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引用本文
张健, 张海华, 陈树旺, 等. 松辽盆地北部上二叠统林西组地球化学特征及地质意义[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2020, 50(2): 518-530
Zhang Jian, Zhang Haihua, Chen Shuwang, et al. Geochemical Characteristics and Geological Significance of Upper Permian Linxi Formation in Northern Songliao Basin[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2020, 50(2): 518-530.
松辽盆地北部上二叠统林西组地球化学特征及地质意义
张健, 张海华, 陈树旺, 郑月娟, 张德军, 苏飞, 黄欣     
中国地质调查局沈阳地质调查中心, 沈阳 110034
收稿日期: 2019-12-18
作者简介: 张健(1980-), 男, 高级工程师, 主要从事沉积学和油气基础地质调查研究, E-mail:48487885@qq.com
通信作者: 张海华(1986-), 男, 工程师, 主要从事岩石学、大地构造学研究, E-mail:zhanghaihua311@163.com
基金项目: 中国地质调查局项目（DD20160163，DD20190097）
摘要: 为探讨松辽盆地北部林西组地球化学特征、沉积环境及构造背景，对该区黑富地1井所钻遇的上二叠统林西组暗色泥质板岩进行主量元素、微量元素和稀土元素测试分析，结果表明：样品主量元素平均质量分数SiO2为65.05%、Al2O3为17.23%、CaO为2.58%、Na2O为2.84%、K2O为3.29%，K2O/Na2O值为0.20~3.48，A12O3/（CaO+Na2O）值为0.41~8.01；稀土元素w（∑REE）值介于80.68×10-6~215.59×10-6之间，平均值为173.41×10-6，δEu值介于0.61~0.88之间，平均值为0.70，表现为Eu的负异常，δCe值介于0.91×10-6~1.01×10-6之间，为微弱的Ce负异常，LREE富集，HREE亏损；微量元素以亏损Nb、Ta、Sr，相对富集Rb、Ba、La、Ce、Pb、Nd、Sm为特征。样品元素分析和物源w（TiO2）-w（Ni）、La/Th-w（Hf）等判别图解表明，林西组沉积物源具有多样性，主要来源于上地壳长英质物源，还有少量来自中、基性岩火成岩物源区。样品微量元素标准化蛛网图，稀土元素球粒陨石标准化配分模式图，K2O/Na2O-w（SiO2）、Th-Co-Zr/10、F2-F1构造背景判别图及地球化学参数对比结果表明，松辽盆地北部林西组物源构造背景主要为活动大陆边缘和大陆岛弧，可能形成于靠近大陆岛弧的活动大陆边缘构造背景。林西组应形成于海陆过渡相到陆相环境，水体由半咸水逐渐转变为淡水。
关键词: 松辽盆地    林西组    地球化学    沉积环境    构造背景    
Geochemical Characteristics and Geological Significance of Upper Permian Linxi Formation in Northern Songliao Basin
Zhang Jian, Zhang Haihua, Chen Shuwang, Zheng Yuejuan, Zhang Dejun, Su Fei, Huang Xin     
Shenyang Center, China Geological Survey, Shenyang 110034, China
Foundation item: Supported by Project of China Geological Survey(DD20160163, DD20190097)
Abstract: Experimental data of the major elements, trace elements and rare earth elements of the dark argillaceous slate from the Upper Permian Linxi Formation in Well Heifudi 1 of the northern Songliao basin were examined so as to discuss the geochemical characteristics, sedimentary environment and tectonic background of the Linxi Formation. The average content of major elements is SiO2=65.05%, Al2O3=17.23%, CaO=2.58%, Na2O=2.84%, and K2O=3.29%. K2O/Na2O is 0.20-3.48, and A12O3/(CaO+Na2O) is 0.41-8.01. The ΣREE is between 80.68×10-6 and 215.59×10-6 (average 173.41×10-6), the δEu negative anomaly is between 0.61 and 0.88 (average 0.70), and the Ce negative anomaly is between 0.91×10-6 and 1.01×10-6, relatively weak. The clastic rocks are characterized by LREE enrichment and HREE depletion. The trace elements are characterized by a loss of Nb, Ta, and Sr, and are relatively rich in Rb, Ba, La, Ce, Pb, Nd, and Sm. The elemental analysis of core samples and the results of w(TiO2)-w(Ni)and La/Th-w(Hf)indicate that the sediment source of Linxi Formation is diverse, mainly from felsic rock of the upper crust with a minority of intermediate-basic igneous provenance. The results of trace element standardized spider web map, rare earth element chondrite standardized partition pattern, diagrams of K2O/Na2O-w(SiO2), Th-Co-Zr/10, F2-F1 structural background discrimination, and geochemical parameters comparison indicate that the provenance of Linxi Formation in Well Heifudi 1 is mainly from active continental margin and continental island arc, which would like be formed in the marine-terrestrial transitional to terrestrial environment.
Key words: Songliao basin    Linxi Formation    geochemistry    sedimentary environment    tectonic setting    

