硅質(zhì)巖研究進展

張 橋

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硅質(zhì)巖研究進展

張 橋

（大陸動力學(xué)國家重點實驗室（西北大學(xué)），西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069）

硅質(zhì)巖是一類特殊的沉積巖，與一般的碎屑巖不同，其形成和生物活動，火山活動等密不可分。本文在大量閱讀國內(nèi)外文獻和資料的基礎(chǔ)上，詳細論述了硅質(zhì)巖研究的發(fā)展和現(xiàn)狀。就文獻、資料內(nèi)容，對硅質(zhì)巖進行了成因分類，詳細論述了各類硅質(zhì)巖的特征。同時介紹了判別硅質(zhì)巖成因的地球化學(xué)特征以及方法，以達到對硅質(zhì)巖成因跟進一步的認識。

硅質(zhì)巖；類型和成因；地化特征

硅質(zhì)巖是指化學(xué)作用、生物和生物化學(xué)作用以及某些火山作用形成的富含二氧化硅的巖石，其硅質(zhì)含量一般大于70％（F.J.Pettijohn，1977; 唐世榮，1994）。早期建立的硅質(zhì)巖成因模式主要有：生物堆積模式、交代成因模式等。自20世紀70年代中期被發(fā)現(xiàn)以來，海底熱泉為認識熱水沉積硅質(zhì)巖以及SiO2的來源提供了新的思路。80年代以來，國內(nèi)外許多專家、學(xué)者對不同地區(qū)硅質(zhì)巖從不同角度進行了大量的工作（Adachi M,YAMAMOTO K, SUIGISKI R.1986；John.H. OEHLER，1986；AMAMOTO K.1987；Richard Hesse，1989；伊海生，曾允孚，夏文杰.1989；陳洪德，曾允孚.1989；周永章.1990；吳世迎，1995；馮彩霞，2001；馮勝斌,周洪瑞等2007;姚旭，周瑤琪等，2013）。John. Oehler（1976）詳細論述了熱水硅質(zhì)膠體的結(jié)晶順序；Adachi等(1986)從統(tǒng)計學(xué)的角度分析了熱水成因硅質(zhì)巖的地球化學(xué)特征，并建立了主量元素的判別體系；REINHARD HESSE（1989）研究了硅質(zhì)流體的成巖作用和硅化作用。國內(nèi)熱水沉積硅質(zhì)巖的研究最早主要體現(xiàn)在華南地區(qū)，例如陳洪德，伊海生等（1989）對廣西丹池盆地上泥盆統(tǒng)留江組硅質(zhì)巖沉積特征及成因進行了討論，認為晚泥盆世榴江期,同沉積期丹池深大斷裂的裂陷作用導(dǎo)致丹池半地塹式盆地內(nèi)海底火山活動發(fā)生,提供了豐富的SiO2、造成盆內(nèi)熱水條件，經(jīng)熱水沉積和部分生物化學(xué)沉積形成了該區(qū)榴江組硅質(zhì)巖。另外曾允孚等（1989）也相繼報道了湘黔桂地區(qū)上震旦統(tǒng)硅質(zhì)巖并得出揚子古板塊東南緣的同沉積深大斷裂是富硅熱水上升的通道，來自地下水深部循環(huán)的富硅熱水,在熱液噴口附近沉淀形成較純的白色硅質(zhì)巖。21 世紀初，Ｒogers等（2001）介紹了北美硅質(zhì)巖儲層的成因、類型及勘探開發(fā)特點，強調(diào)硅質(zhì)巖的油氣意義具有全球性。國內(nèi)的馮彩霞、崔春龍等（2001）論述了硅質(zhì)巖研究的理論意義和實用價值以及硅質(zhì)巖研究中存在的若干問題及發(fā)展方向。

國內(nèi)對硅質(zhì)巖各方面的研究主要集中的揚子地區(qū)（雷卞軍，2002；馮彩霞，2009；周新平，2009,2012；林良彪，2010）。研究內(nèi)容包括討論揚子地區(qū)以及局部同一層位尤其是二疊紀時期硅質(zhì)巖的產(chǎn)狀和地球化學(xué)等特征，通過結(jié)合硅質(zhì)巖的產(chǎn)狀，結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征和地化特征，分析硅質(zhì)巖形成的環(huán)境和成因，并建立成因模式（周永章等，2004；馮勝斌等，2007；姚旭等，2013）。

