桂北富祿地區(qū)富祿組巖石地球化學(xué)特征分析

■唐專紅 蔣艷玲 榮紅 彭展 周玉亮

（廣西壯族自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究院廣西桂林541003）

桂北富祿地區(qū)富祿組巖石地球化學(xué)特征分析

■唐專紅 蔣艷玲 榮紅 彭展 周玉亮

（廣西壯族自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究院廣西桂林541003）

桂北富祿地區(qū)地處南華系，在古代雪球、層序地層學(xué)、盆地生成背景、古生物氣候和古地理方面具有很好的研究價(jià)值。本文將對該地區(qū)富祿組巖石的地球化學(xué)特征進(jìn)行分析，希望能對后期的研究工作提供一定參考。

富祿組巖石地球化學(xué)

0　引言

桂北富祿地區(qū)①屬于上揚(yáng)子地層分區(qū)中的湘中地層小區(qū)，前泥盆紀(jì)地層發(fā)育，自老到新有上元古界青白口系、南華系、震旦系、古生界的寒武系、泥盆系、石炭系、中生界白堊系，沉積厚度愈11000m，其中南華系由成冰期夾間冰期地層組成、主體為濱岸—淺海碎屑巖沉積，該系出露最廣，幾乎遍布全區(qū)，面積約1474km2，占測區(qū)總面積的79%，沉積總厚3000～4000m。以早、晚兩期冰水—海相沉積為特色。南華系劃分為三個組級巖石地層單位，自老而新分別為長安組、富祿組和黎家坡組。

1　富祿組（Nhf）概況分析

富祿組毗鄰長安組分布，面積290 km2，占研究區(qū)總面積的15.5%，厚度448～1538m。分別與下伏長安組、上覆黎家坡組呈平行不整合、整合接觸。底部淺紫色、灰綠色薄層狀泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾含鐵泥巖泥質(zhì)硅質(zhì)巖及長石砂巖，發(fā)育水平紋層，局部具龜裂現(xiàn)象；中下部為灰、灰綠色中—厚層狀細(xì)—粗粒長石巖屑砂巖、為主，夾含礫不等粒砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，夾少量含錳砂巖；上部灰色中—薄層狀泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾含錳白云質(zhì)砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r及灰?guī)r透鏡體。砂巖具平行層理、大型單向斜層理，粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖具水平層理。

1.1剖面特征

根據(jù)最新1∶5萬區(qū)調(diào)①成果，本次研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)富祿組可分為五個巖性段，其中二、四段為亞冰期沉積，為冰海相沉積的冰成巖系；一、三、五段為亞間冰期沉積，主體屬暖、潤氣候環(huán)境下的細(xì)碎屑巖建造。以廣西三江縣富祿鄉(xiāng)匡里村—榮陽村富祿組實(shí)測地層剖面（PM103）為例，該剖面地理坐標(biāo)：2853525.6、301275.8；2851873.2、310060.6；剖面上，富祿組屬相對遠(yuǎn)源濱岸—陸棚相沉積，與下伏長安組冰成輕變質(zhì)不等粒砂質(zhì)泥巖呈斷層接觸關(guān)系，第一段含鐵—鐵質(zhì)薄—紋層狀細(xì)碎屑未見出露，第五段以中薄層狀輕變質(zhì)含細(xì)砂泥巖為主，與上覆黎家坡組冰成厚層塊輕變質(zhì)含礫細(xì)砂質(zhì)泥巖呈整合接觸關(guān)系。第四段為灰、灰綠色厚層-塊狀輕變質(zhì)雜礫巖與輕變質(zhì)長石巖屑砂巖、輕變質(zhì)巖屑長石砂巖互層，多數(shù)雜礫巖上部被濁流作用改造明顯。之下由第二、三段組成，主要為灰、淺灰色中厚—塊狀輕變質(zhì)長石巖屑砂巖、輕變質(zhì)巖屑長石砂巖，重力流（濁流）改造特點(diǎn)明顯，具粒序?qū)永?、平行層理，條帶構(gòu)造發(fā)育，其中三段碎屑物結(jié)構(gòu)、成分成熟度稍好，二段部分巖石呈現(xiàn)弱層狀面貌，層面不清晰。

