信阳小罗山南湾组地球化学特征及其构造背景

1 地质构造概况

研究区位于豫鄂皖交界的大别山北坡, 行政隶属河南省光山县管辖。大地构造位置为华北地台南缘桐柏-大别褶皱带, 该区的大地构造的隶属问题一直是地质工作者研究的热点。目前, 随着超高压变质岩的分布范围已追索到北淮阳构造带以南, 大别杂岩区内已发现扬子板块的震旦纪浅变质岩, 越来越多的研究认为, 华北与扬子板块碰撞的缝合线位置在北淮阳构造带附近。泥盆纪南湾组浅变质岩系是带内分布最广但对其研究较少的地层单元因此其构造归属的确立将成为研究华北与扬子板块碰撞缝合线的位置提供重要的依据。

信阳地区南湾组的时代属泥盆纪, 研究区南湾组自南向北出露于 (光山小罗山-斛山寨一带) :上伏地层为震旦-下奥陶统肖家庙岩组, 西北为大片第四系, 北东为中新元古界龟山组呈断层接触。主要岩性有白云 (黑云) 石英片岩、斜长二云片岩、绿帘黑云角闪 (斜长) 变粒岩薄层石英岩、夹少量黑云 (白云) 斜长片麻岩、斜长角闪片岩、糜棱岩化长石石英岩、构造片岩等。地层出露厚度约7165m, 原岩为一套具鲍马层序的细粒浊积岩。但在该区岩性组合上可以分三个岩性段。三岩性段类型以黑云斜长变粒岩为主;与二岩性段主要区别是不含或很少含斜长角闪岩类岩石;一岩性段类型以白云石英片岩、糜棱岩化长石石英岩、局部少量的构造片岩。

2 南湾组全岩地球化学特征

Roser等通过对世界不同地区已确定的构造环境的古代砂岩与现代深海砂岩的对比研究, 分别建立了一系列判别砂岩的构造环境的地球化学方法, 这些方法对定性及半定量研究的构造背景具有一定的意义。在研究区南湾三段、二段、一段中分别取5套岩石样品 (基本代表南湾组整套地层岩石) 进行分析对比。对样品在ω (k2O) /ω (Na2O) -ω (Si O2) l图件上投点样品有10个落在ACM (活动陆缘) 区域, 5个落在PM (被动陆缘) 区域内, 说明南湾组已经具有活动陆缘沉积的一些特征。

3 南湾组稀土元素特征

3.1 沉积构造位置

从样品微量元素分析结果的平均丰度值而言, 南湾组浊积岩的微量元素除Cr强烈亏损, Y富集外, 由于微量元素Th、Zr、Co在沉积成岩过程中活动性较低, 在海水中停留时间较短, 因而他们在沉积岩中的含量及相互关系够反映源区的物源特点及盆地所处的构造环境。利用ω (Th) -ω (Co) -ω (Zr) /10及ω (Th) -ω (Sc) -ω (Zr) /10三角图[8]可以判断盆地所处的构造环境。南湾组15个样品在中有1个位于大陆岛弧区, 其它全位于大陆活动边缘区, 说明沉积盆地的构造位置应属活动大陆边缘。

3.2 南湾组是华北板块的组成部分

经样品稀土元素球粒陨石标准化后显示所有样品的稀土配方式曲线均向右倾斜, 曲线在轻稀土部位斜率较大, 而在重稀土部位相对平缓, 轻重稀土分馏程度高, 轻稀土富集;曲线Eu的部位都形成一个向下的“V”形谷, 说明Eu亏损。样品之间具有相似的稀土配分模式和稀土丰度特征, 反映了南湾组具有变质沉积岩的稀土性质。稀土配分曲线模式与太古代后的标准沉积岩稀土曲线相吻合, 将稀土配分曲线模式进一步与全球上地壳稀土元素作比较, 发现稀土元素各值均接近1, 说明其物源来自上地壳。

