滇西兰坪盆地始新统果郎组沉积地球化学特征及其地质意义

王琳; 罗伟; 朱志军; 张治波; 杨羿琳; 郭淑贤; 邹子航

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2507522

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (27) :11580-11596 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2507522

天文学、地球科学

滇西兰坪盆地始新统果郎组沉积地球化学特征及其地质意义

王琳 ¹ ,
罗伟 ² ,
朱志军 ¹^,^* ,
张治波 ³ ,
杨羿琳 ¹ ,
郭淑贤 ¹ ,
邹子航 ¹

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Sedimentary Geochemical Characteristics and Geological Implications of the Eocene Guolang Formation in Lanping Basin, Western Yunnan

WANG Lin ¹ ,
LUO Wei ² ,
ZHU Zhi-jun ¹^,^* ,
ZHANG Zhi-bo ³ ,
YANG Yi-lin ¹ ,
GUO Shu-xian ¹ ,
ZOU Zi-hang ¹

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摘要

兰坪盆地作为“三江”成矿带的重要组成部分,盆地内许多矿床赋矿围岩都与始新统有关。为了明确盆地内始新统与矿床赋矿围岩的关联,进而为区域成矿研究及沉积演化分析提供基础支撑,以兰坪盆地始新统果郎组为研究对象,通过沉积学、矿物学、沉积地球化学等方法,研究了果郎组沉积物粒度特征、物源性质、构造背景及其沉积环境。结果显示:微量元素蛛网图中Sc、V、Cr、Co、Ni、Th、U、Rb、Sr、Cs、Ba均在不同样品中体现出富集和亏损的变化;稀土元素配分图有明显的“左陡右缓”的趋势;Sr/Ba、V/Ni和V/(V+Ni)指示了含盐度低的干旱氧化环境;Zr-Th、La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10判别图解反映其大陆岛弧的构造背景;La/Yb-REE、La/Th-Hf图解说明其源岩性质为沉积岩,源区主要来自长英质源区,其次为长英质/基性岩物源混合区;概率累积曲线为“一跳一悬夹过渡”式,悬浮占主导地位;SK-σ1散点图以及C-M图解均证明了其为河湖相牵引流和低能重力流主导的沉积;由此可见,揭示兰坪盆地始新统果郎组沉积演化特征,明确其与区域矿床赋矿围岩的内在关联,能够为后续相关地层的深入探究和矿产资源勘探提供依据。

Abstract

As an important part of the “Sanjiang” metallogenic belt, the Lanping Basin contains numerous ore deposits whose host rocks are associated with the Eocene Series. In order to clarify the relationship between the Eocene and ore-bearing wall rocks in the basin, and to further provide basic support for regional metallogenic research and sedimentary evolution analysis, the Guolang Formation of the Eocene in Lanping Basin was taken as the research object, the sedimentology, mineralogy, and sedimentary geochemistry were adopted to investigate grain size characteristics, provenance properties, tectonic setting, and sedimentary environment.The results show that: trace element spider diagrams indicate that elements such as Sc, V, Cr, Co, Ni, Th, U, Rb, Sr, Cs, and Ba exhibit variations in enrichment and depletion across different samples; rare earth element (REE) distribution patterns display an obvious “steep left and gentle right” trend; ratios of Sr/Ba, V/Ni, and V/(V+Ni) suggest an arid, oxidizing environment with low salinity; discriminant diagrams including Zr-Th, La-Th-Sc, and Th-Sc-Zr/10 reflect a continental island arc tectonic setting; La/Yb-REE and La/Th-Hf diagrams illustrate that the source rocks are sedimentary rocks, with provenance mainly derived from felsic source areas, followed by mixed source areas of felsic/basic rocks; probability cumulative curves show a “one jump, one suspension with transition”pattern, dominated by suspension; both SK-σ1 scatter plot and C-M diagram confirm that the sedimentation is dominated by fluvio-lacustrine traction current and low-energy gravity flow. It can be seen that the revelation of the sedimentary evolution characteristics of the Eocene Guolang Formation in the Lanping Basin and the clarification of its internal relationship with regional ore-bearing wall rocks can provide a reference for the in-depth exploration and mineral resources prospecting in the future.

