2. 陕西省一九四煤田地质有限公司, 陕西 铜川 727000
2. Shaanxi Province 194 Coalfield Geology Co., Ltd., Tongchuan, 727000, Shaanxi, China
0 引言
滇西兰坪盆地铅锌银铜矿产资源丰富, 同时膏盐岩也达到工业开采程度,备受关注。前人在该区域做了大量的工作,其中:高建华[1]认为蒸发岩建造中的易溶盐类是提供高盐度含矿流体的保证,而高盐度含矿流体为成矿提供了部分铅、锌、锶、钡等金属矿源,同时蒸发岩建造中的硫酸盐类还是还原硫的主要来源;王安建等[2]进一步提出金顶矿床为构造推覆-盐丘穹窿-区域伸展-油气聚集-流砂底辟-流体排泄-金属沉淀的成矿模式;朱志军等[3]认为兰坪盆地古近系的蒸发岩发育低位体系域,低位的沉积充填与气候关系密切,很有可能具有找钾盐的潜力;董帅[4]发现在云龙组、景星组、麦初箐组和三合洞组灰岩内发育了大量盐构造,局部已形成穿刺构造,其内含大量石膏、盐岩、沥青,同时伴有强烈的硫酸盐及金属硫化物矿化;李彬等[5]认为铅锌矿床所需的大量H2S主要是硫酸盐的热化学还原成因(TSR)形成的,矿区地层大量的膏盐体是H2S的主要物源;胡古月等[6]认为膏盐类矿物除在成矿过程中为金属硫化物的沉淀提供必要的硫源外,在成矿过程中还可能提供了大量的NaCl作为Pb、Zn等金属离子长距离迁移的络合剂,此外对其膏岩进行探讨,认为金顶矿区膏盐主要来自于三叠纪的海相地层。上述多数成果都集中在铅锌多金属矿方面的研究,而对蒸发岩系的成因研究甚少。因此,本文通过蒸发岩元素地球化学特征研究讨论兰坪盆地蒸发岩系的成因及形成环境,以期为兰坪盆地蒸发岩的勘探提供依据。
1 地质背景滇西兰坪盆地地处欧亚板块与印度板块的结合部位,位于金沙江—哀牢山断裂带与澜沧江断裂带之间,是三江褶皱带的一部分[7-8](图 1)。盆内内发育中—上三叠统、侏罗系、白垩系、古近系和巨厚的中—新生代蒸发岩系。研究区内含盐岩系零星出露于兰坪县、云龙县和维西县等地,主要集中在三叠系三合洞组和古近系云龙组。其中:云龙组下部在强烈干旱的气候条件下形成了含盐地层, 沉积了一套以石盐、石膏为主的蒸发岩建造[9-10], 之后云龙组上部沉积了一套含碳酸盐岩的碎屑岩地层, 记录了盆地由盐湖、干盐湖沉积至淡水湖泊沉积的过程[11],同时发现少量钾盐[12-13],由于钾盐矿物是卤水演化到最后阶段的产物,所以需要持续较长时间干旱高温的气候条件[14-15]。三叠系三合洞组同时沉积了一套巨厚的层状石膏层,相对于古近系云龙组而言,成层性较好,水体处于干旱炎热的环境,海水盐度较高,沉积形成一套蒸发岩建造[10]。
2 蒸发岩系发育特征兰坪盆地是我国主要的贱金属赋存区,同时盆地内发育大量非金属矿产资源。石膏是该区主要的非金属矿产资源,主要发育于三叠系的三合洞组和古近系的云龙组。
1) 云龙组分为上下两段:上段发育紫红色、灰绿色等杂色粉砂质泥岩、泥灰岩,泥灰岩多以团块状出现,含有腹足类、轮藻、介形类等化石,介形类有Ilyocypris sp.;下段发育杂色石膏灰质泥岩、砾石、长英质砂岩和砂岩,具有孔雀石薄膜,其中紫红、棕红色泥岩夹灰绿色泥岩条带,石膏呈次生脉状、灰色透明晶状,砾石以紫红、黄、灰色砂岩、泥岩、页岩等为主,次圆—次棱角状,直径一般为3~5 cm,泥质胶结(图 2)。
2) 三合洞组分为上下两段:上段发育灰黑色板岩夹砂质板岩,层状石英质砂泥岩,灰绿色薄层状泥质细砂岩及页岩;下段发育浅灰色中—厚层状含石英圆砾灰岩,浅灰—灰色含膏灰岩,泥质石膏呈条带状、粒状、板状、纤维状分布,生物化石有保存极差的菊石、腕足类、瓣鳃类等,如Burmesia lirata Healey, Cuspidaria sp., Pralaria sollasii Healey, Nuculana cf, perlanga(Mansuy)等(图 3)。
