扬子陆块震旦纪—寒武纪之交的地壳伸展作用:来自沉积序列与沉积地球化学证据
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2 0 1第 7卷 1 年 9 月 地 …质 、 论 ~ 评 r。 GEOLOGICAL REVIEW Vol_57 N。・5 Sept. 2011 扬子陆块震旦纪一寒武纪之交的地壳伸展作用: 来自沉积序列与沉积地球化学证据 汪正江¨,王剑¨,卓皆文¨,杨平¨,刘家洪¨,谢尚克 ,2 1)国土资源部成都地质矿产研究所,成都,610082;2)中国地质科学院研究生部,北京,100037 内容提要:震旦纪(埃迪卡拉纪)一寒武纪之交(SCB)是华南裂谷盆地到被动大陆边缘盆地演化的重要转折期, 也是华南古生代最重要的烃源岩发育时期。铜仁坝黄SCB附近的沉积序列和沉积地球化学研究表明,该时期沉积 具有热液活动和缺氧沉积的双重特征,并伴有火山活动,结合区域地质调查成果,作者提出了地壳伸展一差异升 降一热液上升(伴随火山活动)一快速海侵(伴随上升洋流)一缺氧事件复合沉积动力学模式。即在伸展构造背景 下,热液上升伴随着火山作用,在扬子东南缘发育了广泛的硅质岩沉积;持续的拉张,出现了强烈的差异沉降,促使 台地相区进一步隆升剥蚀、而在斜坡和陆棚相区硅质岩持续发育;扩张晚期,海平面快速上升,在火山活动、热液流 体和生物爆发共同作用下,进一步加剧了海底缺氧,使得有机质大量埋藏和保存。因此,早古生代第一套区域性优 质烃源岩是区域伸展构造背景下被动大陆边缘盆地形成早期的产物。 关键词:铜仁坝黄;震旦纪(埃迪卡拉纪)一寒武纪界线(SCB);沉积序列;沉积地球化学;沉积动力学模式;扬子 陆块 上扬子地区的震旦纪(埃迪卡拉纪)一寒武纪 列和沉积环境演化信息的。为此,我们对处于上扬 之交是华南沉积盆地从裂谷盆地到被动大陆边缘盆 子东南缘陆棚相的铜仁坝黄剖面进行了深入的沉积 地演化的重要转折期,该转折不仅表现为一次重要 学和沉积地球化学研究,以期为进一步理解和认识 的构造一沉积事件,也伴随有一次重要的生物爆发 震旦纪一寒武纪之交(SCB)的沉积一构造转换及其 事件,深入研究该时期的沉积序列和沉积地球化学 盆地动力学背景提供新的资料。 特征及其演化,对理解超大陆裂解、早期生命辐射、 全球地球化学循环及环境演化等重大科学问题均具 1 震旦纪一寒武纪之交的沉积序列 有重要意义。因此,震旦纪一寒武纪之交(SCB)的 研究区位于上扬子陆块东南缘,梵净山一佛顶 沉积序列特征及沉积地球化学研究受到了国内外很 山复背斜东部。取样剖面——铜仁坝黄剖面位于偏 多专家学者的高度关注(李有禹,1997;李任伟等, 岩一大桥次级复背斜东翼,在铜仁至江口公路右侧, 1999;吴朝东,2000;Li Shengrong et al,2000;李忠 距离铜仁市约40km。 雄等,2004;江永宏等,2005;杨瑞东等,2005;汪建 区域地质调查表明,在上扬子地区,由于受沉积 国等,2007;卓皆文等,2009;朱日祥等,2009)。然 构造古地理背景控制,SCB附近发育了3种类型的 而关于震旦纪一寒武纪之交的硅质岩系一碳质页岩 沉积序列:台地相区厚层白云岩一磷块岩一黑色页 沉积序列的成因机制及其沉积动力学研究很少。因 岩型、浅水陆棚过渡相区薄层白云岩一含磷硅质 此,本文希望基于沉积序列和沉积地球化学分析,对 岩一黑色页岩型、深水陆棚相区硅质岩一硅质岩页 这一重要问题进行有益探讨。 岩互层一磷块岩一黑色泥(页)岩型。铜仁坝黄 由于在碳酸盐台地相区普遍存在暴露侵蚀不整 SCB附近的沉积序列为深水陆棚型。 合面(薛耀松等,1989,1992;李胜荣等,2002;薛 在铜仁坝黄,震旦纪一寒武纪之间的沉积转换 耀松等,2006;周明忠等,2008;卓皆文等,2009), 是清楚的,即以中层鲕状磷块岩(胶磷矿)的出现为 因此,在扬子台地相区是不可能获得连续的沉积序 标志,其下为薄层硅质岩与极薄层黑色页岩互层,之 注:本文为国家自然科学基金资助项目(批准号41072088)和中国地质调查局项目(编号1212010782003)的成果。 收稿日期:2011-01-06;改回日期:20110-6 ̄8;责任编辑:章雨旭。 作者简介:汪正江,男,1969年生。博士,副研究员。主要从事沉积大地构造和油气地质研究。通讯地址:610081,四川省成都市一环路北 三段2号,成都地质矿产研究所;Email:wzjcf@sina.COIN。 734 地质论评 2011正 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 g = 寸磊 卜 。。 0 2是 露 o。 荨器 __ n 荨 __ 昌器 -_ -_ o。 m 0 n商 \。寸 o。 童 t'xl ‘6 6 一 _l — 寸n n — ●0 。。 n p- 6 删如 6 一__-_ 6 删挺蛊 蔷一筒u∽一搽昧 僖 ● 叫 粗野_J 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0.5 351 .