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柴达木盆地位于青藏高原东北部，为昆仑山、祁连山和阿尔金山所环抱的菱形山间盆地，呈西高东低、西宽东窄的特征（图1a）。盆地沉积岩面积约为12.1×104 km2，是我国西北地区重要的含油气盆地之一，中—新生界一直是柴达木盆地油气勘探的主力层系。近年来，部署在柴北缘东段欧南凹陷的柴页2井、青德地1井和青德参1井等钻井相继取得石炭系重要油气发现（彭博，2020；Wang Qianru et al.，2021），石炭系海陆交互相烃源岩被证实是柴达木盆地第四套含油气系统（李国欣等，2022；施辉等，2023），成为油气勘探的新层系，资源潜力巨大。
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盆地北缘广泛分布石炭系露头，区内石炭纪地层厚度大，泥页岩极为发育，是盆地石炭纪原型盆地研究和油气勘探的重点地区（马寅生等，2012；李宗星，2019）。以往研究从区域构造演化（杨超等2010；刘奎等，2020）、沉积相与沉积环境（杨平等，2006；陈世悦等，2016；魏小洁等，2018）、物源体系和地层展布（李守军等，2000；孙娇鹏等，2016；Sun Jiaopeng et al.，2022）等方面对盆地石炭纪构造-古地理进行了论述。然而前人研究主要集中于柴北缘东段，小赛什腾山等柴北缘西段地区石炭系相关研究几乎处于空白状态，至今未见系统的碎屑岩年代学和地球化学等直接证据，限制了对于柴达木盆地石炭纪原型盆地复原、盆山耦合关系建立、油气资源勘探等问题的深入研究。
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碎屑沉积岩的物质组成和化学组分受源岩成分、物理化学风化、搬运、沉积和成岩作用的共同影响和制约，通过其物源分析可以反演古地理环境、沉积源区母岩性质和大地构造背景（屈李华等，2015；刘大明等，2021）。碎屑锆石U-Pb年代学和地球化学分析是沉积物物源和构造背景分析的两种重要手段（Žák et al.，2020）：利用碎屑锆石年龄谱系可以获取碎屑矿物的物源、地层的最大沉积年龄以及恢复盆山耦合演化历史等（郭佩等，2017）；通过沉积岩地球化学成分能够判定源岩类型、风化程度和沉积构造环境等（Bhatia et al.，1986）。因此碎屑沉积物的物源研究，是低勘探程度地区恢复沉积盆地演化历史和构造背景有效方法（孙娇鹏等，2016）。本文通过对柴达木盆地北缘西段小赛什腾山地区下石炭统怀头他拉组的碎屑砂岩进行系统的年代学和微量元素地球化学特征研究，旨在探讨其源区特征和构造背景，为柴达木盆地西北部晚古生代构造-沉积演化提供依据。
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1 区域地质背景
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前人研究表明，柴达木盆地北缘是欧龙布鲁克微陆块与柴达木地块早古生代结合带，可自南向北划分为3个地质单元：柴北缘加里东期构造带（沙柳河—野马滩—铅石山—锡铁山—绿梁山—鱼卡—赛什腾山早古生代俯冲碰撞杂岩带）、欧龙布鲁克微陆块（乌兰—德令哈—欧龙布鲁克—全吉山—达肯大坂山一带）及宗务隆构造带（图1b）（吴才来等，2004；王惠初等，2005）。其构造演化大致可以分为3个阶段，即早古生代柴北缘洋盆演化和加里东造山阶段、晚古生代陆表海演化阶段和中生代以来陆内演化阶段（蔡鹏捷等，2018）。区内石炭系露头主要分布于盆内山前和山麓部位，呈北西—南东向展布，自下而上发育一套碎屑岩与碳酸盐岩的混合沉积建造，沉积地层包括下石炭统城墙沟组（C1ch）、怀头他拉组（C1h），上石炭统克鲁克组（C2k）、扎布萨尕秀组（C2zh）。
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本文研究区小赛什腾山位于柴达木盆地西北角冷湖镇以北，苏干湖以南，其北侧为阿尔金山、东部紧邻赛什腾山。区内各岩组呈近东西向展布，岩组之间均为断层接触，组内断裂发育（图1c）：西部主要出露一套中基性火山熔岩夹碎屑岩，火山岩类型有玄武岩、安山玄武岩、玄武安山岩及安山岩，最新年代学数据显示其时代为中—晚二叠世（徐旭明等，2017），层内发育二叠纪花岗岩侵入体（高万里等，2019）和岩脉；中部主要出露石炭系怀头他拉组，上段岩性为巨厚白色大理岩、灰岩，下段以灰白色石英硬砂岩夹泥岩、板岩为主要岩性，层间褶皱发育，与东侧大面积出露的早古生代花岗岩体呈沉积接触；东部地区主要出露元古宇片岩、片麻岩。
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图1 柴达木盆地大地构造位置图（a），柴北缘地质简图（b，据Jian Xing et al.，2013修改）及采样位置（c，据1∶20万冷湖幅地质图）
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Fig.1 Tectonic location of the Qaidam basin (a) and geological setting of the northern Qaidam basin (b, after Jian Xing et al., 2013) and sampling locations (c, after 1∶200000 geological map of Lenghu)
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2 样品采集与实验方法
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根据野外剖面实测，小赛什腾山下石炭统怀头他拉组整体为一套浅海—半深海相沉积，上下层位均产海相动物化石，岩性、岩相和生物群可以与柴北缘东段欧龙布鲁山下石炭统标准剖面怀头他拉组对比（青海省地质矿产局，1991）。剖面底部主要发育一套肉红色或灰色细砾粗砂岩—灰色泥质粉砂岩、板岩—深灰或黑色页岩的韵律层。中部为灰—灰黑色（粉砂质）页岩与灰色—深灰色（泥质）粉砂—细砂岩、硬砂岩层，总体上呈“泥包砂”的岩性组合特征。顶部为一套碳酸盐岩组合，自下而上依次发育颗粒灰岩、生物灰岩、泥晶灰岩和大理岩（图2）。怀头他拉组上部为二叠纪火山岩和火山碎屑岩，二者呈断层接触，由于受印支期岩浆事件及后期构造活动影响，地层经历一定程度变质作用。
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本次研究在怀头他拉组剖面中、下部碎屑岩段采集粗砂岩样品1件和细粒沉积岩样品45件，分别开展碎屑锆石U-Pb年代学和元素地球化学实验。年代学测试样品（XSST-B-1）为粗粒岩屑砂岩（图3a），由石英、长石、白云母、岩屑和填隙物组成，颗粒支撑。石英为他形粒状，磨圆度较好，次圆状为主；长石为板条状、不规则粒状，磨圆度一般，次棱角状—次圆状；岩屑形状不规则，磨圆度一般，次棱角状—次圆状，成分有花岗岩、中酸性喷出岩（安山岩等）、石英岩、绢云石英岩、绢云千枚岩等，粒径0.50~3.00 mm，以粗粒级（0.50~2.00 mm）为主。
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元素地球化学实验样品岩性以细砂岩、粉砂岩和泥质粉砂岩为主（图3b~d）。细粒岩屑长石砂岩中，石英和长石颗粒磨圆度较好，多呈次圆状。岩屑形状不规则，磨圆度一般，次棱角状—次圆状，成分有花岗岩、石英岩、白云母石英片岩、绿泥石英片岩等，体现出低成分成熟度的特点。粉砂岩一般由碎屑颗粒、碳酸盐矿物、黏土矿物和不透明矿物组成，颗粒磨圆度较好。泥质粉砂岩碎屑成分以石英长石为主，黏土矿物颗粒微细，含量在15%左右。
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锆石U-Pb同位素定年在自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室利用LA-ICP-MS分析完成。采用美国相干（Coherent）公司GeoLasHD 193nm激光器和安捷伦科技公司Agilent 7900四极杆等离子体质谱仪。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合。在等离子体中心气流（Ar+He）中加入了少量氮气，以提高仪器灵敏度、降低检出限和改善分析精密度。另外，激光剥蚀系统配置了一个信号平滑装置，即使激光脉冲频率低达1 Hz，采用该装置后也能获得光滑的分析信号（王森等，2022）。实验分析过程中，采用锆石标准91500作外标进行同位素分馏校正（Liu Yongsheng et al.，2010）。对分析数据的离线处理采用软件ICPMSDataCal完成，谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot/Ex_ver3完成。
