樺甸盆地樺甸組油頁巖段地球化學特征及地質意義

孫平昌，劉招君，3，李寶毅，柳 蓉，3，孟慶濤，3，周人杰，姚樹青，徐銀波

1.吉林大學地球科學學院，長春 130061 2.吉林大學油頁巖與共生能源礦產成礦及勘查開發(fā)重點實驗室，長春 130061 3.東北亞生物演化與環(huán)境教育部重點實驗室，長春 130026 4.多倫多大學地質系，加拿大多倫多 M5S3B1

樺甸盆地樺甸組油頁巖段地球化學特征及地質意義

孫平昌1，2，劉招君1，2，3，李寶毅1，2，柳 蓉1，2，3，孟慶濤1，2，3，周人杰4，姚樹青1，2，徐銀波1，2

1.吉林大學地球科學學院，長春 130061 2.吉林大學油頁巖與共生能源礦產成礦及勘查開發(fā)重點實驗室，長春 130061 3.東北亞生物演化與環(huán)境教育部重點實驗室，長春 130026 4.多倫多大學地質系，加拿大多倫多 M5S3B1

樺甸盆地位于敦密斷裂帶之上，是我國著名的古近紀含油頁巖斷陷盆地。其中樺甸組油頁巖段發(fā)育厚層的泥巖沉積。長期以來對該段油頁巖特征研究較多，但對其物源區(qū)特征和構造背景研究甚少。對油頁巖段厚層泥巖進行系統(tǒng)的地球化學分析結果表明：泥巖中w（SiO2）整體較低，K2O／Na2O值較高（大于1），w（MgO＋Fe2OT3）為3.91%～11.66%，Al2O3／（Na2O＋K2O）為3.77～6.29，表明泥巖中含有一定的鐵鎂質組分和較多的穩(wěn)定組分。微量元素PAAS標準化分配曲線顯示不同樣品之間元素富集、虧損趨勢不一致，同時稀土元素標準化曲線呈現出稀土含量變化較大、輕稀土富集和明顯Eu負異常，表明油頁巖段沉積時期存在多個物源。泥巖風化蝕變指數為74～82，Th／U值多集中在4.65～6.07，表明泥巖源區(qū)經歷了相對中等的風化作用。Th／Sc和Zr／Sc值表明泥巖基本受源巖成分控制。由源巖和構造背景判別圖解，并結合前人研究資料得知：樺甸盆地油頁巖段母巖主要來自于海西期和燕山期花崗巖以及少量的燕山期中酸性噴發(fā)巖；源巖形成于大陸邊緣造山帶，為大陸島弧火山巖系。

油頁巖；地球化學；物源區(qū)；構造背景；古近紀；樺甸盆地

0 前言

郯廬斷裂帶越過渤海向北延伸分為兩支：東支為撫順－密山斷裂帶，西支為依蘭－伊通斷裂帶［1－2］。在東延分支敦密斷裂帶上分布有撫順、梅河、樺甸、蛟河等著名的含煤、含油頁巖古近紀斷陷盆地。以往油頁巖成礦機制研究，往往忽略源巖類型對油頁巖形成的影響。源巖成分決定湖泊水體和沉積巖中元素組成，而水體中的元素濃度對湖泊生產力變化和有機質富集起著重要的作用。一般情況下，粗碎屑巖的源巖可以通過石英和長石特征、巖屑與礫石類型及重礦物組合等進行分析；但是細碎屑巖尤其是大套泥巖，僅僅依靠上述手段無法得到確切的信息。筆者以樺甸盆地樺甸組油頁巖段中的厚層泥巖為例，通過系統(tǒng)的地球化學測試分析，研究其巖石特征、物源性質和源巖構造背景，對進一步研究樺甸盆地油頁巖成礦機制具有重要意義。

1 區(qū)域地質背景

樺甸盆地構造演化受郯廬斷裂右旋壓扭（K2晚期－末期）、右旋走滑斷陷（E1）和擠壓反轉（E3末期）3個構造階段的控制和影響：右旋走滑斷陷期敦密斷裂開始發(fā)生，右旋走滑拉張活動形成樺甸盆地；擠壓反轉期郯廬斷裂北段古近紀地塹中正斷層發(fā)生構造反轉，造就了第二期的逆沖作用，樺甸盆地沉積演化結束［2］。研究區(qū)及周緣主要出露海西期和燕山期花崗巖、志留－泥盆紀地層、二疊紀地層和古近紀地層（圖1）。樺甸盆地主要沉積古近紀樺甸組，并根據沉積組合將樺甸組劃分為3段：下部初始沉降階段沉積為黃鐵礦段，中部最大沉降階段沉積為油頁巖段，上部快速充填萎縮階段沉積為炭質頁巖（含煤）段［3－6］。

2 樣品描述和分析方法

樣品取自樺甸盆地東部殼牌公司HD3全取心井，本鉆孔揭示樺甸盆地全部13層工業(yè)油頁巖層，取樣位置集中在樺甸組中部油頁巖段，主要為灰色泥巖、灰黑色油頁巖和棕褐色油頁巖，取樣間隔為14m左右（圖2）。

樣品測試分析在中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所完成。主量元素分析運用熔片法X－射線熒光光譜（XRF），分析誤差小于1%；微量元素測定主要采用發(fā)射光譜法（ES）、壓片法X－射線熒光光譜（XRF）；稀土元素主要采用等離子體質譜法（ICP－MS），分析誤差小于5%。