或相似的物质来 源,而磷块岩P 丰度的突变应是 一0.6 51.9 O.5 39.1 09 90.9 .3.6 6.7 4.4 1O.4 1.8 次事件沉积, 可能与上升洋流 Tb一15 40.3 66.7 8.7 34.4 7.O Tb.14 44.6 70.8 9.3 37.1 7.7 Tb一13 40.1 34.4 7.8 35.7 6.7 Tb.12 Tb一11 Tb.10 Tb一9 Tb.8 Tb.7 9.5 7.6 8.3 6.2 3.4 I1.2 2.4 9.1 9.9 8.8 4.7 2.0 2.4 1.7 1.0 l1.1 2.8 8.2 1.7 3.O 2.9 2.5 0.9 0.6 1.3 0.6 0.4 1.5 6.8 7.3 8.7 3.3 1.8 4.5 2.1 1.5 7.7 1.1 1.3 1.5 O.6 O.4 0.8 0.4 0.3 1.5 6.8 8.2 1.3 1.7 4.0 5.2 6.9 3.O 1.5 4.2 I.7 1.1 6.2 0.7 0.8 1.1 0.5 0.3 0.7 O.3 0.2 1.0 4.O 4.8 0.7 47.1 0.7 60.2 10.4 2.2 4.0 2.6 5.8 2.7 1.6 9.6 O.9 O.5 1.2 O.5 0.4 2.0 5.6 0.8 101.0 3.2 1.6 4.4 I8 .有关。 3.3稀土元素 铜仁坝黄 SCB 附近的 REE球粒陨石 04 30.9 .0.3 16.3 0.7 422 .l2.7 3.5 7.7 5.1 2.O 1.1 0.3 j7.6 02 l2.4 .1.1 5.8 23.3 35.9 6.6 28.0 6.7 1O 61.3 .和北美页岩标准 化稀土分布模式 见图3。由图3 和表3可见,铜 Tb-6 Tb.5 Tb-4 Tb.3 Tb.2 27.8 56.2 7.2 22.7 3.8 5.0 6.6 1.1 4.9 9.0 7.8 1.5 1.9 2.1 1.6 0.5 0.6 0.6 0.9 3.5 1.3 1.4 2.1 2.2 0.8 0.3 0.3 0.4 O.4 6.3 1.8 2.O 2.2 2.1 I.2 O.4 O.4 O.4 O.4 3.9 1.3 1.2 1.3 1.3 0.7 0.3 0.2 0.2 0.2 4.1 1.6 1.1 1.3 1.3 O.6 33.3 0.3 13I .l1.5 18.0 2.4 6.6 9.84 1.7 O2 ..l0.1 02 10.9 O.2 I19 .14.2 22.0 3.2 l3.3 2.7 Tb.1 l1.1 16.1 2.2 8.5 1.2 0.6 1.3 O.2 1.7 0.3 O.9 O.2 1.O 0.2 9.2 仁坝黄SCB附 近老堡组和牛蹄 北美页岩标准化 样号 Tb-2O 球粒陨石标准化 LaN/YbN 7.93 ∑REE LREE HREE LREE/HREE LasN/YbsN 】18.3 105.0 】3.3 7.89 1.04 8EusN 2.85 8C。sN O.89 8Eu 】.85 8Ce O.92 塘组稀土元素含 量及相关参数特 征差异明显。 老堡组硅质 Tb.19 Tb一18 Tb.17 Tb—l6 Tb.15 l2O.9 137.8 l28.7 213.6 185.4 l04.3 1l5.6 109.】 175.5 l60.1 16.6 22.2 l9.7 38.1 25.3 6.30 5.2O 5.55 4.61 6.34 0.87 0.72 O.82 0.75 0.96 2.53 2.00 2.24 2.2l 2.03 0.90 0.90 O.92 0.87 0.84 6.64 5.45 6.21 5.73 7.28 1.64 1.30 1.46 1.44 1.32 0.93 0.93 O.95 0.90 0.87 岩的稀土总量 EREE变化于 21.96 ~ Tb.14 Tb.13 202.4 164.4 172.4 l27.2 30.O 37.2 5.75 3.42 O.88 0.67 1.82 1.54 0.82 0.46 6.69 5.1l 1.18 1.O0 0.85 0.48 Tb.12 Tb—l1 Tb.10 Tb-9 53.9 38.O 60.5 36.9 38.0 29.1 38.1 27.0 l6.0 8.9 22.4 9.9 2.38 3.25 1.7l 2.73 0.28 0.43 0.18 0.32 1.45 1.67 1.55 1.35 0.55 0.56 0.53 0.64 2.11 3.31 1.34 2.42 0.94 1.09 1.O1 0,88 0.57 O.58 0.55 0.66 64.46 ̄.g/g,介于 大陆边缘与深海 硅质岩稀土总量 Tb.8 Tb-7 22.0 136.8 l5.7 1O2.0 6.3 34.8 2.49 2.94 0.29 0.38 1.56 0.98 O.59 0.69 