新疆西南天山邁丹他烏晚古生代硅質巖成因分析

楊林春，鄭清連，徐國虎，朱玉芳

（新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第十一地質大隊,新疆昌吉831100）

硅質巖建造受控于沉積地質背景條件，涉及物質來源、沉積動力學、沉積環境物化條件等,主要以巖石類型、組構特征以及巖石共生組合等物質形式來表現，是硅質巖成因研究最為基本的內容；古生物特征主要從古生物化石特征來研究硅質巖成因，如硅藻、放射蟲等這些硅質生物化石可以反映出硅質巖物源[1]。

1 區域地質背景

西南天山邁丹他烏地區晚泥盆世闊克加爾組、早石炭世圖尤克阿秀組、晚石炭世喀拉治爾加組地層中均含有硅質巖，巖性主要為射蟲粉砂質硅質巖、變泥硅質含粉砂砂巖、含放射蟲變粉砂泥質巖、變泥質粉砂巖。硅質巖系由硅質巖與碎屑巖（砂巖、粉砂巖、泥巖）或與碳酸鹽化粉砂質泥晶灰巖呈韻律互層構成，硅質巖呈灰黑色、黑色；單層厚度多為幾厘米至十幾厘米。硅質巖與泥巖、泥質灰巖常呈漸變關系。放射蟲呈圓狀，由石英組成，多保留齒狀細胞結構，分布較均勻，粉砂屑具泥化，外形很模糊，也較均勻分布泥質中，泥質已重結晶，由鱗片狀絹云母組成，絹云母定向分布隱晶狀硅質巖中。硅質巖中含少量的自生粘土、陸源碎屑及其他礦物，粒度很細，說明其在成巖過程中有穩定的沉積物補給，成熟度較高。因此硅質巖符合被動大陸邊緣硅質巖的建造特征。

2 巖石學特征

灰黑色薄層狀放射蟲粉砂質硅質巖：放射蟲粉砂質泥狀結構，塊狀構造。巖石由放射蟲（25%、粒度0.05～0.2mm）、粉砂屑（25%）、泥硅質（50%）組成。放射蟲呈圓狀，由石英組成，多保留齒狀細胞結構，分布較均勻，粉砂屑具泥化，外形很模糊，也較均勻分布泥質中，泥質已重結晶，由鱗片狀絹云母組成，絹云母定向分布隱晶狀硅質巖中。

變泥硅質含粉砂砂巖：淺灰綠色，含細砂粉砂狀結構，板狀構造。巖石由碎屑、膠結物組成。碎屑主要有粉砂屑組成，分布少量細砂屑，碎屑成分主要有石英組成，石英外形模糊，呈鋸齒狀，分布少量巖屑及少量斜長石，斜長石具輕度絹云母化，巖屑具高嶺土化，另分布少量云母碎屑，白鈦石碎屑。膠結物由泥質硅質組成，已由隱晶狀硅質、鱗片狀絹云母、粘土礦物組成。

含放射蟲變粉砂泥質巖、變泥質粉砂巖：深灰色，放射蟲含粉砂泥狀結構、變泥質粉砂狀結構，紋層構造。巖石主要由放射蟲（40%）、泥質（50%）組成，分布少部分粉砂屑（10%）。放射蟲呈圓狀，大部分由硅質組成（微晶狀石英），少量的由泥質、硅質組成，放射蟲的齒狀細胞孔結構保留較清晰，分布也較均勻，在泥質中分布有少部分粉砂屑，粉砂屑絹云母化，外形已很模糊，另外分布有微量褐鐵礦粉砂屑。泥質已重結晶，由顯微鱗片狀絹云母、粘土礦物組成。

另一層主要由粉砂屑、泥質組成，分布少量放射蟲，其中大部分放射蟲由綠泥石組成，少量的由粘土礦物組成，齒狀細胞孔結構較清晰保留。粉砂屑也具高嶺土化、絹云母化，少量的石英、長石還有保留，也分布少量褐鐵礦粉砂屑。泥質已重結晶，由顯微鱗片狀絹云母為主、少量粘土礦物組成。

3 巖石地球化學特征

3.1 常量元素特征

依據張宏寶（2011）將硅質巖的成因大致分為4種[2]：生物成因硅質巖；熱水交代砂巖、頁巖、灰巖形成的硅質巖；物源來自海底火山噴發及伴生的熱泉及噴氣孔硅質巖[3]；濁積型再沉積硅質巖[4]。自然界硅質巖成因極復雜，不是單一成因，常由多種作用混合形成，只是主次不同而已。據元素地球化學特征和實際資料，分析硅質巖成因，邁丹他烏地區晚泥盆世闊克加爾組、早石炭世圖尤阿秀組、晚石炭世喀拉治爾加組硅質巖化學成分見表1。

表1 邁丹他烏地區硅質巖主量元素含量及特征參數(10-6)

硅質巖SiO2的含量變化范圍在67.44%～86.41%，均低于純硅質巖的含量（91%～99.8%）（Murray R W,1992）；Al2O3的含量為5.18%～12.45%，Si/Al為5.42～14.8，遠低于純硅質巖Si/Al（80～1400）（Murray R W,1992）；表面它們含有較高比例的陸源泥質沉積物。