3 分析結果

3.1 主量元素

圖1 樺甸盆地地質圖Fig.1 Geology map of Huadian basin

圖2 樺甸盆地HD3井取樣位置Fig.2 Sampling positions in HD3，Huadian basin

樺甸盆地泥巖整體w（SiO2）變化范圍較大，為34.3%～57.9%，平均為47.0%，w（MgO＋為3.9%～11.7%（表1），平均為7.3%，說明泥巖中含有一定量的鐵鎂組分。w（K2O）普遍比w（Na2O）高，表明泥巖中含有較多的鉀長石或含鉀礦物；但X－射線衍射結果顯示，泥巖中斜長石和堿性長石含量幾乎相等（表2），結合顯微鏡下鑒定，泥巖中含有大量的云母，因其富含K，導致泥巖K2O／Na2O值較高。Al2O3／（CaO＋Na2O）值反映泥巖中穩(wěn)定組分和不穩(wěn)定組分的相對含量［7］，樺甸盆地泥巖中其比值為3.8～6.3，平均為5.0，顯示泥巖中穩(wěn)定組分含量較高。

3.2 微量元素特征

在后太古宙澳大利亞頁巖（PAAS）標準化蛛網圖中（圖3），樺甸盆地泥巖部分樣品微量元素分配模式存在明顯的差異，且樣品間元素的富集、虧損趨勢也不一致（表3），如部分樣品Sr、Nb高度富集，而在部分樣品中Sr、Nb相對虧損，反映樺甸盆地油頁巖段沉積時期可能存在較多類型的物源。

3.3 稀土元素特征

樺甸盆地泥巖稀土元素總量∑REE為（106.4～436.4）×10－6，平均為266.7×10－6；∑LREE為（81.4～315.5）×10－6，平均為215.4× 10－6；∑HREE為（32.4～120.9）×10－6，平均為51.2×10－6；LREE／HREE為2.6～5.3，平均值為4.25；Ce／Ce＊為0.87～1.06，平均為0.96。

表1 樺甸盆地泥巖主量元素質量分數Table 1 Contents of major elements of mudstone in Huadian basin wB／%

表2 樺甸盆地泥巖礦物質量分數Table 2 Relative content of mineral of mudstone in Huadian basin wB／%

在球粒隕石標準化分配模式中，樺甸盆地泥巖稀土元素分配模式均呈現出右傾（圖4A），輕稀土元素（LREE）富集，重稀土元素（HREE）分布平坦（LaN／YbN為8.0～15.7，平均值為11.82），表明泥巖輕重稀土分異比較明顯。δEu為0.69～0.74，平均為0.72，Eu負異常明顯；此類稀土元素分布特征表明樺甸盆地泥巖源巖主要來自于上地殼。

在PAAS標準化分配模式中（圖4B），樺甸盆地稀土元素質量分數差異明顯，但分配模型和后太古宙澳大利亞頁巖相似；由此可見，樺甸盆地泥巖物源類型存在一定的差異。

圖3 樺甸盆地泥巖微量元素PAAS標準化蛛網圖（PAAS數據引自文獻［8］）Fig.3 PAAS－normalized spider diagram of mudstone from Huadian basin（PAAS－normalized data from reference［8］）

4 討論

4.1 物源巖石類型判別

雖然源區(qū)母巖是控制沉積巖成分的重要因素，但是化學風化作用、搬運作用等對泥巖成分的影響也很大［10］。因此，在對物源巖石類型研究前，應對上述因素進行分析。

表3 樺甸盆地泥巖微量元素質量分數Table 3 Contents of trace elements of mudstone in Huadian basin wB／10－6

圖4 樺甸盆地泥巖稀土元素分配曲線（球粒隕石數據來自文獻［8］，PAAS數據來自文獻［9］）Fig.4 Chondrite－normalized（A）and Post－Archaean average shale（PAAS）REE digrams for the Huadian basin mudstone（chondrite－normalized data from reference［8］and PAAS data from reference［9］）

4.1.1 源區(qū)風化特征

圖5 樺甸盆地泥巖物源區(qū)圖解Fig.5 Al2O3－（Na2O＋CaO＊）－K2O for provenance of Huadian basin mudstone

泥巖中的化學成分能夠提供源區(qū)風化作用的信息。在風化過程中，穩(wěn)定的陽離子被保存在風化產物中（如Al3＋、Ti4＋），而不穩(wěn)定的陽離子往往流失（如Na＋、Ca2＋、K＋等）［11］。以上元素的丟失和富集程度往往取決于化學風化強度［12］。Nesbit等［13］提出了化學蝕變指數（CIA）以此來判斷源區(qū)的風化程度，CIA＝100×［Al2O3／（Al2O3＋CaO＊＋Na2O＋K2O）］，式中各元素采用摩爾分數，其中CaO＊僅指硅質礦物中CaO的摩爾分數。本次采用Bock等［14］提出的方法來確定泥巖中CaO＊的含量：當CaO＞Na2O時，CaO＊＝Na2O；當CaO≤Na2O時，CaO＊＝CaO，以此得到泥巖CIA值為74～82，平均為78，表明泥巖源巖經歷中等化學風化作用。在Al2O3－（Na2O＋CaO＊）－K2O圖解中（圖5A），泥巖點群主要集中在蒙脫石區(qū)，與X衍射分析樺甸盆地泥巖黏土類型基本一致（表2）。

