湘贛邊界鹿井地區(qū)下寒武統(tǒng)斑點板巖地球化學(xué)特征及原巖形成環(huán)境

張萬良, 李余亮

(核工業(yè)二七〇研究所,江西 南昌 330200)

寒武紀(jì)是顯生宙的開始,標(biāo)志著地球生物演化史拉開新的一幕。中國寒武紀(jì)地層區(qū)域分布廣泛,包括穩(wěn)定型、活動型和過渡型沉積。穩(wěn)定型沉積發(fā)育于華北地塊東部、塔里木地塊北緣以及揚(yáng)子地塊中。活動型沉積發(fā)育于北方大興安嶺北部、鴨綠江一帶的興凱湖區(qū),以含火山物質(zhì)為特征,南方華南活動帶是另一個明顯的活動型沉積區(qū)。過渡型沉積主要為含硅質(zhì)和碳質(zhì)的鈣質(zhì)沉積和薄層碳酸鹽沉積,分布在中國東部,以江南區(qū)為主,也見于秦嶺和中北天山(趙兵等,2014)。

湘贛邊界鹿井地區(qū)早寒武世地層以過渡型沉積為主,板巖是主要巖石類型,其中斑點板巖是鈾礦化重要圍巖之一。斑點板巖是一種低級的熱接觸變質(zhì)巖(地質(zhì)礦產(chǎn)部地質(zhì)辭典辦公室,2005),它不僅具有板狀構(gòu)造,也具有斑點構(gòu)造。

鹿井地區(qū)是華南花崗巖型鈾礦的重要集中區(qū)之一(肖振華等,2021;王前林等,2021;張萬良等,2022),鈾礦化產(chǎn)于印支-燕山期花崗巖內(nèi)部或其外接觸帶下寒武統(tǒng)斑點板巖及其他淺變質(zhì)巖系中,成礦時代為晚白堊世-古近紀(jì)。斑點板巖作為印支期花崗巖的接觸淺變質(zhì)巖,是鈾礦的重要含礦圍巖之一。斑點板巖的地球化學(xué)特征和原巖形成的構(gòu)造環(huán)境對分析判斷成礦物質(zhì)來源和鈾礦成因認(rèn)識具有重要意義。斑點板巖對鈾礦形成的控制作用一直是鈾礦地質(zhì)勘探和找礦預(yù)測過程中的關(guān)鍵科學(xué)問題,但已有研究薄弱,成果不多。

鹿井地區(qū)部分鉆孔中見到新鮮的下寒武統(tǒng)斑點板巖,有的鉆孔中見到斑點斑巖中存在鈾礦化現(xiàn)象。筆者采集了ZK75-1鉆孔斑點板巖樣品,鏡下觀察后進(jìn)行了主量、微量、稀土元素檢測分析,并對該斑點板巖的地球化學(xué)特征及其原巖形成構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行探討。

1 地層概況

湘贛邊界鹿井地區(qū)的寒武紀(jì)地層分上、中、下三層,分別為水石組(∈3s)、茶園頭組(∈2cy)和香楠組(∈1x)(圖1)。水石組下部以砂巖夾板巖為主,上部泥板巖相對增多,主要為板巖夾砂巖。茶園頭組巖性主要為深灰、灰綠色巨厚層變質(zhì)長石石英砂巖夾少量深灰色條紋狀板巖,灰綠、深灰色厚層板巖夾中層變質(zhì)砂巖,灰黑色含碳板巖夾粉砂質(zhì)板巖及薄層含碳硅板巖、硅質(zhì)板巖等。該地層在湖南省稱茶園頭組(張純臣,1997),在江西省稱高灘組(∈2gt)(劉亞光,1997)。

圖1 鹿井地區(qū)地質(zhì)略圖(張萬良等,2022)

下寒武統(tǒng)香楠組巖性主要有灰色-深灰色含碳板巖、斑點板巖、硅質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖及變質(zhì)雜砂巖等。中下部為深灰色厚層狀變質(zhì)中細(xì)粒雜砂巖、中薄層狀含碳板巖、斑點板巖、薄層的泥質(zhì)灰?guī)r及板巖互層,其中灰?guī)r呈層紋狀。上部為灰色中層狀細(xì)粒石英砂巖、薄層微條紋狀板巖、砂質(zhì)板巖。該地層下與老虎塘組,上與茶園頭組呈連續(xù)過渡關(guān)系。巖層中見有粒序?qū)永怼⑿⌒徒诲e層理、水平層理和塊狀層理,屬于次深海-深海相沉積,產(chǎn)海綿骨針化石,厚度為831.87～1 679.20 m。

