重慶城口地區(qū)早寒武世黑色頁巖地球化學(xué)特征及成礦規(guī)律

李周玲 王敏捷 鄧 亞 錢志南 譚先鋒 陳 蘭

（重慶科技學(xué)院，重慶 401331）

重慶城口地區(qū)早寒武世黑色頁巖地球化學(xué)特征及成礦規(guī)律

李周玲 王敏捷 鄧 亞 錢志南 譚先鋒 陳 蘭

（重慶科技學(xué)院，重慶 401331）

研究城口地區(qū)早寒武世黑色頁巖地球化學(xué)特征、成礦規(guī)律及環(huán)境特征，并對早寒武世黑色頁巖元素分布及其形成環(huán)境進(jìn)行探討。

城口；黑色頁巖；地球化學(xué)特征；成礦規(guī)律

許多以黑色頁巖為容礦巖石的礦床和具有潛在經(jīng)濟(jì)價值的金屬堆積已在世界各地發(fā)現(xiàn)。近年來，我國不少學(xué)者開始研究黑色頁巖［1-4］，研究內(nèi)容涉及黑色頁巖地球化學(xué)特征、古環(huán)境意義及成礦規(guī)律等方面。李曉彪、楊文光等［1，5］人利用地球化學(xué)手段對城口地區(qū)黑色頁巖進(jìn)行了研究，這些研究對于城口地區(qū)黑色頁巖形成機(jī)理的認(rèn)識具有一定的推動作用。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，通過分析大量研究資料，并將城口地區(qū)黑色頁巖形成、分布規(guī)律與其他地區(qū)進(jìn)行對比研究，以期對城口地區(qū)黑色頁巖有進(jìn)一步的認(rèn)識。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)地跨秦嶺造山帶和揚(yáng)子板塊兩個一級地層、構(gòu)造區(qū)劃單元，以城巴深斷裂為界，北東為秦嶺地槽褶皺系的北大巴山地槽褶皺帶，南西為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺南大巴山臺緣凹陷褶皺帶。三級構(gòu)造單元為大巴山陷褶束,以烏龍—坪壩斷裂為界，位于該斷裂北東。

自加里東運(yùn)動以后，大巴山地就開始出現(xiàn)隆起和凹陷。海西運(yùn)動褶皺范圍向南擴(kuò)大，印支運(yùn)動又繼續(xù)隆起，燕山運(yùn)動使大巴山受到強(qiáng)烈的褶皺抬升和隆起，同時受米倉山、漢中地塊和神農(nóng)架地塊的阻擋，形成了大巴山弧形褶皺帶。

研究區(qū)屬大巴山弧形斷褶帶，由一系列西北至東西走向的雁列式褶皺和沖斷層組成（圖1）。褶皺緊密，斷層密集。巖層走向為北西至南東向，并向南弧形凸出。境內(nèi)有第四系、三迭系、二迭系、志留系、奧陶系、寒武系、震旦系7個系，37個組、群的地層。最新地層為第四系的新沖積，最老地層為震旦系南沱組或躍嶺河群。分布面積以寒武系地層最廣，在左嵐老房子以北直至川（渝）邊界均為寒武系分布，以主產(chǎn)石煤為特征，分3個統(tǒng)，6個組，厚1 800m。

2 黑色頁巖分布

我國黑色頁巖資源較豐富，雖然處在勘探程度的早期，還沒有能反映資源全貌的較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但其分布仍有規(guī)律可循，目前已查明的主要分布在華北—東北地區(qū)、南部地區(qū)、西北地區(qū)和青藏地區(qū)等四大地區(qū)。其中南方以四川盆地、鄂東渝西及下?lián)P子地區(qū)分布最為集中（圖2），而研究區(qū)正位于其中。

