邹黎明, 刘四兵, 张文凯, 朱 童

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；2.中国石油川庆钻探工程公司 地质勘探开发研究院，成都 610051)

川西拗陷中段蓬莱镇组物源的地球化学示踪

邹黎明1, 刘四兵1, 张文凯1, 朱 童2

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；2.中国石油川庆钻探工程公司 地质勘探开发研究院，成都 610051)

探讨川西拗陷中段上侏罗统蓬莱镇组物源问题。采用地球化学示踪方法，通过岩石薄片、痕量元素和稀土元素等综合分析，结合前人的研究成果，对蓬莱镇组源区背景属性和物源特征进行研究。结果表明：研究区蓬莱镇组砂岩碎屑组分以石英为主，其次是长石及各种岩屑；REE配分模式与大陆上地壳稀土元素配分模式基本一致，轻稀土元素富集，Eu负异常较为明显。其源区的构造环境是从海相过渡到陆相,最后演化成复杂的源区。川西拗陷中段蓬莱镇组有龙门山、大巴山-米仓山多个物源区,北部的主要物源区为大巴山-米仓山,南部的物源区为龙门山,中部则为混源区。

川西拗陷；蓬莱镇组；物源；痕量元素；稀土元素

川西拗陷中段上侏罗统蓬莱镇组是重要的勘探层位之一，已经发现许多大中型天然气田，如马井、孝泉-新场等气田[1]。对于川西拗陷中段蓬莱镇组的物源问题，不同学者存在不同的意见，主要分为多物源和单物源。钱利军[2]认为川西拗陷中段蓬莱镇组的物源主要来自西部的龙门山，而北部的米仓山-大巴山的贡献较弱；叶素娟[3]认为蓬莱镇组存在来自龙门山中段、北段和米仓山-大巴山方向的多个物源；徐强[4]认为蓬莱镇组只有来自龙门山的单一物源。针对川西拗陷中段蓬莱镇组的物源方向、源区构造背景等物源问题的研究，前人主要通过碎屑岩组分、轻重矿物以及古水流向等方法进行探讨，少数学者也利用痕量元素及稀土元素特征进行过探讨，但涉及的元素分析内容相对较单一，系统性相对较弱。本文在前人研究的基础上，主要依据痕量元素和稀土元素的地球化学特征来进行研究，进一步确定其物源。

1 地质背景

图1 川西拗陷中段区域地质图Fig.1 Regional geological map of the middle part of west Sichuan depression(改自文献[9])

川西拗陷中段蓬莱镇组研究区从南向北可以根据拗陷内的断裂带或者构造带分为南、中、北3个部分(图1)。盆地的西部，属于晚三叠世时期的陆相盆地深拗陷的继承性部分 ，现今构造主要以北东方向为主展开，北部以米仓山前缘为界，南以峨眉-荥经断裂与川滇南北构造带为界，西至安县-都江堰龙门山冲断带，东以南江-龙泉山一线为界[5]。川西拗陷，南段受构造变形作用较强，北段和中段受构造作用较弱[6]。川西拗陷是从三叠纪时期的川西前陆盆地演化而来的，在形成过程中，它的中心随着不同方向的构造作用而发生变化。特别是在侏罗纪时期，川西拗陷发生了显著的变化:早侏罗世，由于龙门山地区的构造活动减弱，米仓山-大巴山的构造活动则增强，使前陆盆地的前缘拗陷位置由龙门山前缘向米仓山-大巴山地带移动，此时期大量沉积了来自米仓山-大巴山地区的物质；中侏罗世则与早侏罗世相反，沉积中心偏向于龙门山，此时又接受龙门山的物质沉积；晚侏罗世，沉积中心再次回到米仓山-大巴山山前地区[7]。从邻区山脉的构造演化特征也可看出，构造演化对研究区蓬莱镇组的物源有一定影响。相邻的龙门山地区在晚三叠世印支运动的影响下发生褶皱形成山脉，晚侏罗世的燕山运动又促使其进一步抬升[4]，因此龙门山山脉与山前拗陷盆地存在较大的高程差，被抬升的部位遭受风化剥蚀后可能为研究区提供物源。另一方面，米仓山-大巴山的构造格局是在中三叠世后扬子板块与华北板块碰撞下逐渐挤压形成的[8]，米仓山南缘受到印支、燕山运动的影响部分隆起，可能为川西拗陷的沉积提供了一定的物质基础。

2 碎屑组分特征

图2 蓬莱镇组砂岩碎屑组分含量直方图Fig.2 Histogram showing the content of sandstone constituents of the Penglaizhen Formation

