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第 46 卷 第 1 期 煤田地质与勘探 Vol. 46 No.1 2018 年 2 月 COAL GEOLOGY 2. Aerial Photogrammetry and Remote Sensing Bureau, Xi’an 710054, China; 3. Qinghai Coal Geological Exploration Institute, Xining 810000, China Abstract In order to reconstruct the original coal accumulation，this paper analyzed the geochemical characteris- tics of Machala ation. The results show that the source rocks of Machala ation include sedimentary rock from passive continental margin and granite, alkali basalt from island arc La/Yb10.0415.62 μg/g; La/Th 1.333.17 μg/g; Hf4.5813.90 μg/g. The site of samples in Zr-Th, La-Th-Sc, Th-Co-Zr/10 tectonic setting dis- crimination diagrams also show that Machala ation sediments were deposited in the active continental margin, which is near the continental island arc, with the characteristics of both active continental margin and continental island arc ∑REE193.96 μg/g, LREE/HREE6.29; δEu0.61; La/Yb13.17; La/YbN8.55. Machala ation was deposited in continent margin with shallow sea and continental-oceanic environment. The coal seams were developed in TST, and are characterized by numerous thin layers, poor continuity, and coal-accumulating centre dispersion. By the analysis on sequence stratigraphy and provenance, when Machala ation was deposited, Lancangjiang ocean basin had subducted. Coal accumulation pattern in Machala ation was coal-ing in garc-island basin in active continental margin. The results can both detail the evolution of Tethysintheeraly Car- boniferous and reveal the occurrence regularity of coal in Qamdo. ChaoXing 14 煤田地质与勘探 第 46 卷 Keywords the Machala ation; tectonogeochemistry; tectonic setting; coal accumulation patterns; Qinghai-Tibet Plateau; Qamdo area 青藏高原多期次的演化，使得区内构造环境极 其复杂[1-2]。随着板块理论的提出，青藏高原的基础 地质研究已经取得了丰富的成果。但对于青藏高原 煤系研究却是寥寥无几，且研究认识程度很低[3]。 位于昌都盆地的早石炭世马查拉组是青藏高原 第一个成煤时代的地层， 传统上人们认为马查拉含煤 地层属于稳定的被动大陆边缘海陆交互相成煤[4-5]。 但是自板块学说建立以来，古地理演化具有活动性 已经成为了共识。当今所见到的岩相古地理格局并 不能代表早石炭世成煤期的古地理格局。笔者通过 分析研究区层序地层，沉积物中微量元素和稀土元 素特征，研究其沉积过程，追溯其沉积时源岩源区， 沉积区大地构造背景，进而还原成煤期古地理环境 及其聚煤模式。研究成果既可以细化早石炭世特提 斯演化过程，又有助于揭示昌都地区煤炭资源的赋 存规律，进而服务于青藏高原煤系资源的综合勘查 和评价。 1 区域地质概况 昌都位于青藏高原东部。