Graphical abstract

关键词

兰坪盆地 / 果郎组 / 地球化学特征 / 沉积地质意义

Key words

Lanping Basin / Guolang Formation / geochemical characteristics / sedimentary geological significance

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王琳, 罗伟, 朱志军, 张治波, 杨羿琳, 郭淑贤, 邹子航. 滇西兰坪盆地始新统果郎组沉积地球化学特征及其地质意义[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(27): 11580-11596 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2507522

WANG Lin, LUO Wei, ZHU Zhi-jun, ZHANG Zhi-bo, YANG Yi-lin, GUO Shu-xian, ZOU Zi-hang. Sedimentary Geochemical Characteristics and Geological Implications of the Eocene Guolang Formation in Lanping Basin, Western Yunnan[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(27): 11580-11596 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2507522

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兰坪盆地发育于滇西古特提斯多岛洋构造格局之上,其形成与特提斯—三江造山带的构造演化紧密相关,是三江成矿带的重要组成部分^[1-2]。古近系始新统在该盆地的沉积充填过程中处于关键时段,对其开展深入研究,有助于解析盆地该时期的构造演化、古气候变迁以及物质来源等关键信息。前人针对兰坪盆地已经取得了一系列研究成果:王安建等^[3]在开展三江特提斯复合造山带研究时,明确了兰坪盆地在区域构造演化中的关键地位;张琪等^[4]通过探讨区域岩浆活动与构造的关系,揭示了兰坪盆地的形成与特提斯构造域复杂动力学过程的内在关联;朱志军等^[5]通过野外露头观测与室内测试分析,梳理了区内古近系的沉积环境、层序特征等内容,提出研究区古近系主要发育冲积扇、河流、三角洲和湖泊沉积环境,整体沉积建造对应一个完整的盆地演化旋回。然而,针对始新统果郎组粒度特征与地球化学特征的精细研究仍有待加强。在地球化学特征研究方向,虽已有部分学者对兰坪盆地古近系细碎屑岩开展稀土元素及微量元素分析,但针对始新统果郎组这一特定地层的系统性研究较少,且在地球化学特征与沉积环境的耦合关系研究领域仍存在一定空白。另一方面,沉积物粒度特征可以在一定程度上反映沉积过程的动力学信息^[6],其粒度特征与相关参数可为划分沉积环境、揭示碎屑物质运移方式、限定沉积岩形成时的水动力条件提供重要理论依据^[7],但这类研究在兰坪盆地始新统果郎组沉积岩研究中尚未得到充分重视,也缺乏系统分析。因此,以兰坪盆地始新统沉积岩为研究对象,通过分析样品的粒度特征和地球化学特征,判识其物源性质与大地构造背景,识别该时期盆地的沉积环境,最终为揭示陆内造山带-盆地系统的演化机制提供重要依据。

1 研究区概况

兰坪盆地地处欧亚板块、印度板块和特提斯三大构造域的交汇部位,属于特提斯-三江构造带^[8-9],大地构造上是环特提斯构造域的重要组成部分^[10]。如图1所示,其东邻金沙江—哀牢山断裂带,西接澜沧江断裂带,中部还有兰坪—思茅中轴断裂^[11-12]。该盆地在地质演化历史中经历了复杂的构造运动与沉积过程,众多学者对其构造演化进行了深入研究,牟传龙等^[13]指出兰坪中新生代沉积盆地具有独特的演化过程。