研究区南湾组稀土总量在118.28~178.44×10-6, 远低于被动大陆边缘210×1 0-6, 基本介于大陆岛弧的稀土总量 (146±20) 10-6与活动大陆边缘的稀土总量1 8 6×1 0-6之间, 轻重稀土比值ω (LREE) /ω (HREE) =8.8, 与活动大陆边缘的轻重稀土比值9.1接近, ω (La) /ω (Yb) =11.9, ω (La) N/ω (Yb) N=8.6×10-6, ω (Ce) =62.5×10-6, 各值均接近于活动大陆边缘的稀土值范围, 与微量元素各图解揭示的构造特征类似, 这也说明南湾组形成于活动性的大陆边缘。

南湾组稀土元素特征为确定其物源区提供了证据, 列举华北、扬子两大板块从上地壳、中地壳及下地壳各圈层稀土元素的含量和南湾组各稀土元素的含量及稀土元素的总量。 (见表二) 南湾组稀土元素总量为169.8×10-6接近华北板块上地壳稀土元素的总量164.9×10-6, 与扬子板块地壳各圈层稀土的平均含量差别较大。结合微量元素的各种证据, 可以推测南湾组的物源区应是华北板块上地壳。因此, 研究区南湾组应是华北板块的组成部分。据此推断, 扬子板块与华北板块的碰撞缝合带位置应位于北濮阳构造带以南。

4 南湾组与邻区地层的对比

研究区南湾组岩石样品的稀土及微量元素比值提供的依据, 从高联达从古生物证据说明南湾组与秦岭地区刘邻群形成于相同时代, 地层具有可对比性。Taylor等研究认为, 沉积岩中只有细粒碎屑岩或相应变沉积岩的REE、Th、Sc、Co能定量反映沉积源区这些元素的含量, 物源区不同, 其ω (La) /ω (Th) 比值范围均不同。在ω (Th) /ω (Co) -ω (La) /ω (Co) 投点图上, 南湾组样品的各点位于ω (La) /ω (Th) =2.25~3.5之间, 平均值为2.75。在秦岭分区地层中只有泥盆系刘岭群显示这种特征, 其它时代地层的ω (La) /ω (Th) 比值差异较大, 这说明信阳地区南湾组与刘岭群可能有共同的物源区。

5 结语

通过对信阳地区小罗山一带南湾组地层的各种地球化学特征可得出以下论言:

(1) 南湾组是形成于活动的大陆边缘的一套浊积岩。 (2) 南湾组为一套低变质强变形的碎屑岩组合。 (3) 南湾组物质来源为华北板块上地壳, 也是华北板块的一部分。华北与扬子碰撞的缝合线位置应在南湾之南, 即北淮阳构造带之南。 (4) 南湾组与秦岭地区刘岭群的地球化学特征相似, 它们可能是同一时期相同沉积物在不同的沉积构造环球下形成的。

摘要：越来越多的研究结果表明信阳地区南湾组构造的归属对确定华北与扬子板块碰撞缝合线位置的意义重大。南湾组的全岩及微量元素地球化学性质均揭示其具有活动陆缘沉积的特征;南湾组稀土元素地球化学特征表明其物源区来自上地壳。将南湾组稀土元素各特征值与华北、扬子两板块各圈层稀土元素特征值进行对比, 发现其与华北板块上地壳的组成相似, 与扬子板块各圈层的组成差异较大, 因此可确定南湾组物源区主要为华北板块, 南湾组是华北板块的组成部分, 由此推断华北板块与扬子板块的碰撞缝合带位置应位于北淮阳构造带南湾组之南。南湾组与邻区地层的地球化学特征对比揭示了信阳地区南湾组为相同沉积物在不同沉积构造环境的产物。南湾组在研究区与周围岩层呈断层接触, 南部与肖家庙岩组呈断层接触 (桐-商韧性剪切带) , 北东与龟山岩组呈断层接触 (龟-梅断裂) , 西边大片第四系覆盖。

关键词：地球化学,微量元素,稀土元素,韧性剪切带,信阳

参考文献

[1] 王世锋.Geochemical　characteristic　and tectonic　setting　of　the　Nanwan　For-mation　in　Xinyang　District, 　Henan Province.现代地质, 2002, 16 (3) .

[2] 简平, 杨巍然.大别山西部熊店加里东期榴辉岩—7—同位素地质年代的证据[J].地质学报.1997, 17 (2) :133～141.