马查拉组含煤地层南 起芒康之西的曲登，向北西方向呈弧形断续展布于 西藏昌都西缘。经类乌齐、自家浦向北延入青海囊 谦、杂多地区。受断裂构造的影响，地层常挟持在 断裂之间呈带状出露图 1。研究表明[6-7]在马查 拉组沉积时，东侧是金沙江–哀牢山洋盆。西侧为澜 沧江–龙木错洋盆。 图 1 昌都盆地构造纲要图 Fig.1 Tectonic outline of Qamdo basin 莫宣学等[6]、简平等[8]将金沙江–哀牢山洋盆裂 解时间限定为晚泥盆世早石炭世。由此在含煤地 层沉积的早石炭世，盆地东侧的金沙江洋盆处于威 尔逊旋回的成熟阶段。 澜沧江–龙木错洋盆被认为是古特提斯洋体系中主 要的洋盆[7]，马查拉组地层沉积时毗邻澜沧江洋盆，其 地质背景对于判断马查拉沉积时环境，以及含煤性具有 重要意义[9]。但早石炭世澜沧江洋盆的地质背景一直存 ChaoXing 第 1 期 宋时雨等 青藏高原昌都地区马查拉组成煤期构造背景与聚煤模式 15 在争议。争议点主要是澜沧江洋盆的俯冲时限，目前存 在早于早石炭世俯冲[10]和早二叠世俯冲[6]两种观点。 2 马查拉组沉积物源及构造背景判识 2.1 稀土元素与微量元素特征 岩石的微量元素及稀土元素被广泛应用于判别 物源区的岩石类型及大地构造环境[11-12]。本文对采 自昌都地区图 1的马查拉组碎屑岩中的稀土元素 REE和微量元素进行分析表 1。 由表1可见， ∑REE含量高， 为176.23293.47 μg/g， 均值 232.76 μg/g，变化幅度较大。∑LREE/∑HREE 为 5.057.61，均值 6.29，均值中等。La/Yb 为 10.0415.62，均值 13.17。Eu 元素均显示弱的负异 常，δEu 为 0.550.71，均值为 0.61。 在马查拉组球粒陨石标准化配分模式图解中 图 2，各样品配分曲线总体一致，具有同源性。其 稀土元素分配曲线呈右倾，La–Eu 段各样品 LREE 相对富集；Gd–Lu 段各样品 HREE 相对亏损，配分 曲线较为平坦。稀土元素配分曲线特征总体显示马 查拉组沉积物来源主要为上地壳物质。 表 1 马查拉组微量元素及稀土元素组成 Table 1 Content of trace elements and REE composition of Machala ation 元素含量/μgg-1 样品 编号 La Ce Pr Nd SmEu Gd Tb DyHoErTmYbLu∑REE ∑LREE/ ∑HREE La/Yb La/YbNδEu Y015 61.4 111.0 13.5 50.7 9.081.56 7.38 1.22 6.041.203.470.603.930.59271.767.61 15.62 10.14 0.57 Y017 58.6 103.0 12.6 46.9 8.381.37 6.67 1.14 6.111.243.620.624.040.58254.877.17 14.50 9.42 0.58 Y019 50.7 91.4 11.1 42.3 7.791.39 7.10 1.22 6.341.243.550.603.770.53229.036.32 13.45 8.73 0.58 Y020 50.7 92.0 11.3 43.2 8.031.45 7.33 1.28 6.711.273.570.603.740.53231.716.23 13.56 8.81 0.58 Y021 49.0 89.9 10.9 42.2 7.911.41 7.05 1.2 6.181.213.410.573.640.51225.116.40 13.46 8.74 0.60 Y022 50.1 89.9 11.0 41.9 7.811.43 7.01 1.21 6.161.193.380.593.640.51225.836.42 13.76 8.94 0.70 Y027 49.8 88.9 10.8 42.2 7.951.69 6.91 1.14 6.001.173.380.573.540.49224.546.53 14.07 9.14 0.68 Y028 41.5 70.6 8.59 32.2 5.521.09 4.47 0.79 4.310.892.560.452.840.42176.237.05 14.61 9.49 0.71 Y029 39.2 69.8 8.47 32.6 6.271.50 6.72 1.13 5.681.103.120.553.490.50180.135.32 11.23 7.29 0.57 Y097 69.7 114.0 13.2 46.4 8.361.50 8.04 1.56 9.361.965.851.056.690.90288.575.18 10.42 6.77 0.55 Y098 71.2 121.0 13.6 47.0 8.041.43 8.05 1.48 8.181.654.880.855.370.74293.476.12 13.26 8.61 0.59 Y099 45.0 75.0 8.8 31.4 6.311.15 5.73 1.11 6.421.353.900.704.480.59191.945.05 10.04 6.52 0.57 注LREE 为轻稀土元素；HREE 为重稀土元素；δEuEu/SmGd。 