新疆库鲁克塔格—北山地区早寒武世黑色岩系沉积环境与成矿元素富集规律

发布时间：2018-03-25 22:31

本文选题：库鲁克塔格—北山地区　切入点：早寒武世　出处：《中国地质大学》2015年博士论文

【摘要】：新疆塔里木克拉通为我国出露早寒武世黑色岩系的地块之一,其与扬子克拉通在地层层序、岩性矿物组合、古生物学等方面有相似之处。扬子地台早寒武世黑色岩系的层序地层学、生物地层学、岩石地层学、矿物学、古生态学、岩石地球化学、元素地球化学、有机地球化学、矿床地球化学、成矿学和矿床学等方面的内容都做了较为深入的研究。塔里木克拉通早寒武世黑色岩系的科研和矿产勘查成果主要出自于西北部的柯坪地区,矿产勘查成果主要出至于东部的北山地区,而中部的库鲁克塔格地区的科研以及矿产勘查成果都相对薄弱。本文从沉积学、古生物学和地球化学等方面,探讨库鲁克塔格—北山地区下寒武统底部西山布拉克组(双鹰山组)黑色岩系存储空间,成岩成矿物源(区),沉积时间,沉积古地理和气候环境,岩性矿物组合,钒元素赋存状态和富集规律等,取得如下认识：(1)研究区早寒武世黑色岩系物源(区)：早寒武世塔里木盆地为由西向东和由北向南的海侵方向,区内新元古代地层沉积构造特征表明其沉积物质区位于北部；即研究区早寒武世黑色岩系物源区可能位于塔里木盆地西部的塔里木碳酸盐台地、北部的中天山台地和反帝山古陆。黑色岩系碎屑锆石同位素年代学表明,古元古代和新元古代中酸性、基(超)基性岩体也为黑色岩系的提供物源：元素及其特征值特征表明,且干布拉克和平台山地区的黑色岩系物源主要为该时期的长英质岩石,莫合尔山地区黑色岩系的物源为该时期的长英质和铁镁质组分岩石。当然也不能忽略洋盆隆起、海底喷流和海洋生物作为物源的作用。金属成矿元素主要来源于基(超)基性岩体的风化剥蚀和连通岩浆房的深大断裂带来的卤水化合物。(2)研究区早寒武世黑色岩系储存空间：太古代末塔里木克拉通古陆核破裂,形成较广阔拗陷隔绝环境；塔里木运动导致基底全面褶皱回返,形成复背斜构造的封闭环境,库鲁克塔格东北缘隆起带南北两侧以及内部的深断裂和陡倾斜基底断裂等隔绝封闭环境,这些隔绝封闭环境为黑色岩系形成提供了可能的古地理空间。同时,新元古代古亚洲洋的开启导致众多地质事件,如南天山洋、准噶尔洋和塔里木板块的俯冲导致局部地壳拉张,进而发育裂谷式断陷盆地的封闭环境：产生的弧后边缘盆地,以及一系列多岛洋和堑-垒相间的构造格局,围绕这些多岛洋的隔绝封闭环境;以及水下古隆起形成深水—半深水滞留断陷盆地等,这些古地理环境都有可能成为黑色岩系的储存空间。(3)早寒武世黑色岩系构造和古地理环境：西山布拉克组火山岩元素地球化学特征表明,区内早寒武世黑色岩系形成于大陆裂谷的构造环境。基于地层岩性、岩石、矿物、元素以及古生物学特征,库鲁克塔格东北缘隆起带位于从西到东,从北向南海水逐渐加深为特征的南天山—北天山洋盆之中。该套地层从老到新,硅、磷质成分减少,泥、灰质成分增加；从西到东硅质成分减少,泥质成分增多。库鲁克塔格到北山地区,沉积环境为陆棚相向盆地相逐渐过度。且干布拉克和平台山地区黑色岩系形成于大洋盆地的深水还原环境,莫合尔山和大平凉地区黑色岩系形成于大陆边缘的浅水环境,沉积时沉积物-海水界面处于氧化-还原界面附近。该套黑色岩系具有正常海水和热水沉积的双重特点。(4)早寒武世黑色岩系沉积时间：库鲁克塔格地区西山布拉克组底部黑色岩系夹层中的凝灰岩锆石U-Pb年龄为521.6±7Ma,以及该组底部磷块岩中发现有沉积时代相当于扬子克拉通梅树村阶第一个小壳化石带的小壳化石(Spherical fossil、Gen.et Sp.indet. B),即库鲁克塔格地区西山布拉克组沉积时代应为梅树村阶底界；北山地区双鹰山组发现有产于龙王庙下段的Bergeroniellus-Serrodiscus-Calodiscus-Subeia化石组合,即北山地区的早寒武世黑色岩系沉积时代相当龙王庙期的晚期。总之,研究区西山布拉克组或双鹰山组沉积时代应为早寒武世。