黑色页岩作为一种富含有机质的细粒沉积岩, 其形成过程明显受构造背景和母岩属性的控制^[1], 国内外学者已建立了一系列利用地球化学数据判别沉积物构造背景和物源的方法, 并取得了良好的实际应用效果^{[2, 3, 4, 5, 6, 7]}。前人对新疆哈拉阿拉特山地区(简称哈山地区)太勒古拉组黑色页岩的研究主要集中在有机质特征、储层特征及含气性、生烃潜力等方面, 如马风华^[8]的测试数据显示黑色页岩的有机质类型为Ⅲ 型, 属较好级别烃源岩; 马小平等^[9]认为黑色页岩具有孔隙类型优、孔隙连通性较好、易于储层压裂改造的矿物组合特征; 梁斌等^[10]的研究表明这套黑色页岩为低-特低孔隙度、特低渗透率储层, 现场解吸总含气量最高为 1.11 m³/t, 具有很好的页岩气资源潜力。然而, 目前太勒古拉组黑色页岩的物质来源及构造背景尚不明确。

本文对哈山地区太勒古拉组黑色页岩的地球化学元素和重矿物特征开展研究, 归纳黑色页岩的构造背景及物源分配模式, 可为该区巨厚页岩的成因和物质来源提供依据。

石炭纪准噶尔地块西部的构造格局为南部和北部发育地槽, 中部为陆缘碎屑岩建造区^[11]。太勒古拉组巨厚页岩即发育于南部海沟区域的哈山地区。霍有光^[12]对准噶尔和布克塞尔地区泥盆系的地球化学研究显示沙尔布提山与萨吾尔山之间为泥盆纪弧后盆地, 盆地南侧发育洪古勒楞蛇绿岩带, 北侧萨吾尔山为大洋岛弧带。晚石炭世之后, 弧后盆地逐渐消亡, 沙尔布尔提山和萨吾尔山隆升成陆, 向北增生的塔里木陆块和向南增生的西伯利亚陆块最终缝合, 准噶尔地块至此结束大洋发展阶段, 进入陆内造山阶段^{[11, 12]}。

泥盆纪— 石炭纪, 准噶尔西部以南部和北部的地槽区为特征, 中部沙尔布提山— 萨吾尔山在垂向上由岛弧向隆起区陆源碎屑建造演变, 侧向火山喷发中心自南向北迁移, 泥盆纪弧后盆地(沙尔布提山— 萨吾尔山)逐渐北迁于额尔齐斯河构造带以南的吉木乃— 富蕴南扎河坝一线向东的萨吾尔— 二台淖毛湖石炭纪弧后盆地(即萨吾尔— 二台淖毛湖古生代弧后盆地)。据此可重新厘定新疆北部石炭纪沟弧盆体系的主要大地构造单元为: 石炭纪沟弧带, 即达拉布特— 卡拉麦里晚古生代沟弧带; 石炭纪岛弧带, 即谢米斯台— 东泉晚古生代岛弧带及塔尔巴哈台— 纳尔曼得早古生代沟弧; 弧后盆地, 即萨吾尔— 二台淖毛湖古生代弧后盆地(图1)。

图1

Fig.1

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	图1 新疆北部石炭纪原型盆地(据文献[11]修改) ①谢米斯台— 东泉晚古生代岛弧带; ②塔尔巴哈台— 纳尔曼得早古生代沟弧; ③唐巴勒早古生代岛弧; ④准噶尔中间地块; ⑤双井子古生代陆缘盆地; ⑥萨吾尔— 二台淖毛湖古生代弧后盆地Fig.1 Prototype basin of Carboniferous Period in northern Xinjiang (modified after reference[11])

