桂东大桂山地区震旦系培地组硅质岩地球化学特征及沉积环境探讨.pdf
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1、2023年6 月第43卷第2 期四川地质学报Vol.43No.2Jun.,2023桂东大桂山地区震旦系培地组硅质岩地球化学特征及沉积环境探讨荣红,吴年冬,王忠伟(广西壮族自治区区域地质调查研究院,广西桂林5410 0 3)摘要:桂东大桂山地区震旦系中上部的硅质岩沉积建造,具层状、块状构造。其中Al.O;含量较高,与TiO2含量呈正相关关系;REE总量较低,Eu值为1.0 2 1.40,Ce值为0.9 41.42;大部分微量元素相对地壳克拉克值亏损,但Ba、A s、Sb、Bi 等少数几种元素相对富集,在Fe-Mn-(Ni+Co+Cu)10三角图中投影均落在热水沉积区,这些特征均反映硅质岩为热水沉
2、积为主并混染有正常沉积作用的产物。在Al-Fe-Mn三元图中的投影均落在热水沉积区域;再结合Al/(Al+Fe+Mn)值和Si/(Si+Al+Fe)值,同样反映硅质岩以热水成因硅质岩为主,但在沉积过程中可能混入了正常沉积的陆缘粘土物质。Ce值、(La/Ce)s h a l e 值、(La/Yb)s h a l e 值、Al.O:/(Al.O:+Fe2O:)值,Fe2O:/TiO2-Al.Os/(Al.O3+Fe:O:)图解和(La/Ce)s h a l-A l.O s/(A l.O 3+Fe:O:)图解均反映硅质岩沉积环境为大陆边缘。关键词:培地组;硅质岩;地球化学;沉积环境;桂东中图分类号:
3、P597DOI:10.3969/j.issn.1006-0995.2023.02.024中国华南大陆主体由北西侧的扬子地块和南东侧的华夏地块所构成(张国伟,2 0 13)。两地块的边界为钦-杭结合带(杨明桂,1997;周永章,2 0 15),该带是一个经历了多期演化的复杂构造带(张芳荣,2009)。在新元古代中晚期,华南大陆内部处于伸展裂解环境,由此造成早先拼合的扬子-华夏大陆再次分离,出现了大陆岩石圈内部的新的扬子与华夏两个重要地块,两个地块之间为陆内裂谷构造(张国伟,2013),沉积环境为陆缘滨海一浅海一斜坡相(舒良树,2 0 12)。桂东大桂山地区位于钦-杭结合带的南东段,新元古代晚期(
4、即震旦纪)正是该地区从裂谷盆地向被动大陆边缘盆地转化的时期(赵小明,2 0 17)。由于硅质岩形成于特定的地质与地球化学条件,因此,这种岩石常常能够提供关于沉积盆地和构造活动的重要信息,反映出某些沉积相带特殊的地质背景,因此研究这类岩石的特征与成因具有十分重要的理论意义和实用价值(余瑜,2 0 15)近年对钦-杭结合带西南段震旦系顶部硅质岩进行研究的主要有周永章等(1994,1996)汪雄武等(2 0 0 1)、李红中等(2 0 15)周慧杰等(1999),但是他们大多集中在对粤西地区的震旦系顶部硅质岩,还有周永章等(2 0 0 4)、杨海生等(2 0 0 3)对华南地区硅质岩也做了地球化学方
5、面的研究,但是针对桂东地区特别是贺-梧断裂以西的研究比较少,仅见蔡海明等(2 0 0 0)对大瑶山地区进行了地球化学特征及沉积环境的研究。而桂东地区贺-梧断裂被认为是钦-杭结合带西南段的边界(陈懋弘,2 0 19),研究该地区的盆地性质,对钦-杭结合带的构造属性具有十分重要的意义。本文旨在通过对桂东大桂山地区保塘村震旦系培地组的硅质岩进行地球化学研究并探讨其沉积环境,从而为钦-杭结合带的盆地性质提供一些新的证据。1地质概况本次研究的大桂山地区在广西贺州市八步区公会镇一步头镇之间,属于钦-杭结合带西南段,为一个由寒武系和少量震旦系组成的隆起区(图1),即为泥盆系不整合面之下的震旦一寒武系浅变质褶