0 引言

晚二叠世是古亚洲洋构造域向濒太平洋构造域转换的重要时期，晚二叠世地层形成的构造环境直接关系到华北与西伯利亚两大板块对接缝合位置与时代。另外, 近年来松辽盆地及其外围石炭-二叠系油气地质调查工作成果表明，上二叠统林西组具有良好的油气资源前景[1-2]。因此，林西组沉积的构造背景及沉积环境等长期以来一直受到我国地质学家的广泛关注，不同学者分别对大兴安岭地区晚二叠世地层的古生物特征、沉积环境及构造环境等进行了研究[3-10]。目前一般认为，同大兴安岭地区一样，松辽盆地晚古生代—三叠纪经历了华北和西伯利亚板块的碰撞拼贴到古亚洲洋消失的演化历程[11-14]，因而其二叠系发育特征与相邻的大兴安岭地区应可对比。由于客观条件的限制，以往林西组构造背景及沉积环境的研究多集中于松辽盆地的外围露头区，针对松辽盆地内的研究严重缺乏。本次研究样品采自在松辽盆地北部实施的全井取心地质调查井黑富地1井，该井位于黑龙江省富裕县境内，构造位置位于松辽盆地西斜坡区北部，完钻深度2 089.4 m，其中1 386.42~2 089.4 m为一套厚层暗色泥质板岩、砂岩组合，含较丰富的晚二叠世孢粉化石，与大兴安岭地区林西组可以对比，因此将该井段地层厘定为上二叠统林西组。

前人对不同变质带的研究表明，在中－低级变质作用下，岩石中稀土和微量元素基本上没有迁移，其地球化学成分变化不大，仍然主要受物源区控制[15-16]。碎屑岩中的微量元素稳定性较好，在沉积过程中较稳定，对判定沉积环境、源区性质及构造背景等方面也具有重要意义。本文旨在对松辽盆地北部黑富地1井1 386.42~2 089.4 m井段的林西组泥质板岩样品进行元素地球化学分析，结合区域已有的研究成果，对盆地内林西组沉积特征、元素地球化学特征进行研究，以期为东北地区晚二叠世地层沉积环境、构造背景及油气资源前景分析提供重要的基础资料。

1 区域地质概况

松辽盆地处于西伯利亚板块、华北板块和太平洋板块挟持的构造复合交切部位，动力学背景十分复杂，基底由上古生界石炭-二叠系和不同期次的花岗岩组成。盆地面积约26×104 km2，是我国油气资源最丰富的大型陆相含油气盆地。三叠纪—早侏罗世，地幔物质上涌引起地壳大范围隆起，盆地整体呈上升隆起状态；中侏罗世—早白垩世早期，盆地中部莫霍面拱起使异常地幔作用进一步加剧，造成更大规模的拉张，产生以北北东向为主的张性断裂带，并伴随火山喷发，盆地进入断陷发育阶段；早白垩世晚期—晚白垩世嫩江期，大范围热张裂发育使地壳大面积塌陷，形成统一的湖盆，在青山口组—嫩江组时期，湖盆发育达到全盛，盆地进入陆内拗陷发育阶段；晚白垩世嫩江组沉积后，喜山运动时期地壳抬升加剧，受挤压应力作用盆地开始抬升，湖盆明显收缩，松辽盆地进入褶皱萎缩期。

本文样品采集的黑富地1井位于松辽盆地北部滨北地区的富裕构造带(图 1)，其基底为石炭-二叠系，盖层主要发育下白垩统火石岭组(K1h)、沙河子组(K1sh)、营城组(K1yc)、登娄库组(K1d)、泉头组(K1q)，上白垩统青山口组(K2qn)、姚家组(K2y)、嫩江组(K2n)、四方台组(K2s)、明水组(K2m)，古近系(E)和新近系(N)等[18]。

据文献[17]修编。 图 1 松辽盆地北部地区构造单元划分图 Fig. 1 Structural units of northern Songliao basin
图选项

黑富地1井揭示的地层自下而上为林西组1 386.42~2 089.4 m、泉头组1 181.8~1 386.42 m、青山口组1 083~1 181.8 m、姚家组876~1 083 m、嫩江组一段780~876 m、嫩江组二段677.8~780.0 m、嫩江组三段614.08~677.80 m、嫩江组四段529.40~614.08 m、四方台组473.1~529.4 m、明水组202.4~473.1 m、第四系0~202.4 m。钻遇的二叠系林西组主要为砂岩及大套厚层暗色泥质板岩。本次地球化学分析样品采自林西组全井段所发育的暗色泥质板岩。

2 样品特征与分析测试

本次共计取样32件，取样目的层位为松辽盆地北部黑富地1井1 386.42~2 089.40 m井段上二叠统林西组，岩性主要为灰黑色泥质板岩，具斑状变晶结构，斑点构造，变余层理构造，变斑晶成分为红柱石及空晶石、堇青石、白云母；斑点成分为白云母、绢云母及炭质；斑点以外部分具变余、炭质泥状结构，成分由原岩黏土矿物和炭质组成，黏土矿物部分重结晶，形成了绢云母，略呈定向分布。

本次主要开展了主量、微量元素测试，测试结果见表 1。样品测试工作在自然资源部东北矿产资源监督检测中心完成，整个测试过程均在无污染设备中进行。主量元素采用X射线荧光光谱法(XRF)，微量、稀土元素采用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)完成，分析精度可达5%。

