摘 要：通过内蒙古地区红水泉农场附近早石炭世红水泉组砂岩阴极发光和砂岩骨架分析，对其岩石学特征及物源进行研究。结果显示，内蒙古额尔古纳地区早石炭世红水泉组砂岩岩性为石英砂岩和含砾石英砂岩；母岩类型主要为中-高级变质岩，少量深成岩；形成于深成岩或火山岩中，少部分石英形成于低级（区域）变质岩中；物源可能来源于稳定的克拉通内部深部地层的隆升。

关键词：额尔古纳地区 红水泉组 石英砂岩 物源分析

中图分类号：P597.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（c）-0101-06

红水泉组主要分布在伊尔施—扎兰屯—黑河一线以北的我国境内，由俞建章先生1956年命名，原指“出露于额尔古纳河的右岸、济沁河的支流根图河，以角度不整合超覆在早古生代的变质地层之上，以粗粒的碎屑岩及碳酸盐岩互层的一套碎屑岩、碳酸岩组合”。其建组剖面位于内蒙古额尔古纳黑山头红水泉地区。在地层清理时，石炭系下统的碎屑岩和灰岩部分订为红水泉组，火山岩部分定为莫尔根河组（李文国等，1997）。红水泉组为一套陆源粗碎屑岩和碳酸盐岩，很可能类似陆表海沉积（王成文等，2009）。对红水泉组岩石学特征和物源分布存在分歧，一种观点认为红水泉组砂岩主要为中细粒岩屑长石砂岩，物源区具有双向性（古老陆壳和火山弧）。结合区域早石炭世沉积特征认为红水泉为一套弧后盆地沉积（（赵芝等，2012）。另一种观点认为红水泉组砂岩确定为长石岩屑砂岩，物源区构造背景主要为大陆岛弧环境，其物源类型为切割型岛弧（杨明春等，2011）。基于以上分歧，有必要对红水泉组的岩石学和物源特征进行深入探讨，依托《东北地区晚古生代海相地层分布、沉积环境恢复与烃源岩研究》课题，通过内蒙古地区红水泉农场早石炭世红水泉组砂岩的野外观察和室内鉴定，对早石炭世红水泉组的岩石学特征及物源进行了研究。

1 地质背景及取样位置

研究区位于额尔古纳地块内的拉布达林盆地，其位于内蒙古自治区呼伦贝尔盟境内，其西部以额尔古纳河为界与俄罗斯相邻，东至鄂温克-西乌里一线，北临根河盆地，南到海拉尔盆地北部边界，呈长条状北东向展布，面积14660 km2。其地理坐标为东经118°15′～121°14′，北纬49°15′～51°15′。大地构造上其位于内蒙-大兴安岭地槽褶皱系喜桂图旗地槽褶皱带根河复向斜西部，盆地基底以古生界地层为主，并发育华力西期、燕山期花岗岩。该地块北侧为中生代蒙古-鄂霍茨克褶皱带；西南缘被晚古生代南蒙古海洋沉积物所覆盖；地块的东北部与莫梅恩（马门）地块相连；东南部以天山-南蒙古-大兴安岭晚古生代缝合带为界与松嫩地块、布列亚-佳木斯复合地块相邻， 并被晚古生代～中生代岩浆作用所彻底改造。

本次研究的砂岩样品采自内蒙古地区红水泉农场附近早石炭世红水泉组（图1），样品位置为北纬50°36′01.2″，东经119°26′04.9″，共采集样品11个，进行了野外观察、室内鉴定和阴极发光实验。

2 早石炭世红水泉组石英砂岩岩石学特征

2.1 岩石类型

红水泉组砂岩的碎屑成分主要为石英、长石、岩屑（图版Ⅰ-A），其石英含量介于95%～99%之间，平均约97.2%。其次为岩屑，含量介于0.6%～2.5%之间，平均1.7%。长石含量最少。部分薄片（如：P21-002，P21-004）中可见有少量的白云母、脉状石英（图版Ⅰ-B）、及褐色FeO的存在。根据野外观察及室内鉴定投可以得出岩性为石英砂岩和含砾石英砂岩（图版Ⅰ-A、C）。颗粒呈次圆-圆状，颗粒之间点-线接触为主，成分成熟度高，主要成分为石英，石英次生加大现象发育，造成颗粒之间呈镶嵌紧密接触。

2.2 石英砂岩中石英的消光类型与亚颗粒数量

石英的消光类型可以用来确定物源区（Basu et al.，1975；Young，1976）。Basu等人1975年利用石英的消光类型和多晶石英绘制了可以判别母岩类型的菱形图。Basu等首先选择一定粒径范围（中砂）的碎屑石英作为研究对象，其次研究碎屑石英总体的波状消光和多晶性质。通过对已知物源的全新世砂岩里的中粒（0.25～0.50 mm）碎屑石英的研究发现，来自变质岩尤其是低变质岩中的单晶石英大多以中-强波状消光（波状消光值>5 °），多晶石英大多以含有四个子颗粒为特征。而深成岩则往往提供非波状消光和弱波状消光（波状消光值<5 °）的单晶石英，和仅有2～3个子颗粒的多晶石英（刘立，1991）。

通过对薄片中不同石英类型的统计，计算出非波状消光的单晶石英、波状单晶石英、含有2～3亚颗粒的多晶石英和亚颗粒>3的多晶石英的百分含量（表1）。结果显示，非波状消光的单晶石英含量最高，介于65%～75%，平均为72%；其次为波状单晶石英，含量介于22%～33%，平均为27%；多晶石英极少量，含量介于0%～2%，平均为0.7%；亚颗粒>3的多晶石英含量最少为0.3%。

