青西凹陷下溝組湖相熱水沉積巖鍶同位素地球化學(xué)特征(1)-其它理學(xué)論文

1、青西凹陷下溝組湖相熱水沉積巖鍶同位素地球化學(xué)特征(1)-其它理學(xué)論文        【摘 要】：以地質(zhì)背景、物質(zhì)組分和巖石組構(gòu)分析為基礎(chǔ)，對酒泉盆地青西凹陷下溝組湖相熱水沉積鈉長石-鐵白云石巖進行了Sr同位素地球化學(xué)研究。結(jié)果表明，熱水沉積巖87Sr86Sr比值變化范圍為0.712250.71781，平均值 0.71561，遠(yuǎn)高于同期海水和下溝組玄武巖87Sr86Sr比值，略高于代表早白 堊世湖水鍶同位素組成的藻灰?guī)r87Sr86Sr比值，但低于基底殼源硅鋁質(zhì)巖87Sr86Sr比值，反映熱流體與 中國海水無關(guān)，也不可

2、能為單純的湖水或幔源巖漿水；其中紋層狀泥微晶熱水沉積巖為熱水礦物直接化學(xué)結(jié)晶沉淀的產(chǎn)物，其鍶同位素比值變化范圍較小，可代表均一化的熱鹵水池流體鍶同位素組成特征，指示 不同噴流口位置的“水爆角礫巖”鍶同位素組成變化較大，但同一位置的熱水角礫與膠結(jié)物鍶同位素組 成基本一致，說明兩者應(yīng)屬于具相同成因意義的同期熱水噴流沉積產(chǎn)物；綜合青西凹陷下溝組湖相熱水 沉積巖鍶同位素地球化學(xué)特征，初步推測早白堊世湖底熱流體可能為富集硅鋁質(zhì)基底巖石高放射成因Sr 的深循環(huán)下滲湖水與少量上升幔源巖漿水構(gòu)成的混合熱流體，可為青西凹陷早白堊世湖底熱流體性質(zhì)的 確定以及熱流體循環(huán)動力學(xué)模型和熱水沉積模式的建立奠定基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞

3、：Sr 同位素 湖相熱水沉積巖 熱流體 下白堊統(tǒng) 青西凹陷 熱水沉積巖和熱水成礦作用是當(dāng)前地學(xué)界最 前緣的研究熱點之一，國內(nèi)外已報道的資料眾多， 但主要集中在海相研究成果中17，而湖相的研 究成果很少813。酒泉盆地青西凹陷下白堊統(tǒng)下 溝組（K1g）地層中產(chǎn)有一套厚度巨大，但分布限 于深凹陷內(nèi)的，具有深湖相沉積特征的紋層狀、 條帶狀和角礫狀暗色“泥云巖”(或泥質(zhì)白云巖、 白云質(zhì)泥巖和白云巖,統(tǒng)稱“泥云巖”)，其主要礦 物以微晶-隱晶質(zhì)的鈉長石和鐵白云石為主14，次 為重晶石和石英，局部含有豐富的方沸石、地開 石和黃鐵礦等，偶含碎屑狀閃鋅礦、黃銅礦和方鉛礦9，以及陸源粘土和粉砂。鄭榮才等人通過系

4、 統(tǒng)的礦物學(xué)、巖石學(xué)和地球化學(xué)特征研究，確定 此類具有特別礦物成分的“泥云巖”為一類罕見圖 1 酒泉盆地青西凹陷下溝組熱水沉積巖發(fā)育位置表示圖 Fig.1 Distribution of hydrothermal sedimentary rock in Xiagou Formation, Lower Cretaceous in Qingxi Sag， Jiuquan Basin的湖相熱水沉積巖，綜合定名為重晶石-鈉長石-鐵白云石熱水沉積巖9-10,15。據(jù)國內(nèi)外文獻資料顯示， 湖相白煙型熱水沉積巖的報道國外基本上都集中在現(xiàn)代湖底熱水硅華沉積16，國內(nèi)曾由劉建明（2001） 報道過一例湖相熱水硅