由于氧化作用和U的丟失，Th／U值隨著風化程度的增加而增加［8，15］，當Th／U＞4便與風化作用有關［16］。圖5B顯示除2個樣品投在Th／U＝4之下，其他均在Th／U＝4之上的區(qū)域，為4.65～6.07，平均為4.65，略高于上地殼Th／U值（3.8），說明樺甸盆地源巖區(qū)均處于中等風化強度。

4.1.2 沉積分選與再循環(huán)

沉積分選與再循環(huán)往往會造成重礦物的富集，從而引起某些元素的富集［17］。鋯石是Zr元素主要賦存的礦物，同時礦物穩(wěn)定性很強，會隨著沉積再循環(huán)而富集在沉積物中。Th通常在酸性巖中賦存，相反Sc賦存在基性巖中，Th／Sc值在沉積再循環(huán)過程中不會發(fā)生改變，因此常被用來進行物源化學成分變化研究［15］；而Zr／Sc值往往因沉積再循環(huán)過程中鋯石的富集而增大，且不受后期熱液稀釋等作用的影響［18］。因此，Zr／Sc和Th／Sc值是反映沉積物成分變化、分選程度、重礦物富集程度的重要指標［15］。樺甸盆地大部分樣品靠近成分演化線（BFG），接近后太古宙澳大利亞頁巖（PAAS）和大陸上地殼（UCC），表明泥巖成分受源巖成分控制，沒有經歷沉積再循環(huán)，為近源沉積。樺甸盆地樣品在BFG線上端，顯示樺甸盆地源巖主要為長英質巖石（圖6）。

圖6 樺甸組泥巖Zr／Sc－Th／Sc圖解（底圖據文獻［15］）Fig.6 Zr／Sc－Th／Sc diagram for Huadian basin mudstone（after reference［15］）

通過以上分析可見：樺甸盆地泥巖沒有經過沉積再搬運，且物源經歷中等化學風化，因此可以應用地球化學手段進行物源分析。

4.1.3 物源母巖類型

一般Sc、Ni、Cr、Co傾向于在基性巖石中富集，而La、Th、Hf、Zr和REE傾向富集于酸性巖石［19］。樺甸盆地Ni、Cr、Ni相對虧損，La、Th以及REE相對富集，較高的Th／Sc和Zr／Sc值，明顯的Eu負異常，說明樺甸盆地源巖偏向于長英質巖石。

稀土元素（REE）和高場強元素以及部分過渡金屬元素（Co等）通常被認為是沉積過程最穩(wěn)定的元素，因此，利用這些元素可以有效地判斷碎屑沉積源區(qū)成分［20－21］。Fioyd和Leveridge［22］利用La／Th－Hf判別圖解對不同構造環(huán)境沉積物物源區(qū)進行判別（圖7A），根據樺甸盆地泥巖點群在圖解中的分布，表明樺甸盆地為多個物源，大部分為酸性島弧物源、長英質物源，有2個樣品顯示安山巖島弧物源。

Th／Sc和La／Sc值同樣可以用來判斷沉積物物源性質［8］。Wronkiewics和Condie［23］認為沉積物在沒有經過再旋回沉積情況下，上述比值可以用來區(qū)分鎂鐵質－超鎂鐵質和長英質組分。判別圖解顯示樺甸盆地存在多種物源類型，既包括長英質巖石，也含有一定量的中性巖石（圖7B）。

Allegre和Minster［24］運用La／Yb－∑REE圖解進行源巖判斷（圖7C），樺甸盆地泥巖主要為花崗巖、堿性玄武巖和鈣質泥巖混合來源。

總體來說，樺甸盆地泥巖源巖以酸性火山巖為主，含少量中性火山巖，可能存在沉積巖。

通常細碎屑巖（粉砂巖和泥巖）與其相伴生的砂巖往往具有相同的物源［25］。在地球化學研究的基礎上，結合樺甸地區(qū)構造演化、地層出露特征及砂巖鏡下礦物和巖屑特征可以更為有效地判斷泥巖物源。

