滇東南丘北地區(qū)上二疊統(tǒng)吳家坪階硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義①

劉加強 王訓(xùn)練 周洪瑞 高金漢 于 蕾 毛志芳 鄭 楠

(中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院 北京 100083)

0 引言

滇黔桂盆地特殊的地質(zhì)背景、豐富的金屬礦產(chǎn)及油氣資源而引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，海西期大地構(gòu)造性質(zhì)的認識存在裂谷盆地、被動大陸邊緣裂谷盆地、弧后裂谷盆地、弧后盆地或洋盆等不同觀點［1］。

硅質(zhì)巖形成于特定的地質(zhì)與地球化學(xué)條件，能夠提供沉積盆地和構(gòu)造活動的重要信息［2］。晚二疊世吳家坪期滇黔桂地區(qū)發(fā)育大量的硅質(zhì)巖，為構(gòu)造背景及沉積盆地的研究提供了良好的條件。國內(nèi)外學(xué)者［3～9］主要通過地球化學(xué)、巖石學(xué)及古生物學(xué)等方法研究滇黔桂地區(qū)晚二疊世吳家坪期硅質(zhì)巖成因、形成環(huán)境及油氣勘探意義，將其成因主要歸于生物成因及熱液成因等，而同屬滇黔桂盆地的滇東南丘北地區(qū)尚無吳家坪期沉積硅質(zhì)巖的系統(tǒng)研究。

不同學(xué)者［10～16］對滇東南地區(qū)的晚二疊世古地理背景進行了研究。雖然認識有所差異，但其沉積環(huán)境均落在過渡地帶，反映了滇東南地區(qū)在滇黔桂地區(qū)構(gòu)造演化和沉積背景研究過程中的重要性。本文研究滇東南丘北地區(qū)上二疊統(tǒng)吳家坪組硅質(zhì)巖的地球化學(xué)特征，旨在探討硅質(zhì)巖的特征及成因類型及沉積背景。

1 地質(zhì)背景與測試結(jié)果

滇東南地區(qū)處于滇、黔、桂三省的結(jié)合帶(圖1 a)，位于滇黔桂盆地西緣，構(gòu)造上屬于右江造山帶［17］。

二疊紀區(qū)內(nèi)發(fā)育文山—麻栗坡、南盤江及那坡等同沉積斷裂［18］，同時，該區(qū)又處于峨眉山大火成巖省的外帶［19，20］，中、晚二疊世之交由峨眉山地幔柱和文山斷裂共同控制的玄武巖出露于丘北鐵廠、文山花莊、文山他癡及廣南那梭等地［21］，富寧地區(qū)晚二疊世鐵鎂質(zhì)侵入巖地球化學(xué)特征與峨眉山大火成巖省巖石特征相似［22］，表明峨眉山地幔柱對滇東南地區(qū)東南部也有影響。

本文共采集吳家坪組硅質(zhì)巖樣品4件，采樣地點及層位見圖1b及圖2。硅質(zhì)巖主要呈層狀或似層狀產(chǎn)出，其下伏地層巖性多為泥巖、炭質(zhì)泥巖或粉砂質(zhì)泥巖。顏色為灰色—深灰色(圖3a，b)，主要由微晶石英組成，可見黃鐵礦晶體(圖3c，d)，僅P19樣品所在剖面見少量放射蟲或海綿骨針化石(圖3e，f)。樣品化學(xué)分析經(jīng)中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地學(xué)實驗中心測試完成，主量元素和微量元素結(jié)果分見表1和表2。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖(圖1a據(jù)何斌等［19］，Xu Y G.，等 ［20］修改)Fig.1 Sketch geological map of study area with locations of sampling site(Fig.1 a modified from He B，et al［19］.，Xu Y G，et al［20］.)

