遼西凌源地區(qū)霧迷山組硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征

鄭秀才，王正允，陳夢(mèng)蛟（長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州434023）

遼西凌源地區(qū)霧迷山組硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征

鄭秀才，王正允，陳夢(mèng)蛟（長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州434023）

遼西凌源霧迷山組發(fā)育的硅質(zhì)巖屬于低硅質(zhì)硅質(zhì)巖，其SiO2平均含量為75%。巖石相對(duì)富集Fe、Mn，而相對(duì)貧Al、Mg、Ti，富集微量元素Ba。Fe2O3/FeO、Al/（Al＋Fe＋Mn）、K2O/Na2O和Ba/Sr比值，Al－Fe－Mn、SiO2－Al2O3、MgO－SiO2、MgO－P2O5的圖解都顯示區(qū)內(nèi)硅質(zhì)巖具有明顯的熱水沉積的特征；MnO/TiO2、Al/（Al＋Fe）比值，V、Ba、Sr、Rb等微量元素含量，F(xiàn)e2O3/TiO2～Al2O3/（Al2O3＋ Fe2O3）雙變量圖解判別顯示硅質(zhì)來源于大陸邊緣－遠(yuǎn)洋盆地；CaO/（Fe＋CaO），MgO/（Al2O3）比值指示出其形成于高鹽度環(huán)境。

硅質(zhì)巖；熱水沉積；地球化學(xué)；沉積環(huán)境；霧迷山組；遼西

遼西凌源霧迷山組發(fā)育了一套硅質(zhì)巖，其主要發(fā)育于白云巖中。一些研究者［1，2］對(duì)區(qū)內(nèi)的硅質(zhì)巖進(jìn)行過沉積環(huán)境和成巖作用研究，但是迄今尚缺乏對(duì)地球化學(xué)方面的研究。筆者較為系統(tǒng)地對(duì)區(qū)內(nèi)硅質(zhì)巖的地球化學(xué)特征進(jìn)行了探討。

1 硅質(zhì)巖的巖石學(xué)特征

根據(jù)野外露頭上硅質(zhì)巖的產(chǎn)狀，區(qū)分為下述4種類型：

1）條帶狀硅質(zhì)巖 條帶寬度一般＜5cm，條帶長(zhǎng)度一般是寬度的10倍以上，條帶順層產(chǎn)出，繼續(xù)平行于層面延伸（圖1（a））。條帶狀硅質(zhì)巖多產(chǎn)于紋層狀疊層石白云巖、波紋狀疊層白云巖和結(jié)晶白云巖。

2）結(jié)核狀硅質(zhì)巖 其典型特征為具有結(jié)核結(jié)構(gòu)（圖1（b）），長(zhǎng)寬比一般在1∶1～1∶8，其在巖石中的產(chǎn)出狀態(tài)多樣，既可以長(zhǎng)軸順層產(chǎn)出或斷續(xù)成層分布，也可見孤立產(chǎn)出和其他狀態(tài)產(chǎn)出。結(jié)核狀硅質(zhì)巖多產(chǎn)于泥云巖及隱微晶白云巖中。

3）團(tuán)塊狀硅質(zhì)巖 呈等軸狀、透鏡狀和不規(guī)則狀等多種形態(tài)產(chǎn)出（圖1（c）），有時(shí)與結(jié)核狀硅質(zhì)巖外形很相似，但其不具結(jié)核結(jié)構(gòu)，一般長(zhǎng)軸順層產(chǎn)出，總體上斷帶成層。團(tuán)塊狀硅質(zhì)巖多見于錐狀疊層石白云巖、柱狀疊層石白云巖和結(jié)晶白云巖中。

4）層狀硅質(zhì)巖 其厚度橫向上相對(duì)穩(wěn)定（圖1（d）），長(zhǎng)度和寬度相比，明顯大的多（10倍以上），且單層厚度大于0.5cm，薄層狀，結(jié)構(gòu)細(xì)膩、均一。一般野外多呈夾層狀產(chǎn)出于碳酸鹽巖和頁(yè)巖之中。

野外所采不同產(chǎn)狀的樣品室內(nèi)顯微結(jié)構(gòu)研究表明，硅質(zhì)巖的礦物成分主要為石英和玉髓，一般不含或僅含極少量的其他組分，石英一般為微晶質(zhì)，局部可重結(jié)晶達(dá)粉晶或細(xì)晶級(jí)；玉髓多為纖狀集合體。有時(shí)在鏡下可觀察到由不同顏色條紋或結(jié)構(gòu)組分所表現(xiàn)的定向排列的流動(dòng)跡象，常見碳酸鹽巖組構(gòu)被部分或者全部硅質(zhì)交代現(xiàn)象。

