黔北地區(qū)合山組硅質(zhì)沉積物地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

何碧, 辛歡, 趙飛, 陶剛, 張文斌, 王寧祖, 李生喜, 孫平原, 張志璽

(1.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院, 蘭州 730020; 2.西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院, 綿陽 621010)

長期以來，華南地區(qū)不同時代硅質(zhì)巖的成因始終是區(qū)域地質(zhì)研究的一個熱點。特別是晚二疊世末期，華南地區(qū)沉積了完整的淺海相地層[1-2]，地層中廣泛發(fā)育硅質(zhì)巖，是華南地區(qū)古氣候、古環(huán)境和古構(gòu)造特征及其演化過程的重要記錄[3-6]。盡管目前對硅質(zhì)巖研究越來越多并取得一系列研究成果，但不同時代、不同地區(qū)的硅質(zhì)巖的成因機制仍有不少爭議[7-10]。最普遍的成因觀點為：①生物成因，如鄂西咸豐地區(qū)五峰組-龍馬溪組硅質(zhì)巖[11]、四川理塘地區(qū)二疊-三疊紀(jì)硅質(zhì)巖[12]等；②交代成因，如塔里木盆地順北地區(qū)中下奧陶統(tǒng)硅質(zhì)巖[10]等；③熱水成因，如中下?lián)P子北緣安徽貴池唐田地區(qū)中二疊統(tǒng)孤峰組硅質(zhì)巖[13]、云南鎮(zhèn)雄地區(qū)中二疊統(tǒng)茅口組硅質(zhì)巖[14]、貴州晚二疊世硅質(zhì)巖[3]等；④綜合成因，如四川廣元上寺上二疊統(tǒng)吳家坪組和大隆組硅質(zhì)巖[15]、滇東南麻栗坡中下二疊統(tǒng)他披組硅質(zhì)巖[16]等。雖然硅質(zhì)巖具有相對簡單的礦物組成和單一的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，但是硅質(zhì)巖的成因受多種地質(zhì)因素控制，并非單一，其中最關(guān)鍵的問題是硅質(zhì)來源以及硅質(zhì)巖形成的沉積環(huán)境[17]。姚旭等[18]提出中國二疊紀(jì)硅質(zhì)巖的成因機理模式，并認(rèn)為二疊紀(jì)硅質(zhì)富集是熱源所致，揚子地區(qū)完全能夠建立研究二疊紀(jì)硅質(zhì)沉積事件的典型剖面。另外，硅質(zhì)巖的沉積環(huán)境可分為[19-22]：大陸邊緣環(huán)境、深水盆地、洋脊。地質(zhì)學(xué)者普遍采用Murray等[23-25]的研究成果對硅質(zhì)巖的地球化學(xué)特征判別其形成環(huán)境。

黔北官壩-革木地區(qū)位于揚子地塊黔桂盆地北部邊緣，硅質(zhì)巖研究大多集中于黔桂盆地中部及南部，而北部及周緣研究較少。官壩-革木地區(qū)出露的上二疊統(tǒng)合山組包含典型的硅質(zhì)沉積物，包括硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r等，為研究其地球化學(xué)特征、成因類型、形成環(huán)境提供了良好的條件。因此，在1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，現(xiàn)以官壩-革木地區(qū)上二疊統(tǒng)合山組硅質(zhì)沉積物為主要研究對象，開展相關(guān)研究將有助于深化對官壩-革木地區(qū)晚二疊世硅質(zhì)巖成因及形成環(huán)境的研究，具有重要的理論意義；同時深化對黔北官壩-革木地區(qū)及其周緣古構(gòu)造-古地理變化的認(rèn)識具有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

全球而言，晚二疊紀(jì)世普遍發(fā)育火山-巖漿活動[26]；與此同時，中國華南地區(qū)也存在大規(guī)模長英質(zhì)火山巖的活動[27]，鎂鐵質(zhì)巖漿巖活動則主要位于峨眉山大火成巖省(ELIP)和西伯利亞大火成巖省(SLIP)，如圖1(a)所示[28]；晚二疊世末華南地區(qū)沉積了完整的淺海相地層，如圖1(b)所示[2]。在大地構(gòu)造上，官壩-革木地區(qū)位于揚子板塊東南緣，是特提斯-喜馬拉雅構(gòu)造域與濱太平洋構(gòu)造域兩大構(gòu)造單元交匯部位，其北為四川盆地，西為康滇-三江復(fù)雜變形區(qū)，東南為右江褶皺帶[29]；屬羌塘-揚子-華南板塊(Ⅳ)、揚子板塊(Ⅳ- 4)、上揚子板塊(Ⅳ- 4-1)、黔北隆起區(qū)(Ⅳ- 4-1-3)[30]。