川西拗陷中段蓬莱镇组的岩石类型，大多数都是浅色砂岩，极个别为棕色或褐色砂岩。砂岩薄片中的碎屑成分主要为石英，其次为岩屑、长石。根据川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩的薄片资料得出 (图2)：石英平均质量分数(w)为62.38%，岩屑平均质量分数为29.3%，长石平均质量分数为8.32%。岩屑以沉积岩碎屑和变质岩碎屑为主，可见少量岩浆岩碎屑。其中见极少量的副矿物，譬如云母、绿泥石、电气石、锆石等。胶结物类型主要以方解石胶结为主，白云石胶结较少。粒度主要为中砂或者细砂，偶见粗砂，分选较好，磨圆度较差，多为棱角—次棱角状。孔隙多发育粒间溶孔和粒内溶孔。碎屑物中有少量稳定的副矿物锆石和不稳定的云母，反映物源成分较为复杂[10]。

3 物源区类型及构造环境特征

3.1 碎屑成分特征与源区类型的关系

构造演化是盆地内碎屑沉积的主要控制因素之一。将川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩中的石英、长石、岩屑进行Dickinson(1983)QFR以及Qm-F-Lt三角关系图投点(图3)，可以判断其物源区的构造背景特征[11]。从QFR三角关系图(图3-A)中可知，川西拗陷中段蓬莱镇组数据点大部分落在再循环造山带区域，极个别样品点落在过渡岛弧环境区域内，有一部分点落在再循环造山带与岛弧周围，说明该地区的源区类型较为复杂。同样，从Qm-F-Lt三角关系图(图3-B)中可知，大部分砂岩样品投点落在石英质再旋回、过渡再旋回和岩屑质再旋回这3个区域，极少量样品落在克拉通内部区域中，也有样品落在各区域的分界处，这与QFR三角图投点一致，说明该地区的源区类型较为复杂。从Qp-Lv-Ls三角关系图中可以看出(图3-C)，研究区以火山弧造山带物源为主，其次还有碰撞缝合线及褶皱-逆掩带物源。综合上面3种物源类型划分方式对研究区的源区类型综合分析，可以确定川西拗陷中段蓬莱镇组的源区类型具有多样性。

3.2 源区背景属性与源区类型的关系

影响碎屑岩稀土元素含量的主要因素是源区母岩的岩石成分，从源岩的配分模式到沉积区沉积物的配分模式没有显著的变化[12-16]，因此常利用稀土元素配分模式特征来分析研究区和可能物源区之间的关系。砂岩稀土元素含量和特征见表1，表中所列稀土元素含量在川西拗陷北段、南段和中段有一定的差别。例如LREE平均质量分数：北段为206.13×10-6，中段为234.67×10-6，南段为250.23×10-6；HREE质量分数分别为67.36×10-6，71.37×10-6，69.32×10-6；ΔCe值分别为0.05，0.04，0.03。

碎屑岩的痕量元素含量变化与沉积物源区构造背景有着必然的关系，所以碎屑岩的痕量元素可以充分地反映源区的大地构造背景特征。本次研究对研究区的样品元素进行分析，作了以下5种关系图(图4)：La-Th-Sc，Th-Co-Zr/10，Th-Sc-Zr/10，Sc/Cr-La/Y以及Th/La。结果表明样品主要落在大陆岛弧区内，部分样品在被动大陆边缘区内，一部分点位于被动大陆边缘和大陆岛弧边缘区域。说明物源区是常常处于大陆岛弧为主要作用以及部分被动大陆边缘作用较弱的环境中，其构造环境可能是大陆岛弧和海-陆关系的活动大陆与被动大陆边缘碰撞造山带。晚三叠世是川西拗陷形成的主要时期，此期间拗陷经历了从海相到海陆过渡，最后成为了陆相拗陷环境[17]。

图3 川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩碎屑成分和物源类型的Dickinson三角关系图解Fig.3 Dickinson diagram for clastic compositions of sandstone and provenance types for the Penglaizhen Formation in the middle part of west Sichuan depression(作图方法据文献[11])Q.石英; F.长石; L.不稳定多晶岩屑(L=Ls+Lv); Qm.单晶石英; Qp.多晶石英，包括燧石; Lv.火山岩与变火山岩碎屑; Ls.沉积岩与变质岩碎屑

表1 川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩稀土元素含量 (w/10-6)Table 1 REE compositions of sandstone from the Penglaizhen Formation in the middle part of west Sichuan depression