兰坪盆地发育石膏、膏泥、天青石、石盐等蒸发岩类和铅锌铜等多金属矿产。从实地考察看,铅锌铜等金属矿产与蒸发岩类矿产产出关系密切。盆地蒸发岩主要由石膏、天青石组成,其次为灰岩、方解石、石英、白云石等。不同地区蒸发岩具有不同的组构特征。从整个盆地观察,其蒸发岩矿物组成特征分析如下。
石膏:石膏发育有粒状、板状、纤维状、脉状、块状、网状和层状。云龙组石膏呈脉状和角砾状。层状石膏具有较强的流动构造。按颜色石膏分为纯净白色石膏(图 4a)、灰绿色膏泥、灰黑色石膏、透明石膏等。三合洞组灰岩、黑色炭质泥岩中石膏以层状产出(图 4b)。
膏泥:发育于云龙组紫红色泥岩中的灰绿色膏泥,其内含有细脉状白色石膏,穿插于灰绿色膏泥岩中(图 4c);紫红色泥岩中穿插板状白色石膏(图 4d);紫红色膏泥岩边部,呈蓝绿色的浸染状铜矿化(图 4e)。
石英:普遍发育于层状石膏、石膏脉及石膏胶结角砾灰岩带中,呈粒状镶嵌结构(图 4f)。
灰岩角砾:灰岩角砾分布于膏盐岩体与围岩接触部位的破碎带中,呈棱角状,被石膏胶结,局部的灰岩角砾中发育方解石细网状脉体(图 4h);在灰岩破碎带裂隙中,发育呈铅灰色的浸染状方铅矿化(图 4g)。
3 样品采集与分析本次研究采集兰坪盆地内新鲜岩石样品共49件,分别为果郎乡石膏云龙组剖面、白洋厂云龙组石膏、刺角三合洞组石膏矿、维西县拉和柱云龙组石膏矿、马凳石膏云龙组剖面、金顶架崖山—北厂铅锌矿区云龙组石膏、宝丰云龙组石膏矿、白洋厂钻孔云龙组石膏。其中:果郎乡共计2件样品,云龙组膏泥1件,石膏1件;白洋厂共计13件样品,云龙组石膏7件,膏泥3件,灰岩3件;刺角共计5件样品,三合洞组石膏3件,灰岩2件;维西共计4件,云龙组石膏3件,灰岩1件;马凳共计3件,均为云龙组石膏;架崖山—北厂共计13件样品,云龙组石膏5件,灰岩7件,膏泥1件;宝丰共计3件样品,均为云龙组石膏;白洋厂钻孔样品共计6件,均取自云龙组,石膏3件,膏泥3件,取样层位如图 5所示。所有采集样品均为新鲜岩石样品,室内对野外采集的块状样品进行破碎,取其中间最新鲜部分,用玛瑙钵磨至200目,包装之后,送至核工业北京地质研究院测试中心,采用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)仪,在室内温度为20 ℃、相对湿度为30%的条件下,对样品的微量元素和稀土元素进行测试,相对误差 < 10%。
4 蒸发岩系地球化学特征 4.1 稀土元素地球化学特征兰坪盆地蒸发岩稀土元素分析数据(表 1)显示,不同岩性稀土元素特征明显不同,受其形成环境的制约。1)石膏:∑REE质量分数的范围为(0.16~30.62)×10-6,平均值为2.20×10-6;LREE质量分数范围值为(0.07~27.32)×10-6,平均值为1.71×10-6;HREE质量分数范围值为(0.09~3.30)×10-6,平均值为0.50×10-6;LREE/HREE范围为0.71~8.28,平均值为3.13;LaN/YbN范围为1.76~34.69,平均值为11.83,δEu范围值为0.22~1.09,平均值为0.68,δCe范围值为0.76~1.08,平均值为0.93;Ceanom的范围为-0.279~0.002,平均值为-0.060。2)膏泥:∑REE质量分数的范围为(63.88~151.00)×10-6,平均值为121.84×10-6;LREE质量分数范围值为(49.11~118.52)×10-6,平均值为96.62×10-6;HREE质量分数范围值为(14.77~32.48)×10-6,平均值为25.22×10-6;LREE/HREE范围为2.99~4.83,平均值为3.85;LaN/YbN范围为8.21~17.69,平均值为12.11;δEu范围值为0.62~0.71,平均值为0.67;δCe范围值为0.76~1.00,平均值为0.91;Ceanom的范围-0.056~-0.014,平均值为-0.042。