新疆西南天山邁丹他烏晚古生代硅質(zhì)巖成因分析

楊林春，鄭清連，徐國虎，朱玉芳

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第十一地質(zhì)大隊(duì),新疆昌吉831100）

硅質(zhì)巖建造受控于沉積地質(zhì)背景條件，涉及物質(zhì)來源、沉積動(dòng)力學(xué)、沉積環(huán)境物化條件等,主要以巖石類型、組構(gòu)特征以及巖石共生組合等物質(zhì)形式來表現(xiàn)，是硅質(zhì)巖成因研究最為基本的內(nèi)容；古生物特征主要從古生物化石特征來研究硅質(zhì)巖成因，如硅藻、放射蟲等這些硅質(zhì)生物化石可以反映出硅質(zhì)巖物源[1]。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

西南天山邁丹他烏地區(qū)晚泥盆世闊克加爾組、早石炭世圖尤克阿秀組、晚石炭世喀拉治爾加組地層中均含有硅質(zhì)巖，巖性主要為射蟲粉砂質(zhì)硅質(zhì)巖、變泥硅質(zhì)含粉砂砂巖、含放射蟲變粉砂泥質(zhì)巖、變泥質(zhì)粉砂巖。硅質(zhì)巖系由硅質(zhì)巖與碎屑巖（砂巖、粉砂巖、泥巖）或與碳酸鹽化粉砂質(zhì)泥晶灰?guī)r呈韻律互層構(gòu)成，硅質(zhì)巖呈灰黑色、黑色；單層厚度多為幾厘米至十幾厘米。硅質(zhì)巖與泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r常呈漸變關(guān)系。放射蟲呈圓狀，由石英組成，多保留齒狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)，分布較均勻，粉砂屑具泥化，外形很模糊，也較均勻分布泥質(zhì)中，泥質(zhì)已重結(jié)晶，由鱗片狀絹云母組成，絹云母定向分布隱晶狀硅質(zhì)巖中。硅質(zhì)巖中含少量的自生粘土、陸源碎屑及其他礦物，粒度很細(xì)，說明其在成巖過程中有穩(wěn)定的沉積物補(bǔ)給，成熟度較高。因此硅質(zhì)巖符合被動(dòng)大陸邊緣硅質(zhì)巖的建造特征。

2 巖石學(xué)特征

灰黑色薄層狀放射蟲粉砂質(zhì)硅質(zhì)巖：放射蟲粉砂質(zhì)泥狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由放射蟲（25%、粒度0.05～0.2mm）、粉砂屑（25%）、泥硅質(zhì)（50%）組成。放射蟲呈圓狀，由石英組成，多保留齒狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)，分布較均勻，粉砂屑具泥化，外形很模糊，也較均勻分布泥質(zhì)中，泥質(zhì)已重結(jié)晶，由鱗片狀絹云母組成，絹云母定向分布隱晶狀硅質(zhì)巖中。

變泥硅質(zhì)含粉砂砂巖：淺灰綠色，含細(xì)砂粉砂狀結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造。巖石由碎屑、膠結(jié)物組成。碎屑主要有粉砂屑組成，分布少量細(xì)砂屑，碎屑成分主要有石英組成，石英外形模糊，呈鋸齒狀，分布少量巖屑及少量斜長石，斜長石具輕度絹云母化，巖屑具高嶺土化，另分布少量云母碎屑，白鈦石碎屑。膠結(jié)物由泥質(zhì)硅質(zhì)組成，已由隱晶狀硅質(zhì)、鱗片狀絹云母、粘土礦物組成。

含放射蟲變粉砂泥質(zhì)巖、變泥質(zhì)粉砂巖：深灰色，放射蟲含粉砂泥狀結(jié)構(gòu)、變泥質(zhì)粉砂狀結(jié)構(gòu)，紋層構(gòu)造。巖石主要由放射蟲（40%）、泥質(zhì)（50%）組成，分布少部分粉砂屑（10%）。放射蟲呈圓狀，大部分由硅質(zhì)組成（微晶狀石英），少量的由泥質(zhì)、硅質(zhì)組成，放射蟲的齒狀細(xì)胞孔結(jié)構(gòu)保留較清晰，分布也較均勻，在泥質(zhì)中分布有少部分粉砂屑，粉砂屑絹云母化，外形已很模糊，另外分布有微量褐鐵礦粉砂屑。泥質(zhì)已重結(jié)晶，由顯微鱗片狀絹云母、粘土礦物組成。