Bhatia[19]总结了在不同构造背景下的砂岩REE特征值。川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩REE参数与各种不同构造背景下砂岩的参数对比，其岩石化学成分与大陆岛弧、活动大陆边缘和被动边缘十分相似，说明川西拗陷中段蓬莱镇组的源区包含大陆岛弧、活动大陆边缘和被动大陆边缘3种背景属性，这与上面谈到的源区类型相符合。龙门山地区和米仓山-大巴山地区经历的海陆相的演化过程，可为川西拗陷中段蓬莱镇组的形成提供丰富的物质基础。

4 元素地球化学特征

本次研究测试的痕量元素包括Li、Sc、Cr、Co、Cu等(表2)，川西拗陷中段蓬莱镇组内的南北中3个地区的痕量元素含量存在较大的差异，各个地区的痕量元素值差异分布较为明显，说明可能来自不同地区的物源。

采用Boynton[20]球粒陨石标准对川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩样品进行标准化处理，建立蓬莱镇组的REE配分模式图(图5)。可以看出：①轻稀土元素富集、重稀土元素亏损较为明显。②La-Eu轻稀土元素段的配分模式在图中表现为明显的“右倾”，斜率较大，变化趋势较快，说明川西拗陷地区的轻稀土元素分馏程度较高；Gd-Lu重稀土元素段的配分模式曲线在图中表现较为平坦、斜率小，说明其分馏程度较低。③在Eu处出现了较为明显的“V”字形趋势，存在Eu负异常； Ce处基本正常，没出现异常。

表2 川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩痕量元素组成(w/10-6)Table 2 Trace element compositions of sandstone from the Penglaizhen Formation in the middle part of west Sichuan depression

图5 川西拗陷中段蓬莱镇组REE分布模型Fig.5 Chondrite-normalized REE diagrams for the Penglaizhen Formation in the middle part of west Sichuan depression(图中部分数据引自参考文献[21-23])

在研究区的REE配分模式图中，不同地区的稀土元素配分模式存在一定差异，其不同稀土元素含量的变化率也不一致，说明川西拗陷中段蓬莱镇组的物源来自不同地区，物源区不稳定，存在混源的现象。从图中可知，米仓山-大巴山地区与川西拗陷中段蓬莱镇组的REE配分模式图有微弱相似的分布趋势，而龙门山地区的REE配分模式图则与川西拗陷中段蓬莱镇组接近，这说明米仓山-大巴山地区对川西拗陷中段蓬莱镇组的物源控制较弱，而龙门山对其影响较大。

Bhatia等[24]、McLennan等[25]通过研究发现，源自上地壳的稀土元素具有轻稀土富集、重稀土含量相对稳定和明显的Eu负异常等特征。川西拗陷中段蓬莱镇组的砂岩样品具有富轻稀土元素特征，其稀土元素配分模式与大陆上地壳稀土元素的配分模式基本一致[3]，所以川西拗陷中段蓬莱镇组的原始物质应来自上地壳，为上地壳长英质岩石。综上所述，研究区与龙门山地区、米仓山-大巴山地区的砂岩稀土元素配分模式有一定的相似之处，可以说明龙门山地区和大巴山-米仓山地区是川西拗陷中段蓬莱镇组沉积物的部分物源区。

利用La/Yb-∑REE图解，可以反映出部分岩石的成因类型和特征，从而判别沉积物来源及物源区岩石特征(图6)。根据川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩样品的La/Yb-∑REE图解可知，绝大部分投点都较为集中，落在了沉积岩、花岗岩和碱性玄武岩混合区域内，说明川西拗陷中段蓬莱镇组的源岩组成是有差别的。这与刘飞[26]认为龙门山地区大都是铁镁质、长英质、石英与碳酸盐胶结物的混合物的结论一致。同时，米仓山-大巴山地区的沉积物来自南秦岭地区发育的玄武岩和中酸性火山岩[22]。上述表明，川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩的原始沉积物质是来自龙门山和米仓山-大巴山2个物源区。

图6 川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩La/Yb-∑REE图解Fig.6 La/Yb-∑REE discrimination diagram for sandstones from the Penglaizhen Formation in the middle part of west Sichuan depression(作图方法据文献[27])

图7 川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩源区环境判别图Fig.7 Discrimination diagram for sandstones from the Penglaizhen Formation in the middle part of west Sichuan depression(作图方法据文献[28])