鹿井礦田西部位于湖南省境內(nèi),東部位于江西省境內(nèi),下寒武統(tǒng)香楠組(∈1x)是湖南省巖石地層名稱,按江西省巖石地層劃分方案,本組相當(dāng)于下寒武統(tǒng)牛角河組(∈1n)。斑點板巖是下寒武統(tǒng)香楠組的主要巖性之一(圖2,3),在湘贛邊界一帶具有廣泛的代表性。

圖2 地表風(fēng)化斑點板巖(a)和斑點板巖顯微照片(+)(b)

2 樣品及測試

鹿井礦田蕉葉垅地區(qū)多個鉆孔揭穿白堊紀(jì)紅層、印支-燕山期花崗巖和QF1硅化破碎帶后,均見到香楠組斑點板巖,其中ZK75-1孔揭露板巖厚度達(dá)241.08 m,巖性單一,呈灰色、深灰色,見粒狀黃鐵礦,局部見石英、方解石脈。10個斑點板巖樣品取樣位置見圖3。

圖3 鹿井地區(qū)ZK75-1孔巖性柱及取樣位置圖

鏡下觀察,斑點板巖主要由粒徑小于0.08 mm定向排列的顯微鱗片狀絹云母、顯微葉片狀綠泥石、它形粒狀石英、不透明鐵質(zhì)(碳質(zhì))等組成,構(gòu)成顯微粒狀鱗片狀變晶結(jié)構(gòu),千枚狀構(gòu)造。巖石變質(zhì)程度比典型的板巖要深,可稱為千枚狀板巖。絹云母含量為68%,呈顯微鱗片狀和顯微鱗片集合體狀,干涉色鮮艷,定向排列,在應(yīng)力作用下形成小的褶皺、褶曲。綠泥石含量為23%,呈顯微葉片狀,淺綠色,異常藍(lán)、一級暗灰干涉色,與絹云母互混或組成雛晶狀斑點,定向排列。石英含量為8%,它形粒狀,一級亮白干涉色,少量顆粒壓扁拉長,分散分布在絹云母、綠泥石中,部分聚集成條帶狀微晶集合體,定向分布。不透明鐵質(zhì)含量為1%,它形粒狀,長條狀,多與綠泥石互混組成斑點,定向排列。巖石中綠泥石、絹云母、不透明鐵質(zhì)等局部聚集,組成條狀斑塊,雛晶狀斑點(圖2)。

研究區(qū)斑點板巖重結(jié)晶作用明顯,巖石幾乎全由絹云母、綠泥石、石英等新生礦物所組成。根據(jù)潘兆櫓(1985)建議,板巖可按新生礦物進(jìn)一步命名為:絹云板巖、綠泥板巖、綠泥絹云板巖和絹云綠泥板巖。本區(qū)斑點板巖鏡下可命名為綠泥絹云板巖(賀同興等,1980)。

樣品測試在核工業(yè)二三〇研究所分析檢測中心完成,常量組分SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、TiO2、MnO、Na2O、K2O、P2O5采用X射線熒光法檢測,使用儀器為X射線熒光光譜儀(AxiosMAX),燒失量用重量法檢測,FeO用滴定法檢測,微量及稀土元素用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(NexION 300X)檢測。各組分或元素的分析誤差均在規(guī)范規(guī)定的范圍之內(nèi),一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)合格率為100%,重復(fù)樣合格率為100%。