表 1 松辽盆地黑富地1井林西组泥质板岩主量元素和微量稀土元素分析结果 Table 1 Major and trace element composition of argillaceous slate from Well Heifudi 1 of Linxi Formation in Songliao basin
样品号 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO TiO2 MnO TFe2O3 FeO Al2O3/(CaO+Na2O) K2O/Na2O b Li Sc Co Cs Hf Ta Th U B Ba Cr Cu Ga Nb Ni Pb Rb Sr V Zn Zr Y La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ΣREE LREE HREE LREE/HREE (La/Yb)N (La/Sm)N (Gd/Yb)N δEu δCe
1399.00 3.26 2.71 17.13 64.67 0.17 3.07 1.86 0.76 0.08 1.18 5.11 3.35 0.94 7.88 20.08 15.07 11.14 5.28 6.98 1.20 12.64 2.14 78.25 350.32 49.41 17.38 23.88 14.76 28.34 12.56 98.62 157.65 90.34 73.21 236.10 34.87 34.94 71.34 8.69 33.16 6.16 1.37 5.32 0.97 5.89 1.21 3.62 0.57 3.75 0.60 177.57 155.65 21.92 7.10 6.69 3.66 1.17 0.71 0.98
1412.90 2.60 2.59 17.51 64.82 0.19 3.75 2.39 0.83 0.08 0.62 4.63 3.51 1.45 8.63 25.69 18.56 8.78 5.30 6.77 1.21 12.69 3.55 70.66 632.49 58.79 6.27 25.27 13.97 27.76 8.65 132.15 149.28 110.12 88.35 232.11 30.92 32.07 64.16 7.87 30.34 5.81 1.34 4.97 0.89 5.27 1.08 3.33 0.52 3.50 0.58 161.73 141.59 20.15 7.03 6.57 3.56 1.17 0.74 0.96
1434.70 3.33 2.26 16.97 66.05 0.23 3.06 2.03 0.84 0.07 0.80 4.37 3.17 0.92 10.00 23.25 14.86 11.63 3.34 6.35 1.12 9.50 3.81 66.99 515.41 56.01 11.77 22.63 14.30 25.90 18.38 89.70 165.03 97.24 86.53 233.97 31.49 31.10 59.63 7.28 28.22 6.16 1.40 5.23 0.95 5.47 1.07 3.19 0.50 3.39 0.55 154.15 133.79 20.36 6.57 6.59 3.26 1.28 0.74 0.94
1453.50 1.62 2.84 18.53 64.08 0.18 4.55 1.42 0.87 0.06 0.62 5.22 6.10 2.81 10.23 25.31 19.14 12.38 5.92 7.19 1.36 13.51 2.73 137.48 482.78 55.72 67.79 26.19 15.66 28.00 25.45 131.84 67.73 105.48 85.33 246.80 35.98 34.19 69.63 8.62 33.27 6.06 1.24 5.42 0.99 6.19 1.28 3.77 0.59 3.92 0.64 175.82 153.01 22.81 6.71 6.25 3.64 1.14 0.65 0.97
1470.20 2.08 3.49 17.48 63.87 0.14 4.00 2.35 0.73 0.07 0.65 5.15 3.95 1.92 10.24 26.13 17.19 6.97 6.63 6.63 1.04 12.53 2.55 124.33 580.34 62.49 5.02 25.33 12.98 30.06 6.98 126.04 120.94 111.02 93.90 226.99 32.88 36.88 76.67 9.29 34.57 5.62 1.46 5.13 0.90 5.37 1.10 3.31 0.52 3.50 0.56 184.86 164.48 20.37 8.07 7.57 4.24 1.21 0.82 0.99
1483.80 3.80 3.23 16.75 64.08 0.16 2.10 2.89 0.76 0.08 0.15 5.99 2.50 0.55 10.30 25.04 13.60 6.49 5.94 6.72 1.10 10.91 2.18 8.35 243.90 61.64 23.47 21.45 14.34 29.00 8.62 85.01 152.71 90.36 125.40 239.79 31.80 29.02 58.44 7.29 28.13 5.82 1.18 4.88 0.90 5.47 1.10 3.28 0.52 3.38 0.56 149.99 129.89 20.10 6.46 6.16 3.22 1.19 0.66 0.96
1496.30 2.44 3.06 18.55 63.11 0.16 3.73 1.66 0.82 0.07 0.62 5.79 4.52 1.53 10.39 28.81 14.33 16.75 5.39 7.41 1.55 13.32 2.74 86.92 399.09 57.76 20.89 24.50 15.23 36.61 33.77 117.31 96.15 93.95 123.07 261.32 33.04 34.98 72.76 8.87 33.68 6.07 1.31 5.29 0.94 5.53 1.15 3.50 0.54 3.59 0.57 178.79 157.67 21.12 7.47 7.00 3.72 1.22 0.69 0.99
1505.80 2.98 2.46 17.27 66.49 0.14 3.11 1.75 0.78 0.08 0.50 4.44 3.65 1.05 10.42 23.25 15.67 11.14 4.57 6.52 1.14 11.35 2.52 95.60 548.54 50.99 4.97 22.67 15.30 24.73 13.09 87.39 127.94 91.39 90.62 256.70 33.84 36.85 74.01 9.26 36.15 6.80 1.38 5.67 1.00 5.84 1.16 3.49 0.55 3.63 0.58 186.39 164.46 21.93 7.50 7.28 3.50 1.29 0.66 0.96
1518.80 2.86 2.55 16.50 66.66 0.16 3.18 2.10 0.74 0.08 0.40 4.77 3.32 1.11 10.54 24.20 13.43 5.90 6.05 6.49 1.22 12.74 2.30 89.56 419.95 51.72 8.76 21.88 15.31 17.85 13.87 107.23 114.87 87.06 101.26 234.91 32.07 33.39 67.42 8.14 30.67 5.64 1.21 4.92 0.88 5.37 1.10 3.33 0.52 3.46 0.56 166.62 146.48 20.14 7.27 6.93 3.82 1.18 0.69 0.97
1537.60 3.81 3.06 17.01 63.22 0.22 2.27 3.21 0.81 0.07 0.36 5.96 2.42 0.59 10.64 25.99 18.28 9.72 6.15 6.35 0.96 10.71 2.03 95.89 278.69 65.28 17.11 23.52 13.42 28.00 11.08 90.04 147.00 108.80 125.88 226.32 34.85 31.13 62.95 7.86 31.96 7.52 1.40 6.18 1.09 6.32 1.22 3.57 0.55 3.60 0.59 165.93 142.82 23.11 6.18 6.21 2.67 1.42 0.61 0.96