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全岩微量元素地球化实验测试均在核工业北京地质研究院实验中心完成。根据室内显微薄片观察，在剔除风化、蚀变和成岩作用影响后，将采集的岩芯样品用地质锤敲碎，然后通过清水冲洗，烘干，初步完成研磨并去除样品中的砂岩颗粒后，再用无污染玛瑙研磨机破碎，保留小于200目的部分。微量元素采用ELEMENT XR 等离子体质谱分析仪，依照国标GB/T14506.30—2010《硅酸盐岩石化学分析方法》第30部分完成测试，元素分析误差小于5%。
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3 测试分析结果
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3.1 碎屑锆石U-Pb年代学
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在阴极发光图像中，怀头他拉组样品（XSST-B-1）碎屑锆石主要为半自形结构，多呈长柱状—次圆状。大多数锆石具有明显的振荡环带，少量锆石具有老的继承性核。锆石普遍呈灰黑色，少量为灰白色（图4），这可能是其Th和U含量较高导致的（附表1）。样品中锆石的Th含量介于24~501 μg/g之间，U含量介于63~676 μg/g之间，Th/U平均值为0.5，表明这些碎屑主要是岩浆成因，可以代表物源区岩浆岩的年龄（Corfu et al.，2003; Hoskin and Schaltegger，2003）。
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锆石U-Pb年龄分析过程中随机测试92点，测试数据见附表1。其中1个测试点由于Pb丢失，导致206Pb/238U和207Pb/235U年龄谐和度低于90%，数据可信度较低，剩余91个测试点年龄值的直方图和概率密度图显示有3个区间，分别是480~402 Ma（n= 83），1493~900 Ma（n= 5）以及1908~1803 Ma（n = 4），测点中最年轻的年龄为402±4 Ma。年龄谱系呈早古生代单峰值特征，峰值年龄为414 Ma（图4）。
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图2 柴达木盆地小赛什腾山石炭系怀头他拉组剖面岩性柱状图
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Fig.2 Lithological column of the Carboniferous Huaitoutala Formation in Xiaosaishiteng Mountain area, Qaidam basin
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3.2 元素地球化学特征
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研究区碎屑沉积岩的微量元素含量和上地壳标准化蛛网图见附表2和图5a，样品元素的含量整体相对稳定，配分模式基本相同，主体呈平坦型，表明沉积物性质趋于一致。与大陆上地壳微量元素值相比，怀头他拉组碎屑岩相容元素Co、Sc、Ni、V等整体低于上地壳丰度，表明中—酸性岩对其物源贡献较大；造岩元素中Zr与上地壳含量基本相当，而高场强元素Th、U、Hf平均含量略高于上地壳，反映碎屑岩源区碎屑物质经历了一定程度的沉积再旋回。
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图3 柴达木盆地小赛什腾山下石炭统怀头他拉组典型样品镜下照片
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Fig.3 The microscope photos of typical samples from the Lower Carboniferous Huaitoutala Formation in Xiaosaishiteng Mountain, Qaidam basin
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（a）—粗粒岩屑砂岩（2.5×，+）；（b）—细粒岩屑砂岩（2.5×，+）；（c）—钙质粉砂岩（2.5×，+）；（d）—泥质粉砂岩（2.5×，+）；Qtz—石英；Pl—斜长石；Kfs—钾长石；Ms—白云母；Cb—碳酸盐矿物；Zrn—锆石；Tur—电气石
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(a) —coarse-grained lithic sandstone (2.5×, +) ; (b) —fine lithic sandstone (2.5×, +) ; (c) —calcareous siltstone (2.5×, +) ; (d) —argillaceous siltstoue (2.5×, +) ; Qtz—quartz; Pl—plagioclase; Kfs—potassium feldspar; Ms—muscovite; Cb—carbonate minerals; Zrn—zircon; Tur—tourmaline
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图4 柴达木盆地小赛什腾山怀头他拉组沉积岩碎屑锆石U-Pb年龄谐和图（a）和直方图及概率密度图（b）
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Fig.4 U-Pb dating age concordia diagram (a) and histogram (b) of detrital zicrons from the Huaitoutala Formation in Xiaosaishiteng Mountain area, Qaidam basin
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研究区碎屑沉积岩稀土元素含量见附表3，样品稀土元素总量ΣREE介于 68.05~208.38 μg/g（平均160.38 μg/g）；特征值LREE/HREE变化范围为6.00~10.24（平均8.14），（La/Yb）N值为6.10~11.94（平均8.17），轻、重稀土元素分馏明显，属轻稀土元素富集型。稀土元素球粒陨石标准化配分图（图5b）显示，碎屑岩的 δEu值为0.47~0.87（平均0.61），具中等负Eu异常；样品曲线变化趋势大体一致，向右缓倾斜，与上地壳稀土元素曲线大致相当，暗示研究区怀头他拉组各地层碎屑岩的物质来源基本稳定且同源。
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图5 柴达木盆地小赛什腾山怀头他拉组沉积岩微量元素上地壳标准化蛛网图（a）和稀土元素球粒陨石配分模式图（b） （上地壳标准化数据据Rudnick and Gao，2003；球粒陨石数据据Taylor and McLennan，1985）
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Fig.5 UCC normalized trace element of sandstones (a) and chrondrite normalized REE patterns (b) of the Huaitoutala Formation in Xiaosaishiteng Mountain area, Qaidam basin (data for UCC and chrondrite are from Rudnick and Gao, 2003; Taylor and McLennan, 1985)