圖2 滇東南丘北地區(qū)吳家坪階硅質(zhì)巖采樣層位柱狀圖Fig.2 Stratigraphic columns along four profiles with indication of the analyzed sample

圖3 滇東南丘北地區(qū)吳家坪組硅質(zhì)巖巖石學(xué)特征Fig.3 Petrogeological characteristics of Wuchiapingian cherts of Qiubei，Southeast Yunan

表2 滇東南丘北地區(qū)上二疊統(tǒng)吳家坪組硅質(zhì)巖稀土元素(μg/g)測試結(jié)果Table 2 Rare earth elements compositions of Wuchiapingian cherts of Qiubei，Southeast Yunan

滇東南丘北地區(qū)的硅質(zhì)巖SiO2含量為87.81%～97.57%，P29—R—7—1 含量最低為 87.81%。此外，P29—R—7—1的 Al2O3、TFe2O3及 MnO 的含量也明顯高于其它3個樣品。微量元素中，滇東南丘北地區(qū)吳家坪期P29、P46、P14剖面硅質(zhì)巖與東攀DP2—7硅質(zhì)巖［6］北美頁巖標準化曲線均較平坦(圖4)，具有明顯的Ce異常，P19剖面硅質(zhì)巖北美頁巖標準化曲線則表現(xiàn)為重稀土元素富集，與來賓地區(qū)硅質(zhì)巖［4］變化趨勢更為一致，具弱Ce負異常;Ce/Ce*為0.517～0.858，數(shù)值明顯大于來賓地區(qū)而小于東攀地區(qū);Eu/Eu*為0.733～1.129，與來賓(0.67～1.04)和東攀地區(qū)(0.68～0.97)相似;LaN/CeN介于 1.12～1.80，LaN/YbN為 0.63～1.42，ΣREE 含量較低，為3.205～36.614 μg/g。

2 硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征

硅質(zhì)巖的常量、稀土元素的地球化學(xué)特征對于恢復(fù)硅質(zhì)巖成因及其沉積環(huán)境具有重要的借鑒意義，已成為古海洋分析的重要手段［2，23～29］。

由于研究區(qū)該時期硅質(zhì)巖的研究尚無報道，本文將本區(qū)硅質(zhì)巖的地球化學(xué)數(shù)據(jù)與廣西來賓和廣西崇左東攀數(shù)據(jù)進行對比，以期待查明滇東南丘北地區(qū)吳家坪組硅質(zhì)巖的成因及其沉積環(huán)境。邱振和王清晨［4］通過來賓中上二疊統(tǒng)硅質(zhì)巖的研究認為來賓地區(qū)的硅質(zhì)巖主要為熱液成因，其沉積環(huán)境為遠離陸源干擾且受熱液作用影響的海盆環(huán)境。田云濤等［6］將崇左東攀上二疊統(tǒng)大隆組硅質(zhì)巖成因歸于生物作用為主，并受大量物源物質(zhì)和少量熱液和火山物質(zhì)影響，并認為其為大陸邊緣中下部沉積產(chǎn)物。馮增昭等［12］認為上二疊統(tǒng)長興組、大隆組層狀硅質(zhì)巖的成因復(fù)雜，并認為以生物成因為主，而火山活動和熱水沉積則是局部的、次要的，且通過沉積序列、化學(xué)分析和古生物化石的方法研究認為硅質(zhì)巖沉積環(huán)境可從深淺水到深水。

2.1 常量元素

康健麗等［30］通過對西南天山馬達爾地區(qū)硅質(zhì)巖的研究認為:若硅質(zhì)巖源區(qū)有較高比例的陸源泥質(zhì)沉積物時，硅質(zhì)巖的SiO2/Al2O3與Al2O3有較好的負相關(guān)。SiO2/Al2O3與Al2O3圖解(圖5)表明，東攀地區(qū)SiO2/Al2O3與Al2O3具有明顯負相關(guān)關(guān)系，且各點連線斜率較小，隨著陸源碎屑物質(zhì)輸入的減少，斜率變陡且負相關(guān)關(guān)系逐漸不明顯;來賓地區(qū)SiO2/Al2O3值最大且變化范圍較大，而Al2O3變化范圍較小;丘北地區(qū)硅質(zhì)巖介于兩者之間。這表明東攀地區(qū)硅質(zhì)巖中陸源泥質(zhì)沉積物含量較高，而來賓地區(qū)硅質(zhì)巖含陸源物質(zhì)最少，丘北地區(qū)介于其中。此外，滇東南丘北地區(qū)硅質(zhì)巖SiO2/Al2O3值除P29外均大于80，表明丘北地區(qū)硅質(zhì)巖受陸源碎屑影響較小。