(5)早寒武世黑色岩系岩性与矿物组合：基于样品的岩矿鉴定、X射线粉末衍射和扫描电镜等方法的分析；区内早寒武世黑色岩系岩石学特点为“下硅、磷和火山岩;上泥、砂和灰”,自下而上具有逆粒序,粒度逐渐变粗,颜色逐渐变浅,微细水平层理由极发育渐变成不发育。岩性组合主要为炭质粉砂岩,硅质岩(燧石岩),炭质板岩,深灰色泥岩,泥质粉砂岩,细砂岩,凝灰岩,石煤,磷块岩等。矿物组合主要为：石英、伊利石(云母)、黄铁矿、含钒白云母、钒电气石、钒榴石、磷灰石、锆石、榍石、重晶石、石膏、闪锌矿、方解石、钾长石、红柱石等。(6)早寒武世黑色岩系沉积建造及其有利含矿岩性、岩相结构：基于剖面岩性组合,元素及其组合分析：区内沉积建造为硅质页岩型建造中的含钒-银-钼-铀-磷亚建造(库鲁克塔格型)和含钒-锌-钻-钼-铀-磷亚建造(北山型)。有利的含矿岩性组合为：碳、硅、泥、磷质岩类最好,碳、泥质岩类次之。库鲁克塔格地区有利的含矿岩相结构为C和D岩相结构,即成对出现的薄层状硅质岩(炭质粉砂岩)夹水平层状黑色页岩(硅质岩)或两者互层的岩性组合,这种微相带出现频数越多,含矿性越好;北山地区有利的含矿岩相结构为B岩相结构,含矿炭质板岩厚度越大,矿石品位越好。(7)基于黑色岩系的碳氧同位素、孢粉化石、CIA分析,Gaskiers冰期盖帽碳酸盐岩—早寒武世黑色岩系沉积期,塔里木盆地的台地—斜坡—盆地相δ13C存在碳同位素梯度变化,从西向东和从下往上δ13C亏损。碳可能来源于海洋碳酸盐,深部和生物有机碳等,而有机质主要来源于富含钒等多金属元素的菌藻类海洋浮游生物。柯坪-库鲁克塔格地区早寒武世黑色岩系形成于气候温暖、湿润条件下,而北山地区早寒武世黑色岩系形成的古气候条件为寒冷、干燥,呈现出东高西低的古气温特点。(8)黑色岩系生物标志化合物：在气相色谱图中正构烷烃的峰型为单驼峰型,碳数分布范围nC14-nC29,主峰碳数多为nC17、nC18。炭质页岩OEP均值为1.07, nC22-/nC23+均值为3.30,含钒炭质页岩OEP均值为1.17,nC22-/nC23+均值为4.30,无明显的奇偶碳数优势分布,显示轻烃组分占绝对优势,有机质主要来源于菌藻类等海洋浮游生物,有机质类型为腐泥型。炭质页岩R0=1.23(均值),含钒炭质页岩R0=0.87(均值),有机质为高成熟有机质,处于石油的主要生成带,高的成熟有机质不利于V的富集。炭质页岩Pr/Ph(均值)为0.85,含钒炭质页岩(均值)Pr/Ph为0.82,均表现出植烷优势,指示较强的还原环境。孢粉颜色为棕黄色～棕色,镜质体反射率(R0)0.84～1.26,该地层遭受过古温度为105～142℃,其远高于成岩古地温。(9)基于数理统计分析,黑色岩系中V与Si具有明显的负相关性,表现出此消彼长的特征,表明硅质组分的大量存在不利于钒的富集。V与有机碳含量(TOC)聚为一类,说明有机质可能在钒的初始富集过程中起到了重要的作用。研究区V主要赋存在钒云母、V-Fe氧化物和钒酸盐中,其中V在钒云母中以类质同象的形式存在,同时V也赋存于部分金属单矿物晶体晶格中。综上所述,太古代末塔里木古陆核的破裂和新元古代古亚洲洋的开启,为黑色岩系提供存储场所,同时也提供成矿物质来源。海水中存在大量V等金属元素,Gaskiers冰期过后,水体变暖,上升洋流频繁发生,海水营养物质丰富,藻类生物繁盛,其吸附了大量的金属元素,即钒等元素的初次富集。早寒武世全球海侵,海平面上升,处在浪基面之下的库鲁克塔格—北山地区,区域光合作用弱,大都处于缺氧环境,生物死亡,钒等元素协同生物遗体沉入海底,为钒的富集提供了充分条件。可见库鲁克塔格—北山地区早寒武世黑色岩系的形成既与区域的背景因素,又与生物爆发致使生物生产率的提高、有机质遭受细菌降解有关,还与海平面升降有关。
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【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P612;P512.2

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