川东茅口组硅质岩地球化学特征及成因

摘要：川东地区中二叠统茅口组硅质岩的化学成分以SiO2为主，含量为80.09%～97.91%，硅质岩是致密油藏重要的储集岩，富集 Fe、Mn等元素，通过岩心观察和对硅质岩主量、稀土及硅氧同位素的综合研究，以揭示其成因。Al/（Al+ Fe+ Mn）平均值为0.30;REE总量平均值为8.72×10-6，δCe值为0.39～0.81，呈现负异常，δ30Si值为0.2%～1.3%。认为茅口组硅质岩为沉积于台盆相中的热水硅质岩，受火山活动影响小。

关键词：川东;茅口组;硅质岩;地球化学;成因

引言

硅质岩化学成分以SiO2为主，曾普胜等（2004）认为安徽铜陵地区二叠系硅质岩是热水活动作用的结果，通过大量收集前人资料的基础上，中二叠统孤峰组硅质岩为正常沉积和热水沉积共同作用的结果，涉及到川东地区中二叠统茅口组硅质岩主量、稀土和同位素的分析，认为硅质岩的形成发育以热水直接沉积为主，生物化学沉积为辅。

一、硅质岩研究现状及存在问题

中国南方二叠纪的沉积过程中，广泛存在同生断裂，硅质岩构成了很多重要矿种的赋存层位（林良彪，2010），它们的活动历史周期不一（王成善等，1998）。 在成岩过程中受很多因素影响，将硅质岩大致分为以下几类：（1）交代成因：成岩分异作用和硅化作用;（2）生物成因：硅质生物死亡后溶解和沉积;（3）热水成因：硅质热水沉淀形成;（4）火山成因：经化学沉淀形成的SiO2由火山作用控制。SiO2的来源极其复杂，它可以从大洋裂隙下海水中吸取，也可以把水体中悬浮着的硅酸盐矿物分解，从而获得大量SiO2。

二、地质背景

我国川东地区位于扬子地台西北段，北跨秦岭褶皱系，西临龙门山前陆冲断带，东靠大巴山褶皱带，中上扬子克拉通盆地内存在内陆表海海侵形成的一套稳定的以碳酸盐岩为主的沉积。本文详细介绍重庆石柱冷水溪中二叠统茅口组层状硅质岩沉积特征，选取剖面出露完整区域作为工作区，旨在能够清晰地反映二叠统层序充填特征。

三、硅质岩地球化学特征

Al/（Al+Fe+Mn）比值是衡量沉积物中热水沉积含量的标志（Brostrom K，Peterson M N A.1969）。受热水作用的硅岩Al/（Al+Fe+Mn）的比值为0.01（孟利山，2018），并且距离热水中心越远，温度变化越快，介于纯热水硅质岩和海相沉积硅质岩之间，倾向于热水沉积岩一端，指示中二叠统茅口组硅质岩的形成与热液活动相关。

3.1主量元素特征

区域硅岩SiO2含量为79.09 %～97.81%， 其次少量成分为CaO、Al2O3、MgO 和Fe2O，含量分别为0.24%～5.89%、0.06 %～0.75%、0.03%～0.87%和0.06%～0.43%，此外，硅质岩中Al2O3的平均含量为0.33%。

3.2稀土元素特征

在成岩过程中，考虑到稀土元素分配模式不会受其他因素影响，所以根据稀土元素特征值指示硅质岩的成因，能较好地恢复古海洋及古地理环境。研究区硅质岩的稀土元素总量范围为0.36×10-6～24.89×10-6，熱水沉积物REE总量低，LREE/HREE值得的范围为0.42～1.02，Ce为负异常，δCe平均值为0.61，而δEu变化范围为0.34～5.79，变化比较大，稀土元素富集规律呈现不规则变化。

3.3硅同位素地球化学特征

研究区茅口组层状硅质岩δ30 Si的值为0.2%，不同成因的硅质岩由不同的硅同位素组成，热泉水中溶解性的硅岩δ30 Si变化范围为-0.3%～0.3%，其中火山喷发-化学沉积硅岩在-0.8%～-0.1%范围内波动，处于半深海-滨浅海的过渡地带硅岩δ30 Si含量为0.95%（余瑜，2016），据此判断台盆相中硅质岩是热液作用的结果。

3.4氧同位素地球化学特征

研究区硅质岩在深海和浅海过渡带沉积演化过程复杂。岩石的δ18O代表分析硅质岩成因，热泉华石英δ18O含量在11.2%～21.5%之间，变质石英δ18O值为10.9%～15.8%，同生断裂活动的结果造成区域岩性不规则变化，在台盆沉积环境下易于观察到纯热水成因硅质岩的赋存。

四、结论

本文在前人对川东地区茅口组硅质岩成因类型研究的基础上，后继续对野外露头剖面展开详查，深入研究区域内硅质岩的地球化学特征及成因，从取得的样品中统计硅质岩主量和稀土元素组成。通过上述讨论分析，现概括得出：

（1）茅口组硅质岩主要成分为SiO2，少量物质成分为CaO、Al2O3，含量分别为0.24%～5.89%、0.06 %～0.75%。

（2）热水来源的硅质岩富Fe、Mn，贫Cu，Co和Ni，δCe平均值为0.61，变化范围为：0.37～0.76;而δEu平均值1.26，变化范围为0.34～5.79，海洋裂谷贯入的卤水沉积物削弱了δCe负异常的程度，导致了多数δEu呈现负异常。

（3）硅质岩SiO2的来源复杂，海水下渗到一定位置喷出上涌，伴随有火山活动，溶解了大量陆源物质，呈热泉形式喷出，以致海水中SiO2沉淀。

针对区内台盆相硅质岩的成因机制，在一定程度上反映出区域地质构造背景信息。

参考文献：

[1]余瑜，林良彪，任天龙，陈娟，高健.川东南茅口组硅质岩地球化学特征及沉积背景[J].成都理工大学学报（自然科学版），2016，43（05）：564-573.

[2]林良彪，陈洪德，朱利东.川东茅口组硅质岩地球化学特征及成因[J].地质学报，2010，84（04）：500-507.

[3]孟利山，王瑞军.新疆翠岭地区雅满苏组含铁硅质岩岩石学特征及成因[J].矿产勘查，2018，9（03）：284-292.

作者简介;

杨秀明，男，本科，贵州省六盘水市钟山区六盘水师范学院。

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