康滇古陸東緣筇竹寺組沉積物源的風(fēng)化特征
——以云南省楚雄市武定縣烏龍村剖面為例

楊永禎，郭嶺，方澤鑫，徐凱，張寰萌，師宇翔，武芳芳，陶威

1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710069

2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，西安 710069

0 引言

陸源碎屑沉積巖的元素化學(xué)特征主要受源巖礦物和源巖風(fēng)化條件的控制，因此陸源沉積巖的多元素化學(xué)特征已被廣泛用于揭示物源、構(gòu)造、風(fēng)化過程、氣候變化和大陸地殼演化的性質(zhì)[1]。揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組是目前頁巖氣勘探的重要層位，其中包含的黑色巖系是地球巖石圈、水圈、氣圈以及生物圈共同作用的結(jié)果，能夠反映地球演化中特定的地質(zhì)環(huán)境，尤其是沉積時(shí)古海洋的環(huán)境[2-3]。前人對筇竹寺組的研究主要集中在黑色巖系，因?yàn)橛蜌馓锏纳?、生氣母巖均來自黑色巖系，而且許多金屬礦床的形成與黑色巖系有關(guān)[3-6]。目前四川盆地下寒武統(tǒng)筇竹寺組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了良好的天然氣顯示，展現(xiàn)出巨大的勘探前景，但是對筇竹寺組開展的研究主要集中在黑色巖系的烴源巖評價(jià)，儲層生、儲能力以及沉積環(huán)境上[5,7-10]，而對于筇竹寺組沉積巖的物質(zhì)來源、母巖特征、沉積構(gòu)造背景以及風(fēng)化程度還缺乏較為深入的認(rèn)識[3,11]。

因此，以滇東地區(qū)烏龍村剖面筇竹寺組為研究對象，利用主量元素和微量元素解析了筇竹寺組沉積巖源區(qū)的風(fēng)化程度和古氣候，分析了筇竹寺組沉積巖的物質(zhì)來源和沉積構(gòu)造背景。旨在補(bǔ)充筇竹寺組的研究工作，加強(qiáng)筇竹寺組的基礎(chǔ)地球化學(xué)研究，期望能對滇東地區(qū)筇竹寺組的礦產(chǎn)資源選區(qū)提供一定的基礎(chǔ)參數(shù)和地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

1.1 構(gòu)造背景

滇東地區(qū)位于上揚(yáng)子地區(qū)南緣，印度板塊與歐亞板塊的碰撞接觸地帶東側(cè)（圖1a），屬于環(huán)太平洋構(gòu)造域與特提斯構(gòu)造域的交接復(fù)合帶。在地史發(fā)展中，經(jīng)過歐亞板塊與岡瓦納板塊中的印度、蘭坪—思茅、保山、揚(yáng)子、騰沖等板塊相互拼接，形成了如今復(fù)雜的大地構(gòu)造格局[3,7]。早寒武世，該區(qū)處于康滇古陸、牛首山古陸以及瀘冕古陸三大古陸之間，武定縣烏龍村剖面具體位于滇東地區(qū)的西側(cè)、康滇古陸的東側(cè)，其沉積時(shí)以淺水陸棚相為優(yōu)勢相帶（圖1b）。該剖面靠近康滇古陸，且出露完整，因此研究該剖面可以揭示筇竹寺組沉積巖物源區(qū)特征以及氣候變化。剖面起點(diǎn)坐標(biāo)為25°34′55″ N、102°22′49″ E，海拔1 849.5 m；終點(diǎn)坐標(biāo)為25°35′44″ N、102°23′49″ E，海拔1 890 m。

圖1 滇東大地構(gòu)造位置（a，據(jù)文獻(xiàn)[3]修改）及滇東地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組沉積相平面分布（b）Fig.1 (a) Geotectonic location of eastern Yunnan province (modified from reference [3]);(b) distribution of sedimentary facies in Lower Cambrian Qiongzhusi Formation,eastern Yunnan province

1.2 沉積特征

武定縣烏龍村剖面筇竹寺組地層出露完整（圖2），底部與下寒武統(tǒng)漁戶村組大海段灰色灰?guī)r呈整合接觸，頂部與下寒武統(tǒng)滄浪鋪組厚層灰色粗砂巖呈整合接觸。烏龍村剖面共分13層，2～12層發(fā)育筇竹寺組，其中2～5 層為筇竹寺組石巖頭段，厚46.25 m，巖性以灰褐色—灰色粉砂巖、細(xì)砂巖為主，為濱岸相沉積；6～12層為筇竹寺組玉案山段，厚90.75 m，玉案山段沉積時(shí)期，海平面上升，巖性以灰綠色頁巖、灰色粉砂質(zhì)頁巖為主，為陸棚相中淺水陸棚相沉積。

圖2 烏龍村剖面筇竹寺組沉積相分析圖Fig.2 Sedimentary facies analysis in Wulongcun profile of the Qiongzhusi Formation