2.2l 2 90 I.O2 0.64 0.6j 0.7l 之间(丁林等, 1995), 其 Tb-6 Tb.5 Tb_4 140.3 27.O 50.2 119.3 I9.7 43.4 21.O 7.3 6.8 5.67 2.68 6.42 0.65 0.29 0.97 2.04 1.73 1.76 0.94 0.65 0 81 4 91 2.19 7.37 1.33 1.13 1.14 0.97 0.68 0.84 LREE/HREE在 凝灰岩之下为 2.68~6.87;凝 Tb.3 Tb-2 Tb.1 36.7 64.5 45.7 28.5 56.3 39.8 8.2 8.2 5.9 3.50 6.87 6.77 0.46 1.01 1.O3 1.32 1.69 2.36 0.70 0.77 0.77 3.53 7.66 7.81 0.86 1.1O 1.54 0.73 O.8O 0.8O 灰岩之上为 LREE/HREE为 2.38~2.73,均 第5期 汪正江等:扬子陆块震旦纪一寒武纪之交的地壳伸展作用:来自沉积序列与沉积地球化学证据 737 大于1,显示出海底热水沉积特征(Marchig,1982)。 牛蹄塘组碳质泥页岩的I ̄REE和LREE/HREE都较 小,即使在含量上发生一些变化,但相关元素比值和 分布形式仍保持平衡,且痕量金属分布与其有机质 成熟度无关(Mongenot et al,1996;Alberdi et al, 1999)。由此可见,利用这些微量元素、稀土元素在 不同沉积环境中的行为差异性及其在成岩演化中的 老堡组高很多,其∑REE为118.31~231.58 g/g, LREE/HREE比达4.61~7.89。 (1)La/Yb:老堡组北美页岩标准化的La / Yb 为0.18~1.03,且显示从下向上递减的特点, 其中凝灰岩之上硅质岩的La。 /Yb。 变化于0.28~ 0.43。老堡组球粒陨石标准化的La /Yb 为1.34~ 7.81,也显示向上递减趋势,其中凝灰岩之上硅质岩 变化范围较小,为2.11~3.31。牛蹄塘组的La / YbsN变化于0.72~1.04之间,LaN/YbN变化于5.45 —相对稳定性可以很好地反演原始的沉积环境信息, 对古地理和古环境重建具有重要意义。 4.1 铜仁坝黄SCB附近为缺氧环境 关于沉积环境的判别,Wignall and Twitehett (1996)和Kimura et al(2001)等认为沉积物或沉积 岩中Th/U比值可以作为环境的氧化还原状态指 示,Th/U值在0~2之间指示缺氧环境,在强氧化 环境下这个比值可达8。由于还原态的V和sc具 有相似的不溶性,沉积物中V的含量相对于sc成 比例变化,而与其他不溶元素(例如A1和Ti)不成 比例,因此,Kinmra和Watanabe(2001)建议用V/ 7.93,它们的比值均较大,但变化幅度较老堡组 (2)5Ce:老堡组北美页岩标准化的5Ce 变化 小。 于0.53—0.81,球粒陨石标准化的 ce 变化于 0.55—0.84,负异常明显,且向上负异常越强;牛蹄 塘组的8CesN为0.82~0.92,8CeN为0.85~0.95,变 sc比值来表示V的富集程度。此外,Rimmer (2004)认为沉积岩中普遍高的V/(V+Ni)值 (>0.7)也指示缺氧的沉积环境。 化范围较窄,负异常较弱。总之,北美页岩和球粒陨 石标准化的8Ce在剖面上的变化基本一致,均显示 为负异常。 (3)8Eu:铜仁坝黄SCB剖面北美页岩和球粒陨 石标准化的6Eu均显示出明显的正异常特征,其 铜仁坝黄SCB剖面上,Th/U比在老堡组上部 (凝灰岩层之上)和牛蹄塘组中变化于0.06~0.41 之间(表4),远小于2.0,显示为明显的缺氧环境; 但在火山岩喷发之前,Th/U比变化于0.82~2.72 8Eu 较8Eu 正异常更为明显,但老堡组5Eu正异 常较牛蹄塘组正异常弱,且老堡组 的部分8Eu 还显示出弱的负异常, 反映老堡组沉积晚期的沉积环境较 为复杂。 样品 Th 编号 U 。 。一 表4铜仁坝黄剖面震旦系一寒武系界线附近主量元素和微量元素比值 Table 3 The trac ̄and major contents ratios neal"the SCB in the Bahuang section,Tongren regiOn. V c V Y V+Ni Ho l:lb Sr Ba r 21.86 19.1O 12.16 23.27 37.13 22.49 20.34 O.87 lO.71 18.38 Al Mn0 Si Al+Fe+Mn TiO2 Sj+Al+Fe 0.49 O.55 0.59 0.56 O.53 0.66 0.64 0.45 0.41 0.33 4讨论 自然状态下,氧化一还原反应 对V、Mo、U等变价元素的迁移、共 生、沉淀有重要控制作用,氧化条件 下,U、Mo、V、Ce、S等呈高价易迁 移;还原条件下呈低价易沉淀。