值和 Sm/Nd值分析可知:各个地层均富集 LREE，相对亏损 HREE，LREE的富集程度相对较高。

各个地层的(La/Yb)N比值在5～12之间不等，大部分样品(La/Yb)N值大于9，所以(La/Yb)N值明显的偏离1。根据前人研究表明，该比值越是偏离1则物质沉积时的沉积速率越慢。所以该比值的不断变化也可以推断沉积环境的变化，沉积环境主要由裂陷槽的变化控制，也就可以比较明显的反映出裂陷作用的变化过程。本研究区Ce/Ce*值从早泥盆纪到晚泥盆纪变化趋势为:早泥盆纪比值较小，到中泥盆纪逐渐变大，到泥盆纪独山组宋家桥时期比值最大，但是从宋家桥时期以后比值又逐渐减小知道泥盆纪结束。

表3 Ce/Ce*值地层分布表

图4 矿区地质略图

图5 丹林组到大河口组稀土元素球粒陨石标准化分布型式图

4 讨论

4.1 地层岩性变化与裂陷作用关系

根据对研究区中泥盆系地层的性质研究发现，从丹林组开始到独山组宋家桥段岩性变化为石英砂岩到碳酸盐岩到泥岩;独山组鸡窝寨段到泥盆纪尧梭组岩性变化为粗晶白云岩到细晶白云岩和泥质条带。泥盆纪早期的沉积物为粗碎屑沉积，并且沉积速率也较快，沉积物供给量较大，形成了细粒石英砂岩。表明沉积时的沉积海水深度较浅;而后期地层逐渐转变成白云岩、灰岩等，说明海水沉积深度上有了明显的增加，结合裂陷作用的影响作用可以知道裂陷活动加强，裂陷槽面积增加，所以地层岩性反映出裂陷槽的一些变化过程。

图6 独山组稀土元素球粒陨石标准化分布型式图

图7 望城坡组到祥摆组稀土元素球粒陨石标准化分配模式图

4.2 地球化学特征与裂陷作用关系

1)稀土元素(La/Yb)N值可以用来衡量和表征地层在形成过程中的沉积速率特征。前人研究表明当悬浮物在海水中停留时间较短时，REE会快速沉积下来，此时(La/Yb)N值大约为1。当悬浮物在海水中停留时间较长时，即沉降缓慢，使得(La/Yb)N值明显偏离1。所以该比值的变化表明沉积速率的变化，也可以反映出沉积环境的变化，本研究区内因为沉积环境的变化主要是裂陷槽的变化引起，所以这种比值曲线可以反映出裂陷作用的变化。

根据泥盆系不同地层(La/Yb)N值数据和地层时代对比分析可以得到下图的曲线分布型式(图8)。根据图8可以发现裂陷作用在泥盆纪早期有局部变化，使沉积物在舒家坪组内沉积速率有了降低，而后面有升又降，但是在独山组时期速率却有了明显的上升，并且上升值较明显，并且独山组以后该比值又下降到了较低的位置，说明独山组以后海水深度较深，裂陷槽面积较大，裂陷作用增强。所以裂陷槽变化情况如下:泥盆纪早期丹林组变化微弱;在舒家坪组内沉积深度增加，裂陷槽局部活动;而此后裂陷减弱，沉积速率减缓，但是却逐渐增加沉积速率;到独山组时期裂陷再次活动，海水深度增加、面积扩大，所以沉积减慢，一直持续到石炭系。

图8 泥盆系各地层(La/Yb)N值变化曲线图

2)Ce的负异常主要出现在洋盆环境中，因为洋盆中的Ce3+很快被氧化成 Ce4+并被 Fe－Mn氧化物所吸附，从而很快从海水中被清除，造成海水中Ce亏损(Elderfield and Greaves，1982)，研究表明:Ce/Ce*在成岩作用过程中变化不大(Flee，t 1983)，所以可以用其表示地层在成岩时的沉积环境。不同的沉积环境拥有不同的Ce/Ce*比值，据Murray et a.l(1990，1991)的研究结果显示:Ce/Ce*越大，说明受陆源影响越大(王卓卓，2007)(各环境具体参数见表4)。Eu/Eu*和Ce/Ce*比值的变化表示有不同的地质过程，所以也具有很重要的地质意义。