圖5 丘北、東攀及來賓地區(qū)上二疊統(tǒng)吳家坪階硅質(zhì)巖SiO2/Al2O3—Al2O3圖解Fig.5 SiO2/Al2O3versus Al2O3diagram of Upper Permian Wuchiapingian cherts of Qiubei，Dongpan and Laibin region

硅質(zhì)巖中Al和Ti可以指示陸源碎屑輸入，而Fe和Mn則是熱液參與的指標［28，31］。海相沉積物中Al/(Al+Fe+Mn)大于0.4反映其生物成因，小于0.4則為熱液成因［32］，該值在 0.01(純熱液成因)至0.6(純生物成因)之間變化［28，29］。滇東南丘北地區(qū)硅質(zhì)巖的Al/(Al+Fe+Mn)為 0.46～0.76，除 P29小于0.6外，其它樣品均大于0.65，說明除P29外其它硅質(zhì)巖主要為生物成因，P29接近熱液成因區(qū)域。在Al—Fe—Mn三角圖解中，熱液成因硅質(zhì)巖落于圖解富Fe端，而非熱液成因硅質(zhì)巖落于富 Al端［28］。滇東南丘北地區(qū)硅質(zhì)巖在Al—Fe—Mn圖解(圖6)中全部落在非熱液成因區(qū)域。考慮到研究區(qū)東部的P19剖面硅質(zhì)巖中見少量硅質(zhì)海綿骨針和放射蟲化石，說明該地區(qū)硅質(zhì)巖可能水體較深，受生物作用的影響大。由于Mn是硅質(zhì)巖形成過程中的分離產(chǎn)物，Mn和Al的比值不能反映沉積物的沉積環(huán)境，在研究硅質(zhì)巖沉積環(huán)境時更傾向于用Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)來判別其沉積環(huán)境［2］。滇東南丘北地區(qū)硅質(zhì)巖Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)介于 0.54～0.82，與大陸邊緣硅質(zhì)巖(0.5～0.9)變化范圍一致［2］。在 Fe2O3/TiO2—Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)圖解(圖7a)中，滇東南丘北地區(qū)落于大陸邊緣區(qū)域，反映該區(qū)硅質(zhì)巖沉積環(huán)境為大陸邊緣附近。

圖6 丘北、東攀、來賓地區(qū)晚二疊世硅質(zhì)巖Al—Fe—Mn 圖解(據(jù) Adachi等［28］)Fig.6 Al—Fe—Mn diagram of Upper Permian Wuchiapingian cherts of Qiubei，Dongpan and Laibin region(after Adachi，et al.［28］)

2.2 稀土元素特征

硅質(zhì)巖稀土元素配分模式、Ce和Eu異常、LaN/YbN、LaN/CeN比值可以指示硅質(zhì)巖形成環(huán)境的不同［25～27］。

與大陸邊緣相關(guān)的硅質(zhì)巖經(jīng)球粒隕石標準化的稀土模式則表現(xiàn)為輕稀土元素富集，且具有明顯負Eu異常的右傾型［33］。頁巖標準化稀土模式在受沉積環(huán)境影響的同時，還與陸源碎屑的輸入有關(guān)。一般地，在受陸源影響的環(huán)境中，輕稀土元素富集比較明顯，LaN/YbN為1.49～1.74，而在遠洋和深海盆地中，輕稀土元素明顯虧損，其LaN/YbN約為0.70，大陸邊緣其值則介于這兩個值之間［34］，這說明隨著陸源碎屑輸入的減少，LaN/YbN有規(guī)律的遞減。滇東南丘北地區(qū)吳家坪階各硅質(zhì)巖頁巖標準化稀土模式表現(xiàn)出一定的差異性，其中P19—R—5—1頁巖標準化稀土模式 LaN/YbN為 0.63，明顯小于 0.70，略顯左傾，這表明P19—R—5—1距離物源區(qū)較遠，受陸源碎屑影響很少。P14—R—11—1頁巖標準化配分模式LaN/YbN為1.42，略顯右傾，表明其接受的陸源碎屑較其它地區(qū)多，其余樣品介于0.8～1.0之間，受陸源碎屑影響較小。硅質(zhì)巖經(jīng)球粒隕石標準化后LaC/YbC介于4.961～11.257，明顯富集輕稀土元素，δEu 值介于0.521～0.803，具明顯負異常，表明其沉積環(huán)境為大陸邊緣附近。

