諸城盆地早白堊世砂巖主量元素地球化學(xué)特征及其對物源區(qū)構(gòu)造環(huán)境的制約

倪金龍+張紅+唐小玲+史曉曉+孫煜杰+韓帥

摘 要：諸城盆地作為早白堊世伸展盆地，與其東南側(cè)膠南造山帶之間的耦合關(guān)系一直以來仍缺少相關(guān)研究?；谝巴獾刭|(zhì)考察、砂巖碎屑組分統(tǒng)計(jì)及主量元素特征分析，探討了早白堊世諸城盆地的物源方向、萊陽群砂巖的地球化學(xué)組成、物源區(qū)風(fēng)化特征及大地構(gòu)造背景。結(jié)果表明：諸城盆地萊陽群砂巖地球化學(xué)類型主要為鐵砂巖和雜砂巖，其源巖具有長英質(zhì)火成巖或中性巖特點(diǎn)；砂巖的化學(xué)蝕變指數(shù)（45～58）、化學(xué)風(fēng)化指數(shù)（47～69）、斜長石蝕變指數(shù)（58～73）和化學(xué)組分變化指數(shù)（0.86～1.02）體現(xiàn)了源區(qū)風(fēng)化作用很弱的特征；Dickinson分類圖解及古流向指示砂巖源區(qū)主要為盆地東南側(cè)的膠南造山帶，砂巖的地球化學(xué)組成、風(fēng)化特征等共同說明早白堊世時期膠南造山帶經(jīng)歷了快速隆升事件；結(jié)合前人關(guān)于該地區(qū)巖漿巖地球化學(xué)特征，膠南造山帶的本次快速隆升是巖石圈減薄作用的結(jié)果，因而諸城盆地的快速沉降與膠南造山帶的隆升是相互耦合的。上述結(jié)果一方面從地球化學(xué)角度證實(shí)了膠南造山帶早白堊世時期經(jīng)歷了快速隆升事件，另一方面也說明了諸城盆地原型是伸展斷陷盆地，二者均是華北東部巖石圈減薄作用的產(chǎn)物。

關(guān)鍵詞：萊陽群；早白堊世；巖石地球化學(xué)；巖石圈減??；盆山耦合；盆地原型；風(fēng)化指數(shù)；諸城盆地

中圖分類號：P588.21+2.3；P595 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-6561（2016）05-0587-14

Abstract： The coupling relationship between Zhucheng Basin as Early Cretaceous extensional basin and Jiaonan orogenic belt is still lack of relevant research. Based on the field geology observations， sandstone detrital component statistics and the analysis of major element characteristics， the provenance of Zhucheng Basin in Early Cretaceous， the geochemical composition of sandstone from Laiyang Group， the weathering characteristics of provenance and the tectonic background were discussed. The results show that the geochemical types of sandstone in Laiyang Group of Zhucheng Basin are mainly iron sandstone and greywacke， and the source rocks have the characteristics of felsic igneous rock or intermediate rock； the chemical index of alteration（45-58）， chemical index of weathering（47-69）， plagioclase index of alteration（58-73） and index of compositional variability（0.86-1.02） reflect the relative weak weathering in provenance； Dickinson classification diagrams and the paleocurrent direction indicate that the provenance of sandstone is mainly Jiaonan orogenic belt at the southeastern side of Zhucheng Basin， and the geochemical composition and weathering characteristics of sandstone suggest that Jiaonan orogenic belt experiences rapid uplift event during Early Cretaceous； combined with the previous research on the geochemical characteristics of magma rock， the rapid uplift of Jiaonan orogenic belt results from the lithosphere thinning， so the rapid subsidence of Zhucheng Basin and the uplift of Jiaonan orogenic belt are coupled with each other. From the view of geochemistry， the above-mentioned results confirm that Jiaonan orogenic belt experiences a rapid uplift event during Early Cretaceous； on the other hand， it also illustrates that the prototype of Zhucheng Basin is an extensional fault basin， and both of them are the produce of lithosphere thinning in the eastern North China.