3 主量元素地球化學(xué)特征

主量元素的檢測結(jié)果見表1。研究區(qū)斑點板巖的原巖為泥質(zhì)巖石,把中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)列入表1中對比參考。從表1可見,研究區(qū)斑點板巖SiO2含量為60.93%～64.31%,平均為62.91%,略高于中國東部泥質(zhì)巖(60.63%),也高于華南碳質(zhì)頁巖的平均值(56.17%);Al2O3含量為16.60%～17.93%,平均為16.88%,與中國東部泥質(zhì)巖(16.35%)相近,但高于華南碳質(zhì)頁巖(12.02%);CaO含量為0.365%～0.927%,平均為0.550%,明顯低于中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖;MgO含量為2.72%～3.04%,平均為2.88%,K2O含量為3.73%～4.30%,平均為4.07%,略高于中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖;Na2O含量為0.216%～1.400%,平均為0.720%,與中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖相差不大;Fe2O3含量為1.24%～1.66%,平均為1.43%,比中國東部泥質(zhì)巖、華南碳質(zhì)頁巖明顯偏低,但FeO含量較高,平均為4.84%,是中國東部泥質(zhì)巖的3.4倍,是華南碳質(zhì)頁巖的15倍;MnO(或Mn)含量與中國東部泥質(zhì)巖相當(dāng),但高于華南碳質(zhì)頁巖;TiO2(或Ti)含量與中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖相差均不大;P2O5含量為0.135%～0.154%,平均為0.140%,略高于中國東部泥質(zhì)巖,但明顯低于華南碳質(zhì)頁巖(1.720%);燒失量平均為3.98%,也大大低于華南碳質(zhì)頁巖(15.66%)。

表1 鹿井地區(qū)斑點板巖主量元素含量

研究區(qū)斑點板巖的主量元素含量變化范圍較小(圖4),各樣品化學(xué)組分較均一,該板巖經(jīng)歷了明顯的變質(zhì)作用和重結(jié)晶作用,化學(xué)成分趨于均勻化。與中國東部泥質(zhì)巖對比,CaO和Fe2O3含量較低,FeO含量偏高,其他組分或與之相當(dāng),或略有偏高。與華南碳質(zhì)頁巖相比,SiO2、Al2O3、K2O、FeO、MnO含量偏高,CaO、P2O5、Fe2O3含量和燒失量明顯較低,MgO、Na2O、TiO2含量與之大致相當(dāng)。CaO、P2O5含量和燒失量的降低,反映了熱接觸變質(zhì)結(jié)晶作用過程,也是巖石中的H2O、CO2、有機(jī)成分等逐漸變化或遷出的過程。

4 微量元素地球化學(xué)特征

本次斑點板巖檢測的微量元素包括鐵族微量元素、放射性元素、分散元素、稀有元素、鎢鉬族元素、親銅成礦元素和稀土元素。

4.1 鐵族及放射性元素

4.1.1 鐵族元素

斑點板巖Co含量為16.5×10-6～18.5×10-6,平均為17.6×10-6,與中國東部泥質(zhì)巖及華南碳質(zhì)頁巖含量相近。Cr含量為151×10-6～171×10-6,平均為163×10-6,比中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖含量均高。Ni含量為42.9×10-6～46.9×10-6,平均為45×10-6,V含量為109×10-6～129×10-6,平均為118×10-6,與中國東部泥質(zhì)巖相近,但大大低于華南碳質(zhì)頁巖含量。

鹿井地區(qū)斑點板巖鐵族元素,與中國東部泥質(zhì)巖、華南碳質(zhì)頁巖相比,Fe2O3、Ni、V含量較低,MnO、Cr含量較高, TiO2、Co含量大致相當(dāng)。反映研究區(qū)下寒武統(tǒng)在熱接觸變質(zhì)結(jié)晶作用過程中,Ni、V趨于貧化,Mn、Cr趨于富集,Ti、Co受熱接觸變質(zhì)作用影響較小。

4.1.2 放射性元素

本次僅對斑點板巖的Th、U放射性元素進(jìn)行了檢測(表2)。斑點板巖Th含量為18.2×10-6～25.1×10-6,平均為21.7×10-6,均高于中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖含量;U含量為4.92×10-6～21.9×10-6,平均為8.12×10-6,略高于中國東部泥質(zhì)巖,但明顯低于華南碳質(zhì)頁巖含量(75.57×10-6)。Th是較惰性元素,U是較活潑元素,Th在熱接觸變質(zhì)作用過程中可能保持或基本保持恒定,U在熱接觸變質(zhì)過程中可被活化遷移,并與Th發(fā)生分離。鹿井地區(qū)斑點板巖的Th/U值為0.83～4.71,平均為2.67,略低于中國東部泥質(zhì)巖Th/U值(4.52),但明顯高于華南碳質(zhì)頁巖Th/U值(0.15)。