1 硅質(zhì)巖的基本特征

硅質(zhì)巖的主要成分為SiO2（>70% ）和 H2O，其次含有不定量的氧化物例如Fe2O3，Al2O3、MgO等。礦物成本則主要是蛋白石、玉髓以及顯晶質(zhì)的石英。蛋白石和玉髓在成分上的區(qū)別體現(xiàn)在含水量的不同，因此從蛋白石-玉髓-石英是一個脫水的過程。根據(jù)成因不同，可以將硅質(zhì)巖分為生物成因的和非生物成因兩大類。

1.1 生物成因硅質(zhì)巖

生物成因的硅質(zhì)巖主要有硅藻土、海綿巖、放射蟲硅質(zhì)巖等幾種類型。硅藻土主要由古代的硅藻遺體組成，主要化學(xué)成分為SiO2和H2O，礦物成分主要為蛋白石—A，硅藻土質(zhì)純者呈白色，但常被鐵質(zhì)或有機質(zhì)染成黃色或暗灰色甚至黑色。巖石外貌呈土狀，結(jié)構(gòu)疏松，質(zhì)軟而輕，比重只有0.4～0.9，高孔隙，吸水性強。具典型的生物結(jié)構(gòu)，層理不明顯。大部分硅藻土產(chǎn)于第三紀以來的海相或湖泊相的地層中，少數(shù)分布于白堊紀的地層中。隨著脫水作用，年代較老地層中硅藻土一般均轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍫罟柙逋粱虻鞍淄?，最終漸變至燧石巖?，F(xiàn)代硅藻主要分布在兩極及中緯度的海洋中，并與洋流分布有關(guān)。海綿巖外貌為細粒狀，呈灰綠色或黑色，疏松的海綿巖膠結(jié)程度較差，其中夾有粘土和砂。堅硬的海綿巖其內(nèi)的骨針被蛋白石、玉髓等硅質(zhì)礦物所膠結(jié)，以海相成因為主。放射蟲巖主要由硅質(zhì)放射蟲介殼組成，可分為疏松的和堅硬的兩種: 疏松的變種外貌很象硅藻土，質(zhì)軟，灰或黃灰色;堅硬的放射蟲巖中的放射蟲介殼完全被氧化硅膠結(jié)。除放射蟲外，還可有硅藻、海綿骨針、海藻、有孔蟲等生物遺體，并常有粘土礦物，以及方解石、海綠石、碎屑石英等混入物。

1.2 非生物成因硅質(zhì)巖

非生物成因的硅質(zhì)巖主要有碧玉巖、燧石巖以及現(xiàn)代泉水形成的硅華。燧石巖成分主要為玉髓和自生石英，年代較新者可為蛋白石，還常有粘土、碳酸鹽及有機質(zhì)等混入物，并可有少量硅質(zhì)生物遺體。燧石是一種致密堅硬、常具貝殼狀斷口的隱晶質(zhì)或微晶質(zhì)巖石，顏色以灰色、黑色等暗色為常見，也有呈黃色、紅色、白色。顯微鏡下純凈燧石是一種無色的微晶石英集合體。按照燧石巖的形態(tài)可分為層狀燧石，結(jié)核狀燧石。層狀燧石的層厚自幾厘米到幾十厘米，有時則呈規(guī)則條帶或大透鏡體，多與含磷和含錳的黏土層共生，分層存在，單層厚度不大，但與共生巖石一起總厚度可相當(dāng)大，達幾十到幾百米，有塊狀和鮞狀的區(qū)別。結(jié)核狀燧石更為常見，能形成規(guī)則的結(jié)核狀或不規(guī)則的條帶狀，通常稱為燧石結(jié)核。多產(chǎn)于石灰?guī)r中，有球狀、卵狀、棒狀、盤狀、葫蘆狀、不規(guī)則狀等結(jié)核體，一般只有5~15 cm，大的可達1~2 m。碧玉巖主要礦物成分是自生石英，可含有少量生物遺體，如放射蟲、海綿骨針等。 含氧化鐵雜質(zhì)的,稱鐵質(zhì)碧玉巖,常呈紅色、綠色或黃色；含有機炭的，稱炭質(zhì)碧玉巖，常呈黑色；燧石巖和碧玉巖在元古宙的地層中經(jīng)常出現(xiàn)。硅華是一種典型的化學(xué)成因硅質(zhì)巖，常形成于火山作用后期溫泉噴出地表處，在現(xiàn)今的新西蘭、美國黃石公園、我國的西藏等地常見，呈多孔狀、色淺，其二氧化硅含量不定，常有各種混入物，除較多的氧化鋁外，還可有各種其它元素。