Chen等^[13]根据准噶尔西北部岩体锆石U-Pb测年数据将该地区的准噶尔西部古生代岩体划分为3个主要侵入期次: 第一期为晚志留世— 早泥盆世, 仅分布于谢米斯台山— 赛尔山一带, 岩体岩性主要为闪长岩、钾长花岗岩和碱性花岗岩; 第二期为早石炭世, 主要分布于塔尔巴哈台— 萨吾尔晚古生代岛弧带内, 岩体岩性主要为辉石闪长岩、二长闪长岩、花岗闪长岩等中酸性侵入岩; 第三期为晚石炭世— 中二叠世, 遍布整个研究区及邻区, 岩性主要为钾长花岗岩(图2)。结合区域上广泛发育的沟弧盆体系可推断, 二叠纪之前侵入的岩体(即第一期和二期侵入岩)主要分布在塔尔巴哈台— 纳尔曼得早古生代沟弧带和谢米斯台— 东泉晚古生代岛弧带内, 共同构成一个大规模石炭纪岛弧带(图1), 其可向南部(石炭纪沟弧带)和北部(石炭纪弧后盆地)分别提供物源, 从构造格局层面说明了研究区黑色页岩可能主要属于中酸性-长英质物源。

图2

Fig.2

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	图2 准噶尔西北部岩体分布(据文献[13]修改)Fig.2 Rock mass distribution in the northwestern Junggar (modified after reference[13])

事实上, 对于研究区“ 火山碎屑岩+页岩+碳酸盐岩” 页岩层系的成因, 孟祥化^[14]在1983年就已指出该类岩系形成于弧后盆地、俯冲岛弧等非稳定的火山碎屑沉积建造。Li^[15]结合研究区沟弧盆体系的大地构造背景, 将研究区沟弧盆体系页岩沉积建造抽提为图3模式, 该模式指出了沟弧盆体系中页岩发育及保存的具体位置。

图3

Fig.3

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	图3 研究区沟弧盆体系页岩沉积构造模式(据文献[15]修改)Fig.3 Deposition and tectonic pattern for shale under trench-arc-basin system in the study area (modified after reference[15])

(1)沟弧盆体系发育早期。该阶段洋壳俯冲消减并形成增生楔, 岛弧初具规模, 岩浆沿洋壳俯冲部位上涌, 在海沟及弧前盆地沉积了热液(火山岩)沉积建造, 在弧后盆地则以正常碎屑沉积为主。海沟上涌的热液在沉积了底部火山岩沉积建造的同时, 带入大量生物生长所需营养元素及矿物, 造成生物繁盛、有机质生产速率极高的特点, 为页岩沉积创造了物质条件^[16]。

(2)沟弧盆体系发育晚期。该阶段沟弧盆体系已经形成, 生物繁盛大量消耗水体中的氧气, 导致海沟地区水体逐渐趋于还原环境, 为有机质的保存提供了良好条件, 岛弧火山的小规模间歇喷发所产生的火山灰及黏土矿物落入水中, 经水解等作用产生生物生长所需的营养物质, 保证了长期稳定的高有机质生产率和良好的有机质保存条件, 从而形成, 研究区现今厚度巨大、有机碳含量可观(TOC含量0.57%~1.12%, 平均0.85%, 未发表)的黑色页岩及硅质页岩, 并夹有火山灰及碳酸盐岩的特殊复合页岩层系, 而弧后盆地在这一演化过程中则处于相对孤立、稳定的状态, 具备富有机质页岩的沉积条件。

哈山1号探槽(TC01)位于哈拉阿拉特山乌和公路西侧(图1), 全长约2 km, 探槽控制太勒古拉组黑色页岩厚度960 m, 页岩呈灰黑色, 薄— 厚层状, 页理极发育, 含少量生物碎屑, 中间夹有数层厚约10~30 cm 的灰岩条带和砂岩薄层, 并见深水遗迹化石。

本次研究的页岩样品采自TC01上石炭统太勒古拉组, 自下至上连续采集10个样品, 岩性均为黑色硅质页岩。主量元素含量采用荷兰PANalytical Magix Fast X荧光光谱仪(XRF)测定, 分析误差小于2%。微量元素和稀土元素含量采用美国Perkin Elmer Elan 9000电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定, 分析误差小于10%。所有地球化学元素测试分析均由澳实分析检测(广州)有限公司完成。