3)灰岩:∑REE质量分数的范围为(0.98~45.96)×10-6,平均值为21.32×10-6;LREE质量分数范围值为(0.61~123.56)×10-6,平均值为15.82×10-6;HREE质量分数范围值为(0.35~30.76)×10-6,平均值为5.49×10-6;LREE/HREE范围为0.65~8.19,平均值为2.66;LaN/YbN范围3.00~31.46,平均值为9.28;δEu范围值为0.28~1.28,平均值为0.61;δCe范围值为0.50~0.96,平均值为0.74;Ceanom的范围为-0.334~-0.027,平均值为-0.096。
兰坪盆地石膏、灰岩和膏泥的δEu和δCe值体现出石膏、膏泥、灰岩从大到小依次变化的特征。
Elderfield等[17]把δCe和Ceanom值作为古海(湖)水氧化还原条件的标志,可用于判断古水体形成环境。兰坪盆地石膏、灰岩和膏泥的稀土元素特征反映3种岩石形成的海(湖)水深度变化:灰岩最深,其次石膏,最后膏泥,与蒸发岩的先后沉积顺序一致(碳酸盐、硫酸盐、石盐、钾盐)。兰坪盆地初期的深海(湖)水环境中,灰岩由于溶解度比较小,最先结晶出方解石、白云石等碳酸盐类矿物,之后石膏从溶液中结晶出来,最后形成的膏泥可能是水体变浅,由陆源碎屑的加入与形成的石膏混合而成,也体现兰坪盆地水体由还原环境向氧化环境转变的过程。
4.2 指示环境元素地球化学特征兰坪盆蒸发岩系49件样品所测得的V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Sr、Ba、Tl、Th、U等11种微量元素质量分数见表 2,其比值特征见表 3。
序号 | 岩性 | Sr/Ba | Sr/Cu | V/Cr | V/(V+Cr) | Ni/Co | U/Th | δ U |
B-001 | 石膏 | 27.14 | 48.13 | 1.09 | 0.52 | 15.14 | 0.28 | 0.92 |
B-002 | 膏泥 | 0.33 | 31.25 | 2.05 | 0.67 | 2.71 | 0.20 | 0.74 |
B-003 | 石膏 | 47.14 | 322.41 | 4.15 | 0.81 | 11.36 | 20.00 | 1.97 |
B-004 | 石膏 | 62.82 | 48.51 | 2.07 | 0.67 | 11.29 | 6.57 | 1.90 |
B-005 | 膏泥 | 1.21 | 31.81 | 1.57 | 0.61 | 1.99 | 0.26 | 0.88 |
B-007 | 灰岩 | 0.87 | 0.71 | 2.64 | 0.73 | 0.37 | 5.09 | 1.88 |
B-009 | 膏泥 | 0.70 | 0.63 | 2.09 | 0.68 | 2.23 | 0.20 | 0.76 |
B-011 | 膏泥 | 0.22 | 1.47 | 1.45 | 0.59 | 2.77 | 0.19 | 0.73 |
B-029 | 石膏 | 102.00 | 3 132.28 | 3.54 | 0.78 | 13.04 | 21.00 | 1.97 |
B-031 | 石膏 | 63.88 | 405.58 | 6.58 | 0.87 | 8.79 | 4.60 | 1.86 |
B-032 | 石膏 | 134.84 | 1 603.79 | 8.65 | 0.90 | 15.74 | 45.50 | 1.99 |
B-036 | 石膏 | 66.39 | 392.71 | 0.59 | 0.37 | 6.78 | 0.79 | 1.40 |
