新疆西南天山迈丹他乌晚古生代硅质岩成因分析

时间：2024-07-28

杨林春，郑清连，徐国虎，朱玉芳

（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第十一地质大队,新疆昌吉831100）

硅质岩建造受控于沉积地质背景条件，涉及物质来源、沉积动力学、沉积环境物化条件等,主要以岩石类型、组构特征以及岩石共生组合等物质形式来表现，是硅质岩成因研究最为基本的内容；古生物特征主要从古生物化石特征来研究硅质岩成因，如硅藻、放射虫等这些硅质生物化石可以反映出硅质岩物源[1]。

1 区域地质背景

西南天山迈丹他乌地区晚泥盆世阔克加尔组、早石炭世图尤克阿秀组、晚石炭世喀拉治尔加组地层中均含有硅质岩，岩性主要为射虫粉砂质硅质岩、变泥硅质含粉砂砂岩、含放射虫变粉砂泥质岩、变泥质粉砂岩。硅质岩系由硅质岩与碎屑岩（砂岩、粉砂岩、泥岩）或与碳酸盐化粉砂质泥晶灰岩呈韵律互层构成，硅质岩呈灰黑色、黑色；单层厚度多为几厘米至十几厘米。硅质岩与泥岩、泥质灰岩常呈渐变关系。放射虫呈圆状，由石英组成，多保留齿状细胞结构，分布较均匀，粉砂屑具泥化，外形很模糊，也较均匀分布泥质中，泥质已重结晶，由鳞片状绢云母组成，绢云母定向分布隐晶状硅质岩中。硅质岩中含少量的自生粘土、陆源碎屑及其他矿物，粒度很细，说明其在成岩过程中有稳定的沉积物补给，成熟度较高。因此硅质岩符合被动大陆边缘硅质岩的建造特征。

2 岩石学特征

灰黑色薄层状放射虫粉砂质硅质岩：放射虫粉砂质泥状结构，块状构造。岩石由放射虫（25%、粒度0.05～0.2mm）、粉砂屑（25%）、泥硅质（50%）组成。放射虫呈圆状，由石英组成，多保留齿状细胞结构，分布较均匀，粉砂屑具泥化，外形很模糊，也较均匀分布泥质中，泥质已重结晶，由鳞片状绢云母组成，绢云母定向分布隐晶状硅质岩中。

变泥硅质含粉砂砂岩：浅灰绿色，含细砂粉砂状结构，板状构造。岩石由碎屑、胶结物组成。碎屑主要有粉砂屑组成，分布少量细砂屑，碎屑成分主要有石英组成，石英外形模糊，呈锯齿状，分布少量岩屑及少量斜长石，斜长石具轻度绢云母化，岩屑具高岭土化，另分布少量云母碎屑，白钛石碎屑。胶结物由泥质硅质组成，已由隐晶状硅质、鳞片状绢云母、粘土矿物组成。

含放射虫变粉砂泥质岩、变泥质粉砂岩：深灰色，放射虫含粉砂泥状结构、变泥质粉砂状结构，纹层构造。岩石主要由放射虫（40%）、泥质（50%）组成，分布少部分粉砂屑（10%）。放射虫呈圆状，大部分由硅质组成（微晶状石英），少量的由泥质、硅质组成，放射虫的齿状细胞孔结构保留较清晰，分布也较均匀，在泥质中分布有少部分粉砂屑，粉砂屑绢云母化，外形已很模糊，另外分布有微量褐铁矿粉砂屑。泥质已重结晶，由显微鳞片状绢云母、粘土矿物组成。

另一层主要由粉砂屑、泥质组成，分布少量放射虫，其中大部分放射虫由绿泥石组成，少量的由粘土矿物组成，齿状细胞孔结构较清晰保留。粉砂屑也具高岭土化、绢云母化，少量的石英、长石还有保留，也分布少量褐铁矿粉砂屑。泥质已重结晶，由显微鳞片状绢云母为主、少量粘土矿物组成。

3 岩石地球化学特征

3.1 常量元素特征

依据张宏宝（2011）将硅质岩的成因大致分为4种[2]：生物成因硅质岩；热水交代砂岩、页岩、灰岩形成的硅质岩；物源来自海底火山喷发及伴生的热泉及喷气孔硅质岩[3]；浊积型再沉积硅质岩[4]。自然界硅质岩成因极复杂，不是单一成因，常由多种作用混合形成，只是主次不同而已。据元素地球化学特征和实际资料，分析硅质岩成因，迈丹他乌地区晚泥盆世阔克加尔组、早石炭世图尤阿秀组、晚石炭世喀拉治尔加组硅质岩化学成分见表1。

