楚雄盆地六苴上白垩统马头山组大村段沉积地球化学吴鹏韩润生精.docx

1、楚雄盆地六苴上白垩统马头山组大村段沉积地球化学吴鹏韩润生精第22卷第4期Vo l.22,N o.42008年8月M IN ER A L R ESOU R CES A N D G EOL O GYAug.,2008楚雄盆地六苴上白垩统马头山组大村段沉积地球化学吴鹏1,2,韩润生1,2,徐国端3,胡煜昭1,2,吴静1,李静1(1.昆明理工大学国土资源工程学院,昆明650093; 2.有色金属矿产地质调查中心西南地质调查所,昆明650093;3.中国有色金属工业协会地质矿产分会,北京100012摘要:上白垩统马头山组大村段是云南楚雄盆地的主要含铜层位之一。通过六苴ZK 24401钻孔岩芯样品地球化学

2、研究,认为大村段是半干旱-半潮湿气候条件下盆地边缘的湖泊沉积形成,沉积物距物源区较近,其沉积演化过程与物源区具有一致性。主元素组成的w (SiO 2+A l 2O 3+K 2O +N a 2O 占49.64%81.84%,n(SiO 2/n(A l 2O 3平均值为3.65,n(A l/n(Al+F e+M n值为0.710.78,n(Si/n(Si+A l +F e 值为0.690.87,反映出沉积物物源以陆源为主;n (A l 2O 3/n (Al 2O 3+F e 3O 3值为0.790.91,显示了大陆边缘沉积环境的特点;K 2O /N a 2O 多大于1,表明物源区主要为偏酸性的花岗

3、质岩石。沉积旋回造成多层泥页岩中Cu 、Z n 、Sb 等元素初始富集。稀土总量w (2REE为104.1210-6181.6910-6,n(L aN /n(Y bN 1,轻重稀土分异程度较高,稀土配分模式为Eu 、Ce 亏损轻稀土富集右斜型。关键词:沉积地球化学;上白垩统;大村段;六苴;楚雄盆地中图分类号:P 534.53;P 595文献标识码:A 文章编号:1001-5663(200804-0326-09楚雄盆地位于云南省中部,康滇地轴南延、元谋古陆西侧(图1。盆地内分布有六苴、凹地苴、郝家河、 图1楚雄盆地位置及铜矿床(点分布示意图F ig.1Sket ch map show ing t

4、he locat ion of ChuxiongBasin and the dist ribut ion of Cu deposits in it1-铜矿床(点2-市县3-盆地边界格衣乍、团山、大村等砂(页岩型铜矿床,矿体严格受地层控制,且具有“层楼结构”的特点1。楚雄盆地找矿勘探工作始于20世纪60年代,诸多单位24先后重点对六苴段进行了砂(页岩型铜矿床成矿规律研究。大村段是盆地内的主要含铜层位之一,研究程度却一直较低。近年来,随着国家危机矿山接替资源勘查项目的实施,六苴铜矿区新近施工完成了ZK 24401钻孔,其深度达1306.9m ,岩芯采取率99%以上,完整揭露了马头山组大村段。本文以

5、ZK24401钻孔沉积物记录为依据,对六苴大村段进行沉积地球化学研究。1马头山组大村段地质概况马头山组(K 2m 由云南地质局第一区测队于1965年命名,系指介于普昌河组(K 1p 与江底河组(K 2j 之间(表1的一套以紫红色砂岩为主的岩层5。1975年,中国科学院南京地质古生物研究所将其时代归于晚白垩世6。大村段(K 2md 平均厚度约50m ,产介形虫、叶肢326收稿日期:2008-04-06作者简介:吴鹏(1981-,男,陕西三原人,博士研究生,矿产普查与勘探专业。基金项目:国家危机矿山接替资源勘查项目(200453001和教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NC ET-04-917介化

6、石、轮藻等。可概分为三个岩性段:顶部薄层灰色细粒长石石英砂岩,总体以浅色为主,与上覆江底河组为连续沉积;中部黑色炭质泥岩与墨绿色泥质粉砂岩互层,总体以深色为主,偶夹薄层灰色细粒长石石英砂岩;底部以灰绿色砾岩结束,与下伏六苴段呈假整合接触关系。大村段主要分布于大姚、姚安、牟定一带,在龙街至昙华寺一带夹多层黑色炭质油页岩,在大姚六苴至大村一带含铜、石膏等矿产。大村铜矿床就赋存于大村段浅色岩层中,矿床分布面积大、厚度小,矿体呈宽带状产出,长7km ,宽1.4km 。矿体沿长轴方向稳定,沿短轴方向变化较大。2大村段岩石及沉积岩相特征ZK24401钻孔完整揭露上白垩统(K 2,从新到老依次为江底河组(K