圖1 晚二疊世華南地區(qū)古地理圖[28]和巖相古地理圖[2] Fig.1 Paleogeographic reconstruction[28] and lithofacies paleographic map[2] of South China during the Permian transition

研究區(qū)出露的地層為寒武系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系，如圖2[31]所示；上二疊統(tǒng)-下三疊統(tǒng)地層從老到新依次為：龍?zhí)督M(P3l)、合山組(P3h)、夜郎組(T1y)、嘉陵江組(T1j),以上地層接觸關(guān)系均為整合接觸；龍?zhí)督M為海陸交互相碎屑巖夾煤層(線)，合山組為淺海相的碳酸鹽巖、泥巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r、頂部見火山成因黏土巖，夜郎組為海相碎屑巖夾碳酸鹽巖，嘉陵江組為海相碳酸鹽巖。

1為侏羅系；2為上三疊統(tǒng)二橋組；3為中三疊統(tǒng)關(guān)嶺組獅子山段；4為中三疊統(tǒng)關(guān)嶺組松子坎段；5為下三疊統(tǒng)嘉陵江組；6為下三疊統(tǒng)夜郎組；7為二疊系；8為石炭系；9為寒武系；10為上二疊統(tǒng)合山組；11為斷層；12為地層界線；13為地層產(chǎn)狀；14為剖面位置；15為地名圖2 官壩-革木地區(qū)地質(zhì)簡圖[31] Fig.2 Regional geology sketches of Guanba-Gemu area[31]

研究區(qū)合山組橫向上南薄北厚的特征(圖3)，厚度16.5～62.3 m不等。合山組下部主要巖性為灰、深灰色厚層至塊狀微晶灰?guī)r、含生物碎屑灰?guī)r、含生物碎屑硅質(zhì)團塊灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r；上部主要巖性為深灰色硅質(zhì)巖、灰白色白云質(zhì)灰?guī)r夾土黃色薄層泥巖、炭質(zhì)泥巖。巖層中硅質(zhì)沉積物以層狀、團塊狀、條帶狀、結(jié)核狀分布，長軸方向與巖層面近平行；頂部發(fā)育2～3層黃綠色薄層火山成因黏土巖。在官壩、申家寨、龔家溝剖面的巖層中發(fā)育有孔蟲、腹足、腕足、菊石、雙殼、蜓、珊瑚等化石，如腹足類：Coelostylinasp.、Euphemitessp.；腕足類：“Athyris”sp.、Concrinellasp.、Eomarginiferacf.longispina?(Sowerby)、Martiniasp.、OldhaminagrandisHuang、Oldhaminadecipiens(Koninck)、Tylopectayangtzeensis(Chao)、Tylopectacf.yangtzeensis(Chao)、Schellwienellaruber(Frech)；菊石類：Xenaspissp.、Huananocerassp.、Rotodiscocerassp.；雙殼類：Cnunithyriscf.speciosaWang、Stutchburiasp.；牙形石重要分子：Hindeodustypicalis、Clarkinadeflecta、Clarkinachangxingensis、Hindeodussp.；由于蜓、珊瑚化石保存不完整，以殘片保存，無法鑒定種屬。