Key words： Laiyang Group； Early Cretaceous； petrogeochemistry； lithospheric thinning； basin-mountain coupling； basin prototype； weathering index； Zhucheng Basin

0 引 言

盆地和造山帶是大陸巖石圈表面的兩個基本構(gòu)造單元，二者在空間上相互依存，在物質(zhì)上相互轉(zhuǎn)換，在地表形態(tài)上相互調(diào)整與均衡，具有密切的耦合關(guān)系[1]。前人常通過研究造山帶前緣發(fā)育的盆地來揭示造山帶源區(qū)特征、演化歷史[2]，如合肥盆地與大別造山帶[3-5]的相關(guān)研究。蘇魯造山帶發(fā)育于郯—廬斷裂帶東側(cè)，通常被認(rèn)為是大別造山帶的東延[6]，其北緣發(fā)育了膠萊盆地，為全面認(rèn)識造山帶的隆升與演化過程提供了一個新的窗口[7-8]。

諸城盆地發(fā)育于膠萊盆地的南端，是膠萊盆地的一個次級構(gòu)造單元[9]。作為早白堊世的重要盆地，該盆地目前存在如下認(rèn)知問題：①盆地的原型仍存在爭議；②同為早白堊世凹陷，諸城盆地為什么存在比膠萊盆地中高密凹陷、萊陽凹陷厚得多的萊陽群沉積層（圖1）？③諸城盆地與其東南側(cè)的膠南造山帶是否存在耦合關(guān)系？

砂巖的物質(zhì)組分記錄著物源區(qū)的信息，因而受到廣泛關(guān)注。近年來，利用砂巖巖石地球化學(xué)特征判別巖石形成時的大地構(gòu)造背景、盆地的物源及沉積構(gòu)造背景等方面取得了很多成果[10-13]，為認(rèn)識盆地及源區(qū)的性質(zhì)與演化提供了新的視角。本文主要選取諸城盆地下白堊統(tǒng)萊陽群樣品進(jìn)行砂巖主量元素地球化學(xué)研究，結(jié)合砂巖組分特征深入探討諸城盆地砂巖的物源屬性、源區(qū)古風(fēng)化與古氣候條件，同時揭示膠南造山帶抬升與諸城盆地沉降的耦合關(guān)系及區(qū)域構(gòu)造意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

諸城盆地位于膠南造山帶西側(cè)，具有不對稱的箕狀結(jié)構(gòu)，NE—SW向延伸的壓扭性斷層多發(fā)育于盆地與變質(zhì)核雜巖下盤在地表的接合部，與造山帶近平行。該組斷層切割了諸城盆地早白堊世盆地，是晚白堊世區(qū)域擠壓作用的結(jié)果。另有一組NE—SW向延伸的正斷層伴隨早白堊世侵入的閃長玢巖發(fā)育（圖2）。

盆地的沉積中心呈NE—SW向分布，與蘇魯造山帶平行。出露的盆地基底主要為元古代花崗巖（圖1）。萊陽群在盆地中普遍發(fā)育，與基底的元古代花崗巖為沉積接觸關(guān)系，厚度最大可達(dá)6 000 m；萊陽群主要為一套河流-湖泊相沉積，發(fā)育粒序?qū)永?、韻律層理及槽狀交錯層理等，巖性以灰色砂巖為主，并含少量頁巖及礫巖（圖3），局部夾火山巖。萊陽群（圖2）從下到上可劃分為林山寺組（Kll）、止鳳莊組（Klz）、楊家莊組（Kly）、龍旺莊組（Kllw）、曲格莊組（Klq）和法家瑩組（Klf），沉積年代為120～135 Ma[14-15]。

青山群為一套火山沉積巖，厚度分布很不均勻，最厚可達(dá)3 000 m（圖2），主要發(fā)育八畝地組（Kqb），為一套安山質(zhì)火山噴發(fā)巖，角度不整合覆蓋于傾斜的萊陽群之上（圖2）。王氏群在凹陷中分布局限，厚度較薄。

