云南香格里拉圖姆溝組硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征及意義

李超民，鄧江紅，王國芝，任小慶

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局104地質(zhì)大隊(duì)，貴州 都勻，558000；2.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都，610059；3.中石化綠源地?zé)崮荛_發(fā)有限公司，陜西 咸陽，712000)

硅質(zhì)巖指隱晶或微晶質(zhì)自生SiO2礦物(如蛋白石，玉髓及石英等)含量達(dá)70～80%的化學(xué)沉積巖，不包括由碎屑石英組成的石英砂巖和石英巖。硅質(zhì)巖的地球化學(xué)特征對(duì)揭示其成因和反映區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化歷史有著重要意義。硅質(zhì)巖在研究區(qū)三疊系中廣泛發(fā)育，前人對(duì)該區(qū)的硅質(zhì)巖做了一些研究，并取得了一些成果[1～3]，但前人的研究也局限于一般的巖性描述，對(duì)于硅質(zhì)巖的成因及其所代表的構(gòu)造意義基本上未展開過研究。本文結(jié)合硅質(zhì)巖的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征，對(duì)晚三疊世圖姆溝組(T3t)的硅質(zhì)巖成因進(jìn)行分析，進(jìn)而揭示其地質(zhì)意義。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖[16]

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)地處青藏高原東南緣，橫斷山脈中段，金沙江、怒江、瀾滄江“三江并流”蜂腰地帶東南側(cè)，大地構(gòu)造位于歐亞和印度兩大板塊的交接部位，處于特提斯—喜馬拉雅構(gòu)造域東緣[4，5]。研究區(qū)夾持于甘孜—理塘縫合帶和中咱地塊及金沙江縫合帶之間，位于義敦島弧的南段，被多數(shù)學(xué)者稱為中甸島弧帶(圖1)。中甸島弧帶被認(rèn)為是甘孜—理塘洋盆于三疊紀(jì)末期向西俯沖消減，中甸褶皺帶東緣由被動(dòng)大陸邊緣轉(zhuǎn)化為活動(dòng)大陸邊緣過程中形成的島弧火山—沉積巖系[15]，中甸島弧帶作為義敦島弧帶的組成部分，其結(jié)構(gòu)與時(shí)空演化均保持了義敦島弧帶的共性[4]，晚三疊世中—晚期，甘孜—理塘洋盆向中咱地塊俯沖消減，從而形成典型的溝—弧—盆體系(208～237Ma)；晚三疊世末期，甘孜—理塘洋盆閉合，從而發(fā)生弧—陸碰撞造山(138～207Ma)；碰撞造山后，中甸島弧帶就進(jìn)入了伸展階段(65～135Ma)，一直到喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)開始[7]。

2 巖石學(xué)特征

野外露頭上，圖姆溝組(T3t)的硅質(zhì)巖一般為灰色、深灰色，少量呈深灰黑色，風(fēng)化面呈深灰色。硅質(zhì)巖主要呈層狀、似層狀產(chǎn)出，極少量為結(jié)核狀。硅質(zhì)巖一般呈薄層狀與灰綠色薄層泥巖互層，呈韻律層理，少量硅質(zhì)巖呈夾層產(chǎn)于灰綠色薄層泥巖中，顯示深水沉積特征(圖2)。

圖2 研究區(qū)硅質(zhì)巖采樣位置剖面示意圖

通過對(duì)研究區(qū)圖姆溝組(T3t)硅質(zhì)巖樣品鏡下鑒定，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)樣品為顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，石英晶體顆粒細(xì)小，具有似圓形輪廓，直徑為5～10μm左右。大多數(shù)樣品中發(fā)現(xiàn)放射蟲化石，直徑為50～300μm不等，大小混雜，且形態(tài)各異，多為圓狀、扁豆?fàn)睿⑶也煌瑯悠分蟹派湎x的個(gè)體大小、形狀以及分布密集程度均有所差異。少量樣品顯微紋層狀構(gòu)造發(fā)育，紋層厚度為微米級(jí)，且裂隙發(fā)育，裂隙被石英脈充填。

3 地球化學(xué)特征

對(duì)晚三疊世圖姆溝組(T3t)的硅質(zhì)巖樣品進(jìn)行遴選，選取裂隙不發(fā)育和沒有石英脈充填的樣品，再經(jīng)過手工敲打成碎塊后進(jìn)一步分選，然后送到澳實(shí)分析檢測(廣州)有限公司進(jìn)行分析測試，常量元素采用常規(guī)的濕化學(xué)方法分析，微量元素采用電感偶和等離子體—質(zhì)譜(ICP-MS)實(shí)驗(yàn)室分析，樣品的分析結(jié)果分別見表1、表2及表3。

(a.正常生物沉積區(qū) b.熱水沉積區(qū))

3.1 常量元素特征

硅質(zhì)巖中Al/(Al+Fe+Mn)比值是衡量熱水沉積物含量的標(biāo)志，當(dāng)Al/(Al+Fe+Mn)比值大于0.4代表正常生物沉積，小于0.4代表熱水沉積[17]。由表1看出，研究區(qū)硅質(zhì)巖樣品的Al/(Al+Fe+Mn)比值為0.06～0.70，平均值為0.44，其中1，9～11和16～18號(hào)樣品的Al/(Al+Fe+Mn)比值為0.06～0.38，為熱水沉積；其余樣品的Al/(Al+Fe+Mn)比值為0.46～0.70，為正常生物沉積(圖3)。

