貴州盤縣晚二疊世煤系天文軌道約束的戰(zhàn)略性金屬富集

沈玉林，張?jiān)骑w，楊天洋，胡江晨，金 軍，慕熙瑋，黃 文，李發(fā)躍，趙 勇，張一杰

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 煤層氣資源與成藏過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221116；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221008；3.貴州省煤層氣頁(yè)巖氣工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽(yáng) 550081；4.貴州省煤田地質(zhì)局，貴州 貴陽(yáng) 550025；5.中石化新疆新春石油開發(fā)有限責(zé)任公司，山東 東營(yíng) 257000；6.中國(guó)石化集團(tuán)勝利油田管理局有限公司，山東 東營(yíng) 257029)

含煤巖系在沉積過程中，形成了一種特殊的沉積有機(jī)礦產(chǎn)——煤及其夾矸或圍巖，在特定地質(zhì)條件下能高度富集多種如鈾、鎂、鋁、硅、釩、鎵、鍺、鋰、鈹、鈦、鉻、鐵、鈧、鋯、鈮、稀土元素等有益金屬，即戰(zhàn)略性金屬，規(guī)模甚至達(dá)到可被利用的程度，形成“煤型戰(zhàn)略性金屬礦床”。對(duì)煤系戰(zhàn)略性金屬礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，既給予了含煤巖系綜合利用的新思路，又保障了我國(guó)資源和環(huán)境的安全，然而戰(zhàn)略性金屬在成礦理論等多方面仍有諸多問題尚未得到答案。

目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了不少的煤型戰(zhàn)略性金屬礦床，其成因基本可以概括為：堿性(少部分為酸性)火山灰作用輸入、沉積源區(qū)供給、風(fēng)化殼發(fā)育、受火山活動(dòng)和熱液礦化影響等。受到西南地區(qū)煤型鈮-鋯-稀土-鎵礦床成因的啟發(fā)，距峨眉山大火成巖省較近的貴州盤縣地區(qū)也發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)略性金屬的相對(duì)富集，其高富集層位也是位于伽馬(GR)高異常附近，且在垂向上呈周期性演化特征。盡管研究區(qū)內(nèi)戰(zhàn)略性金屬的富集可歸因于上述的成礦理論，但是戰(zhàn)略性金屬呈現(xiàn)的節(jié)律性成因有待深入研究。

地球系統(tǒng)內(nèi)所有的活動(dòng)都具有周期性，戰(zhàn)略性金屬的周期性變化是否與天文軌道周期之間存在聯(lián)系？軌道周期變化可以調(diào)控氣候的周期性波動(dòng)，古氣候是否可以通過影響沉積物中黏土礦物和有機(jī)質(zhì)的含量變化進(jìn)而制約戰(zhàn)略性金屬的垂向分布？無(wú)獨(dú)有偶，GR通常也記錄一些天文軌道的周期性信息，而與GR高異常層緊密聯(lián)系的戰(zhàn)略性金屬富集層是否隱含天文軌道周期的信息也值得深究。筆者基于戰(zhàn)略性金屬富集的周期性特征，探討煤系戰(zhàn)略性金屬富集與古氣候、天文軌道周期之間的聯(lián)系，查明貴州晚二疊世煤系戰(zhàn)略性金屬周期性富集的影響機(jī)制。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)地理位置上在貴州省西南部盤縣(圖1)，屬于六盤水煤田，大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子陸塊西側(cè)的黔西斷陷。根據(jù)二疊紀(jì)滇東、黔西區(qū)古地磁記錄，研究區(qū)的古緯度為4.5°S(291.1 Ma)～0.3°S(251.9 Ma)，整個(gè)晚二疊世內(nèi)都位于赤道附近的低緯度地區(qū)。盡管研究區(qū)沉積類型多樣，但是巖性相差不大，主要由灰、灰白色細(xì)砂巖和粉砂巖、深灰或灰黑色泥巖和煤層組成，夾碳質(zhì)泥巖及少量鈣質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r、灰?guī)r。其中龍?zhí)督M與長(zhǎng)興組是研究區(qū)內(nèi)海陸交互相含煤沉積，發(fā)育多層海相標(biāo)志層和區(qū)域穩(wěn)定煤層，厚220～460 m，煤層最多可達(dá)35層，總厚度為24.59～41.72 m，平均為33 m，為煤型戰(zhàn)略性金屬礦床的形成提供基礎(chǔ)的條件。依據(jù)生物地層和鉆井資料、沉積序列及地球化學(xué)特征，在貴州西部上二疊統(tǒng)識(shí)別出4個(gè)三級(jí)層序及16個(gè)四級(jí)層序，豐富了煤型戰(zhàn)略性金屬富集周期性成因的分析基礎(chǔ)。