研究資料表明，樺甸地區(qū)主要出露的地層有白山鎮(zhèn)群楊家店組元古宙－太古宙麻粒巖、紫蘇花崗巖［26－28］，樺甸縣清茶館－輝南縣蛟河之間，西北部敦密斷裂帶主干斷層陸續(xù)可見海西期和燕山期黑云母花崗巖、中侏羅世中性火山巖及晚侏羅世－早白堊世流紋巖、凝灰?guī)r和沉積砂礫巖［2，29］，局部地區(qū)出露志留－泥盆紀和二疊紀沉積地層。敦密斷裂帶、佳伊斷裂及中國東部大陸邊緣在晚白堊世早期具有統(tǒng)一的伸展地球動力學背景［30－32］。但在松遼盆地嫩江組沉積后，東北地區(qū)依次發(fā)生了強烈的構造反轉，不僅使郯廬斷裂北段再次遭受到強烈擠壓，最終形成大型右旋走滑逆沖斷裂帶，而且加速了斷裂帶的隆升剝蝕，將斷裂帶中大部分地段的上白堊統(tǒng)剝蝕殆盡；與此同時，導致松遼盆地及吉黑東部廣大地區(qū)發(fā)生區(qū)域隆升，形成分布廣泛的區(qū)域不整合界面［2，33］。樺甸地區(qū)出露的這些老地層也是在此時抬升，可能成為樺甸組泥巖沉積物源。通過樺甸盆地基底巖石顯微鏡下觀察，巖性為花崗巖，并明顯糜棱巖化（圖8A）。與泥巖互層的砂巖在顯微鏡下不存在波狀消光的石英和扁平伸長形多晶石英，且泥巖地球化學特征顯示源巖為酸性巖，所以可以確定泥巖物源不是來自于基性巖變質的元古宙－太古宙麻粒巖。砂巖中石英均為均勻消光，部分石英晶形完整、含有細小的氣液、副礦物包裹體，礦物包裹體自形程度很高（圖8B），說明其為中酸性深成巖漿巖；少量石英呈現明顯的溶蝕港灣狀（圖8C），表明其為中酸性噴發(fā)巖；此外偶見火山玻璃脫?；挠袼瑁▓D8D）、脈石英（圖8E），巖屑類型主要為花崗巖巖屑、流紋巖及凝灰?guī)r巖屑（圖8F）；斜長石聚片雙晶晶紋偏細，屬于中長石－鈉長石系列，還常見具格子雙晶的微斜長石和條紋長石。以上礦物特征均顯示砂巖的物源主要來自于花崗巖，含少量中性－酸性噴發(fā)巖。在地球化學特征和砂巖物源信息的基礎上，可以判定泥巖的物源類型應為花崗巖和少量中酸性噴發(fā)巖。

圖7 樺甸盆地泥巖源巖判別圖解Fig.7 Discrimination diagrams illustrating sedimentary provenance of Huadian basin mudstone

圖8 樺甸盆地基底巖石及樺甸組油頁巖段砂巖巖石特征Fig.8 Petrological characteristics of basement rocks and sandstone from Oil Shale Meumber in Huadian Formation，Huadian basin

4.2 源區(qū)構造背景判別

在不同的構造環(huán)境中，沉積巖的地球化學成分不同，已被成功地應用于沉積盆地構造環(huán)境判定［34－36］。

Bhatia［34－35］根據地殼性質將大陸邊緣和大洋盆地劃分為4種構造類型，分別為大洋島弧、大陸島弧、活動大陸邊緣和被動大陸邊緣，并提出應用主量元素判斷構造背景的（MgO＋Fe2OT3）－TiO2和（MgO＋Fe2OT3）－（Al2O3／SiO2）圖解（圖9A、B），其中（MgO＋Fe2OT3）代表巖石中相對偏基性組分。在此圖解中樺甸盆地多數樣品投在大陸島弧區(qū)，少量在大洋島弧區(qū)，僅一個樣品投在活動大陸邊緣。

雖然泥巖中SiO2的含量相對于砂巖較低，但是細碎屑巖（粉砂巖和泥巖）與其相伴生的砂巖通常具有相同的物源，因而具有相似的地球化學特征［23］。同時樺甸盆地泥巖為近物源沉積，且物源區(qū)經歷中等化學風化，可以考慮使用log（K2O＋Na2O）－SiO2圖解進行構造背景判斷。樺甸盆地樣品均落在島弧區(qū)（圖9C），與圖9A、B反映的構造背景信息相似，可以作為泥巖構造背景判別的參考圖解。

圖9 樺甸盆地泥巖主量元素構造環(huán)境分析圖Fig.9 Tectonic discrimination plots of Huadian basin mudstone

部分微量元素在巖石中是不活潑的，在搬運和沉積過程中表現出微弱變化，能很好地反映沉積盆地構造環(huán)境［8，37－38］。在微量元素La－Th－Sc、Th－Sc－Zr／10、Th－Co－Zr／10構造環(huán)境判別圖解中［35］（圖10），顯示樺甸盆地大多數樣品位于大陸島弧區(qū)：圖10A中僅1個樣品投在大洋島弧，1個樣品投在活動大陸邊緣；圖10B所有樣品均在大陸島弧范圍內；而圖10C則多數樣品在大陸島弧范圍內，少量在活動大陸邊緣。但是樺甸盆地樺甸組為古近紀沉積，其主體構造背景為大陸裂谷，與判別圖解矛盾。由于沉積巖經歷中等風化且成分受源巖控制，由此可見樣品所反映出來的構造背景應為源巖形成的構造背景。

樺甸地區(qū)主要出露海西期和燕山期黑云母花崗巖，中侏羅世－早白堊世中酸性噴發(fā)巖。大量研究資料表明，東北地區(qū)海西期火山巖侵入為大陸邊緣造山運動，形成島弧火山巖系［39－44］。燕山期巖漿巖形成的構造背景存在一定差異，在東北地區(qū)北部，許多學者對大興安嶺燕山期花崗巖、蒙古－鄂霍茨克縫合帶以南NE向巖漿弧研究表明，其為非造山系列火成巖，主要與大陸邊緣裂谷活動有關，伴隨著松遼盆地、依蘭－伊通斷陷的形成，屬于同裂谷火山巖系［45－46］。在東北地區(qū)南部，通過對吉林東部早侏羅世和晚白堊世鉀質火山巖、中侏羅世鈉質火山巖、吉林琿春東北部燕山早期中－酸性火山巖系、早白堊世遼西義縣等地火山巖研究表明，以上火山巖系列均為典型造山帶火山巖，屬于陸緣弧或碰撞帶環(huán)境［47－49］。樺甸盆地所處的敦密斷裂帶在早侏羅世－中侏羅世為韌性平移和擠壓階段，也是本區(qū)火山巖主要形成的時期，整體為大陸邊緣島弧火山巖系。在晚侏羅世－古近紀中期火山巖形成于拉張環(huán)境［32］，為大陸內部裂谷火山巖系。