另一層主要由粉砂屑、泥質(zhì)組成，分布少量放射蟲，其中大部分放射蟲由綠泥石組成，少量的由粘土礦物組成，齒狀細(xì)胞孔結(jié)構(gòu)較清晰保留。粉砂屑也具高嶺土化、絹云母化，少量的石英、長石還有保留，也分布少量褐鐵礦粉砂屑。泥質(zhì)已重結(jié)晶，由顯微鱗片狀絹云母為主、少量粘土礦物組成。

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 常量元素特征

依據(jù)張宏寶（2011）將硅質(zhì)巖的成因大致分為4種[2]：生物成因硅質(zhì)巖；熱水交代砂巖、頁巖、灰?guī)r形成的硅質(zhì)巖；物源來自海底火山噴發(fā)及伴生的熱泉及噴氣孔硅質(zhì)巖[3]；濁積型再沉積硅質(zhì)巖[4]。自然界硅質(zhì)巖成因極復(fù)雜，不是單一成因，常由多種作用混合形成，只是主次不同而已。據(jù)元素地球化學(xué)特征和實(shí)際資料，分析硅質(zhì)巖成因，邁丹他烏地區(qū)晚泥盆世闊克加爾組、早石炭世圖尤阿秀組、晚石炭世喀拉治爾加組硅質(zhì)巖化學(xué)成分見表1。

表1 邁丹他烏地區(qū)硅質(zhì)巖主量元素含量及特征參數(shù)(10-6)

硅質(zhì)巖SiO2的含量變化范圍在67.44%～86.41%，均低于純硅質(zhì)巖的含量（91%～99.8%）（Murray R W,1992）；Al2O3的含量為5.18%～12.45%，Si/Al為5.42～14.8，遠(yuǎn)低于純硅質(zhì)巖Si/Al（80～1400）（Murray R W,1992）；表面它們含有較高比例的陸源泥質(zhì)沉積物。

由于Al2O3和TiO2與鋁硅酸鹽礦物有著很大的聯(lián)系，其含量指示陸緣物質(zhì)加入的多少，F(xiàn)e2O3在洋中脊附近沉積物中相對(duì)富集，被用作洋中脊熱水組分活動(dòng)的指標(biāo)，并且因?yàn)樗鼈冊(cè)诔蓭r過程中相對(duì)穩(wěn)定不易變化，常將Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）作為判斷硅質(zhì)巖沉積環(huán)境、特別是區(qū)分洋中脊、深海沉積物和大陸邊緣成巖的一個(gè)良好指示（Murray R W,1991 1994）；在Fe2O3/TiO2-Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）圖解中（圖1），部分樣點(diǎn)均落入到大陸邊緣，部分落入到深海沉積物，表明該硅質(zhì)巖形成的構(gòu)造環(huán)境為大陸邊緣的深海沉積物。

A1、Fe、Mn元素含量具有區(qū)分熱液成因硅質(zhì)巖與生物成因硅質(zhì)巖的重要意義。邁丹他烏地區(qū)的硅質(zhì)巖含TFeO均值為3.06%，MnO2均值為0.19%，A12O3含量較高12.45%。硅質(zhì)巖中Fe、Mn的富集主要與熱液的參與有關(guān)，而Al的富集則與陸源物質(zhì)的介入有關(guān)。據(jù)Yamamoto等的Al-Fe-Mn三角圖解中，樣點(diǎn)均落入到非熱水沉積硅質(zhì)巖中（圖2）。

表2 硅質(zhì)巖稀土元素含量及特征參數(shù)(10-6)

2 稀土元素特征

硅質(zhì)巖稀土元素含量見表2。從表2中可以得出：

（1）硅質(zhì)巖稀土總量（∑REE）相差較大，為（52.12～134.95）×10-6，說明硅質(zhì)巖的稀土元素主要來源于外來物質(zhì)的稀土元素，少部分是吸附海水中的稀土元素。輕重稀土比值（LREE/HREE）中等，為6.28～13.68，說明輕稀土元素富集，（La/Yb）N值較高，為6.92～15.16，說明輕重稀土分餾明顯，重稀土相對(duì)虧損（圖3）。

