1. 引言
由扬子板块和华夏板块沿江南造山带在新元古代拼合而成的华南板块一直是地学研究的热点问题 [1] [2]。其争论的主要焦点是华南板块在Ridinia超大陆中的位置、早古生代构造背景及华南中生代大规模成矿作用及其动力学机制等问题 [2] [3] [4] [5]。其中关于华南板块在Rodinia超大陆中的位置历来受到国内外学者的关注。部分学者认为华南板块位于超大陆的中心，并与Laurentia大陆具有一定的亲缘性 [6]，但更多的学者倾向于认为华南板块位于Rodinia超大陆的边缘，与India板块和(或) Australia板块相连 [7] [8]。同时针对华南板块震旦纪–寒武纪以来沉积岩的物源一直存在争议，部分学者认为华南板块震旦纪沉积岩物源主要来自India和东南极板块，仅有少量来自澳大利亚板块 [9]，而绝大多数学者认为澳大利亚为华南板块震旦纪提供了大量物源 [3]。针对这一问题国内外学者多利用碎屑锆石U-Pb年代学结合Lu-Hf同位素分析体系将不同板块相当地层沉积岩碎屑锆石进行系统对比分析，推断华南板块与各板块的亲缘性并为华南板块在Rodinia超大陆中的位置提供制约 [2] [3] [6] [7] [8] [9]。
研究表明，沉积岩地球化学特征因其记录了源区岩石的重要地质信息，可以用来追溯沉积岩物源及为沉积构造背景等提供约束 [10] [11]。沉积岩全岩地球化学数据一般表示为岩石平均组分，同一地区整合接触两套地层物源发生变化势必会造成该沉积岩地球化学特征的变化。但对于震旦纪和寒武纪沉积岩地球化学特征的差异性研究前人较少涉及。赣南地区位于华夏板块一侧，是华南板块东段的重要组成部分，该区震旦纪、寒武纪地层广泛出露，是研究华南板块亲缘性、沉积岩地球化学特征差异性的理想之地。本文在详细的野外地质调查基础之上，对研究区震旦纪和寒武纪地层系统采样，并对这些样品进行了系统的主微量元素对比分析，通过对沉积岩地球化学特征差异性的分析为华南板块亲缘性及构造背景等热点问题提供新的思路，为区域研究提供重要的基础地质资料。
2. 地质背景
研究区位于江西省泰和县小龙镇附近，大地构造位置属于华南板块华夏一侧加里东造山带的东段(图1)，赣南隆起带的罗霄–诸广山隆起，地层分区隶属于华夏地层分区的永新–井冈山地层小区 [12] [13]。新元古代以来由于受到Rodinia超大陆裂解聚合的影响，赣南地区自南华纪至早古生代奥陶纪为连续沉积，地层接触关系为整合接触。奥陶纪末期开始由于受到加里东运动的影响，志留纪地层在区域上整体缺失，使得上覆泥盆纪地层与奥陶纪地层呈现角度不整合。由于受到全球构造事件及区域变质变形作用的影响，赣南地区经历了一系列复杂且广泛的构造–岩浆事件，产生了加里东期、印支期及燕山期等多旋回的岩浆活动，其中又以燕山期岩浆活动最为强烈，并伴随W-Sn-Cu等大规模成矿记录 [14]。区域构造主要以褶皱和断裂为主，其中断裂主要为受燕山期构造活动影响的北东向及北北东向断裂。
1-Nanhuanian strata; 2-Bali Formation; 3-Laohutang Formation; 4-Niujiaohe Formation; 5-Gaotan Formation; 6-Devonian strata; 7-Carboniferous strata; 8-Cretaceous strata; 9-Quaternary; 10-Yanshannian granites; 11-fault; 12-location of samples
Figure 1. Sketch geological map of the study area (modified from the reference [12] [13] )
图1. 研究区地质简图(底图据文献 [12] [13] )
震旦纪和寒武纪地层在研究区广泛分布，其中震旦纪地层主要包括坝里组(Z1b)和老虎塘组(Z2l)，坝里组主要包括凝灰质长石石英砂岩、细砂岩及绢云母板岩等，老虎塘组岩性主要为粉砂质板岩和千枚岩。老虎塘组地层上部白色硅质岩是划分寒武纪和震旦纪地层的明显标志 [15]。寒武纪地层主要包括牛角河组(Є1-2n)、高滩组高滩组(Є3g)及水石组(Є4s)，牛角河组主要岩性为砂岩及板岩互层，高滩组主要岩性为长石石英杂砂岩夹碳质板岩，水石组主要为长石石英杂砂岩、板岩和千枚岩，本文寒武纪样品采自牛角河组和高滩组。