圖1 黔西晚二疊世沉積相及大地構(gòu)造位置圖(據(jù)文獻(xiàn)[16-17]綜合修改)Fig.1 Sedimentary facies and tectonic location of Late Permian in western Guizhou Province(Modified from Refernces[16-17])

2 數(shù)據(jù)的來源及研究方法

本次研究的39塊樣品采集于貴州西部盤縣地區(qū)301鉆孔的晚二疊世煤系，巖性主要為泥巖，既可避免沉積分異作用的影響，又對(duì)沉積環(huán)境有很好的響應(yīng)。樣品由武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司參照GB/T 14506.2—2010標(biāo)準(zhǔn)中的“硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法”，分別用ZSXPrimus Ⅱ光譜儀和Agilent 7700e質(zhì)譜儀測(cè)定其主量及微量元素含量，為戰(zhàn)略性金屬和地球化學(xué)參數(shù)的垂向分布特征提供數(shù)據(jù)支撐。

由于黏土礦物和有機(jī)質(zhì)通常對(duì)天文驅(qū)動(dòng)的古氣候和環(huán)境敏感，所以保存黏土礦物和有機(jī)質(zhì)等有效信息的GR曲線往往能夠保留相關(guān)的天文周期信號(hào)。但是，GR除包含真實(shí)的天文軌道周期外，還可能具有高振幅和不規(guī)則的長(zhǎng)期趨勢(shì)，與一些普遍、無(wú)關(guān)、隨機(jī)的“紅噪”(Red Noise)，而旋回地層學(xué)中的時(shí)間序列分析方法就可以有效的解決上述問題。Acycle軟件與時(shí)序方法具有很好的契合關(guān)系，其中包含的信號(hào)處理技術(shù)可依次完成時(shí)序方法中的數(shù)據(jù)預(yù)處理、頻譜分析、天文檢驗(yàn)和調(diào)諧等內(nèi)容：穩(wěn)健局部加權(quán)回歸(rLOESS)可去除GR序列中的長(zhǎng)期趨勢(shì)，多窗譜(MTM)分析可識(shí)別天文周期或準(zhǔn)周期成分，快速傅里葉變換(eFFT)分析可避免功率在不同的深度或者時(shí)間發(fā)生較大改變而增大天文周期信號(hào)的準(zhǔn)確性，帶通濾波則可提取出GR序列中識(shí)別到的天文周期，為探討天文軌道周期與戰(zhàn)略性金屬規(guī)律變化的耦合關(guān)系給予技術(shù)支持。

偏心率還會(huì)對(duì)中低緯度地區(qū)的氣侯波動(dòng)產(chǎn)生重要影響，研究區(qū)晚二疊世位于赤道附近，所以可通過古氣候變化與戰(zhàn)略性金屬富集的耦合關(guān)系追索天文軌道對(duì)戰(zhàn)略性金屬富集的約束?；瘜W(xué)蝕變指數(shù)(CIA)可用來反映沉積物化學(xué)風(fēng)化程度與溫度、濕度的關(guān)系，適于重建古氣候。CIA參數(shù)基于主量元素來計(jì)算：

CIA=100×[(AlO)/

(AlO+CaO+NaO+KO)]

(1)

無(wú)特殊說明，為各元素的摩爾分?jǐn)?shù)。但是，采取CIA判斷古氣候影響下化學(xué)風(fēng)化變化與戰(zhàn)略性金屬分布的聯(lián)系時(shí)，還需考慮其他地質(zhì)作用對(duì)CIA的影響，一般通過以下幾點(diǎn)修正CIA：

(1) 沉積巖中鈣的來源較廣，而CaO是硅酸酸鹽中的CaO;非磷酸鹽和碳酸鹽中的鈣，故利用CaO的修正公式來代替硅酸鹽中的鈣：

(CaO)=(CaO)-(PO)×10/3

(2)