7、 2j 、马头山组(K 2m 。马头山组又分为大村段(K 2md 和六苴段(K 2ml 。其中,大村段厚度40.59m(见表1。表1ZK 24401钻孔揭露地层划分柱状图T able1Str atig raphic dividing columns revealed by ZK24401系统组段厚度(m白垩系上统(K 2江底河组(K 2j 未见顶马头山组(K 2m 大村段(K 2md 40.59六苴段(K 2ml 上亚段(K 2ml 315.59中亚段(K 2ml 246.40下亚段(K 2ml 128.72下统(K 1普昌河组(K 1p 未见底图2ZK24401钻孔岩芯照片Fig.2Phot

8、ogr aphs of ZK24401drilled co re1-灰黑色泥岩中浸染状黄铁矿2-黑色炭质页岩中顺层黄铜矿脉3-K 2md 砾岩与K 2ml 3 泥岩界线图3薄片镜下显微特征2.510(+Fig .3M icroscopical characteristics of thin section 2.510(+1-灰色细砂岩(样品C -10452-墨绿色泥质粉砂岩(样品C-10443-深黑色炭质页岩(样品C -1043327大村段以深色泥岩、泥质粉砂岩及浅色细砂岩为主,多为钙质胶结,具水平层理,沿层富含石膏、黄铁矿及黄铜矿(图2。岩石按颜色、岩性不同分为四类:灰色细砂岩(a,灰黑色泥

9、岩-灰绿色泥质粉砂岩(b,黑色炭质泥岩(c,灰绿色砾岩(d。以此为依据将大村段划分13层,从老到新呈现出d -cbca -cbca -cbca 的变化规律,沉积旋回的特点明显。1.1灰色细砂岩(图3碎屑成分以石英为主,次为长石,少量岩屑、白云母等,偶见白钛矿和磁铁矿。其中石英多呈次棱角状,沿碎屑边缘被方解石和硬石膏不同程度交代,偶见残留次生加大边;长石以正长石为主,少量斜长石,可见绢云母化、泥化;岩屑为少量石英岩屑和泥晶灰岩岩屑等。碎屑颗粒多呈线、点状接触,硬石膏和方解石先后充填粒间孔。砂状结构,硅质胶结,胶结类型为孔隙式。1.2灰黑色泥岩-墨绿色泥质粉砂岩(图3石英碎屑、泥质和白云石分布不均

10、,局部集中形成水平层状泥质泥晶白云岩薄层和云质粉砂岩薄层。泥晶白云石均为他形,粉晶白云石强烈交代石英粉砂等,泥质含量较少。偶见溶孔被碳酸盐矿物、硬石膏和 硅质充填。图4马头山组大村段ZK 24401钻孔沉积相剖面图Fig.4Profile sketch sho w ing the sedimentary phase of the Dacun M emberin the M ato ushan Form ation in ZK 24401drilling hole1-页岩2-泥岩3-泥质粉砂岩4-细砂岩5-砾岩6-石膏7-水平层理8-粒序层理3281.3深黑色炭质页岩(图3岩石具水平层理构造,部

11、分泥质及泥晶方解石局部集中成层,近平行分布形成水平层理。泥质多呈云雾状分布,被有机质轻度浸染,多见炭屑,局部见溶孔被磁铁矿、方解石充填。1.4灰绿色砾岩主要由粗粒碎屑和砾石组成,砾石成分主要为石英岩、中酸性喷出岩、燧石岩、石英砂岩和泥晶灰岩。最大砾径数十毫米,分选较差,磨圆较好,多数砾石均呈椭圆形或卵圆形,砾状结构。填隙物主要为中细粒石英、长石碎屑及石英岩屑、燧石岩屑、少量硬石膏和方解石胶结物,基底式胶结。大村段(K2m d沉积相剖面如图4所示。顶部以灰色细砂岩(K2md结束、紫红色泥质粉砂岩(K2j出现为K2md与K2j分界标志;底部以砾岩(K2md结束、灰绿色粉砂岩(K2ml3出现为K2m