兰坪盆地是中新生代盆地,其新生代沉积特征明显,与构造演化密切相关,古近系底部沉积与下伏白垩系呈不整合接触,总体为红色膏岩碎屑岩和膏岩建造^[14-15]。古近系较为发育,由老到新分别为云龙组(E₁y)、果郎组(E₂g)、宝相寺组(E₂b)以及金丝厂组(E₃j)^[16]。其中,云龙组为干旱气候下湖水蒸发、浓缩形成的盐湖沉积,作为主要的含盐层位,与下伏白垩系虎头寺组呈假整合接触。果郎组与下伏云龙组呈整合接触,与上覆宝相寺组呈不整合接触。主要岩性为紫红色细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩等。果郎组沉积时期,盆地整体上呈现出西陡东缓、西深东浅的构造格局,由下至上碎屑物粒度逐渐变粗,反映出水体逐渐变浅,湖盆逐渐萎缩的趋势。果郎组紫红色细碎屑岩(泥岩、粉砂岩)是盆地内砂岩型铜矿(如高山阱铜矿)的“矿源层”——前人研究发现该地层中铜元素丰度较高,且后期构造活动(如断裂、褶皱)可促使矿质活化迁移而聚集成矿^[17-19]。宝相寺组为粗碎屑沉积,普遍发育冲刷充填和斜层理构造,主要为一套弱还原环境下的河湖相沉积^[20]。金丝厂组为一套红色巨砾岩夹砂泥岩,以剑川马平关出露最好,与下伏地层宝相寺组呈不整合接触。复杂的地质条件使得兰坪盆地矿产资源丰富,位于滇西兰坪盆地的金顶Pb-Zn超大型矿床,就是中新代沉积岩容矿的Pb-Zn-Cu-Ag贱金属矿床中的一种^[21-23]。

2 样品采集及分析

2.1 实测剖面及采样

兰坪盆地中新生代地层整体出露情况良好,自侏罗纪开始沉积了大量的红色碎屑岩夹石膏层,在古近系地层中三角洲相对较发育^[5,21]。实测三条剖面位于兰坪盆地的北部、中部和南部,分别是河西剖面、啦井剖面以及云龙县西沘江沿岸剖面(图1)。本次研究共采集果郎组样品28件,其中,河西剖面样品10件,啦井剖面样品8件,云龙县剖面样品10件。选取样品中最新鲜的部分磨制成岩石薄片并进行镜下矿物成分和粒度的分析,绘制剖面样品岩性及分布柱状图(图2),发现果郎组样品主要为紫红色的细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩以及泥岩等,发育小型交错层理、楔状层理、波状层理、水平层理等多种沉积构造,宏观上有明显的砂泥岩互层特征,层面发育波痕、泥裂等层面构造。

2.2 实验及粒度计算方法

粒度分析方法包括直接测量法、筛析法、沉降法(动态和静态)、显微镜法、图像法、场干扰法(光学法和电学法)等^[24-26]。通过粒度参数的计算与提取可以反映沉积环境信息^[27]。首先计算出样品的Φ值(粒度标准换算参数),再通过福克和沃德的计算公式算出其他相关粒度参数,如C值(累积百分含量1%对应的颗粒直径)、M值(累积百分含量50%对应的颗粒直径)、平均粒径M_z、标准偏差σ₁、偏度SK以及峰度KG等。采用常见测量粒径的图像法,实验仪器为Nikon,型号:Lv100NP,实验由东华理工大学测试完成。对样品进行镜下粒度分析时,要保证每件样品测量的颗粒数量不少于300个,并将所测粒径D至少保留到小数点后五位,以确保数据的精确性。参照表1粒度参数分级标准,结合镜下实测数据计算后得到各粒度参数(表2),并对计算结果开展分级对比分析。

2.3 镜下粒度特征

利用图像法测量粒径的同时,可以更清楚地观察岩石矿物的特征^[28-32]。在三个剖面中各取一个样品进行单偏光、正交偏光镜下图像分析,结果如图3所示。发现研究区多发育细砂、粉砂岩,其次发育少量泥质粉砂岩和泥岩。分选性中等至较好,磨圆度为次棱角状至次圆状。河西剖面样品中石英含量较多,大于75%,长石含量较少,颗粒支撑,含有少量杂基,局部发育基底式胶结[图3(b)、图3(e)];啦井剖面样品长石石英砂岩较发育,石英含量约60%,长石相对发育,沉积物颗粒较大,多为颗粒支撑,杂基含量较少,还包含少量钙质结核[图3(a)、图3(d)];云龙县剖面样品多为长石石英砂岩,颗粒较细,杂基含量相对较少,由颗粒间相互支撑[图3(c)、图3(f)]。果郞组碎屑颗粒分选、磨圆中等,杂基含量少,这进一步反映了水动力条件具有筛选作用,将沉积物淘洗并搬运,使得粒径相近的沉积物沉积下来,成分成熟度较高,物源距离适中。