(2) 沉積物在成巖作用過程中會(huì)發(fā)生鉀交代作用，為沉積物中帶入新的鉀元素，影響CIA變小，所以還需要利用KO的計(jì)算公式對(duì)CIA參數(shù)中的鉀元素進(jìn)行校正：

(KO)=(AlO+CaO+NaO)/(1-)

(3)

=(KO)/(AlO+CaO+NaO+KO)

(4)

(3)母巖物質(zhì)可能經(jīng)歷進(jìn)一步風(fēng)化和土壤作用導(dǎo)致其發(fā)生再次旋回，使CIA不能準(zhǔn)確地反映源區(qū)風(fēng)化程度及古氣候，因此，將成分變異指數(shù)(ICV)的計(jì)算公式用于判斷物源區(qū)物質(zhì)是否發(fā)生再旋回作用來對(duì)樣品進(jìn)行篩選：

ICV=(FeO+KO+NaO+CaO+MgO+MnO+TiO)/
(A1O)

(5)

圖2 301井中可被開發(fā)利用的金屬元素富集系數(shù)Fig.2 Enrichment coefficient of metal elements thatcan be developed and utilized in well 301

煤型戰(zhàn)略性金屬礦床一般是多種戰(zhàn)略性金屬元素共生富集，但是金屬含量卻往往不盡相同，所以選擇含量較高的金屬元素才更具有統(tǒng)計(jì)意義。將樣品中可被開發(fā)利用的金屬元素的平均值利用北美頁(yè)巖(NASC)標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)果中除Cs外其余表現(xiàn)為富集狀態(tài)(圖2)；而樣品中稀土元素含量普遍比球粒隕石豐度高。因此，筆者選擇具明顯富集特征的REE，Ga，Y，Zr和Nb作為研究對(duì)象。將這些戰(zhàn)略性金屬及CIA通過MTM頻譜分析和帶通濾波處理，以期得到理想的富集周期，從而更直觀地理解戰(zhàn)略性金屬和氣候、化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度和天文軌道之間的內(nèi)在聯(lián)系。但使用該數(shù)學(xué)信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)對(duì)各序列進(jìn)行等間距插值處理，確保數(shù)據(jù)的分辨率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

3 數(shù)據(jù)處理結(jié)果

3.1 天文年代標(biāo)尺

利用時(shí)序方法對(duì)去趨勢(shì)后的GR進(jìn)行分析，MTM功率譜中(圖3)，有多處顯著峰值位于95%置信區(qū)間以上，而其中25.34，6.07，2.58，1.27 m與天文軌道周期之比(20∶5∶2∶1)相近，代表真實(shí)的天文周期信號(hào)；eFFT頻譜圖只能明顯觀測(cè)到與25.34 m周期一致的長(zhǎng)偏心率周期，沉積速率變化造成圖譜不連續(xù)，其余軌道參數(shù)可能受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，無(wú)法在較大的時(shí)間尺度下保留下來。長(zhǎng)偏心率周期在2種頻譜分析下都可被穩(wěn)定識(shí)別，所以經(jīng)長(zhǎng)偏心率周期調(diào)諧后的天文年齡可信。利用帶通濾波器隔離與長(zhǎng)偏心率頻率(0.043±0.015 m)有關(guān)的特定頻帶，得到16.5個(gè)長(zhǎng)偏心率周期，其與四級(jí)層序有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由“年齡模型”(Age Scale)處理長(zhǎng)偏心周期，以國(guó)際年代地層中長(zhǎng)興階頂界年齡(251.902±0.024 Ma)為主要錨點(diǎn)，華南地區(qū)的吳家坪頂界線年齡(254.14±0.07 Ma)和底界年齡(259±0.5 Ma)為輔助參考，建立本文的年代框架(圖5)。

3.2 CIA參數(shù)

修正后的CIA雖消除了成巖期鉀交代作用的影響，但仍不能確定CIA反映古氣候的可靠性，因?yàn)樵谂袆e再旋回作用時(shí)，有4塊樣品的ICV<1。一般認(rèn)為，ICV>1時(shí)，沉積物中黏土礦物極少，為活動(dòng)構(gòu)造帶的首次沉積；而ICV<1則表明沉積物含黏土礦物，即沉積物經(jīng)歷了沉積再循環(huán)作用，或是強(qiáng)烈風(fēng)化作用下的首次沉積。為判斷4塊樣品是否受再旋回作用的影響，將樣品投點(diǎn)于沉積再循環(huán)判別圖解(Th/Sc-Zr/Sc)中(圖4)，可以發(fā)現(xiàn)所有樣品均未落在沉積再循環(huán)的方向，而4塊樣品表現(xiàn)出很低的ICV大概率就是初次沉積時(shí)遭受到了強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化作用，因此這4塊樣品的CIA均可被采用。