表2 鹿井地區(qū)斑點板巖部分鐵族元素及放射性含量

鹿井地區(qū)印支-燕山期花崗巖U含量為2.65×10-6～115.00×10-6,Th/U值為0.13～2.46,平均為1.20,富含晶質(zhì)鈾礦,自變質(zhì)作用強(qiáng)烈,可提供豐富的鈾成礦物質(zhì)來源(章邦桐,1994)。而鹿井地區(qū)寒武系淺變質(zhì)由于經(jīng)歷過區(qū)域變質(zhì)作用和熱接觸變質(zhì)作用,鈾已經(jīng)發(fā)生過活化遷移,熱接觸變質(zhì)之后的斑點板巖U含量明顯低于華南碳質(zhì)頁巖,Th/U值增大,再一次作為中新生代鈾源巖的可能性大大降低。

4.2 分散元素

本次對鹿井地區(qū)斑點板巖的鋇(Ba)、鍶(Sr)、鎘(Cd)、鎵(Ga)、鉈(Tl)、錸(Re)、硒(Sc)共7種分散元素進(jìn)行了檢測(表3)。

表3 鹿井地區(qū)斑點板巖分散元素含量

斑點板巖Ba含量為438×10-6～491×10-6,平均為466×10-6,明顯低于華南碳質(zhì)頁巖(2 284.6×10-6),也低于中國東部泥質(zhì)巖(590×10-6);Sr含量為23.3×10-6～41.7×10-6,平均為31.6×10-6,均低于中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖;Cd含量為0.033×10-6～0.356×10-6,平均為0.101×10-6,與中國東部泥質(zhì)巖相當(dāng),但明顯低于華南碳質(zhì)頁巖;Ga含量為22.1×10-6～26.7×10-6,平均為24.4×10-6,與中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖相差均不大;Tl含量為1.03×10-6～1.65×10-6,平均為1.27×10-6,高于中國東部泥質(zhì)巖的值,但低于華南碳質(zhì)頁巖(11.02×10-6);Re含量為0.000 02×10-6～0.003 00×10-6,平均為0.001 57×10-6,明顯低于中國東部泥質(zhì)巖;Se含量為0.084×10-6～0.216×10-6,平均為0.136×10-6,與中國東部泥質(zhì)巖的Se豐度相當(dāng)。

鹿井地區(qū)斑點板巖中大部分分散元素(如Ba、Sr、Cd、Re等)含量較低,明顯低于中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖的含量,反映這些分散元素在熱接觸變質(zhì)結(jié)晶過程中,趨于貧化,但Ga受其影響較小,是熱接觸變質(zhì)結(jié)晶過程中的惰性元素。

4.3 稀有元素

稀有元素指在自然界中含量稀少或分布稀散,或提煉困難、應(yīng)用較少的一類元素的總稱。本次對斑點板巖的鋰(Li)、鈹(Be)、銣(Rb)、銫(Cs)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鈧(Sc)共9種稀有元素進(jìn)行了檢測(表4)。

表4 鹿井地區(qū)斑點板巖稀有元素含量

斑點板巖Li含量為85.4×10-6～98.7×10-6,平均為91.7×10-6,Rb含量為241×10-6～325×10-6,平均為285×10-6,均高于中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖;Be含量為3.03×10-6～6.12×10-6,平均為3.93×10-6,Cs含量為13.0×10-6～18.8×10-6,平均為15.4×10-6,Nb含量為9.6×10-6～20.5×10-6,平均為18.0×10-6,Sc含量為14.4×10-6～17.3×10-6,平均為16.4×10-6,它們相近或略高于中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖的Be、Cs、Nb、Sc含量。Ta含量為0.14×10-6～0.70×10-6,平均為0.43×10-6,Zr含量為66.7×10-6～84.4×10-6,平均為75.4×10-6,Hf含量為2.03×10-6～2.37×10-6,平均為2.13×10-6,均低于中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖Ta、Zr、Hf含量。