6、皱基底区。震旦一寒武系沉积了一套巨厚的类复理石砂页岩、硅质岩建造,杂砂岩、含砾砂岩较多。大桂山地文献标识码:A文章编号:10 0 6-0 995(2 0 2 3)0 2-0 339-0 8收稿日期:2 0 2 2-0 4-2 6基金项目:广西找矿突破战略行动地质矿产勘查项目(编号:桂国土资函【2 0 17】311号)作者简介:荣红(197 4一),女,广西桂林人,工程师,研究方向:区域地质调查通讯作者:吴年冬(198 2 一),男,广西河池人,高级工程师,研究方向:区域地质调查339桂东大桂山地区震旦系培地组硅质岩地球化学特征及沉积环境探讨区的震旦系仅出露培地组,为研究区出露的最老地层。该层最
7、早划为寒武系,1997 年岩石地层清理时将其顶部层状硅质岩与桂北老堡组对比,划分为震旦系,培地组顶部为一层52 7 m厚的硅质岩。该组硅质岩分布广,层位稳定,厚度较大,一般在数米至50 m之间,多见35层(殷保安,1997)。从岩性上看,该套硅质岩也可以与粤西地区震旦系顶部硅质岩对比(周永章,1996;杨海生,2 0 0 3)。1111524917扬子地块萍乡南宁华夏地块DD11145124%钦杭结合带D绍兴DN17个步头镇保塘村DE贺裙断裂ZE大桂山24903111115Q第四系D泥盆系E寒武系Z震旦系图1大桂山地区区域地质略图(位置示意图据陈懋弘,2 0 19年修改)大桂山地区震旦系培地组
8、主要出露在贺-梧断裂以西,呈北东向透镜状分布,为灰褐黄、灰白、紫红色,新鲜面为灰、灰绿色中-厚层、部分块状细粒、中-细粒长石石英杂砂岩、岩屑石英杂砂岩夹灰、灰绿、深灰色薄-厚层状泥岩、粉(b)砂岩和硅质岩、含泥硅质岩组合(图2 a、图2 b),化石极为稀少。硅质岩具水平层理、水平纹层,未见底。顶部以一套中薄层硅质岩夹泥、粉砂岩为标志与上覆小内冲组块状砂岩或薄层状泥岩相区别(图3)。在研究区中硅质岩多分布于震且系中上部,呈灰白、黄白、灰青色,中层夹厚层为主,少量薄纹层状。物质成分主要为微粒石英,粒径大多小于0.01mm。岩石中含泥质成分较多(图2 c、图2 d),分布在微粒石英间,局部较富集,多
9、见有宽约0.0 2 0.4mm的石英脉穿插。E0D断层地层分界(a)500um()富泥微层图2 大桂山地区震旦纪硅质岩特征a-层状硅质岩;b-块状硅质岩;c-含泥硅质岩;d-泥质矿物充填的裂隙5km11145采样位置口调查区500um(d)24033402023年6 月第43卷第2 期2样品测试研究区硅质岩主要分布于震且系的中上部,且泥质含量较高,所以本次工作尽量采集厚度较大、硬度较大、泥质含量较少的硅质岩,共采集了6 件样品,主要采自培地组的上部硅质岩层,采集的样品新鲜,硅质岩坚硬,测试前对样品进行了清洗、粉碎。所采集样品均经过广西区域地质调查研究院进行薄片鉴定,结果主要为硅质岩、含泥硅质岩
10、、泥质硅质岩。界系统组层号岩性柱(m)兼武系纽芬兰统小内冲组新元古界震日系本次研究共分析了6 件样品,均由自然资源部武汉矿产资源监督检测中心进行测试,在化学分析之前,对样品进行了破碎,仔细地挑选出新鲜无细脉的岩石碎块,均粉碎成2 0 0 目以下的粉末。采用X射线荧光光谱法(XRF)分析10 个常量元素,用重铬酸钾滴定法分析FeO,采用高温加热-浓硫酸吸收-重量法分析H20*,采用非水滴定容量法分析CO2,采用高温加热-重量法分析灼失;采用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)分析稀土15个元素,即称取0.1g试样,经HF、H Cl、H NO 3、H 2 SO 4分解后、赶氟,HCI提取,定容10
11、 0 ml,采用混合标准制备工作曲线,1%HCl溶液中用等离子质谱仪测定La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、G d、T b、D y、H o、Er、T m、Y b、Lu、Y 等15个元素。分析仪器分别为X荧光光谱仪(型号:XRF-1800)电感耦合等离子体质谱仪(型号:X2)、等离子发射光谱仪(型号:ICAP6300)、粉末固体进样电弧发射光谱仪(型号:CCD-I),分析精度优于3%。341四川地质学报厚度岩性描述1971.8灰黄、紫红色中厚层中细粒砂岩夹薄层泥岩。1843.7灰白、灰绿色中薄层硅质岩夹细砂岩。1727.1灰黄色厚层中细粒砂岩。1614.4灰黄、灰色中薄层泥岩夹硅质岩。1517.