2 常量元素

2.1 常量元素的比值

樣品的分析測(cè)試均由天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成。常量元素的分析結(jié)果見表1。不同產(chǎn)狀的硅質(zhì)巖SiO2含量的變化范圍均為56.44%～97.75%，低于純硅質(zhì)巖91%～99.8%［3］，平均值為75%，總體屬于低硅質(zhì)含量的硅質(zhì)巖，接近于DSDP Leg 32熱水沉積燧石和東秦嶺二郎坪熱水成因硅質(zhì)巖。Fe2O3、FeO、MnO含量相對(duì)富集，F(xiàn)e2O3/FeO 比值在0.01～0.12范圍，平均為0.28；Al2O3、TiO2、MgO含量相對(duì)較低，具熱泉沉積物［5～9］的特征。分析結(jié)果表明區(qū)內(nèi)硅質(zhì)巖具明顯的熱水成因的化學(xué)成分特征［6～14］，且硅質(zhì)巖的野外產(chǎn)狀與成因無關(guān)。

圖1 野外露頭硅質(zhì)巖圖版

表1 硅質(zhì)巖的化學(xué)特征（ωB/10－2）

2.1.1 Al、Fe、Mn的元素特征

Adachi等［6］和 Bostrom 等［12］認(rèn)為 Al、Fe、Mn的元素特征對(duì)于區(qū)分熱水成因硅質(zhì)巖和生物成因硅質(zhì)巖具有十分重要的意義。Fe、Mn元素的富集主要與熱水的參與有關(guān)，而Al的富集則與陸源物質(zhì)的介入有關(guān)。Bostrom［13］提出，Al/（Al＋Fe＋Mn）的比值是衡量海相沉積物中熱液沉積物含量的標(biāo)志，其隨熱液含量的增加而減少。Adachi等［6］（1986）提出純生物成因的硅質(zhì)巖Al/（Al＋Fe＋Mn）的比值接近0.6，而純熱水成因的硅質(zhì)巖Al/（Al＋Fe＋Mn）的比值接近0.01。從表2中可以看出，區(qū)內(nèi)11個(gè)樣品的Al/（Al＋Fe＋Mn）比值，10個(gè)樣品都遠(yuǎn)小于0.6，在0.09～0.32之間，平均為0.16。在 Al、Fe、Mn三角圖上除1個(gè)樣品外均落在Adachi的熱水沉積硅質(zhì)巖區(qū)（圖2），屬于典型的熱水成因。另外，硅質(zhì)巖的Al/（Al＋Fe）比值與它形成的沉積構(gòu)造環(huán)境有關(guān)［6］，一般認(rèn)為從洋中脊附近硅質(zhì)巖到大陸邊緣的狀硅質(zhì)巖，Al/（Al＋Fe）的比值增加（0.12～0.6）。區(qū)內(nèi)硅質(zhì)巖的Al/（Al＋Fe）比值在0.10～0.62范圍，平均為0.26，與北太平洋硅質(zhì)巖（0.32）接近。

圖2 Al－Fe－Mn判別圖解

表2 硅質(zhì)巖微量元素分析結(jié)果

2.1.2 K2O/Na2O比值

已有研究表明，與海底火山作用密切相關(guān)的硅質(zhì)巖，K2O/Na2O值小于1，而與正常的生物化學(xué)沉積密切相關(guān)的硅質(zhì)巖該比值遠(yuǎn)大于1［14，15］。區(qū)內(nèi)霧迷山組硅質(zhì)巖K2O/Na2O比值在0.5～3.4范圍，平均值為1.38，接近于1，介于正常生物化學(xué)沉積硅質(zhì)巖和火山作用成因硅質(zhì)巖之間，與典型熱水成因硅質(zhì)巖相似，指示了研究區(qū)硅質(zhì)巖屬正常的熱水成因的特點(diǎn)。

2.1.3 MnO/TiO2 比值

Sugisaki等［16］指出，硅質(zhì)巖的錳含量可作為來自大洋深部的標(biāo)志元素，因此MnO/TiO2比值被用來判斷硅質(zhì)巖沉積的來源位置，離大陸較近的大陸坡和邊緣海沉積物的MnO/TiO2比值應(yīng)小于0.5，開闊大洋底硅質(zhì)巖沉積物的比值較高，可達(dá)0.5～3.5［16，17］。區(qū)內(nèi)硅質(zhì)巖樣品的 MnO/TiO2比值在10～1.33范圍，平均5.79。比值較高的硅質(zhì)巖形成于開闊大洋底［3，16］，可見研究區(qū)硅質(zhì)巖的硅質(zhì)來源于大洋深部。