1.2沉積特征分析

富祿組存在大量反映重力流活動的角礫巖、濁積巖、具塑性變形的砂巖和層狀集中的砂—礫石群，反映冰川活動的墜石構(gòu)造、冰融成因塊狀雜礫巖和條帶狀構(gòu)造的雜砂巖或長石—巖屑砂巖等。如正常海相沉積—薄—紋層狀含鐵細(xì)碎屑巖及似層狀—透鏡狀含錳碳酸鹽巖。

薄—紋層狀含鐵細(xì)碎屑主要產(chǎn)于富祿組一段，代表性巖有黃鐵礦板巖、含黃鐵礦綠泥石泥巖、含鐵質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖、含黃鐵礦硅質(zhì)泥巖—含黃鐵礦硅質(zhì)巖、含黃鐵礦綠泥硅質(zhì)絹云板巖、含黃鐵礦粉砂綠泥石泥巖，夾黃鐵礦紋層。巖石中不同粒度的碎屑各自相對聚集，構(gòu)成紋層和條帶相間分布，紋層和條帶主要由長英質(zhì)微粒層或硅質(zhì)紋層、綠泥石紋層、絹云紋層和黃鐵礦紋層組成。研究區(qū)最新1∶5萬區(qū)調(diào)將之作為填圖標(biāo)志的特殊巖性層，它們主要形成于封閉或半封閉的潮坪—瀉湖環(huán)境，局部發(fā)育豐富的炎熱、干燥暴露標(biāo)志—泥裂或干裂。

似層狀-透鏡狀碳酸鹽巖主要產(chǎn)于富祿組三、五段，常夾于灰、深灰色薄-紋層狀泥巖、粉砂質(zhì)泥巖中，主要巖性有含錳白云巖、微晶灰?guī)r、砂質(zhì)微晶灰?guī)r。在巖相古地理研究中，碳酸鹽巖與前述的含鐵細(xì)碎屑巖被作為曾經(jīng)經(jīng)歷暖熱氣候的標(biāo)志，均形成于南華紀(jì)間冰期。

1.3地層單元對比

第一，富祿組一段主要巖性為灰、青灰、紫灰色薄-紋層狀輕變質(zhì)含粉砂—細(xì)砂質(zhì)泥巖、含鐵質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖、綠泥石板巖、硅質(zhì)絹云板巖夾含黃鐵礦板巖，與青灰色厚—塊狀輕變質(zhì)不等粒砂巖不等厚互層；底部在研究區(qū)中西部以青綠色薄—中層狀輕變質(zhì)細(xì)粒長石巖屑砂巖、東北部以淺紫紅色、褐灰色塊狀硅化火山巖質(zhì)礫質(zhì)砂巖—變質(zhì)含礫粗?；鹕綆r質(zhì)砂巖與下伏長安組二段雜礫巖呈平行不整合接觸。該段厚2.27～151.8m，主體屬潮坪—瀉湖相，廣泛分布于華南地區(qū)，是前寒武紀(jì)地層劃分的區(qū)域性標(biāo)志性層段，其賦存的條帶狀鐵礦被歸類于沉積變質(zhì)類條帶狀鐵礦建造（BIF）。

研究區(qū)內(nèi)產(chǎn)有著名的“三江式鐵礦”。研究表明，該鐵質(zhì)巖段是冰期結(jié)束、氣候變暖氧化作用增強(qiáng)的間冰期沉積的結(jié)果。研究區(qū)東北部楓木、林溪等地底部砂礫巖中富含流紋質(zhì)、安山質(zhì)、玄武質(zhì)火山巖及花崗斑巖巖屑，巖屑中所見的斜長巖、鉀長石礦物較新鮮，暗示其形成時(shí)可能存在著海底火山活動，同時(shí)伴隨有含硅、鐵氣液的參與。該期是鐵礦形成的重要時(shí)期。