而 Fe、Mn、Cu、Eu等在氧化条件下呈 Tb-20 0.19 Tb.19 O.16 I'h—l8 O.13 Yb一17 0.13 Tb一16 0.13 Tb.15 O.19 Tb,14 O.13 Tb一13 0.06 Tb 12 0.2O Tb l1 0.34 28.14 O.82 30.60 0.64 22.1O 0.70 37.5O 0.54 96.66 0.77 40.90 0.37 81.31 0.8l 35.5O 0.70 41.50 0.60 42.3O 0.51 66.00 0.8l 35.70 0.49 1l9.93 O.82 36.3O 0.58 61.39 0.78 45.9O 0.01 l】7.18 0.93 35.40 0.2l 73.17 0.81 32.30 0.28 O.O3 O.1O 0.1O 0.O7 O.13 0.O6 0.04 0.45 0.41 O.17 O.68 0.73 O.77 0.72 O.66 0.72 0.70 0.65 0.95 0.95 高价易沉淀;还原条件下呈低价易 迁移。在含H S的缺氧环境中, Fe、cu、zn、cd等亲硫元素常形成 硫化物沉淀。rrh、sc等元素一般不 受氧化还原条件变化的影响,与其 Tb一10 0.09 Tb_9 0.23 Tb_8 0.10 Tb-7 0.41 68.52 0.74 34.3O 0.O1 70.09 0.82 33.50 O.12 140.60 0.86 34.40 0.1】 44.O8 0.76 3O.O0 0.12 1.43 6.14 4.8l 1.70 O.3O 0.48 0.28 0.67 0.98 0.24 0.35 0.08 O.88 0.97 0.97 0.87 Tb.6 2.29 Tb_5 0.82 Tb_4 2.60 Tb一3 0.99 Tb_2 2.72 Tb一1 2.26 12.88 0.84 27.5O 4.85 121.87 12.46 0.55 35.40 0.O5 】1.5O 0.84 25.80 O.2l 41.29 O.86 26.10 0.09 10.30 O.77 28.70 0.37 l3.24 0.78 28.6O 0.59 1.10 6.0l 3.33 10.79 l8.1O 0.86 O.67 0.74 0.5l 0.68 0.64 0.01 0.20 0.O6 O.16 0.O6 0.09 0.69 0.86 0.93 0.95 0.91 0.94 共生的变价元素(如u、V等)形成 鲜明对照(Kimura et al,2001)。另 外,成岩作用对REE、Th、U、Ni、Co、 zn、cd等大部分过渡元素影响较 地质论评 之间,表现出间歇性缺氧环境。同时,剖面上的V/ Sc比变化于10.3~140.6之间,V、Sc的相关系数为 0.752,具有明显的正相关关系;V/(V+Ni)比 4),相关系数分别达0.658(不包括Tb一6、7、13)和 0.799(不包括Tb-6、13),这不仅说明其沉积时有海 底热液参与,更说明海底热液活动明显影响着有机 质的富集程度。 值,除Tb-5为0.55以外,其他样品均大于0.7(表 4),因此,V、Ni、sc之间的相互关系也指示原始沉积 环境为缺氧环境。 实际上,Ba/Sr比值不仅可用来判别海、陆相沉 积,也可作为衡量海底热液活动相对强度的标尺,在 另外,Tribovillard et a1.(2006)研究表明,从次 氧化到硫化的环境下形成的沉积物或沉积岩中的 海相沉积物中的Ba/Sr比值越大,反映海底热液流 体活动的影响越强(葛朝华等,1987;孙省利等, 2003;陈践发等,2004)。铜仁坝黄SCB剖面上Ba/ sr比值变化于1.10~37.13之间(不包括Tb-6、 13),平均值为13.26(表4),远远大于1,说明其沉 积时海底热液流体活动强烈,特别是牛蹄塘组的碳 质页岩沉积阶段(其Ba/Sr的均值高达22.3)。 对于稀土元素而言,在正常海水、大洋沉积物及 沉积岩中Eu多为+3价,且随海水加深BEu负异常 Ni、cu含量与TOC具有很好的正相关关系,而u、 V、Mo与TOC仅在缺氧环境下形成的沉积物或沉积 岩中才表现出比较好的正相关关系。铜仁坝黄SCB 剖面中U、V、Mo与 、cu的含量均较高(表2),不 仅Ni—V、Ni—Cu和U—Cu具有较好的正相关关 系,相关系数分别为0.884、0.526、0.497,而且TOC 与Mo、V也显示良好的正相关性,其相关系数分别 可达0.639、0.605(不包括样品TB一6、13),因此,这 加大。但如有热水流体活动时,Eu则出现明显正异 常(Michard,1989;于炳松等,2002,2004;常华进 等,2009)。另据周永章(1994)研究,热水沉积硅质 岩的稀土元素北美页岩标准化后,其配分曲线呈现 进一步表明铜仁坝黄SCB剖面在元古代与古生代 之交的古沉积环境为缺氧环境。 4.2 SCB的沉积转换与海底热液活动 从主要微量元素分析来看,铜仁坝黄剖面富有 机质沉积岩中的V、Cu、zn、Zr、Nb、Mo、Ba等元素含 量较上地壳(UC)平均丰度(Wedepohl,1995)明显 富集。