1507.60 2.78 2.44 17.21 64.89 0.15 3.49 3.23 0.82 0.08 0.70 4.22 2.86 1.25 10.69 21.41 18.22 9.95 6.70 6.39 0.89 9.20 2.62 92.39 404.34 57.69 31.98 23.77 14.36 31.32 12.95 123.26 170.30 107.73 80.95 230.53 32.80 31.18 64.97 8.07 30.57 5.03 1.33 4.52 0.83 5.17 1.09 3.40 0.54 3.51 0.56 160.77 141.15 19.62 7.20 6.38 4.00 1.07 0.84 0.98
1638.10 6.06 2.44 15.22 60.37 0.44 1.21 7.91 0.71 0.17 1.74 3.73 1.09 0.20 10.74 20.03 13.11 16.04 1.04 3.59 0.64 4.35 2.07 4.14 370.92 53.15 51.11 18.83 7.70 26.14 66.14 34.85 242.39 106.80 139.65 148.64 19.54 17.61 34.73 4.78 19.13 3.99 1.05 3.29 0.59 3.41 0.66 1.97 0.31 2.04 0.33 93.89 81.29 12.60 6.45 6.19 2.85 1.33 0.86 0.91
1651.50 1.71 2.09 18.46 64.26 0.21 4.15 1.42 0.86 0.09 0.75 5.99 5.88 2.42 10.93 26.82 17.81 12.43 7.28 6.60 1.22 12.39 2.97 86.58 465.40 51.76 22.48 24.44 16.10 26.89 11.26 145.43 95.11 99.33 117.24 251.43 42.68 41.12 85.69 10.51 41.15 8.20 1.64 7.10 1.24 7.37 1.45 4.37 0.66 4.39 0.70 215.59 188.30 27.29 6.90 6.72 3.24 1.34 0.64 0.99
1658.20 1.85 2.02 18.11 64.91 0.21 3.80 1.53 0.84 0.10 0.85 5.79 5.37 2.06 10.96 26.11 15.75 10.70 5.71 6.70 1.40 13.88 3.04 84.87 444.92 51.41 21.09 23.47 17.34 22.58 11.98 133.06 107.40 91.71 78.97 248.45 40.36 38.38 76.42 9.52 37.35 7.49 1.47 6.51 1.17 6.84 1.31 3.87 0.61 3.95 0.64 195.53 170.62 24.90 6.85 6.97 3.31 1.36 0.63 0.95
1671.40 1.96 1.85 17.77 65.94 0.20 3.77 1.27 0.81 0.13 1.00 5.30 5.50 1.93 11.15 22.16 15.32 15.21 4.28 6.98 1.28 13.16 2.92 89.75 464.92 54.23 37.70 22.30 15.69 27.29 20.27 115.30 108.38 89.28 66.42 250.54 37.62 37.66 80.49 9.60 37.37 7.19 1.52 6.21 1.11 6.59 1.34 4.06 0.62 4.01 0.63 198.40 173.83 24.57 7.07 6.73 3.38 1.28 0.68 1.01
1692.10 2.11 1.81 17.69 66.05 0.17 3.79 1.52 0.79 0.12 0.68 5.26 4.87 1.80 11.30 17.93 13.94 13.23 5.90 6.98 1.26 12.70 2.98 65.05 371.54 51.01 18.13 23.78 16.24 23.31 16.77 123.68 112.87 83.59 118.02 258.54 35.39 35.63 72.30 8.97 34.28 6.79 1.38 5.88 1.03 5.90 1.20 3.58 0.55 3.68 0.60 181.76 159.35 22.42 7.11 6.94 3.39 1.32 0.65 0.97
1715.00 2.40 1.86 17.31 67.06 0.18 3.45 1.38 0.76 0.09 0.50 5.00 4.57 1.44 11.68 18.58 13.91 10.28 4.62 7.05 1.37 12.57 2.72 57.47 367.28 47.39 23.70 22.92 14.23 17.75 9.53 108.59 113.42 81.06 73.57 254.15 34.43 34.26 69.51 8.63 33.32 6.30 1.28 5.50 0.99 5.97 1.19 3.57 0.56 3.72 0.60 175.41 153.31 22.10 6.94 6.60 3.51 1.22 0.65 0.96
1782.70 2.32 1.85 17.33 67.04 0.17 3.51 1.00 0.80 0.08 0.97 4.94 5.23 1.51 11.85 21.39 14.26 11.53 5.33 6.67 1.26 12.96 2.86 66.93 765.73 52.54 19.07 21.88 15.18 22.39 8.39 111.25 101.92 82.62 81.76 248.72 33.59 33.56 68.01 8.45 32.42 6.08 1.67 5.25 0.94 5.50 1.09 3.36 0.52 3.52 0.58 170.96 150.18 20.78 7.23 6.83 3.56 1.23 0.88 0.96
1791.80 3.14 1.83 17.59 66.59 0.19 3.07 1.10 0.76 0.06 0.95 4.72 4.15 0.98 13.31 22.95 15.08 10.40 4.20 6.82 1.19 11.49 2.72 54.55 520.10 54.99 25.18 22.34 15.17 22.23 10.70 102.31 129.11 86.80 83.43 258.12 36.10 37.50 75.97 9.47 36.87 7.14 1.42 6.04 1.06 6.04 1.19 3.55 0.56 3.77 0.60 191.20 168.39 22.81 7.38 7.14 3.39 1.33 0.64 0.96
1806.40 2.20 1.85 17.39 66.98 0.16 3.52 1.18 0.76 0.07 0.89 4.98 5.14 1.60 13.35 22.58 13.77 11.00 3.68 7.50 1.03 11.79 2.69 64.44 429.14 53.65 27.96 21.57 15.31 19.82 16.28 109.85 107.69 82.08 95.35 252.53 34.30 34.64 70.97 8.82 33.62 6.51 1.28 5.63 0.98 5.85 1.16 3.54 0.55 3.78 0.60 177.93 155.84 22.09 7.05 6.58 3.43 1.23 0.63 0.97
1818.70 2.96 1.78 17.30 67.30 0.17 3.25 1.11 0.76 0.06 0.51 4.79 4.25 1.10 14.15 18.86 13.16 10.06 4.71 7.00 1.16 11.46 2.82 58.18 354.32 50.42 19.29 21.63 15.40 20.51 15.34 113.61 127.86 77.78 105.75 252.94 33.88 34.18 71.18 8.77 33.49 6.47 1.26 5.61 0.99 5.72 1.14 3.46 0.55 3.65 0.58 177.06 155.35 21.70 7.16 6.72 3.41 1.27 0.63 0.98