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4 讨论
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4.1 物源区的成分特征
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碎屑沉积岩的物质成分主要是源岩风化产物，其化学成分与源岩有关，可以指示沉积岩源岩特征（Bhatia and Taylor，1981；Creaser et al.，1997；Jian Xing et al.，2013）。根据元素地球化学数据的分析表明研究区石炭系怀头他拉组的物源区以上地壳长英质岩石为主。其依据如下：
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（1）Cr主要赋存在铬铁矿、橄榄石和辉石中，代表超铁镁—铁镁质组分，而Zr主要赋存在锆石中，代表长英质组分。因此，Cr/Zr比值也可以区分长英质与铁镁质岩石源区（屈李华等，2015）。本区砂岩样品总体显示较低的Cr/Zr比值（0.50~3.03），平均值为0.93，反映整体以长英质岩石为物源，仅在部分层段有少量铁镁质物源成分的加入。
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（2） Sm/Nd比值亦是反映物质来源的一个重要参数，如地幔为0.260~0.375，大洋玄武岩为0.234~0.425，而源于地壳的花岗岩类以及各类沉积岩一般均小于0.3（陈德潜和陈刚，1990）。本区碎屑沉积岩的Sm/Nd比值为0.17~0.24，反映物源为上地壳。
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（3）高度不相容元素Th和较相容元素Sc，它们在沉积过程中的重矿物分异小，长英质岩石中趋于富集Th，而铁镁质岩石趋于富集Sc （Cullers et al.，1988）。本区砂岩的Th/Sc比值平均为1.15，接近于上地壳的0.97（表1），表明这些砂岩源区的铁镁质成分较少，主要来源于上地壳的长英质源区。
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（4）Bhatia and Taylor（1981）研究表明Th/U比值可以确定物源类型。Th/U比值为6时，其物源主要是再旋回沉积岩，源岩可能存在Th矿化（独居石、钍石）；当Th/U比值为4.5时，其物源主要是上地壳沉积岩；当Th/U比值为2.5~3时，其物源主要是岛弧火山岩（姚纪明等，2009；杜后发等，2011）。本研究区砂岩样品的Th/U比值平均为4.23（表1），反映了它们来源于上地壳沉积岩源区。
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（5）为进一步探究源岩特征，本文利用源岩判别图解（Floyd and Leveridge，1987; Creaser et al.，1997）（图6）对研究区砂岩样品的物质来源作进一步分析。在La/Th-Hf图解中，数据点集中位于上地壳酸性岛弧源区，在Co/Th-La/Sc图解中，研究区沉积岩具有相对低而稳定的比值，反映源岩以长英质为主。在La/Sc-Th/Sc图解上，投影点落在上地壳的平均成分附近区域，呈明显的线性关系。
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上述分析表明，本区石炭系怀头他拉组的源岩物质以上地壳源区的长英质岩石为主，是上地壳源区剥蚀—搬运—沉积的产物。
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图6 柴达木盆地小赛什腾山地区怀头他拉组沉积岩物源区特征判别图 （底图a、b据Floyd and Leveridge，1987；c据Creaser et al.，1997）
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Fig.6 Provenance characteristics discrimination diagrams of the sedimentary rocks from the Huaitoutala Formation in Xiaosaishiteng Mountain area, Qaidam basin (a, b after Floyd and Leveridge, 1987; c after Creaser et al., 1997)
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4.2 沉积构造背景判别
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碎屑沉积岩的地球化学组成明显受源区构造背景制约，不同构造背景的碎屑沉积岩具有不同的地球化学特征。不同构造背景下的砂岩成分（Bhatia and Crook，1986）如表1所列。根据地球化学数据分析结果以及与不同构造背景下砂岩成分的对比可知：本区源岩的构造背景以大陆弧为主，并有活动大陆边缘构造背景的参与。其证据如下：
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（1）从表1可以看出，研究区怀头他拉组沉积岩样品的微量和稀土元素Th/U、La/Sc、Th/Sc、Rb/Sr和Ba/Sr比值（分别为4.35、2.79、1.18、1.08、3.63）与大陆岛弧（分别为4.60、1.82、0.85、0.65、3.55）更为接近。
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（2）稀土元素是判别构造背景的重要手段。大陆弧构造背景特点为：源区是切割的岩浆弧沉积物，ΣREE和（La/Yb）N比值较高，Eu弱负异常；大洋岛弧构造背景特点为：源区为未切割的岩浆弧沉积物，稀土总量低，轻稀土元素呈现弱富集，Eu表现为正异常；被动大陆边缘、活动大陆边缘、克拉通盆地和地台的构造背景特点为：源区为克拉通内构造高地和隆起基底的沉积物，稀土总量和（La/Yb）N比值高，Eu表现为明显负异常。研究区怀头他拉组砂岩含有高的稀土总量，ΣREE为68.05~208.38 μg/g，平均为160.38 μg/g，接近于大陆弧；LREE/HREE平均值为8.08，（La/Yb）N平均值为8.25，明显的Eu负异常，δEu均值为0.62（表1），介于大陆弧和活动大陆边缘之间；Ce在大陆边缘附近负异常不明显或者不出现（δCe为0.84~0.93）或甚至出现正异常；而在洋中脊附近，负异常显著（δCe约为0.28）。本区沉积岩Ce负异常不明显（δCe为0.89），进一步证明沉积盆地属于大陆弧环境。这些特征明显反映了沉积岩样品源岩的构造背景以大陆弧背景为主。
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注：微量元素含量单位为μg/g；构造特征参数引自Bhatia（1983）；上地壳和PAAS数据引自Taylor and Mc Lennan（1985）。
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（3）前人（Bhatia and Crook，1986）通过对东澳大利亚已知物源区构造环境下古生代细粒碎屑岩的研究，认识到La、Th、Zr、Nb、Y、Sc和Co等元素与构造环境之间的对应关系，并提出微量元素图解可以明确区分活动大陆边缘和被动大陆边缘等环境下的砂岩。因此，本文利用La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10和Th-Co-Zr/10三变量图解（图7）对怀头他拉组沉积岩样品分析结果进行投点。图7显示，怀头他拉组沉积岩样品在La-Th-Sc图解中投点集中落在大陆弧内；在Th-Sc-Zr/10图解和Th-Co-Zr/10图解中，投点大多数落在大陆弧区，部分落在大陆弧边缘和主动大陆边缘夹角区域；在La-Th图解中，投点主要落在大陆岛弧区，并呈线性关系，仅个别落入其他构造背景。