据已有研究成果表明,V、cu、zn、c0、Ni、Rb 等元素在硅质岩和硅质泥质岩中的显著富集,往往 平缓的左倾型(即HREE/LREE>1),而非热水成因 硅质岩的稀土元素组成与页岩相似,配分曲线为右 倾型。铜仁坝黄剖面SCB附近样品北美页岩标准 化和球粒陨石标准化的8Eu均显示出明显的正异 常(表3),且北美页岩标准化配分曲线为左倾型[图 3(c)、(d)],都表明震旦纪一寒武纪之交存在明显 的热液活动。 上述研究表明,铜仁坝黄SCB附近的沉积作用 与海底热水流体活动有直接的关系(Adachi et al, 1986;孙省利等,2003,2004;周永章等,2000),即 铜仁坝黄SCB附近的硅质岩~硅质页岩一碳质页 岩序列在沉积过程中可能有海底热液流体的参与。 进一步研究显示,该剖面样品的TOC值与Ba/ sr、Cu+Ph+zn之间具有明显的正相关关系(图 与热液活动关系密切,这与震旦纪一寒武纪之交所 处的伸展构造背景(Rodinia超大陆裂解)是吻合的。 图4铜仁坝黄剖面震旦系一寒武系界线附近TOC与Ba/Sr、Cu+Pb+Zn的相关性图解 Fig.4 The correlation diagram of T0C——Ba/Sr and T0C——Cu+Pb+Zn near the SCB in the Bahuang section 第5期 汪正江等:扬子陆块震旦纪一寒武纪之交的地壳伸展作用:来自沉积序列与沉积地球化学证据 739 4.3 SCB的沉积构造背景 Sugisaki et a1.(1982)认为硅质岩中锰含量主要 来自大洋深部,而TiO,与陆源物质的输入有关,因 此,MnO/TiO:比值是判别硅质沉积物形成古地理环 境(Adachi et al,1986)的重要标志之一,并指出离 大陆较近的大陆坡和边缘海沉积的硅质岩该比值应 小于0.5,开阔大洋沉积的MnO/TiO 比值较高,一 般在0.5~3.5之间。由表4可见,铜仁坝黄SCB剖 面,除11)-10硅质云岩的比值为0.98外,其他样品 的比值均小于0.5,显示其沉积背景为陆表海和边 缘海构造环境。 稀土元素ce有+3和+4两种价态,在大陆沉 积物、火山岩及河水中,Ce主要表现为+3价,一般 不出现Ce的异常。在海水中,Ce¨可以氧化为溶 解度较小的ce¨,ce 与Mn 进行类质同像替换 而进入水成铁锰氧化物晶格,随水成铁锰氧化物快 速地从海水中除去,造成ce相对其他稀土元素的 亏损。不同的海相沉积环境中,由于来自热液的铁 锰氧化物的丰度不同,由此而引起的ce的亏损程 度也不相同,因此,8Ce可以用来判别沉积构造背 景。 铜仁坝黄剖面老堡组硅质岩系北美页岩标准化 的8Ce 变化于0.53~0.81,平均值为0.658,球粒 陨石标准化的8Ce 变化于0.55—0.84,平均值为 0.681;均处于大陆边缘和深海硅质岩8Ce 变化范 围内(Murray et al,1991;丁林等,1994),虽更接近 深海平原硅质岩,但考虑到牛蹄塘组底部碳质页岩 的8CesN变化0.82~0.92,gCeN变化于0.85~0.95, 接近大陆边缘环境。另外,剖面上稀土元素Y/Ho 比值在凝灰岩之上均大于27,甚至部分接近44(不 包括Tb一13)(表4),反映在沉积过程中陆源碎屑影 响很少(Webb and Kamber,2000)。因此,综合来 看,铜仁坝黄剖面震旦纪一寒武纪之交的沉积构造 背景应为陆源输入相对匮乏的欠补偿大陆边缘环 境,这一判断与区域岩相古地理研究结论一致。 4.4 SCB转换的盆地动力学探讨 目前关于中上扬子东南缘老堡组、留茶坡组硅 质岩以及牛蹄塘组碳质页岩的成因,尚有不少争议, 但关于震旦纪一寒武纪过渡期沉积为缺氧环境沉积 的认识已得到广泛认同(李胜荣等,1995,1996;李任 伟等,1999;吴朝东等,2000;Kimura et al,2001;张 水昌等,2005;Schroder et al,2007;Guo et al, 2007;常华进等,2008,2009)。那么震旦一寒武纪 过渡期广泛的缺氧事件是如何形成的呢? 由上述沉积地球化学研究可知,上扬子东南缘 SCB附近沉积地层并非远洋沉积,也不是深海平原 沉积,而是与海底热液活动有关的大陆边缘沉积序 列,广泛发育的硅质岩、碳质页岩及其高有机碳含 量,应是在海底扩张过程中,因火山活动伴随着的喷 气作用(含硫化物等)和海底热液作用导致海底缺 氧的结果(杨瑞东等,2007),SCB附近发育凝灰岩 沉积就是有力例证(图1)。 吴朝东等(1999)曾指出湘西黑色岩系形成于 缺氧的陆架边缘浅海环境,海底热液为其提供了丰 富的物质来源,而生物、有机质对一些元素的吸收、 络合作用是黑色岩系中富集多种元素的主要原因, 但未能明确其深层次的沉积构造背景及其沉积动力 学模式。 