緬甸硅化木地球化學(xué)特征及其成因

雷芳芳

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院 土木工程學(xué)院，福州 350007）

0 引言

硅化木是地質(zhì)歷史時(shí)期樹(shù)木埋藏地下經(jīng)硅質(zhì)交代作用形成，并保留木質(zhì)結(jié)構(gòu)外觀的木化石.硅化木產(chǎn)地繁多，國(guó)內(nèi)主要是云南、新疆、遼寧、四川、貴州等地，國(guó)外主要來(lái)自緬甸、美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)家，不同產(chǎn)地硅化木市場(chǎng)價(jià)值差別較大，其中緬甸硅化木質(zhì)地細(xì)膩、顏色豐富多彩，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景.

從巖石學(xué)角度，硅化木屬于硅質(zhì)巖，其地球化學(xué)特征可以較好地反映其成因、來(lái)源、沉積環(huán)境等信息［1-2］.前人對(duì)緬甸硅化木的研究主要集中在礦物巖石學(xué)特征［3］、質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)［4］、寶石學(xué)特征［5］、古生態(tài)環(huán)境［6］等方面，關(guān)于成因的研究較少.本文以緬甸曼德勒省地區(qū)硅化木為研究對(duì)象，在原石、手標(biāo)本觀察的基礎(chǔ)上，結(jié)合主量元素、微量元素、稀土元素等地球化學(xué)特征，對(duì)其成因進(jìn)行初步探討.

1 地質(zhì)背景

緬甸硅化木主要分布在緬甸中北部地區(qū)，以曼德勒省一帶硅化木資源最為豐富，其次為馬圭省、實(shí)皆省一帶.硅化木產(chǎn)地大地構(gòu)造位于喜馬拉雅山造山帶南緣三江斷裂帶，該區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)比較復(fù)雜，主要發(fā)育斷裂構(gòu)造，且火山活動(dòng)強(qiáng)烈，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)地?zé)峄顒?dòng)頻繁，形成了自中國(guó)騰沖向南到瑞麗、緬甸曼德勒省一帶的火山地?zé)峄顒?dòng)帶，復(fù)雜和頻繁的斷裂構(gòu)造為本區(qū)熱液的運(yùn)移提供了有利通道.在中新世—上新世期間該活動(dòng)帶的巖漿作用以中基性和中酸性火山噴發(fā)為主［7］，大量巖漿產(chǎn)生的硅質(zhì)熱液為硅化木的硅化交代作用提供了有利條件，在緬甸硅化木原石的表皮可以觀察到一層灰白、白色的灰土狀火山灰凝結(jié)形成的表層，如圖1所示，硅化木主要埋藏在第三系漸新統(tǒng)到中新統(tǒng)的勃固群，及始新統(tǒng)的鐵林砂巖與蓬洞砂巖地層中［7］，土質(zhì)松散，如圖2所示，硅化木是在相對(duì)干燥和氧化的環(huán)境中埋藏的，這對(duì)木質(zhì)的埋藏和保存非常有益.

圖1 硅化木原石圖

圖2 硅化木埋藏土層圖

2 樣品與測(cè)試

本文分析的硅化木手標(biāo)本樣品共有6件，顏色分別為白色（2件）、褐色（2件）、綠色（1件）、紅色（1件），整體致密細(xì)膩，無(wú)明顯木質(zhì)紋理結(jié)構(gòu)，均產(chǎn)自緬甸曼德勒省.根據(jù)外觀“肉”質(zhì)差異分為兩種質(zhì)地類(lèi)型，即微透明～半透明和不透明，分別標(biāo)記為H-01～H-04和H-05～H-06，如圖3所示，其中H-01和H-02手標(biāo)本可見(jiàn)細(xì)小乳白色點(diǎn)狀物集中分布在“肉”間.測(cè)試采用Rigaku RIX 2000型X射線熒光光譜儀確定樣品的主量元素氧化物含量，使用JEOL JXA-8230型電子探針?lè)治鰳悠返奈⒘吭匾约半姼旭詈系入x子質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)試稀土元素含量.

圖3 硅化木手標(biāo)本樣品圖

3 地球化學(xué)分析

3.1 主量和微量元素地球化學(xué)分析

通過(guò)X射線熒光光譜儀和電子探針?lè)謩e測(cè)試硅化木樣品中的主量元素和微量元素，并進(jìn)行組分計(jì)算，測(cè)試和計(jì)算數(shù)據(jù)如表1、表2、圖4所示.