圖10 樺甸盆地泥巖沉積構造環(huán)境判別圖（底圖據文獻［26］）Fig.10 Plots of the Huadian Formation mudstone for tectonic discrimination（after reference［26］）

可見，樺甸盆地樺甸組泥巖段物源主要為海西期和燕山期花崗巖，含少量燕山期中酸性火山巖，源巖的構造背景主體為大陸邊緣造山運動形成的大陸島弧火山巖系。物源區(qū)的構造背景和泥巖地球化學參數反映的源巖構造背景相似，印證了在泥巖中運用地球化學參數判斷物源及構造背景的準確性和可靠性。

5 結論

1）樺甸盆地泥巖PAAS標準化后，微量元素分配模式存在差異，同時結合稀土元素分配曲線，表明樺甸盆地存在多種物源類型。

2）CIA指數和Th／U值表明，源巖遭受化學風化程度中等；Th／Sc－Zr／Sc圖解表明泥巖沉積沒有經歷再循環(huán)，受源巖成分控制。

3）物源和構造背景判別圖解表明：樺甸盆地泥巖源巖以海西期和燕山期花崗巖為主，含少量燕山期中酸性噴發(fā)巖，源巖為大陸邊緣造山帶島弧火山巖系。

（References）：

［1］ 王東方.撫順古新世玄武巖特征及其在郯廬斷裂發(fā)展中的構造意義［J］.巖石礦物學雜志，1986，5（3）：212－219.

Wang Dong－fang.The Paleocene Basalt in Fushun District and Their Tectonic Significance in Development of Tancheng－Lujiang Fault Belt［J］.Acta Petrologica et Mineralogica，1986，5（3）：212－219.

［2］ 孫曉猛，王書琴，王英德，等.郯廬斷裂帶北段構造特征及構造演化序列［J］.巖石學報，2010，26（1）：165－176.

Sun Xiao－meng，Wang Shu－qin，Wang Ying－de，et al.The Structural Feature and Evolutionary Series in the Northern Segment of Tancheng－Lujiang Fault Zone［J］.Acta Petrologica Sinica，2010，26（1）：165－176.

［3］ 劉招君，楊虎林，董清水，等.中國油頁巖［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2009：38－116.

Liu Zhao－jun，Yang Hu－lin，Dong Qing－shui，et al.Oil Shale in China［M］.Beijing：Petroleum Industry Press，2009：38－116.

［4］ 孫平昌，劉招君，孟慶濤，等.樺甸盆地古近紀充填特征及對油頁巖成礦的影響［J］.煤炭學報，2011，36（7）：1110－1116.

Sun Ping－chang，Liu Zhao－jun，Meng Qing－tao，et al.Effect of the Basin－Fill Features on Oil Shale Formation in Paleogene，Huadian Basin［J］.Journal of China Coal Society，2011，36（7）：1110－1116.

［5］ 王永莉，劉招君，荊惠林，等.樺甸盆地古近系樺甸組油頁巖礦床沉積特征［J］.吉林大學學報：地球科學版，2005，35（6）：720－724.

Wang Yong－li，Liu Zhao－jun，Jing Hui－lin，et al.Sedimentary Characteristics of Oil Shale Deposit of the Huadian Formation of Paleogene in Huadian Basin［J］.Journal of Jilin University：Earth Science Edition，2005，35（6）：720－724.

［6］ 孟慶濤，劉招君，柳蓉，等.樺甸盆地樺甸組與美國猶他盆地綠河組油頁巖生物標志化合物特征對比［J］.吉林大學學報：地球科學版，2011，41（2）：391－398.

Meng Qing－tao，Liu Zhao－jun，Liu Rong，et al.Comparison on the Characteristics of Biomarkers of Oil Shale Between Huadian Formation in Huadian Basin and Green River Formation of Western United States［J］.Journal of Jilin University：Earth Science Edition，，2011，41（2）：391－398.

［7］ 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造背景的地球化學制約［J］.地球化學，2003，32（5）：406－426.Gu Xue－xiang，Liu Jian－ming，Oskar Schulz，et al.Geochemical Constraints on the Tectonic Setting of the Proterozoic Turbi Dites in the Xuefeng Uplift Region of the Jiangnan Orogenic Belt［J］.Geochemica，2003，32（5）：406－426.

［8］ Taylor S R，McLennan S M.The Continental Crust：Its Composition and Evolution［M］.Oxford：Blackwell，1985：12－312.

［9］ McLennan S M.Rare Earth Elements in Sedimentary Rocks：Influence of Provenance and Sedimentary［J］.Reviews in Mineralogy，1989，21：169－200.

［10］ Johnsson M J.The System Controlling the Composition of Clastic Sediments［J］.GSA Special Publication，1993，284：1－19.

［11］ Fedo C M，Nesbtit H W.Unravelling the Effects of Potassium Metasomatism in Sedimenttary Rocks and Paleosoles，with Implications for Paleoweathering Conditions and Provenance［J］.Geology，1995，23：921－924.