12、0灰黄色、浅紫红色中厚层-块状中细粒砂岩146.5灰白、灰绿色中薄层硅质岩。13一9.6灰白色、灰黄色中厚层中细粒砂岩。1233.2灰白、灰绿色中厚层硅质岩夹砂岩。1131.1灰黄色中厚层含砾不等粒砂岩夹泥岩。砾石为泥岩碎屑,具正粒序层理、斜层理。1026.0灰黄色中厚层细砂岩与中薄层泥岩互层。93.6灰绿色、灰白色中薄层硅质岩夹硅质泥岩。897.3灰黄色、褐灰色中厚层细砂岩夹少量薄层泥岩。具粒序层理、斜层理。培地组Zp7654321Vol.43No.2Jun.,2023采样点与编号2654-32650-12654-22654-111.0灰白色、灰黄色中薄层硅质岩夹泥岩。101.8灰黄色厚层块
13、状中细粒砂岩夹中薄层泥岩。具水平层理。31.4灰黄色中厚层细砂岩。96.2灰黄色厚层块状中细粒砂岩夹少量薄层泥岩。5.7灰白色中厚夹薄层硅质岩夹少量中薄层泥岩。7.2浮土掩盖。85.2浅紫红色厚层块状中细粒砂岩夹少量薄层泥岩。具水平层理。图3大桂山地区保塘村震旦系培地组岩性柱状图100m02653-22653-1含砾不等粒砂岩中细粒砂岩细砂岩泥岩硅质岩桂东大桂山地区震旦系培地组硅质岩地球化学特征及沉积环境探讨3地球化学特征3.1主量元素特征研究区震旦系硅质岩的化学组成以SiO2为主(表1),其平均含量为8 7.7 2%,陆相元素K和亲生物元素P含量较低,这与热水硅质岩特征相似而有别于正常化学沉
14、积及生物沉积岩石(蔡明海,2 0 0 0)。通过对比表1中热水硅质岩与生物硅质岩数据发现:Al20:含量为2.40%7.69%,平均值4.58%,相对较高,比较接近于典型热水沉积硅质岩,明显区别于典型生物硅质岩,可能与粘土物质的混人有关(蔡明海,2 0 0 0);Ti02含量为0.1%0.48%,平均值0.2 5%,与Al203含量具有较好的正相关关系,反映硅质岩在沉积的过程中有陆源物质的注人(邓希光,2 0 0 3);Fe203含量为1.0 7%3.54%,平均值2.18%,Fe203的富集表明其为热水沉积,并有陆源物质注入,但不是沉积在扩张中心(扩张脊的硅质岩一般Fe2O33%)(邓希光,
15、2 0 0 3);其余元素含量除了Na20接近于典型生物硅质岩,其余均与典型热水硅质岩含量相近,表明大桂山地区硅质岩的总体化学特征接近于典型热水沉积硅质岩。MgO含量的增高可以作为海水对体系污染或混合的指标(彭军,19 9 9),研究区的硅质岩中MgO含量除了2 6 54-1号样品含量较高为2.6 2%,其余为0.17%0.8 4%,平均值0.84%,w(Si O 2)/w(M g O)比值介于2 9 57 0 之间,MgO含量随SiO2含量增高而大致趋低,反映了硅质岩的形成与热水作用有关,并有正常海水的混人和参与(彭军,19 9 9)。通过以上分析表明研究区硅质岩为热水沉积,但是含较高比例的
16、陆源泥质沉积物,这与薄片鉴定该处硅质岩含较多泥质是一致的(图2 c)。这一结论与粤西震旦系顶部硅质岩为热水沉积混染有正常沉积作用也是一致的(周永章,19 9 4;杨海生,2 0 0 3)。在Al-Fe-Mn三角成因判别图上(图4)(田景春,2 0 16),研究区硅质岩样品投影点均落在热水成因硅质岩范围内,其中部分落在与生物成因硅质岩交汇处,应是与粘土物质的混人有关。Al/(Al+Fe+Mn)和Si/(Si+Al+Fe)两个比值是判断硅质岩成因的重要参数(王忠诚,19 9 5)。通常Al/(Al+Fe+Mn)比值以0.4为界,如大于0.4则反映碎屑来源(王忠诚,19 9 5),研究区的比值介于0
17、.450.6 之间,平均值0.52。Al/(Al+Fe+Mn)比值也可反映热液活动对沉积物的影响,比如典型的大陆型硅质岩A1/(Al+Fe+Mn)比值为0.6 19,典型的深342表1大桂山地区硅质岩化学成分(%)分析数据表热水硅生物硅样号2650-12653-12653-2 2654-12654-22654-3平均值质岩Si0291.06TiO20.17Al.0;3.22Fe20;1.35Feo0.98Mno0.12MgO0.66Cao0.19Na200.04K.00.83P.O,0.05注:热水硅质岩、生物硅质岩参数引自彭军,19 9 9。:Fe图5石硅质岩的Fe-Mn-(Ni+Co+Cu
