湘黔桂地区晚前寒武纪层状硅质岩地球化学特征及成因

岩因3彭军生杰(成都理工学院沉积地质研究所成都,610059)摘岩因3彭军生杰(成都理工学院沉积地质研究所成都,610059)摘要湘黔桂地区晚前寒武纪发育厚度较大的层状硅质岩层岩石化学成分纯净硅质矿物含量95以上岩石贫微量元素,但富BaAsbAgU元素;稀土元素总量低,e明显的负异常轻稀土含量大于重稀土含量δ30i值变化范围为0.0～0.7,18O值变化范围为20.1～23.6硅质岩地球化学特征表明其成因为介于热水沉积与生物沉积之间的过渡类型。关键词硅质岩地球化学成因湘黔桂地区晚前寒武纪一作者简介彭军男1968年出生硕士讲师从事沉积学沉积地球化学及层序地层学研究湘黔桂地区晚前寒武纪发育了一大套层状硅质岩,称为留茶坡组或老堡组岩层展布广,层位稳定厚度亦大,最厚可达150多米,主要为灰色灰黑色,薄层至中厚层状,致密坚硬,普遍具有条纹条带状构造野外剖面留茶坡组或老堡组几乎全由硅质岩层组成,仅顶部夹少量薄层黑色页岩或与之呈互层该硅质岩由泥晶微晶石英组成,几乎不含其它矿物,岩石化学成分纯,杂质含量少,二氧化硅含量多在90以上。于硅质岩的成因,以往多认为是生物化学沉积的,近年来随着热水沉积硅质岩的发现1～7,介于生物沉积和热水沉积之间的过渡类型也逐渐引起人们的重视由于热水沉积及其过渡类型硅岩兼具内外生特点,同时它们有一系列可以识别的自身地球化学特征1～7,故研究其地球化学特征具有特殊意义。1征黔桂地区晚前寒武纪层状硅质岩的化学成分见表1从表1可以看出,该硅质岩的iO2含较高,介于93.85%～97.08%之间,平均高达95.13%,而其它氧化物含量均很低其中,eO、MnO含量与典型热水硅质岩含量相近;iO2iO2MOaONa2O2O含量与典型生物硅质岩量相近;而l2O3e2O32O5含量介于二者之间该硅质岩的总体化学成分特征介于热水硅质岩与生物硅质岩之间而更接近于生物硅质岩。硅质岩的eMnli等常量元素含量对区分硅质岩成因类型具有重要意义硅质岩中eMn的富集主要与热水的参与有关,而li的相对集中则多与陆源物质的介入相关1～3。Aci(1986)1和aaoto(1987)2在系统地研究了热水沉积与生物沉积硅质岩样品后指出,质岩的l/(l+e+M)比值由纯热水沉积的0.01到纯远海生物沉积的0.60,并由此确定了硅质岩l-质岩的l/(l+e+M)比值由纯热水沉积的0.01到纯远海生物沉积的0.60,并由此确定了硅质岩l-e-Mn三角成因判别图解otom(1983)9提出,海相沉积物的e/i(e+Mn)/i和l/(l+e+M)比值是衡量沉积物中热水沉积含量的标志,当上述比值依次为大于20大于205小于0.35时,一般认为属于热水沉积物。表1硅质岩化学成分()ale1.ealcostnfslales()iO2iO2l2O3e2O3Na2O2OP2O52O号eOMnOMOaOON-35DN-4DN-1DN-2SH-4DN-3NDN-4XPN-1值岩2]岩8]94.7294.5294.793.8596.3495.3697.0894.7095.1392.1395.960.020.020.040.010.010.030.030.050.030.230.030.780.310.850.790.621.190.950.890.802.890.710.440.431.00.280.210.390.100.270.390.480.431.551.971.511.121.251.101.021.231.340.940.080.150.180.130.100.120.110.110.120.130.250.020.120.110.120.160.080.200.080.320.150.950.020.110.190.300.310.060.080.110.050.150.470.080.050.020.020.020.020.020.010.010.020.330.060.170.070.170.030.050.150.030.180.10.420.050.050.110.130.070.040.320.030.070.10.050.021.611.560.770.530.810.760.422.01.060.632.93者:心。