［12］ Condie K C，Noll J P D，Conway C M.Geochemical and Detrital Mode Evidence for Two Sources of Early Proterozoic Sedimentary Rocks from the Tonto Basin Supergroup，Central Arizona［J］.Sedimentary Geology，1992，77：51－76.

［13］ Nesbitt H W M，Young G M.Early Proterozoic Climates and Plate Motions Inferred from Major Element Chemistry of Lutites［J］.Nature，1982，299：715－717.

［14］ Bock B，McLennan S M，Hanson G N.Geochemistry and Provenance of the Middle Ordovician Austin Glen Member（Norman－Skill Formation）and the Taconian Orogeny in New England［J］.Sedimentology，1998，45：635－655.

［15］ McLennan S M，Hemming S，McDaniel D K，et al.Geochemical Approaches to Sedimentation，Provenance and Tectonic［J］.GSA Special Publication，1993，284：21－40.

［16］ McLennan S M，Hemming S R，Taylor S R，et al.Early Proterozoic Crustal Evolution：Geochemical and Nd－Pb Isotopic Evidence from Metasedimentary Rocks，Southwestern North America［J］.Geochimica et Cosmochimica Acta，1995，59：1153－1177.

［17］ McLennan S M，Taylor S R，McCulloch M T，et al.Geochemical and Nd，Sr Isotopic Composition of Deep－Sea Turbidites：Crustal Evolution and Plate Tectonic Associations［J］.Geochimica et Cosmochimica Acta，1990，43：375－388.

［18］ Lambeck A，Huston D，Maidment D，et al.Sedimentary Geochemistry，Geochronology and Sequence Stratigraphy as Tools to Typecast Stratigraphic U－nits and Constrain Basin Evolution in the Gold Mineralized Palaeoproterozoic Tanami Region，Northern Australia［J］.Precambrian Research，2008，166：185－203.

［19］ Cullers R L，Podkovyrov V N.Geochemistry of the Mesoproterozoic Lakhanda Shales in Southeastern Yakutia，Russia：Implications for Mineralogical and Provenance Control，and Recycling［J］.Precambrian Research，2000，104：77－93.

［20］ Long X P，Sun M，Yuan C，et al.Early Paleozoic Sedimentary Record of the Chinese Altai：Implications for Its Tectonic Evolution［J］.Sedimentary Geology，2008，208（3／4）：88－100.

［21］ 許德如，馬馳，Nonna B C，等.海南島北西部邦溪地區(qū)奧陶紀火山碎屑沉積巖巖石學、礦物學和地球化學：源區(qū)及構造環(huán)境暗示［J］.地球化學，2007，36（1）：11－26.

Xu De－ru，Ma Chi，Nonna B C，et al.Petrological，Mineralogical and Geochemical Characteristics of Ordovician Volcanic Clastic Sedimentary Rocks in Bangxi Area，Northwest Hainan Island，South China：Implication for Provenance and Tectonic Setting［J］.Geochemica，2007，36（1）：11－26.

［22］ Floyd P A，Leveridge B E.Tectonic Environment of the Devonian Gramscatho Basin，South Comwall：Framework Mode and Geochemical Evidence from Turbiditic Sandstone［J］.Journal of Geology Society London，1987，144（4）：531－542.

［23］ Wronkiewicz D J，Condie K C.Geochemistry of Archean Shales from the Witwatersr and Supergroup，South Africa：Source－Area Weathering and Provenance［J］.Geochimica et Cosmochimica Acta，1987，51：2401－2416.

［24］ Allegre C J，Minster J F.Quantitative Models of Trace Element Behavior in Magmatic Processes［J］.Earth Planet Sci Lett，1978，38（1）：1－25.

［25］ Roser B P，Korsch R J.Determination of Tectonic Setting of Sandstone－Mudstone Suites Using SiO2Content and K2O／Na2O Ration［J］.The Journal of Geology，1986，94：635－650.

［26］ 翟明國，楊瑞英.樺甸太古代變質層狀侵入體的巖石學及地球化學［J］.巖石學報，1988（1）：59－69.

Zhai Ming－guo，Yang Rui－ying.Petrology and Geochemistry of the Huadian High－Grade Metamor－phosed Layered Gabbroic Complexes，NE China［J］.Acta Petrologica Sinica，1988（1）：59－69.

［27］ 秦鼐，李志珍，阮忠義，等.吉林樺甸地區(qū)麻粒巖的發(fā)現與初步研究［J］.沈陽地質礦產研究所所刊，1982，3：198－204.

Qin Nai，Li Zhi－zhen，Ruan Zhong－yi，et al.Discovery of the Granulites in the Archaean Baishanzhen Group of Southern Jilin Province，China［J］.Journal of Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，1982，3：198－204.

［28］ 劉建民，戴新義，陳洪江.吉林樺甸老金廠地區(qū)太古代麻粒巖相變質雜巖的巖石學特征及其時代的討論［J］.吉林地質，1983（1）：1－14.

Liu Jian－min，Dai Xin－yi，Chen Hong－jiang.A Preliminary Study on the Characteristics of Petrology and Age of the Metamorphic Complexs for the Archaean Granulite Facies in the Laojinchang Region，Jilin［J］.Jilin Geology，1983（1）：1－14.

［29］ 王凱紅，紀春華，王秀萍.敦密斷裂帶的地質特征及演化［J］.吉林地質，2004，23（4）：23－27.