3. 测试方法
本文对采自赣南地区震旦纪和寒武纪11件样品进行全岩地球化学测试分析，为保证全岩地球化学数据的准确性，样品均为新鲜无风化的样品。全岩地球化学元素测试工作在中国地质调查局南京地质调查中心测试中心完成。其中主量元素测试采用XRF方法测定，仪器为Axios 4.0型波长色散型X射线荧光光谱仪，X射线工作电压为40 KV，分析电流为60 mA，分析精度优于5%，微量元素采用Finnigan Element II型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定，样品用1 mL浓HF + 015 mL浓HNO3混合溶解48小时保证样品完全溶解后进行测定，精度优于5%。
4. 岩石地球化学特征
4.1. 主量元素特征
测试分析样品主量元素测试结果均见表1。其中寒武纪5件样品SiO2在68.6%~76.36%之间变化，平均为73.628%，Al2O3在10.73%~14.28%之间变化，平均为12.54%，K2O含量变化范围不大，分布于2.26%~3.11%之间，平均为2.51%，TFeO含量在2.69~5.41之间变化。由于风化淋滤等作用的影响，个别
Figure 2. Selected variation diagrams of major elements against SiO2 wt% and Al2O3 wt% for all the studied sedimentary rocks; the compositions of PAAS and UCC after [11]
图2. 研究区沉积岩主量元素图解(图例下同；PAAS和UCC元素组成据文献 [11] )
样品(15LYP-1和15LYP-3) Na含量很低，其他样品Na2O含量在1.2%~2.06之间变化。所有样品均表现出低MnO (0.02%~0.05%)、P2O5 (0.08%~0.14%)和较高的TiO2 (0.57%~1.05%)含量特征。由图2可知，相较于寒武纪样品，震旦纪沉积岩6件样品SiO2变化范围较小(69.32%~75.46%，平均72.56%)，相对较高K2O + Na2O值(3.77%~4.58%，平均0.72%)，相对较高的TiO2 (0.59%~0.7%，平均0.66%)含量和TFeO (3.95%~6.13%，平均5.07%)。
4.2. 微量元素特征
11件样品微量元素测试结果均见表2。寒武纪沉积岩5件样品微量元素具有以下特征：相容元素Cr、Ni、Co、V和Sc变化范围分别为69.9~98.7 ppm、23.7~34.5 ppm、5.42~9.95 ppm、61.7~107 ppm和9.35~14 ppm；大离子亲石元素Rb、Cs、Sr和Ba在84.3~143 ppm、3.64~6.44 ppm、10.7~70.6 ppm和446~560 ppm之间变化，高场强元素Zr、Hf、Th和U分布区间则分别为225~714 ppm、6.07~18.2 ppm、16.1~37.7 ppm和2.99~6.26 ppm之间变化。震旦纪沉积岩6件样品微量元素中相容元素Cr、Ni、Co、V和Sc含量变化区间分别为75.9~115 ppm、34.9~49.6 ppm、10.7~83.8 ppm、76~88 ppm和10.5~13.3 ppm，Rb、Cs、Sr和Ba等大离子亲石元素含量则在96.9~164 ppm、5.21~20.9 ppm、18.7~53.5 ppm和467~1056 ppm之间变化，高场强元素Zr、Hf、Th和U元素含量分别为191~285 ppm、5.11~7.41 ppm、11.3~15.8 ppm和1.68~2.58 ppm之间。从微量元素蛛网图解可知(图3)，两个时代沉积岩样品具有相同的微量元素分布范围，并且均亏损Nb、Sr、P和Ti等元素。