表1所示结果显示,研究区剖面的样品平均粒径M_z为3.949Φ(1.867Φ~5.931Φ),主要为细砂岩和粉砂岩;标准偏差σ₁为0.636Φ(0.495Φ~0.820Φ),显示出分选较好;偏度SK值范围介于0.078 Φ(-0.067Φ~0.180Φ),大部分样品为近对称正态状态,揭示出沉积环境为中低能环境,分选较好。峰度KG值为0.991Φ(0.725Φ~1.206Φ),多为中等峰度。

为了更好地利用测得数据,需将其编绘成能够为沉积环境分析提供依据的直方图、频率曲线图、累积曲线和概率累积曲线等图件。如图4所示为3个剖面样品的粒度资料图解,可以看出河西剖面[图4(a)、图4(d)]粒度多集中在3Φ~4Φ,主要为细砂和粉砂,频率曲线显示其为单峰正态曲线,累积曲线相对较陡,概率累积曲线显示跳跃、悬浮次总体。啦井剖面样品[图4(b)、图4(e)]主要分布2Φ~4Φ,粒径相对较粗,频率曲线显示单峰正态,累积曲线较陡,概率累积曲线显示跳跃、悬浮两个次总体。云龙县剖面[图4(c)、图4(f)]主要集中在3Φ~4Φ,其次为4Φ~5Φ,如图4(c)所示频率曲线显示其单峰正态且近对称,整体分选相对较好,累积曲线较为陡峭,概率累积曲线说明其沉积物多为悬浮方式搬运,其次为跳跃式搬运。综合分析表明,研究区果郎组主要发育细砂岩和粉砂岩,分选性较好,是水体能量较为稳定的沉积环境,且沉积物经受一定距离的搬运和多次分选,符合湖泊三角洲沉积环境的特征。

3 结果

兰坪盆地果郎组以紫红色细砂岩、粉砂岩夹有少量灰绿色泥岩为主,宏观上具有明显的砂泥岩互层特征。砂岩中多发育小型交错层理[图5(a)]、波状层理[图5(b)]、平行层理[图5(c)]等层理构造,层面还发育波痕[图5(d)]、泥裂[图5(e)]和虫管(生物遗迹)[图5(f)]等层面构造。

波痕由水流或波浪等作用在沉积物表面形成的波状构造,是识别滨浅湖以及三角洲等沉积环境的重要标志之一。泥岩表面存在的泥裂现象是由于沉积物暴露水面后,经暴晒或干旱气候的影响失水收缩形成的多边形裂缝,指示了间歇性暴露的沉积环境。虫管化石常见于河口、湖泊、三角洲等水生环境,因浅水地带的光照充足、氧气含量高以及营养物质丰富等良好条件,管造生物多在此生存,果郎组发现的虫管化石也证明了这一点。综上,兰坪盆地始新统果郎组为周期性暴露和水动力波动但整体相对稳定的湖泊三角洲沉积环境。

4 地球化学特征

4.1 样品测试与分析

碎屑岩的地球化学特征可以反映沉积物更细致的地质信息,进而有效地推断其沉积环境。前人应用碎屑岩地球化学方法来判别沉积物源岩性质,以及源岩形成时的构造背景^[33]。本次共测试了果郎组26件样品的地球化学元素相关值,由核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。主量元素在飞利浦PW2 404X射线荧光光谱仪上完成,依据GB/T 14506.28—2010中硅酸盐岩石化学分析X射线荧光光谱法测定主、次元素含量,相对偏差<5%。稀土、微量元素含量在Finnigan MAT制造,HR-ICP-MS(ElementⅠ)仪器上完成,测试方法和依据为DZ/T0 223—2011中电感耦合等离子体质谱(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)方法通则,微量元素含量大于10 μg/g时,相对偏差<5%,反之,相对偏差<10%。测定稀土元素时相对偏差<2%。