Wang Kai－h(huán)ong，Ji Chun－h(huán)ua，Wang Xiu－ping.The Geologic Features of the Dunmi Faulted Zone and Its Evolution［J］.Jilin Geology，2004，23（4）：23－27.

［30］ 萬天豐.郯廬斷裂帶的演化與古應力場［J］.地球科學：中國地質大學學報，1995，20（5）：526－534.

Wan Tian－feng.EvoIution of Tancheng－Luiiang Fault Zone and Palaeostress Fields［J］.Earth Science：Joumal of China University of Geosciences，1995，20（5）：526－534.

［31］ 朱光，劉國生，Dunlap W J，等.郯廬斷裂帶同造山走滑運動的40Ar－39Ar年代學證據［J］.科學通報，2004，49（2）：190－198.

Zhu Guang，Liu Guo－sheng，Dunlap W J，et al.Ar Geochronological on Syn－Orogenic Strike－Slip Movement and Genesis of the Tan－Lu Fault Zone［J］.Chinese Science Bulletin，2004，49（2）：190－198.

［32］ 王東方.東北大陸裂谷與中新生代火山巖的時空分布及煤、烴的構造成因關系［J］.礦床地質，1984，3（4）：71－78.

Wang Dong－fang.Space and Time Distribution of Mesozoic－Cenozic Volcanic Rocks in Northeast China and Its Tectonic－Genetic Relationship with Coal and Hydrocarbon in View of Continental Rifting［J］.Mineral Deposits，1984，3（4）：71－78.

［33］ 侯貴廷，馮大晨，王文明，等.松遼盆地的反轉構造作用及其對油氣成藏的影響［J］.石油與天然氣地質，2004，25（1）：49－53.

Hou Gui－ting，Feng Da－chen，Wang Wen－ming，et al.Reverse Structures and Their Impacts on Hydrocarbon Accumulation in Songliao Basin［J］.Oil ＆Gas Geology，2004，25（1）：49－53.

［34］ Bhatia M R.Plate Tectonics and Geochemical Composition of Sandstone［J］.Journal of Geology，1983，91（6）：611－627.

［35］ Bhatia M R，Crook K A W.Trace Element Characteristics of Graywackes and Tectonic Setting Discrimination of Sedimentary Basin［J］.Contributions to Mineralogy and Petrology，1986，92：181－193.

［36］ Akarish A I M，El－Gohary A M.Petrography and Geochemistry of Lower Paleozoic Sandstones，East Sinai，Egypt：Implications for Provenance and Tectonic Setting［J］.Journal of African Earth Sciences，2008，52：43－54.

［37］ Bhatia M R.Rare Earth Element Geochemistry of Australian Paleozoic Greywackes and Mudstones：Provenance and Tectonic Con－Trol［J］.Sedimentary Geology，1985，45：97－113.

［38］ McLennan S M.Relationships Between the Trace Element Composition of Sedimentary Rocks and Upper Continental Crust［J］.Geo－Chemistry Geophysics Geosystems，2001，2，1021，doi：10.1029／2000GC000109.

［39］ 吳福元，孫德有，林強.東北地區(qū)顯生宙花崗巖的成因與地殼增生［J］.巖石學報，1999，15（2）：181－189.

Wu Fu－yuan，Sun De－you，Lin Qiang.Petrogenesis of the Phanerozoic Granites and Crustal Growth in Northeast China［J］.Acta Petrologica Sinica，1999，15（2）：181－189.

［40］ 王新文，劉友元.東北地區(qū)前中生代構造演化及其與晚中生代盆地發(fā)育的關系［J］.現代地質，1997，11（4）：434－443.

Wang Xin－wen，Liu You－yuan.Pre－Mesozoic Tectonic Evolution and Its Relation with Development of Late Mesozoic Basins in Northeastern China［J］.Geoscience，1997，11（4）：434－443.

［41］ 劉永江，張興洲，金巍，等.東北地區(qū)晚古生代區(qū)域構造演化［J］.中國地質，2010，37（4）：943－941.

Liu Yong－jiang，Zhang Xing－zhou，Jin Wei，et al.Late Paleozoic Tectonic Evolution in Northeast China［J］.Geology in China，2010，37（4）：943－941.

［42］ 許文良，孫德有，尹秀英.大興安嶺海西期造山帶的演化：來自花崗質巖石的證據［J］.長春科技大學學報，1999，29（4）：319－323.

Xu Wen－liang，Sun De－you，Yin Xiu－ying.Evolution of Hercynian Orogenic in Daxing’anling MT：Evidence from Granitic Rocks［J］.Journal of Chuangchun University of Science and Technology，1999，29（4）：319－323.

［43］ 高陽，張招崇，楊鐵錚.黑龍江寶山一帶海西晚期強過鋁花崗巖地質地球化學及巖石成因［J］.巖石礦物學雜志，2009，28（5）：433－449.

Gao Yang，Zhang Zhao－chong，Yang Tie－zheng.Geology－Geochemistry and Petrogenesis of Late Hercynian Granites in Baoshan Area，Heilongjiang Province［J］.Acta Petrologica et Minerlogical，2009，28（5）：433－449.

［44］ 姜開君，周永昶.吉林琿春地區(qū)大荒溝花崗巖巖基的巖漿演化和構造環(huán)境［J］.地質論評，1993，39（5）：465－475.

Jiang Kai－jun，Zhou Yong－chang.Magmatic Evolution and Structural Environment of the Dahuanggou Granitoid Batholith in the Hunchun Area，Jilin Province［J］.Geological Review，1993，39（5）：465－475.