Table 1. Major elements (%) data of sedimentary rocks in Cambrian and Sinian strata
表1. 寒武纪和震旦纪沉积岩样品主量元素(%)分析结果
Table 2. Trace elements (ppm) data of sedimentary rocks in Cambrian and Sinian strata
表2. 寒武纪和震旦纪沉积岩样品微量元素(ppm)分析结果
Table 3. Rare earth elements (ppm) data of sedimentary rocks in Cambrian and Sinian strata
表3. 寒武纪和震旦纪沉积岩样品稀土元素(ppm)分析结果
Figure 3. Normalized muti-elements diagrams of sedimentary rocks in studied area
图3. 研究区沉积岩多元素标准化图解
4.3. 稀土元素特征
11件样品稀土元素测试结果均见表3。赣南地区寒武纪样品稀土元素总量(ΣREE)在178.45~366.81 ppm之间变化，其中轻稀土元素LREE总量在158.77~322.08 ppm之间变化，重稀土含量HREE的分布区间为18.90~34.73 ppm，轻重稀土之比(LREE/HREE)分布范围为8.07~9.56，稀土元素La/YbN的值在9.47~11.05之间变化。震旦纪样品稀土元素总量(ΣREE)分布范围较大，在142.87-200.59 ppm之间，其中轻稀土含量LREE分布在123.67~175.97 ppm之间，重稀土元素HREE则在19.20~24.62 ppm之间变化，轻重稀土之比(LREE/HREE)分布范围为6.44~7.70之间，稀土元素La/YbN的值在7.86~10.09之间变化。由稀土元素配分曲线可知(图4)，除寒武纪一件样品具有很高的稀土元素总量外，两个时代样品稀土元素分布范围较为一致，稀土元素具有明显右倾性，轻稀土元素相对富集，重稀土元素相对平坦，并且都具有相同的Eu负异常及较弱的Ce负异常。
Figure 4. Chondrite-normalized REE pattern of the sedimentary rocks in studied area (Chondrite-normalized data after reference [11] )
图4. 研究区沉积岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图(球粒陨石标准化数值据 [11] )
5. 讨论
5.1. 沉积岩化学成分变化
锆石、独居石和磷灰石等在沉积过程中保存下来的矿物因含有特征性元素可以用来判别不同沉积岩成分的变化 [11]。两个时代样品中稀土元素特征(如La/YbN和Eu/Eu*)与SiO2之间不具有明显的相关性(图5(a)和图5(b))，这说明沉积过程中稀土元素特征不受硅酸盐矿物分选的影响。La/YbN和Sr元素与P2O5之间缺少一定的相关性(图5(c)和图5(d))，这说明样品中独居石和磷灰石分选对沉积岩中化学成分的影响不明显。这说明绝大多数的矿物在沉积分选的过程中对矿物化学成分的影响不明显，因此特征性矿物中包含的特征元素能够很好包含源区成分信息。值得注意的是，寒武纪样品具有更高的La/YbN值(图5)，这说明锆石自源区的输入减少，因为锆石是富重稀土而贫轻稀土的矿物，锆石的输入量的增加使得La/YbN明显减小。两个不同时代沉积岩在Zr/Sc-Th/Sc图解中(图5(f))分别落入不同源区成分范围也说明沉积物源区可能发生变化，这与锆石输入量的减少代表物源变化呈现一致性特征。前人研究表明华南震旦纪沉积岩物源主要来自Northern India、East Antarctica和Western Australia，而寒武纪以来由于受到了Gondwana大陆聚合的影响Western Australia沉积物输出通道受到影响关闭，导致华南震旦纪到寒武纪沉积岩物源区发生了明显的变化 [16]。因此赣南地区两套不同时代连续沉积岩地球化学特征的差异性对该地区沉积物源变化具有指示意义，但具体物源变化如何使得沉积岩全岩地球化学特征发生变化值得进一步研究。