B-038 | 灰岩 | 34.99 | 70.44 | 4.50 | 0.82 | 2.92 | 0.26 | 0.88 |
B-039 | 石膏 | 2 038.20 | 1 119.75 | 10.70 | 0.91 | 15.91 | 50.00 | 1.99 |
B-040 | 灰岩 | 174.45 | 802.37 | 7.08 | 0.88 | 15.46 | 10.67 | 1.94 |
B-042 | 石膏 | 621.37 | 579.36 | 3.92 | 0.80 | 15.25 | 12.00 | 1.95 |
B-043 | 灰岩 | 205.53 | 365.91 | 5.54 | 0.85 | 19.15 | 9.52 | 1.93 |
B-044 | 石膏 | 3 882.05 | 1 220.97 | 0.83 | 0.45 | 18.57 | 0.44 | 1.14 |
B-045 | 石膏 | 1 205.44 | 536.97 | 1.17 | 0.54 | 11.10 | 0.60 | 1.29 |
B-046 | 灰岩 | 82.04 | 940.66 | 5.30 | 0.84 | 15.70 | 33.20 | 1.98 |
B-047 | 石膏 | 142.12 | 809.95 | 3.98 | 0.80 | 7.58 | 0.19 | 0.73 |
B-048 | 石膏 | 290.52 | 572.98 | 12.39 | 0.93 | 8.16 | 2.28 | 1.74 |
B-049 | 石膏 | 134.95 | 973.89 | 4.23 | 0.81 | 5.99 | 0.47 | 1.17 |
B-050 | 灰岩 | 26.37 | 80.07 | 4.37 | 0.81 | 7.98 | 1.45 | 1.63 |
B-054 | 石膏 | 2 811.36 | 1 339.71 | 1.61 | 0.62 | 16.22 | 5.00 | 1.88 |
B-055 | 灰岩 | 3 078.76 | 1 029.29 | 3.13 | 0.76 | 14.23 | 10.50 | 1.94 |
B-056 | 石膏 | 2 084.25 | 247.38 | 3.24 | 0.76 | 15.46 | 14.00 | 1.95 |
B-058 | 灰岩 | 29.76 | 103.39 | 8.73 | 0.90 | 11.57 | 8.20 | 1.92 |
B-060 | 灰岩 | 59.41 | 171.37 | 6.48 | 0.87 | 17.38 | 2.70 | 1.78 |
B-061 | 灰岩 | 23.05 | 209.22 | 13.72 | 0.93 | 19.20 | 19.09 | 1.97 |
B-062 | 膏泥 | 3.59 | 20.29 | 2.20 | 0.69 | 2.72 | 0.25 | 0.85 |
B-063 | 灰岩 | 35.25 | 80.61 | 2.57 | 0.72 | 5.48 | 0.79 | 1.41 |
B-064 | 石膏 | 169.49 | 386.83 | 4.13 | 0.81 | 12.50 | 0.91 | 1.47 |
B-065 | 石膏 | 4 246.51 | 721.74 | 1.00 | 0.50 | 20.00 | 4.00 | 1.85 |
B-066-1 | 石膏 | 4 280.00 | 731.62 | 0.87 | 0.47 | 19.45 | 5.00 | 1.88 |
B-066-2 | 灰岩 | 478.89 | 487.32 | 3.18 | 0.76 | 12.44 | 4.00 | 1.85 |
