廣西東平北泗組稀土元素地球化學(xué)特征

摘 要：對(duì)于桂西南地區(qū)北泗組碳酸錳礦的成因一直存在諸多爭(zhēng)議，采用的分析方法也多種多樣，文章通過(guò)分析北泗組地層稀土元素地球化學(xué)特征來(lái)探討北泗組錳礦的成因問題。北泗組樣品具有LREE>HREE的熱水沉積建造的基本特點(diǎn)，高豐度的∑REE、不同巖性表現(xiàn)出的不同Ce異常以及Eu異常的散亂分布顯然與正常的海水沉積不同。Ⅰ類含錳巖系樣品表現(xiàn)為正Ce異常，而Ⅱ類泥灰?guī)r樣品整體上表現(xiàn)出負(fù)異常，部分樣品表現(xiàn)出顯著的正Eu異常，結(jié)合Mn、Fe離子絡(luò)合物的吸附作用，推測(cè)北泗組錳礦為形成于氧化環(huán)境的熱水沉積型錳礦床。

關(guān)鍵詞：北泗組；地球化學(xué)特征；Ce異常；Eu異常；沉積環(huán)境

前言

晚三疊世北泗期為我國(guó)中生代重要的沉積型錳礦成礦時(shí)期，含錳巖系主要分布在廣西天等～德?！飽|一帶，俗稱“東平式錳礦”[1，2]。關(guān)于北泗組沉積錳礦床的成因一直存在諸多爭(zhēng)議，如缺氧局限海盆說(shuō)，主張錳礦的形成環(huán)境為閉塞海的缺氧環(huán)境，物源來(lái)自大陸[3]；海底熱泉噴流說(shuō)，認(rèn)為錳礦的形成是海底熱泉噴流熱液參與的熱水沉積。近期研究更多的認(rèn)為該時(shí)期的錳礦床成因是巖漿的侵入或噴發(fā)與巖漿活動(dòng)引起的海底噴氣、熱水溢流等共同作用的結(jié)果[4，5]。文章通過(guò)東平礦區(qū)三口鉆井北泗組巖芯樣品的稀土元素分析，利用地球化學(xué)方法恢復(fù)北泗期的沉積環(huán)境，為分析北泗組錳礦床的成因提供地化證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)

北泗組地層主要分布在廣西天等～德?！飽|一帶，位于下雷～靈馬坳陷的地州到向都弧形褶皺帶東端。其中，下雷-靈馬斷裂帶屬于同沉積斷裂，發(fā)育于基底層中又控制同時(shí)發(fā)生的沉積作用。從早泥盆世至早三疊世，主要是較薄的深水臺(tái)溝相硅質(zhì)巖、燧石灰?guī)r、砂頁(yè)巖沉積，斷裂帶南北兩側(cè)沉積較厚的臺(tái)地相碳酸鹽巖，沿?cái)嗔褞纬商厥獾摹芭_(tái)溝”式斷槽凹陷區(qū)，并有較強(qiáng)的海西-印支期巖漿運(yùn)動(dòng)[6，7]。區(qū)內(nèi)出露的三疊世地層由老到新依次為：早三疊世馬腳嶺期、北泗期、羅樓群期，中三疊世百逢期。其中早三疊世地層巖相分異明顯，可以劃分為碳酸鹽巖相和碎屑巖相，前者包括馬腳嶺組和北泗組，后者指羅樓群組。北泗組地層為主要的含礦層位，其巖性為硅質(zhì)泥灰?guī)r、含錳硅質(zhì)泥灰?guī)r與碳酸錳礦互層。圖1為東平礦區(qū)位置。

2 稀土元素地球化學(xué)特征

稀土元素分析樣品均取自東平、扶晚礦區(qū)北泗組巖芯樣品，包括含礦層及上下地層樣品共計(jì)17件。首先，將篩選好的樣品碎成細(xì)小碎塊，利用球磨儀將其磨至200目以下的粉末，送至核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心做等離子體質(zhì)譜分析儀測(cè)試，分析精度優(yōu)于95%。并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化。