12、d与K2ml分界标志。大村段下伏的厚层状紫红色泥岩(K2ml3以及上覆杂色泥岩(K2j均反映了干旱气候条件下的滨湖沉积特征;大村段(K2md沉积介于K2ml3与K2j之间,其灰色细砂岩反映了半干旱-半潮湿环境下浅湖沉积特征;深色泥岩、泥质粉砂岩及浅色细砂岩韵律交替,反映湖水多次进退的半深湖-深湖沉积特征;底部复成分砾岩垂向上具砾石含量向上减少、粒度变细的趋势,具扇体特征。大村段从下至上,石膏产出由条带状变为斑点状,反映水体蒸发量逐渐增加,气候趋向干燥,由半深湖-深湖相向浅湖蒸发相过渡特征。研究认为该区在晚白垩世大村段沉积期经历了较长的湖泊相沉积。3地球化学特征沉积盆地同其相应物源通过沉积物相互

13、关联,一定的盆地通常接受特定源区的碎屑供应7,因此盆地内的陆源碎屑在很大程度上反映了物源的特征8。砂(页岩的地球化学组成与其沉积盆地的物质来源之间组存着很好的对应关系911。依据六苴大村段岩芯样品进行地球化学研究,恢复其沉积环境及物质来源。3.1主量元素地球化学大村段岩石的主要化学组成(表2为SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO、Mg O,沿层多赋存有纹层状、稀疏浸染状黄铁矿,因此,二价铁也是其重要组成部分。表2大村段主量元素含量表T able2Major elements co ntent of the Dacun M em ber w B/%-2样品号岩性SiO2TiO2A l2

14、O3Fe3O3FeO M nO MgO CaO Na2O K2O P2O5BaO烧失量合量XS C-1041灰黑色泥岩54.400.7214.23 2.43 3.060.06 4.30 6.70 1.68 2.850.150.048.5699.17 02C-26灰黑色泥岩35.950.419.53 2.59 1.250.11 3.2821.49 1.72 2.440.130.0219.8898.81 02C-24墨绿色泥质粉砂岩45.890.4010.430.97 2.820.08 3.6215.16 1.52 2.430.110.4414.9098.77 02C-23墨绿色泥质粉砂岩43.4

15、50.5414.58 1.84 3.170.117.0011.54 1.16 3.530.140.0512.4099.51 XS C-1043深黑色炭质泥岩45.000.7514.40 3.68 1.080.10 4.9711.54 1.82 2.380.150.0414.10100.02 XS C-1044墨绿色泥质粉砂岩45.100.6714.66 1.85 3.430.09 5.4411.280.80 3.420.140.0413.0099.92 XS C-1045灰白色细砂岩51.050.4810.96 1.19 2.010.06 3.0212.82 1.47 2.550.100.15

16、13.1799.03 XS C-1046墨绿色泥质粉砂岩38.850.5811.53 2.87 1.300.11 4.0318.79 1.69 2.120.120.0217.8099.82 02C-27灰绿色砾岩64.550.33 6.80 1.07 1.520.06 1.2410.47 1.69 1.960.100.068.8898.74 XS C-1047灰绿色砾岩68.650.509.43 1.31 2.100.05 1.79 6.77 2.45 1.310.090.07 4.5099.03 XS C-1048灰绿色砾岩53.450.519.75 1.06 1.660.07 2.1513

17、.61 1.90 2.130.150.0813.4099.92测试单位:西北有色地研院测试中心,采用化学分析方法。n(SiO2/n(A l2O3是区分岩石物源的重要标志12。Taylo r等(198513提出陆壳源n(SiO2/ n(Al2O3值为3.6,与此比值接近的岩石其物源应以陆源为主;M urray(1990,199414用n(Al2O3/n(Al2O3 +Fe2O3值来确定岩石的沉积大地构造环境,其比值0.60.9时为大陆边缘环境,0.40.7时为远洋深海环境,0.10.4时为洋脊海岭环境。大村段砂、泥岩主元素组成的w(SiO2+Al2O3+K2O+Na2O为49.64%81.84%

18、,n(SiO2/n(Al2O3值为2.98 4.66,平均值为3.65;n(Al/n(Al+Fe+M n值为0.710.78;n(Si/n(Si+Al+Fe值为0.690.87,反映其物源以陆源为主。n(Al2O3/n(Al2O3+Fe2O3值为0.790.91,显示了大陆边缘沉积环境特点(表3。329表3大村段主量元素比值T able3Ratios of m ajo r elements in the Dacun M em ber样品号岩性SiO2/Al2O3Al/(Al+Fe+M nSi/(S i+Al+FeAl2O3/(Al2O3+Fe2O3Fe2O3/FeOK2O/Na2OXS C-1