根据表1所列8件硅质岩样品的化学成分计算出的e/i(e+Mn)/i及l/(l+e+Mn)的比值分别在46.1～96.4之间50.4～104之间和0.24～0.32之间,平均值分别为70.175.70.29,这些比值表明研究区硅质岩均属于热水沉积硅质岩据Aci和aaoto的观点,些硅质岩样品的l/(l+e+Mn)比值介于纯热水沉积硅质岩和纯远海生物沉积硅质岩之间,而较接近于生物沉积硅质岩在l-e-Mn三角成因判别图(图1)上,本区硅质岩样品投影点均落在热水沉积硅质岩区内,但多靠近生物硅质岩的范围,这也说明本区硅质岩是热水沉积和生物沉积共同作用的产物。图1硅质岩的l-e-Mn三角图(据Aci,19861;aaoo,19872)2征研究,较高含量的BaAsbAg和U是热水沉积ig.1.2Mntianleiagramfites.fomAci19861;aaoo19872)4610重要标志,热泉水与正常水相比上述元素的含量。.岩;.岩。也普遍偏高1011究区硅质岩微量元素含量见表2由表2可看出,其BaAsbAg和U元素的平均含量分别为712910-69.510-69.310-61.2410-6和9.710-6,分别是地壳克拉克值的1754718和3.6倍,表现出一定的热水沉积硅质岩微量元素地球化学特征。一般情况下,大多数沉积岩与其它地质体中的钍含量高于铀含量,但在热水沉积岩中则刚好相反,即铀含量高于钍含量这是因为热水沉积有较高的沉积速率,常常相对富含铀故热水沉积岩中U/Th>1而水成沉积岩中U/Th<1(oa,1978)12从表2可算出中U/Th>1而水成沉积岩中U/Th<1(oa,1978)12从表2可算出,本区硅质岩的U/Th比值均大于1,介于33.8～1.8之间(平均5.1)也表现出热水沉积岩的地球化学特征。表2硅质岩微量元素含量(10-6)ale2.aelentcnntsfslales(10-6)号uioUThrrabAsAgrRbnON-35DN-4DN-1DN-2SH-4DN-3NDN-4XPN-1值5763255332603622441833.725.916.316.532.616.321.922.73.34.96.74.01.72.62.57.64.24.914.55.428.78.88.24.52.89.71.91.91.80.852.84.61.20.61.931.62315962.810642.5104.64184.810272322.522.511141818.532404810113331126110304020920760712914.86.53.64.712.413.94.513.99.34.39.09.110.420.011.93.18.59.50.871.130.452.400.910.771.621.781.24445810151051688425817734.75.2306.81117.312.518.9171427221899515512.81597.5者:室。合比较某些微量元素和常量元素含量特征,也可以判别硅质岩的成因12,13。oa(1978)12利用e-Mn-(Ni+u+o)10三角图解成功地区分出热水沉积物与非热水沉积物,界上17个地区的21件热水沉积数据点均分布在e-Mn底线附近狭窄区内将表1中的氧化物e2O3eOMnO含量百分比换算成e(全铁)Mn元素含量,结合表2的oNiu之含量数据投影到e-Mn-(Ni+o+)10三角图上,结果本区8件硅质岩样品投影点均位于热水沉积区内(图2),表明本区硅质岩在沉积过程中确实有热水作用的参与。3征稀土元素是各种地质作用良好的地球化学特征的示踪剂,因而对其组成和分布的研究,是探讨岩石成因的重要途径之一,对于硅质岩来说,稀土元素含量特征及铈异常是区分热水沉积和非热水沉积的主要标志14,15总体上来讲,热水沉积硅质岩具有稀土总量低,铈的亏损较明显,而铕的亏损不明显,甚至出现正异常,且重稀土(HRE)有富集趋势;而非热水沉积则以REE总量高铈为正异常和LREE>HREE为特征出现这种规律性特征的原因是热水源混入了主要为向下渗透而后上升的海水,故在热水沉积中能够保留海水固有的REE总量低和e亏损等特点。