2.1.4 CaO/（Fe＋CaO）比值

雷卞軍等［15］應(yīng)用CaO/（Fe＋CaO）作為一個(gè)反映海水鹽度的指標(biāo)，其值小于0.2為低鹽度，0.2～0.5為中等鹽度，大于0.5為高鹽度。區(qū)內(nèi)霧迷山組硅質(zhì)巖的該比值在0.33～0.97范圍，平均為0.87，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.5，表明其形成于高鹽度環(huán)境。

2.1.5 MgO/Al2O3 比值

Al2O3可作為陸源組分的代表，MgO可作為海洋自生組分的代表［16，18］，因此，許多研究者應(yīng)用（MgO/Al2O3）×100比值作為沉積物形成環(huán)境中水體鹽度的指標(biāo)［15，18，19］。一般認(rèn)為，淡水沉積環(huán)境該值小于1，海陸過渡沉積環(huán)境該值在1～10之間，海水沉積環(huán)境該值在10～100［19］。區(qū)內(nèi)霧迷山組硅質(zhì)巖的該比值在84～3550范圍，平均值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于100，表明其形成于高鹽度環(huán)境。這與CaO/（Fe＋CaO）參數(shù)判別結(jié)果一致。

2.2 變量圖解

2.2.1 Fe2O3/TiO2～Al2O3/（Al2O3＋ Fe2O3）圖解

Al2O3/（Al2O3＋Fe2O3）比值和Fe2O3/TiO2～Al2O3/（Al2O3＋Fe2O3）圖解被用來判別硅質(zhì)巖的沉積環(huán)境［11］。大洋盆地環(huán)境形成的硅質(zhì)巖Al2O3/（Al2O3＋Fe2O3）比值為0.4～0.7，大陸邊緣為0.5～0.9。區(qū)內(nèi)所分析的樣品的 Al2O3/（Al2O3＋Fe2O3）介于0.44～0.92之間，平均為0.72，表明其形成環(huán)境具有大洋盆地和大陸邊緣環(huán)境雙重特征。

在Fe2O3/TiO2～Al2O3/（Al2O3＋Fe2O3）圖（圖3）上，區(qū)內(nèi)霧迷山組硅質(zhì)巖樣品分布在遠(yuǎn)洋區(qū)和大陸邊緣區(qū)，與Al2O3/（Al2O3＋Fe2O3）的比值法判別結(jié)果一致。

2.2.2 MgO－SiO2 圖解

前蘇聯(lián)麥維姆河上游的生物沉積硅質(zhì)巖與蘇聯(lián)別洛耶湖凝灰質(zhì)硅質(zhì)巖在MgO－SiO2的變量圖解上可明顯地分為2個(gè)區(qū)［20］。楊建民等［21］認(rèn)為生物成因硅質(zhì)巖在 MgO－SiO2圖上處于高SiO2低 MgO（＜1%）的區(qū)域，而火山成因硅質(zhì)巖呈散點(diǎn)分布，但SiO2與MgO明顯地負(fù)相關(guān)性。區(qū)內(nèi)霧迷山組11個(gè)硅質(zhì)巖樣品所做的MgO－SiO2圖解（圖4）明顯隨SiO含量的增加，MgO含量降低，這與火成巖一般演化規(guī)律是一致的，體現(xiàn)了該類硅質(zhì)巖與火成巖成因有關(guān)的地球化學(xué)特點(diǎn)。

圖3 Fe2O3/TiO2－Al2O3/（Al2O3＋Fe2O3）圖解

圖4 MgO－SiO2判別圖解

2.2.3 SiO2－Al2O3 圖解

Spry［22］應(yīng)用SiO2－Al2O3圖解區(qū)分硅質(zhì)巖的成因，并取得了很好的效果。把區(qū)內(nèi)霧迷山組的11個(gè)樣品投到SiO2－Al2O3圖（圖5）中，樣品均落在熱水成因區(qū)，表明區(qū)內(nèi)霧迷山組硅質(zhì)巖為熱水成因。

2.2.4 MgO－P2O5圖解

楊建民等［21］認(rèn)為在MgO－P2O5判別圖上，生物成因硅質(zhì)巖樣品一般沿縱向分布，而火成成因硅質(zhì)巖因P2O5低（一般＜0.2%）而MgO變化大，樣品點(diǎn)呈橫向分布。區(qū)內(nèi)霧迷山組巖樣品投在MgO－P2O5圖（圖6）上，明顯具有橫向分布的特征，均落入文獻(xiàn)［21］給定的火成成因區(qū)，顯然屬于熱水成因硅質(zhì)巖。