沉积古地理研究显示,在震旦纪一寒武纪之交 的扬子陆块沉积相分异明显:在深水陆棚区,海底扩 张导致海平面的相对上升(基底沉降),海底热液活 动导致大量硅质岩的沉积;在台地相区,由于区域伸 展构造导致的差异隆升,使灯影早期形成的上扬子 和中扬子初始碳酸盐台地在震旦纪末至寒武纪初经 历了较长时期的暴露侵蚀作用,形成了广泛的沉积 间断和地层缺失(图5),部分地区还发育了喀斯特 化(薛耀松等,1992;李胜荣等,2002;薛耀松等, 2006;周明忠等,2008;卓皆文等,2009)。 而震旦纪一寒武纪之交从原生生物到后生生物 演化以及后生生物大爆发,从生物演化是环境变化 的响应的角度分析,全球性古生物演化的重大转折, 毫无疑问反映了该时期发生过巨大的环境灾变事 件。同时,根据Grunow等(1996)和Pease等(2008) 对Bahica板块与Laurentia的研究,作者认为扬子克 拉通新元古代一古生代之交的沉积转换可能与因 Baltica板块和Laurentia板块裂解以及Iapetus洋的 形成,从而导致Rodinia超大陆的最后裂解(550Ma ±)有关。因此,SCB附近的沉积一构造转换不仅 是一次重要的泛克拉通事件、更是一个全球性构造 (岩石圈快速伸展)事件(于炳松等,2002,2004; Kirschvink et al,1997)。 由此,作者提出了地壳伸展一差异升降一热液 上升(伴随火山活动)一快速海侵(伴随上升洋 流)一缺氧事件复合沉积动力学模式。也就是说, 新元古代与古生代之交的伸展构造背景和沉积盆地 性质的转变(从裂谷盆地到被动大陆边缘盆地)才 是这一系列沉积事件的内在动力,热液活动和火山 喷发、并伴随后生生物爆发是这一内因的直接物质 地质论评 内克拉通碳酸盐台地 宜昌峡东 一一 台地边缘 台缘缓坡 深水陆棚一能地 _三郁 时 滇东 水J}沱组 玉案 llIIIIIIl- - 遵义一织金 歼阳…浦镇 大腩~湄潭 秀l¨一佘庆 铜t:~台江 }朔 l H - 南皋阶 牛蹄塘鳃l — 8 牛蹄塘组 蹄 - 十 蹄 沦 拉 岩 权} 、f阶 J,-~ t ^ 丰l 1皇H 朱 夫海 … 家 中墩树段,J J,- 戈伸武组 一一 一 懂 箐 纰 塘 组 塘 组 沟 组 晋 阶 1]m . ]’L1 i ● _- ●● 互 一匿- -l ‰《一。 老堡组 硅质岩 灯 晚 期 向 沱段 向岩哨段 板滩段 lH城段 、 _ 、 、 老堡组 鲕粒 云岩 —\影 阶 ▲ 窭: 硅质岩 ==: 。—老 组 质岩 ~ ~—蛤蟆外段 东龙潭段 下段 期 卜段 澎塌角砾岩 灯影身l下段 灯影纨下段 灯影纵下段 个 薄一中厚层 层块状微黼 微 l门云岩 薄层微细黼 微 臼云格 EI云岩含硅质 夹淡质页崭 t1云岩 夹泥质云崭 块或条带 脬层细品云岩 } 下细i锅云岩 藻纹 云岩 溱纹层云岩 鲡粒云崭 中部为藻云岩 藻嗍块云岩 藻 块云岩 图5上扬子地区震旦系一寒武系界线附近的沉积序列对比与沉积间断的时空展布 Fig.5 The correlation of sedimentary sequence and the distribution of hiatus near SCB in Upper Yangtze region 本图据尹恭正等(1982)、罗惠麟等(1988)、薛耀松等(1989,1992)、李胜荣等(2002)、薛耀松等(2006)、周明忠等(2008)和 卓皆文等(2009)等资料编制;图中的①、②、③表示震旦纪一寒武纪之间构造活动的幕次 This figure is compiled from Yin Gongzheng et a1.(1982),Luo Huilin et a1.(1988),Xue Yaosong et a1.(1989,1992),Li Shengrong et a1. (2002),Xue Yaosong et a1.(2006),Zhou Mingzhong et a1.(2008),Zbuo Jiewen et a1.(2009)and so o/1.①、②、3)show the stages ofs an— Cambrian teetonic movement 表现,而硅质岩系一磷块岩一碳质泥页岩的沉积序 列正是这一转换在陆棚相区的沉积记录。 (4)震旦纪一寒武纪之交的沉积构造背景应为 陆源输入相对匮乏的欠补偿大陆边缘环境。 (5)华南寒武纪早期区域性优质烃源岩形成的 沉积动力学模式是:地壳伸展一差异升降一热液上 5 结论 通过对铜仁坝黄震旦纪一寒武纪界线(SCB)剖 面的沉积序列和沉积地球化学研究,可以得出如下 几点认识: 升(伴随火山活动)一快速海侵(伴随上升洋流)一 缺氧事件复合沉积动力学模式。该模式不仅与震旦 纪一寒武纪之交的沉积盆地性质转换和后生生物大 (1)铜仁坝黄震旦纪一寒武纪界线(SCB)剖面 的沉积序列为陆棚相硅质岩一硅质岩页岩互层(夹 凝灰岩)~磷块岩一黑色泥页岩组合,显示出明显 的事件沉积特征。 爆发导致大量有机质富集的地质实际一致,而且与 因Bahica板块和Laurentia板块裂解、Iapetus洋的形 成,从而导致Rodinia超大陆最后裂解(550Ma±)的 全球构造背景相吻合。 