哈山地区太勒古拉组黑色页岩的地球化学元素含量见表1。研究区黑色页岩具有富MgO、Na₂O, 贫TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和CaO, SiO₂含量适中, 大离子亲石元素(如Rb、Ba、K、Cs等)相对贫乏, 轻稀土(LREE)相对富集, 重稀土(HREE)相对亏损, 负Eu异常的特征。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 哈山一号探槽太勒古拉组黑色页岩地球化学元素含量 Tab.1 Geochemical element content of Tailegula Formation black shales from No.1 prospecting trench in Hala-alate Mountain 样品编号 主量元素含量/% 微量元素含量/10-6 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO Na2O K2O P2O5 BaO CaO MgO V2O5 Sc V TC01-35 64.3 0.67 14.65 6.00 0.07 2.91 2.69 0.19 0.04 0.98 3.46 0.02 14.0 115.0 TC01-45 60.8 0.79 15.90 6.10 0.07 2.98 3.39 0.16 0.04 0.85 4.37 0.02 17.0 153.0 TC01-49 60.6 0.75 15.60 6.55 0.08 2.60 3.90 0.19 0.06 1.12 4.35 0.02 16.0 138.0 TC01-52 60.9 0.80 15.95 6.51 0.07 3.64 2.94 0.16 0.04 1.08 3.99 0.02 16.0 143.0 TC01-54 62.4 0.73 14.80 6.13 0.07 3.10 3.04 0.17 0.05 0.98 4.34 0.02 16.0 132.0 TC01-56 62.4 0.72 15.25 6.14 0.06 3.15 3.29 0.16 0.05 1.02 3.62 0.02 15.0 142.0 TC01-57 62.0 0.73 15.35 6.19 0.08 3.01 3.42 0.19 0.05 1.00 4.00 0.02 15.0 139.0 TC01-76 62.4 0.75 15.50 6.32 0.07 2.74 3.61 0.17 0.06 0.87 3.45 0.02 15.0 140.0 TC01-87 65.2 0.63 14.15 5.29 0.08 3.53 2.72 0.15 0.04 1.38 3.70 0.02 13.0 110.0 TC01-95 67.8 0.45 11.70 4.50 0.06 2.45 2.65 0.12 0.05 2.21 3.16 0.01 9.0 75.0 平均值 62.9 0.70 14.89 5.97 0.07 3.01 3.17 0.17 0.05 1.15 3.84 0.02 14.6 128.7 样品编号 微量元素含量/10-6 Cr Ni Zn Rb Sr Y Zr Nb Cs Ba Hf Ta Pb Th TC01-35 90 7.81 8.02 60.8 268 23.4 14.8 6.70 2.10 364.0 4.20 0.80 9.28 4.93 TC01-45 150 7.81 8.02 82.3 266 23.7 14.8 8.30 2.99 401.0 4.90 0.70 9.28 6.02 TC01-49 120 7.81 8.02 86.4 329 26.8 14.8 7.90 3.09 526.0 5.00 0.60 9.28 5.78 TC01-52 120 7.81 8.02 65.7 278 25.4 14.8 8.20 2.59 330.0 5.00 0.60 9.28 5.88 TC01-54 130 7.81 8.02 64.4 286 25.4 14.8 8.80 2.22 381.0 4.70 0.60 9.28 5.57 TC01-56 140 7.81 8.02 73.4 288 24.4 14.8 7.30 3.04 409.0 4.70 0.50 9.28 5.42 TC01-57 130 7.81 8.02 78.0 287 23.5 14.8 7.70 3.02 405.0 4.60 0.50 9.28 5.35 TC01-76 70 7.81 8.02 82.2 289 24.0 14.8 8.10 3.64 490.0 4.80 0.50 9.28 5.94 TC01-87 210 7.81 8.02 55.9 292 22.8 14.8 6.60 1.65 367.0 3.90 0.40 9.28 4.34 TC01-95 230 7.81 8.02 55.2 278 16.6 14.8 4.50 1.76 398.0 2.80 0.30 9.28 2.82 平均值 139 7.81 8.02 70.4 286 23.6 7.4 7.41 2.61 407.1 4.46 0.55 9.28 5.21 样品编号 稀土元素含量/10-6 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu TC01-35 18.4 38.6 5.17 18.1 4.53 1.19 4.57 0.72 4.17 0.91 2.64 0.43 2.51 0.41 TC01-45 16.8 37.1 4.85 17.3 4.33 1.26 4.35 0.67 4.09 0.94 2.95 0.45 2.92 0.45 TC01-49 20.8 45.2 5.89 21.6 5.29 1.36 5.43 0.83 4.81 1.03 3.06 0.48 3.20 0.51 TC01-52 18.4 38.7 4.98 17.6 4.59 1.24 4.38 0.77 4.39 1.00 3.07 0.45 2.97 0.42 TC01-54 20.5 44.1 5.59 19.7 4.95 1.21 4.61 0.77 4.48 0.95 2.93 0.42 2.82 0.40 TC01-56 20.4 42.2 5.42 19.8 5.06 1.25 5.02 0.80 4.35 1.01 2.86 0.44 2.93 0.43 TC01-57 21.0 42.3 5.38 19.5 4.73 1.21 4.29 0.71 4.05 0.90 2.59 0.39 2.85 0.41 TC01-76 20.6 43.0 5.41 19.6 4.72 1.43 4.51 0.70 4.11 0.94 2.70 0.43 2.71 0.40 TC01-87 16.8 36.7 4.77 17.2 4.20 1.03 4.39 0.63 4.03 0.84 2.56 0.41 2.47 0.39 TC01-95 13.4 27.6 3.55 12.8 3.19 0.76 3.40 0.52 3.06 0.65 1.96 0.29 1.90 0.26 平均值 18.7 39.6 5.10 18.3 4.56 1.19 4.50 0.71 4.15 0.92 2.73 0.42 2.73 0.41