2 樣品采集及測試方法

本次研究共采集了官壩-革木地區(qū)合山組9件新鮮的地球化學(xué)樣品，其中官壩剖面5件為硅質(zhì)巖、申家寨剖面4件為硅質(zhì)灰?guī)r，以上9件樣品統(tǒng)稱為硅質(zhì)沉積物，小心排除和避免任何相鄰層位和外來物質(zhì)的污染，樣品均未受風(fēng)化，具體采樣位置如圖3所示，從下向上取樣，官壩樣品編號分別為PM315-DH1、PM315-BDH1、PM315-DH2、PM315-BDH2、PM315-BDH3，申家寨樣品編號分別為PM117-DH1、PM117-DH2、PM117-DH3、PM117-DH4。硅質(zhì)沉積物受成巖作用影響小，其樣品主量元素、稀土元素、微量元素的分析結(jié)果及特征值如表1所示。樣品的主量元素、稀土元素、微量元素的測定均在華北有色地質(zhì)勘查局燕郊中心實驗室測定。主量元素采用儀器Axios PW4400型X熒光光譜儀測定，其分析誤差<3%；稀土元素和微量元素含量利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)分析完成，其分析精度為1%～3%。本文鈰、銪異常表達(dá)式分別為：Ce/Ce*= 2CeN/(LaN+PrN)[32]、Eu/Eu*=EuN/(SmN×GdN)1/2[32]，均采用澳大利亞后太古代平均頁巖(PAAS)進行標(biāo)準(zhǔn)化[33]。

1為泥巖；2為粉砂質(zhì)泥巖；3為鈣質(zhì)泥巖；4為碳質(zhì)泥巖；5為鐵質(zhì)泥巖；6為生物碎屑灰?guī)r；7為含硅質(zhì)團塊灰?guī)r；8為硅質(zhì)灰?guī)r；9為微晶灰?guī)r；10為白云質(zhì)灰?guī)r；11為火山成因黏土巖；12為重荷模；13為透鏡狀層理；14為縫合線構(gòu)造；15為水平層理；16為珊瑚；17為植物化石；18為雙殼類；19為菊石類；20為腹足類；21為腕足類；22為地球化學(xué)樣品編號及采樣位置圖3 官壩-革木地區(qū)合山組地層柱狀對比圖及樣品采樣位置圖 Fig.3 Stratigraphic correlation of Heshan Formation and sample locations in Guanba-Gemu area

3 硅質(zhì)沉積物地球化學(xué)特征

3.1 主量元素

官壩地區(qū)硅質(zhì)巖分析測試結(jié)果如表1所示。5件硅質(zhì)巖樣品分析結(jié)果表明，官壩地區(qū)長興期沉積的硅質(zhì)巖SiO2含量為90.95%～93.98%；CaO和FeO含量相對較高，分別為1.44%～3.01%、1.15%～1.36%；Al2O3含量總體偏低，為0.46%～0.94%，平均為0.67%；其他成分含量都很低，均低于1%。

申家寨地區(qū)硅質(zhì)灰?guī)r分析測試結(jié)果如表1所示，4件硅質(zhì)灰?guī)r樣品分析結(jié)果表明，與官壩地區(qū)相比，申家寨地區(qū)長興期沉積的硅質(zhì)灰?guī)rSiO2含量較低，為39.18%～63.55%；CaO含量較高，為18.44%～29.81%；其他成分含量也都很低。

官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物中MgO含量均較低(除PM117-DH2為2.0%)，變化范圍為0.09%～ 0.67%，平均值0.25%，符合熱水沉積硅質(zhì)巖特征；且SiO2/MgO范圍為112.08～1 105.65(除PM117-DH1和DH2小于100)，均大于100；樣品PM117-DH1、DH2的地球化學(xué)指標(biāo)與典型熱水沉積硅質(zhì)巖存在偏差，可能是熱水沉積體系遭受了混染[34]，也可能是硅質(zhì)沉積物本身是熱水沉積與陸源沉積的混合物[3]。另外，硅質(zhì)巖中Al2O3含量也很低，平均為0.69%，反映了硅質(zhì)沉積物的形成與熱水作用有關(guān)；MnO表征熱液成因的標(biāo)志參數(shù)普遍較低，官壩-革木地區(qū)MnO含量變化為0.013%～0.019%。Si/Al變化范圍為86.55～178.21，平均值為124.04，符合純硅質(zhì)巖的Si/Al比值(80～1 400)[24]，屬于熱液成因特征，進一步說明本區(qū)物源主要受熱液控制。

