浙江省“ 硒庫”
—— 寒武系黑色巖系面面觀

□ 浙江省地質調查院 劉 健 汪一凡 林鐘揚 潘少軍

隨著富硒農產品的適生性研究及重金屬污染防治工作的不斷深入，黑色巖系對土壤環境的影響越來越受到人們的重視，浙江省在近十幾年積極開展農業地質調查與研究。據調查發現，浙江省內的絕大多數富硒土壤分布區與黑色巖系出露范圍吻合性較好，因此，“黑色巖系”被譽為浙江省“硒庫”。本文從地質學角度簡要介紹浙江省黑色巖系的相關知識，使相關工作者對黑色巖系有更加全面的認識。

一、黑色巖系的定義

說到“富硒土壤”，人們自然而然就想到了“黑色巖系”，富硒土壤源于黑色巖系已經成為業界的一個共識。那么到底什么是“黑色巖系”？黑色巖系是指含有機碳（有機碳含量接近或大于1%）及硫化物（鐵硫化物為主）較多的深灰——黑色的硅質巖、碳酸鹽巖、泥質巖及其變質巖石的組合體系，是還原性巖石。黑色巖系的主要端元組成是黑色硅質巖、碳酸鹽巖、泥質巖（可能還包括砂巖）。黑色碳酸鹽巖可據方解石、白云石的含量區分為灰巖、白云巖；黑色泥質巖可據粉砂（或黏土礦物）含量劃分為粉砂巖和黏土巖等。黑色巖系具有多類型和成因多樣化特點，不同的黑色巖系反映不同地質背景和沉積缺氧環境。因此，黑色巖系并不是通常所認為的黑色頁巖，而是在特定環境下沉積的一整套巖石組合。

二、黑色巖系的分布

黑色巖系作為特定環境下沉積的產物，其分布具有其特殊性。浙江省黑色巖系位于下寒武統荷塘組地層中，主要分布于浙西北開化、昌化、德清、江山、建德、諸暨等地，出露面積不大，大地構造位置處于揚子準地臺的東南緣、江山—紹興拼合帶北西側，呈北東向條帶展布（圖1）。

該層位與滇東的筇竹寺組和滄浪鋪組下部、黔北的牛蹄塘組和明心寺組、鄂西的水井沱組相當，主要由黑色薄層碳質硅質巖、碳質硅質泥巖、頁巖、石煤層夾灰巖透鏡體及磷礦層組成，其下部地層為上震旦統燈影組白云巖或皮園村組薄板狀碳質硅質巖，兩者呈平行不整合或整合接觸關系，上部地層為中寒武統大陳嶺組條帶狀白云質灰巖，兩者呈整合接觸關系。

▲ 圖1 浙江省荷塘組地層分布圖

三、黑色巖系與礦產

浙江省寒武系荷塘組黑色巖系地層中富集元素較多，富集程度高的有 Mo、Se、Cd、Ag、Sb、U、As、P，較富集的有V、B、Cu、Tl、Zn，弱富集的有 Au、Pt、Pb、Ni，因此具有尋找鉬、磷、礬和有色金屬礦產的潛力。根據微量元素的豐度，結合浙江省礦產及圍巖時代的分析，業界將其確定為銅、鉛、鋅、釩、鎳、鉬、鈾、銀等的礦源層。20世紀70年代以來，在浙江省西部地區廣泛開展了石煤、釩、磷等礦產的勘查工作。已發現石煤礦床43處，釩礦床（點）9處，其中中型礦床5處，小型礦床3處、礦點2處，小型磷礦床5處。

浙西寒武系底部黑色巖系中，底部有一厚度不等的磷塊巖（結核）層，部分地段鈾的含量較高，可達到工業品位。在磷塊巖（結核）層之上為金屬層或石煤層，金屬層的厚度與磷塊巖的發育呈正相關，與石煤層的厚度呈負相關。石煤中伴生有釩、鎳、鉬、鈦、銅、鉛、鋅、鋇、鈾、銀、砷、汞和稀土等，其中的釩、鎳、鉬、銅、鋅、鋇、鈾、銀和稀土具有綜合利用的價值。在石煤層或其上部的碳質頁巖中含黃鐵礦層，在部分地段可富集成礦。黑色巖系以富集親銅、親鐵、分散、鉑族、放射性及稀土等元素為特點，大量研究已發現許多大型、超大型礦床與黑色巖系有關。

四、黑色巖系與環境

黑色巖系地層中富集元素較多，特別是富集了較多的重金屬元素。巖石中如此高含量的元素，特別是As、Cd、Se、Mo、Ni、U 等 在 風化過程中會進入水和土壤中，勢必對生態環境產生不良影響。浙江省生態地球化學研究已證實浙西北地區土壤中As、Cd、Ni高含量與荷塘組地層有關。最近開展的土地質量地質調查工作發現，浙江省建德市的鎘超標土壤分布范圍與荷塘組黑色巖系的出露范圍具有很好的空間吻合性，說明了土壤中的鎘元素來源于荷塘組黑色巖系。有研究指出，硒在荷塘組地層的富集系數高達300。湖北恩施和陜西紫陽出現的硒中毒也與黑色巖系有關。因此，黑色巖系的開發利用過程需高度重視其對生態環境的影響。