1871.70 1.52 2.19 18.73 64.60 0.21 4.20 1.01 0.84 0.11 0.69 5.90 7.38 2.75 14.25 27.94 17.02 10.39 7.28 6.24 1.05 13.94 3.06 23.33 488.89 53.11 21.63 24.43 16.77 23.18 11.07 138.90 92.15 98.08 98.43 252.60 39.96 36.31 78.10 9.40 36.89 7.36 1.44 6.29 1.14 6.82 1.35 4.06 0.63 4.25 0.68 194.73 169.51 25.22 6.72 6.13 3.19 1.23 0.63 1.01
1879.50 1.28 2.01 18.38 64.85 0.21 4.46 1.01 0.85 0.16 1.16 5.63 8.01 3.48 14.77 24.19 16.24 10.56 5.39 6.36 0.97 13.50 2.78 16.04 466.45 52.69 25.89 24.36 15.49 23.33 14.59 129.37 83.20 95.13 98.56 248.92 38.75 37.24 78.04 9.70 37.80 7.42 1.47 6.58 1.14 6.62 1.34 3.94 0.61 4.12 0.66 196.68 171.67 25.01 6.86 6.49 3.24 1.32 0.63 0.98
1888.90 1.69 1.93 18.36 64.82 0.21 4.18 1.07 0.85 0.14 1.25 5.52 6.67 2.48 15.33 22.71 16.25 12.34 3.77 6.88 1.00 13.03 2.86 90.42 501.45 51.81 32.90 24.15 15.50 22.37 15.92 123.39 98.18 93.87 70.91 246.30 39.15 37.78 78.95 9.76 37.87 7.54 1.59 6.56 1.14 6.71 1.33 3.99 0.61 4.08 0.65 198.55 173.48 25.06 6.92 6.64 3.23 1.33 0.68 0.98
1913.40 2.89 1.70 17.04 67.51 0.16 3.22 1.41 0.75 0.08 0.43 4.80 3.96 1.11 15.43 18.29 13.78 8.67 5.57 6.84 1.02 12.74 2.86 58.24 490.54 49.39 17.02 22.22 13.66 16.89 18.78 112.07 110.67 80.70 64.68 248.26 33.85 34.16 72.16 8.75 33.37 6.41 1.51 5.57 0.98 5.76 1.16 3.50 0.55 3.66 0.58 178.11 156.36 21.76 7.19 6.70 3.44 1.26 0.76 1.00
1926.60 5.06 2.04 15.27 65.21 0.15 1.49 4.04 0.71 0.10 0.85 5.07 1.68 0.30 15.84 13.25 12.26 11.97 3.34 4.26 0.72 5.90 1.15 4.96 334.99 53.61 9.66 17.62 8.98 32.70 9.23 56.09 168.73 81.56 53.69 164.44 18.35 16.08 30.45 3.89 14.65 3.11 0.85 2.72 0.52 3.20 0.64 1.92 0.31 2.02 0.33 80.68 69.02 11.66 5.92 5.71 3.34 1.11 0.87 0.91
1971.10 3.72 2.07 11.61 52.62 0.21 0.88 24.46 0.51 0.25 0.88 2.81 0.41 0.24 16.02 3.89 8.72 9.26 0.51 4.26 0.72 4.89 3.06 6.95 185.32 50.03 13.63 14.64 8.41 20.27 1.86 15.26 265.02 77.76 34.17 190.09 27.68 27.54 54.47 7.11 28.08 5.47 1.22 4.63 0.79 4.53 0.87 2.62 0.40 2.67 0.43 140.83 123.88 16.95 7.31 7.41 3.25 1.44 0.72 0.93
1986.30 2.11 2.26 19.05 63.36 0.19 4.30 1.17 0.82 0.07 0.79 5.88 5.81 2.04 16.49 23.74 18.40 11.58 6.24 7.29 1.59 13.88 3.18 24.97 499.54 52.81 25.47 25.83 16.18 23.54 9.32 136.02 91.50 97.68 84.97 253.84 43.66 39.51 83.27 10.35 40.27 8.06 1.55 7.04 1.24 7.35 1.44 4.43 0.67 4.43 0.71 210.33 183.01 27.32 6.70 6.39 3.16 1.31 0.61 0.99
2038.90 2.24 1.89 18.42 64.89 0.18 4.49 0.98 0.87 0.07 1.47 4.50 5.71 2.00 17.85 19.63 16.78 11.99 5.35 7.36 1.68 11.71 2.81 58.96 765.01 49.68 27.73 24.31 15.39 19.68 9.11 127.39 86.64 90.97 41.69 250.76 38.11 40.92 83.23 10.41 39.81 7.35 1.61 6.36 1.11 6.66 1.33 4.04 0.64 4.18 0.67 208.30 183.32 24.98 7.34 7.02 3.59 1.26 0.70 0.96
2008.50 1.88 2.02 18.45 64.03 0.20 4.35 1.45 0.81 0.12 0.55 6.14 5.55 2.32 17.97 22.43 17.32 12.78 8.79 6.86 1.31 13.68 2.99 65.67 477.06 52.39 35.27 24.80 16.19 24.40 8.35 150.00 106.46 94.92 53.31 248.33 41.28 38.96 80.25 10.02 38.84 7.73 1.66 6.84 1.18 6.94 1.40 4.11 0.63 4.28 0.67 203.53 177.47 26.07 6.81 6.53 3.25 1.32 0.68 0.97
2069.05 5.06 1.24 15.76 70.24 0.14 2.24 0.81 0.68 0.06 0.48 3.27 2.68 0.44 19.29 14.98 10.27 11.46 3.10 7.11 2.07 10.94 2.81 38.10 572.45 43.17 10.51 21.26 14.36 18.19 9.64 69.75 131.96 59.77 36.44 264.65 27.43 31.71 62.16 7.66 28.96 5.42 1.27 4.73 0.83 4.80 0.96 2.96 0.47 3.12 0.51 155.56 137.19 18.37 7.47 7.29 3.78 1.25 0.75 0.95
2084.20 5.31 1.31 15.13 71.18 0.12 1.77 0.78 0.60 0.05 0.40 3.35 2.48 0.33 19.95 14.21 9.03 10.40 2.50 7.09 1.17 9.66 2.55 34.56 307.87 37.44 12.78 19.44 14.75 16.38 9.66 53.17 99.47 53.11 43.93 252.73 25.25 28.76 56.34 6.96 26.36 4.92 1.12 4.16 0.75 4.49 0.93 2.81 0.46 3.04 0.49 141.59 124.47 17.12 7.27 6.79 3.78 1.13 0.74 0.95
注：主量元素质量分数单位为%，微量和稀土元素质量分数单位为10-6。b=100×w(MgO)/w(Al2O3)。样品号即代表采样深度(m)。
表选项
3 地球化学分析结果 3.1 主量元素特征