3.3 地球化學(xué)指標(biāo)

各戰(zhàn)略性金屬含量的垂向分布具明顯周期性變化，其分布可以通過沉積記錄的地球化學(xué)參數(shù)表征。除CIA可定量表示古氣候變化以外，沉積巖中大部分元素還對(duì)不同氣候條件具有差異敏感性，通過對(duì)濕潤(rùn)和干旱2種古氣候不同響應(yīng)的元素比值()可定性反映古氣候條件，在固定區(qū)間內(nèi)浮動(dòng)表征了研究區(qū)內(nèi)溫暖潮濕的環(huán)境。古氣候變化還可能導(dǎo)致海洋缺氧，因釩是氧化還原敏感元素，所以V/(V+Ni)質(zhì)量分?jǐn)?shù)比常用于識(shí)別水體環(huán)境，研究區(qū)內(nèi)比值總體上>0.65，指示水體在古氣候影響下為缺氧環(huán)境，而火山活動(dòng)也在加劇該缺氧環(huán)境的形成。由于戰(zhàn)略性金屬的富集來源于陸源碎屑輸入和原地作用形成2種途徑，可借助富集因子()的計(jì)算來區(qū)分戰(zhàn)略性金屬的可能成因，越高，戰(zhàn)略性金屬富集層的熱液成因可能性越大。此外，鋁主要存在于風(fēng)或河流搬運(yùn)的黏土礦物中，而鈦為化學(xué)行為極其保守的元素，所以Al/Ti質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值可評(píng)估陸源輸入，作為戰(zhàn)略性金屬的成因來源判識(shí)的輔助指標(biāo)。

圖3 301井中各元素的頻譜分析Fig.3 Spectrum analysis diagram of each element in well 301

圖4 39塊樣品的沉積再循環(huán)判別Fig.4 Discriminant of deposition and recycling of 39 samples

4 討 論

4.1 晚二疊世聚煤期古氣候變化

化學(xué)風(fēng)化的速率和強(qiáng)度受控于氣候變化的同時(shí)，還可以通過過水-巖反應(yīng)消耗大氣中的CO反過來控制氣候。所以，一般可以使用CIA來判斷與氣候變化密切相關(guān)的化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度。貴州盤縣晚二疊世泥巖地層中記錄的CIA為13～93，平均值為56，反映研究區(qū)以中等強(qiáng)度風(fēng)化作用為主、且不同時(shí)期作用強(qiáng)度變化較大的特點(diǎn)，指示了晚二疊世古氣候曾發(fā)生大幅度的變遷。即使已經(jīng)對(duì)影響CIA的因素進(jìn)行排除，但計(jì)算結(jié)果的變化幅度仍然較大，這可能是由于具有不同的黏土礦物組合導(dǎo)致。

4.2 戰(zhàn)略性金屬垂向的周期性演化

各戰(zhàn)略性金屬含量雖在局部地質(zhì)時(shí)間范圍內(nèi)與地質(zhì)環(huán)境存在差異，但在較長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期內(nèi)存在階段性規(guī)律富集，其富集程度在層序格架內(nèi)呈周期性變化(圖5)，通常在海侵期間開始富集，海退期間開始消減，富集層位則主要位于四級(jí)層序中最大海泛面附近，表明戰(zhàn)略性受海平面限制。戰(zhàn)略性金屬富集程度的周期性變化還與氣候的周期性波動(dòng)有關(guān)，具體表現(xiàn)為：戰(zhàn)略性金屬含量的垂向演化與CIA波動(dòng)整體上呈同步變化，且經(jīng)rLOESS平滑后的分布趨勢(shì)也與化學(xué)風(fēng)化趨勢(shì)保持相對(duì)一致(圖5)，即戰(zhàn)略性金屬的高度富集層總是大致對(duì)應(yīng)于高強(qiáng)度化學(xué)風(fēng)化的時(shí)期，而化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度較低時(shí)期戰(zhàn)略性金屬比較匱乏；在MTM結(jié)果中(圖3)，戰(zhàn)略性金屬大多數(shù)幅度峰值對(duì)應(yīng)的頻率也與CIA處于相同的位置，表明這些元素受氣候影響含有相同的周期信號(hào)，且可能是在同種地質(zhì)作用下形成的。在循環(huán)周期中，戰(zhàn)略性金屬的周期變化與天文周期也有良好的耦合關(guān)系(圖6)，其除了和CIA一樣具有13個(gè)富集周期外，還與16.5個(gè)長(zhǎng)偏心率周期在時(shí)間上近于相同，且戰(zhàn)略性金屬富集周期也與長(zhǎng)偏心率的幅度變化同步于鄰近時(shí)期。