五、黑色巖系與硒

近年來，隨著土地質量地質調查工作的不斷開展，“富硒土壤”越來越受到廣大農業地質工作者的關注，“富硒農產品”也越來越受到廣大消費者的青睞。然而多年以前，對于硒元素的研究主要偏向于硒中毒方面，如湖北恩施和陜西紫陽均出現過硒中毒事件。隨著醫學的進步，有研究指出，硒具有保護血紅蛋白免受過氧化氫和過氧化物損害，抑制和分解化學致癌物，促使長期積存在人體中的鉛、汞、砷、鎳等有害金屬離子排出體外，因此具有增強人體免疫力、抵抗衰老和抗癌的生理作用。由于硒與人類健康有著密切的關系，近年來，硒元素作為“長壽元素”不斷受到科研工作者的關注。尋找富硒土壤、開發利用富硒土壤資源、培育富硒農產品，已經成為目前農業研究的一大趨勢。

學術界普遍認為土壤富硒與黑色巖系有著密不可分的關系，那么，為什么黑色巖系中會大量富集硒元素呢？這與硒元素的地球化學行為及黑色巖系的沉積環境有關。

硒在地殼中的豐度較低，中國大陸巖石圈中硒元素豐度僅為0.08μg/g。既然硒的豐度如此之低，那么土壤中的硒元素又來自哪里呢？有研究指出，在地球的演化歷程中，硒傾向于在地幔和地核中富集，在正常沉積巖中含量較低。由于地殼中硒的來源極其有限，難以形成富硒的黑色巖系，因此火山作用及巖漿期后熱液作用常常被認為是硒產生的一個重要源泉。在火山及噴氣活動產物（有關熱泉）中硒有很高的富集，如巴厘島火山含硒硫磺中硒含量平均達18%，夏威夷島的火山硫中硒含量平均達20%。由于硒與硫均為氧族元素，兩者的地球化學性質接近，硒能大量地呈分散形式（類質同象）或獨立礦物形式存在于巖漿期后熱液活動階段。幾乎所有的硒礦物都與熱液作用有關，熱液硫化物中硒含量可達0.00n%—0.0n%。

關于硒的富集機理，有研究認為，硒含量變化與海平面升降曲線表現出一致性，硒異常層常賦存于海侵體系域上部至頂部（即最大海泛面附近），表明硒的富集與海平面升降有密切關系。同時，水體能量較低的沉積環境，使得海底易形成一種以生物遺體為主的富有機碳質的沉積，有機質碳質能大量吸附硒元素。因容納空間的增大，海水中富含硒的火山噴發物或風化物供應量增多，這有利于有機碳質吸附海水中豐富的硒，因而在地層中硒含量較高。

浙江省黑色巖系的富硒機理與該省地質歷史時期的地質構造活動有關。元古代時期，浙江省發生了神功構造運動，該構造運動在江山—紹興拼合帶北西側發育了雙溪塢群火山巖，巖石類型有細碧—角斑巖以及安玄巖、安山巖、英安巖、流紋巖，為一套島弧型鈣堿性系列火山巖。隨后的晉寧運動時期，江山—紹興拼合帶南東側邊緣發育陳蔡群火山巖，以中基性火山巖為主。上述一系列的火山構造運動可從地幔中帶來豐富的硒元素。這些相對富硒的中基性火山巖屬于不穩定的巖石類型，易風化淋濾，有利于硒等微量元素的析出。在海侵作用過程中，隨著海平面不斷上升，海水不斷向陸上超覆，海域中的中基性火山巖不斷增多，析出的硒迅速被有機質吸附，在海水中沉積，形成海相沉積型的富硒黑色巖系。

▲ 黑色巖系野外露頭

六、黑色巖系的成因

黑色巖系作為地質歷史上出現的特殊巖層，其成因必然會引起地質學家的關注。大地構造學、巖相古地理學及古生物學研究表明，浙西北地區在早寒武世荷塘時期還是一片汪洋大海，屬于古揚子海的一個邊緣海灣，即錢塘海盆。海底古地勢由北西向南東和南西向北東逐漸抬升，向南西方向傾斜。在海平面上升時期，錢塘海盆充滿海水，形成靜水滯流海盆和平緩斜坡環境。深海洋流的頻繁活動為錢塘海盆帶來了富營養海水，使菌藻類大量繁殖，消耗了大量的氧氣，并由此導致下層水體嚴重缺氧，使得在斜坡帶中大量死亡降落的生物遺體避免遭受氧化破壞而保存下來。溫熱的氣候及寧靜的水體，宜于菌藻類的繁盛，還原條件又適合其殘骸的保存，由于其殘骸的堆積，從而形成了浙西北地區典型的黑色巖系。因此，浙江省荷塘組黑色巖系形成于一種缺氧滯水沉積環境，由上升洋流帶來的豐富的營養物質使得海水表層菌藻類生物大量繁殖，然后發生死亡堆積，再經過一定的變質作用形成。

七、結束語

黑色巖系由于其特殊的沉積環境、富含豐富的成礦元素，特別是硒元素，使其成為地球留給人類的一大寶庫。大量研究已發現許多大型、超大型礦床與黑色巖系有關，在其出露區也發現了豐富的富硒土壤，并產出了多種富硒農產品，因此越來越受到人們的重視。當然，它對環境所產生的負面影響也不容忽視。黑色巖系蘊含的豐富的地質信息，記錄了地質歷史時期重大的地質事件，將有助于人們不斷探索，揭示更多的地球奧秘。