2 硅質(zhì)巖形成環(huán)境的判別方法

目前主要用到的方法是根據(jù)Bostrom（1973）、Adachi（1986）、Murray（1994）等經(jīng)過統(tǒng)計學(xué)建立的投圖模型。沉積物中Fe和Mn的富集主要與熱水的參與有關(guān),而Al的富集主要與陸源物質(zhì)的介入有關(guān)。并認為硅質(zhì)巖的N（Al）/N（Al+Fe+Mn）比值由純熱水沉積的0.01到純遠海生物沉積的0.60之間變化。

圖1 硅質(zhì)巖W%（Al-Fe-Mn）成因投圖

I：生物沉積II：熱水沉積硅質(zhì)巖(據(jù)Bostrom、Adachi等)

圖2 硅質(zhì)巖成因判別圖解（據(jù)Murray）

Murray（1994）對40多個形成于不同時代的深海硅質(zhì)巖樣品進行了研究，總結(jié)出Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）比值可以作為指標用于判別硅質(zhì)巖的形成環(huán)境，洋中脊硅質(zhì)巖的比值<0.4，大洋盆地硅質(zhì)巖為0.4~0.7，大陸邊緣硅質(zhì)巖為0.5~0.9。除此之外，硅同位素、氧同位素等也被應(yīng)用于分析硅質(zhì)巖的成因中，以提高判別的準確性。

3 結(jié)束語

硅質(zhì)巖的研究已經(jīng)取得了相當(dāng)?shù)某晒?，國?nèi)外研究程度都相當(dāng)成熟。然而這其中也有一些值得討論的問題：比如，邱晨等（2010,2011）提出，揚子地區(qū)報道的硅質(zhì)巖都在不同程度上和火山活動和深大斷裂有關(guān)，因此如何區(qū)分不同硅源（生物、火山、熱水）之間的貢獻程度以及轉(zhuǎn)化關(guān)系顯得非常重要。另外我國目前報道的硅質(zhì)巖是以揚子地區(qū)為代表，其形成背景是以海相環(huán)境為主。而近年鄭榮才（2006）、柳益群（2010）等相繼報道了陸相的熱水沉積活動，那么化學(xué)成因的熱水沉積硅質(zhì)巖是否在陸相熱水背景下也能形成，這其中的形成機理等也值得探討。

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Research Progress of Siliceous Rocks

（State Key Laboratory of Continental Dynamics, Department of Geology, Northwest University, Shaanxi Xi’an 710069, China）

Siliceous rocks are a kind of special sedimentary rocks, which are different from the general clastic ones. The formation of which is inseparable with biological and volcanic activities. In this paper, based on the extensive reading of domestic and foreign literature and materials, development and current situation of siliceous rock research were discussed in detail. The characteristics of the siliceous rocks were discussed, too. At the same time, the geochemical characteristics and methods of determining the genesis of siliceous rocks were introduced to further understand the genesis of siliceous rocks.

siliceous rocks; causes and types; geochemical characteristics

TE 122

A

1004-0935（2017）10-0997-03

2017-08-13

張橋（1993-），男，碩士研究生，陜西省西安市人，研究方向：主要從事礦物學(xué)巖石學(xué)研究。