诸城凹陷下白垩统砂岩地球化学特征

2016-07-15祁春志

大科技 2016年9期

关键词：诸城源区白垩

祁春志

（辽宁省有色地质局一0一队辽宁省抚顺市 113000）

诸城凹陷下白垩统砂岩地球化学特征

祁春志

（辽宁省有色地质局一0一队辽宁省抚顺市 113000）

本文通过对诸城凹陷下白垩统地层中的沉积岩进行系统的岩石学、地球化学研究，结合地层学方面的资料，研究了该地区砂岩的地球化学以及物源特征。

地球化学；下白垩统砂岩；物源分析；诸城凹陷

砂岩岩石地球化学对沉积盆地形成时期构造背景的稳定与否有着较高的敏感性，利用砂岩的主量、微量和稀土元素的地球化学特征判别岩石形成时的大地构造背景，在很多地区取得了成功。地球化学分析方法可以从多种元素出发，从各个不同角度探讨物源区的地球化学特点及物源区构造背景，进而判断沉积时盆地所处的大地构造位置，为确定盆地性质和盆山演化的研究提供重要证据。同时砂岩地球化学特征对物质来源、古气候和沉积环境具有十分重要的示踪和指示作用；通过分析砂岩的微量和稀土元素含量的变化，了解地区沉积环境、古气候及物源特征。本文在利用下白垩统砂岩主量、微量和稀土元素地球化学特征确定物源区构造背景的基础上，结合胶莱盆地构造和沉积相的最新研究成果，分析了该盆地下白垩统沉积时的物源属性，对认识盆地性质和盆地演化具有一定意义。

1 胶莱盆地总体特点

盆地位于鲁东隆起区中部，胶北隆起和胶南隆起之间，总体呈东西走向，横截胶南造山带，为一叠加于造山带之上的白垩纪断陷盆地，盆地内油砂、沥青等比较丰富，盆地属受海洋气候影响的大陆性气候，以七宝山-大山-凤凰山一线为界分为沭河、潍河两大水系。诸城凹陷位于该盆地之中。

2 地层介绍

本区缺失古生界及中生界的三叠系和侏罗系。白垩系直接覆盖于元古界变质岩系之上，前者是胶莱坳陷的盖层岩系，后者是基底岩系。基底岩系由太古界胶东群、下元古界荆山群、粉子山群及上元古界蓬莱群组成。盖层岩系发育有白垩统莱阳组、青山组、上白垩统王氏组，局部地区发育了少量底第三系和第四系。

3 构造介绍

诸城凹陷北以百尺河断层为界，西接沂沭断裂，南为三相家－郝戈庄断裂。该凹陷在布格重力异常图上表现为明显的低异常，在东西向地震剖面上表现为一平缓的凹陷区。从反射地震剖面上看，莱阳组呈角度不整合覆盖在基底胶南变质岩系和胶北变质岩系之上。在凹陷的东南边缘，莱阳组各段大量出露，主要为边缘相的扇砾岩。

4 样品采集与分析

在对胶莱盆地诸城凹陷下白垩统野外露头观测的基础上，针对出露较好的剖面采集细碎屑岩样品。经偏光显微镜下观察，剔除风化、蚀变样品，从中选出较好的样品进行主量、微量和稀土元素的分析，样品由相关部门的分析测试研究中心采用高分辨电感耦合等离子质ICP-MSDZ/T0223-2001测定完成。

4.1 主量元素

主量元素分析数据中砂岩样品的 SiO2、Al2O3、TiO2、Fe2O3、MgO、CaO、K2O、Na2O 的平均含量分别为 62.38%、14.75%、0.67%、4.85%、1.98%、3.74%、3.27%和4.12%，其中SiO2的含量较高，而Fe2O3、MgO的含量普遍较低，说明诸城凹陷下白垩统碎屑岩为杂砂岩。

4.2 稀土元素

稀土元素性质类似、地球化学行为相近以及整体参与地质过程，因此沉积物中的稀土元素常被用来进行源区恢复。沉积岩中的稀土元素的含量主要受控于沉积物源区的性质，因而它们是示踪物源区构造背景的最好标志之一。稀土元素配分模式可以用来指示物源岩性特征，源自基性岩石的稀土元素具有低的LREE/HREE，无Eu异常。而长英质岩石具有较高的LREE/HREE，具Eu负异常。

诸城凹陷下白垩统砂岩的稀土元素分析数据显示∑REE变化于（173.89-1626.36）×10-6之间，平均为690.77×10-6。在稀土元素配分曲线上，该源区变质砂岩样品的球粒陨石标准化稀土曲线相当一致，表明它们基本来自相同的物源，与活动陆缘杂砂岩相近。总体表现为轻稀土元素富集特征（La/Yb=1.58-36.95），重稀土相对亏损，LRERE/HREE比值平均为5.64，具弱的负Eu异常。这些特征均与已知构造背景中的活动陆缘和大洋岛弧杂砂岩特征相似。稀土元素特征表明诸城凹陷在下白垩统沉积时期，其物源主要来自于上地壳。

4.3 微量元素

陆源碎屑中的微量元素具有较大的稳定性。由于这些元素在沉积过程中相对低的活动性以及在海水中低的停留时间，而适合于物源区和构造环境的判别。

本文利用La-Th-Sc，Th-Sc-Zr/10和Th-Co-Zr/10图解对诸城凹陷下白垩统砂岩样进行了投点分析。结果表明，大部分的砂岩样品落在了大陆岛弧区及其活动大陆边缘附近。这说明诸城凹陷下白垩统碎屑岩主要来自大陆岛弧区及其活动陆缘区，这与主量元素和稀土元素揭示的大地构造背景基本一致。

5 物源属性分析

由于沉积岩的主量元素和矿物成分密切相关。因此，沉积岩的主量元素常可作为成因分类和构造环境分析的重要参数。对各分析样品的化学组成分析结果进行计算获得的参数得出诸城凹陷下白垩统砂岩具有高SiO2和低Fe2O3，MgO的特点，说明它们主要为杂砂岩。根据已知构造背景的不同碎屑岩组合的地球化学特征，进行多变量（7个氧化物）判别方程分析，综合出4种混合物源模型。在物源判别图解上，诸城凹陷下白垩统平均落入长英质火成物源区、中性岩火成物源区和石英质沉积物源区，表明碎屑岩母源为稳定陆块、活动陆缘及火山岛弧。

诸城凹陷下白垩统砂岩的稀土元素分布曲线比较相似，说明沉积物具有同源性。δEu为铕的异常系数，它可灵敏地反映体系内地球化学状态，并可作为鉴别物质来源的重要参数。诸城凹陷下白垩统砂岩的δEu多数样品表现为弱负异常，说明其碎屑源岩为酸性火成岩。在稀土元素配分曲线上，轻稀土富集，重稀土相对亏损，具弱的负Eu异常，其特征类似于于上地壳特征。

微量元素的含量与上地壳微量元素的含量基本一致。在La/Th-Hf原岩属性判别图上，大多数岩样落入长英质源区，或混合长英质∕基性岩源区，这说明诸城凹陷是在陆壳之上发育而成的陆内盆地，而非大洋盆地。