3.2 稀土元素

官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物的稀土元素分析結(jié)果及參數(shù)如表1所示，稀土元素總量(ΣREE)較低，變化范圍為7.70 × 10-6～35.25 × 10-6、平均值為22.01 × 10-6，指示研究區(qū)硅質(zhì)沉積物沉積于深水環(huán)境；輕、重稀土元素含量比值(ΣLREE/HREE)平均值為12.80，變化范圍為6.46～19.29；鈰異常(Ce/Ce*)平均值為0.79，變化范圍為0.72～0.87，呈負(fù)鈰異常；銪異常(Eu/Eu*)平均值為1.2，變化范圍為1.10～1.41(除PM315-DH1為0.98)，呈正銪異常；(La/Yb)N為1.02～5.45，平均3.07，(La/Ce)N為1.25～1.60，平均為1.48；稀土配分模式圖呈平緩右傾，重稀土元素相對富集(圖4)。所有樣品的Y/Ho在28.99～37.39，表明Y和Ho兩元素未發(fā)生明顯的分異。綜上所述，官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物形成于大陸邊緣沉積環(huán)境，也受到廣海海水的影響。

表1 官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物主量元素、稀土元素、微量元素分析結(jié)果及參數(shù)值Table 1 Results and parameters of major elements and trace elements and yare earth element parameters of siliceous deposits in Guanba-Gemu area

續(xù)表1

圖4 官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物頁巖標(biāo)準(zhǔn)化稀土模式曲線圖Fig.4 Shale standardized REE pattern of siliceous deposits in Guanba-Gemu area

3.3 微量元素

微量元素中某些元素是判別硅質(zhì)巖成因的有效指標(biāo)，如Nb、Th、Rb、U、Ni、Cr、Zr、V等元素[3,21,25,32,34-37]。官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物分析了Cr、Ni、Rb、Ba等15個微量元素，其Cr含量均值為11.03×10-6(9.39×10-6～13.49×10-6)，Zr含量均值為13.38×10-6(6.23×10-6～18.40×10-6)，Ba含量均值為31.8×10-6(25.08×10-6～53.2×10-6)，Nb含量均值為3.25×10-6(2.0×10-6～6.26×10-6)，Rb含量均值為2.70×10-6(1.66×10-6～5.44×10-6)，Th含量均值為1.93×10-6(0.73×10-6～4.13×10-6)，以上微量元素含量較低，符合熱液成因特征。

硅質(zhì)巖中鈾/釷(U/Th)也具有沉積環(huán)境指示意義，熱水環(huán)境中U/Th﹥1，而非熱水環(huán)境中U/Th﹤1[38]。官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物樣品PM315-BDH1、BDH2和PM117-DH1分析數(shù)據(jù)U/Th﹤1，表現(xiàn)出非熱水環(huán)境，受生物成因影響，其他硅質(zhì)沉積物U/Th為1.04～1.34，均大于1，表現(xiàn)出熱水環(huán)境。說明官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物可能受熱液活動和生物作用的共同影響；同時，也進一步說明官壩-革木地區(qū)晚二疊世構(gòu)造背景的復(fù)雜性。

4 討論

中外大多數(shù)地質(zhì)學(xué)者利用硅質(zhì)巖的地球化學(xué)元素含量來研究硅質(zhì)巖的成因類型、沉積環(huán)境及相關(guān)的大地構(gòu)造環(huán)境的判別[13, 17, 22, 38-42]，對全球發(fā)表的有關(guān)各個地質(zhì)時期硅質(zhì)巖地球化學(xué)資料進行系統(tǒng)收集統(tǒng)計，總結(jié)出一系列適合各種沉積環(huán)境的地球化學(xué)識別標(biāo)志。現(xiàn)將采納前人系列研究指標(biāo)，對官壩-革木地區(qū)長興期硅質(zhì)沉積物地球化學(xué)特征進行分析研究。

4.1 硅質(zhì)沉積物的來源與成因機制

4.1.1 Al/(Al + Fe + Mn)

Al、Fe、Mn、Si等元素含量及其比值被用于硅質(zhì)巖的成因判別研究。海相沉積物中Al/(Al + Fe + Mn)能夠衡量其中熱水沉積物含量的多少，也是判斷硅質(zhì)巖成因的重要指標(biāo)之一：其值大于0.4為熱液成因，小于0.4為生物成因[39]。官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物的 Al/(Al + Fe + Mn)= 0.18～ 0.43，除PM117-DH4大于0.4外，其他樣品均小于0.38，平均值為0.29，說明除PM117-DH4外，其他硅質(zhì)沉積物為生物成因，PM117-DH4為熱液成因；而硅質(zhì)沉積物樣品具有較高的Si/(Si+Al+Fe)，且都大于0.9，反映與生物成因有關(guān)，與熱水成因不符，可能是熱水沉積體系遭受混染所致[34]。另外，官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物樣品在Al-Fe-Mn 三角成因判別圖解[40][圖5(a)]中全部落入熱水成因區(qū)域。