重慶城口黑色頁巖系廣泛分布，但主要產(chǎn)于秦嶺地槽與揚(yáng)子準(zhǔn)地臺接合部位處，水井沱組下部。黑色巖系形成于沉積盆地斜坡或以下地帶的還原環(huán)境中,與海平面上升有關(guān)。早寒武世初期隨著海平面上升,形成臺地邊緣-斜坡盆地的灰黑色硅、鈣、泥質(zhì)沉積,早期沉積的灰黑色薄層硅質(zhì)巖中還夾有黑色頁巖及少量凝灰?guī)r，常有多門類帶殼動物化石發(fā)育。因此，當(dāng)其厚度較大時，可成為良好的生油巖系，常作為石油的指示地層。

圖1 構(gòu)造特征分布平面圖

圖2 城口黑色頁巖

3 黑色頁巖地球化學(xué)特征及環(huán)境意義

本次研究利用稀土元素地球化學(xué)分析手段，并結(jié)合前人研究成果［1，5］，對城口地區(qū)黑色頁巖進(jìn)行了地球化學(xué)特征分析（表1），并對形成環(huán)境及成礦規(guī)律進(jìn)行了探討。

表 城口地區(qū)部分剖面樣品的貴金屬質(zhì)量百分含量

3.1 城口地區(qū)黑色頁巖地球化學(xué)特征

（1）稀土元素特征

硅質(zhì)巖中稀土元素的變化與相應(yīng)環(huán)境下的海水和沉積物相類似，因而,硅質(zhì)巖中的稀土元素的分布特點(diǎn)可作為其沉積時的古海水及其對應(yīng)沉積物的近似代表。硅質(zhì)巖稀土元素的主要來源是從海水中吸收稀土,其次是從陸源和海底火山顆粒中繼承。因而硅質(zhì)巖的沉積速率就成為控制其稀土含量的主要因素。

（2）PGE(“鉑族元素” platium group element)分析

本次研究對典型剖面的大部分樣品進(jìn)行了較系統(tǒng)的PGE分析和微量元素分析,重點(diǎn)是對前人發(fā)現(xiàn)鉑族元素異常的剖面進(jìn)行重新評估 ,城巴斷塊區(qū)的剖面包括水井沱組的和平剖面 (本次研究中應(yīng)用能譜儀新發(fā)現(xiàn)的具有一定PGE異常的新剖面);槽區(qū)的剖面包括水晶組的大燕山剖面,巴山組的巴山、燕子河等。其PGE分析結(jié)果見表1［1］。

3.2 環(huán)境分析及成礦規(guī)律

本區(qū)主要以鉑礦為主要研究對象,而黑色巖系是鉑族元素的重要容礦巖石，且鉑族元素常與有機(jī)質(zhì)伴生，有機(jī)質(zhì)對鉑族元素的富集有重要意義，所以黑色頁巖型鉑礦是一種前景較好的新鉑族資源類型。

城口鉑礦位于秦嶺褶皺系南緣，揚(yáng)子準(zhǔn)地臺北緣之坳陷帶，以城巴深斷裂為界，北側(cè)為秦嶺地槽褶皺系北大巴山冒地槽褶皺帶，南側(cè)為揚(yáng)子地臺區(qū)南大巴山臺緣凹陷褶皺帶大巴山褶皺束。城巴斷塊為鉑礦主要的成礦區(qū)域，主礦化層為上震旦統(tǒng)陡山沱組，次礦化層為下寒武統(tǒng)水井沱組。

其成礦環(huán)境為還原環(huán)境，鉑礦有機(jī)質(zhì)組成、分子化石分布特征都反映了城口鉑礦中的有機(jī)質(zhì)先體為菌藻類微生物，且該區(qū)經(jīng)歷了長時間的海侵期。從南往北，海侵上超明顯，而高水位期主要表現(xiàn)為深水環(huán)境，巖性變化韻律為頁巖、泥質(zhì)灰?guī)r→砂質(zhì)頁巖、頁巖→鮞狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、泥灰?guī)r→泥質(zhì)條帶灰?guī)r、灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、白云巖和泥質(zhì)灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r→泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r。而該區(qū)礦化層的巖性主要為黑色碳質(zhì)頁巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖,夾少量的泥灰?guī)r、白云巖、粉砂巖薄層，礦(化)體多呈層狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與圍巖一致，含礦巖石普遍具黃鐵礦化、硅化、碳化現(xiàn)象，含礦層越接近城巴深斷裂前緣礦化越明顯，且有機(jī)質(zhì)與礦石密切共生,由此可看出生物和有機(jī)質(zhì)在鉑礦的形成過程中起著重要的作用。