B-069-1 | 灰岩砾 | 47.33 | 506.05 | 2.72 | 0.73 | 10.59 | 2.33 | 1.75 |
B-069-2 | 石膏 | 563.50 | 477.54 | 2.44 | 0.71 | 16.89 | 5.00 | 1.88 |
B-070-1 | 灰岩 | 81.19 | 5 379.14 | 5.15 | 0.84 | 17.96 | 14.75 | 1.96 |
B-070-2 | 石膏 | 49.10 | 2 497.56 | 13.34 | 0.93 | 15.48 | 5.30 | 1.88 |
B-080 | 石膏 | 254.57 | 241.87 | 0.05 | 0.05 | 25.75 | 6.14 | 1.90 |
B-081 | 石膏 | 566.25 | 311.34 | 2.13 | 0.68 | 11.64 | 22.00 | 1.97 |
B-083 | 石膏 | 300.53 | 105.74 | 1.81 | 0.64 | 7.15 | 15.60 | 1.96 |
B9ZK05-4 | 石膏 | 60.04 | 7.78 | 4.48 | 0.82 | 1.62 | 7.63 | 1.92 |
B9ZK05-5 | 膏泥 | 0.13 | 3.62 | 1.81 | 0.64 | 2.86 | 0.17 | 0.68 |
B9ZK05-6 | 石膏 | 58.49 | 7.12 | 8.53 | 0.90 | 0.70 | 5.00 | 1.88 |
B9ZK05-7 | 石膏 | 7.70 | 82.43 | 3.85 | 0.79 | 12.33 | 0.31 | 0.96 |
B9ZK05-8 | 膏泥 | 0.20 | 7.57 | 1.81 | 0.64 | 3.04 | 0.25 | 0.86 |
B9ZK05-9 | 膏泥 | 0.34 | 2.59 | 1.82 | 0.65 | 1.73 | 0.28 | 0.91 |
石膏均值 | 898.91 | 700.96 | 4.12 | 0.70 | 12.59 | 10.63 | 1.70 | |
膏泥均值 | 0.84 | 12.40 | 1.85 | 0.65 | 2.51 | 0.23 | 0.81 | |
灰岩均值 | 311.28 | 730.47 | 5.37 | 0.82 | 12.17 | 9.34 | 1.77 | |
a.石膏;b.膏泥;c.灰岩;d.石膏、膏泥和灰岩平均值。 |
由表 3可知,兰坪盆地微量元素指示环境特征比值具有以下特征。1)石膏:Sr/Ba范围为7.70~4 280.00,平均值为898.91;Sr/Cu范围为7.12~3 132.28,平均值为700.96;V/Cr范围为0.05~13.34,平均值为4.12;V/(V+Cr)范围为0.05~0.93,平均值为0.70;Ni/Co范围为0.70~25.75,平均值为12.59;U/Th范围为0.19~50.00,平均值为10.63;δU范围为0.73~1.99,平均值为1.70。2)膏泥:Sr/Ba范围为0.13~3.59,平均值为0.84;Sr/Cu范围为0.63~31.81,平均值为12.40;V/Cr范围为1.45~2.20,平均值为1.85;V/(V+Cr)范围为0.59~0.69,平均值为0.65;Ni/Co范围为1.73~3.04,平均值为2.51;U/Th范围为0.17~0.28,平均值为0.23;δU范围为0.68~0.91,平均值为0.81。