垂向上，戰(zhàn)略性金屬在W2,W4和W6強(qiáng)風(fēng)化階段相對(duì)富集，而其他3個(gè)弱風(fēng)化階段相對(duì)含量較少，兩種階段內(nèi)戰(zhàn)略性金屬含量又隨海平面升降而變化。地球化學(xué)指標(biāo)對(duì)戰(zhàn)略性金屬富集也有響應(yīng)(圖6)，W2，W4和W6階段戰(zhàn)略性金屬的富集周期與長(zhǎng)偏心率周期都有較高的正幅度變化的同時(shí)，幾種地化指標(biāo)也相應(yīng)提高，但3個(gè)階段在富集量上有一定差別：由于化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間較大，W2階段的富集層相比于其他兩個(gè)時(shí)期較多；W4階段出現(xiàn)一次戰(zhàn)略性金屬富集層位，且比任何時(shí)期的富集量都高，可能因?yàn)榇藭r(shí)的富集程度、陸源碎屑和氣候條件都處于峰值；在W6階段，戰(zhàn)略性金屬在富集前發(fā)生較高的負(fù)幅度變化，長(zhǎng)偏心率周期與其同頻率變化，幾種地化指標(biāo)也由高變低開始變化。在其余階段，雖然戰(zhàn)略性金屬也有變化，但與W2，W4和W6階段相比，富集周期幅度變化較小，地球化學(xué)指標(biāo)變化也微弱。此外，晚二疊世內(nèi)的火山活動(dòng)和磁級(jí)性帶也表現(xiàn)出節(jié)律性(圖6)，該韻律性可能與天文軌道的周期性變化有一定的聯(lián)系外，還對(duì)戰(zhàn)略性金屬的周期性演化產(chǎn)生著重要的影響：華南酸性火山活動(dòng)與兩次大火成巖省(峨眉山大火成巖省與西伯利亞大火成巖省)的主要活動(dòng)期附近，富集的戰(zhàn)略性金屬相比周邊其他時(shí)期高；磁級(jí)性帶的正級(jí)帶(r)轉(zhuǎn)為負(fù)極帶(n)時(shí)，戰(zhàn)略性金屬由高富集點(diǎn)逐步減少，而磁級(jí)性帶的n極向r極轉(zhuǎn)變時(shí)低含量的戰(zhàn)略性金屬開始富集。

注：磁極性帶引用文獻(xiàn)[38]，火山活動(dòng)引用文獻(xiàn)[39]圖6 301井的戰(zhàn)略性金屬富集周期及其環(huán)境變化Fig.6 Cycle of strategic metal enrichment in well 301 and its environmental changes

4.3 天文軌道約束下的戰(zhàn)略性金屬富集機(jī)制探討

戰(zhàn)略性金屬中蘊(yùn)含有天文軌道周期的信息，不僅表現(xiàn)在一定的地質(zhì)時(shí)間尺度內(nèi)，戰(zhàn)略性金屬富集周期與長(zhǎng)偏心率周期高度吻合(圖5)，還表現(xiàn)為MTM分析下的166.95，39.75，16.21，8.61 m與天文軌道周期之比相接近(圖3)。其中16.21 m和8.61 m處于置信度以下，及戰(zhàn)略性金屬富集周期的不完整，可能均由于采樣密度不足，導(dǎo)致其中小尺度時(shí)間特征被平滑掉。戰(zhàn)略性金屬含量的周期性分布與古氣候變化、四級(jí)海平面波動(dòng)也有緊密聯(lián)系，還隨受2者影響的沉積環(huán)境而變化，3者均受天文軌道周期的調(diào)控呈周期性變化，由此天文軌道可能通過調(diào)控古氣候或海平面變化來影響古環(huán)境，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)戰(zhàn)略性金屬富集周期的約束作用。