表1 哈山一号探槽太勒古拉组黑色页岩地球化学元素含量 Tab.1 Geochemical element content of Tailegula Formation black shales from No.1 prospecting trench in Hala-alate Mountain

根据Roser等^[4]提出的SiO₂-K₂O/Na₂O构造背景判别图解(图4(a)), 哈山1号探槽所有样品均落入活动大陆边缘。Bhatia等^[17]通过对澳大利亚东部杂砂岩的研究, 得出一系列判别构造背景的微量元素特征值和图解, 如La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10、Th-Co-Zr/10等三角判别图解, 并利用其判别澳大利亚东部杂砂岩的构造背景^[17], 国内学者也利用这些图解判别泥页岩的构造背景, 并取得了良好的实际应用效果^{[18, 19, 20]}。在非迁移性微量元素元素La-Th-Sc(图4(b))和Th-Sc-Zr/10(图4(c))组成的构造背景判别图解上, 所有样品都落在大陆岛弧区域, 个别落在大洋岛弧区域, 均显著区别于被动大陆边缘环境。

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 哈山1号探槽太勒古拉组黑色页岩主微量元素构造背景判别图解[4, 12, 17]Fig.4 Major and trace elements tectonic setting discrimination diagram of Tailegula Formation black shales from No.1 prospecting trench in Hala-alate Mountain[4, 12, 17]

太勒古拉组黑色页岩样品轻稀土(LREE)平均含量为87.4× 10^-6, 重稀土(HREE)平均含量为16.6× 10^-6, 指示轻重稀土分异度的(La/Yb)_N值为4.64, 指示轻稀土分异度的(La/Sm)_N值为2.58, 指示重稀土分异度的(Gd/Yb)_N值为1.33, 表明太勒古拉组黑色页岩具有LREE相对富集, HREE相对亏损的特征。

Bhatia^[21]以澳大利亚东部古生界杂砂岩和泥岩资料为基础, 总结了判别沉积盆地构造环境的稀土元素特征(表2), 认为来自大洋岛弧构造背景、源区为未被切割岩浆弧的沉积物具有稀土总量低、轻稀土弱富集和基本无负Eu异常的特征; 来自大陆岛弧构造背景、源区为切割岩浆弧的沉积物有较高的稀土总量和中等的轻稀土富集, 以及弱的负Eu异常^[21]。通过比较研究区黑色页岩样品稀土元素和代表不同构造背景的参数特征值, 本区样品各参数均值介于大陆岛弧或大洋岛弧之间, 且更接近大陆岛弧。