4.2 主量元素特征

沉积岩中常量元素的含量与组成岩石的主要矿物成分有关,在沉积岩中丰度最高的元素为Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg,它们以硅酸盐,铝硅酸盐,碳酸盐矿物形式存在^[34]。常用微量元素Sr、Ba、V、Ni、Co的质量分数及其相关比值的大小与变化来研究古沉积环境特征^[5]。研究区样品常量元素含量分析如表3所示^[35],其中SiO₂作为碎屑矿物的主要成分,在河西剖面的含量介于45.40%~77.76%,平均值为55.74%;啦井剖面SiO₂含量为76.13%(66.85%~89.44%);云龙县剖面SiO₂含量为71.69%(44.45%~71.69%),多在55%~75%。河西剖面Al₂O₃含量均值为8.04%(3.61%~11.39%);啦井剖面Al₂O₃含量为6.18%(4.50%~9.95%);云龙县剖面Al₂O₃含量在8.21%(4.60%~12.57%),Al₂O₃含量相对SiO₂含量较少。SiO₂/Al₂O₃可以反映沉积物粒度且与水动力的强弱呈正相关性,三组样品的SiO₂/Al₂O₃均值分别为7.97%、8.09%、13.93%(3.45%~14.32%),指示石英富集的中低能水体环境。

哈克图解是地球化学中用于表征主量元素相关关系的图示方法。其横坐标为SiO₂含量,以Al₂O₃、FeO、CaO等含量为纵坐标,反映不同主量元素之间的变化趋势^[36]。如图6为果郎组样品的哈克图解,可以看出Al₂O₃和CaO与SiO₂呈负相关性。图6(a)中,Al₂O₃随着SiO₂上升而下降。由于Al₂O₃常赋存于黏土矿物(如高岭石、伊利石)中,而SiO₂主要来自石英,这意味着当沉积岩中的SiO₂含量增加时,不稳定的黏土矿物可能随之风化、搬运,这导致矿物的成熟度逐渐升高,从而使Al₂O₃含量降低;同样地,CaO主要附着于碳酸盐矿物(如方解石、白云石)中,其化学稳定性弱,易在化学风化或成岩过程中溶解迁移,而石英的抗风化能力强,因此CaO含量会随着SiO₂的升高而降低,显示反向趋势[图6(b)]。

4.3 微量元素特征

通过对沉积岩中微量元素含量及分布,尤其是一些相关元素比值的研究,可以推断沉积环境,反演当时的地质条件^[15]。微量元素的比值可以反映沉积环境的氧化还原和水动力指标。如表4^[35]所示,本次研究共测试了果郎组样品的Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Y、Zr、Nb、Hf、Ta、Th、U、Rb、Sr、Cs、Ba、Pb共20种微量元素的含量。果郎组U/Th均值为0.25 μg/g(0.16~0.31 μg/g),为氧化环境的标识;V/Cr均值为1.39 μg/g(0.82~1.86 μg/g),大部分样品数值均小于1.5,说明了较强的水体环境;Co/Ni均值为0.41 μg/g(0.25~0.64 μg/g),样品数值全部小于1,指示三角洲沉积环境;Zr/Hf均值36.31 μg/g(18.43~39.30 μg/g),除样品P2-26-2外,其余均介于30~40内,接近地壳平均值36,锆石抗风化能力极强,Zr/Hf保留陆源碎屑原始比值。样品经UCC(upper continental crust)标准化^[37]后绘制相应微量元素蛛网图[图7(a)~图7(c)],与UCC相比,过渡元素中,河西乡剖面除P2-37-1的Cu表现出明显富集外,其他样品中的Cu明显亏损;Zn在P2-37-1中接近UCC值,在其他样品中为明显亏损;大部分样品的Y、Zr以及Nb元素都明显亏损,Sc、V、Cr、Co、Ni则在不同样品中表现出不同程度的富集和亏损。啦井剖面中的Cu在所有样品中均为亏损状态;V、Cr、Ni、Zn、Y、Zr和Nb元素除在L-107-5中呈接近UCC值或相对富集的状态外,在其他样品中均为亏损;Sc、Co则在所有样品中亏损。云龙县剖面的Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr元素在所有样品中显示出不同程度的富集和亏损。高场强元素中,河西剖面的Hf、Ta元素在所有样品中呈现亏损;Th和U元素除样品P2-37-1接近UCC值外其余均亏损。啦井剖面的Ta和U元素在所有样品中为亏损状态;Hf和Th元素在样品L-107-5中接近UCC值,其余均为亏损。云龙县剖面中除Ta元素全部亏损外,其他元素在不同样品中呈现富集或亏损。大离子亲石元素中,河西剖面除Rb全部亏损外,Sr、Cs、Ba均在不同样品中体现出富集和亏损的变化。啦井剖面Rb和Sr元素在所有样品中亏损;Cs、Ba则在不同样品中表现亏损或富集。云龙县剖面的Sr和Ba全部呈亏损状态;Rb和Cs元素在不同样品中体现出富集和亏损的变化。除此之外,Ga在三个剖面的所有样品中均表现为亏损状态,除河西剖面的Pb元素表现为亏损外,啦井、云龙县剖面的Pb呈现不同程度的亏损或富集。