黔西盤縣地區(qū)晚二疊世煤系戰(zhàn)略性金屬富集的成因雖尚在探索，但可能仍與相鄰區(qū)域同一層位戰(zhàn)略性金屬的富集成因一致。我國(guó)西南地區(qū)受堿性火山灰輸入的影響，高度富集鈮、鋯、稀土、鎵等多種戰(zhàn)略性金屬，其發(fā)育在同沉積的堿性黏土巖夾矸內(nèi)；在云南東部上二疊統(tǒng)含煤巖系的宣威組中也富集相同的戰(zhàn)略性金屬，其除受到火山灰輸入的影響，還遭受過熱液的淋溶和改造；煤層僅在風(fēng)化殼上發(fā)育或受同沉積火山活動(dòng)和熱液礦化作用的影響，也可以富集少量的鈮、鋯。這些戰(zhàn)略性金屬來源于空中、地表和深部等地球系統(tǒng)內(nèi)的活動(dòng)，大部分地質(zhì)過程具有周期性且相互影響，各類活動(dòng)周期性的共同作用組成了戰(zhàn)略性金屬的周期性演化。雖然戰(zhàn)略性金屬的來源是多元的，但其普遍還是以黏土礦物和有機(jī)質(zhì)為主要載體，2種載體的信息則可以被GR間接反映，所以GR高異常層附近可成為良好的戰(zhàn)略性金屬富集區(qū)域。2種載體又對(duì)古氣候條件等控制因素異常敏感，在較長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期內(nèi)，這些因素又可以受到天文軌道周期的調(diào)控，反映2者含量變化的GR就可提取天文軌道的信息，而保存于2種載體內(nèi)的戰(zhàn)略性金屬也同樣記錄著天文軌道的信息。所以，受天文軌道調(diào)控下氣候或海平面的變化影響著沉積物中黏土礦物和有機(jī)質(zhì)的含量，進(jìn)而控制著戰(zhàn)略性金屬的富集。

依據(jù)米蘭科維奇旋回理論，在偏心率較大的時(shí)期，長(zhǎng)偏心率通過調(diào)控其他較短的軌道周期，使太陽(yáng)對(duì)研究地區(qū)輻射能量增大，有利于形成溫室氣候及冰川發(fā)生消融，導(dǎo)致海平面升高，更容易接受陸源碎屑的輸入。同時(shí)，溫暖的氣候讓化學(xué)風(fēng)化的速率和強(qiáng)度提升，其通過水-巖反應(yīng)來產(chǎn)生了河流輸送的溶解質(zhì)，致使陸源碎屑含量的增多。盡管具高場(chǎng)強(qiáng)特征的戰(zhàn)略性金屬在地質(zhì)作用中不易遷移，但復(fù)雜的成巖作用可以使這些元素重新分布，包括受火山灰和熱液影響的陸源碎屑輸入。海平面上升與氣候變暖都會(huì)使更多陸源碎屑輸入，陸源以砂級(jí)和粉砂級(jí)碎屑輸入為主時(shí)，會(huì)抑制泥炭沼澤的發(fā)育，不適宜戰(zhàn)略性金屬的富集；而陸源碎屑物質(zhì)以黏土礦物和有機(jī)質(zhì)輸入時(shí)，2者沉積的同時(shí)也將吸附于其中的戰(zhàn)略性金屬一并沉積，后期的成巖作用時(shí)會(huì)促進(jìn)戰(zhàn)略性金屬的進(jìn)一步富集；煤層及其頂?shù)装逯饕纬捎谀嗵空訚?，陸源碎屑的輸入通常以黏土礦物和有機(jī)質(zhì)為主，所以研究區(qū)含煤巖系內(nèi)戰(zhàn)略性金屬隨海平面與氣候變化而表現(xiàn)為周期性富集。研究區(qū)內(nèi)雖排除了陸源輸入對(duì)戰(zhàn)略性金屬含量的影響，但仍與Al/Ti的變化近于一致，可能是由于黏土礦物和有機(jī)質(zhì)的增多，在火山活動(dòng)或熱液流體條件下產(chǎn)出的戰(zhàn)略性金屬更容易被吸附而保存下來。研究區(qū)內(nèi)的水體環(huán)境受多種因素影響后也基本處于缺氧的條件，適合有機(jī)質(zhì)與黏土礦物賦存于沉積物中，從而可保留較多的戰(zhàn)略性金屬。海平面與氣候受地球內(nèi)部影響發(fā)生異期變化，導(dǎo)致戰(zhàn)略性金屬富集周期也具差異性，當(dāng)海平面上升與氣候變暖兩種時(shí)期重合時(shí)，戰(zhàn)略性金屬可能會(huì)更為富集。相反，磁極性帶和火山活動(dòng)出現(xiàn)周期性活動(dòng)也會(huì)受天文軌道調(diào)控下海平面與氣候變化的影響，后者改變著地表的沉積環(huán)境，當(dāng)其由“量變”轉(zhuǎn)化為“質(zhì)變”時(shí)，原本穩(wěn)定的沉積環(huán)境快速惡化，可能激發(fā)地球內(nèi)部快速活動(dòng)，為戰(zhàn)略性金屬的周期性富集提供物質(zhì)基礎(chǔ)。地球內(nèi)部除在較大的時(shí)間尺度內(nèi)呈現(xiàn)周期性活動(dòng)外，還存在突發(fā)性活動(dòng)影響著戰(zhàn)略性金屬的富集周期，但在301鉆孔內(nèi)的沉積物中既沒有發(fā)現(xiàn)火山灰層和構(gòu)造活動(dòng)現(xiàn)象，也沒有明顯的礦物學(xué)證據(jù)，推測(cè)沉積物可能還是對(duì)天文軌道最為敏感。因此，以天文軌道力為主要約束作用下的地球系統(tǒng)周期性活動(dòng)形成了戰(zhàn)略性金屬的富集周期(圖7)。