第二，富祿組二段屬富祿組下部層位，厚愈百米，西部匡里一帶＞700m。除研究區(qū)東北部楓木局限臺地沉積區(qū)以青灰色中厚層-塊狀輕變質(zhì)（局部含礫、含鈣質(zhì)）泥質(zhì)不等粒砂巖外，其它地區(qū)均主要沉積一套灰、青灰、灰綠色中厚層、局部塊狀灰綠色輕變質(zhì)不等粒長石巖屑雜砂巖、輕變質(zhì)不等粒巖屑長石砂巖、輕變質(zhì)不等粒巖屑雜砂巖，富祿一帶二段中下、上部夾兩套厚近10m的夾冰，融泥石流堆積的輕變質(zhì)礫質(zhì)—含礫不等粒長石巖屑砂巖，北部鄰區(qū)湖南綏寧龍家一帶，在該段中部發(fā)育一套近冰源濱淺海相的近百米的冰磧巖—含不等粒巖屑的粉砂質(zhì)板巖。表明該段雖有過冰川活動，但規(guī)模相當(dāng)有限。區(qū)域上，該段上部至四段的下部相當(dāng)于黔東松桃縣兩界河間冰期大塘坡組之下的兩界河組，后降級為兩界河段。

第三，富祿組三段屬間冰期沉積。在研究區(qū)東北部，該段沉積物主要由薄層狀輕變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、輕變質(zhì)細(xì)—中粒巖屑石英雜砂巖和輕變質(zhì)中—細(xì)粒長石石英砂巖組成，夾少量條帶狀、似層狀含黃鐵礦硅質(zhì)泥巖及多套透鏡狀或似層狀（中厚層）不等粒砂質(zhì)含泥微晶灰?guī)r、含錳白云巖、砂質(zhì)白云巖，厚406.16m；該相沉積往北可延至湖南通道地區(qū)。臺地外其它地區(qū)均為灰、深灰色中—薄層狀輕變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖、輕變質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖，與灰、灰綠色中厚層狀輕變質(zhì)中—細(xì)粒長石巖屑砂巖、輕變質(zhì)巖屑長石砂巖不等厚互層，局部含黃鐵礦、錳質(zhì)層，厚12.39～256.51m。研究發(fā)現(xiàn)，該段中出現(xiàn)的黃鐵礦、錳質(zhì)層與一段的鐵質(zhì)巖層成因相似，均為熱事件的產(chǎn)物，碳酸鹽巖沉積于暖熱氣候環(huán)境。

第四，富祿組四段主要巖性為灰、灰綠色厚層—塊狀中—粗粒長石巖屑砂巖、雜礫巖、細(xì)—中粒長石巖屑雜砂巖、灰黃色輕變質(zhì)長石巖屑雜砂巖、輕變質(zhì)中—粗粒巖屑長石砂巖、輕變質(zhì)中—細(xì)粒巖屑長石砂巖互層夾輕變質(zhì)、含鈣細(xì)粒長石巖屑雜砂巖、礫質(zhì)不等粒鈣質(zhì)長石巖屑砂巖、輕變質(zhì)千枚狀含粉砂細(xì)粒巖屑雜砂巖，局部夾礫巖，厚45～526.4m。

除研究區(qū)東北部楓木局限臺地外，臺地周圍地區(qū)該段上部、下部均發(fā)現(xiàn)有夾冰融泥石流堆積的雜礫巖，雜礫巖層一般厚愈10m，巖性有含礫不等粒巖屑雜砂巖、礫質(zhì)不等粒鈣質(zhì)長石巖屑砂巖、含礫輕變質(zhì)不等粒巖屑長石砂巖、礫質(zhì)不等粒巖屑長石砂巖、囊狀礫巖。據(jù)報(bào)道，研究區(qū)往北在近冰源濱岸—陸棚沉積相區(qū)，冰磧巖大片出露。表明該段氣候至少出現(xiàn)過兩次較強(qiáng)大的冷峰。本次研究發(fā)現(xiàn)，自研究區(qū)匡里、富祿往南，成層的雜礫巖難以見到，局部見零星出現(xiàn)的小規(guī)模冰筏建造的礫石或雜礫巖，反映了來自北部山地冰川的影響愈益減弱。