2 樣品分析方法

2.1 樣品處理過程

在烏龍村剖面筇竹寺組共采集了38 件樣品，并對其中的10件樣品進(jìn)行測試分析。樣品的主量元素分析在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。首先在小型顎式破碎機(jī)對樣品進(jìn)行破碎，然后將破碎后的碎石放在碳化鎢研缽?fù)斜P中，再放進(jìn)振動式碎樣機(jī)中碎至200目以下。主量元素采用XRF 法完成，分析精度一般優(yōu)于5%。樣品的微量元素和稀土元素分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究所分析測試研究中心完成，利用ELEMENT XR 等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行分析，測試方法和依據(jù)符合GB/T 14506.30—2010《碳酸鹽巖石化學(xué)分析方法第30 部分：44 個(gè)元素含量測定》。主量元素、微量元素及稀土元素的分析結(jié)果分別見表1～3。

表1 滇東地區(qū)烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖主量元素含量表（%）Table 1 Contents of main elements in sedimentary rock of the Qiongzhusi Formation in Wulongcun profile,eastern Yunnan province (%)

表2 滇東地區(qū)烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖微量元素含量表（×10-6）Table 2 Contents of trace elements in sedimentary rock of the Qiongzhusi Formation in Wulongcun profile,eastern Yunnan province (×10-6)

表3 滇東地區(qū)烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖稀土元素含量表（×10-6）Table 3 Contents of rare earth elements in sedimentary rock of the Qiongzhusi Formation in Wulongcun profile,eastern Yunnan province (×10-6)

2.2 研究方法

化學(xué)蝕變指數(shù)（CIA）是定量分析源區(qū)風(fēng)化程度和古氣候條件的重要指標(biāo)。相關(guān)計(jì)算公式如下[14]：

式中：氧化物的含量都是摩爾含量，CaO*指硅酸鹽礦物中的CaO，在無法獨(dú)立獲得硅酸鹽礦物中的CaO含量時(shí)，要對CaO 含量進(jìn)行校正。CaO*的間接計(jì)算公式如下[15]：

若計(jì)算后的CaOresidual＜Na2O，則認(rèn)為CaO*=CaOresidual；若計(jì)算后的CaOresidual＞Na2O，則認(rèn)為CaO*=Na2O。若計(jì)算后的CaOresidual＜0，則比較CaO和Na2O的含量，當(dāng)樣品的CaO＜Na2O 時(shí)，則CaO*=CaO；當(dāng)樣品的CaO＞Na2O時(shí)，則CaO*=Na2O。

沉積巖在成巖過程中會存在K交代作用，K交代作用增加了沉積巖中的K含量，從而導(dǎo)致了低的CIA值。因此需要計(jì)算無K 交代作用下的CIA 值，采用了Panahiet al.[16]提出的修正CIA（即CIAcorr）的方法：

式中：K2Ocorr是無K交代作用的巖石中K2O的含量，m代表母巖中K2O 的比例，本文m 的取值參考文獻(xiàn)[17]，其研究的地層是位于揚(yáng)子板塊的埃迪卡拉紀(jì)地層和早寒武紀(jì)地層，并對CIA 進(jìn)行了校正，利用了m值。因此，利用其校正后的CIA 值和相關(guān)數(shù)據(jù)反推出m 值，m 值為0.109 889 19，并運(yùn)用在了本文中（之后所有的討論都基于校正后的CIA值）。

另外溫度作為評估古氣候的關(guān)鍵指標(biāo)，是通過CIA值計(jì)算出來的，計(jì)算公式為[18]：

式中：T的單位為℃。

3 分析結(jié)果

3.1 地球化學(xué)

3.1.1 主量元素特征

烏龍村剖面沉積巖樣品主量元素含量見表1。樣品SiO2的含量為45.05%～79.31%（平均值為59.84%）；TiO2的含量為0.50%～0.87%（平均值為0.69%）；Al2O3的含量為8.62%～18.97%（平均值為14.88%）；TFe2O3（TFe2O3表示以Fe2O3表示全鐵含量）的含量為2.89%～7.33%（平均值為5.33%）；MnO的含量為0.01%～0.15%（平均值為0.073%）；MgO 的含量為1.21%～7.96%（平均值為4.53%）；CaO 的含量為0.03%～7.43%（平均值為2.24%）；Na2O 的含量為0.07%～0.11%（平均值為0.09%）；K2O 的含量為3.72%～5.54%（平均值為4.61%）；P2O5的含量為0.23%～0.56%（平均值為0.32%）。

將樣品主量元素與Tayloret al.[12]提出的上地殼元素含量（UCC）進(jìn)行對比，并做標(biāo)準(zhǔn)化處理。圖3顯示，Ti、Fe、Mg、K、P 元素明顯富集，Si、Na、Ca 元素具有虧損的現(xiàn)象。特別是TFe2O3含量平均值高于UCC含量4.49%，可能與鐵元素在該地區(qū)的富集有關(guān)。相對富集的K2O含量總體高于UCC含量3.19%，其相對高含量可能與成巖過程中K交代作用有關(guān)[17]。

圖3 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖主量元素配分模式Fig.3 Major element distribution in Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile

樣品主量元素之間的相關(guān)性分析表明（表4），TFe2O3和Al2O3具有較好的正相關(guān)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)為0.871 6），SiO2和MgO 具有很好的負(fù)相關(guān)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)為-0.937 9）。鋁通常被認(rèn)為是陸源物質(zhì)的代表，因此Fe 元素也主要由陸源輸入[19]。SiO2與TFe2O3、MgO 和MnO 呈負(fù)相關(guān)，說明具有一定的粒度效應(yīng)特征[20]，而MgO、CaO和MnO彼此呈正相關(guān)，MgO與MnO 的相關(guān)系數(shù)為0.311 0；CaO 和MnO 的相關(guān)系數(shù)為0.646 4；MgO 和CaO 的相關(guān)系數(shù)為0.801 4；P2O5與其他主量元素沒有很好的相關(guān)性。

表4 滇東地區(qū)烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖主量元素相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficients for major elements in Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile,eastern Yunnan province

3.1.2 微量元素特征

烏龍村地區(qū)筇竹寺組沉積巖微量元素在地層縱向序列上變化較大（表2、圖4），將微量元素與上地殼元素含量（UCC）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理（圖4）。相比上地殼元素含量，元素Sr、Mo、Tl、Pb、Nb、Hf 出現(xiàn)虧損，其中喜干型元素Sr 呈現(xiàn)明顯的虧損，Sr 的含量為48.80×10-6～95.00×10-6，明顯低于上地殼的含量（350.00×10-6），Sr 的虧損與其沉積水體環(huán)境有關(guān)，說明沉積期武定縣烏龍村地區(qū)氣候整體較為濕潤[21]。元素Li、Sc、V、Cr、Co、Y、Sb、Cs、Bi、U 整體上呈現(xiàn)正異常，其中元素Bi 呈現(xiàn)明顯的富集，Bi 的含量為0.15×10-6～4.83×10-6，明顯大于上地殼的含量（0.13×10-6），由于Bi元素通常被認(rèn)為來源于成礦高溫?zé)嵋海虼藶觚埓宓貐^(qū)在沉積時(shí)可能存在熱液活動[22]。

圖4 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖微量元素配分模式Fig.4 Trace element distribution in Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile

其他元素都是部分樣品出現(xiàn)虧損，部分樣品出現(xiàn)富集，其中Zr有部分樣品出現(xiàn)正異常，說明鋯石可能出現(xiàn)了沉積分異[23]。雖然個(gè)別樣品的微量元素含量有所差別，但是標(biāo)準(zhǔn)化之后的整體趨勢卻很一致，說明筇竹寺組沉積巖具有相似的源區(qū)以及大地構(gòu)造背景[24]。

3.1.3 稀土元素特征

烏龍村剖面樣品稀土元素濃度顯示（表3），樣品稀土元素總量介于161.86×10-6～250.57×10-6，平均值為196.08×10-6。其中輕稀土元素含量介于144.12×10-6～226.02×10-6，重稀土元素含量介于17.74×10-6～24.99×10-6，輕、重稀土元素比值（∑LREE/∑HREE）介于6.56～9.21，平均值為8.06，反映研究區(qū)筇竹寺組沉積巖的輕稀土元素相對富集，而重稀土元素相對虧損，這種LREE富集可能是黏土礦物中稀土元素吸附/解吸分餾的結(jié)果[25]。

利用球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值對筇竹寺組樣品的稀土元素含量進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理（圖5）。稀土元素配分模式呈現(xiàn)右傾的趨勢，也反映了筇竹寺組輕稀土元素相對富集，而重稀土元素相對虧損。（La/Yb）n（下角的n 指采用北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化）比值反映的是稀土元素之間的分異程度，筇竹寺組樣品的（La/Yb）n比值介于1.03～1.48，平均值為1.22，反映了稀土元素分異程度不明顯，說明沉積物源相對穩(wěn)定[26]。位于烏龍村剖面東側(cè)的朱家箐剖面的（La/Yb）n比值介于0.82～2.09，平均值為1.27，平均值較烏龍村剖面增大[27]，沉積速率有減小的趨勢，說明物源來自于西側(cè)[28]，因此物源區(qū)可能為康滇古陸。當(dāng)（La/Sm）N＞1時(shí)，表明成巖物質(zhì)來源有地幔柱或異常物質(zhì)的加入，筇竹寺組樣品的(La/Sm)N比值介于2.83～4.80，都大于1，表明巖石中可能有深部物質(zhì)的加入[29]，可能以上升洋流的方式使深部物質(zhì)加入沉積巖。筇竹寺組樣品的Y/Ho 比值介于26.27～34.55，平均為30.04，表明硅質(zhì)碎屑對兩個(gè)剖面的稀土元素組成有強(qiáng)烈影響[30]。微量元素配分曲線在Eu 元素處呈一個(gè)較明顯的“V”型，說明Eu 虧損，呈負(fù)異常（δEu 平均為0.75）；Ce 元素是地球表面條件下可以表現(xiàn)出價(jià)態(tài)變化的稀土元素，因此可以作為氧化還原條件的指標(biāo)[31]。當(dāng)δCe＜0.95 時(shí)，沉積巖在沉積時(shí)處于氧化環(huán)境，而研究區(qū)樣品的δCe 平均值為0.78，表明Ce元素相對虧損，且在沉積時(shí)整體處于弱氧化環(huán)境，其中最小值0.68，對應(yīng)于WLC-04，表明該樣品在沉積時(shí)沉積環(huán)境氧化性較強(qiáng)[2]。

圖5 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖稀土元素配分模式圖Fig.5 Rare earth element distribution in Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile

3.2 沉積物分類和成熟度

Lg（SiO2/Al2O3）與Lg（TFe2O3/K2O）投影圖表明（圖6）[32]，筇竹寺組沉積巖樣品落入長石砂巖、雜砂巖和頁巖的范圍，反映了沉積巖礦物成熟度較低的特征，其中鎂鐵質(zhì)礦物不穩(wěn)定。導(dǎo)致沉積巖巖性類型、化學(xué)組成發(fā)生明顯變化的因素即是表征沉積巖粒度特征的SiO2/Al2O3值，即沉積巖類型由長石砂巖向頁巖變化，是沉積巖粒度變細(xì)的結(jié)果[20]，與對烏龍村剖面筇竹寺組巖性的劃分相一致。

圖6 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖Lg（SiO2/Al2O3）-Lg（TFe2O3/K2O）投影圖（底圖據(jù)文獻(xiàn)[32]）Fig.6 Lg(SiO2/Al2O3) vs.Lg(TFe2O3/K2O) in Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile(base map after reference [32])

4 討論

4.1 風(fēng)化與古氣候

4.1.1 沉積巖源巖風(fēng)化與沉積再循環(huán)

根據(jù)研究區(qū)主量元素的特征，可以反映源區(qū)風(fēng)化的強(qiáng)度。A-CN-K 圖解（圖7a）[33-34]顯示，樣品的風(fēng)化趨勢與A-K邊平行，但理想風(fēng)化趨勢下，風(fēng)化趨勢線應(yīng)與A-CN 邊平行，且樣品點(diǎn)與UCC 進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)存在K富集的現(xiàn)象。表明沉積巖在成巖過程中存在K 交代作用，K 交代作用增加了沉積巖中的K 含量，從而導(dǎo)致了低的CIA 值。因此，對樣品的K2O 含量用公式（1～5）進(jìn)行校正后，筇竹寺組所有的沉積巖樣品在A-CN-K 圖解中都落入強(qiáng)烈化學(xué)風(fēng)化的范圍內(nèi)（圖7b），樣品均落于A-K 線上。說明相較于鉀長石，斜長石基本上已經(jīng)完全被風(fēng)化，強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化使Na元素強(qiáng)烈流失，符合鈉比鉀更容易遭受風(fēng)化的特征[35]，化學(xué)風(fēng)化的加劇與更高的溫度、更多的酸沉降和更快的成土反應(yīng)速率有關(guān)[36-38]，或者這些過程的組合。沉積巖可能來自玄武巖和花崗巖混合的上地殼源巖。

圖7 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖A-CN-K 圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[33-34])（a）校正前的A-CN-K圖解；（b）較正后的A-CN-K圖解Fig.7 A-CN-K diagram for Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile (base map after references [33-34])

樣品的成分成熟度和分選程度可以用Th/Sc-Zr/Sc 圖解來反映。筇竹寺組沉積巖樣品的Th/Sc 比值為0.52～1.40，而Zr/Sc比值為6.79～17.36，分布在長英質(zhì)區(qū)域附近，說明筇竹寺組沉積巖主要來自長英質(zhì)基巖。沉積巖具有較低的Zr/Sc 比率（有9 個(gè)樣品＜17），表明沉積巖成分主要受源巖成分控制，而不是沉積物質(zhì)的循環(huán)改造[23]。

4.1.2 古氣候

CIA 值可以用來反映古氣候。強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化與溫暖和潮濕的條件有關(guān)，而弱的化學(xué)風(fēng)化則表示寒冷和干旱的條件。若CIA≤50則代表母巖未風(fēng)化；若50＜CIA≤65 則代表弱風(fēng)化；若65＜CIA≤85 則代表中等風(fēng)化，風(fēng)化產(chǎn)物含有蒙脫石、伊利石和白云母；若85＜CIA≤100則代表強(qiáng)烈風(fēng)化，風(fēng)化產(chǎn)物中含有黏土礦物如三水鋁石和高嶺石等[39]。盡管沉積物供應(yīng)變化或水力分選等其他非風(fēng)化因素增加了黏土礦物，但CIA仍然是反映源區(qū)古氣候最可靠的指標(biāo)[40-41]。烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖的CIAcorr值均大于80，結(jié)合巖相古地理圖[11]，反映了亞熱帶溫暖濕潤的古氣候條件。根據(jù)公式（6）計(jì)算出的古溫度為22.67 ℃～23.52 ℃，也說明烏龍村地區(qū)在早寒武世處于相對溫暖的環(huán)境。