Ce/Ce*也是硅質(zhì)巖研究的重要地球化學(xué)指標。Murray et al［24，25］認為形成于大洋中脊附近硅質(zhì)巖Ce/Ce*約為0.29，遠洋盆地的 Ce/Ce*約為 0.55，而大陸邊緣附近的 Ce異常不明顯［34］，Ce/Ce*為0.67～1.35。滇東南丘北地區(qū)吳家坪期硅質(zhì)巖Ce/Ce*為0.517～0.858，Ce異常不明顯，表明沉積環(huán)境為大陸邊緣。另外，大陸邊緣沉積的硅質(zhì)巖LaN/CeN為0.5～1.5，大洋盆地內(nèi)部的硅質(zhì)巖為 1.0～2.5，大洋中脊附近的硅質(zhì)巖為3.5。滇東南丘北地區(qū)吳家坪期硅質(zhì)巖 LaN/CeN為 1.12～1.80，結(jié)合 LaN/CeN—Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)圖解(圖7b)，認為滇東南丘北地區(qū)吳家坪期硅質(zhì)巖沉積環(huán)境為大陸邊緣。

受熱液影響的硅質(zhì)巖Eu呈現(xiàn)一定程度的正異常。滇東南丘北地區(qū)吳家坪組中下部硅質(zhì)巖北美頁巖標準化 Eu/Eu*為0.733～1.036，具負異?；蛉醯恼惓＃恢С止栀|(zhì)巖熱液成因。吳家坪組頂部P29—R—7—1硅質(zhì)巖的 Eu/Eu*為1.129，具一定的正異常，可能受到一定程度的熱液影響。

3 討論與結(jié)論

圖7 丘北、東攀、來賓硅質(zhì)巖Fe2O3/TiO2—Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)(a)及LaN/CeN—Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)圖解(大洋中脊、遠洋盆地和大陸邊緣分區(qū)界線據(jù)Murrary［2］)Fig.7 Fe2O3/TiO2－Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)and LaN/CeN－ Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)diagrams of Upper Permian Wuchiapingian cherts of Qiubei，Dongpan and Laibin region.(ridge，pelagic and continental margin curve after Murray［2］)

通過對滇東南丘北地區(qū)晚二疊世吳家坪期硅質(zhì)巖的常量元素、稀土元素地球化學(xué)特征的分析可以看出，硅質(zhì)巖主要以生物化學(xué)成因為主。P29—R—7—1與其它硅質(zhì)巖相比具較低的Al/(Al+Fe+Mn)值、較大的Fe2O3/TiO2值和Eu的正異常?？紤]其沉積環(huán)境同為大陸邊緣，可以排除因沉積環(huán)境的不同造成的差異。

晚二疊世的大火成巖是中國唯一公認的地幔柱成因大火成巖?。?1～22］，該區(qū)峨眉山大火成巖省的外帶(圖1a)。此外，研究區(qū)發(fā)育文山—麻栗坡和丘北—廣南—富寧斷裂帶，為該時期的巖漿活動提供了條件。