致谢:审稿专家为论文的完善和提高提出了宝 贵意见和建设性的建议;样品测试过程中得到了成 (2)铜仁坝黄震旦系一寒武系界线剖面上,微 量元素Th/U、V/Sc、V/(V+Ni)比值,以及TOC与 Mo、V的相关性等,表明铜仁坝黄震旦系一寒武系 界线剖面在震旦纪一寒武纪之交的古沉积环境为缺 氧环境。 都地质矿产研究所朱青女士的大力协助,文中的稀 土元素、微量元素分析是在路远发教授开发的 Geokit软件上完成,在此一并致以衷心感谢。 参考文献/References (3)主要微量元素及其比值,以及稀土元素球 粒陨石和北美页岩标准化的gEu为明显的正异常, 且其北美页岩标准化配分曲线为左倾型,均表明震 常华进,储雪蕾,冯连君,黄晶,张启锐.2008.湖南安化留茶坡硅质 岩的REE地球化学特征及其意义.中国地质,35(5):879~ 886. 旦纪一寒武纪之交存在明显的热液活动。 第5期 汪正江等:扬子陆块震旦纪一寒武纪之交的地壳伸展作用:来自沉积序列与沉积地球化学证据 741 常华进,储雪蕾,冯连君,黄晶,张启锐.2009.氧化还原敏感微量元 素对古海洋沉积环境的指示意义.地质论评,55(1):91—99. 陈践发,孙省利,刘文汇。郑建京.2004.塔里木盆地下寒武统底部 富有机质层段地球化学特征及成因探讨.中国科学(D),34(增 刊):107~113. 丁林,钟大赉.1995.滇西昌宁一孟连带古特提斯洋硅质岩稀土元素 和铈异常特征.中国科学(B),25(1):93~100. 葛朝华,韩发.1987.广东大宝山矿床喷气一沉积成因地球化学特 征.北京:北京科学技术出版社,P:26~29. 江永宏,李胜荣.2005.湘、黔地区前寒武一寒武纪过渡时期硅质岩 生成环境研究.地学前缘,12(4):622~629. 李任伟,卢家烂,张淑坤,雷家锦.1999.震旦纪和早寒武世黑色页岩 有机碳同位素组成.中国科学(D),29(4):351~357. 李胜荣,高振敏.1995.湘黔寒武系牛蹄塘组黑色岩系稀土元素特 征——兼论海相热水沉积岩的稀土模式.矿物学报,15:225~ 229 李胜荣,高振敏.1996.湘黔下寒武统黑色岩系热演化条件.地质地球 化学,4:30~34 李胜荣,肖启云,申俊峰,孙丽,刘波,阎柏琨.2002.湘黔下寒武统 铂族元素来源与矿化年龄的Re—Os同位素制约.中国科学(D), 32(7):568~575. 李有禹.1997.湖南大庸慈利一带下寒武统黑色页岩中海底喷流沉 积硅质岩的地质特征.岩石学报,13(1):121~126. 李忠雄,陆永潮,王剑,段太忠,高永华.2004.中扬子地区晚震旦 世一早寒武世沉积特征及岩相古地理.古地理学报,6(2):15 1 —162. 罗惠麟,武希彻,欧阳麟,蒋志文,宋学良.1988.扬子地台震旦系一 寒武系界线剖面地层对比新认识.云南地质,7(1):13~7. 孙省利,陈践发,刘文汇,张水昌,王大锐.2003.海底热水活动与海 相富有机质层形成的关系——以华北新元古界青白口系下马岭 组为例.地质论评,49(6):588—595. 孙省利,陈践发,郑建京,刘文汇.2004.塔里木下寒武统富有机质 沉积层段地球化学特征及意义.沉积学报,22(3);547~552. 汪建国,陈代钊,王清晨,严德天,王卓卓.2007.中扬子地区晚震旦 世一早寒武世转折期台一盆演化及烃源岩形成机理.地质学报, 81(8):l102~1109. 吴朝东,杨承运,陈其英.1999.湘西黑色岩系地球化学特征和成因 意义.岩石矿物学杂志,18(1):26~38 吴朝东.2000.湘西震旦一寒武纪交替时期古海洋环境的恢复.地学 前缘,7(增刊):45~57. 薛耀松,唐天福,俞从流.1989.皖南与湘西晚震旦世地层的划分与 对比.地层学杂志,13(1):52~58. 薛耀松,唐天福,俞从流.1992.中国南方上震旦统灯影组中的古喀 斯特洞穴磷块岩.沉积学报,10(3):145~153. 薛耀松,周传明.2006.扬子区早寒武世早期磷质小壳化石的再沉积 和地层对比问题.地层学杂志,30(1):46~57. 杨瑞东,魏怀瑞,王伟,鲍淼.2007.贵州天柱上公塘一大河边寒武 纪重晶石矿床海底热水喷流沉积特征.地质论评,53(5):675 ~680. 杨瑞东,朱立军,王世杰,姜立君,张位华,高慧.2005.贵州寒武系 底部碳同位素负异常的地层学和生物学意义.地质学报,79 (2):157—164. 尹恭正,王砚耕,钱逸.1982.贵州震旦系与寒武系分界的初步研究. 地层学杂志,6(4):286~293. 于柄松,陈建强,李兴武,林畅松.2002.塔里木盆地下寒武统底部 黑色页岩地球化学及其岩石圈演化意义.中国科学D辑,32: 374~382. 于柄松,陈建强,李兴武,林畅松.2004.塔里木盆地肖尔布拉克剖面 下寒武统底部硅质岩微量元素和稀土元素地球化学及其沉积背 景.沉积学报,22(1):59~66. 张水昌,张宝民,边立曾,金之钧,王大锐,张兴阳,高志勇,陈践 发.2005.中国海相烃源岩发育的控制因素,地学前缘,12(3): 39~48. 