5、質(zhì)巖8。因此，酒泉盆地青西凹陷下溝組中所發(fā)育的湖相熱水沉積巖，以富含鐵1本課題得到高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金（項目編號：20060616014）和國家自然科學(xué)基金（項目編號：40672073）的資助。1白云石、鈉長石和其他復(fù)雜礦物組分而顯得特別特別和罕見，且屬于真正滿意“海/湖底噴出的熱流體直接沉淀作用的產(chǎn)物”定義的熱水沉積巖9，明顯有別于國內(nèi)外已報道的湖相熱水沉積巖，具有極高的 研究價值。本文在巖石學(xué)特征分析基礎(chǔ)上，首次系統(tǒng)研究了下溝組湖相熱水沉積巖的鍶同位素地球化學(xué) 特征，嘗試揭示熱流體中鍶組分的物質(zhì)來源、影響因素以及同位素的熱流體示蹤意義。1. 湖相熱水沉積巖地質(zhì)背景酒泉盆地位于青藏

6、高原東北部的最邊緣，位處北祁連與阿爾金兩巨型構(gòu)造帶交匯處。該盆地是在古 生界褶皺基底之上，于中、新生代通過北東向基底構(gòu)造舒展斷陷作用而發(fā)育起來的陸相斷陷盆地，由酒 西和酒東兩個次級盆地組成。青西凹陷位于酒西次級盆地東南部，為酒西次級盆地的沉降-沉積中心， 面積約 650800km2，由紅南次凹、青西低凸起、青南次凹三個次級構(gòu)造單元組成和發(fā)育有一系列分割 性很強的不對稱箕狀或半地塹斷陷。下白堊統(tǒng)下溝組湖相白煙型熱水沉積巖主要分布于青南次凹南部的 深凹陷內(nèi)（圖 1），受燕山期NENNE走向基底斷裂張扭性活動控制。白堊紀(jì)期間全球大規(guī)模的火山活動， 造成同時期熱液活動速度加快，并有顯著的熱液系統(tǒng)與水-

7、巖反應(yīng)17。青西凹陷內(nèi)紅柳峽、旱峽下白堊 統(tǒng)下溝組中不僅發(fā)現(xiàn)古火山口18,還發(fā)現(xiàn)了水下噴發(fā)的玄武巖15,19，與任戰(zhàn)利等（2000）20對酒泉盆地 古地溫研究，認(rèn)為早白堊世存在的顯著地溫異常應(yīng)當(dāng)與深部熱事件有關(guān)的論斷相吻合。青西凹陷下溝組深湖相沉積剖面主要由白煙型熱水沉積巖與正常沉積的暗色頁巖不等厚互層組成， 與盆緣的扇三角洲呈相變關(guān)系16。按地層旋回性可劃分出 5 個基本等時的旋回，每個旋回中的熱水沉積 巖厚度變化為 10250m，一般為 50150m，分布范圍有隨湖盆擴大和水體加深而擴展加厚的特點，以 相當(dāng)最大湖泛期的MSC3 和MSC4 兩旋回?zé)崴练e巖分布范圍最廣和厚度最大，并都出現(xiàn)高

8、值沉積區(qū)（大于 100m）與低值沉積區(qū)（小于 50m）相間隔的北東向帶狀展布格局，與基底斷裂展布方向相一致9、10。2. 熱水礦物共生搭配和組構(gòu)特征2.1 熱水礦物類型及其共生搭配特征據(jù)薄片鑒定和 X 衍射資料,下溝組熱水沉積巖熱水礦物類型較多，包括：鐵白云石（20%66%）、鈉 長石（12%31%）、重晶石（5%20%）、方沸石（2%18%）、石英（3%14%）、地開石（2%15%），黃 鐵礦（0.3%6.4%），個別樣品含有微量的閃鋅礦、黃銅礦、方鉛礦和透閃石、石鹽。電子探針分析結(jié) 果，上述熱水礦物的主要元素含量均與該礦物的化學(xué)分子式基本一致（表 1 和 2）。顯微鏡下，上述礦 物極大多數(shù)