2 樣品采集與物質(zhì)組分特征

2.1 地層特征

野外考察選取山東省五蓮縣城—中至鎮(zhèn)地質(zhì)剖面，野外露頭良好，從下向上發(fā)育林山寺組、龍旺莊組、曲格莊組與法家瑩組（圖2）。林山寺組主要為一套沖積扇相的塊狀角礫巖及含礫粗砂巖沉積，覆蓋于膠南造山帶元古代花崗片麻巖之上。龍旺莊組底部為一套灰紫色中粒長石砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖夾含礫粗砂巖，向上發(fā)育薄層粉、細(xì)砂巖及頁巖。曲格莊組主要發(fā)育一套黃綠色薄層細(xì)砂巖、粉砂巖及頁巖。法家瑩組發(fā)育黃綠色含礫砂巖、中粒長石砂巖、粉砂巖及泥灰?guī)r。根據(jù)地層發(fā)育的礫巖排列方式及地層產(chǎn)狀，古流向總體表現(xiàn)為NW向[圖2（b）]，顯示盆地的物源主要來自于東南側(cè)。

2.2 樣品采集與物質(zhì)組分統(tǒng)計(jì)

從盆地基底向西至青山群火山巖，樣品采集的分布較均勻（圖2）。砂巖的物質(zhì)組分統(tǒng)計(jì)在薄片下進(jìn)行，每個薄片大約統(tǒng)計(jì)550個顆粒（粒徑介于60～400 μm），顆粒被分成石英、長石和巖屑，其他則當(dāng)成混雜物不進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。單晶組分按單個礦物統(tǒng)計(jì)，多晶組分按巖屑統(tǒng)計(jì)。巖屑組分主要統(tǒng)計(jì)顆粒粒徑小于50 μm的隱晶質(zhì)微晶物質(zhì)，而粒徑大于50 μm的即使其明顯由巖屑組成，但仍按礦物顆粒統(tǒng)計(jì)[3，12] 。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

顆粒的大小影響著沉積巖石地球化學(xué)特征[19]，因而砂巖地球化學(xué)分析樣品的選取以標(biāo)本及薄片觀察為基礎(chǔ)，挑選了12個顆粒均勻的中、細(xì)粒砂巖作為分析測試對象（表1）。

3 分析方法

砂巖巖石主量元素分析使用荷蘭Philips公司生產(chǎn)的PW2404型X 射線熒光光譜儀（XRF）測定，精度優(yōu)于5%，試驗(yàn)在中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地質(zhì)過程與與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，分析結(jié)果見表2。數(shù)據(jù)處理時，去除燒失量，重新計(jì)算各主量元素含量。CaO含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）超過5%的樣品有明顯鈣質(zhì)膠結(jié)，需要對CaO含量進(jìn)行特別處理。通常硅酸鹽中CaO與Na2O含量最高為1∶1[20]，根據(jù)這樣的原則對數(shù)據(jù)進(jìn)行重新處理。經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)近似為砂巖的真實(shí)含量（表2）。

4 結(jié)果分析與討論

4.1 主量元素地球化學(xué)特征

4.1.1 化學(xué)成分特征及對比

（1）龍旺莊組與曲格莊組的對比。

數(shù)據(jù)分為龍旺莊組、曲格莊組及法家瑩組，但法家瑩組只有一個樣品，不具有代表性。前兩組樣品都是經(jīng)過精心挑選的，且有3個以上樣品，其測試結(jié)果具有較高的科學(xué)價值。

龍旺莊組與曲格莊組相比（表2），除CaO之外，前者僅有SiO2含量（均值72.87%）高于后者（均值70.26%），其余主量元素含量均小于后者。龍旺莊組Al2O3含量介于11.83%～12.48%，均值為12.11%；K2O含量介于1.94%～2.63%，均值為2.16%；Na2O含量介于2.88%～4.55%，均值為3.56%；w（Fe2OT3）+w（MgO）均值為3.74%；TiO2含量介于0.37%～0.56%，均值為0.46%。曲格莊組Al2O3含量介于12.02%～16.17%，均值為13.93%；K2O含量介于1.81%～3.48%，均值為2.47%；Na2O含量介于2.52%～6.27%，均值為4.34%；w（Fe2OT3）+w（MgO）均值為5.84%。