由表1可知，緬甸硅化木的主要化學(xué)成分為SiO2，含量大于96.96%.其他成分中Fe2O3含量最高，平均為0.48%，所測(cè)樣品中Fe2O3含量差別較大，H-02、H-04和H-06的含量是其余樣品的2倍多；MnO含量次之，含量變化范圍在0.31%～0.39%之間，平均值 0.34%.在各測(cè)試樣品中 Al2O3、TiO2、CaO、MgO的含量都比較低，其中CaO、MgO含量平均值很相近；K2O、Na2O、P2O5的含量普遍偏低，均小于0.01%.總體來(lái)看，緬甸硅化木具有高含量SiO2、Fe2O3、MnO，低含量K2O、Na2O和P2O5的特點(diǎn).

表1 緬甸硅化木的主量元素分析（%）

表2 緬甸硅化木微量元素分析（μg/g）

圖4 不同顏色硅化木微量元素對(duì)數(shù)分布圖

由表2和圖4分析結(jié)果表明，緬甸硅化木的微量元素種類(lèi)較多且組合基本一致，其中Ti、V、Cr、Mn 、Ni、Cu、Ba七種元素相對(duì)比較富集；Sc、Co、Ga、Rb、Y、Nb 、Hf、Pb、Th等元素相對(duì)虧損，含量平均值都小于1 μg/g.所測(cè)樣品中微量元素含量總體較為穩(wěn)定，樣品中相同元素的含量都比較接近，少數(shù)元素含量差別較大，尤其是樣品H-04和H-05中V、Cr、Cu元素含量均較高，含量遠(yuǎn)高于其余樣品，推測(cè)微量元素可能與顏色成因有關(guān)；H-02樣品中Zn元素含量是其余樣品的6～8倍.

3.2 稀土元素地球化學(xué)分析

本文共對(duì)研究區(qū)6件硅化木樣品進(jìn)行了稀土元素的測(cè)試，并進(jìn)行δEu、δCe、LREE/HREE等指標(biāo)的計(jì)算，測(cè)試和計(jì)算結(jié)果如表3所示.

表3 硅化木稀土成分分析（μg/g）

表3測(cè)試結(jié)果表明，緬甸硅化木稀土元素總量較低，ΣREE含量在37.44 μg/g～40.79 μg/g之間，平均為 38.78 μg/g；LREE 值為 12.54 μg/g～14.11 μg/g，平均為13.1μg/g；HREE值為24.90μg/g～26.68μg/g，平均為 25.64 μg/g；LREE/HREE 值為 0.48～0.56，平均為0.51；δEu值分布范圍為1.03～1.24，平均為1.13，表現(xiàn)為Eu正異常；δCe值分布范圍為0.58～0.74，平均為0.65，Ce表現(xiàn)為負(fù)異常.

4 成因探討

研究表明，硅化木的硅質(zhì)來(lái)源概括起來(lái)主要有以下幾種：熱液提供硅質(zhì)、生物參與產(chǎn)生硅質(zhì)、上地幔和下部地殼的去硅作用提供硅質(zhì)以及溶液化學(xué)作用形成硅質(zhì)等［8］.目前，對(duì)于緬甸硅化木的成因還沒(méi)有統(tǒng)一的定論，本文通過(guò)地球化學(xué)特征對(duì)其成因進(jìn)行探討.

4.1 主量元素

根據(jù)主量元素地球化學(xué)分析可知，樣品中Fe、Mn的富集以及Mg含量較低表明緬甸硅化木形成與熱液的參與密切相關(guān)［9-10］.同時(shí)，前人研究發(fā)現(xiàn)熱液成因硅質(zhì)巖的TiO2和 Al2O3都比較貧乏［11］.研究區(qū)硅化木TiO2含量平均值為0.01，Al2O3為0.19，含量都很低，顯示出熱液成因硅質(zhì)巖的特征.

張聰?shù)龋?2］認(rèn)為硅質(zhì)巖的wAl/wFe+Al值和wFe/wTi（w表示質(zhì)量分?jǐn)?shù)）可以有效推斷其成因，其中wAl/wFe+Al值小于0.35且wFe/wTi值大于30為熱液成因，wAl/wFe+Al值大于0.5且wFe/wTi值小于30是非熱液成因.