Qp（2-3）-2-3亚颗粒的多晶石英；Qp（>3）->3亚颗粒的多晶石英

将计算出的数据按照Blatt的石英消光性-物源模式图进行投点分析，绘制石英消光-物源模式图（图2）。从图中可以看出，大多数样品点落在中-高级变质区域内，少量样品点落入深成岩区域内。由此可以推断，母岩类型主要为中-高级变质岩，少量深成岩。

2.3 石英砂岩中的岩屑特征

红水泉组石英砂岩的岩屑类型主要有火成岩岩屑、沉积岩岩屑和变质岩岩屑（表2）。在单个薄片中，火成岩岩屑最多出现6个，沉积岩岩屑最多出现8个，而变质岩岩屑出现较少，仅在薄片P21-02中出现。沉积岩岩屑主要为燧石（图版Ⅰ-D）和细砂岩岩屑。火成岩岩屑主要为花岗岩岩屑和凝灰岩岩屑（图版Ⅰ-E）。

变质岩岩屑主要为片麻岩岩屑（图版Ⅰ-F）。

3 红水泉组物源分析

3.1 砂岩中石英的阴极发光特征物源分析

不同的矿物在阴极发光下有其不同的发光特征，根据这些特征可以对矿物来进行判断。石英的发光与温度变化，结晶温度及冷却速度有直接关系。主要是温度不同而使石英晶体的结晶特点不同，因而有不同的发光，也就是说，石英的发光类型域一定的岩石类型有直接关系，石英在阴极发光显微镜下，可呈现蓝、紫、棕色和不发光。因此可根据石英的不同发光特征，分析母岩形成时的一定的温度条件，从而确定石英的母岩类型。

被测薄片阴极发光下，阴极发光特征为绝大多数的石英发蓝紫色或棕紫色光（图版ⅡA-F），少部分石英发棕色、红色（表3）。其中发蓝紫色光的石英含量介于68.3%～82.1%，平均含量为75.05%；发暗褐色、浅棕色光的石英含量介于13.8%～26.4%，平均含量为19.84%；发深蓝色光的石英含量介于0%～5.2%，平均含量为3.89%；不发光的石英含量介于0.2%～2.1%，平均含量为1.22%；镜下没有发现发粉红色光的石英。

根据石英的阴极发光特征可确定发蓝紫色光的为深变质岩，发暗褐色、浅棕色光的为浅变质岩，发深蓝色光的为深成岩，不发光的为沉积岩。由此可推断研究区母岩类型（据程峰等，1998），可推断石英大多数为>573℃的深成岩、火山岩或接触变质岩快速冷却形成。形成于深成岩或火山岩中，少部分石英形成于低级（区域）变质岩中。

3.2 红水泉组石英砂岩骨架矿物成分物源分析

按照Gazzi-Dickinson（1979）统计法，在偏光显微镜下用线计法对每个薄片统计约300个碎屑颗粒。统计的粒度区间为0.0625～>4 mm。对于单个晶体大于0.0625 mm的岩屑，只把显微镜横丝下的部分计入颗粒总量。如横丝下既有斑晶又有基质，则分别计入颗粒（石英或长石）与岩屑含量中。

砂岩碎屑成分数点统计方法的统计结果显示：在早石炭世红水泉组所统计的岩石薄片粒度区间为0.0625～>4 mm的碎屑颗粒中，单晶石英含量最多，介于95%～99.1%，平均含量为97.2%；其次是沉积岩岩屑，含量介于0%～2.5%，平均含量为0.96%；火成岩岩屑含量次于沉积岩岩屑，介于0%～1.9%，平均含量为0.66%；多晶石英含量仅次于火成岩岩屑，介于0%～1.9%，平均含量为0.61%；长石、变质岩岩屑、白云母及其他成分百分含量可以忽略不计（表4）。

在原始碎屑颗粒统计的基础上，计算出Qm/QmFLt（%）、F/QmFLt（%）、和Lt/QmFLt（%）的值。在所测岩石薄片中， Qm/QmFLt（%）为2.5%～99.1%，平均为97.2%；F/QmFLt（%）为0%～0.9%，可以忽略不计；Lt/QmFLt（%）为0.9%～4.1%，平均为2.4% 。

在碎屑组分研究统计的基础上，引用迪金森（W.R.Dickinson）以砂岩骨架组分为端点的判断物源区和沉积盆地构造环境的三角判别模式图，即QFL、QmFLt、QPLVLS来判断物源区构造背景性质。

Qm-F-Lt图的分布区域表明其物源区为克拉通内部物源区，砂岩成熟度较高，其高成熟度的石英含量表明其有可能来自富含石英的原岩（Yong Il Lee，1997），或者沉积学的因素（Mack，1984）使得石英含量增加。总长石含量的缺乏表明其来源于贫长石的物源区或潮湿气候下的深部风化。这些都表明红水泉组沉积的物源可能来源于稳定的克拉通内部深部地层的隆升。

4 结语

（1）内蒙古额尔古纳地区去早石炭世红水泉组的石英砂岩和含砾石英砂岩的母岩类型主要为中-高级变质岩，少量深成岩。

（2）根据石英的阴极发光特征可确定母岩类型形成于深成岩或火山岩中，少部分石英形成于低级（区域）变质岩中。

（3）早石炭世红水泉组砂岩骨架碎屑成分物源分析（利用Q-F-L图、Qt-F-L图、Qm-F-Lt图）结果表明红水泉组沉积的物源可能来源于稳定的克拉通内部深部地层的隆升。

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