張旗等［35］研究了揚子地塊西南緣晚古生代基性巖漿巖地球化學(xué)特征，認為從晚泥盆世到晚二疊世的120 Ma期間，地幔柱巖漿活動的規(guī)模和強度逐漸增加且玄武巖分布中心從南寧—百色之間逐漸向北西310°方向遷移了約600 km，其遷移速度平均為5 km/Ma。丘北縣位于南寧北西向，兩者相距約為600 km。據(jù)此推斷晚二疊世時玄武巖分布中心位于丘北北東附近，沿斷裂帶噴發(fā)，溫瀏地區(qū)的玄武巖可能為該時期的產(chǎn)物。滇東南丘北地區(qū)硅質(zhì)巖應(yīng)該受熱液影響。據(jù)此可以推斷滇東南丘北地區(qū)吳家坪組中下部硅質(zhì)巖沉積時，玄武巖分布中心距離該地區(qū)大于10 km，因此該時期沉積的硅質(zhì)巖不具Eu異常，而當吳家坪頂部硅質(zhì)巖沉積時，與玄武巖分布中心相距較近，使得P29—R—7—1受到熱液的作用較大，使其Fe2O3含量較高，致使其Al/(Al+Fe+Mn)值較小、Fe2O3/TiO2值較大和Eu正異常。由于生物成因作用在成巖過程中占主導(dǎo)，致使其雖受到一定程度熱液影響，也未改變其在投在生物成因區(qū)域。由此也可以得知，Al—Fe—Mn三角圖解是對占主導(dǎo)作用的硅質(zhì)巖成因的反映。

其它3個樣品未受到熱液的作用，可以很好的反映研究區(qū)沉積環(huán)境，其自P14剖面至P19剖面LaN/YbN有規(guī)律的減小，P19剖面硅質(zhì)巖中放射蟲和海綿骨針化石，反映其沉積環(huán)境逐漸加深。同時，硅質(zhì)巖下伏地層多為灰色、深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖或炭質(zhì)泥巖，沉積層理不明顯及硅質(zhì)巖鏡下看見黃鐵礦晶體，均顯示其沉積能量較低。

通過對滇東南丘北地區(qū)、來賓、東攀地區(qū)硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征的研究可以看出，研究區(qū)的硅質(zhì)巖以生物成因為主，與東攀地區(qū)硅質(zhì)巖相比受陸源碎屑影響較小，且沉積環(huán)境均為大陸邊緣，而來賓地區(qū)則為受熱液影響的遠離陸源物質(zhì)干擾而受熱液作用影響的海盆環(huán)境［4］。P29由于受到一定程度的熱液影響，在Al—Fe—Mn圖解中接近熱液成因區(qū)域，且在北美頁巖標準化曲線上顯示與來賓地區(qū)相似的特征。將上述三個地區(qū)投到前人對該地區(qū)所做的古地理圖［13］中可以發(fā)現(xiàn)，東攀地區(qū)距離物源區(qū)最近，來賓最遠，文山地區(qū)介于兩者之間。可見硅質(zhì)巖的地球化學(xué)特征可以很好的反演區(qū)域古地理特征。

圖8 中國南方晚二疊世龍?zhí)镀趲r相古地理圖(據(jù)馮增昭等［12］修改)Fig.8 Litofacies paleogeography map of Longtan Age of Late Permian of South China(Modified from Feng Zengzhao［12］)

綜上所述，可以得出以下結(jié)論:

(1)晚二疊世時滇東南丘北地區(qū)、東攀地區(qū)同為大陸邊緣環(huán)境，且東攀地區(qū)距離物源區(qū)較近，此時期所沉積硅質(zhì)巖受陸源碎屑影響較大。滇東南丘北地區(qū)吳家坪階硅質(zhì)巖主要為生物作用沉積，受陸源碎屑影響較小。來賓硅質(zhì)巖沉積環(huán)境為遠離陸源的海盆，主要受熱液影響;

(2)滇東南丘北地區(qū)P29硅質(zhì)巖Eu*為1.129，反映其受到一定程度熱液的影響，表明晚二疊世時該地區(qū)受峨眉山地幔柱或(和)斷裂的共同影響;

(3)滇東南丘北地區(qū)吳家坪期研究區(qū)由西向東其水體深度逐漸加深，且水體能量較低。硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征能很好的反映古地理環(huán)境。

致謝:在云南野外期間，云南有色地質(zhì)局郭遠生局長，崔銀亮總工，張道紅處長及云南有色306隊，310隊給予了熱情幫助，在此謹表感謝，也感謝審稿專家對本文提出的中肯意見。

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