4.1.2 Fe/Ti、(Fe + Mn)/Ti

Rona[38]研究認(rèn)為現(xiàn)代海洋典型熱水沉積物的Fe/Ti>20、(Fe+Mn)/Ti>(20 ± 5)；官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物的Fe/Ti=38.38～106.79、平均71.13，(Fe+Mn)/Ti=39.19～107.78、平均72.06，與典型熱水沉積硅質(zhì)巖值相吻合；官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物樣品在Fe/Ti-Al/(Al +Fe+Mn)圖解[39][圖5(b)]中，樣品均落入熱水成因系列，以上信息說明研究區(qū)硅質(zhì)沉積物成因為熱液成因。

圖5 官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物成因判別圖解Fig.5 Discrimination diagram of origin of siliceous deposits in Guanba-Gemu area

4.1.3 Fe2O3/FeO、Al2O3/TiO2

研究區(qū)硅質(zhì)沉積物Fe2O3/FeO為0.01～0.36，平均0.1，與對流熱水沉積硅質(zhì)巖相似；研究區(qū)硅質(zhì)沉積物Al2O3/TiO2=13.61～55.29、平均27.59，吻合于以偏中性巖漿巖為源區(qū)的硅質(zhì)巖特征(Al2O3/TiO2= 17～50[43])，這與合山組頂部發(fā)育2-3層火山成因黏土巖相吻合，表明研究區(qū)硅質(zhì)沉積物的成因可能與火山作用有關(guān)。研究區(qū)硅質(zhì)沉積物的Al2O3和TiO2含量無相關(guān)性[圖6(d)]，明顯偏低(分別不高于0.94%和0.04%)，而且與SiO2含量也無明顯任何相關(guān)性[圖6(a)和圖6(b)]，表明陸源碎屑對硅質(zhì)沉積物中硅質(zhì)貢獻(xiàn)不大。

圖6 官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物SiO2與TiO2、Al2O3、Fe2O3及Al2O3與TiO2、Ni、Cr關(guān)系圖Fig.6 Relation diagrams, SiO2 and TiO2Al2O3Fe2O3, Al2O3 and TiO2NiCr in siliceous deposits in Guanba-Gemu area

在Al2O3- SiO2/Al2O3端元混合圖解[44](圖7)中，研究區(qū)硅質(zhì)沉積物樣品中Al2O3和SiO2/Al2O3組成均在由澳大利亞后太古代平均頁巖(PAAS)和“純硅質(zhì)巖”組成的理論趨勢線上或附近，表明硅質(zhì)沉積物樣品與PAAS存在組分的相似性，官壩地區(qū)硅質(zhì)沉積物樣品的“純硅質(zhì)巖”組分高于革木地區(qū)，但是官壩、革木地區(qū)的組分均大于95%，表明革木地區(qū)在沉積過程中陸源輸入量有所增加，進一步說明革木地區(qū)較官壩地區(qū)靠近大陸；進一步確定研究區(qū)硅質(zhì)沉積物在硅化過程中受陸源碎屑影響程度較小，雖然在革木地區(qū)陸源輸入有所增加，但輸入量仍然保持在較低的水平，并不足以影響研究區(qū)硅質(zhì)沉積物的成巖過程。

圖7 官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物Al2O3-SiO2/Al2O3圖[44]Fig.7 Al2O3-SiO2/Al2O3diagram in siliceous deposits in Guanba-Gemu area[44]