地球化学分析样品均采自黑富地1井林西组，样品中的烧失量已经扣除，进行了重新换算。研究区林西组泥质板岩中SiO2质量分数介于52.62%~71.18%之间，平均值约为65.05%；CaO质量分数介于0.78%~24.46%之间，平均值为2.58%；Na2O质量分数介于1.28%~6.06%之间，平均值约为2.84%；K2O质量分数介于0.88%~4.55%之间，平均值约为3.29%；Al2O3质量分数较高，介于11.61%~19.05%之间，平均值为17.23%；TiO2质量分数为0.51%~0.87%，平均值为0.78%；FeO质量分数为2.81%~6.14%，平均值为4.97%；TFe2O3质量分数介于0.15%~1.74%之间，平均值为0.76%；MgO质量分数为1.24%~3.49%，平均值为2.21%；K2O/Na2O值为0.20~3.48，平均值为1.46；A12O3/(CaO+Na2O)值为0.41~8.01，平均值为4.24(表 1)。

3.2 微量元素特征

由表 1、图 2可知，松辽盆地地区林西组泥质板岩样品中微量元素Rb、Ba及Zr等质量分数相对较高，一般都达到100×10-6以上。与大陆上、下地壳丰度值[19]相比：大离子亲石元素Rb、Cs质量分数高于上地壳丰度值(112.0×10-6，4.9×10-6)，且远高于下地壳(5.3×10-6，0.3×10-6)；高场强元素Nb、Zr、Ta中，Nb质量分数略高于上地壳丰度值(25.0×10-6)，远高于下地壳丰度值(6.0×10-6)，Zr质量分数绝大部分高于上地壳丰度值(190×10-6)，远高于下地壳值丰度值(70×10-6)，Ta质量分数一般略高于上地壳丰度值(2.2×10-6)，高于下地壳丰度值(0.6×10-6)；低场强元素Th、U、Sr中，Th质量分数绝大部分略高于上地壳丰度值(10.7×10-6)，少部分略低于上地壳丰度值，高于下地壳丰度值(1.06×10-6)，U质量分数大部分高于上地壳丰度值(2.8×10-6)并高于下地壳丰度值(0.28×10-6)，Sr质量分数则低于上、下地壳丰度值(350×10-6，230×10-6)(可能与Sr离子半径相对较小，容易以游离态形式被地下水和地表水带走有关[19])。

图 2 松辽盆地北部黑富地1井林西组泥质板岩微量元素原始地幔标准化蛛网图 Fig. 2 Primitive mantle-normallized trace elements spider diagram of argillaceous slate from Well Heifudi 1 of Linxi Formation in northern Songliao basin
图选项
3.3 稀土元素特征