5.2. 物源特征
赣南地区寒武纪和震旦纪沉积岩为连续沉积，地层接触关系为整合接触，前人对于该区寒武纪沉积岩的物源进行过详细的研究，并认为寒武纪早期到晚期物源没有发生过明显的变化 [12]。但对于与其整合接触的下伏震旦纪地层物源分析及其对比关系，前人研究还未涉及，限制了区域研究。在物源分析图解中两个不同时代沉积岩样品点均落入长英质岩石范围内(图6和图7)，但是在Hf-La/Th图解中(图7(b))，除长英质源区外，还有古老祖坟增加的趋势，前人也得出过相似的结论 [12]。因此我们认为赣南地区震旦纪和寒武纪沉积岩源区主要以长英质岩石为主，可能有一些古老物质的加入。
沉积岩在搬运及固结成岩等沉积作用下微量元素可以保持一定的稳定性，因此可以用来追溯沉积物源、构造背景等重要信息。本文中部分样品Na2O含量很低，说明成岩后风化淋滤作用使得样品中的Na元素丢失，因此主量元素不适用于构造背景图解，因此本文选用两个时代样品的微量元素进行构造背景判别。
Figure 5. Diagrams showing correlations between different elements or elements parameters in studied area
图5. 研究区沉积岩不同元素关联图
Figure 6. Ni-TiO2 diagram of the sedimentary rocks in studied area (after reference [17] )
图6. 研究区沉积岩Ni-TiO2图解(根据文献 [17] )
Figure 7. La/Sc-Co/Th (a) and Hf-La/Th (b) diagrams of the sedimentary rocks in studied area (a after reference [18]; b after reference [17] )
图7. 研究区沉积岩Co/Th-La/Sc (a)和La/Th-Hf (b)图解(a据文献 [18]；b据文献 [17] )
5.3. 沉积构造背景
在La-Th-Sc图解中(图8(a))绝大多数的样品均落入大陆边缘环境，在Th-Co-Zr/10图解中(图8(b))部分落入被动大陆环境，部分落入大陆岛弧环境，在Th-Sc-Zr/10图解中(图8(c))也出现了类似的情况。被动大陆边缘相对稳定，在威尔逊旋回中其属于旋回的“成熟期”，原岩中包含了一部分大陆岛弧等活动大陆边缘信息，说明其经历了复杂了构造–岩浆活动，而大陆岛弧和活动大陆边缘作用下形成的沉积盆地一般代表了快速堆积及火山物质的加入，其原岩一般不包含被动大陆边缘的信息 [19]。因此，赣南地区两个时代整合接触的沉积岩形成于被动大陆边缘构造背景。
6. 结论
通过对赣南地区震旦纪和寒武纪沉积岩主量、微量和稀土元素等地球化学特征差异性的对比分析，结合前人的研究得出以下结论：
Figure 8. Tectonic discrimination diagrams of the sedimentary rocks from rare elements in Cambrian; the fields of different tectonic setting are from [20]: A-oceanic island arc; B-continental arc; C-active continental margin; D-passive continental margin
图8. 寒武纪沉积岩微量元素构造环境判别图解；不同构造环境的分布区域根据 [20]：A-大洋岛弧；B-大陆岛弧；C-活动大陆边缘；D-被动大陆边缘
1) 赣南地区震旦纪到寒武纪物源主要来自长英质物源区，从震旦纪到寒武纪研究区沉积岩的物源区可能发生过明显的变化。
2) 研究区晚新元古代到早古生代为裂谷环境，沉积构造背景为被动大陆边缘。
基金项目
本文受中国地质调查局地质调查项目钦杭成矿带德兴–歙县地区地质矿产调查项目(1212013065500)资助。