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 太勒古拉组黑色页岩与不同构造背景沉积盆地稀土元素特征对比[21] Tab.2 REE comparison of Tailegula Formation black shales and sedimentary basins under different tectonic settings[21] 构造背景 源区类型 w(La)/10-6 w(Ce)/10-6 ∑ REE/10-6 La/Yb LREE/HREE (La/Yb)N δ Eu 大洋岛弧 未被切割岩浆弧 (8± 1.7) (19± 3.7) (58± 10) (4.2± 1.3) (3.8± 0.9) (2.8± 0.9) (1.04± 0.11) 大陆岛弧 被切割岩浆弧 (27± 4.5) (59± 8.8) (146± 20) (11± 3.6) (7.7± 1.7) (7.5± 2.5) (0.79± 0.13) 太勒古拉组样品均值 无 18.7 39.6 104 6.88 5.28 4.64 0.8

表2 太勒古拉组黑色页岩与不同构造背景沉积盆地稀土元素特征对比[21] Tab.2 REE comparison of Tailegula Formation black shales and sedimentary basins under different tectonic settings[21]

此外, 可以利用La/Y-Sc/Cr、Th-La等判别图解对源区构造背景进行判别^{[5, 17]}。通过投点发现, 在La/Y-Sc/Cr判别图解(图5(a))上, 页岩样品基本都位于大陆岛弧区域附近; 在Th-La判别图解(图5(b))上, 几乎所有点都落在大陆岛弧区域。

图5

Fig.5

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	图5 哈山1号探槽太勒古拉组黑色页岩稀土元素构造背景判别图解Fig.5 REE tectonic setting discrimination diagram of Tailegula Formation black shales from No.1 prospecting trench in Hala-alte Mountain

Bhatia^[21]归纳总结的不同构造背景下沉积物稀土元素富集特征和标准化曲线(图6)被广泛应用于物源区的构造背景分析。在球粒陨石标准化曲线与平均上地壳标准化(panasqueira average abundance standard, PAAS)曲线上(图6), 本区样品的稀土元素均值配分模式都与大陆岛弧相近。

图6

Fig.6

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	图6 哈山1号探槽太勒古拉组页岩稀土元素标准化曲线Fig.6 REE standardized curve of Tailegula Formation shales from No.1 prospecting trench in Hala-alate Mountains

总体上, 研究区晚石炭世构造活动较活跃, 在正常沉积的同时伴随着大陆火山岛弧的频繁喷发, 间接指示了准噶尔地块西北缘古生代不同时期的洋盆向准噶尔地块俯冲消减, 以及晚古生代后期碰撞褶皱发展为准噶尔西部山系的构造活动背景。

碎屑岩中相对密度大于2.86 g/cm³的矿物被称为重矿物, 它们在岩石中的含量很低, 一般不超过1%。重矿物具有耐磨、强稳定性、继承源岩特性的特点^[22]。不同类型母岩碎屑沉积物中的重矿物组分及含量存在差异。一般来说, 母岩为酸性岩的区域富集晶型完好的榍石、锆石、黑云母、磷灰石、电气石、锡石等; 母岩为基性岩的区域发育有大量磁铁矿, 少量钛铁矿、辉石和角闪石; 母岩为变质岩的区域富集蓝晶石、夕线石、石榴石、绿帘石、十字石。在沉积岩中富集磨圆较好的锆石、金红石、石榴石和电气石^[23]。