湘黔桂地区晚前寒武纪层状硅质岩的稀土元素含量见表3从表3可看出,8件硅质岩样品的REE总量从5.6410-6到52.7910-6(平均19.1910-6),稀土元素总量低,但变化范围大;e值从0.37到0.75(平均为0.53),图2的e-n-(i+o+)0图据oa.,2)ig.2.M2(i+o+)10tianleiagramfites.fomoa,197812).正常沉积区;.热水沉积区。明显的负异常u值从0.58到0.97(平均0.77),呈弱的负异常8件硅质岩样品都具有LREE>HREE的特征,但La/b比值低,主要介于2.04～15.60之间(平均5.7),说明轻重稀土比硅质岩的稀土元素北美页岩标准化分布曲线也可以较好地区分热水沉积与非热水沉积硅质岩并能由此估算出岩石中热水沉积与非热水沉积的比例15,16在北美页岩标准化的REE分布式图上,热水沉积岩的稀土分布曲线均表现出不同程度的向左倾斜,硅质岩的稀土元素北美页岩标准化分布曲线也可以较好地区分热水沉积与非热水沉积硅质岩并能由此估算出岩石中热水沉积与非热水沉积的比例15,16在北美页岩标准化的REE分布式图上,热水沉积岩的稀土分布曲线均表现出不同程度的向左倾斜,倾斜程度越高,沉积岩中热水沉积物的比例也就越大15本区硅质岩在经北美页岩标准化的REE分布模式图上(图3),都表现为一定程度的向左倾斜,但倾斜程度却有所差别,样品MDN-4XPN-1和DN-1倾斜程度高,说明热水沉积物比例最大;其次是样品DN-2SH-4;而样品DN-35DN-3和NDN-4仅微弱的向左倾斜,说明热水沉积物所占比例最小因此,稀土元素分布曲线也同样说明了本区硅质岩虽有一定的热水作用参与,但并不具备典型纯热水沉积硅质岩的特点,表明其成因类型确实属于过渡类型。表3硅质岩稀土元素含量(10-6)ale3.Ecnntsfslales(10-6)eu号LaeNdmuTbbLuREELa/bON-35DN-4DN-1DN-2SH-4DN-3NDN-4XPN-1值5.01.40.927.13.116.42.53.65.07.02.31.111.12.716.23.22.95.84.12.72.38.42.815.98.13.86.00.870.340.521.870.402.280.600.710.950.220.130.160.380.140.470.130.180.230.170.090.110.420.100.250.120.140.180.150.680.461.860.731.050.350.570.730.200.100.070.320.160.200.080.080.1518.717.745.6431.4510.1352.7915.0811.9819.190.750.630.400.750.460.510.370.40.530.740.970.870.580.910.750.630.740.774.352.062.043.824.2515.67.146.305.7者:析。图3硅质岩经北美页岩标准化的REE分布模式ig.3.REEitibutonsinteoreditesyorthAeasles.4征于硅同位素自然变化较小,相对分析精度较低,测定难度较大,以往国内对硅同位素的研究应用不多但是,随着丁悌平等建立了用i4分析硅同位素的实验装置和方法17,18,获得了比前人更高的分析精度应用不多但是,随着丁悌平等建立了用i4分析硅同位素的实验装置和方法17,18,获得了比前人更高的分析精度(目前已达0.1),从而使硅同位素的研究进入了实用阶段。同位素研究的一个重要应用领域就是判断硅质岩的成因18据layton(1986)19、outitt(1982)20宋天锐(1989)21丁悌平(1988;1990)17,18等的研究,不同来源石英有不同的δ30i值从低温地下水中自生沉淀石英δ30i值最大,为1.4;热水来源石英δ30i值较小,为-1.5～0.8;成岩过程中的次生加大石英,其δ30i值介于上述二者之间,为-0.2～0.3生物成因硅质岩δ30i值变化范围为-1.4～1.7;交代成因硅质岩δ30i值变化范围为2.4～3.4;火山喷发-化学沉积硅质岩δ30i值为-0.4～-0.5。