沙特阿拉伯西北部塔布克盆地（北冈瓦纳地区）塔伊马地区寒武纪至中奥陶纪砂岩的来源、构造环境、古风化作用及古气候：岩石学与地球化学证据

《Journal of African Earth Sciences》：Provenance, tectonic setting, paleo-weathering and paleoclimate of the Cambrian–Middle Ordovician sandstones from the Tayma Region, Tabuk Basin, NW Saudi Arabia (North Gondwana): Petrographic and geochemical Evidence

本研究对沙特阿拉伯西北部泰马地区寒武-中奥陶纪砂岩的岩相学及地球化学特征进行分析，揭示其物源区为克拉通内新元古代花岗岩和变质岩，沉积环境为被动大陆边缘，并重建了古风化与气候条件。

　　

Sultan A. Almalki|Hamdalla A. Wanas|Faisal Alqahtani

沙特阿拉伯吉达的沙特地质调查局勘探与研究中心

摘要

在沙特阿拉伯西北部的泰马地区，寒武纪-奥陶纪岩层因其在烃类和地下水勘探中的潜力而受到越来越多的关注。然而，这些岩层的岩石学和地球化学特征尚未得到充分研究。因此，本研究旨在重建沙特阿拉伯西北部泰马地区寒武纪-中奥陶纪砂岩的来源，以及其源区的构造环境、古风化和古气候条件。通过整合砂岩的岩石学和地球化学数据（包括主要元素、微量元素和稀土元素）来实现这一目标。所研究的砂岩取自Saq组（特别是Risha和Sajir段）以及Qassim组的中段（Kahfah段）的地层序列。岩石学分析表明，这些砂岩主要由石英砂岩组成，其次为亚长石砂岩和含云母的石英杂砂岩。岩石学和地球化学数据的综合分析表明，砂岩的碎屑主要来源于新元古代的酸性火成岩（主要是花岗岩），同时也有少量来自变质岩（主要是片麻岩）。这些源岩形成于一个克拉通内部，位于广阔的被动大陆边缘，并在温暖潮湿的条件下经历了强烈的风化作用。沉积作用发生在阿拉伯-努比亚盾（克拉通）在新元古代泛非造山运动后稳定下来之后，最终形成了冈瓦纳超级大陆。从区域角度来看，本研究的结果支持了先前的研究，即寒武纪-奥陶纪期间，北非和阿拉伯地区沿着冈瓦纳超级大陆的北部边缘形成了一个构造稳定的大陆架，毗邻原始特提斯洋。

部分内容摘录

引言

寒武纪-奥陶纪砂岩在新元古代泛非造山运动之后，沿着冈瓦纳超级大陆的北部边缘形成了广阔的分布层（Unrug, 1997; Avigad et al., 2005）。在北非和阿拉伯半岛（从西部的摩洛哥到东部的阿拉伯湾），寒武纪-奥陶纪砂岩是已知最大的硅质碎屑沉积物聚集区之一。

地质背景

泰马地区属于塔布克盆地，位于沙特阿拉伯的西北部（图2）。塔布克盆地是在阿拉伯盾西北边缘形成的一个后造山伸展盆地，在古生代期间在被动大陆边缘环境中积累了沉积物。其形成与泛非造山运动后的热沉降和侵蚀过程有关，随后又受到区域构造事件的影响（Al-Laboun, 2010; 2018）。

方法论

本研究采用了一种综合方法，结合了野外调查和实验室分析，包括采样、岩石学研究和地球化学分析，具体步骤如下：

采样：在野外工作中，从研究区域内的三个复合地层剖面中采集了74个寒武纪-中奥陶纪砂岩样本。这些剖面得到了详细的描述和记录（图3）。

野外观察

当前的野外工作主要集中在寒武纪-中奥陶纪Saq组和中奥陶纪Kahfah段的砂岩上。在研究区域内，Saq组是最古老的沉积单元，其基底未暴露出来，它不整合地覆盖在前寒武纪基底岩石之上，并整合地位于中奥陶纪Hanadir页岩之下（图2；3）。Kahfah段整合地覆盖在Hanadir页岩之上，并位于Ra’an页岩之下（图2）。

基于岩石学的来源推断

在分析的砂岩中，长石颗粒和岩石碎片都发生了变化且含量较少（表2）。因此，砂岩的来源主要是通过详细研究石英颗粒和重矿物种类来推断的。石英颗粒包括单晶型和多晶型两种。大多数单晶石英颗粒（Qm）具有直消光特征（Qms），而一小部分则呈现波状消光特征（Qmu）（图8A）。

区域视角

本研究的结果表明，寒武纪-中奥陶纪沉积物主要来源于新元古代的酸性火成岩（主要是花岗岩），同时也有少量来自变质岩（主要是片麻岩），这些岩石形成于阿拉伯-努比亚盾（ANS）广阔的被动大陆边缘内的克拉通内部（图18）。这些发现与先前的研究结果一致，并进一步证实了寒武纪-奥陶纪沉积物的来源。

结论

本研究阐明了沙特阿拉伯西北部泰马地区寒武纪-中奥陶纪砂岩的岩石学和地球化学特征。所研究的砂岩选自寒武纪-下奥陶纪的Saq组（Risha和Sajir段）以及中奥陶纪的Qassim组（Kahfah段）。岩石学分析揭示了三种类型的砂岩：（1）石英砂岩，（2）亚长石砂岩

作者贡献声明

Sultan A Almalki：负责撰写初稿、软件开发、方法论设计及研究工作。Hamdalla Abdel-Gawad Wanas：负责审稿与编辑、数据可视化及研究监督。Faisal A Alqahtani：负责审稿与编辑、数据可视化及研究监督。

未引用的参考文献

Abdel-Wahab, 1992; Armstrong-Altrin and Machain-Castillo, 2016; Beydoun, 1988; Critelli and LE PERA, 2003; Dabbagh and Rogers, 1983; Husseini, 1990; Klitzsch and Squyres, 1990; Mange et al., 1992; Nechaev and Isphording, 1993; Turner, 1980; Vaslet et al., 1987.

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

数据获取

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究的利益冲突。

致谢

这是第一作者硕士论文的一部分。我们衷心感谢沙特阿拉伯吉达的沙特地质调查局提供的资金支持以及在收集本研究所需地质数据方面给予的宝贵帮助。同时，我们也感谢沙特阿拉伯吉达阿卜杜勒-阿齐兹大学地球科学学院的石油地质与沉积学系在协助完成第一作者的硕士论文过程中所提供的宝贵支持。