本研究的重矿物样品均采自哈山1号探槽(TC01), 共30个, 粉碎至200目以下, 淘洗后烘干, 磁选之后放在双目镜下进行人工挑选。由于页岩中重矿物含量极少, 从30个样品仅挑选出极少量重矿物, 包括电气石、独居石、钛铁矿等较稳定矿物, 总含量不超过0.1%。其中, 独居石磨圆较好, 表面有撞蚀坑, 表明其经过长距离搬运, 重矿物中稳定矿物占绝对优势, 指示了搬运距离较长的远源沉积, 其电气石+独居石+石榴石+钛铁矿+磷灰石(图7)的重矿物组合也反映了其母岩性质为沉积岩+中酸性岩浆岩的混合物源。

图7

Fig.7

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	图7 哈山1号探槽太勒古拉组页岩重矿物图版Fig.7 Heavy mineral plate of Tailegula Formation black shales from No.1 prospecting trench in Hala-alate Mountain

大量研究表明, 碎屑岩的元素地球化学特征可以被用于判别沉积岩物源及其风化作用的研究。相对于其他碎屑岩, 页岩的化学组成更接近母岩^{[5, 24, 25, 26, 27, 28]}, 因此利用地球化学方法追踪页岩的物源要比其他方法更加准确。

Al和Ti在搬运和风化过程中不易溶解, 因此页岩中的Al₂O₃/TiO₂值可以表征源区Al、Ti的相对含量^{[29, 30]}。本研究10个样品的Al₂O₃/TiO₂值为19.9~26.0, 平均22.2, 说明其母岩可能为中酸性-长英质物源。

相对于基性岩, 长英质岩石中的La和Th含量较高, 而Co、Sc和Cr则含量相对偏低。由于这些元素在风化过程中相对稳定, 其比值能指示物源的组成^{[17, 26]}。大陆上地壳的La/Sc值、Th/Sc值、Th/Cr值分别为2.21、0.75、0.11, 大陆中地壳的La/Sc值、Th/Sc值和Th/Cr值分别为1.26、0.34、0.09^[29], 本研究样品中La/Sc值平均为1.28, Th/Sc值平均为0.36, Th/Cr值平均为0.04, 均介于上地壳与中地壳之间, 指示了上地壳+中地壳的混合物源。Hf-La/Th物源属性判别图解(图8)显示, 绝大多数样品落在长英质物源区, 接近上地壳成分。

图8

Fig.8

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	图8 哈山1号探槽太勒古拉组黑色页岩Hf-La/Th物源属性判别图解[30]Fig.8 Hf-La/Th discrimination diagram for provenance attribute of Tailegula Formation black shales from No.1 prospecting trench in Hala-alate Mountain[30]

在指示沉积物源区的指标中, 稀土元素对母岩有很好的继承性, 在后期搬运成岩过程中不易发生改变, 且易在细粒沉积物中富集, 因此对于细粒沉积物(如泥岩、页岩)而言, 稀土元素的配分模式是最可靠的指标之一^{[17, 24]}。源自上地壳的稀土元素具有轻稀土元素富集、重稀土元素含量稳定和负Eu异常等特征; 源自中地壳的稀土元素具有轻稀土元素弱富集, 重稀土元素相对增加和无Eu异常等特征。研究区所有页岩样品呈明显的负Eu异常, 与上地壳特征一致。轻稀土元素含量较上地壳、中地壳、PAAS更低, 重稀土元素与三者基本持平, 且更接近上地壳的稀土元素分配模式(表3)。

表3

Tab.3

表3(Tab.3)