图 2 马查拉组碎屑岩稀土元素配分模式 Fig.2 REE partition pattern of clastic rock in Machala Foma- tion 2.2 沉积物源岩及源区物质组成 La/Yb–REE源岩判别图解和La/Th–Hf源区物质 组成判别图解可以进一步判断马查拉组的沉积物的 来源图 3。从图中可以看到，马查拉组样品落于沉 积岩和花岗岩混合区。说明其物源来源主要是沉积 岩、花岗岩的混合。在 La/Th–Hf 源区物质组成判别 图解中，4 个点落于被动大陆边缘物源区域，大部 分落于酸性岛弧源区，结果与 La/Yb–REE 图解相符 合。由此可以看出，马查拉组沉积物源特征显示出 双源性，即大陆物源区的沉积岩和大陆岛弧源区的 酸性岩浆岩。 2.3 成煤期构造背景判别 M. R. Bhatia 等[13]总结了 4 种典型的构造环境的 稀土元素特征。在相同构造背景下，泥岩中的∑REE 含量要高出杂砂岩中的∑REE 含量的 20左右， 所以 把研究区泥岩稀土元素特征值除以1.2便得到相当于 同期沉积的杂砂岩的含量，即校正后含量[14]。校正 后的稀土元素特征值可以同 M. R. Bhatia 等总结出的 典型构造环境的稀土元素特征作对比表 2。 将测试得到的微量元素、稀土元素数据进行校 正后， 投于构造背景判断图解中图4。 图4a的Zr–Th 图解中落点较集中。 除 2 个样品 Th 含量较高外， 其 余 样 品 均 落 于 活 动 大 陆 边 缘 及 其 周 围 。 利 用 Th–Co–Zr/10 图解和 Th–Sc–Zr/10 图解图 4可以看 ChaoXing 16 煤田地质与勘探 第 46 卷 图 3 昌都地区马查拉组碎屑岩源岩判别图解 Fig.3 Source rock discrimination of clastic rock in Machala ation in Qamdo area 表 2 不同构造背景下稀土元素参数 Table 2 REE parameters in different tectonic settings 稀土元素含量/μgg–1 构造背景 物源类型 La Ce ∑REE La/YbLa/YbN∑LREE/∑HREEδEu 备注 大洋岛弧 未切割岛弧 81.7 193.7 58104.21.34.21.33.80.9 1.010.11 大陆岛弧 切割岛弧 274.5 598.2 14620113.67.52.57.71.7 0.70.13 活动大陆边缘 基底隆起 37.0 78.0 186.012.5 8.5 9.1 0.6 被动大陆边缘 克拉通内部 39.0 85.0 210.015.9 10.8 8.5 0.56 M. R. Bhatia等[13] 马查拉组平均值 53.76 93.04 232.7613.178.55 6.29 0.61 校正后 44.8 77.53 193.9613.178.55 6.29 0.61 A大洋岛弧；B大陆岛弧；C活动大陆边缘；D被动大陆边缘 图 4 昌都地区马查拉组碎屑岩微量元素构造判别图解[17] Fig.4 Tectonic discrimination diagrams of trace elements of clastic rock in Machala ation in Qamdo area 出，落点主要集中于活动大陆边缘环境内，并且有 向大陆岛弧环境过渡趋势。 综合马查拉组微量元素、稀土元素特征值、源 岩判别图解及构造判别图解分析，认为马查拉组沉 积时的区域构造环境为大陆岛弧构造背景。 在澜沧江缝合带的中段，发现的早石炭世蛇绿 混杂岩，其地球化学特征表现出双重性。总体具有 正常洋中脊性玄武岩N–MORB或富集性洋中脊性 玄武岩E–MORB的地球化学特征， 同时部分又具有 SSZ 型蛇绿混杂岩的地球化学特征[15-17]表 3。 综合马查拉沉积岩地球化学分析以及澜沧江缝 合带内蛇绿混杂岩证据，认为在早石炭世澜沧江洋 盆可能同时存在着扩张的洋脊以及俯冲的海沟。澜 沧江洋盆俯冲早于早石炭世。 3 马查拉组聚煤规律 3.1 马查拉组沉积环境 马查拉组岩性主要为砂岩、 泥岩和灰岩， 并有煤 ChaoXing 第 1 期 宋时雨等 青藏高原昌都地区马查拉组成煤期构造背景与聚煤模式 17 表 3 澜沧江缝合带内蛇绿岩地质意义 Table 3 Geological significance of ophiolite in Lancangji- ang suture zone 位置 岩性 U-Pb同位素年 龄/Ma 形成环境 果干加年 山地区[10] 堆晶辉长岩 355 兼具大洋中脊玄武岩和 俯冲带型玄武岩的地球 化学特征 黑脊山[15] 斜长花岗岩 355 洋壳开始俯冲的产物 堆晶辉长岩 3573 冈玛错地 区[16] 斜长花岗岩 3563、3555 果干加年 山地区[16] 堆晶岩 3455 与SSZ型蛇绿岩密切联 系的大洋中脊环境 层发育。 