3)灰岩:Sr/Ba范围为0.87~3 078.76,平均值为311.28;Sr/Cu范围为0.71~5 379.14,平均值为730.47;V/Cr范围为2.57~13.72,平均值为5.37;V/(V+Cr)范围为0.72~0.93,平均值为0.82;Ni/Co范围为0.37~19.20,平均值为12.17;U/Th的范围为0.26~33.20,平均值为9.34;δU范围为0.88~1.98,平均值为1.77。兰坪盆地内石膏和灰岩Sr/Ba、Sr/Cu、V/Cr、V/(V+Cr)、Ni/Co、U/Th、δU的微量元素特征值明显高于膏泥(表 3)。表明这些微量元素特征值所指示盆地内的石膏、灰岩的形成环境相似,而与膏泥的形成环境不同,具体形成环境将在下节进行讨论。
5 蒸发岩系的形成环境 5.1 蒸发岩系的稀土元素分析沉积岩中稀土元素的质量分数特征与物源区、沉积环境和成岩作用关系密切,因此被广泛应用于沉积岩的形成环境、跟踪物质来源和揭示岩石成因等[17-19]。
在兰坪盆地蒸发岩系49件稀土元素球粒陨石配分模式曲线(图 6)上:石膏样品具有Eu负异常的右倾配分模式特征,一致性相对较好,有些个别样品表现出Eu正异常,这可能是石膏受到后期热液改造导致(图 6a);膏泥样品具有Eu负异常的右倾配分模式特征,一致性非常好(图 6b),表明膏泥的物质来源比较单一;灰岩具有弱的Eu负异常的右倾配分模式特征,只有B-040号黑色含石膏灰岩角砾出现Eu正异常,表明灰岩形成过程有深部热液的参与(图 6c);石膏、膏泥和灰岩的稀土元素质量分数平均值进行稀土元素球粒陨石标准化后,从曲线形态上看都具富集轻稀土元素、亏损重稀土元素右倾的Eu负异常的配分模式特征,所不同的是膏泥和灰岩的稀土元素质量分数基本一致,与石膏稀土元素质量分数相差明显(图 6 d)。这可能是灰岩和膏泥的组成元素质量分数接近,都是受到外界物质混合结果所致;与石膏稀土元素组成质量分数相差较大,但是表现出的稀土元素球粒陨石曲线特征一致,说明它们的来源可能一致,属于同一个时期形成,只是体现出不同岩性的稀土元素质量分数不同的特征。
总体而言,盆地内所有石膏、灰岩和膏泥的稀土元素特征基本一致,但石膏和灰岩又体现出复杂的曲线特征,表明石膏和灰岩形成环境和物质来源不稳定,膏泥则形成环境和物质来源比较稳定。
5.2 微量元素特征分析Co、Ni、Ba、V、Cu、Sr、Th、Cr、U等元素具有可变价态,易受环境变化影响,在沉积物中的富集程度受环境的氧化还原条件灵敏。因此,这些氧化还原敏感元素能够指示沉积岩的形成环境,它们的质量分数及元素比值可以作为判断沉积环境的重要指标[20-21]。
在判断氧化还原环境时,常用到的微量元素特征参数有Sr/Ba、Sr/Cu、V/Cr、V/(V+Cr)、Ni/Co、U/Th、δU等。本次对兰坪盆地内的石膏、膏泥以及灰岩采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)方法测定其微量元素(表 2),然后利用微量元素指示沉积环境的特征参数判定标准(表 4),最后分析利用这些标准参数与兰坪盆地蒸发岩系微量元素所计算的特征参数(表 3)进行对比分析,讨论兰坪盆地的蒸发岩系的形成环境。
微量元素特征参数 | 元素比值 | 沉积环境 | 备注 |
Sr/Ba | >1.0 | 海相咸水 | [22] |
0.6~1.0 | 半咸水 | ||
< 0.6 | 陆相淡水 | ||
Sr/Cu | 1.0~10.0 | 温湿气候 | [23-25] |
>10.0 | 干热气候 | ||
V/Cr | < 2.00 | 含氧环境 | [24-25] |
2.00~4.25 | 贫氧环境 | ||
>4.25 | 贫氧至缺氧环境 | ||
V/(V+Cr) | >0.6 | 缺氧环境 | [24-25] |
U/Th | < 0.75 | 氧化环境 | [24-28] |
0.75~1.25 | 贫氧环境 | ||
>1.25 | 缺氧环境 | ||