早在1989年Floyd等[28]提出了一种判别不同构造环境沉积物源的方法：Hf-La/Th图解法。在Hf-La/Th图中可见：川西拗陷中段蓬莱镇组多数样品落在混合长英质或者基性岩源区内，少量为安山弧源(图7)。说明其最原始的物质来源为上地壳，并且以长英质岩石为主要成分，其中混杂着长石含量较高的中基性岩浆岩。龙门山的源区物质含有较高的长英质，这与前人研究结果相符，源区母质可能来自于志留纪、泥盆纪和三叠纪的沉积岩和变质岩[3]，而米仓山-大巴山地区的物质主要以基性岩为主[22]。据分析可知，川西拗陷中段蓬莱镇组的物源来自不同的地区，这与以上分析结果一致，也反映研究区的物源来自龙门山和米仓山-大巴山2个不同的物源区。

综上所述，根据川西拗陷中段蓬莱镇组稀土元素配分模式图的特征，结合前人的研究结果，认为龙门山地区和米仓山-大巴山是川西拗陷中段蓬莱镇组的物源区；再结合La/Yb-∑REE和Hf-La/Th图解进一步证明川西拗陷中段蓬莱镇组的物源来自龙门山地区和大巴山地区，并存在混源的情况。川西拗陷中段蓬莱镇组的物源主要来自于再循环造山带的沉积物(图3)，还有部分来自于岩浆弧的基性岩(图6、图7)，存在混源的现象，这正是川西拗陷在形成过程中受到龙门山和米仓山-大巴山的构造作用影响的结果。在早侏罗世-中侏罗世早期，由三叠纪时期形成的前陆盆地演变成了拗陷盆地[29]，此时龙门山地区对拗陷盆地的影响减弱，而北部及北东向的米仓山-大巴山对它的影响加剧，所以米仓山-大巴山对盆地的沉积物贡献大于龙门山地区。中侏罗世后期，拗陷盆地进一步发育，龙门山对它的作用也越来越大，此时龙门山被抬升遭受剥蚀，拗陷中沉积了大量来自龙门山地区的产物，而米仓山-大巴山对它的作用相对较弱。到了晚侏罗世，盆地拗陷的沉积中心又向米仓山-大巴山地区移动，沉积了大量的来自米仓山-大巴山的产物。

5 结 论

a.川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩的物源区处于大陆岛弧影响为主以及被动大陆边缘影响为辅的大陆岛弧和海-陆关系的活动大陆与被动大陆边缘碰撞造山带。川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩的源区经历了从海相过渡到陆相沉积环境过程中多期次的构造运动，形成了成分复杂的源区。

b.川西拗陷中段蓬莱镇组的物源主要来自于再循环造山带的沉积物，有少量来自于岩浆弧的基性岩，也表明存在混源情况。其主要物源为龙门山地区，次为米仓山-大巴山地区。

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Provenance of depositional sources of the Penglaizhen Formation in west Sichuan depression: Evidence from geochemistry

ZOU Liming1, LIU Sibing1, ZHANG Wenkai1, ZHU Tong2

1.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China;2.GeologicalExplorationandDevelopmentResearchInstitute,ChuanqingDrillingEngineeringCo.,Ltd.,CNPC,Chengdu610051,China

Geochemical tracer method, combined with the study of rock thin sections, trace elements and rare earth elements analysis, previous research results, et. al., is used to investigate provenance of Upper Jurassic Penglaizhen Formation in west Sichuan depression. It shows that the detrital components of sandstone are composed of mainly quartz, the rest are feldspar and other clasts. Geochemical analysis shows that the REE distribution pattern in the study area is basically similar with those in the earth’s continental crust. Light rare earth elements are enriched, and Eu negative anomaly is obvious. The structural setting of provenance transits from marine environment to continental sedimentary environment and to complicated provenance. It reveals that the provenance of Penglaizhen Formation sandstone in west Sichuan depression is from the Longmen Mountains, Daba Mountains-Micang Mountains. The provenance of Penglaizhen Formation in the middle north area of west Sichuan depression is mainly from Daba Mountains-Micang Mountains region, and the provenance of Penglaizhen Formation in the south of west Sichuan depression is from Longmen Mountains, while the provenance of Penglaizhen Formation in the central region is of mixed sources area.

west Sichuan depression; Penglaizhen Formation; provenance; trace elements; REE

10.3969/j.issn.1671-9727.2017.01.11

1671-9727(2017)01-0086-08

2016-03-07。

国家自然科学基金项目(41172119)。

邹黎明(1989-)，男，硕士研究生，研究方向：油气藏地质学与成藏地质学, E-mail:375346079@qq.com。

P588.21

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