4 黑色頁巖分布規(guī)律、地球化學(xué)特征及環(huán)境意義分析

通過對城口地區(qū)黑色頁巖分布規(guī)律、地球化學(xué)特征及環(huán)境意義等方面的研究，結(jié)合其他地區(qū)黑色頁巖研究情況表明：

（1）黑色頁巖地球化學(xué)特征分布規(guī)律

研究區(qū)（城口）黑色頁巖地球化學(xué)特征是稀土元素分布不太穩(wěn)定，主要受沉積物沉積速率的影響，另外經(jīng)過對相應(yīng)的典型剖面（尤其是水井沱組的和平剖面）的大部分樣品進(jìn)行較系統(tǒng)的PGE分析和微量元素分析后，不難發(fā)現(xiàn)該區(qū)鉑族元素存在典型的異?，F(xiàn)象，即PGE異常是城口地區(qū)的黑色頁巖的明顯特征。為了讓該項目更具有代表性，我們又研究了湘西和揚(yáng)子地區(qū)黑色頁巖的地球化學(xué)特征，釩是湘西黑色頁巖中常見的伴生元素,其含礦率達(dá)50%～70%,礦石品位較高,含V2O50.54%～1.04%,而含有機(jī)碳低的硅質(zhì)巖,V2O5含量僅為0.14%～0.41%；針對下寒武統(tǒng)地層，我們在揚(yáng)子地區(qū)以江蘇昆山昆2井、南京幕府山、江西修水3條剖面為研究對象。剖面中共有3種沉積相:①陸緣碎屑巖相,為頁巖、粉砂質(zhì)頁巖和少量粉砂巖等；②碳酸鹽巖相,為白云巖、灰質(zhì)白云巖和灰?guī)r等；③上升流相,為黑色炭質(zhì)頁巖、炭質(zhì)硅質(zhì)頁巖、灰?guī)r中硅質(zhì)條帶和結(jié)核以及粉砂質(zhì)頁巖中磷礦層和磷結(jié)核等。我們主要研究上升流相，經(jīng)測量分析,其沉積厚度平均占61.46%,并且多為薄層狀,有機(jī)碳豐富,黑色頁巖中有機(jī)碳1.07%～12.31%,硅質(zhì)巖中達(dá)0.4%～6.69%,石煤巖達(dá)8.6%～30.0%。不難看出揚(yáng)子地區(qū)（尤其在上升流相）黑色頁巖中有機(jī)碳特征較為明顯。

縱觀不同地區(qū)黑色頁巖地球化學(xué)特征，可以總結(jié)出黑色頁巖地球化學(xué)特征具有稀土元素、有機(jī)碳分布比較集中，貴金屬元素（尤其對于鉑族元素）含量出現(xiàn)異常的分布規(guī)律。

（2）黑色頁巖形成于深水缺氧環(huán)境

城口地區(qū)在海侵時期，南部地區(qū)是外陸棚相，形成的主要是深色頁巖，可代表深水環(huán)境。湘西地區(qū)在早寒武世發(fā)生的濁流運(yùn)動中，由下覆的黑色頁巖的上覆巖石主要是粉砂巖或泥巖可知，其沉積環(huán)境為饑餓的深水沉積相，由于離岸較遠(yuǎn)、碎屑物的供給較缺乏，形成缺氧環(huán)境，因此低棲生物少，有利于黑色頁巖的形成和保存。在揚(yáng)子地塊，上升流相造成的有機(jī)質(zhì)豐富沉積形成黑色頁巖，可以推斷出黑色頁巖形成于深水缺氧環(huán)境。