由表 1和图 3可看出，林西组泥质板岩的稀土元素丰度整体变化较小，均表现为轻稀土元素富集、重稀土元素平坦，Eu显著的负异常：林西组泥质板岩的稀土元素w(∑REE)介于80.68×10-6~215.59×10-6之间，平均值为173.41×10-6；LREE/HREE值介于5.92~8.07之间，平均值为7.00，低于北美页岩(7.5[20])；(La/Yb)N值介于5.71~7.57之间，指示轻重稀土元素分异程度较高，LREE相对富集。表征轻稀土元素分异程度的(La/Sm)N值介于2.67~ 4.24之间，变化范围相对较小，平均值在3.44左右，指示轻稀土分馏中等；表征重稀土元素分异程度的(Gd/Yb)N值为1.07~1.44，平均值为1.26，重稀土元素分馏较低，曲线较平坦；δEu值相对较低，介于0.61~0.88之间，平均值为0.70，表现为Eu的负异常。

图 3 松辽盆地北部黑富地1井林西组泥质板岩稀土元素球粒陨石标准化曲线 Fig. 3 Primitive chondrite-normalized REE patterns of argillaceous slate from Well Heifudi 1 of Linxi Formation in northern Songliao basin
图选项
4 讨论 4.1 物源区性质

碎屑岩中稀土元素的质量分数主要由物源区的岩石成分决定。稀土元素具有不可溶的性质，在水体中质量分数极低，主要以碎屑颗粒方式搬运，受成岩作用影响较小。稀土元素配分模式可客观反映沉积物源区性质, 故可作为物源区的一个重要示踪标志[21-25]。泥质板岩稀土元素经球粒陨石标准化后，表现为轻稀土元素富集、重稀土元素均一(轻度亏损)、Eu元素明显负异常的特点，这与上地壳中稀土元素的配分形式一致，说明研究区沉积岩的原始物质来自上地壳。

从微量元素蛛网图(图 2)上可以看出，黑富地1井泥质板岩样品具有大致相似的微量元素分布形式，都以亏损Nb、Ta、Sr，富集Rb、Ba、La、Ce、Pb、Nd、Sm等为特征，因此，松辽盆地地区林西组沉积物主要来自于上地壳的长英质岩石。

一般来说，沉积物中Al2O3/TiO2＜14时，沉积物物源可能来自于镁铁质岩石，Al2O3/TiO2值为19~28时，物源可能来源于花岗闪长质和英云闪长质(或安山质和流纹质)岩石[26]；研究区Al2O3/TiO2值为20.09~25.17，表明物源主要为花岗闪长岩和英云闪长岩。

Cr/Zr值可用来反映镁铁质岩石和长英质岩石对沉积物的相对贡献，黑富地1井岩心样品Cr/Zr值介于0.15~0.38之间，平均值为0.23，明显小于1，说明他们的物源来自于长英质岩石。

本区泥质板岩Ni质量分数介于16.38×10-6~36.61×10-6之间，TiO2质量分数介于0.51%~0.87%之间，在Floyd提出的w(TiO2)-w(Ni)成分判别图解上[27]，样品的投影点都位于长英质源区内，明显区别于其他物质成分的源区(图 4)。

图 4 松辽盆地林西组泥质板岩w(TiO2)-w(Ni)图解 Fig. 4 Diagram of w(TiO2)-w(Ni) in argillaceous slate of Linxi Formation in Songliao basin
图选项

在La/Th- w(Hf)判别图解(图 5)中，岩心样品投点大部分落入了上地壳长英质物源区内或其附近，个别投点落入长英质和玄武质物源混合源区内。

图 5 松辽盆地林西组泥质板岩La/Th-w(Hf)图解 Fig. 5 La/Th-w(Hf) diagram of argillaceous slate in Linxi Formation, Songliao basin
图选项

在La/Yb-w(∑REE)源岩判别图解(图 6)中，岩心样品投点都集中落在钙质泥岩区和玄武岩区的混合区。

图 6 松辽盆地林西组泥质板岩La/Yb- w(∑REE)图解 Fig. 6 Diagram of La/Yb- w(∑REE) in argillaceous slate of Linxi Formation in Songliao basin
图选项

综上所述，研究区黑富地1井林西组沉积物母岩源区物质较复杂，主要来源于上地壳的长英质沉积物源区，还有少量来自中、基性火成岩物源区，物源具有多样性，主要以长英质岩石的源区为主。

4.2 构造背景

Roser等[28]通过对各地区已知构造背景的古砂岩、泥岩及现代砂泥岩沉积物的主量元素特征分析, 认为主量元素的K2O/Na2O值是反映构造环境最有效的指标，提出了K2O/Na2O-ω(SiO2)构造背景判别图解。本文测试样品点几乎都落在活动大陆边缘区域，个别落在岛弧区(图 7a)，表明研究区沉积物的物源区背景以主动大陆边缘的构造环境为主。另据F1、F2判别函数及公式计算得出判别函数值进行投图分析[29-30]，在F2-F1构造判别图版(图 7b)上，林西组泥质板岩样品点也几乎都落在活动大陆边缘区，也表明研究区物源区背景是以主动大陆边缘构造环境为主。

OIA.大洋岛弧；CIA.大陆岛弧；ACM.活动大陆边缘；PM.被动大陆边缘；A.大洋岛弧；B.大陆岛弧；C.活动大陆边缘；D.被动大陆边缘。 图 7 松辽盆地林西组泥质板岩构造背景判别 Fig. 7 Discrimination diagram for tectonic setting of argillaceous slate from the Linxi Formation in Songliao basin
图选项