19、041灰黑色泥岩 3.820.720.730.850.79 1.70 02C-26灰黑色泥岩 3.770.710.730.79 2.08 1.42 02C-24墨绿色泥质粉砂岩 4.400.730.760.910.34 1.60 02C-23墨绿色泥质粉砂岩 2.980.740.690.890.58 3.05 XS C-1043深黑色炭质泥岩 3.130.750.700.80 3.41 1.31 XS C-1044墨绿色泥质粉砂岩 3.080.730.690.890.54 4.24 XS C-1045灰白色细砂岩 4.660.770.780.900.59 1.74 XS C-1046墨绿色泥质

20、粉砂岩 3.370.730.710.80 2.21 1.26 02C-27灰绿色砾岩9.500.720.870.860.70 1.16 XS C-1047灰绿色砾岩7.280.730.840.880.630.53 XS C-1048灰绿色砾岩 5.480.780.810.900.64 1.12测试单位:西北有色地研院测试中心,采用化学分析方法。深黑色炭质泥岩Na2O含量显著增高,而K2O含量较低,与大村段其它岩石相比,其n(K2O/ n(Na2O最低。这是由于蒸发量大于补给量时,可使湖水中钠的含量增高;砂(页岩中钾的含量由干燥地区到潮湿地区下降15。反映了深黑色炭质泥岩沉积阶段具有潮湿环境下的

21、静水深湖沉积特点。深色岩石n(SiO2/n(Al2O3平均值为3.51,浅色岩石n(SiO2/ n(Al2O3平均值为6.73,反映了深色岩石成熟度低16,物源为陆源;灰色细砂岩成熟度高,物源除陆源外,还可能有生物和热水作用的参与。Fe2O3/FeO 值在黑色岩石中明显高于灰色细砂岩与灰绿色砾岩,反映大村段黑色岩石的沉积环境为还原性质,且沉积过程中氧化环境与还原环境相互交替。样品的碱金属含量较高,w(K2O+Na2O为3.7%4.6%,平均值为4.09%,且K2O/Na2O多大于1,平均为1.74,明显具有富钾的特征,反映岩石中的长石以钾长石为主,也表明物源区主要为偏酸性的花岗质岩石16。3.

22、2微量元素地球化学Ty son等(199117,Jones等(199418,Wignall (199419将盆地水体性质进行划分,给出区别它们沉积环境的微量元素地球化学标志:如n(V/n(V+ Ni值在0.830.57时为缺氧环境,0.570.46时为弱氧化环境,而小于0.46时为氧化环境等。大村段岩石中的n(V/n(V+Ni和n(Ni/n(Co均值为0.73和2.51,反映了缺氧的沉积环境。通过与陆壳元素含量值(Taylor,198513对比(表4,大村段M o、Sr、Cu、Pb、Zn、Sb等元素平均含量较高,均为富集元素,其中Cu、Pb含量值达到陆壳值的3倍。Co、Ni、V、Cr为亏损元素

23、。总体上具有亲铜元素富集,亲铁、亲石元素亏损的特点,对应于缺氧沉积环境的特点。微量元素含量变化在不同岩石中略有差异(图5,表现为Cu含量在大村段底部的砾岩和页岩中较高,在该段上部泥质粉砂岩、细砂岩中较低,反映了富Cu沉积物距物源区较近,Cu在水下扇、深湖等缺氧环境中沉淀,沉积-成岩作用的地球化学分异对Cu富集有重要影响;Cu、Sb、Zn在多层页岩中强烈富集,显示了沉积旋回造成成矿元素初始富集。Sr、Pb、M o含量在浅色砂岩中升高,在泥岩中降低;而Co、W、M n含量以及n(V/n(V+Ni、n(V/ n(Cr在浅色砂岩中降低,在泥岩中升高。Krejei-Graf (196420和Dill(1

24、98621提出岩石中n(V/n(Cr降低则趋向于氧化环境。大村段浅色砂岩n(V/n(V+ Ni、n(V/n(Cr较深色岩石降低,反映水体变浅,向氧化环境过渡,显示浅湖沉积阶段气候干燥、水体蒸发强烈。浅色砂岩继承了物源区浅色矿物Sr、Pb、Mo 含量高,M n、Co含量低的特点,反映物源区为偏酸性的花岗质岩石。330表 4Z K24401 钻孔中大村段部分微量元素含量及比值 T able4Content and ratios of some trace element s of t he Dacu n M ember in ZK 24401 drilling holew (B / 10 样品号

25、XS C- 1041 02C- 26 02C- 24 02C - 23 XS C - 1043 XS C - 1044 XS C- 1045 XS C- 1046 02C- 27 XS C- 1047 XS C- 1048 平均值 陆壳 V 146 76 75 124 193 134 71 114 40 72 98 104 230 Cr 90 64 21 27 117 93 90 80 58 42 56 67 185 Ni 47 40 15 17 32 32 38 45 34 30 47 34 105 Co 22 16 19 25 17 12 11 15 7. 7 12 13 15. 0 29