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研究表明（Bhatia，1983），沉积盆地可能存在以下4种大地构造环境中：① 大洋岛弧—弧前或弧后盆地，靠近火山弧，发育在薄的大陆地壳或大洋背景上，表现出未切割弧性质，碎屑通常在海沟、弧前盆地和弧间盆地等地区形成浊流沉积序列，物源主要是钙碱性岩或拉斑玄武岩岩屑；② 大陆岛弧—弧间或后弧盆地，靠近火山弧，发育在厚的大陆地壳或薄的大陆地壳边缘上，主要为切割岩浆弧性质，碎屑通常在海沟、弧内盆地、弧前盆地以及弧后盆地等地区形成沉积序列，物源主要是长英质火山岩；③ 活动大陆边缘—安第斯型大陆边缘和走滑型沉积盆地，发育在（或者靠近）由古老的褶皱带岩石组成的厚的大陆地壳之上，物源主要是花岗片麻岩和抬升基底上的硅质火山岩；④ 被动大陆边缘—裂陷的大陆边缘，发育在大陆边缘的厚的地壳上，在大洋的残迹边缘上的沉积盆地，物源主要是再旋回沉积物，碎屑来源于地盾区或邻近的地台沉积序列，普遍具有较高的结构和成分成熟度，一般沉积在裂谷早期和陆内克拉通盆地等地区。前文分析表明，研究区怀头他拉组沉积物源区以上地壳长英质岩石为主，具备酸性岛弧源区特点（图6），区别于被动陆缘区沉积物具有较高结构和成分成熟度的特点。
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自泥盆纪开始，昆仑洋北部发育系列连贯的大陆岛弧带，晚古生代内东昆仑—柴达木地区整体处于弧后位置（Dong Yunpeng et al.，2018；Sun Jiaopeng et al.，2022）。早石炭世时期，由于南昆仑洋持续向北的俯冲作用（Jiao Deyang et al.，2020），在东昆仑—柴达木岛弧地体内产生了系列岛弧及陆缘弧构造组合，同时导致了弧后区宗务隆裂谷的形成（辛后田等，2006; 朱迎堂等，2009; 陈世悦等，2016）。综上所述，本文运用地球化学方法判定小赛什腾山怀头他拉组沉积物源区构造背景属于大陆岛弧，兼有主动大陆边缘构造背景特征，与前人研究结果一致，佐证了地球化学分析结果的可靠性。
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4.3 可能的物源区
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研究区小赛什腾山毗邻阿尔金山、宗务隆山等古老造山带和柴北缘加里东期高压—超高压构造带，为进一步明确其下石炭统潜在物源区，本文基于研究区周缘主要山系结晶锆石年龄（曾旭等 2019；Sun Jiaopeng et al.，2022）与怀头他拉组碎屑岩年龄谱系对比，尝试建立早石炭世物源体系。阿尔金山结晶岩主要峰值年龄为450 Ma，同时存在大量2800~2480 Ma年龄段的锆石，不同于怀头他拉组的锆石年龄谱；南祁连地区结晶岩主峰值为452 Ma，其余年龄分布在800~720 Ma、970~880 Ma、1900~1700 Ma、2500~2300 Ma等多个年龄区间，与研究区相差较大；由结晶岩年龄构成的柴北缘高压—超高压构造带物源区呈现单峰值，峰值为430 Ma，其他年龄极少，怀头他拉组的锆石年龄谱与柴北缘加里东期高压—超高压构造带的年龄谱最为相近。古地理研究表明（Sun Jiaopeng et al.，2022），早石炭世时期柴北缘高压—超高压构造带为岛状或链状的隆起高地，同期古水流数据显示物源供给方向由南向北。大量研究表明，早古生代形成的柴北缘高压—超高压构造带内发育多种类型的花岗岩，广泛分布在研究区东南方的赛什腾山、绿梁山、大柴旦、锡铁山、都兰野马滩等地（吴才来等，2004，2008；于胜尧等，2011；邵鹏程等，2018）。整体上，这些花岗岩可以划分为4期（郝国杰等，2004；Song Shuguang et al.，2014；张春宇等，2019）：① 早中奥陶世（473~465 Ma）；② 晚中奥陶世（446~440 Ma）；③ 晚志留世—早泥盆世（408~397 Ma）；④ 晚泥盆世（383~372 Ma）。
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图7 柴达木盆地小赛什腾山地区怀头他拉组沉积岩构造背景判别图（据Creaser et al.，1997）
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Fig.7 Tectonic setting discrimination plots of the sedimentary rocks from the Huaitoutala Formation in Xiaosaishiteng Mountain area, Qaidam basin (after Creaser et al., 1997)
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OIA—大洋岛弧；CIA—大陆弧；ACM—活动大陆边缘；PM—被动大陆边缘
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OIA—oceanic island arc; CIA—continental island arc; ACM—active continental margin; PM—passive continental margin
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怀头他拉组碎屑岩锆石年龄主要集中在480~402 Ma（91%）区间（图4b），古生代锆石年龄分布特征显示其可能与①~③期花岗质岩浆作用有关。样品中具有新元古代早期锆石1颗，年龄为900 Ma，与鱼卡（907±18 Ma）、锡铁山（907±18 Ma）等地区花岗片麻岩U-Pb年龄（Song Shuguang et al.，2014）相关，推测其为柴北缘高压—超高压变质带的原岩。样品中含有部分中元古代和古元古代锆石，数据量少且较为离散，阴极发光图像具有岩浆韵律环带特征，推测该年龄段内主要为岩浆成因锆石，并且后期遭受了一定程度的变质作用，应来自于柴达木地块基底或柴北缘高压—超高压构造带变质碎屑岩沉积物（Song Shuguang et al.，2006）。综合以上分析，本文认为柴北缘高压—超高压变质带为研究区怀头他拉组可能的物源区。
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5 结论
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（1）柴达木盆地小赛什腾山地区石炭系怀头他拉组沉积岩微量和稀土元素含量及配分方式与上地壳整体趋于一致，样品中Co、Sc、Ni、V等元素含量略低于上地壳丰度，表明中—酸性岩对其物源贡献较大。特征元素比值和判别图版投点主要落在长英质岩石源区内，这些特征清楚地反映了小赛什腾山石炭系怀头他拉组物源均来自上地壳，以长英质岩石为主。
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（2）微量和稀土元素含量及特征比值显示，怀头他拉组沉积岩样品与大陆弧环境砂岩更为接近，同时明显区别于被动大陆边缘的地球化学特点。在构造环境图解中，投影点主要落在大陆弧内，个别落在主动大陆边缘内，反映了物源区以大陆弧为主，兼有主动大陆边缘特征的构造背景。
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（3）怀头他拉组碎屑锆石U-Pb年龄可划分出3个年龄区间，480~402 Ma、1493~900 Ma和1908~1803 Ma。年龄谱呈早古生代单峰值特征，峰值年龄为414 Ma。综合古水流、碎屑锆石物源分析表明，小赛什腾山怀头他拉组物源主要来自于柴北缘高压—超高压变质带。
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附件：本文附件（附表1~3）详见http://www.geojournals.cn/dzxb/dzxb/article/abstract/202404092?st=article_issue
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参考文献
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Bhatia M R. 1983. Plate tectonics and geochemical composition of sandstones. The Journal of Geology, 91(6): 611~627.