第五，富祿組五段，灰至深灰色中薄層狀輕變質(zhì)含細(xì)砂泥巖、輕變質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖、輕變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖，夾輕變質(zhì)不等粒長石巖屑砂巖、細(xì)粒巖屑長石雜砂巖，夾透鏡狀、似層狀錳質(zhì)層、灰?guī)r，局部夾少量薄層狀硅質(zhì)巖，厚16.59～73.46m，東部良口一帶達(dá)近200m，屬陸棚內(nèi)盆地沉積，稱之為大塘坡組，后被降級為大塘坡段。它代表了南沱冰期之下的一個間冰期沉積，其所含錳質(zhì)層、相對穩(wěn)定的碳酸鹽巖被公認(rèn)為熱事件的產(chǎn)物和溫暖相標(biāo)志，并且在黑色頁巖和錳礦層中含有較豐富的單體、群體菌藻和疑源類以及在錳礦層中發(fā)現(xiàn)有隕石球粒和硅質(zhì)放射蟲。該段在華南地區(qū)分布廣泛、且穩(wěn)定，是華南地區(qū)前震旦系劃分的一個重要區(qū)域性標(biāo)志層，同時(shí)也是中國南方錳礦的賦存層位之一。

2　富祿組巖石地球化學(xué)特征分析

近年來，一些學(xué)者應(yīng)用比較沉積學(xué)和比較大地構(gòu)造學(xué)的觀點(diǎn)，對沉積物的稀土元素分布模式、砂巖的常量元素、微量元素的分配類型等方面進(jìn)行研究，為其物源區(qū)及其大地構(gòu)造背景的分析提供了重要的信息。筆者所在工作組對富祿組共測定分析了5個代表性砂巖樣品，其全巖化學(xué)分析結(jié)果如下所示：

2.1主量元素特征

在主量元素中，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要與富硅礦物（如石英，長石類）的含量有關(guān)，Al2O3與長石、云母、粘土礦物等富鋁礦物的含量有關(guān)，而Fe2O3則與黑云母、磁鐵礦、赤鐵礦等富鐵礦物的含量有關(guān)。巖石中CaO與MgO主要與碳酸鹽巖成分相關(guān)。

從主量元素特征表1可以看出，研究區(qū)富祿組碎屑巖成分主要為富硅和富鋁的石英長石類礦物，并含有較多的云母、粘土及富鐵礦物，碳酸鹽巖成分的含量很低。其中富祿組除底部1182號樣品主量元素差別較大（SiO292.28%、Al2O31.52%、Fe2O313.85%，可能與硅化蝕變有關(guān)）外，其余樣品SiO264.26～67.92%，平均值66.68%；Al2O313.09～15.73%，平均值14.51%；Fe2O32.69～4.4%，平均值2.49%，樣品巖石中MgO、CaO含量均很低，其中MgO除編號1182-1樣品（富祿底部）為0.13%，其余含量在1.44～3.14%，平均2.53%；CaO含量除編號1185-1樣品為0.54%外，其余基本上＜0.1%。

2.2微量元素特征

大量研究表明，La、Ce、Th、Zr、Nd、Y、Hf、Nb、Sc、Co和Ti等弱活動或不活動的稀土、微量元素，對于碎屑巖物源區(qū)的判別具有重要意義。研究區(qū)微量元素含量特征見表2。

在La-Th-Sc圖解3-a中，富祿組砂巖樣品基本上落在大陸島弧邊緣上；在Th-Sc-Zr/10圖解3-b中，多數(shù)樣點(diǎn)基本上投入長石砂巖物源區(qū)、部分顯示上殼頁巖區(qū)及島弧雜砂巖區(qū)來源的特點(diǎn)；在La/Th-Hf圖解3-c中所有樣品則顯示來自“增加古老沉積物成分”物源區(qū)（克拉通內(nèi)部），表明研究區(qū)富祿組碎屑巖成分以來自長石砂巖物源區(qū)為主，并兼具多樣性物源的特點(diǎn)。

2.3稀土元素特征

稀土元素含量特征見表3，在表3中，La含量介于16.9～72.9× 10-6、平均值為53.16×10-6，Ce含量在19.6～142×10-6之間、平均值為93.98×10-6、∑REE含量一般介于245.2～394.38×10-6、平均值為266.11×10-6，La/Yb比值基本上在11.3～30.73、平均值為16.85，LaN/YbN比值8.78～20.76、平均值為11.38，L/H比值介于7.05～10.40、平均值為8.24，Eu/Eu*平均值為1.04。除后者外，主要表現(xiàn)為被動大陸邊緣背景下的稀土元素化學(xué)性質(zhì)，以克拉通內(nèi)構(gòu)造高地的物源為主。