［45］ 張德全.大興安嶺南段不同構造環(huán)境中的兩類花崗巖［J］.巖石礦物學雜志，1993，12（1）：1－11.

Zhang De－quan.Two Granitoid Series in Different Tectonic Environment of Southern Da Hinggan Mountains，China［J］.Acta Petrologica et Minerlogica，1993，12（1）：1－11.

［46］ 鄭亞東，Davis G A，王琮，等.燕山帶中生代主要構造事件與板塊構造背景問題［J］.地質學報，2000， 74（4）：289－292.

Zheng Ya－dong，Davis G A，Wang Cong，et al.Major Mesozoic Tectonic Events in the Yanshan Belt and the Plate Tectonic Setting［J］.Acta Geologica Sinica，2000，74（4）：289－292.

［47］ 趙海玲，鄧晉福，陳發(fā)景，等.中國東北地區(qū)中生代火山巖巖石學特征與盆地形成［J］.現代地質，1998，12（1）：56－62.

Zhao Hai－ling，Deng Jin－fu，Chen Fa－jing，et al.Petrology of the Mesozoic Volcanic Rocks and the Basin Formation in the Northeast China［J］.Geoscience，1998，12（1）：56－62.

［48］ 李伍平，李獻華，路鳳香，等.遼西早白堊世義縣組火山巖的地質特征及其構造背景［J］.巖石學報，2002，18（2）：193－204.

Li Wu－ping，Li Xian－h(huán)ua，Lu Feng－xiang，et al.Geological Characteristies and Its Setting for Volcanic Rocks of Early Cretaceous Yixian Formation in Western Liaoning Province，Eastern China［J］.Acta Petrologica Sinica，2002，18（2）：193－204.

［49］ 姜開君.吉林琿春東北部中生代侵人巖：一個中性－酸性雙峰式巖系的演化和形成環(huán)境［J］.礦物巖石，1992，12（4）：6－11.

Jiang Kai－jun.Mesozoic Intrusive Rocks Series in Northern Hunchun，Jilin：Evolution and Formation Environment of an Intermediate－Acidic Bimodal Rocks Series［J］.Mineralogy and Petrology，1992，12（4）：6－11.

Geochemical Characteristics and Their Geological Implications of Oil Shale Member of Huadian Formation，Huadian Basin

Sun Ping－chang1，2，Liu Zhao－jun1，2，3，Li Bao－yi1，2，Liu Rong1，2，3，Meng Qing－tao1，2，3，Zhou Ren－jie4，Yao Shu－qing1，2，Xu Yin－bo1，2

1.College of Earth Sciences，Jilin University，Changchun 130061，China 2.Key－Laboratory for Oil Shale and Coexistent Minerals Mineralization ＆Exploration and Exploitation，Jilin University，Changchun 130061，China 3.Key Lab for Evolution of Past Life and Environment in Northeast Asia，Ministry of Education，Changchun 130026，China 4.Department of Geology，University of Toronto，Toronto，M5S3B1，Canada

Huadian basin，which is located within Dunhua－Mishan fault zone，is well known as a Paleogene oil shale－bearing fault－basin in China.Previous studies mostly focus on the sedimentary characteristics of oil shale，but there was little concern on provenance features and tectonic settings.Thegeochemical analysis based on the mudstone samples from the Oil Shale Member of Huadian Formation shows that the SiO2content is respectively low，The K2O／Na2O ratio is relatively high（＞1）.The parameter of（MgO＋Fe2OT3）ranges from 3.91%to 11.66%and the Al2O3／（Na2O＋K2O）ratio ranges from 3.77%to 6.29%，all of which demonstrate that the mudstones contain a certain amount of femic constituents and a considerable quantity of stable components.The PAAS－standardized distribution curves of trace elements show variable enrichment and depletion trends among different samples，significant variations in the REE contents，enrichment in light REE and negative anomalies of Eu.These features suggest that the material sources of the Oil Shale Member came from several provenances.The mudstone weathering and alteration indexes range from 74to 82and the Th／U ratio mainly ranges from 4.65to 6.07，both of which suggest that provenances had underwent moderate weathering processes.The Th／Sc and Zr／Sc ratios illustrate that these mudstones were mainly controlled by source rocks.On the basis of source rocks，discrimination diagrams of the tectonic setting and previous research material，we conclude that the provenances of the Oil Shale Member of Huadian Formation in Huadian Basin were mainly Hercynian and Yanshanian granites，and also involve some andesitic to rhyolitic effusive rocks.Source rocks were formed in the continental margin orogenic belt and belonged to continental island arc volcanic series.

oil shale；geochemistry；provenance；tectonic setting；Paleogene；Huadian basin

book=2012,ebook=723

P618.12；P59

A

1671－5888（2012） 04－0948－13

2011－11－20

國家自然科學基金項目（40972076）；吉林大學科學前沿與交叉學科創(chuàng)新項目（200903035）；高等學校博士學科點專項科研基金項目（20110061120066；20110061110050）

孫平昌（1985－），男，博士研究生，主要從事油頁巖沉積學、油頁巖成礦理論研究，E－mail：sunpingchang711＠126.com

劉招君（1951－），男，教授，博士生導師，主要從事沉積學、層序地層學、石油地質學及油頁巖成礦理論研究，E－mail：liuzj＠jlu.edu.cn。