4.2 物源特征

微量元素在沉積巖中的含量及其組合關(guān)系研究沉積巖源區(qū)母巖的性質(zhì)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，例如元素Th、Co、Sc、Hf、Zr、Y、Ho等不活潑元素和REE就可以用來判別物源[24]。Y-La圖解顯示（圖8），筇竹寺組樣品與上地殼的成分非常吻合；Y/Ho-ΣREE 圖解顯示（圖8），筇竹寺組樣品主要落在陸源沉積物附近。硅質(zhì)碎屑主要以黏土礦物和重礦物的形式向海洋沉積物提供大量稀土元素，這些稀土元素通常被釋放到沉積物孔隙水中。由于稀土元素含量高，即使是少量的硅質(zhì)碎屑（即巖體的百分之幾）也足以賦予沉積巖陸源稀土元素特征，硅質(zhì)碎屑組分的Y/Ho 比值大多介于25～30，因此沉積巖的源巖可能為富含硅質(zhì)成分的陸源沉積巖[25,30]。Th/Sc-Zr/Sc 圖解顯示（圖9a）[42]，筇竹寺組樣品主要來自長英質(zhì)源巖，有一個(gè)樣品可能經(jīng)歷了沉積物再循環(huán)。La/Yb-ΣREE 圖解顯示（圖9b），筇竹寺組樣品主要落入沉積巖—鈣質(zhì)泥巖、花崗巖和堿性玄武巖相交的區(qū)域，花崗巖的代入可能是沉積物K2O 含量較高的原因。在地球表面環(huán)境中，Eu異常最有助于追蹤稀土元素的來源，從而可能區(qū)分碎屑、風(fēng)成、火山和熱液輸入[25,43-46]。負(fù)Eu 異常（即δEu＜1.0）通常與晚期貧Eu 巖漿沉淀的長英質(zhì)礦物有關(guān)[25]。Zhaoet al.[30]分析了梅山和大峽口剖面PTB的稀土元素分布，證明其大多數(shù)樣品的稀土元素組成具有強(qiáng)烈的硅質(zhì)碎屑特征，并得出結(jié)論，火山物質(zhì)的輸入可能是Eu負(fù)異常的原因。因此，筇竹寺組沉積巖的物源來自大陸上地殼源，可能也存在與火山相關(guān)的長英質(zhì)礦物的加入。

圖8 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖Y-La 圖解和Y/Ho-ΣREE 判別圖解（底圖據(jù)文獻(xiàn)[30]）Fig.8 Y vs.La and Y/Ho vs.ΣREE discriminant diagrams for Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile (base map after reference [30])

圖9 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖物源性質(zhì)判別圖（a）Th/Sc與Zr/Sc關(guān)系圖，底圖據(jù)文獻(xiàn)[42]；（b）La/Yb-ΣREE關(guān)系圖，底圖據(jù)文獻(xiàn)[12]；（c）La/Th-Hf關(guān)系圖，底圖據(jù)文獻(xiàn)[12]；（d）Co/Th-La/Sc關(guān)系圖，底圖據(jù)文獻(xiàn)[47]Fig.9 Discriminant diagram for provenance attributes of Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile

元素La、Th常賦存于酸性巖，Zr主要存在于鋯石中，而Sc、Cr、Co 富集于基性巖中。因此，La/Th、La/Sc、Co/Th的比值能反映沉積源巖區(qū)鎂鐵質(zhì)與長英質(zhì)物質(zhì)的相對比例[17,23-24]。La/Th-Hf 圖解顯示（圖9c），樣品主要落入長英質(zhì)源區(qū)和長英質(zhì)與基性混合源區(qū)，長英質(zhì)主要是指硅酸鹽礦物，說明沉積巖源區(qū)含有硅含量較高的沉積巖。Co/Th-La/Sc 圖解顯示（圖9d）[47]，樣品主要落入安山巖、花崗巖與TTG平均成分區(qū)，大多數(shù)樣品都非常靠近TTG成分，TTG由英云閃長巖、花崗閃長巖和奧長花崗巖組成[48]，說明樣品主要來自酸性巖，并且有基性巖的混入。Co/Th比值變化較大，說明筇竹寺組沉積巖可能存在不同的物源。

前人研究表明，康滇古陸廣泛發(fā)育1 500～1 700 Ma 中元古代的地層，元古代以上的地層可能由于沉積剝蝕或沉積缺失，現(xiàn)今都已不存在。楚雄地區(qū)典型的元古代地層有東川群、會理群以及湯丹群，發(fā)育大量的灰黑色板巖、凝灰?guī)r、灰色凝灰質(zhì)板巖、濁流成因的灰色塊狀變凝灰質(zhì)礫巖與含礫凝灰質(zhì)砂巖、球顆玄武巖以及大量的花崗巖。其中東川群被揭示含有大量的S 型花崗巖源區(qū)，表明揚(yáng)子陸塊西南緣存在較早的酸性成分的大陸地殼。球顆玄武巖顯示為大陸板內(nèi)低鈦拉斑海相玄武巖，形成于伸展構(gòu)造環(huán)境，這可能是沉積巖中顯示有深部物質(zhì)的來源?；◢弾r大多來自格林威爾造山期的巖漿活動，因此東川群、會理群以及湯丹群被認(rèn)為是古元古代末期康滇地區(qū)陸內(nèi)裂谷拉張事件和揚(yáng)子陸塊周緣中元古代末期Rodinia 匯聚過程的產(chǎn)物[11,49-52]。因此，基于筇竹寺組沉積巖物源示蹤以及上述分析來看，康滇古陸石英沉積物源區(qū)的（長英質(zhì)基巖）東川群、會理群以及湯丹群很可能為康滇古陸東側(cè)的武定烏龍村地區(qū)筇竹寺組提供濱岸沉積和淺水陸棚沉積的砂泥巖，其中沉積巖K2O 含量較高可能來自花崗巖和凝灰?guī)r的代入，基性巖的混入可能來自源區(qū)的球顆玄武巖[11]。同時(shí)結(jié)合野外的巖石學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)濱岸沉積的砂巖粒度較粗，顏色一般為氧化色，且石英含量較高，說明搬運(yùn)距離短，成分成熟度相對較低；淺水陸棚相沉積的頁巖和粉砂質(zhì)頁巖石英含量也較高，搬運(yùn)距離也相對較短，成分成熟度也相對較低。