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Bhatia M R, Taylor S R. 1981. Trace-element geochemistry and sedimentary provinces: A study from the Tasman Geosyncline, Australia. Chemical Geology, 33(1): 115~125.
-
Bhatia M R, Crook K A W. 1986. Trace element characteristics of graywackes and tectonic setting discrimination of sedimentary basins. Contributions to Mineralogy and Petrology, 92(2): 181~193.
-
Cai Pengjie, Xu Rongke, Zheng Youye, Chen Xin, Liu Jia, Yu Junzhen. 2018. From oceanic subduciton to continental collision in north Qaidam: Evidence from Kaipinggou orogenic M-type peridotite. Earth Science, 43(8): 2875~2892 (in Chinese with English abstract).
-
Chen Shiyue, Bi Mingwei, Sun Jiaopeng, Zhang Yue, Zhuang Yukai, Liu Jin, Wang Feng, Ma Shuai. 2016. Mixed sedimentary characteristics and controlling factors of Upper Paleozoic group in northern Qaidam basin. Geological Bulletin of China, 35(2/3): 282~292 (in Chinese with English abstract).
-
Corfu F, Hanchar J M, Hoskin P W O, Kinny P. 2003. Atlas of zircon textures. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 53(1): 469~500.
-
Creaser R A, Erdmer P, Stevens R A, Grant S L. 1997. Tectonic affinity of Nisutlin and Anvil assemblage strata from the Teslin tectonic zone, northern Canadian Cordillera: Constraints from neodymium isotope and geochemical evidence. Tectonics, 16(1): 107~121.
-
Cullers R L, Basu A, Suttner L J. 1988. Geochemical signature of provenance in sand-size material in soils and stream sediments near the Tobacco Root batholith, Montana, USA. Chemical Geology, 70(4): 335~348.
-
Dong Yunpeng, He Dengfeng, Sun Shengsi, Liu Xiaoming, Zhou Xiaohu, Zhang Feifei, Yang Zhao, Cheng Bin, Zhao Guochun, Li Jianhua. 2018. Subduction and accretionary tectonics of the East Kunlun orogen, western segment of the Central China Orogenic System. Earth-Science Reviews, 186: 231~261.
-
Du Houfa, Jiang Yongbiao, Hou Zengqian, Yan Zhaobin, Guo Fusheng, Guo Guolin. 2011. Geochemical characteristics of Paleogene sandstones in Nangqen basin and their implications for provenance and sedimentary environments. Acta Petrologica et Mineralogica, 30(4): 654~664 (in Chinese with English abstract).
-
Floyd P A, Leveridge B E. 1987. Tectonic environment of the Devonian Gramscatho basin, south Cornwall: Framework mode and geochemical evidence from turbiditic sandstones. Journal of the Geological Society, London, 144(4): 531~542.
-
Gao Wanli, Wang Zongxiu, Li Leilei, Cui Mingming, Qian Tao, Hu Junjie. 2019. Discovery of the Permian granite in Saishiteng Mountain of the northern Qaidam basin and its tectonic significance. Acta Geologica Sinica, 93(4): 816~829 (in Chinese with English abstract).
-
Guo Pei, Liu Chiyang, Wang Jianqiang, Li Changzhi. 2017. Considerations on the application of detrital-zircon geochronology to sedimentary provenance anlysis. Acta Sedimentologica Sinica, 35(1): 46~56 (in Chinese with English abstract).
-
Hao Guojie, Lu Songnian, Wang Huichu, Xin Houtian, Li Huaikun. 2004. The Pre-Devonian tectonic framework in the northern margin of Qaidam basin and geological evolution of Olongbuluck palaeo-block. Earth Science Frontiers, 11(3): 115~122 (in Chinese with English abstract).
-
Hoskin P W O, Schaltegger U. 2003. The composition of zircon and igneous and metamorphic petrogenesis. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 53(1): 27~62.
-
Jian Xing, Guan Ping, Zhang Wei, Feng Fan. 2013. Geochemistry of Mesozoic and Cenozoic sediments in the northern Qaidam basin, northeastern Tibetan Plateau: Implications for provenance and weathering. Chemical Geology, 360-361: 74~88.
-
Jiao Deyang, Liu Changfeng, Liu Wencan, Su He, He Junling, Zhao Zixian, Ye Baoying, Xu Xin. 2020. Petrogenesis and tectonic significance of the Late Devonian-Early Carboniferous Jianxiashan pluton in the western domain of the eastern Kunlun Orogen, northern Tibetan Plateau. Geological Journal, 55: 6198~6215.
-
Jiří Žák, Martin Svojtka, Jaroslava Hajná, Lukáš Ackerman. 2020. Detrital zircon geochronology and processes in accretionary wedges. Earth-Science Reviews, 207: 103214.
-
Li Guoxin, Zhang Yongshu, Chen Yan, Zhang Guoqing, Wang Bo, Zhou Fei, Wu Zhixiong, Zhang Changhao, Lei Tao. 2022. Progress, orientation and countermeasures of petroleum exploration in Qaidam basin. China Petroleum Exploration, 27(3): 1~19 (in Chinese with English abstract).
-
Li Shoujun, Zhang Hong. 2000. Characteristics and distribution of the Carboniferous strata in the Qaidam basin, China. Geological Science and Technology Information, 19(1): 1~10 (in Chinese with English abstract).
-
Li Zongxing, Peng Bo, Ma Yinsheng, Hu Junjie, Wei Xiaojie, Ma Licheng, Fang Xinxin, Yang Yuanyuan, Liu Kui. 2019. Progress of Carboniferous oil and gas survey in Qaidam basin. Geological Survey of China, 6(4): 79~87 (in Chinese with English abstract).