4.4 稀土元素特征

稀土元素也是地球化学中的一项重要指标,稀土元素含量(rare earth elements,REE)总和能明显反映出各类岩石的特征,对于判断岩石的源岩特征和区分岩石类型具有重要意义^[38-41]。如表5所示^[35],河西乡剖面样品稀土总量为99.90 μg/g(42.61~160.35 μg/g);啦井剖面样品稀土总量为74.28 μg/g(38.34~129.19 μg/g);云龙县剖面样品稀土总量为122.47 μg/g(66.55~165.41 μg/g)。经球粒陨石标准化^[42]后,三个剖面均呈现明显的Eu负异常,显示了Eu相对亏损。河西乡剖面的δEu为0.73 μg/g(0.68~0.82 μg/g);啦井剖面的δEu为0.80 μg/g(0.69~0.89 μg/g);云龙县剖面的δEu为0.80 μg/g(0.66~0.77 μg/g)。沉积物的轻稀土元素LREE(light rare earth elements)相对富集,在河西乡剖面中果郎组∑LREE为88.77 μg/g(35.59~141.09 μg/g);啦井剖面的∑LREE为65.98 μg/g(34.86~113.78 μg/g);云龙县剖面的∑LREE为107.39 μg/g(55.78 ~146.34 μg/g);河西乡剖面的重稀土元素HREE(heavy rare earth elements)总量为12.13 μg/g(4.99~19.26 μg/g),LREE/HREE为7.21(4.64~8.69);啦井剖面的重稀土元素总量为8.31 μg/g(3.48~15.42 μg/g),LREE/HREE为8.06(6.34~10.01);云龙县剖面的重稀土元素总量为15.07 μg/g(9.58~19.06 μg/g),LREE/HREE为7.09(5.18~8.50)。表明样品轻稀土富集而重稀土亏损,与图中显示的稀土元素分配模式总体呈现“左陡右缓”的趋势一致,曲线整体拟合度较高[图7(d)~图7(f)]。分馏程度由La/Sm和Gd/Yb指标判定,La/Sm越大,说明La相对Sm越富集,分馏程度越强,同样,重稀土元素中Gd/Yb越大,Gd相对Yb越富集,分馏程度越强。在河西乡剖面样品中La/Sm为4.98(2.65~6.13);啦井剖面样品的La/Sm为5.50(3.07~6.73);云龙县剖面样品的La/Sm为4.93(3.18~6.01),指示了轻稀土元素整体较明显的分馏程度,局部差异相对明显。河西剖面的Gd/Yb为2.10(1.76~3.10);啦井剖面的Gd/Yb为2.23(1.69~3.44);云龙县剖面的Gd/Yb为2.17(1.78~3.00),指示重稀土元素的分馏程度整体较弱,相对均一,局部差异不明显。

4.5 特征元素比值分析

在沉积岩中,有些元素的特定比值可以判断其沉积环境,反映古环境的沉积特征。Sr和Ba作为两个常见的微量元素,因地球化学行为的差异,其比值可以用来反映沉积环境的古盐度^[43-45]。通常情况下,Sr/Ba>1为海相沉积环境,说明水体环境中盐度含量高,而陆相淡水沉积物的Sr/Ba<1,指示盐度低的环境。在兰坪盆地果郎组样品中,Sr/Ba范围在0.71(0.11~2.78),说明本组样品形成于陆相淡水的沉积环境。V和Ni作为过渡金属,其比值V/Ni和V/(V+Ni)也是常用的地球化学指标,可以反映沉积环境的氧化还原程度^[46-48]。当V/Ni>4.25时,指示缺氧环境;当V/Ni<2.75时,指示氧化环境^[49-51]。果郎组样品的V/Ni值为2.73(1.77~4.53),总体小于2.75。0.83为氧化还原的临界值,当V/(V+Ni)>0.83时为缺氧环境,反之则为氧化环境^[52]。本组样品中,V/(V+Ni)为0.73(0.64~0.82),小于0.83,指示为氧化环境。