2.1 稀土元素總量與輕重稀土分異

北泗組的分析樣品巖性可分為兩類，Ⅰ類為含錳巖系，包括含錳泥灰?guī)r和碳酸錳礦，Ⅱ類為上下層位的圍巖，主要指泥灰?guī)r類。總的來(lái)看Ⅰ類含錳巖系∑REE變化范圍較大，為71.24～217.49，平均值為128.6，高于Ⅱ類圍巖層（平均值121）。Ⅰ類和Ⅱ類的稀土總量整體上與大陸上地殼值相近（平均值為146.4×10-6），低于北美頁(yè)巖（平均值為173.2×10-6）。樣品總體上表現(xiàn)∑LREE/∑HREE分異明顯（平均值8.1），LaN/YbN剔除個(gè)別異常值外，變化范圍在0.68～1.64之間波動(dòng)，平均值為1.18，整體上屬于標(biāo)準(zhǔn)頁(yè)巖LaN/YbN（1.0～1.3）的波動(dòng)范圍。

2.2 稀土元素地球化學(xué)參數(shù)

在現(xiàn)代海水的氧化、偏堿性條件下，Ce3+被氧化成相對(duì)不溶的Ce4+，并被鐵錳離子的絡(luò)合物吸附，導(dǎo)致海水及其沉積物中Ce3+的虧損，反之亦然，因此Ce異常可作為指示沉積環(huán)境氧化還原條件的標(biāo)志[8，9，10]。在熱水環(huán)境下，Eu常呈現(xiàn)出顯著的正異常，因此Eu異常被作為指示沉積環(huán)境溫度條件的標(biāo)志[11]。Ⅰ類樣品整體表現(xiàn)為正Ce異常，δCe變化范圍為0.91-1.45，平均值1.11；Ⅱ類泥灰?guī)r樣品，整體上表現(xiàn)為顯著的負(fù)Ce異常，剔除個(gè)別異常值，δCe值在0.79-0.95之間波動(dòng)。全部樣品中δEu以正異常為主，部分出現(xiàn)弱的負(fù)異?；虍惓Ｈ笔А?/p>

2.3 稀土元素的地質(zhì)意義

據(jù)Morad和Felitsyn研究發(fā)現(xiàn)，樣品的La/Sm>0.35，且與δCe無(wú)相關(guān)性時(shí)，沉積物Ce異常可代表其形成環(huán)境的物理化學(xué)條件[12，13，14，15]。北泗組樣品La/Sm為4.76-10.92，遠(yuǎn)大于0.35，并且La/Sm與δCe的相關(guān)性僅為0.0088，相關(guān)性極差，因此北泗組Ⅱ類泥灰?guī)r可以反映北泗期的沉積作用發(fā)生在具備氧化、偏堿性條件的富氧環(huán)境中（圖2-a），而Ⅰ類含錳巖系的整體正Ce異常（圖2-b），推測(cè)與Fe、Mn離子絡(luò)合物的吸附作用有關(guān)[16，17]。

水體中影響Eu異常的因素較多，通常造成正Eu異常的原因有二，其一為相對(duì)還原和堿性的沉積環(huán)境，其二為有熱水注入的沉積環(huán)境[18，19]。17件樣品中，有5件樣品表現(xiàn)為顯著的正Eu異常，8件表現(xiàn)出弱的正Eu異常，并且顯著的正Eu異常主要表現(xiàn)在Ⅰ類樣品中。而通過(guò)正Ce異常已經(jīng)證明了北泗期的沉積發(fā)生在富氧環(huán)境中，因此結(jié)合δCe和δEu的異常值，反映在錳礦的沉積期內(nèi)有熱水的注入[20]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，廣西東平北泗組地層沉積環(huán)境較復(fù)雜，樣品稀土總量與大陸上地殼值相近，呈現(xiàn)出顯著的輕重稀土分異。Ⅰ類和Ⅱ類樣品表現(xiàn)出不同的Ce異常特征，結(jié)合Fe、Mn離子絡(luò)合物的吸附性原理，反映了北泗期相對(duì)氧化、偏堿性的沉積環(huán)境。而部分樣品出現(xiàn)的顯著正Eu異常，也說(shuō)明了沉積期內(nèi)局部地區(qū)受到了熱水的影響。結(jié)合碳酸巖沉積環(huán)境的特征，以及北泗期構(gòu)造及火山活動(dòng)的大背景，北泗組地層的沉積環(huán)境應(yīng)該為富氧的淺海環(huán)境，并受到了由于火山活動(dòng)引起的海底溢流的影響。

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