由于Al2O3和TiO2與鋁硅酸鹽礦物有著很大的聯系，其含量指示陸緣物質加入的多少，Fe2O3在洋中脊附近沉積物中相對富集，被用作洋中脊熱水組分活動的指標，并且因為它們在成巖過程中相對穩定不易變化，常將Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）作為判斷硅質巖沉積環境、特別是區分洋中脊、深海沉積物和大陸邊緣成巖的一個良好指示（Murray R W,1991 1994）；在Fe2O3/TiO2-Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）圖解中（圖1），部分樣點均落入到大陸邊緣，部分落入到深海沉積物，表明該硅質巖形成的構造環境為大陸邊緣的深海沉積物。

A1、Fe、Mn元素含量具有區分熱液成因硅質巖與生物成因硅質巖的重要意義。邁丹他烏地區的硅質巖含TFeO均值為3.06%，MnO2均值為0.19%，A12O3含量較高12.45%。硅質巖中Fe、Mn的富集主要與熱液的參與有關，而Al的富集則與陸源物質的介入有關。據Yamamoto等的Al-Fe-Mn三角圖解中，樣點均落入到非熱水沉積硅質巖中（圖2）。

表2 硅質巖稀土元素含量及特征參數(10-6)

2 稀土元素特征

硅質巖稀土元素含量見表2。從表2中可以得出：

（1）硅質巖稀土總量（∑REE）相差較大，為（52.12～134.95）×10-6，說明硅質巖的稀土元素主要來源于外來物質的稀土元素，少部分是吸附海水中的稀土元素。輕重稀土比值（LREE/HREE）中等，為6.28～13.68，說明輕稀土元素富集，（La/Yb）N值較高，為6.92～15.16，說明輕重稀土分餾明顯，重稀土相對虧損（圖3）。

（2）Shimizu，etal（1977）研究了熱水成因與非熱水成因硅質巖的Ce含量，發現熱水成因硅質巖具負Ce異常，且δCe（以北美頁巖為標準）平均值為0.29；非熱水成因硅質巖具正Ce異常，δCe平均值為1.20。Fleet（1983）系統地研究了世界上的稀土元素之后認為，熱水沉積的稀土總量（∑REE）低，Ce為負異常，重稀土（HREE）有富集的趨勢；非熱水沉積的稀土總量（∑REE）高，Ce為正異常，重稀土（HREE）不富集。硅質巖稀土總量較高，Ce異常為無異常—正異常，重稀土不富集；δCe值為0.75～1.12，平均值為0.97，接近于非熱水沉積δCe平均值為1.20。因此，調查區內硅質巖屬非熱水沉積的產物。

（3）Fleet（1983）的研究表明，在北美頁巖標準化的稀土配分模式圖上，熱水沉積巖的稀土均表現出不同程度的向左傾斜，傾斜程度越高，熱水沉積中熱水的沉積物的比例就越大。而邁丹他烏地區硅質巖在經北美頁巖標準化后的稀土配分模式圖上，曲線近水平顯示（圖4），總體表現為非熱水沉積的特點。

表3 硅質巖微量元素參數值一覽表(10-6)

3 微量元素特征

硅質巖微量元素特征值見表3。

（1）從表3中分析結果可以看出，硅質巖Hf元素含量明顯高于維氏地殼豐度值，而其余元素明顯低于維氏地殼豐度值；據劉云（1998）、曾普勝等（2004）的研究，Ba元素高含量是熱水成因的重要特征。而邁丹他烏地區晚泥盆世闊克加爾組、早石炭世圖尤阿秀組、晚石炭世喀拉治爾加組硅質巖Ba元素含量較低，均值為305.33×10-6，為非熱水成因硅質巖。

（2）與維氏地殼豐度值相比較，除PII-WL2樣品Ba大于維氏地殼豐度外，其余各樣品Ba元素含量均低于維氏地殼豐度值。說明硅質巖以生物化學成因為主。

（3）據Rona（1978）對全球17個地區21件熱水沉積的研究，熱水沉積物的Th/U值一般小于1。邁丹他烏地區晚泥盆世闊克加爾組、早石炭世圖尤阿秀組、晚石炭世喀拉治爾加組硅質巖的Th/U比值均大于1，不符合熱水沉積的特征，屬于非熱水沉積。

4 結論

邁丹他烏地區晚泥盆世闊克加爾組、早石炭世圖尤阿秀組、晚石炭世喀拉治爾加組硅質巖通過常量元素、稀土元素和微量元素的化學特征參數與典型熱水沉積和非熱水沉積相比較，硅質巖的構造環境為大陸邊緣的深海沉積物，其成因類型為非熱水沉積。

[1] 朱炳光.硅質巖成因研究與進展[J].中國西部科技，2011，27（10）.

[2] 張宏寶.新疆柯克亞地區上石炭統硅質巖成因及意義[J].新疆地質，2011，29（4）：377-380.

[3] 陳德洪.廣西丹池盆地上泥盆統榴江組硅質巖沉積特征及成因討論[J].礦物巖石，1989,9（4）：22-29.

[4] 涂光熾.新疆北部固體地球科學新近進展[M].北京：科學出版社，1993：115-126.