鹿井地區(qū)斑點板巖中稀有元素與中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖相比,Li、Rb相對富集,Sc、Be、Cs、Nb略富集,Ta、Zr、Hf則呈降低趨勢(圖5),反映本區(qū)的熱接觸變質(zhì)結(jié)晶作用,可使多數(shù)稀有元素如Li、Rb、Be、Cs、Nb、Sc等得到不同程度的富集,而只有少部分稀有元素如Ta、Zr、Hf等趨于貧化。

圖5 鹿井地區(qū)斑點板巖稀有元素富集或貧化趨勢圖

4.4 鎢鉬族及親銅成礦元素

4.4.1 鎢鉬族元素

本次對鹿井地區(qū)斑點板巖的鎢(W)、鉬(Mo)、鉍(Bi)共3個鎢鉬族元素進(jìn)行了檢測(表5)。其中W含量為2.93×10-6～6.19×10-6,平均為4.5×10-6,高于中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖的含量,熱接觸變質(zhì)作用可能有利于W的富集。Bi含量為0.35×10-6～0.95×10-6,平均為0.57×10-6,與中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖相差不大;Mo含量為0.261×10-6～1.265×10-6,平均含量僅為0.520×10-6,雖然與中國東部泥質(zhì)巖相近,但遠(yuǎn)低于華南碳質(zhì)頁巖的含量(620.280×10-6)。Mo是一種變價元素,熱接觸變質(zhì)過程可促使大量Mo的活化遷移,因而本區(qū)斑點板巖原巖的Mo含量可能較高。

表5 鹿井地區(qū)斑點板巖鎢鉬族及親銅元素含量

4.4.2 親銅成礦元素

鹿井地區(qū)斑點板巖銅(Cu)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、金(Au)、銀(Ag)、銻(Sb)共6種親銅成礦元素檢測結(jié)果見表5。其中Cu、Pb、Zn、Sb含量與中國東部泥質(zhì)巖相近,但遠(yuǎn)低于華南碳質(zhì)頁巖中的含量,而Au、Ag含量明顯高于中國東部泥質(zhì)巖。這種親銅成礦元素的含量特征既不同于中國東部泥質(zhì)巖,也不同于華南碳質(zhì)頁巖,可能與斑點板巖原巖的親銅元素含量有關(guān),也可能與斑點板巖遭受較強(qiáng)烈的熱接觸變質(zhì)結(jié)晶作用有關(guān)。

4.5 稀土元素

鹿井地區(qū)斑點板巖稀土元素及有關(guān)參數(shù)見表6和表7。

表6 鹿井地區(qū)斑點板巖稀土元素含量

表7 鹿井地區(qū)斑點板巖稀土元素相關(guān)參數(shù)

鹿井地區(qū)斑點板巖及中國東部泥質(zhì)巖、華南碳質(zhì)頁巖的稀土配分模式較相似,呈較平緩的鋸齒狀曲線(圖6),但也存在一些微小差異。鹿井地區(qū)斑點板巖稀土總量為260.66×10-6～287.22×10-6,平均為273.49×10-6,高于華南碳質(zhì)頁巖(169.25×10-6);斑點板巖LREE/HREE值為8.73～9.82,平均為9.22,高于華南碳質(zhì)頁巖(6.95),而與中國東部泥質(zhì)巖相近;斑點板巖δEu值為0.85～1.04,平均為0.95,與中國東部泥質(zhì)巖接近,即負(fù)Eu異常不明顯,而與華南碳質(zhì)頁巖(0.59)相差明顯?？梢?鹿井斑點板巖的稀土組成與中國東部泥質(zhì)巖較相似,而與華南碳質(zhì)頁巖有一定差異,(La/Yb)N、(La/Lu)N、(Ce/Yb)N等參數(shù)也說明了這一情況。