18、)10三角图(底图据彭军,19 9 9)I.正常沉积区;I.热水沉积区质岩85.3887.710.320.236.194.572.033.540.920.070.180.180.840.310.090.120.090.081.681.360.100.0977.070.487.693.412.980.372.620.130.061.570.12Fe图4硅质岩的Al-Fe-Mn三角图(底图据田景春,2 0 16)I.热水成因硅质岩;II.生物成因硅质岩(Ni+Co+Cu)II94.240.102.401.070.120.010.170.060.050.620.0490.880.193.431.69
19、0.650.120.440.080.070.860.06II187.720.254.582.180.950.160.840.110.061.150.08A192.130.232.890.480.940.250.470.950.420.330.0595.960.030.710.430.080.020.080.020.050.060.02MnMn2023年6 月第43卷第2 期海和半深海生物沉积物Al/(Al+Fe+Mn)值为0.319,而大洋中脊硅质岩则更低,A1/(Al+Fe+Mn)值为0.0 0 8 15(邓希光,2 0 0 3);研究区的比值更接近于典型的大陆型硅质岩。生物成因的硅质岩具有
20、高的Si/(Si+AI+Fe)比值,一般 0.9(邓希光,2 0 0 3)。研究区硅质岩的Si/(Si+Al+Fe)比值为0.8 0.9 5,平均0.9。表明研究区硅质岩并非是典型生物成因的硅质岩,造成比值较高的原因可能是与粘土物质的混人有关。通过以上分析认为研究区硅质岩并非是典型热水成因的硅质岩,而是以热水成因硅质岩为主,在沉积过程中混人了正常沉积的陆缘粘土物质。3.2微量元素特征Ba、A s、Sb、Bi 含量较高是热水沉积的重要标志(周永章,19 9 0;彭军,19 9 9;彭军,2 0 0 0;张位华,2 0 0 3;周永章,2 0 0 4),研究区硅质岩的平均含量(表2)分别为19 9
21、 8 10 6、2 8.8 7 10 、2.1110、0.3210,分别是地壳克拉克值的4.7、16、10.53、1.8 8 倍,与典型的热水沉积硅质岩微量元素地球化学特征相似。(张位华,2 0 0 3)。样号2650-1Co10.27Cu17.00Zn32.54Rb37.36ZT40.70Th4.28U0.51Ba1687.00Cr21.40Ni27.10Sr12.10As7.51Sh0.62Ag0.04Bi0.11Co/Ni0.38Sr/Ba0.0072注:地壳克拉克值(Crust)引自刘英俊,19 8 7。热水沉积作用相关的硅质岩Co/Ni的比值一般较小,研究区Co/Ni比值介于0.12
22、 0.7 3之间,显示出相对富Ni而贫Co的特征,因此研究区内硅质岩应与热水沉积作用有关(蔡明海,2 0 0 0)。综合比较某些微量元素和常量元素含量特征,可以判别硅质岩的成因(彭军,19 9 9),在Fe-Mn-(Ni+Co+Cu)10三角图上(图5),本区硅质岩样品均投影在热水沉积区内,表明本区硅质岩在沉积过程中有热水作用参与。3.3稀土元素特征总体而言,热水沉积硅质岩具有稀土总量(R EE)低,铈(Ce)的亏损较明显,而(Eu)的亏损不明显,甚至出现正异常,且重稀土(HREE)有富集趋势;而非热水沉积则以REE总量高、为正异常和轻稀土(LREE)重稀土(HREE)为特征,出现这种规律性特
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