5 讨论

5.1 物源区构造背景

Bhatia^[51]通过利用一些不活泼微量元素(如La、Th、Y、Zr、Ti、Co、Ni等)及其含量比值(如La/Y、Ti/Zr等)的稳定性来判别大地构造环境,根据此判别图解,可区分大洋岛弧、大陆岛弧、活动大陆边缘和被动大陆边缘。如图8所示为三个剖面样品的Zr-Th、La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10构造环境判别图。由图8(a)所示Zr-Th图可以看出,兰坪盆地果郎组样品较为分散,但以大陆岛弧构造背景为主,部分散落其边界,有两个样品在大洋岛弧边缘;图8(b)所示La-Th-Sc图明显反映出研究区样品主要以大陆岛弧背景为主,啦井剖面和云龙县剖面均有两个样品落入活动大陆边缘+被动大陆边缘,其余少量样品处于活动大陆边缘+被动大陆边缘构造与大陆岛弧之间;图8(c)所示Th-Sc-Zr/10,样品主要反映大陆岛弧背景,兰坪盆地物源可能来自澜沧江火山岛弧带、昌宁-孟连缝合带,东侧金沙江-哀牢山缝合带,以及东北部义敦等岛弧的共同影响。如文献[53 -57]在对澜沧江断裂中段雪山河变质岩群的研究中认为该带的源岩为沉积岩夹火山凝灰物质,这可能是近距离搬运从而为兰坪盆地提供了物质。由此,以上三种图均表明兰坪盆地始新统果郎组样品有多物源供给的特点,物源区主要为大陆岛弧,除此之外还有活动大陆边缘、被动大陆边缘构造背景。

5.2 物源指示意义

La/Yb-∑REE图解^[58-59][图9(a)]是地球化学研究中用于物源判别、沉积环境分析及源岩特征揭示的重要工具。将本文数据投点后,得到源岩判别图解,发现三个剖面的样品散点相对集中,主要落入沉积岩区域,还有少部分样品落在沉积岩与玄武岩的过渡区,说明果郎组沉积物源岩为沉积岩,沉积过程中可能出现过热水活动。后又利用La/Th-Hf图解[图9(b)]对果郎组样品进行投点,分析其源岩属性,发现物源主要来自上地壳的长英质源区,除此之外也有少量其他物源加入。河西、云龙县剖面的大部分样品都落入长英质源区,少部分投影于长英质与基性岩物源混合区。啦井剖面样品则主要投点在长英质与基性岩物源混合区。Garzanti等^[60]曾强调,长英质源区在La/Th-Hf图解中应该表现为高La/Th(>3)和高Hf,与本研究中果郎组数据(La/Th集中在2.5~4.0 μg/g,Hf集中在4~17 μg/g)相吻合。La/Yb~∑REE图解显示样品集中于沉积岩区,与前人研究结果一致,反映源岩经历了充分风化和再循环^[61]。说明兰坪盆地始新统果郎组的物源主要来自上地壳长英质岩石,并混有少量基性岩。

5.3 沉积环境分析

5.3.1 概率累积曲线

如图10所示为各剖面果郎组概率累积曲线图,通过图解可以看出果郎组沉积物概率累积曲线特征为“一跳一悬夹过渡”,其主要由跳跃和悬浮两个次总体以及其中间的过渡段构成,曲线分布相对分散,说明果郎组沉积物类型多样,粒度变化范围相对较大。跳跃次总体占比为30%~40%,斜率约为50%,多发育细砂级,此段沉积物分选较好,颗粒较大,水动力能量相对较高;过渡段含量在20%~30%,此段与跳跃次总体的临界点在2.5Φ~3Φ,斜率在35%~45%;悬浮次总体相对发育,含量在40%~50%,其与过渡段的临界值集中在3Φ~3.5Φ附近,此段沉积物类型多样,主要发育粉砂和泥岩,也有少量细砂级颗粒较大的沉积物,分选中等偏好,反映中等能量的水动力条件。