圖6 鹿井地區(qū)斑點板巖及中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖稀土配分模式

Eu是稀土元素中的變價元素,Eu3+在強(qiáng)還原和偏堿性條件下可還原為Eu2+。在正常海水中,Eu只能以Eu3+存在,因此正常海水沉積物一般無明顯的Eu異常,或具有微弱的Eu負(fù)異常。華南碳質(zhì)頁巖具有較明顯的負(fù)Eu異常,原因可能是在海相沉積過程中,有較多的強(qiáng)還原劑(有機(jī)質(zhì)等)的參與。中國東部泥質(zhì)巖δEu值為0.92,可認(rèn)為是正常的海水沉積物。鹿井斑點板巖δEu值為0.67,是因為斑點板巖已遭受了明顯的熱接觸變質(zhì)作用,原巖的稀土組成可能已發(fā)生了變化。

Ce也是變價元素,具有環(huán)境示蹤意義。鹿井斑點板巖δCe值為0.88～0.95,平均為0.91,顯示較明顯的Ce負(fù)異常,與中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖均相似,但更接近于華南碳質(zhì)頁巖。

5 原巖形成環(huán)境探討

鏡下觀察到鹿井地區(qū)斑點板巖,礦物主要由絹云母、綠泥石和石英組成,具有泥質(zhì)原巖綠片巖相變質(zhì)的典型礦物組合特征。雖然熱接觸變質(zhì)作用使巖石中的微量元素組分發(fā)生較大變化,但主量化學(xué)組分及一些微量元素的比值對斑點板巖原巖形成的沉積環(huán)境、構(gòu)造背景研究仍具有示蹤意義。

在變質(zhì)作用過程中,除了深變質(zhì)和較高溫變質(zhì)條件下出現(xiàn)的超變質(zhì)作用和某些類型的交代改造作用外,基本能保持原巖的化學(xué)組分特點。也就是說,多數(shù)情況下變質(zhì)巖都是原巖在相對封閉條件下經(jīng)受變質(zhì)作用的產(chǎn)物,巖石的主要成分(如SiO2、Al2O3等)變化基本上是等化學(xué)的(邱家驤等,1991)。

Taylor等(1995)認(rèn)為,SiO2/Al2O3值可用以判斷物源的來源類型。陸殼中SiO2/Al2O3值為3.60,沉積巖中SiO2/Al2O3值接近3.60,指示物源以陸源沉積巖為主,此值越大則表示受生物或熱水作用影響較大。鹿井地區(qū)斑點板巖SiO2/Al2O3值為3.40～3.88,平均為3.73,超過了3.60(表8),指示物源以陸源沉積為主,但有殘余生物作用的遺跡。華南碳質(zhì)頁巖SiO2/Al2O3值為4.67,指示著有生物作用的參與。

表8 鹿井地區(qū)斑點板巖地球化學(xué)參數(shù)

Roser等(1986)提出了SiO2-(K2O/Na2O)構(gòu)造背景判別圖解用以判別沉積物源區(qū)的大地構(gòu)造背景。研究區(qū)斑點板巖樣品大部分落入被動大陸邊緣區(qū)(圖7),表明斑點板巖原巖的形成構(gòu)造背景為被動大陸邊緣。

圖7 鹿井地區(qū)斑點板巖SiO2-(K2O/Na2O)圖解

高場強(qiáng)元素(如Th、Sc、Ti、Nb、Zr等)在熱接觸變質(zhì)作用過程中的影響較小,一般保留了變質(zhì)原巖母巖的原始信息,可用于原巖沉積盆地構(gòu)造環(huán)境的判別(Mclennan, 1989)。Peppard等 (2018)認(rèn)為,被動陸緣泥質(zhì)巖沉積物的物源來自古老的、分異的上地殼,沉積物具有高的Th/Sc值。相反,泥質(zhì)巖的Th/Sc值小于1,代表均一的或很少分異的區(qū)(Taylor et al.,1995;Savoy et al., 2000),其比值越小越具有鐵鎂質(zhì)巖石的特征。鹿井地區(qū)斑點板巖Th/Sc值為1.16～1.47,均值為1.23,具有被動陸緣沉積物源區(qū)的特征。華南碳質(zhì)頁巖Th/Sc值為1.21,也指示為被動陸緣沉積物源區(qū)。