26、 Mo 1. 5 16 0. 6 8. 7 1. 6 1. 3 15 2. 5 1. 4 1. 7 1. 3 5. 0 1. 0 Cu 458 50 101 99 71 14 36 34 51 91 1228 203 75 Pb 15 34 16 21 16 15 36 14 19 17 17 20 8. 0 Zn 83 132 77 107 601 92 88 110 54 55 63 133 80 Sn 3. 6 2. 5 1. 8 2. 3 3. 0 1. 6 2. 2 1. 2 1. 6 1. 8 2. 5 2. 2 2. 5 Sb 0. 6 0. 3 0. 2 0. 2 4. 0 0

27、. 4 0. 4 1. 4 0. 2 0. 4 0. 3 0. 7 0. 2 W 1. 7 1. 2 1. 1 1. 4 1. 4 1. 8 1. 1 2. 5 0. 9 1. 2 2. 1 1. 0 1. 0 Mn 497 886 642 832 788 723 453 879 435 413 551 645 1400 Sr 304 291 872 347 648 600 2328 285 620 618 930 713 V / ( V + N i 0. 76 0. 65 0. 83 0. 88 0. 86 0. 81 0. 65 0. 72 0. 54 0. 70 0. 68 0. 73

28、( T ayl or, 1985 V / Cr 1. 62 1. 19 3. 49 4. 65 1. 65 1. 43 0. 79 1. 43 0. 68 1. 71 1. 76 1. 85 -6 Ni/C o 2. 13 2. 60 0. 79 0. 70 1. 91 2. 58 3. 31 3. 09 4. 44 2. 54 3. 51 2. 51 分析单位: 西北有色地研院测试中心, 采用 ICP- M S 分析。 图 5Z K 24401 钻孔大村段不同 岩石中微量元素蛛网图 Fig. 5T race elements spider chart of diff erent rocks

29、from t he Dacun M ember in ZK 24401 drillin g hole 1- 细砂岩2- 泥质粉砂岩3- 泥岩4- 页岩5- 砾岩 图 6大村段不同岩石微量元素 R 型 聚类谱系图( 64 件样品, 19 个元素 Fig. 6R- ype clust ering hier archical gr aph of t race elet ment s in the Dacun M ember ( 64 samples and 19 elements 补充其它钻孔中大村段岩石样品共 64 件, 对微 量元素进行 R 型聚类分析( 图 6 , 进一步确定微量元 素相关关系

30、。当距离系数为 0. 95 时, 得到 Cu- AgHg , Co- Sn- Nb, Pb- Sb- As- M o- Cd, Zn- VNi- U - M n 及 W - T a - T i 等元素组合。在 R = 0. 7 时, Cu 与Hg 密切相关。 Cu- Ag - Hg 多对应于Cu 富 集位置, Pb- Sb- As- Mo - Cd 多位于 Cu 富集位置 附近, 对寻找铜矿体具有指示意义。大村段元素组合 多样性反映其物源区沉积物沉积分异作用强烈。 3. 3稀土元素地球化学 大村段岩石稀土元素含量如表 5 所示。稀土总量 ( 2 REE 为 104. 1210- 6 181.

31、6910- 6 ( 表6 。 n( Sm / n( Nd 和n( Eu / n( Sm 平均值为0. 23 和0. 18 0. 28 , 与俄罗斯地台和大陆、 半大陆值相近( 0. 23 和 0. 180. 22 ; n ( L a N / n ( Yb N 均值为 8. 8, 与俄 罗斯地台( 8. 9 ( Ronov et al. , 1974 22 相似。 Gd n( N/ n( Yb N 均值为 1. 54( 1. 441. 64 , 反映轻稀土 富集而重稀 土呈平缓型曲 线( M cL ennan , 1989 23 ; 2Ce 均 值为 0. 86( 0. 810. 90 , 与 Murray ( 1990, 1994 提出的大陆边缘岩石比值( 0. 91. 3 接近; 陆壳、 岩石圈 n ( Y / n ( Ho 值平均为 31, 略高于页岩、 ( 2528, McL ennan, 1989 23 , 与海水范围( 4475, Bau et al . , 1996 相差甚远。 Wright ( 1989 提出 还原的界限, 大于此值为 Ce anom 为- 0. 1 时代表氧化、 331 24 25 14 表 5ZK24401 钻孔中大村段稀土元素含量 T abl e 5REE contents o f the Dacun Member i