圖5 SiO2－Al2O3判別圖解

圖6 MgO－P2O5判別圖解

3 微量元素

研究區(qū)硅質(zhì)巖微量元素分析結(jié)果列于表2。研究表明As、Sb、Ba、Ag、Hg這些標(biāo)型元素的較高含量可以作為判別熱水沉積成因的標(biāo)志［23～26］。Rona［24］認(rèn)為Ba的富集與海底熱水活動(dòng)有關(guān)。Ba的顯著富集是現(xiàn)代洋底熱液沉積物的重要特征之一。研究區(qū)硅質(zhì)巖中Ba含量在14.02～48.33μg/L，平均值為24.98μg/L，豐度明顯較高，指示了海底熱液沉積的特征。

除了Ba的含量，Ba/Sr也被用來判別巖石的熱水成因，正常海相沉積巖中Ba/Sr值小于1，而現(xiàn)代海底熱水沉積物中Ba/Sr值大于1［27，28］，所以海相沉積物中Ba/Sr值愈大，愈能反映熱水作用的程度［29］。研究區(qū)硅質(zhì)巖中Ba/Sr值平均為2.4，表明硅質(zhì)巖的形成與熱水有關(guān)。同時(shí)Rb/Sr偏低（見表2），平均為0.09，反映了硅質(zhì)巖沉積時(shí)有富鎂鐵質(zhì)物源加入，說明當(dāng)時(shí)存在強(qiáng)烈的擴(kuò)張裂解作用。

Murray等［3］認(rèn)為，大陸邊緣硅質(zhì)巖的V含量20μg/L。從表2中可知，區(qū)內(nèi)霧迷山組硅質(zhì)巖V含量2.827～17.382μg/L，平均值為7.6229μg/L，與東秦嶺二郎坪群中熱水成因硅質(zhì)巖［11］的 V 分布類似，具有遠(yuǎn)洋盆地和大陸邊緣硅質(zhì)巖的特征。

4 結(jié) 語

遼西凌源地區(qū)霧迷山組硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征研究表明，其硅質(zhì)巖明顯具有熱水成因的特征，且硅質(zhì)巖的產(chǎn)狀和硅質(zhì)巖的成因無關(guān)；硅質(zhì)巖其形成在大陸邊緣－遠(yuǎn)洋盆地的位置和高鹽度環(huán)境。硅質(zhì)巖沉積時(shí)有富鎂鐵質(zhì)物源加入，表明存在強(qiáng)烈的擴(kuò)張裂解作用。

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Geochemical Characteristics of Siliceous Rocks in Wumishan Formation of Western Liaoning Province

ZHENG Xiu－cai，WANG Zheng－yun，CHEN Meng－jiao（College of Engineering and Technology，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

The siliceous rocks in Wumishan Formation in western Liaoning Province were characterized by low content of the siliceous minerals with an average content of 75%，and it was enriched in the major elements such as Fe and Mn and the trace elements such as Ba and V，and depleted in the major elements such as Al，Ti and Mg.The ratios of Al/（Al＋Fe＋Mn）、Fe2O3/FeO、K2O/Na2O and Ba/Sr（2.4），and Al－Fe－Mn and SiO2－Al2O3，MgO－SiO2，MgO－P2O5diagrams show that the siliceous rocks are the sedimentary rocks of hydrothermal origin.From the MnO/TiO2ratios，Al/（Al＋Fe）ratios，the trace elements such as V，Ba，Sr，Rb，and Fe2O3/TiO2－Al2O3/（Al2O3＋ Fe2O3）diagrams，the siliceous rocks are inferred to the deposition in the hemipelagic－pelagic environments such as continental slopes and oceanic basins.The ratios of CaO/（Fe＋CaO）and MgO/Al2O3）×100show that the seawater during the deposition of the siliceous rocks in Wumishan Formation of western Liaoning Province might be freshened.

siliceous rock；hydrothermal sediment；geochemistry；depositional environment；Wumishan Formation；western Liaoning Province

P59

A

1000－9752（2010）05－0073－06

2010－02－10

中國(guó)石油化工股份有限公司海相前瞻性研究項(xiàng)目（YPH08026）。

鄭秀才（1963－），男，1987年江漢石油學(xué)院畢業(yè)，研究員，現(xiàn)主要從事沉積與儲(chǔ)層方面的研究工作。

［編輯］ 宋換新