通过观测马查拉组实测剖面在垂向上的变化 规律， 识别出马查拉组共有浅海陆棚相、 滨海潮坪相、 潟湖相及障壁岛相4种相类型， 划分出两个2级层序。 根据地层叠置样式和岩相变化分出3个体系域图5。 图 5 马查拉组地层综合柱状图 Fig.5 Composite stratigraphic column of Machala ation 底部 S1 由高位体系域构成，主要发育中–厚层状灰 岩，沉积相为浅海陆棚沉积。S2 由海侵体系域和高 位体系域构成，其中期基准面为上升半旋回，高位 体系域构成其下降半旋回。 3.2 马查拉组煤层发育特征 马查拉组煤层仅在自家浦、马查拉、曲登等地 局部发育。在曲登地区，含煤层位位于马查拉组下 部，由东南向西北，经马查拉至自家浦，含煤层位 由地层下部上升到地层中部及上部。显示出随着时 间的推移，聚煤中心由东南向西北迁移的特点图 6，而且厚度具有波浪式增厚的特征。 图 6 下石炭统马查拉组含煤层位示意图[5] Fig.6 Schematic diagram of coal measure 马查拉组煤层具有层数多、厚度小、结构复杂 和稳定性差的特点。一般说来，虽然各地含煤层数 不同，但总的层数较多，可达 440 层包括厚 0.1 m 的薄煤层，最多达 80 余层。以自家浦煤矿煤层最 多，其次为马查拉煤矿、机日马煤点以及南部的曲 登。从马查拉组含煤层数变化上可见，其含煤性在 走向上，由北西向南东变差表 4。 表 4 马查拉煤层发育规律 Table 4 The development rule of the Machala ation 煤层厚度/m 煤矿/点名称 煤层层数 最小值最大值/平均值 自家浦 13 0.100.35/0.26 机日马 5 0.100.30/0.17 马查拉 8 0.100.33/0.24 加卡 3 0.100.30/0.13 曲登 9 0.10.3/0.15 在早石炭世，昌都地区总体处于西南高、北东 低的地形。聚煤中心断续展布说明马查拉组沉积时 沉积环境沿走向变化较大，地形不平整，高低起伏， 水位变化较大，仅在自家浦、马查拉等局部水深合 适的区域，有泥炭沼泽堆积，形成煤层。 ChaoXing 18 煤田地质与勘探 第 46 卷 4 马查拉组聚煤模式 谭节庆等[3]根据特提斯演化过程中地体在时空 上的变化，将青藏高原含煤地层的形成分为 3 级共 9 种聚煤模式表 5。 表 5 青藏高原煤系形成模式 Table 5 Coal measure-ing patterns in Qinghai- Tibet plateau I级 II级 III级 山前坳陷 缝合带山间盆地 地体内 山间盆地 陆内山间盆地 稳定地体边缘 俯冲地体边缘 地体边缘 转换地体边缘 弧前盆地 弧后盆地 马查拉沉积于昌都地体内西缘，属于海陆交互 相含煤沉积。通过对马查拉组沉积岩中稀土元素、 微量元素特征分析，并结合构造背景图解，判定马 查拉组沉积时，西侧的澜沧江洋盆已经俯冲，因此 马查拉组成煤模式属于俯冲地体边缘成煤。 马查拉组物源分析显示， 马查拉组具有双源性， 分别为大陆边缘的沉积岩物源区和大陆岛弧特征的 酸性岩浆岩物源区。是典型弧后盆地物源特征。 马查拉含煤地层无法形成含煤带，仅能形成不 连续的聚煤中心。这可能是岛弧背景下盆地边缘地 形高低起伏，水深变化较大。仅在局部水深合适的 区域，有泥炭沼泽堆积。 综上所述，认为在下石炭统马查拉组沉积时区 域构造背景为弧后盆地。在马查拉组沉积前，龙木 错–澜沧江洋盆俯冲于昌都地体之下并形成多个不 连续的岛弧，在弧后盆地局部的浅水环境中，形成 马查拉组海陆交互相含煤沉积。聚煤模式属于活动 大陆边缘的弧后盆地聚煤模式图 7。 图 7 早石炭世昌都地区马查拉组聚煤模式 Fig.7 Coal accumulation patterns of Machala ation in Qamdo area 5 结 论 a. 从马查拉组沉积岩中稀土元素、微量元素数 据分析，显示马查拉组∑REE 高，轻稀土元素富集， Eu 元素均显示弱的负异常。曲线配分形式显示沉积 物来源于上地壳环境。 b. 从碎屑岩微量元素构造判别图解显示，投点 落点集中在活动大陆边缘环境，并向大陆岛弧环境 过渡，则研究区物源主要为来自大陆边缘物源区的 沉积岩和岛弧物源区的花岗岩，沉积物源具有双源 性，具有典型弧后盆地沉积物物源特点。 c. 由马查拉组层序地层分析结果显示，马查拉 组煤层形成于潟海侵体系域湖相中，属海陆交互相 海侵成煤。 d. 由于岛弧地质背景下盆地边缘地形高低起 伏，水深变化较大，仅在局部水深合适的区域，有 泥炭沼泽堆积，因此仅在自家浦、马查拉和曲登等 地形成不连续的聚煤中心。下石炭统马查拉组聚煤 模式属于活动大陆边缘的弧后盆地聚煤模式。 参考文献 [1] 莫宣学. 青藏高原地质研究的回顾与展望[J]. 中国地质， 2010，374841–853. 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