陆源碎屑中的微量元素与主量元素相比，稳定性较好，Cr、Co、Th、Sc、La和Zr在沉积环境中保持稳定，可以用来判定源区性质及构造环境，在Th-Co-Zr/10构造判别图(图 7c)上，数据点都落在大陆岛弧的范围内，反映源区应为大陆岛弧构造背景(大陆边缘区)。

稀土元素特征常被用来判断现代和古代沉积物的构造背景或物源区性质。Murry[31]的研究表明，Ce异常与沉积盆地的构造背景有关，以北美页岩作为标准化值，距洋脊顶400 km之内的扩张脊附近，有明显的Ce负异常，δCe值为0.29×10-6；大洋盆地为中等的Ce负异常，δCe值为0.55×10-6；大陆边缘区的Ce异常消失或者为正异常，δCe值介于0.9×10-6~1.30×10-6之间。研究区所采林西组泥质板岩样品δCe值介于0.91×10-6~1.01×10-6之间，为很弱的Ce负异常，反映当时的沉积环境应为靠近大陆边缘区域，类似于大陆边缘环境。

综合以上地球化学研究结果，松辽盆地北部林西组泥质板岩沉积物应形成于靠近大陆岛弧的活动大陆边缘构造环境。

4.3 沉积环境

微量元素V/(V+Ni)值可以反映沉积介质氧化还原特征，V/(V+Ni)≥0.46为还原环境，V/(V+Ni)＜0.46为氧化环境[32]。研究区林西组泥质板岩的V/(V+Ni)值介于0.71~0.83之间，平均0.79，远大于0.46，表明林西组形成于还原环境，这对有机质保存比较有利。

根据沉积岩层中MgO的亲海性和Al2O3的亲陆特征，可以建立镁铝比值b来判断水体盐度的咸淡[33]。沉积环境由淡水向海水过渡时，b值会随着水体盐度的增大而增加，淡水沉积环境b＜1，陆海过渡性沉积环境b值为1~10，海水沉积环境b值为10~500，陆表海环境(或潟湖碳酸盐岩沉积环境) b＞500。研究区林西组的b值绝大多数在10.00~19.95之间(＞10)，仅有2个值为7.88和8.63，说明它们大多属陆海过渡沉积环境。

锶丰度和Sr/Ba值可作为古盐度判别的标志。在自然界水体中，锶和钡以重碳酸盐的形式出现，当水体矿化度即盐度逐渐加大时, 钡以BaSO4的形式首先沉淀, 留在水体中的锶相对钡富集，当水体的盐度加大到一定程度时，锶以SrSO4的形式沉淀；因而记录在沉积物中的锶丰度和Sr/Ba值与古盐度呈明显的正相关关系，可作为古盐度恢复的标志。一般来讲，淡水相沉积物中Sr/Ba值小于1.0，半咸水中Sr/Ba值为0.6~1.0，而海相沉积物中Sr/Ba值大于1.0 [34]。黑富地1井32件样品Sr/Ba值分布在0.11~0.65，平均值为0.29，总体上为淡水环境。

B/Ga值是判断古盐度的另一种方法，硼酸盐溶解度大，能迁移，只有当水蒸发后才析出，镓活动性低，易于沉淀，因此利用B/Ga值可指示古盐度[35]。海相沉积物中B/Ga值一般大于4.2，而陆相沉积物其值一般小于3.3。研究区黑富地1井32件样品B/Ga值分布在0.22~5.25之间，其中介于3.54~5.25之间的样品为10件，即大于3.3，32件样品的平均值为2.67，主体反映为淡水环境，可能存在咸水向淡水转化的过渡环境或发生海侵的过程中。

综合以上岩石地球化学指标，通过分析源区特征、构造背景及古环境，推断林西组可能形成于靠近大陆岛弧的活动大陆边缘构造环境，母岩源区物质复杂，但主要以长英质岩石源区为主。受岛弧俯冲和碰撞造山作用的影响，陆壳抬升，沉积环境由海陆过渡相逐渐转变为陆相，沉积时水体由海陆过渡环境的半咸水逐渐转变为陆相的淡水，这与松辽盆地外围扎鲁特地区林西组水体盐度变化较一致[36]。

5 结论

1) 研究区林西组碎屑岩地层母岩源区物质复杂，沉积物源具有多样性，但主要以上地壳长英质岩石源区为主，还有少量来自中、基性岩火成物源区；林西组沉积物的物源区背景以主动大陆边缘的构造环境为主，反映源区应为大陆岛弧构造背景，即林西组应形成于靠近大陆岛弧的活动大陆边缘构造背景, 应与兴蒙造山带和板块的俯冲、碰撞背景有关。

2) 林西组受岛弧俯冲和碰撞造山作用的影响，陆壳抬升，古环境应为弧后盆地的海陆过渡相到陆相环境，水体由海陆过渡环境的半咸水逐渐转变为陆相的淡水，林西组时期研究区处于华北板块与西伯利亚板块的俯冲拼合的构造背景。

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http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20190274
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张健, 张海华, 陈树旺, 郑月娟, 张德军, 苏飞, 黄欣
Zhang Jian, Zhang Haihua, Chen Shuwang, Zheng Yuejuan, Zhang Dejun, Su Fei, Huang Xin
松辽盆地北部上二叠统林西组地球化学特征及地质意义
Geochemical Characteristics and Geological Significance of Upper Permian Linxi Formation in Northern Songliao Basin
吉林大学学报(地球科学版), 2020, 50(2): 518-530
Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2020, 50(2): 518-530.
http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20190274

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收稿日期: 2019-12-18

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