9、呈小于 10m 的隱晶質(zhì)，僅少量鐵白云石呈自形粉晶-細(xì)晶，鈉長石呈發(fā)育聚片雙晶的板條 狀微晶，重晶石和方沸石個別呈微-粉晶級的他形-半自形晶結(jié)構(gòu)。偶然出現(xiàn)的閃鋅礦具有相對較粗的粒表 1 酒泉盆地青西凹陷下溝組熱水沉積巖的礦物平均化學(xué)組成（wt%）Table 1 Average chemical composition（wt%） of the minerals of hydrothermal sedimentary rockin Xiagou Formation, Lower Cretaceous in Qingxi Sag, Jiuquan BasinAl2O3SiO2TiO2CO2礦物 樣數(shù)

10、 Na2O MgO（SrO） （SO ） K2OCaO（BaO）Cr2O3 MnO FeO NiO（H2O）鐵白云石 6 0.16 11.11 （0.12） 0.14 30.74 （0.13） 0.36 10.18 47.25 鈉長石 27 11.29 0.053 19.52 68.44 0.07 0.16 0.07 0.03 0.03 0.15 0.03重晶石 12 0.22 0.01 （1.07） (34.59) 0.05 0.06 （63.87） 0.03 0.08方沸石 8 13.67 0.01 23.46 54.33 0.01 0.01 0.02 0.05 0.04 0.03 0.0

11、3石英 3 0.02 0.02 0.39 98.84 0.05 0.07 0.11 0.03 0.01 0.03 0.01 0.02 地開石 18 0.09 0.44 37.15 43.45 0.47 0.11 0.02 0.04 0.02 0.11 0.03 (18.05)注：單礦物元素由成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所電子探針實驗室徐金沙高級工程師分析,儀器型號：JCXA733狀半自形晶結(jié)構(gòu)，而黃銅礦與方鉛礦集合體為粒度變化大的它形晶。掃描電鏡下，以鐵白云石和鈉長石為代表的熱水礦物具有半自形-自形晶結(jié)構(gòu)的鑲嵌狀或堆晶狀，顯示以結(jié)晶沉淀為主的化學(xué)沉積特征。表 2 酒泉盆地青西凹陷下溝組熱水沉積巖中金屬硫化

12、物電子探針化學(xué)組成（wt%）Table 2 Electron microprobe analytical date of chemical compositions（wt%） of sulphide minerals of hydrothermal sedimentary rock in Xiagou Formation, Lower Cretaceous in Qingxi Sag, Jiuquan Basin礦物 樣數(shù) As Se S Pb Bi Ag Sb Te Fe Co Ni Cu Zn Au黃鐵礦 2 1.21 0 50.98 0 0.11 0.06 0.01 0 47.07 0

13、0.003 0 0.001 0.02 閃鋅礦 2 0 0 32.626 0 0 0 0 0.086 0.622 0.021 0.012 0.499 66.55 0 黃銅礦 4 0.11 0.17 34.40 0.14 0.27 0.04 0 0.09 30.4 0.03 0.01 34.49 0 0方鉛礦 2 0 0.07 13.49 85.71 0.31 0.05 0 0 0.13 0.02 0.04 0.22 0.03 0注：單礦物元素由成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所電子探針實驗室徐金沙高級工程師分析,儀器型號：JCXA733下溝組熱水沉積巖常見的熱水礦物共生搭配可劃分為如下 6 種：鈉長石鐵白云石或

14、鐵白云石鈉長石搭配；石英鈉長石鐵白云石搭配；石英重晶石鈉長石鐵白云石搭配；石英方沸石鈉長石鐵白云石搭配；地開石鐵白云石搭配；單一鐵白云石搭配。各搭配中雖然 可普遍含有黃鐵礦和較豐富的有機質(zhì)組分，但微量的 Zn、Cu、Pb 等金屬硫化物僅出現(xiàn)在至搭配中， 而少量的陸源石英粉砂和粘土等正常沉積組分主要出現(xiàn)和搭配中。2.2 組構(gòu)特征下溝組熱水沉積巖組構(gòu)以發(fā)育微-隱晶結(jié)構(gòu)和紋層狀構(gòu)造為主，局部出現(xiàn)特征的熱水碎屑結(jié)構(gòu)、熱水 角礫結(jié)構(gòu)和條帶狀、網(wǎng)脈狀、旋渦狀和同生變形層理等沉積構(gòu)造。不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)造具不同的成因意義：A. 紋層狀構(gòu)造，常見紋層由上述至搭配的礦物呈亞毫米級紋層相間組成，其中鈉長石、重晶石、方沸