4.1.4 Nb、Th、Rb、Ni、Cr等微量元素

微量元素Nb、Th、Rb等元素的含量指示了受陸源物質(zhì)的影響程度[45]，研究區(qū)硅質(zhì)沉積物的Nb、Th、Rb元素含量較低，平均值均小于3.5 × 10-6，符合熱液成因特征，同時也說明該區(qū)硅質(zhì)沉積物受陸源碎屑物質(zhì)影響較??；研究區(qū)硅質(zhì)沉積物的Al2O3與Ni含量[圖6(e)]、Cr含量[圖6(f)]也無線性關(guān)系，進一步說明陸源碎屑對硅質(zhì)沉積物中硅質(zhì)貢獻(xiàn)不大。

4.1.5 ΣREE、Ce/Ce*、Eu/Eu*、ΣREE/Fe

Murray等[23]研究表明熱水沉積硅質(zhì)巖ΣREE小于200 × 10-6、Ce/Ce*平均值為0.29，呈負(fù)異常。研究區(qū)硅質(zhì)沉積物樣品ΣREE總量低、變化范圍為7.70 × 10-6～35.25 × 10-6、平均為22.01 × 10-6， Ce/Ce*平均為0.79、變化范圍為0.72～0.87、呈負(fù)異常，說明研究區(qū)硅質(zhì)沉積物為熱水成因；同時，ΣLREE/HREE大于1，與典型熱液成因硅質(zhì)巖的ΣREE特征十分吻合[46]。

Michard[47]將Eu/Eu*作為判斷硅質(zhì)巖熱液成因的有效手段之一。研究區(qū)硅質(zhì)沉積物的Eu/Eu*平均值為1.2，變化范圍為1.10～1.41(除PM315-DH1為0.98)，均值大于1，為正銪異常，支持其熱液成因；同時，研究認(rèn)為硅質(zhì)巖表現(xiàn)Eu正異常，可能是Ba含量相對較高引起[48]，而研究區(qū)硅質(zhì)沉積物樣品中Ba含量較低(25.3 × 10-6～53.2 × 10-6)，且Ba/Eu較低(94.68～483.64)，所以研究區(qū)硅質(zhì)沉積物出現(xiàn)Eu正異常的原因是熱液所致，并非受到Ba的干擾。Michard[47]研究認(rèn)為顯著的Eu異常在熱液活動中心附近不超過10 km遠(yuǎn)的范圍內(nèi)出現(xiàn)，而且Olivarez等[49]認(rèn)為熱液沉積的硅質(zhì)巖的ΣREE/Fe有遠(yuǎn)離熱液活動中心增大的變化特征，官壩剖面硅質(zhì)巖的ΣREE/Fe變化范圍為7.08～17.45，平均為14.47, 而申家寨剖面硅質(zhì)灰?guī)r的ΣREE/Fe變化范圍為27.85～63.84，平均為42.98，表明官壩地區(qū)硅質(zhì)巖為熱液活動中心的近端沉積，而申家寨地區(qū)硅質(zhì)灰?guī)r為熱液活動中心的遠(yuǎn)端沉積，在Fe/Ti-Al/ (Al + Fe + Mn)圖解[圖5(b)]中，也符合上述觀點。

綜上所述，官壩-革木地區(qū)上二疊統(tǒng)合山組硅質(zhì)沉積物成因為熱水成因, 其硅質(zhì)主要來源于海底熱液，硅質(zhì)沉積物受陸源碎屑物質(zhì)影響較小。

4.2 硅質(zhì)沉積物的形成環(huán)境

4.2.1 Al2O3/(Al2O3+ Fe2O3)、MnO/TiO2、Al2O3/ (Al2O3+ Fe2O3+ MnO)

Murray[25]認(rèn)為洋中脊硅質(zhì)巖Al2O3/(Al2O3+ Fe2O3)<0.4、大洋盆地硅質(zhì)巖Al2O3/(Al2O3+ Fe2O3)為0.4～0.7、大陸邊緣硅質(zhì)巖的Al2O3/(Al2O3+ Fe2O3)為0.5～0.9，特別是區(qū)分洋中脊和大陸邊緣成因的良好指標(biāo)之一；官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物Al2O3/(Al2O3+ Fe2O3)介于0.73～0.99，與大陸邊緣硅質(zhì)巖變化范圍一致，說明研究區(qū)硅質(zhì)沉積物沉積環(huán)境為大陸邊緣。Adachi等[40]研究認(rèn)為MnO/TiO2可作為判斷硅質(zhì)沉積物離大洋盆地遠(yuǎn)近的標(biāo)志：大陸邊緣硅質(zhì)巖MnO/TiO2偏低、一般均小于0.5，而開闊大洋的硅質(zhì)巖比值較高、達(dá)0.5～3.5，官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物的MnO/TiO2為0.36～1.0平均0.598，與大陸邊緣硅質(zhì)巖相近。另外，硅質(zhì)巖Al2O3/(Al2O3+ Fe2O3+ MnO)從洋中脊(0.008 19)→大洋盆地及洋島(0.319)→大陸邊緣(0.619)逐漸增大；研究區(qū)硅質(zhì)沉積物Al2O3/(Al2O3+ Fe2O3+ MnO)介于0.72～0.97，進一步表明研究區(qū)硅質(zhì)沉積物沉積環(huán)境為大陸邊緣。

