硅質巖成因的地球化學研究方法

李北康 孫茹

摘 要：硅質巖在全球的沉積記錄中只占到1.6wt%，但是它分布廣泛，且形成于特定的地球化學環境，故硅質巖的成因對于研究古地理、古氣候、大地構造等具有重要的意義；同時，硅質巖巖性致密堅硬，抗風化能力強，其攜帶的信息能夠相對完好的保存下來，是極好的地質信息載體。文章大量總結前人的研究，對硅質巖成因的地球化學研究方法進行了詳細歸納。

關鍵詞：研究方法；成因；硅質巖；地球化學

硅質巖的主要礦物成分為隱晶、微晶石英，硅質巖中石英的形成過程可概括為：非晶質硅沉淀形成的A型蛋白石溶解，硅質再次沉淀形成無序方石英或CT型蛋白石，后重結晶成石英的多期轉變過程。此外，硅質巖可能因成巖環境或成巖階段的不同而混入粘土礦物或碳酸鹽礦物等。

地球化學方法

1 常量、微量元素及稀土元素

Murray等綜合了分別來自太平洋、大西洋、印度洋及南半球高緯度邊緣海盆的40個硅質結核樣品的地球化學信息。統計分析結果顯示：硅質巖中的Al2O3、Fe2O3含量與SiO2含量呈負相關；CaO、MgO、Sr與SiO2的含量不相關；MnO，P2O5，CaO在各樣品中含量變化不大；微量元素Zr、Cr、Rb、Nb與Al2O3和Fe2O3的分布趨勢相同。稀土元素含量很低，ΣEREE與Al2O3，Na2O，K2O，Fe2O3相關性良好，相關性系數為0.8±0.02；其他元素如Mg、Ti等，與MnO，CaO，P2O5沒有相關性[3]。

Baltuck M認為除主要元素Si之外，其他元素（包括Al，Fe，Mg，P，K，Ca，Ti，Mn）含量的相互間比值相較各自絕對含量對于判斷硅質巖成巖環境更具意義[12]。Bostrom（1969）提出，Al2O3/（Al2O3+Fe2O3+MnO）值是衡量海相硅質巖形成過程中熱液參與程度的指標。Adachi等統計了前人針對不同成因典型巖石的元素分布特征的研究，繪制了熱液成因和非熱液成因沉積在Al-Fe-Mn三角圖中的分布區域如圖1。[1]

圖1 硅質巖Al-Fe-Mn三角圖[1]

圖1中顯示：熱液成因硅質巖較富集Fe2O3、MnO；非熱液沉積巖石較富集Al2O3。Murry認為：Mn是在硅質巖成巖過程中分離出來的，MnO含量與Al2O3、Fe2O3含量相關性極小，因而應把MnO從計算因素中排除，MnO的排除只是剔除了干擾項，而由此得出的結果只是小規模的修正，沒有產生大的影響。但目前的研究中，普遍用的還是Al2O3/（Al2O3+Fe2O3+MnO）值[5，7]。

Murray統計全球不同沉積環境的49個硅質巖樣品，提出Fe2O3/TiO2、LaN/CeN和Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）之間的相互關系可用來判別硅質巖的沉積環境[4]。如圖2、3。

此后的硅質巖成因研究中所用到的判別標準大都是由Murry、Adachi、Bostrom、Yamamoto的成果直接或變換得來[5-8，10]。

綜合可歸納如表1所示。

Murray認為：常量、微量和稀土元素中，稀土元素受成巖作用的后期影響最小，因而稀土元素攜帶了硅質巖最原始的沉積環境信息，稀土元素的總含量和每種元素的絕對含量對指示海相硅質巖的成巖環境有重要意義[2]。

表2 不同沉積環境的REE指示

表3 不同成因硅的硅、氧同位素組成

2 穩定、放射性同位素及稀有氣體同位素

硅質巖的δ30Si組成隨淺海-半深海-深海環境的變化，其對應平均值分別為1.3-0.4-0.16[11]。然而這一規律只是統計平均值，存在著很多反例。所以沉積環境分析時應廣泛結合其他標準綜合判斷。

硅的成因對硅、氧同位素組成有重要影響如表3。

隨著實驗裝備條件的的發展，越來越多的技術手段如XRD、EBSD、Raman等也運用到地質研究中來，如羅安等，利用XRD得到河南汝陽熊耳群硅質巖中石英顆粒主要為低溫石英；通過Raman分析得出：邊緣的石英顆粒有序度升高，表明硅質受到流體的影響；SEM分析得出硅質礦物顆粒表現出緊密堆積的特點，極好的吻合了對流熱水噴出后的快速沉淀堆積產物[9]。

硅質巖由于其特定的產出環境和較強的抗風化能力，對于恢復古地理、古氣候、大地構造等具有重要的意義。地球化學方法具備其獨有的穩定性，對于硅質巖成因的研究有著極其重要的意義。

參考文獻

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作者簡介：李北康（1991-），男，河南扶溝人，漢族，成都理工大學在讀研究生，專業：礦物學、巖石學、礦床學。