15、石 和地開石紋層主要出現(xiàn)在深凹陷內(nèi)，代表沉積環(huán)境較為穩(wěn)定的熱鹵水聚積區(qū)；B.熱水內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)，可細(xì)分 為砂屑結(jié)構(gòu)和角礫狀礫屑結(jié)構(gòu)兩類，砂屑主要由鈉長石和重晶石集合體組成，偶含微量閃鋅礦、黃銅礦和 方鉛礦的砂屑。角礫大小不一，巖性多為紋層狀鈉長石-鐵白云石熱水沉積巖，角礫間被鈉長石、重晶石、 方沸石和地開石充填膠結(jié),膠結(jié)物中偶然也含有浸染狀閃鋅礦。熱水內(nèi)碎屑成因被認(rèn)為與噴流口內(nèi)超溫、 超壓的熱水沸騰爆炸作用有關(guān)，堆積在原處的角礫很快被熱水礦物充填膠結(jié)，常被稱之為“水爆角礫巖” 或“震積角礫巖”，可直接指示噴流口所在位置或為噴流口充填物；C.網(wǎng)脈狀構(gòu)造，較為常見，由鈉長石、 重晶石和方沸石等熱水礦物

16、充填基巖裂縫而成,被認(rèn)為是辨認(rèn)熱流體運移通道和噴流口位置的最重要標(biāo)志 之一3,8,21、22；D.旋渦狀構(gòu)造，偶見，旋渦直徑為數(shù)毫米，由平行層面的呈同心紋層分布的鈉長石、重晶 石和鐵白云石晶屑（或內(nèi)碎屑）組成外圈，中心管被結(jié)晶的鈉長石與重晶石充填，個別中心管含有斑晶狀 的透閃石，可直接代表噴流口位置；E.同生變形層理，表現(xiàn)為紋層不規(guī)則的軟變形、揉皺和微剪切，成因 可能與熱水沉積物快速堆積形成的陡坎狀地形沉積物發(fā)生重力滑動有關(guān)，亦可指示熱水噴流口位置。3. 鍶同位素地球化學(xué)特征鍶有四個穩(wěn)定同位素：84Sr、86Sr、87Sr、88Sr，實際工作中，鍶同位素的組成一般用R=87Sr86Sr來 表示

17、，自瑞典地質(zhì)學(xué)家Wickman(1948)首次報道鍶同位素在地層學(xué)中的應(yīng)用以來23，鍶同位素的研究不 斷深化，特別是伴著分析技術(shù)的提高，鍶同位素應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴展。關(guān)于鍶同位素與熱液流體關(guān)系的 研究，由于受到熱液流體無法或很難作為直接研究對象的限制，只能針對其形成的同期沉積物（如火山 巖、熱液礦床、熱水沉積物等）進行研究。近年來，鍶同位素在研究不同地質(zhì)歷史時期火山巖的源區(qū)特 征和深部過程的應(yīng)用較多，為源區(qū)部分熔融以及淺部巖漿房中的分離結(jié)晶、同化混染作用提供大量信息，是現(xiàn)代成因巖石學(xué)研究重要手段2425。其次，結(jié)合Rb同位素對熱液礦床成礦工夫進行定年研究4、5、26。更重要的是，鍶同位素組成可進行同位素示蹤應(yīng)用，其空間變化可用來指示攜帶成礦元素的流體遷移行 為和方向，已成為推測或確定古熱液流體活動及成礦元素遷移蹤跡的重要手段27、28，是探討成礦流體特 征和成礦物質(zhì)來源最有力的工具之一29，這也是本項目進行鍶同位素地球化學(xué)研究的目的。3.1 采樣及分析方法17 件樣品中 14 件取自 8 口鉆井下溝組深半深湖相的地層巖心，3 件取自旱峽剖面同層位地表露 頭，所有樣品新鮮和剔除處理，分別代表湖相鐵白云石和鈉長石水爆角礫巖、鐵白云石-重晶石熱水膠 結(jié)物、紋層狀泥微晶鈉長石-鐵白云石熱水沉積巖、堿性拉斑玄武巖和核形石灰?guī)r，分析結(jié)果列于表 3。 樣