周明忠,罗泰义,李正祥,赵辉,龙汉生,杨勇.2008.遵义牛蹄塘组 底部凝灰岩锆石SHRIMP U.Pb年龄及其地质意义.科学通报, 53(1):104~l10. 周永章,刘建明,陈多福.2000.华南古海洋热水沉积作用研究概述 及若干认识.矿物岩石地球化学通报,19(2):114~118. 周永章,涂光炽,Edward H C,1994.粤西古水剖面震旦系顶层状硅 质岩的热水成因属性:岩石学和地球化学证据,沉积学报,12 (3):1~l1. 朱日祥,李献华,侯先光,潘永信,王非,邓成龙,贺怀宇.2009. 梅树村剖面离子探针锆石u Pb年代学:对前寒武纪一寒武纪 界线的年代制约.中国科学(D),39(8):1105—1111. 卓皆文,汪正江,王剑,谢渊,杨平.2009.铜仁坝黄震旦系老堡组顶 部晶屑凝灰岩SHRIMP锆石U—Pb年龄及其地质意义.地质论 评,55(5):639~646. 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So,deep studying the sedimental、, sequence and depositional environment of this time is the key to recognize and understand the deve10ping mechanism of high grade source rocks,and the dynamic setting of basin evolutionThe research of sedimentary .sequence and geochemistry near Sinian(Ediacaran)--Cambrian Boundary(SCB)in the Bahuang section indicate that there were double characteristic of anoxie event and hydrothermal activity. and companied with vo1can0 activity.Based on these data and regional geological surveyauthors bring out a complex sedimentary dynamic ,model:Crust extension--diferential subsidence--hydrothermal water risiug(companied with vo1can0)——quick transgression(companied with rising ocean current)--anoxic event. It is to say,because of crust extensi0n.the volcano was taken place,and the siliceous rocks developed widely in shelf facies in southeast illargin of Yangtze block,persisting extension increased differential subsidenceand made the platform facies farther uplifling and ,being eroded,and on the other hand,the siliceous rocks developed continually in sloD and shelf faciesIn late .stage of extension,it is sea level quickly rising,accompanied with hydrothermal activity and bio.radiation which aggravated the sea floor anoxia further,that resulted in more organic matter buried and preserved.Therefore.the first set regional high grade source rocks of Paleozoic was the product of extensional setting during the primary stage of passive continental margin basin from rift basin. Key Words:Bahuang in Tongren Region,Sinian(Ediacaran)--Cambrian Boundary (SCB), Sedimentary sequence,Sedimentary Geochemistry,Sedimentary Dynamic ModelYangtze Block ,