Ni/Co | < 5.0 | 氧化环境 | [26-35] |
5.0~7.0 | 贫氧环境 | ||
>7.0 | 次缺氧至缺氧环境 | ||
δU | < 1.0 | 正常海水沉积环境 | [25] |
>1.0 | 缺氧环境 |
1) Sr/Ba常是指示沉积水体盐度的一种重要判别指标[22-27]。王益友等[22]认为Sr/Ba>1.0时,为海相咸水,介于0.6~1.0之间为半咸水相,小于0.6时,为陆相淡水。研究区盆地内所有石膏和灰岩样品的Sr/Ba平均值分别为898.91和311.28,都远远大于1.0,而膏泥的Sr/Ba平均值为0.84;因此,推断盆地石膏和灰岩形成于海相咸水环境(图 7a、b),膏泥形成于淡水—半咸水环境(图 7c)。表明盆地内石膏和灰岩可能形成于同一时期,而膏泥与灰岩和石膏的形成环境明显不同。
2) Sr/Cu常被用来判断气候温湿和干热的重要指标。刘刚等[23-25]认为Sr/Cu介于1.0~10.0之间指示温湿气候,大于10.0时,指示干热气候。研究区盆地内石膏和灰岩Sr/Cu的平均值分别为700.96和730.47,而膏泥Sr/Cu的平均值则为12.40。石膏和灰岩的Sr/Cu值比较接近,指示当时形成于干热气候(图 8a, b);膏泥Sr/Cu值相对较小,且位于10左右,指示当时可能形成于温湿气候或者温湿气候向干热气候过渡时期(图 8c)。表明盆地内的石膏和灰岩形成于同时期的气候环境,膏泥显示出过渡的气候环境。
3) V/Cr常作为判断氧化还原条件的一种重要指标。王淑芳等[24-25]通常认为V/Cr<2.00时为含氧环境,V/Cr在2.00~4.25之间为贫氧环境,而V/Cr>4.25时为贫氧至缺氧环境。研究区盆地内石膏和灰岩V/Cr的平均值分别为4.12和5.37,属于贫氧到缺氧的环境(图 9 a、b),而膏泥V/Cr的平均值为1.85属于含氧环境(图 9 c)。因此,石膏和灰岩形成于贫氧到缺氧的还原环境,而膏泥则形成于氧化环境。
4) V/(V+Cr)是指示水体氧化还原程度的重要指标。V/(V+Cr)>0.6时显示较强的缺氧环境[24-25]。兰坪盆地石膏和灰岩V/(V+Cr)的平均值分别为0.70和0.82,大于0.6,指示两者形成于缺氧环境(图 10a,b);而膏泥V/(V+Cr)的平均值为0.65,也形成于缺氧环境(图 10c),但是膏泥形成环境的缺氧程度没有石膏和灰岩的程度强,相对还原性较弱。
5) U/Th和δU是指示水体氧化还原条件的重要指标。普遍认为U/Th>1.25时为缺氧环境,U/Th介于0.75~1.25之间为贫氧环境,U/Th<0.75时为氧化环境[24-28]。Wignall[25]提出:当δU>1.0时指示缺氧环境,δU<1.0时为正常海水沉积环境。兰坪盆地内石膏和灰岩U/Th的平均值分别为10.63和9.34,远远大于1.25,指示石膏和灰岩形成于缺氧环境(图 11 a, b),而膏泥U/Th的平均值为0.23,指示形成于形成于氧化环境(图 11 c);石膏和灰岩的δU的平均值分别为1.70和1.77,大于1.0,指示形成于缺氧环境(图 12 a、b),而膏泥的δU的平均值为0.81,小于1.0,指示膏泥形成于正常海水沉积环境(图 12 c)。
6) Ni/Co是判断沉积物沉积环境中水体氧化还原程度的重要参数。前人[26-35]普遍认为:当Ni/Co<5.0时为氧化环境;当Ni/Co介于5.0~7.0之间为贫氧环境; Ni/Co>7.0时为次缺氧至缺氧环境。兰坪盆地的内石膏和灰岩Ni/Co的平均值分别为12.59和12.17,均大于7.0,指示形成于次缺氧到缺氧环境(图 13a, b),膏泥Ni/Co的平均值为2.51,小于5.0,指示形成于氧化环境(图 13c)。