-
Liu Daming, Tan Hongqi, Zhu Zhimin, Yao Hongyou, Yu Liang. 2021. Tectonic setting and provenance of the Xikang Group in the Guining area, West Sichuan Province: Constraints from geochemistry of clastic sedimentary rocks. Geological Bulletin of China, 40(12): 2135~2148(in Chinese with English abstract).
-
Liu Kui, Li Zongxing, Shi Xiaobin, Wei Xiaojie, Ren Ziqiang, Yang Xiaoqiu, Peng Bo. 2020. Late Hercynian-Indosinian denudation and uplift history in the eastern Qaidam basin: Constraints from multiple thermometric indicators and sedimentary evidences. Chinese Journal of Geophysics, 63(4): 1403~1421 (in Chinese with English abstract).
-
Liu Yongsheng, Hu Zhaochu, Zong Keqing, Gao Changgui, Gao Shan, Xu Juan, Chen Haihong, 2010. Reappraisement and refinement of zircon U-Pb isotope and trace element analyses by LA-ICP-MS. Chinese Science Bulletin, 55(15): 1535~1546.
-
Ma Yinsheng, Yin Chengming, Liu Chenglin, Du Jianjun, Cheng Haiyan, Fan Taoyuan. 2012. The progress of Carboniferous oil and gas investigation and assessment in Qaidam basin. Acta Geoscientica Sinica, 33(2): 135~144 (in Chinese with English abstract).
-
Peng Bo, Zhang Hao, Yan Shenghao, Wang Shuai, Yang Yuanyuan, Shi Hui, Hu Junjie, Fang Xinxin. 2020. Logging characterization of Carboniferous fractured vuggy karst reservoirs in the eastern Qaidam basin. Journal of Geomechanics, 26(6): 923~931 (in Chinese with English abstract).
-
Qu Lihua, Liu Xifang, Li Jinsuo, Qi Lujing. 2015. Geochemical characteristics of sedimentary rocks from the Triassic Kanglu Formation, North Qiangtang basin (Tibet): Implications for provenance and tectonic setting. Geoscience, 29(4): 789~803 (in Chinese with English abstract).
-
Rudnick R L, Gao S. 2003. Composition of the continental crust. Treatise of Geochemistry, 3: 1~64.
-
Shao Pengcheng, Chen Shiyue, Sun Jiaopeng, Ma Shuai, Liu Jin, Wang Feng. 2018. SHRIMP zircon U-Pb dating and petro-geochemistry of Aolaoshan gabbro-diorite in the western north margin of Qaidam basin. Acta Geologica Sinica, 92(9): 1888~1903 (in Chinese with English abstract).
-
Shi Hui, Li Zongxing, Peng Bo, Sun Yuqi, Zhang Hao, Yang Yuanyuan, Hu Junjie, Fang Xinxin, Wei Xiaojie. 2023. The organic matter composition and hydrocarbon generation characteristics of the marine-continental transitional source rocks in the Upper Carboniferous Keluke Formation, Ounan depression, Qaidam basin. Acta Geologica Sinica, 97(1): 179~196 (in Chinese with English abstract).
-
Song Shuguang, Zhang Lifei, Niu Yaoling, Su Li, Song Biao, Liu Dunyi. 2006. Evolution from oceanic subduction to continental collision: A case study from the northern Tibetan Plateau based on geochemical and geochronological data. Journal of Petrology, 47: 435~455.
-
Song Shuguang, Niu Yaoling, Su Li, Zhang Cong, Zhang Lifei. 2014. Continental orogenesis from ocean subduction, continent collision/subduction, to orogen collapse, and orogen recycling: The example of the North Qaidam UHPM belt, NW China. Earth-Science Reviews, 129: 59~84.
-
Sun Jiaopeng, Chen Shiyue, Liu Chenglin, Ma Yinsheng, Yin Chengming, Peng Yuan, Shao Pengcheng, Ma Shuai, Liu Jin. 2016. Tectonic setting of northeastern Qaidam basin and its evolution during the Late Paleozoic: Evidence from geochemical characteristics of detrital rock. Earth Science Frontiers, 23(5): 45~55 (in Chinese with English abstract).
-
Sun Jiaopeng, Dong Yunpeng, Ma Licheng, Chen Shiyue, Jiang Wan. 2022. Devonian to Triassic tectonic evolution and basin transition in the East Kunlun-Qaidam area, northern Tibet plateau: Constraints from stratigraphy and detrital zircon U-Pb geochronology. GSA Bulletin, 134(7-8): 1967~1993.
-
Taylor S R, McLennan S M. 1985. The Continental Crust: Its Composition and Evolution. Oxford: Blackwell.
-
Wang Huichu, Lu Songnian, Mo Xuanxue, Li Huaikun, Xin Houtian. 2005. An Early Paleozoic collisional orogen on the northern margin of the Qaidam basin, northwestern China. Geological Bulletin of China, 24(7): 603~612 (in Chinese with English abstract).
-
Wang Qianru, Huang Haiping, He Chuan, Li Zongxing. 2021. Differential thermal evolution between oil and source rocks in the Carboniferous shale reservoir of the Qaidam basin, NW China. Energies, 14(21): 70~88.
-
Wang Sen, Zhang Shuanhong, Zhang Qiqi, Liang Xia, Kong Linghao, Hu Guohui, Wang Kai, Wang Hongyu, Cai Yuhang. 2022. In-situ zircon U-Pb dating method by LA-ICP-MS and discussions on the effect of different beam spot diameters on the dating results. Journal of Geomechanics, 28(4): 642~652 (in Chinese with English abstract).
-
Wei Xiaojie, Ma Yinsheng, Li Zongxing, Qi Kening, Guo Yingchun, Peng Bo, Hu Junjie, Liu Kui. 2018. High-frequency alterantions and driving mechanism of clastic-carbonate successions in the Upper Carboniferous, northern Qaidam basin. Journal of Palaeogeography, 20(3): 409~422 (in Chinese with English abstract).
-
Wu Cailai, Yang Jongsui, Xu Zhiqin, Wooden J L, Ireland T, Li Haibing, Shi Rendeng, Meng Fancong, Chen Songyong, Persing H, Meibom A. 2004. Granitic magmatism on the Early Paleozoic UHP belt of northern Qaidam, NW China. Acta Geologica Sinica, 78(5): 658~674 (in Chinese with English abstract).
-
Wu Cailai, Gao Yuanhong, Wu Suoping, Chen Qilong, Wooden J L, Mazadab F, Mattinson C. 2008. SHRIMP U-Pb dating of grannites in western of North Qaidam and its geochemical characterisitics. Science in China (Series D), 38(8): 930~949 (in Chinese with English abstract).