（3）黑色頁巖是尋找礦產(chǎn)的有利目標(biāo)

城口早寒武紀(jì)黑色頁巖主分布于秦嶺褶皺系南緣，揚(yáng)子準(zhǔn)地臺北緣之坳陷帶城巴深斷裂處。因該套黑色頁巖地球化學(xué)分析的PGE異常，城巴斷塊為鉑礦主要的成礦區(qū)域，主礦化層為上震旦統(tǒng)陡山沱組，次礦化層為下寒武統(tǒng)水井沱組。因此該套城口早寒武紀(jì)黑色頁巖具有良好的鉑礦成礦條件。結(jié)合對三峽地區(qū)、昆陽地區(qū)、遵義地區(qū)的古生物研究,陡山沱組底部帽白云巖、早寒武時期的火山活動及Ni-Mo-PGE多元素異常的研究得出分布于揚(yáng)子地臺區(qū)和秦嶺區(qū)華南早前寒武系黑色巖系的相關(guān)礦床包括陡山沱期的錳礦 、磷礦 和 AgV礦 ,早寒武時期的磷礦、重晶石礦 、REE-P礦、U-V礦及特征的 Ni-Mo-PGE礦化?？梢姾谏珟r系礦床的礦種多，是各種貴金屬（如金、銀、鉑、鈀等）、有色金屬（如銅、鉬、鎳、鉛、鋅等）以及黑色金屬（如鐵、錳等）的主要來源。

5 結(jié) 語

黑色巖系是鉑族元素的重要容礦巖石，鉑族元素常與有機(jī)質(zhì)伴生，有機(jī)質(zhì)對鉑族元素的富集有重要意義。對城口地區(qū)黑色頁巖的地球化學(xué)特征的研究可知，城口鉑礦有機(jī)質(zhì)組成、分子化石分布特征都反映了城口鉑礦中的有機(jī)質(zhì)先體為菌藻類微生物。有機(jī)質(zhì)與礦石密切共生,反映了生物和有機(jī)質(zhì)在鉑礦的形成過程中起著重要的作用。城口地區(qū)黑色頁巖所含稀土元素中的PGE異常特點(diǎn)，具有良好的以成鉑礦為主的成礦條件。

[1]李曉彪,羅遠(yuǎn)良,羅泰義，等.重慶城口地區(qū)早前寒武系黑色巖系研究早寒武世硅質(zhì)巖的沉積環(huán)境研究 礦物學(xué)報，2007，27(3):2-12.

[2]胡望水，呂炳全，王紅罡，等.揚(yáng)子地塊東南陸緣寒武系上升流沉積特征[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報，2004，26(4):1-4.

[3]吳朝東，陳其英，楊承運(yùn).湘西黑色巖系沉積演化與含礦序列[J].沉積學(xué)報，1999,17(2):3-7.

[4]王登紅.與黑色巖系有關(guān)礦床研究進(jìn)展[J].地質(zhì)地球化學(xué),1997(2):1-2.

[5]楊文光，林麗，朱利東，等.重慶城口黑色巖系中鉑礦的分子古生物學(xué)特征研究[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2004，31(5):1-2.

Abstract：Based on the previous research,we studies the Geochemistry characteristics and environmental significance of the Lower Cambrian black shale in Chengkou area and discusses its element distributions and formation environment.

Key words：Chengkou；black shale；geochemistry characteristics；environmental significance

Geochemistry Characteristic and Circumstance Discussion of The Lower Cambrian Black Shale in Chongqing Chengkou Area

LI Zhou-ling WANG Min-jie DENG Ya QIAN Zhi-nan TAN Xian-feng CHEN Lan
(Chongqing University of Science and Technology,Chongqing 401331)

TE122

A

1673-1980（2011）06-0092-04

2011-05-23

重慶科技學(xué)院第五屆大學(xué)生科技創(chuàng)新項目

李周玲（1989-），女，重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院2008級學(xué)生。