6 蒸发岩成因探讨膏盐岩形成主要受到盐类物质来源和沉积环境两个因素控制。其中,盐类物质来源主要有:海水盐溶液的蒸发,陆源即盆地周缘的物源区提供,包括火山或岩浆活动、天然热水溶液循环和通过深大断裂上涌的深部卤水[36]。盐类沉积环境是在干旱的气候环境中,蒸发提高了水体的浓度,使得盐类按照一定的结晶顺序不断结晶沉积。对于兰坪盆地膏盐成因, 前人研究认为与金顶铅锌矿有关的膏盐岩来源于三合洞组[6],并没有盐类物质来源和形成环境阐述。
6.1 盐源分析兰坪盆地位于兰坪—思茅(普洱)盆地北部,受到澜沧江断裂带、金沙江—哀牢山断裂带和兰坪—思茅断裂带(中轴断裂带)3条大断裂及维西—乔后断裂带等一系列次生断裂所控制,构成了盆地的复杂断层系统。这些断裂为深部卤水的上涌提供了通道,为石膏的形成提供了物质基础,而未给膏泥和灰岩提供物质来源,主要有以下3个方面证据。
稀土元素具有指示蒸发岩物质来源的属性。通过对兰坪盆地石膏、膏泥和灰岩的稀土元素进行球粒陨石标准化后,膏泥和灰岩表现Eu负异常的右倾配分模式曲线一致,而石膏的稀土元素球粒陨石标准化后,Eu正负异常均出现,表明石膏的形成有深部卤水与海水混合成盐,而膏泥和灰岩未发现Eu正异常,则认为膏泥和灰岩是后期咸水-淡水形成的,未有深部卤水参与成岩过程。
膏盐岩为陆相坳陷盆地稳定沉积,主要以平行互层特征展布[37];若受到基底断裂上涌深部卤水的影响,主要集中在大断裂和次生断裂附近[36]。兰坪盆地膏盐岩野外剖面特征观察,则主要以盐丘、盐枕、盐穿刺、岩墙等构造样式出现,且大多数发育在断裂附近,表明兰坪盆地的膏盐岩成盐过程中有深部卤水参与。
兰坪盆地是西南主要的金属成矿区,同时南部思茅盆地发育大量的钾盐矿床。前人[38]研究认为兰坪盆地含盐系地层也有钾矿化,而深部卤水主要为高纯氯化物卤水,多以盐岩为主[36],这也证明盆地内膏盐岩的形成有深部卤水参与成盐过程,为成盐提供了一定的物质基础。
6.2 成盐环境指示环境微量元素的Sr/Ba、Sr/Cu、V/Cr、V/(V+Cr)、U/Th、Ni/Co、δU的特征参数具有指示蒸发岩形成环境和气候的作用[20-21]。本文采用蒸发岩的这些地球化学指标,以反映其形成环境和古气候特征。运用这些敏感地球化学微量元素特征,可判断兰坪盆地膏盐岩的形成环境。
兰坪盆地石膏的Sr/Ba、Sr/Cu、V/Cr、V/(V+Cr)、U/Th、Ni/Co、δU特征元素参数分析,表明石膏形成于炎热的缺氧咸水环境,使得水体蒸发浓缩,盐度不断增高,达到盐类结晶点,不断沉积形成石膏。
兰坪盆地灰岩的Sr/Ba、Sr/Cu、V/Cr、V/(V+Cr)、U/Th、Ni/Co、δU特征元素参数分析,指示其形成于炎热的缺氧咸水环境,这与石膏的形成环境类似,说明它们处于相同的气候环境。通过上面的盐源分析,它们的物质来源不同,形成环境类似,同时也可推测出,兰坪盆地从三叠纪到古近纪存在气候炎热—湿润—炎热的周期性变化。
兰坪盆地膏泥的Sr/Ba、Sr/Cu、V/Cr、V/(V+Cr)、U/Th、Ni/Co、δU特征元素参数分析,表明膏泥形成湿润-氧化-半咸水环境,同时也有地表水的加入,使得水体浓度降低形成膏泥。
7 结论1) 兰坪盆地石膏、灰岩和膏泥的稀土元素配分模式曲线相对比较平缓,轻重稀土富集不明显,其中石膏Eu的正负异常均有出现,膏泥Eu均以负异常出现,表明石膏是深部卤水与海水混合成因,灰岩和膏泥是海水与淡水沉积形成,深部卤水并未为其提供物源。
2) 通过兰坪盆地石膏、灰岩和膏泥指示环境的微量元素特征参数研究,表明石膏和灰岩形成于干热的气候条件下,水体为咸水-缺氧的还原环境;膏泥形成于气候温湿的条件下,水体为半咸水—淡水氧化环境。区别在于石膏和灰岩的物质来源不同,但是形成环境相似,可能是兰坪盆地三叠纪到古近纪气候的周期性变化所致。
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