綜上，筇竹寺組沉積巖主要來自康滇古陸東川群、會理群和湯丹群中的花崗巖和富含長英質(zhì)礦物的沉積巖等上地殼長英質(zhì)巖石，存在基性巖的混入。濱岸相沉積巖主要來自東川群、會理群以及湯丹群顆粒較粗的凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r、石英含量高的花崗巖以及一些基性巖；淺水陸棚相沉積巖主要來自東川群、會理群以及湯丹群顆粒較細(xì)的凝灰質(zhì)板巖、凝灰?guī)r、石英含量高的花崗巖以及一些基性巖。因此，利用地球化學(xué)分析以及巖石學(xué)分析，可以反映該區(qū)筇竹寺組砂泥巖的物源特征。

4.3 構(gòu)造背景

4.3.1 成巖構(gòu)造背景

根據(jù)沉積巖的主量元素，可以對沉積巖形成時(shí)的構(gòu)造背景進(jìn)行判別。Sugisakiet al.[53]提出MnO/TiO2可以用來判別沉積巖的沉積環(huán)境；當(dāng)MnO/TiO2＜0.5 時(shí)，表明沉積巖形成于大陸坡或邊緣海環(huán)境；當(dāng)MnO/TiO2比值介于0.5～3.5 時(shí)，表明沉積巖形成于大洋底環(huán)境。烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖樣品MnO/TiO2比值介于0.01～0.25，表明沉積巖形成于大陸坡或邊緣海環(huán)境。

Murrayet al.[54-55]認(rèn) 為（Al2O3）N/（Al2O3+Fe2O3）N比值可以作為構(gòu)造環(huán)境的判別指標(biāo)。當(dāng)（Al2O3）N/(Al2O3+Fe2O3）N的比值介于0.6～0.9 時(shí)，表明沉積巖形成于大陸邊緣環(huán)境；當(dāng)（Al2O3）N/（Al2O3+Fe2O3）N的比值介于0.4～0.7時(shí)，表明沉積巖形成于遠(yuǎn)洋深海環(huán)境；當(dāng)（Al2O3）N/（Al2O3+Fe2O3）N的比值介于0.1～0.4 時(shí)，表明沉積巖形成于洋脊海嶺環(huán)境。烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖樣品（Al2O3）N/（Al2O3+Fe2O3）N的比值介于0.79～0.85，說明沉積巖形成于大陸邊緣環(huán)境。Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）-Fe2O3/TiO2圖解顯示（圖10），樣品基本都落在大陸邊緣環(huán)境，部分樣品落在與遠(yuǎn)洋沉積環(huán)境的過渡區(qū)域[56]，表明沉積水體加深，海平面上升。

圖10 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖（Al2O3）/（Al2O3+Fe2O3）-Fe2O3/TiO2 判別圖（底圖據(jù)文獻(xiàn)[56]）A.洋中脊沉積環(huán)境；B.遠(yuǎn)洋沉積環(huán)境；C.大陸邊緣沉積環(huán)境Fig.10 Discriminant diagram of (Al2O3)/(Al2O3+Fe2O3-Fe2O3/TiO2 in Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile (base map after reference [56])

4.3.2 源區(qū)構(gòu)造背景

Roseret al.[57]提出了K2O+Na2O-SiO2構(gòu)造背景判別圖（圖11a），在該圖中可以看出沉積巖源區(qū)構(gòu)造背景為被動大陸邊緣環(huán)境。McLennanet al.[42]通過對不同構(gòu)造背景下沉積巖的研究，提出了SiO2/Al2O3-K2O/Na2O構(gòu)造背景判別圖[42]（圖11b），投點(diǎn)后發(fā)現(xiàn)樣品點(diǎn)均落在被動大陸邊緣區(qū)域。Bhatia[58]提出了TiO2-TFe2O3+MgO 判別圖（圖11c），投點(diǎn)后發(fā)現(xiàn)樣品點(diǎn)大部分都落在被動大陸邊緣范圍內(nèi)，個(gè)別樣品也落在被動大陸邊緣附近，說明沉積巖主要來源于被動大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境。以上三個(gè)判別圖均表明滇東地區(qū)筇竹寺組沉積巖源區(qū)構(gòu)造背景為被動大陸邊緣環(huán)境。

圖11 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖物源區(qū)構(gòu)造背景主量元素判別圖解圖a底圖據(jù)文獻(xiàn)[57]；圖b底圖據(jù)文獻(xiàn)[42]；圖c底圖據(jù)文獻(xiàn)[58]；A1.玄武質(zhì)和安山質(zhì)碎屑的島弧環(huán)境；A2.長英質(zhì)侵入巖碎屑的進(jìn)化島弧環(huán)境Fig.11 Discriminant diagram for major elements in tectonic setting of the provenance of Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile(a) base map after reference [57];(b) base map after reference [42];(c) base map after reference [58]