在Fe2O3/TiO2-Al2O3/(Al2O3+ Fe2O3)圖解[25][圖8(a)]中，樣品落于大陸邊緣區(qū)域及遠(yuǎn)離遠(yuǎn)洋區(qū)域；在100Fe2O3/SiO2-100Al2O3/SiO2圖解[25][圖8(b)]中，樣品也落于大陸邊緣區(qū)域及遠(yuǎn)離遠(yuǎn)洋區(qū)域，指示研究區(qū)硅質(zhì)沉積物沉積于大陸邊緣。

圖8 革木-官壩地區(qū)長興期硅質(zhì)沉積物沉積環(huán)境判別圖解[25]Fig.8 Sedimentary environment discrimination diagram for the Changsingian siliceous deposits in Guanba-Gemu area[25]

4.2.2 Ce/Ce*、(La/Yb)N、(La/Ce)N

Murray等[25]研究認(rèn)為大陸邊緣沉積環(huán)境的硅質(zhì)巖Ce/Ce*介于0.67～1.35，研究區(qū)硅質(zhì)沉積物的Ce/Ce*平均值為0.79，變化范圍為0.72～0.87，與大陸邊緣硅質(zhì)巖的Ce/Ce*變化范圍相一致。

大陸邊緣、深海平原、洋中脊的硅質(zhì)沉積物輕、重稀土分異不同[6,18]。Murray等[25]認(rèn)為洋中脊→深海平原→大陸邊緣的硅質(zhì)沉積物的輕稀土元素由虧損漸變?yōu)楦患?；其大陸邊緣、深海平原、洋中脊的硅質(zhì)沉積物的(La/Yb)N分別為：1.1～1.4、0.3～ 1.1、小于0.3。與(La/Yb)N相反，大陸邊緣、深海平原、洋中脊的硅質(zhì)沉積物的(La/Ce)N分別為：0.5～1.5、1.0～2.5、3.5左右[24-25,41]。研究區(qū)硅質(zhì)沉積物(La/Yb)N為1.02～5.45、平均3.07，表明輕稀土元素富集，符合大陸邊緣硅質(zhì)巖特征；(La/Ce)N為1.25～1.60、平均1.48，與大陸邊緣硅質(zhì)巖特征[0.5<(La/Ce)N<1. 5]相吻合。

4.2.3 Zr、Cr、Sr/Ba

Taylor等[32]對比遠(yuǎn)洋、洋中脊與大陸邊緣環(huán)境的硅質(zhì)巖的微量元素特征, 提出硅質(zhì)巖中Zr、Cr跟沉積過程中吸入的重金屬碎屑微粒的多少有關(guān)，而主要富集在大陸邊緣形成的硅質(zhì)巖中；Murray等[23,25]認(rèn)為硅質(zhì)巖中的Zr、Cr在大陸邊緣環(huán)境下整體豐度較低, 且遠(yuǎn)低于遠(yuǎn)洋和洋中脊環(huán)境下形成的硅質(zhì)巖。研究區(qū)硅質(zhì)沉積物w(Cr)均值為11.03 × 10-6(9.39 × 10-6～13.49 × 10-6)，w(Zr)均值為13.38 × 10-6(6.23 × 10-6～18.40 × 10-6)，Zr、Cr含量較低，說明研究區(qū)硅質(zhì)沉積物的沉積環(huán)境為大陸邊緣。研究區(qū)官壩剖面硅質(zhì)巖Sr/Ba為1.92～5.56,平均3.31；而申家寨剖面硅質(zhì)灰?guī)rSr/Ba為25.0～33.33、平均27.08，指示沉積環(huán)境為動蕩的淺水環(huán)境，且申家寨地區(qū)較官壩地區(qū)更靠近大陸。