-
Xu Xuming, Liu Guang, Liang Guoqing. 2017. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating and geochemical characteristics of the volcanic rocks in the area of Saishiteng Mountain. Xinjiang Geology, 35(3): 250~254 (in Chinese with English abstract).
-
Yang Chao, Chen Qinghua, Wwang Guanmin, Pang Xiaojun, Ma Tingting. 2010. Sedimentary and tectonic evolution of Qaidam areas in Late Paleozoic. Journal of China University of Petroleum, 34(5): 38~43, 49 (in Chinese with English abstract).
-
Yang Ping, Hu Yong. 2006. Paleoecology and sedimentary environment of Carboniferous in Qaidam basin. Xinjiang Petroleum Geology, 27(3): 280~284 (in Chinese with English abstract).
-
Yao Jiming, Yu Bingsong, Chen Jianqiang, Li Shanying. 2009. The geochemical characteristics of the Upper Jurassic to Cretaceous sedimentary rocks in north margin of the mid-Yangtze and tectonic setting discrimination. Geochimica, 38(3): 231~241 (in Chinese with English abstract).
-
Yu Shengyao, Zhang Jianxin, Hou Kejun. 2011. Two constrasting magmatic events in the Dulan UHP metamorphic terrane: Implication for collisional orogeny. Acta Petrologica Sinica, 27(11): 3335~3349 (in Chinese with English abstract).
-
Zeng Xu, Lin Tong, Wang Wei, Yan Zhandong, Hao Cuiguo, Bian Yingying, Wang Jun. 2019. Detrital zircon dating of LA-ICP-MS in the Upper Jurassic and indicative significance of the Qaidam basin. Natural Gas Geoscience, 30(5): 662~672 (in Chinese with English abstract).
-
Zhang Chunyu, Zhao Yue, Liu Jin, Dai Kun, Zheng Ce. 2019. Provenance analysis of the Maoniushan Formation in the North Qaidam basin and its tectonic significance. Acta Geologica Sinica, 93(3): 712~723 (in Chinese with English abstract).
-
Zhu Yingtang, Tian Jingchun, Bai Shenghai, Yu Cunlian, Zhang Xiang, Xiao Ling, Cao Tongsheng. 2009. Lithofacies palaeogeography of the Carboniferous-Triassic in Qinghai Province. Journal of Paleogeography, 11(4): 384~392 (in Chinese with English abstract).
-
蔡鹏捷, 许荣科, 郑有业, 陈鑫, 刘嘉, 俞军真. 2018. 柴北缘从大洋俯冲到陆陆碰撞： 来自开屏沟造山带M型橄榄岩的证据. 地球科学, 43（8）: 2875~2892.
-
陈德潜, 陈刚. 1990. 实用稀土元素地球化学. 北京: 冶金工业出版社， 226.
-
陈世悦, 毕明威, 孙娇鹏, 张跃, 庄毓凯, 刘金, 汪峰, 马帅. 2016. 柴北缘上古生界混合沉积特征及控制因素. 地质通报, 35(Z1): 282~292.
-
杜后发, 姜勇彪, 侯增谦, 严兆彬, 郭福生, 郭国林. 2011. 囊谦古近纪盆地砂岩地球化学特征及其对物源和沉积环境的指示作用. 岩石矿物学杂志, 30(4): 654~664.
-
高万里, 王宗秀, 李磊磊, 崔明明, 钱涛, 胡俊杰. 2019. 柴达木盆地北缘小赛什腾山二叠纪花岗岩的发现及其构造意义. 地质学报, 93(4): 816~829.
-
郭佩, 刘池洋, 王建强, 李长志. 2017. 碎屑锆石年代学在沉积物源研究中的应用及存在问题. 沉积学报, 35(1): 46~56.
-
郝国杰, 陆松年, 王惠初, 辛后田, 李怀坤. 2004. 柴达木盆地北缘前泥盆纪构造格架及欧龙布鲁克古陆块地质演化. 地学前缘, 11(3): 115~122.
-
李国欣, 张永庶, 陈琰, 张国卿, 王波， 周飞， 吴志雄， 张长好， 雷涛. 2022. 柴达木盆地油气勘探进展、方向与对策. 中国石油勘探, 27(3): 1~19.
-
李守军, 张洪. 柴达木盆地石炭系地层特征与分布. 2000. 地质科技情报, 19(1): 1~10.
-
李宗星, 彭博, 马寅生, 胡俊杰, 魏小洁, 马立成, 方欣欣, 杨元元, 刘奎. 2019. 柴达木盆地石炭系油气调查最新进展. 中国地质调查, 6(4): 79~87.
-
刘大明, 谭洪旗, 朱志敏, 姚虹佑, 余亮. 2021. 川西归宁地区西康群物源和构造背景： 来自碎屑岩地球化学的约束. 地质通报, 40(12): 2135~2148.
-
刘奎, 李宗星, 施小斌, 魏小洁, 任自强, 杨小秋, 彭博. 2020. 柴达木盆地东部晚海西-印支期剥蚀量与隆升历史——多种古温标与沉积学证据的制约. 地球物理学报, 63(4): 1403~1421.
-
马寅生, 尹成明, 刘成林, 杜建军, 程海燕, 范桃园. 2012. 柴达木盆地石炭系油气资源调查评价进展. 地球学报, 33(2): 135~144.
-
彭博, 张浩, 杨晟颢, 王帅, 杨元元, 施辉, 胡俊杰, 方欣欣. 2020. 柴达木盆地东部石炭系古岩溶缝洞单元测井响应. 地质力学学报, 26(6): 923~931.
-
青海省地质矿产局. 1991. 青海省区域地质志. 北京: 地质出版社.
-
屈李华, 刘喜方, 李金锁, 齐路晶. 2015. 北羌塘三叠系康鲁组沉积岩地球化学特征及其物源区和构造背景分析. 现代地质, 29(4): 789~803.
-
邵鹏程, 陈世悦, 孙娇鹏, 马帅, 刘金, 汪峰. 2018. 柴达木盆地北缘西段嗷唠山辉长闪长岩锆石SHRIMP U-Pb定年及岩石地球化学特征. 地质学报, 92(9): 1888~1903.
-
施辉, 李宗星, 彭博, 孙玉琦, 张浩, 杨元元, 胡俊杰, 方欣欣, 魏小洁. 2023. 柴达木盆地欧南凹陷上石炭统克鲁克组海陆过渡型烃源岩有机质组成及生烃特征. 地质学报, 97(1): 179~196.