緬甸硅化木wAl/wFe+Al值介于0.17～0.32之間，平均值為0.25，wFe/wTi值分布范圍為35～76，平均值為55.5，與熱液成因的分布范圍相吻合，表明硅化木是熱液成因.前人提出借助（wAl/wFe+Al）-（wFe/wTi）判別圖研究硅質(zhì)巖成因［12］，本文將研究區(qū)硅化木樣品數(shù)據(jù)投到圖5上，可見(jiàn)投點(diǎn)均落在判別圖的熱液區(qū)，指示熱液成因.

圖5 （wAl/wFe+Al）-（wFe/wTi）成因判別圖（底圖據(jù)張聰?shù)龋?0］）

4.2 微量元素

據(jù)前人研究發(fā)現(xiàn)，Th/U、Rb/Sr值大小是反映硅質(zhì)來(lái)源的有效參數(shù)，當(dāng)硅質(zhì)流體來(lái)自地殼或上地幔時(shí)的富鐵鎂質(zhì)物源時(shí)，Th/U、Rb/Sr值都極低，且值越小，與深部物源的關(guān)系越密切［13］.通過(guò)緬甸硅化木微量元素分析結(jié)果可知，Th/U和Rb/Sr值分布范圍分別是0.071～0.133和0.012～0.109，平均值分別為0.088和0.037，兩者的比值都是很低的，反映了硅質(zhì)流體來(lái)源于深部下地殼或上地幔的富鐵鎂質(zhì)物源，這與研究區(qū)地處火山地?zé)峄顒?dòng)帶有關(guān)，巖漿活動(dòng)為硅化木的交代作用提供了物源.

4.3 稀土元素

稀土元素地球化學(xué)特征是探討硅化木硅質(zhì)來(lái)源的重要依據(jù)，一般認(rèn)為熱液成因的硅質(zhì)巖稀土元素總量ΣREE較低［1］，研究區(qū)硅化木ΣREE含量為37.44 μg/g～40.79 μg/g，平均為 38.78 μg/g，總體含量較低，與熱液成因的特征一致.

對(duì)于熱液成因的硅質(zhì)巖，δEu、δCe、LREE/HREE值相比于ΣREE值具有更明顯的指示意義.總體而言，硅質(zhì)巖的明顯Ce負(fù)異常（δCe小于1）、Eu正異常或不明顯虧損（δEu大于1）以及LREE/HREE＜1 是熱液成因的顯著標(biāo)志［14］.研究區(qū)硅化木的δCe值為0.58～0.74，平均為0.65，表現(xiàn)出了明顯的Ce負(fù)異常；δEu值為1.03～1.24，平均為1.13，表現(xiàn)出了Eu正異常；LREE/HREE值較小，介于0.48～0.56之間，平均為0.51，這些特征指示了緬甸硅化木為熱液成因，這與（wAl/wFe+Al）-（wFe/wTi）圖解的判別結(jié)果相符.

5 結(jié)論

（1）緬甸硅化木主量元素分析結(jié)果顯示wAl/wFe+Al比值及 wFe/wTi值在（wAl/wFe+Al）-（wFe/wTi）判別圖中位于熱液成因區(qū)；微量元素中Th/U、Rb/Sr值說(shuō)明了硅化木的硅質(zhì)熱液與地殼深部的富鐵鎂質(zhì)物源密切相關(guān)；同時(shí)研究區(qū)硅化木的ΣREE值、δEu值、δCe值以及LREE/HREE 值均在熱液成因的數(shù)值范圍內(nèi).以上地球化學(xué)特征表明，緬甸硅化木為火山熱液交代成因.

（2）研究區(qū)中新世—上新世期間巖漿活動(dòng)產(chǎn)生硅質(zhì)熱液，熱液沿著斷裂構(gòu)造產(chǎn)生的運(yùn)移通道進(jìn)入樹(shù)木埋藏地層，進(jìn)而交代樹(shù)木形成硅化木.同時(shí)正是火山熱液交代作用才使硅化木硅化比較充分，也決定了緬甸硅化木具有較高品質(zhì)的特性.