綜上所述，官壩-革木地區(qū)上二疊統(tǒng)合山組硅質(zhì)沉積物形成于大陸邊緣環(huán)境。

4.3 硅質(zhì)沉積物對黔桂地區(qū)構(gòu)造-古地理演化的指示意義

研究區(qū)及鄰區(qū)分布的巖漿巖有：中晚二疊世過渡時期的峨眉山玄武巖、二疊系-三疊系之交的火山成因黏土巖，指示中晚二疊世華南地塊西南緣存在多期火山活動，其可能與中晚二疊世峨眉山大火成巖省巖漿活動或華南西南緣陸塊的裂解與匯聚有關(guān)，為官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物熱液環(huán)境的形成提供了條件。

層序地層學(xué)、沉積地質(zhì)學(xué)和地球化學(xué)研究表明，晚二疊世時期，黔桂盆地大部分地區(qū)的硅質(zhì)巖形成于大陸邊緣環(huán)境，黔桂地區(qū)受陸源碎屑的影響比中二疊世時期較大，而熱液活動較為局限卻相對較強[50]；馬永生等[51]研究認(rèn)為東吳運動及峨眉山玄武巖地幔柱活動，使華夏古陸、川滇古陸及云塊古陸等大幅度隆起，是黔桂盆地的陸源碎屑的主要來源之一；而Murray等[17-18,23,25,41]研究表明正常海水沉積硅質(zhì)巖形成于大陸邊緣和深海洋盆、熱水沉積硅質(zhì)巖應(yīng)形成于洋中脊；張巖等[20,52]最新研究成果為揚子板塊西北緣早-中志留世熱水沉積硅質(zhì)巖形成于大陸邊緣環(huán)境，而非洋中脊環(huán)境。本文中晚二疊世時期硅質(zhì)沉積物的地球化學(xué)特征顯示，官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物形成于受陸源影響輸入不明顯而受熱液作用影響的大陸邊緣環(huán)境，并推測與峨眉山玄武巖噴發(fā)、華南西南緣陸塊的裂解和斷裂有成因聯(lián)系。因此，本研究區(qū)的上二疊統(tǒng)合山組硅質(zhì)沉積物成因及沉積環(huán)境的變化記錄了這一時期的黔北官壩-革木地區(qū)及其周緣構(gòu)造-古地理變化的信息。

5 結(jié)論

(1)黔北官壩-革木地區(qū)上二疊統(tǒng)合山組硅質(zhì)沉積物按巖性分為兩類，第一類為硅質(zhì)巖、主要發(fā)育在官壩地區(qū)，第二類為硅質(zhì)灰?guī)r、主要發(fā)育在革木地區(qū)。

(2)黔北官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物地球化學(xué)特征指標(biāo)：SiO2含量、Fe2O3/FeO、Al2O3/TiO2、SiO2/MgO、Al/(Al + Fe + Mn)、Fe/Ti、(Fe + Mn)/Ti、ΣREE、ΣLREE/HREE、ΣREE/Fe、U/Th等均與熱水沉積硅質(zhì)巖的地球化學(xué)特征相吻合；在Al-Fe-Mn三角成因判別圖解中樣品也全部落入熱水成因區(qū)域；因此，硅質(zhì)沉積物成因類型為熱水成因。

(3)黔北官壩-革木地區(qū)硅質(zhì)沉積物形成于受陸源影響輸入不明顯的大陸邊緣環(huán)境。地球化學(xué)特征指標(biāo)顯示，Al2O3/(Al2O3+ Fe2O3)、Sr/Ba、(La/Yb)N、(La/Ce)N、Ce/Ce*等均與大陸邊緣環(huán)境硅質(zhì)巖相吻合。在Fe2O3/TiO2-Al2O3/ (Al2O3+ Fe2O3)圖解和100 Fe2O3/SiO2-100 Al2O3/ SiO2圖解中，全部樣品均落于大陸邊緣區(qū)域及遠(yuǎn)離遠(yuǎn)洋區(qū)域。