-
孙娇鹏, 陈世悦, 刘成林, 马寅生, 尹成明, 彭渊, 邵鹏程, 马帅, 刘金. 2016. 柴达木盆地东北部晚古生代盆地构造环境: 来自碎屑岩地球化学的证据. 地学前缘, 23(5): 45~55.
-
王惠初, 陆松年, 莫宣学, 李怀坤, 辛后田. 2005. 柴达木盆地北缘早古生代碰撞造山系统. 地质通报, 24(7): 603~612.
-
王森, 张拴宏, 张琪琪, 梁霞, 孔令昊, 胡国辉, 王开, 王宏宇, 蔡瑜杭. 2022. LA-ICP-MS 锆石微区 U-Pb 定年方法及不同束斑直径对年龄结果的影响作用探讨. 地质力学学报, 28(4): 642~652.
-
魏小洁, 马寅生, 李宗星, 祁柯宁, 郭迎春, 彭博, 胡俊杰, 刘奎. 2018. 柴达木盆地北缘上石炭统碎屑岩—碳酸盐岩高频转换过程及驱动机制. 古地理学报, 20(3): 409~422.
-
吴才来, 郜源红, 吴锁平, 陈其龙, Wooden J L, Mazadab F K, Mattinson C. 2008. 柴北缘西段花岗岩锆石SHRIMP U-Pb定年及其岩石地球化学特征. 中国科学： D辑, 38(8): 930~949.
-
吴才来, 杨经绥, 许志琴, Wooden J L, Ireland T, 李海兵, 史仁灯, 孟繁聪, 陈松永, Persing H, Meibom A. 2004. 柴达木盆地北缘古生代超高压带中花岗质岩浆作用. 地质学报, 78(5): 658~674.
-
辛后田, 王惠初, 周世军. 2006. 柴北缘的大地构造演化及其地质事件群. 地质调查与研究, 29(4): 311~320.
-
徐旭明, 刘广, 梁国庆. 2017. 赛什腾山一带火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其地球化学特征. 新疆地质, 35(3): 250~254.
-
杨超, 陈清华, 王冠民, 庞小军, 马婷婷. 2010. 柴达木地区晚古生代沉积构造演化. 中国石油大学学报(自然科学版), 34(5): 38~43, 49.
-
杨平, 胡勇. 2006. 柴达木盆地石炭纪古生态与沉积环境. 新疆石油地质, 27(3): 280~284.
-
姚纪明, 于炳松, 陈建强, 李善营. 2009. 中扬子北缘上侏罗统—白垩系沉积岩地球化学特征与构造背景分析. 地球化学, 38(3): 231~241.
-
于胜尧, 张建新, 侯可军. 2011. 柴北缘都兰UHP地体中两期不同性质的岩浆活动： 对碰撞造山作用的启示. 岩石学报, 27(11): 3335~3349.
-
曾旭, 林潼, 王薇, 闫占东, 郝翠果, 边滢滢, 王军. 2019. 柴达木盆地上侏罗统碎屑锆石LA-ICP-MS定年及指示意义. 天然气地球科学, 30(5): 662~672.
-
张春宇, 赵越, 刘金, 代昆, 郑策. 2019. 柴达木盆地北缘牦牛山组物源分析及其构造意义. 地质学报, 93(3): 712~723.
-
朱迎堂, 田景春, 白生海, 余存莲, 张翔, 肖玲, 曹桐生. 2009. 青海省石炭纪—三叠纪岩相古地理. 古地理学报, 11(4): 384~392.
-
摘要
为查明柴达木盆地北缘西段早石炭世沉积物来源和构造背景，本次研究采集小赛什腾山怀头他拉组沉积岩进行碎屑岩锆石U-Pb年代学和全岩微量元素地球化学分析。研究表明：测试样品微量元素蛛网图呈平坦型，富Th、U、Hf，贫Co、Sc、Ni、V元素；砂岩轻重稀土元素分馏明显，属轻稀土富集型，具有中等负Eu异常；Cr/Zr、Sm/Nd、Th/Sc及Th/U等微量元素比值和判别图版显示研究区怀头他拉组为上地壳长英质物源区。沉积岩微量元素、稀土元素含量及特征比值显示，研究区样品与大陆弧环境砂岩具有极为相似的地球化学特征，相关构造环境投图同样表明怀头他拉组沉积环境以大陆弧为主，兼有主动大陆边缘特征。怀头他拉组碎屑锆石U-Pb年龄可划分出3个年龄区间，480~402 Ma，1493~900 Ma和1908~1803 Ma。年龄谱呈早古生代单峰值特征，峰值年龄为414 Ma，反映物源区与柴北缘加里东期构造带内早古生代晚期的岩浆作用关系密切。结合前人区域上古地理、古水流证据，综合分析认为小赛什腾山下石炭统怀头他拉组物源主要来自于柴北缘高压—超高压变质带。
Abstract
In this study,we aimed to determine the material source and tectonic background of the Early Carboniferous strata in the west section of the northern Qaidam basin. To achieve this, we collected clastic rocks from the Huaitoutala Formation in the Xiaosaishiteng Mountain area for geochemical and zircon U-Pb geochronological analysis. The results of our analysis showed that the UCC-normalized trace element spider diagram of the clastic sedimentary rocks exhibited a flat shape. Additionally, we observed enrichment of Th, U, and Hf while Co, Sc, Ni, and V showed depletion. The rare earth elements of the sandstones displayed an obvious fractionation of light and heavy REEs, with a notable enrichment of light REEs with a medium-negative Eu anomaly. Furthermore, the ratios of Cr/Zr, Sm/Nd, Th/Sc, and Th/U, as well as discrimination diagrams, indicated that most of the sediments were derived from the upper crust source area, with felsic-intermediate rocks as dominant contributors. Multiple geochemical parameters revealed that the geochemical characteristics of these samples closely resemble those of continental arc sandstone. The interrelated tectonic environment discrimination also verified that the Huaitoutala Formation was developed in a continental arc and active continental margin tectonic settings. The U-Pb ages of the detrital zircons in the Huaitoutala Formation revealed three distinct populations: 480~402 Ma, 1493~900 Ma, and 1908~1803 Ma. These populations collectively yielded a single peak at 414 Ma in the histogram, indicating significant tectonomagmatism episodes during the late Early Paleozoic in the north Qaidam Caledonian Orogenic Belt. Based on previous paleogeographical and paleocurrent evidence, we can infer that the provenance of the Early Carboniferous Huaitoutala Formation is derived from the north Qaidam Caledonian Orogenic Belt.
关键词
小赛什腾山 ； 怀头他拉组 ； 地球化学特征 ； 碎屑锆石U-Pb年代学 ； 构造背景