表4硅质岩的硅氧同位素组成()ale4.eslcnandntpccostnfslale()号w-24-2w-30-1x-15-2j-4l-7Ps-16δ30i(B)δ18O(MO)0.522.00.023.60.721.10.122.20.120.20.322.0者:所。从表4可看出,研究区硅质岩δ30i值变化范围为0.0～0.7‰,明显不同于低温地下水中自生沉淀石英和交代成因硅质岩火山喷发-化学沉积硅质岩,而是分布在热水来源石英和生物沉硅质岩δ30i值变化范围之内硅质岩硅同位素地球化学特征表明,本区硅质岩的确是热水沉积与生物沉积共同作用的产物,其成因类型应是两者之间的过渡类型。5征根据layton(1986)19ain(1970)22等的研究表明,不同成因的石英,δ18O值不同:火成英δ18O值为8.3～11.2;变质石英δ18O值为11.2～16.4;热泉华石英δ18O值为12.2～23.6;成岩石英的δ18O值为13～36;现代海滩石英砂δ18O值为10.3～12.5本区硅质样品δ18O值为20.2～23.1‰,明显不同于火成石英变质石英和代海滩石英砂,而是分布在热泉华石英δ18O值范围内,且与成岩石英接近同时,大部分硅岩δ18O值也分布在原生生物沉积硅质岩δ18O值变化范围17.0～22.1之中,而与交代因硅质岩δ18O值(12～20.3)却明显不同这表明本区硅质岩确实是热水沉积与生物沉积共同作用的产物。6结 论(1)湘黔桂地区晚前寒武纪层状硅质岩的化学成分纯净,iO2含量高达95.13%,其它氧化物含量均很低其e/i和(e+M)/i比值显示该硅质岩为热水沉积产物其在l/(l+e+M)l-e-Mn三角成因判别图的分布特征及化学成分总体特征均表明,该硅质岩为介于热水沉积与生物沉积之间的过渡类型。(2)本区硅质岩总体上贫微量元素,但富含BaAsbAg和U元素,与热泉水微量元素特征似其U/Th比值及其在e-Mn-(u+Ni+o)10三角图的分布特征都表明,该硅质岩沉美页岩标准化分布曲线向左陡倾斜至缓倾斜,这些特点都表明,本区硅质岩具有一定的热水沉积特征,但并不是典型的热水沉积硅质岩,而是属于有热水参与的过渡类型的硅质岩。(4)本区硅质岩δ美页岩标准化分布曲线向左陡倾斜至缓倾斜,这些特点都表明,本区硅质岩具有一定的热水沉积特征,但并不是典型的热水沉积硅质岩,而是属于有热水参与的过渡类型的硅质岩。(4)本区硅质岩δ30i值变化于0.0～0.7之间,18O值变化于20.2～23.6之间,表明本区硅质岩是热水沉积与生物沉积共同作用的产物。参 考 文 献1AciM.,aaoo.andiiskR.ydoterlcertandaoiatedousocksfomteortern2fc:tirooligfaeasinatonfoaniectiity.Sedimentarylgy,1986,47(1/2):125～148.2aaoo.ocelcarcteitcsandeoitonenionentfcertsandaoiatedocksinteFraianandianoterraes.Sedimentarylgy,1987,52:65～108.3Dui gN.O.ambiancoianandaltexturesinaionexitesfomteountindoroacltAutrian:tirpetogrphyceitryandoiin.onomiclgy,1992,87(3):764～768.4 周永章丹池盆地热水成因硅质岩地球化学特征沉积学报,1990,8(3):75～83。5 薛春纪银洞子似碧玉岩的海底热液沉积特征研究矿物岩石,1991,11(2):31～40。6 韩发大厂锡多金属矿床热液喷气沉积成因的证据质,1989,8(3):33～42。容矿岩石的微量元素及稀土元素地球化学矿床地7 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