5.3.2 SK-σ₁散点图

粒度参数散点图是一种用于分析和展示沉积物粒度特征的图解方法,是运用样品的标准偏差和偏度两个参数绘制成的图解。其中,偏度和峰度值皆能够反映碎屑沉积物粒度分布频率曲线的双峰性质及尾部变化,在判断沉积环境方面具有重要意义^[62]。弗里德曼研究出了应用标准偏差与偏度离散图来判别沉积环境,利用矩阵法标准偏差和矩法偏度所作的散点图,能明显地将河砂、海滩砂、湖滩砂区别开来^[63-64]。分界线左边的样品一般认为形成于湖滩砂/海滩砂沉积环境,右边的样品被认为形成于河流(三角洲)沉积环境。图11显示,研究区样品主要分布在河流砂区域,为河流主导的三角洲陆相沉积地层。标准偏差在0.5Φ~0.9Φ,偏度主要为近对称形态,显示研究区沉积颗粒分选中等至较好,粗颗粒(洪水期)与细颗粒(平水期)交替沉积,导致粒度分布中等集中。

**5.3.3 C-M图解**

C-M图是通过每个样品的C值和M值绘制而成的图形。其中,C值是粒度累积曲线上颗粒含量为1%时所对应的粒径,它与样品中最粗颗粒的粒径相近,体现了水动力搅拌开始搬运沉积物的最大能量;M值是粒度累积曲线上颗粒含量为50%时所对应的粒径,作为中值,其代表着水动力的平均能量。因此,C-M图可以很好地解释沉积物中粗粒部分的粒度特点同搬运方式两者之间的关系,为沉积环境的判断提供有力依据^[65-67]。如图12所示为研究区C-M图解。从图12中可以清晰地看到研究区样品的散点主要分布在①的RS段和②处,主要分布于②区域,属于牵引流和重力流共同主导的沉积,在湖泊中较常见。河流作为搬运沉积物的主要动力,常以牵引流或重力流方式搬运大量的碎屑物质进入湖盆,形成三角洲或滩坝等砂体。结合果郎组沉积物镜下特征、沉积构造以及水体环境,认为其主要是先由河湖主导的牵引流经一定距离的搬运后再经低能重力流搬运至湖盆,从而形成砂泥互层等现象^[65]。

6 结论

(1)兰坪盆地始新统果郎组主要发育紫红色的细砂岩、粉砂岩,泥质粉砂岩和泥岩等,发育有小型交错层理、平行层理、波状层理、波痕、泥裂和虫管等沉积构造。粒度分析结果显示出偏度主要为近对称,峰态呈中等峰态;概率累积曲线呈现“一跳一悬夹过渡”式;SK-σ₁散点图以及C-M图解显示其为河湖牵引流和低能重力流主导的沉积。

(2)果郎组样品主量元素中SiO₂/Al₂O₃指示中低能水体环境,哈克图解表明Al₂O₃和CaO与SiO₂负相关性;微量元素配分图显示Cu、Ta、Pb表现出明显亏损,Sc、V、Cr、Co、Ni、Th、U、Rb、Sr、Cs、Ba均在不同样品中体现出富集和亏损的变化;稀土元素配分图中出现明显的δEu负异常,轻稀土富集而重稀土亏损,分配模式总体呈现“左陡右缓”的趋势;Sr/Ba、V/Ni和V/(V+Ni)则指示了含盐度低的干旱氧化环境。

(3)Zr-Th图解显示研究区以大陆岛弧构造背景为主,La-Th-Sc图反映大陆岛弧以及活动大陆边缘+被动大陆边缘构造背景;Th-Sc-Zr/10中样品主要反映大陆岛弧背景,少数样品临近活动大陆边缘;La/Yb-∑REE图表明研究区沉积物源岩为沉积岩,La/Th-Hf图解说明果郎组的物源主要来自上地壳长英质岩石,并混有少量基性岩。

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基金资助

国家自然科学基金(42362018)

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Received	Published	Revised
2025-10-29	2026-09-28	2026-03-19
Online Date
2026-10-09

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