表1 迈丹他乌地区硅质岩主量元素含量及特征参数(10-6)

硅质岩SiO2的含量变化范围在67.44%～86.41%，均低于纯硅质岩的含量（91%～99.8%）（Murray R W,1992）；Al2O3的含量为5.18%～12.45%，Si/Al为5.42～14.8，远低于纯硅质岩Si/Al（80～1400）（Murray R W,1992）；表面它们含有较高比例的陆源泥质沉积物。

由于Al2O3和TiO2与铝硅酸盐矿物有着很大的联系，其含量指示陆缘物质加入的多少，Fe2O3在洋中脊附近沉积物中相对富集，被用作洋中脊热水组分活动的指标，并且因为它们在成岩过程中相对稳定不易变化，常将Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）作为判断硅质岩沉积环境、特别是区分洋中脊、深海沉积物和大陆边缘成岩的一个良好指示（Murray R W,1991 1994）；在Fe2O3/TiO2-Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）图解中（图1），部分样点均落入到大陆边缘，部分落入到深海沉积物，表明该硅质岩形成的构造环境为大陆边缘的深海沉积物。

A1、Fe、Mn元素含量具有区分热液成因硅质岩与生物成因硅质岩的重要意义。迈丹他乌地区的硅质岩含TFeO均值为3.06%，MnO2均值为0.19%，A12O3含量较高12.45%。硅质岩中Fe、Mn的富集主要与热液的参与有关，而Al的富集则与陆源物质的介入有关。据Yamamoto等的Al-Fe-Mn三角图解中，样点均落入到非热水沉积硅质岩中（图2）。

表2 硅质岩稀土元素含量及特征参数(10-6)

2 稀土元素特征

硅质岩稀土元素含量见表2。从表2中可以得出：

（1）硅质岩稀土总量（∑REE）相差较大，为（52.12～134.95）×10-6，说明硅质岩的稀土元素主要来源于外来物质的稀土元素，少部分是吸附海水中的稀土元素。轻重稀土比值（LREE/HREE）中等，为6.28～13.68，说明轻稀土元素富集，（La/Yb）N值较高，为6.92～15.16，说明轻重稀土分馏明显，重稀土相对亏损（图3）。

（2）Shimizu，etal（1977）研究了热水成因与非热水成因硅质岩的Ce含量，发现热水成因硅质岩具负Ce异常，且δCe（以北美页岩为标准）平均值为0.29；非热水成因硅质岩具正Ce异常，δCe平均值为1.20。Fleet（1983）系统地研究了世界上的稀土元素之后认为，热水沉积的稀土总量（∑REE）低，Ce为负异常，重稀土（HREE）有富集的趋势；非热水沉积的稀土总量（∑REE）高，Ce为正异常，重稀土（HREE）不富集。硅质岩稀土总量较高，Ce异常为无异常—正异常，重稀土不富集；δCe值为0.75～1.12，平均值为0.97，接近于非热水沉积δCe平均值为1.20。因此，调查区内硅质岩属非热水沉积的产物。

（3）Fleet（1983）的研究表明，在北美页岩标准化的稀土配分模式图上，热水沉积岩的稀土均表现出不同程度的向左倾斜，倾斜程度越高，热水沉积中热水的沉积物的比例就越大。而迈丹他乌地区硅质岩在经北美页岩标准化后的稀土配分模式图上，曲线近水平显示（图4），总体表现为非热水沉积的特点。

表3 硅质岩微量元素参数值一览表(10-6)

3 微量元素特征

硅质岩微量元素特征值见表3。

（1）从表3中分析结果可以看出，硅质岩Hf元素含量明显高于维氏地壳丰度值，而其余元素明显低于维氏地壳丰度值；据刘云（1998）、曾普胜等（2004）的研究，Ba元素高含量是热水成因的重要特征。而迈丹他乌地区晚泥盆世阔克加尔组、早石炭世图尤阿秀组、晚石炭世喀拉治尔加组硅质岩Ba元素含量较低，均值为305.33×10-6，为非热水成因硅质岩。

（2）与维氏地壳丰度值相比较，除PII-WL2样品Ba大于维氏地壳丰度外，其余各样品Ba元素含量均低于维氏地壳丰度值。说明硅质岩以生物化学成因为主。

（3）据Rona（1978）对全球17个地区21件热水沉积的研究，热水沉积物的Th/U值一般小于1。迈丹他乌地区晚泥盆世阔克加尔组、早石炭世图尤阿秀组、晚石炭世喀拉治尔加组硅质岩的Th/U比值均大于1，不符合热水沉积的特征，属于非热水沉积。