稀土元素在不同構(gòu)造環(huán)境的沉積巖中具有不同的特征。若沉積巖表現(xiàn)為輕稀土元素富集且Eu 元素呈負(fù)異常，說明沉積巖源巖來源于被動大陸邊緣；若沉積巖表現(xiàn)為重稀土元素富集且無Eu元素虧損，則說明沉積巖源巖來源于活動大陸邊緣[23]。筇竹寺組沉積巖樣品稀土元素特征表現(xiàn)為輕稀土元素相對富集，重稀土元素相對虧損，且Eu 元素呈明顯的負(fù)異常，因此可以推斷滇東地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組沉積巖物源區(qū)構(gòu)造背景為被動大陸邊緣環(huán)境。

微量元素的含量也可以用來指示構(gòu)造環(huán)境，例如La、Ce、Nd、Th、Zr、Hf、Nb、Ti 等元素比主量元素具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性，在水體中不活潑，并且滯留時(shí)間較短，在經(jīng)歷了初次風(fēng)化便可進(jìn)入沉積物中。因此筆者利用Bhatiaet al.[59]提出的La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10 圖解判別源區(qū)構(gòu)造背景[59]。La-Th-Sc 和Th-Sc-Zr/10 圖解顯示，樣品均落在大陸島弧的區(qū)域內(nèi)（圖12），說明筇竹寺組沉積巖的成因與大陸島弧構(gòu)造背景有關(guān)。由于源區(qū)含有大量的凝灰質(zhì)巖石，筇竹寺組沉積巖中可能含有這些凝灰質(zhì)巖石的成分，因此微量元素投點(diǎn)落在大陸島弧范圍內(nèi)是合理的[24]。源區(qū)構(gòu)造背景不同，沉積巖稀土元素的特征也有所不同。Bhatia[58]通過研究認(rèn)為稀土元素的特征值可以用來鑒別不同沉積盆地構(gòu)造背景的雜砂巖[58]，該方法被前人廣泛應(yīng)用[60-63]。由于烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖樣品包括泥頁巖，考慮在相同構(gòu)造背景下，泥頁巖中稀土元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要比同時(shí)期沉積的雜砂巖高20%左右[58]，所以將樣品泥頁巖中的稀土元素含量除以1.2，計(jì)算了新的相關(guān)參數(shù)，再與不同構(gòu)造背景的雜砂巖稀土元素特征值進(jìn)行對比（表5），結(jié)果顯示，沉積巖物源區(qū)具有與大陸島弧構(gòu)造背景幾乎完全一致的屬性，也說明筇竹寺組沉積巖的成因與大陸島弧構(gòu)造背景有關(guān)。

表5 筇竹寺組沉積巖樣品均值與不同大地構(gòu)造背景雜砂巖的REE特征比較Table 5 REE characteristics of sample mean for Qiongzhusi Formation sedimentary rock and graywackes from different tectonic settings

圖12 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖物源區(qū)構(gòu)造背景微量元素判別圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[59])（a）La-Th-Sc圖解；（b）Th-Sc-Zr/10圖解；ACM：活動大陸邊緣；PM：被動大陸邊緣；CIA：大陸島??；OIA：大洋島弧；微量元素單位為10-6Fig.12 Discriminant diagram for trace elements in tectonic setting of the provenance of Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile (base map after reference [59])

久凱等[5]研究認(rèn)為，上揚(yáng)子地區(qū)在早寒武世，盆地類型以克拉通盆地、克拉通邊緣盆地和被動大陸邊緣盆地為主，整體表現(xiàn)出古斜坡背景[5]。許效松等[64]研究認(rèn)為，揚(yáng)子西部的康滇古陸為克拉通邊緣古隆起，在寒武紀(jì)沉積時(shí)其東緣均有邊緣相沉積物。在主量元素分析的基礎(chǔ)上，確定康滇古陸東緣筇竹寺組沉積巖主要形成于被動大陸邊緣環(huán)境。被動大陸邊緣又稱穩(wěn)定大陸邊緣，是由于大洋巖石圈的擴(kuò)張?jiān)斐傻挠衫鞌嗔阉刂频膶掗煷箨戇吘?，其鄰接的大陸和洋盆屬同一板塊，由大陸架大陸坡和陸隆所構(gòu)成，無海溝發(fā)育[65]。揚(yáng)子地區(qū)自新元古代青白口紀(jì)以來，一直處于Rodinia 大陸的西北邊緣位置，受Rodinia 大陸裂解影響，揚(yáng)子地區(qū)廣泛發(fā)育以北東向—近東西向?yàn)橹鞯牧压?。進(jìn)入震旦紀(jì)后，揚(yáng)子地區(qū)盆地原型由裂谷盆地向被動陸源坳陷或克拉通內(nèi)裂陷型盆地演變。直到早古生代晚期Gondwana 大陸聚合之前，揚(yáng)子地塊一直處于被動大陸邊緣的板塊構(gòu)造背景[66]，這與本文得出的滇東地區(qū)位于被動大陸邊緣的構(gòu)造背景是一致的。另外在筇竹寺組沉積期，上揚(yáng)子地區(qū)發(fā)生的構(gòu)造運(yùn)動是興凱運(yùn)動Ⅱ幕，這一幕相當(dāng)于劉樹根等[67]所稱興凱裂陷槽的壯年期，構(gòu)造運(yùn)動性質(zhì)以拉張裂陷為主要特征[68]，強(qiáng)烈拉張的背景在華南陸塊與東岡瓦納的碰撞中逐漸結(jié)束[69]，這也與被動大陸邊緣的特點(diǎn)相符合。因此在滇東地區(qū)筇竹寺組沉積期，沉積構(gòu)造背景為Rodinia 大陸裂解形成的被動大陸邊緣環(huán)境。受興凱運(yùn)動的影響，上揚(yáng)子地臺進(jìn)一步區(qū)域性裂解，并沉降而導(dǎo)致海水侵入[68]，這與烏龍村剖面筇竹寺組地層從濱岸沉積到淺水陸棚沉積的轉(zhuǎn)變具有良好的對應(yīng)關(guān)系。