（2）Shimizu，etal（1977）研究了熱水成因與非熱水成因硅質(zhì)巖的Ce含量，發(fā)現(xiàn)熱水成因硅質(zhì)巖具負(fù)Ce異常，且δCe（以北美頁巖為標(biāo)準(zhǔn)）平均值為0.29；非熱水成因硅質(zhì)巖具正Ce異常，δCe平均值為1.20。Fleet（1983）系統(tǒng)地研究了世界上的稀土元素之后認(rèn)為，熱水沉積的稀土總量（∑REE）低，Ce為負(fù)異常，重稀土（HREE）有富集的趨勢(shì)；非熱水沉積的稀土總量（∑REE）高，Ce為正異常，重稀土（HREE）不富集。硅質(zhì)巖稀土總量較高，Ce異常為無異?！惓＃叵⊥敛桓患?；δCe值為0.75～1.12，平均值為0.97，接近于非熱水沉積δCe平均值為1.20。因此，調(diào)查區(qū)內(nèi)硅質(zhì)巖屬非熱水沉積的產(chǎn)物。

（3）Fleet（1983）的研究表明，在北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化的稀土配分模式圖上，熱水沉積巖的稀土均表現(xiàn)出不同程度的向左傾斜，傾斜程度越高，熱水沉積中熱水的沉積物的比例就越大。而邁丹他烏地區(qū)硅質(zhì)巖在經(jīng)北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化后的稀土配分模式圖上，曲線近水平顯示（圖4），總體表現(xiàn)為非熱水沉積的特點(diǎn)。

表3 硅質(zhì)巖微量元素參數(shù)值一覽表(10-6)

3 微量元素特征

硅質(zhì)巖微量元素特征值見表3。

（1）從表3中分析結(jié)果可以看出，硅質(zhì)巖Hf元素含量明顯高于維氏地殼豐度值，而其余元素明顯低于維氏地殼豐度值；據(jù)劉云（1998）、曾普勝等（2004）的研究，Ba元素高含量是熱水成因的重要特征。而邁丹他烏地區(qū)晚泥盆世闊克加爾組、早石炭世圖尤阿秀組、晚石炭世喀拉治爾加組硅質(zhì)巖Ba元素含量較低，均值為305.33×10-6，為非熱水成因硅質(zhì)巖。

（2）與維氏地殼豐度值相比較，除PII-WL2樣品Ba大于維氏地殼豐度外，其余各樣品Ba元素含量均低于維氏地殼豐度值。說明硅質(zhì)巖以生物化學(xué)成因?yàn)橹鳌?/p>

（3）據(jù)Rona（1978）對(duì)全球17個(gè)地區(qū)21件熱水沉積的研究，熱水沉積物的Th/U值一般小于1。邁丹他烏地區(qū)晚泥盆世闊克加爾組、早石炭世圖尤阿秀組、晚石炭世喀拉治爾加組硅質(zhì)巖的Th/U比值均大于1，不符合熱水沉積的特征，屬于非熱水沉積。

4 結(jié)論

邁丹他烏地區(qū)晚泥盆世闊克加爾組、早石炭世圖尤阿秀組、晚石炭世喀拉治爾加組硅質(zhì)巖通過常量元素、稀土元素和微量元素的化學(xué)特征參數(shù)與典型熱水沉積和非熱水沉積相比較，硅質(zhì)巖的構(gòu)造環(huán)境為大陸邊緣的深海沉積物，其成因類型為非熱水沉積。

[1] 朱炳光.硅質(zhì)巖成因研究與進(jìn)展[J].中國西部科技，2011，27（10）.

[2] 張宏寶.新疆柯克亞地區(qū)上石炭統(tǒng)硅質(zhì)巖成因及意義[J].新疆地質(zhì)，2011，29（4）：377-380.

[3] 陳德洪.廣西丹池盆地上泥盆統(tǒng)榴江組硅質(zhì)巖沉積特征及成因討論[J].礦物巖石，1989,9（4）：22-29.

[4] 涂光熾.新疆北部固體地球科學(xué)新近進(jìn)展[M].北京：科學(xué)出版社，1993：115-126.