表3 哈山1号探槽太勒古拉组黑色页岩稀土元素球粒陨石标准化后与各推荐数值对比[5, 27] Tab.3 Comparison between recommended values and REE chondrite-normalized values for Tailegula Formation black shales from No.1 prospecting trench in Hala-alate Mountain[5, 27] 样品 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu δ Ce δ Eu TC01-35 59.35 47.77 42.38 30.17 23.23 16.19 17.64 15.32 12.95 12.67 12.57 13.27 12.01 12.73 0.95 0.80 TC01-45 54.19 45.92 39.75 28.83 22.21 17.14 16.80 14.26 12.70 13.09 14.05 13.89 13.97 13.98 0.99 0.89 TC01-49 67.10 55.94 48.28 36.00 27.13 18.50 20.97 17.66 14.94 14.35 14.57 14.81 15.31 15.84 0.98 0.78 TC01-52 59.35 47.90 40.82 29.33 23.54 16.87 16.91 16.38 13.63 13.93 14.62 13.89 14.21 13.04 0.97 0.85 TC01-54 66.13 54.58 45.82 32.83 25.38 16.46 17.80 16.38 13.91 13.23 13.95 12.96 13.49 12.42 0.99 0.77 TC01-56 65.81 52.23 44.43 33.00 25.95 17.01 19.38 17.02 13.51 14.07 13.62 13.58 14.02 13.35 0.97 0.76 TC01-57 67.74 52.35 44.10 32.50 24.26 16.46 16.56 15.11 12.58 12.53 12.33 12.04 13.64 12.73 0.96 0.82 TC01-76 66.45 53.22 44.34 32.67 24.21 19.46 17.41 14.89 12.76 13.09 12.86 13.27 12.97 12.42 0.98 0.95 TC01-87 54.19 45.42 39.10 28.67 21.54 14.01 16.95 13.40 12.52 11.70 12.19 12.65 11.82 12.11 0.99 0.73 TC01-95 43.23 34.16 29.10 21.33 16.36 10.34 13.13 11.06 9.50 9.05 9.33 8.95 9.09 8.07 0.96 0.71 PAAS 123.23 98.51 72.38 56.50 28.46 14.69 17.99 16.38 14.53 13.79 13.57 12.65 13.49 13.35 1.04 0.65 上地壳[29] 100.00 77.97 58.20 45.00 24.10 13.61 15.44 14.89 12.11 11.56 10.95 9.26 9.38 9.63 1.02 0.71 中地壳[29] 77.42 65.59 47.54 41.67 23.59 19.05 15.44 14.89 11.80 11.42 10.95 9.88 10.53 12.42 1.08 1.00

表3 哈山1号探槽太勒古拉组黑色页岩稀土元素球粒陨石标准化后与各推荐数值对比[5, 27] Tab.3 Comparison between recommended values and REE chondrite-normalized values for Tailegula Formation black shales from No.1 prospecting trench in Hala-alate Mountain[5, 27]

从样品球粒陨石标准化曲线(图6(a))看, 与PAAS曲线(图6(b))相比, 研究区太勒古拉组黑色页岩的轻稀土含量明显偏低, 重稀土元素基本持平, δ Ce、δ Eu的异常特征基本一致, δ Eu值表现出明显的负异常, 其曲线形态表现为从La到Eu的连续型斜坡下降, Gd到Lu呈直线延伸, 太勒古拉组黑色页岩的δ Ce值为0.97, 呈弱负异常, δ Eu值为0.80, 为明显的负异常, 且表现出轻稀土轻微富集, 重稀土相对亏损的特征, 这是上地壳稀土元素的典型特征, 表明其物源应该来自上地壳。

需要说明的是, 地壳对页岩物源的贡献并不是直接供给, 而是在页岩沉积之前, 由火山活动或岩浆侵入形成基岩供给, 这类基岩岩体主要源于上地壳, 少量源于中地壳。在页岩沉积时期, 这些基岩遭受剥蚀, 成为研究区黑色页岩的主要供源岩, 而上地壳和中地壳的贡献率主要受制于这些基岩的来源, 即基岩组成中来自于上地壳和中地壳的比例。

(1)上石炭统太勒古拉组主量元素结果指示了活动大陆边缘, 微量元素和稀土元素结果指示了大陆岛弧, 显示出较好的一致性, 结合区域上广泛发育的沟弧盆体系, 页岩沉积时或沉积前的构造环境为洋壳和陆壳俯冲背景, 由此造成的频繁火山喷发为页岩沉积提供了良好的构造和物源条件。

(2)哈山地区太勒古拉组黑色页岩的母岩属于中酸性-长英质物源, 大部分源自上地壳, 少部分源于中地壳。物源区可能为北部的塔尔巴哈台— 纳尔曼得早古生代沟弧带和谢米斯台— 东泉晚古生代岛弧带。

(责任编辑: 魏昊明)