Mclennan 等(1991)提出被動陸緣沉積物和巖漿弧沉積物(包括島弧、大陸邊緣弧)的Th/Sc值、Zr/Sc值有不同的演化趨勢。島弧環(huán)境下沉積的砂巖和泥巖投點與火成巖演化的趨勢線一致,被動陸緣的沉積物投點與島弧環(huán)境下沉積物投點的趨勢線相交,具有Th/Sc值較大,Zr/Sc值變化范圍較大的特點。在Th/Sc-Zr/Sc 判別圖中(圖8),研究區(qū)斑點板巖投點與被動大陸邊緣泥質(zhì)巖趨勢線一致,Th/Sc值較大,反映陸內(nèi)較穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境。

圖8 Zr/Sc-Th/Sc判別圖解(劉文等,2016)

研究區(qū)下寒武統(tǒng)在熱接觸變質(zhì)結(jié)晶作用過程中,Ni、V趨于貧化,但二者相關(guān)性仍較明顯(圖9),相關(guān)系數(shù)為0.62,巖石中的V/(Ni+V)值在判別沉積環(huán)境方面具有與泥質(zhì)原巖相同的參考作用。Wingnall(1994)提出利用V/(Ni+V)值可表征沉積環(huán)境的氧化-還原性,當(dāng)V/(Ni+V)值小于0.46時為過氧化環(huán)境,當(dāng)V/(Ni+V)值為0.57～0.46時為氧化環(huán)境,當(dāng)V/(Ni+V)值為0.83～0.57時為缺氧還原環(huán)境,當(dāng)V/(Ni+V)值為1.00～0.83時為靜海還原環(huán)境。鹿井地區(qū)斑點板巖V/(Ni+V)值為0.71～0.74,平均值為0.72,指示為缺氧還原環(huán)境。即該斑點板巖的原巖與中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖的形成環(huán)境相似(張玉璽,2019),均為缺氧的還原沉積環(huán)境。

圖9 鹿井斑點板巖V和Ni散點圖

稀土元素地球化學(xué)特征可以作為研究頁巖沉積環(huán)境和富集機(jī)制的有效方法,沉積體系中的Ce 異?？梢苑从乘w氧化還原條件的變化,Ce異常值大于-0.1時,反映水體為還原環(huán)境,小于-0.1時,反映水體為氧化環(huán)境(李雙建等,2008)。通過計算,斑點板巖樣品的Ce 異常值均大于-0.1,反映研究區(qū)斑點板巖原巖的沉積環(huán)境為還原容量較大的邊緣海沉積盆地,這與V/(Ni+V)值判別的結(jié)果一致。

6 結(jié)論

(1)研究區(qū)斑點板巖重結(jié)晶作用明顯,巖石幾乎由新生礦物絹云母、綠泥石、石英等組成,斑點板巖的原巖屬泥質(zhì)類巖石。

(2)斑點板巖樣品的化學(xué)成分變化范圍較小。與中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖相比,CaO、P2O5和燒失量較低,其他主量或微量組分也有一些變化,反映了熱接觸變質(zhì)結(jié)晶作用過程,也是巖石中的H2O、CO2、有機(jī)成分及其他活動性較強(qiáng)元素包括成礦元素逐漸變化或遷出的過程。

(3)斑點板巖鈾含量平均為8.12×10-6,略高于中國東部泥質(zhì)巖,明顯低于華南碳質(zhì)頁巖;Th/U值平均為2.67,略低于中國東部泥質(zhì)巖,明顯高于華南碳質(zhì)頁巖(0.15)。該斑點板巖由于經(jīng)歷過印支燕山期的熱接觸變質(zhì)作用,鈾已經(jīng)發(fā)生過活化遷移,熱接觸變質(zhì)之后的斑點板巖作為中新生代鈾源的可能性大大降低。斑點板巖僅是鹿井地區(qū)鈾礦體圍巖而已。

(4)斑點板巖部分主量元素、高場強(qiáng)元素,或其比值對判別原巖形成環(huán)境有示蹤意義。SiO2/Al2O3、Th/Sc 值以及SiO2-(K2O/Na2O)和Th/Sc-Zr/Sc圖解指示鹿井斑點板巖原巖具有被動陸緣沉積物源區(qū)的特征,形成的構(gòu)造環(huán)境較穩(wěn)定。V/(Ni+V)值及Ce負(fù)異常指示原巖的沉積環(huán)境為還原容量較大的邊緣海沉積盆地。