富祿組砂巖的Eu/Eu*基本上在0.75～0.96之間，顯示弱異?；虍惓２幻黠@，表明源巖的Eu虧損較弱或不明顯。在配分模式圖4-a、圖4-b中，所有砂巖樣品均顯示較明顯的Ce負(fù)異常；其中球粒隕石化標(biāo)準(zhǔn)化圖4-a左側(cè)向右緩傾的微小鋸齒狀曲線，右側(cè)除富祿組一個樣品外、多數(shù)呈中傾的平坦曲線，總體呈右傾的配分模式、輕稀土弱富集、重稀土弱虧損的特征，說明其物源雖來源于上地殼，但有明顯的深部物質(zhì)混入。在全球平均大陸上地殼成分（UCC）標(biāo)準(zhǔn)化圖解4-b中，亦呈輕稀土相對富集、重稀土相對虧損的右傾模式；富祿組砂巖樣品平均值稀土多數(shù)總量高于全球地殼水平（146× 10-6），表明這些不同時(shí)代的物源曾經(jīng)歷過多次的殼內(nèi)循環(huán)或曾發(fā)生過極端分異。

3　結(jié)束語

本文對桂北富祿地區(qū)富祿組地質(zhì)特征進(jìn)行了分析，研究表明富祿組可能形成于被動大陸邊緣環(huán)境，富祿夾冰期屬濱岸-陸棚相復(fù)理石沉積建造，與冰川作用較為密切；沉積環(huán)境總體上屬于溫暖濕潤環(huán)境，且氣候不斷變化；該地區(qū)是濁流沉積、冰融泥石流沉積、冰水緩和沉積與正常海相沉積的復(fù)合體。對富祿組巖石的主量元素、微量元素、稀土元素等地球化學(xué)特征進(jìn)行了分析，為后期的礦物勘探和開發(fā)提供了理論依據(jù)。

致謝：本項(xiàng)目得到了張能、李玉坤、吳年冬、文件生等人的協(xié)助與支持，在此一并表示感謝。

地調(diào)項(xiàng)目：中國地質(zhì)調(diào)查局廣西1∶50000水口、林溪、龍額鄉(xiāng)、良口幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查（基［2010］礦評01-14-03）

注釋

①廣西1∶50000水口、林溪、龍額鄉(xiāng)、良口幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.

［1］松年，馬國干，高振家，等.中國晚前寒武紀(jì)冰成巖系初探：前寒武紀(jì)地質(zhì) ［C］//中國晚前寒武紀(jì)冰成巖論文集第1號.北京：地質(zhì)出版社，1985：1～86.

［2］馬國干，王硯耕.鄂湘黔毗鄰地區(qū)早震旦世冰川地質(zhì)問題的討論 ［M］.北京：地質(zhì)出版社，1983：43～52.

［3］葛文春，李獻(xiàn)華，李正祥，等.桂北"龍勝蛇綠巖"質(zhì)疑 ［J］.巖石學(xué)報(bào)，2000，16 （1）：111～118

［4］周琦.黔東新元古代南華紀(jì)早期冷泉碳酸鹽巖地質(zhì)地球化學(xué)特征及其對錳礦的控礦意義 ［D］.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），2008

［5］莫江平，黃 杰，馮國玉.湘黔桂相鄰地區(qū)大型金礦成礦理論和找礦實(shí)踐 ［J］.礦床地質(zhì) ［J］，2010，29：983～984

［6］戴傳固，楊大歡，黔東南地區(qū)構(gòu)造特征 ［J］.貴州地質(zhì)，2001，18（1）：2～6

［7］林樹基，肖加飛，盧定彪等，湘黔桂交界區(qū)富祿組與富祿間冰期的再劃分 ［J］，地質(zhì)通報(bào)，Vol.29，No.2-3，2010

P59［文獻(xiàn)碼］ B

1000-405X（2016）-8-171-4

唐專紅（1975～），男，在職研究生，高級工程師，研究方向?yàn)閰^(qū)域地質(zhì)調(diào)查與礦產(chǎn)研究。