焦作地区太原组的物源区和沉积环境研究

作     者：宋世豪 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹高社

授予年度：2018年

学科分类：0709[理学-地质学] 081803[工学-地质工程] 07[理学] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：太原组 物源区 沉积环境 焦作地区 

摘      要：本文以焦作地区出露的太原组为研究对象,以沉积学、矿物学、古生物地层学、锆石年代学等基础地质理论为指导,参考国内外灰岩和碎屑岩的最新的研究成果,通过对焦作地区出露的太原组的灰岩、碎屑岩和硅质岩进行野外露头观察、垂向上的系统采样,进行化石鉴定、光学显微镜下薄片观察、锆石U-Pb测年和锆石Hf同位素等地质学方法的测试,并开展对该地区太原组沉积特征、沉积序列、沉积环境和物源区等方面的研究。本文运用LA-ICP-MS碎屑锆石U-Pb年龄测定和原位Hf同位素测试分析,结合原岩恢复和碎屑搬运方式,判断物源区及其性质和沉积环境。结果表明,焦作地区太原组总体的碎屑锆石主要由峰值为95Ma的海西期岩浆锆石(28059Ma)、峰值为46Ma加里东期岩浆锆石(37723Ma)和前寒武纪岩浆锆石或岩浆锆石的变质增生锆石(546373Ma)所组成。海西期的锆石和加里东期的锆石晶棱明显,震荡环带清晰,未经受明显的磨蚀,显示出离物源区较近的特征;而前寒武纪锆石多浑圆状,除极少数锆石有清晰的震荡环带,大多数锆石的震荡环带都较模糊或没有震荡环带。焦作地区太原组海西期锆石的Hf/Hf值为0.282203.282935,平均值为0.282379,ε(t)为-13.31.6,平均值为-7.5,T年龄为562354Ma;加里东期锆石的Hf/Hf值为0.282131.282932,平均值为0.282471,ε(t)为-12.74.5,平均值为-1.1,T为480444Ma;前寒武纪锆石的Hf/Hf值为0.281064.282457,平均值为0.281781,ε(t)为-15.90.7,平均值为-1.2,T年龄为1199843Ma。太原组的底部第一和第二旋回的灰岩均含有加里东期和海西期的锆石,而第一旋回的夹层泥灰岩和第二旋回的层状硅质岩仅含有加里东期的锆石;第五旋回和第六旋回的灰岩和碎屑岩则均转变为以海西期锆石为主,仅含有少量的加里东期锆石,说明随着构造运动和海侵作用的进行,秦岭造山带逐渐降低,对南华北盆地提供的沉积物比例逐渐减少。锆石的携带方式应为成熟度较低的岩浆岩碎屑,是由快速海侵造成的较强水动力搬运并快速沉积的,海侵作用主要来自于华北板块的东部。太原组中的灰岩层是由强水动力将位于盆地东部的生物礁上的造礁生物、附礁生物和包含有海西期碎屑锆石(峰值为95Ma)的岩浆岩碎屑搬运至盆地内部以杂乱、破碎的方式沉积于陆表海的潮坪上,并对下部岩层造成冲刷,而沉积的;灰岩中的加里东期岩浆锆石(峰值为46Ma)和前寒武纪锆石主要来源于华北板块南部北秦岭造山带加里东期中-酸性花岗质侵入岩和被侵入的该区的主要变质地层——宽坪群、二郎坪群和秦岭群,是由到达北秦岭造山带山前地区的强海侵作用的海水回流作用快速搬运至研究区内。太原组灰岩中的碎屑岩夹层主要是由海水的回流作用带来的秦岭造山带的岩浆岩碎屑和前寒武纪变质岩碎屑沉积形成的,也含有少量悬浮在水中的来自于盆地东部的海西期岩浆岩碎屑。太原组灰岩中生物碎屑有明显的粒序层理和波状层理,结合锆石是由强烈海侵引起的强水动力带来的,相互印证了太原组沉积时期的水动力很强。太原组灰岩即为在一次次强烈海侵作用下沉积的,每一层灰岩代表着一次强烈的海侵过程;而灰岩都是由下部的厚层状过渡到层状,说明每次灰岩沉积,海侵强度会逐渐减弱;而整个太原组从下到上,灰岩中的薄灰岩层数越来越多,碎屑岩夹层越来越厚,说明太原组沉积时期的整体水动力条件是越来越弱的,也就是造成太原组沉积的海侵作用强度越来越弱。