圖7 戰(zhàn)略性金屬周期性富集的機(jī)制(據(jù)文獻(xiàn)[9,11-12]修改)Fig.7 Mechanism of periodic enrichment of strategic metals(Modified from Reference[9,11-12])

5 結(jié) 論

(1)通過多種化學(xué)風(fēng)化指標(biāo)建立的化學(xué)風(fēng)化趨勢(shì)，反映了研究區(qū)晚二疊世聚煤期以溫暖潮濕為主，具有與華南化學(xué)地層相對(duì)應(yīng)古氣候變化的6個(gè)階段：W2階段受干旱氣候的影響化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度呈急速變化，W4，W6階段仍處于較高的化學(xué)風(fēng)化時(shí)期，但和其余3個(gè)弱風(fēng)化階段一樣受溫暖氣候影響，化學(xué)風(fēng)化呈小幅度變化。

(2)戰(zhàn)略性金屬的周期性演化受到多種因素的影響：在在層序格架內(nèi)其主要分布在最大海泛面附近；在古氣候演化中主要集中于高風(fēng)化階段；在天文軌道周期下富集周期與長(zhǎng)偏心率周期有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；戰(zhàn)略性金屬含量顯著變化的節(jié)點(diǎn)處地球化學(xué)參數(shù)也發(fā)生了改變；地球內(nèi)部的活動(dòng)也對(duì)戰(zhàn)略性金屬的富集周期產(chǎn)生著貢獻(xiàn)。

(3)結(jié)合戰(zhàn)略性金屬富集周期與多種因素的聯(lián)系發(fā)現(xiàn)，戰(zhàn)略性金屬的富集主要以天文軌道為約束，其機(jī)制具體為：較大的長(zhǎng)偏心率通過調(diào)控其他較短的天文周期，來增加研究區(qū)接受的太陽(yáng)輻射能量，使氣候變?yōu)闇嘏睗?，海平面相?duì)上升，陸源內(nèi)的黏土礦物和有機(jī)質(zhì)更容易攜帶至研究區(qū)內(nèi)，吸附在兩者上的戰(zhàn)略性金屬也就沉積下來，當(dāng)天文軌道對(duì)沉積環(huán)境的影響達(dá)到某一特定的程度，使火山灰與熱液流體更快活動(dòng)，提供了戰(zhàn)略性金屬的物質(zhì)來源，受后期成巖作用影響的戰(zhàn)略性金屬也會(huì)進(jìn)一步吸附于兩種載體上，導(dǎo)致戰(zhàn)略性金屬含量增多；同理，長(zhǎng)偏心率較小時(shí)，戰(zhàn)略性金屬含量減少。