然而，微量元素分析所得出的結(jié)論是物源區(qū)位于大陸島弧構(gòu)造背景，這與主量元素得出的被動大陸邊緣存在較大的差異。劉建清等[11]通過對康滇古陸東緣鋅廠溝剖面沉積巖地球化學(xué)特征的分析，確定了康滇古陸東緣筇竹寺組沉積巖主要形成于大陸邊緣環(huán)境，這與本文主量元素分析得出的結(jié)論是一致的；另外，劉建清等[11]還認(rèn)為筇竹寺組沉積巖與海底噴發(fā)的海相玄武巖、鎂鐵質(zhì)巖有關(guān)（球顆玄武巖），熱液作用參與了筇竹寺組沉積巖的沉積過程，帶來了大量的微量元素。于炳松等[70]對塔里木盆地布拉克剖面下寒武統(tǒng)底部硅質(zhì)巖的微量元素和稀土元素進(jìn)行了研究，認(rèn)為大洋盆地背景中的物質(zhì)被上升洋流帶到了大陸邊緣陸棚環(huán)境中發(fā)生沉積，造成了處于陸棚環(huán)境中的沉積巖保留了大洋盆地背景的地球化學(xué)特征。另外被動大陸邊緣由于物源的復(fù)雜性，且樣品沒有經(jīng)歷強(qiáng)烈的沉積再循環(huán)作用，沉積巖繼承了源巖形成時(shí)的大陸島弧型或活動大陸邊緣的微量元素信息[47]。

因此，認(rèn)為滇東地區(qū)筇竹寺組沉積巖在寒武世早期筇竹寺組沉積時(shí)，沉積巖主要形成于被動大陸邊緣環(huán)境，沉積巖保留了其源巖形成時(shí)的大陸島弧地球化學(xué)特征，另外熱液作用的參與帶來了微量元素（圖13）[71]，并通過上升洋流將這些微量元素帶到了大陸邊緣陸棚環(huán)境中進(jìn)行沉積。因此利用微量元素進(jìn)行構(gòu)造背景判別時(shí)，沉積巖樣品落入大陸島弧范圍內(nèi)，并導(dǎo)致與主量元素得出的結(jié)論不同。

圖13 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖Zn-Ni-Co 三角圖（底圖據(jù)文獻(xiàn)[71]）Fig.13 Zn-Ni-Co ternary diagram of for Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile(base map after reference [71])

5 結(jié)論

（1）校正后的CIA 值表明烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖經(jīng)歷了強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化作用，沉積巖源區(qū)處于溫暖濕潤的氣候條件；Th/Sc-Zr/Sc圖解表明沉積巖成分主要受源巖成分控制，而不是沉積物質(zhì)的循環(huán)改造。沉積巖的地球化學(xué)特征能夠較好地指示源巖組分。

（2）通過樣品在Y-La 圖解、Y/Ho-ΣREE 圖解、Th/Sc-Zr/Sc圖解、La/Yb-ΣREE圖解、La/Th-Hf圖解和Co/Th-La/Sc 圖解中的投點(diǎn)，分析出筇竹寺組沉積巖源巖主要是康滇古陸東川群、會理群和湯丹群中的凝灰質(zhì)巖石、花崗巖以及富含長英質(zhì)礦物的沉積巖等上地殼長英質(zhì)巖石，存在基性巖的混入。K2O含量較高的巖石主要來自格林威爾造山期的巖漿活動帶來的花崗巖以及康滇古陸東川群、會理群和湯丹群中的凝灰?guī)r。

（3）筇竹寺組沉積巖主要形成于大陸邊緣環(huán)境，主量元素特征表明筇竹寺組沉積巖物源區(qū)屬于被動大陸邊緣構(gòu)造背景，微量元素特征顯示其為大陸島弧構(gòu)造背景，這種異常情況主要與沉積巖未經(jīng)歷沉積再循環(huán)有關(guān)。沉積巖保留了源巖形成時(shí)的地球化學(xué)元素特征，使在大陸邊緣陸棚環(huán)境中的沉積巖保留了島弧環(huán)境形成的物質(zhì)的地球化學(xué)性質(zhì)。

致謝 審稿專家和編輯老師對本文進(jìn)行了嚴(yán)格而細(xì)致的審理，并提出了許多建設(shè)性的意見，使得本文質(zhì)量極大地提高，在此表示衷心的感謝。