表4 不同沉积背景下细粒沉积岩稀土元素标志(数据引用自王卓卓等，2007)

各地层详细Ce/Ce*比值变化曲线及相互关系见图9，该曲线表明，泥盆纪早期沉积环境没有发生太大的变化，但随着沉积物的继续沉积和泥盆纪中晚期的构造运动的影响，使陆源物质来源丰富，沉积地受陆源物质影响增大，曲线表明在独山组时期达到最低，该时期过后则曲线上升，上升趋势从泥盆系结束一直到石炭系都一直在持续中(见图9)，表明独山组时期过后地层受陆源物质影响减弱，海水深度增加，沉积环境改变为深水环境，这和岩相古地理分析结果相同。本区海环境的变化只能是区域上的大断裂才能控制和影响，而此时在研究区中活动的大断裂为晚古生代裂陷(槽)。所以曲线表明晚古生代裂陷槽在泥盆系以前就已经形成，但是泥盆系早期活动不强烈，由于陆源物质对裂陷槽的填充，导致海水变浅，直到泥盆系独山组达到了最低，但从独山组时期开始，裂陷作用活动，裂陷槽的面积增大，海水深度增加，各地沉积环境改变，最后一直持续到石炭系都任然处于活动中，这和前人研究裂陷作用的发展顺序和时间都很好的吻合。根据Ce/Ce*值在独山组宋家桥段(TKSH11－4)后逐渐下降可以说明沉积物受陆源影响降低，海水深度增加，沉积速率减慢，和(La/Yb)N值的分析结果想吻合。同样通过对研究区中各地层的Eu/Eu*值进行分析也可以得出同样的结论。

图9 泥盆系各地层Ce/Ce*值变化曲线图

5 结语

(1)泥盆系各个地层的地球化学特征整体为稀土总量较高，配分曲线和地壳岩石相似。(2)通过对地层的岩性对比分析和讨论认为地层的形成直接受到裂陷作用的控制。(3)通过泥盆系地层的稀土地球化学特征分析确定了地层受裂陷作用的控制，并且通过该特征也明确了裂陷槽的变化型式和对应时间。

［1］杨瑞东等.贵州石炭系“清镇式”铁矿沉积地球化学特征［J］.地质论评.2011，57(11):24 ～35.

［2］廖士范等.贵州铁矿山沉积改造菱铁矿床的成矿方式及沉积改造机理的探讨［J］.地质论评.1980，26(1):16～24.

［3］魏亮等.北京平原沉积物稀土元素地球化学特征及物源意义［J］.地学前缘.2010，17(6):72 ～80.

［4］王卓卓等.广西南宁地区泥盆纪硅质岩稀土元素地球化学特征及沉积背景［J］.地质科学.2007，42(3):58 ～569.

Relationship between Geochemical Characteristics of Devonian Stratum and Late Palaeozoic Taphrogeny in Iron Mines Mountain HeZhang，GuiZhou

YAN Yong，TAO Ping
(1.College of Resources and Environmental Engineering，Guizhou University，Guiyang 550003，Guizhou;2.Geological Survey of Guizhou Province，Guiyang 550004，Guizhou，China)

The characteristics of Devonian strata and structures as well as Late Paleozoic aulacogen in Iron Mine area in Hezhang，Guizhou Province have been studied in the paper. Moreover，stratigraphic geochemistry is utilized to acquire the relation between those strata and aulacogen. In addition，lithology and feature values of REE，such as(La/Yb)N、Ce/Ce* of Devonian strata support that the forming of each stratum is controlled by aulacogen and also show the details changes of aulacogen.

Devonian;Geochemistry;Aulacogen and Hezhang in GuiZhou

P534

A

1004－1184(2012)05－0007－05

2012－05－02

贵州省地矿局2009年度重大科研项目“水城－紫云－南丹晚古生代裂陷作用及其与主要矿产的关系”

晏勇(1986－)，男，四川达州人，在读硕士研究生，主要从事矿床地质研究。