Bostrom K.(1973)認(rèn)為熱水沉積硅質(zhì)巖的Fe/Ti、(Fe+Mn)/Ti 和Al/(Al+Fe+Mn)比值分別為：大于20、大于20±5、小于0.35[18]。從表1可以看出，1，9～11，17和18號(hào)樣品的Fe/Ti比值大于20，(Fe+Mn)/Ti比值大于20±5，Al/(Al+Fe+Mn)比值小于0.35，屬于典型的熱水沉積硅質(zhì)巖，而2，12和15號(hào)樣品的上述三個(gè)比值均與熱水沉積硅質(zhì)巖的特征不符合，屬于典型的正常生物沉積硅質(zhì)巖，這與前面Al-Fe-Mn成因三角圖投點(diǎn)結(jié)果基本吻合(圖3)。其余樣品的上述三個(gè)比值介于典型的熱水沉積與正常生物沉積硅質(zhì)巖之間，推測為正常生物沉積硅質(zhì)巖后期受到熱水的改造所致。

3.2 微量元素特征

Bostrom.K等(1973)研究表明硅質(zhì)巖中微量元素的含量多少和分配特征，是其成因有效的判別標(biāo)志[18]，熱水沉積硅質(zhì)巖的Ba、Ga和U等微量元素含量較高[20]。由表2可以看出，研究區(qū)樣品的Ba元素含量為5.8～506×10-6，平均值為189×10-6，其中13號(hào)樣品的Ba元素含量為506×10-6，高于其克拉克值(441×10-6)，其余樣品的Ba元素含量為5.8～386×10-6，均低于Ba元素的克拉克值(441×10-6)，表明總體上樣品的Ba元素不富集。樣品的Ga元素含量為0.9～7.7×10-6，遠(yuǎn)低于其克拉克值(18×10-6)。樣品的U元素含量為0.28～7.03×10-6，平均值為1.69×10-6，其中1，9，11和16～17號(hào)樣品的U元素含量為2.50～7.03×10-6，大于其克拉克值(2.25×10-6)，其余樣品的U元素含量為0.28～1.98ppm，低于其克拉克值(2.25×10-6)。從以上分析可以看出，研究區(qū)硅質(zhì)巖樣品的Ba、Ga和U元素含量普遍較低，僅少量樣品(1，9，11和16～17號(hào))的U元素含量高于其克拉克值，13號(hào)樣品的Ba元素含量高于其克拉克值，具有熱水沉積特征，這與前面利用常量元素特征的判別結(jié)果基本一致。

正常海水中Th元素富集，而海底熱水中U元素富集，正常海水的沉積速率緩慢，沉積物能從海水中汲取較多的Th元素，造成大多數(shù)沉積巖的Th元素富集，U元素相對(duì)不富集，即U/Th<1；而海底熱水的沉積速率較快，沉積物不能從海水中汲取較多的Th元素，造成熱水沉積物中Th元素貧乏，而相對(duì)富集U元素，即U/Th>1[21]。研究區(qū)1，7～11，16～17號(hào)樣品的U/Th比值為1.39～8.47，屬于熱水沉積硅質(zhì)巖(U/Th>1)，其余樣品U/Th比值為0.17～0.90，屬于正常生物沉積硅質(zhì)巖(U/Th<1)，說明研究區(qū)硅質(zhì)巖既有正常生物沉積特征，也有熱水沉積特征。

表1 研究區(qū)圖姆溝組(T3t)硅質(zhì)巖常量元素特征表(ω%)

表2 研究區(qū)圖姆溝組(T3t)硅質(zhì)巖微量元素特征表

3.3 稀土元素特征

硅質(zhì)巖的稀土元素特征是判別其成因類型的重要標(biāo)志，能較好的區(qū)分正常生物沉積與熱水沉積[22]。熱水沉積硅質(zhì)巖的Ce元素呈負(fù)異常，且重稀土元素(HREE)相對(duì)富集；而正常生物沉積硅質(zhì)巖的Ce元素呈正異常，而重稀土元素(HREE)相對(duì)不富集[23]。借助北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化(NASC)后的稀土元素配分模式也可以判別硅質(zhì)巖的成因，熱水沉積硅質(zhì)巖經(jīng)北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化(NASC)后的稀土元素配分曲線呈平緩左傾譜型，而正常生物沉積硅質(zhì)巖經(jīng)北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化(NASC)后的稀土元素配分曲線呈平緩右傾譜型[24～28]。

由表3看出，研究區(qū)硅質(zhì)巖樣品Ce元素的異常有三種情況：1，10～11，16～17號(hào)樣品為明顯負(fù)異常，2～3，6～8，12號(hào)樣品為明顯正異常，其余樣品無明顯異常。通過樣品北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化(NASC)后的稀土元素配分曲線(圖4)，可以看出1，10～11，16～17號(hào)樣品的稀土元素配分曲線呈Ce元素具明顯負(fù)異常的平緩左傾譜型，顯示重稀土元素(HREE)富集的特征，為典型的熱水沉積硅質(zhì)巖。2～3，6～8，12號(hào)樣品的稀土元素配分曲線呈Ce元素具明顯正異常的平緩右傾譜型，顯示重稀土元素(HREE)相對(duì)不富集的特征，為典型的正常生物沉積硅質(zhì)巖。其余樣品的稀土元素配分曲線特征介于典型正常生物沉積與熱水沉積硅質(zhì)巖之間，說明研究區(qū)硅質(zhì)巖樣品普遍受到熱水的改造，這與前面利用樣品的常量與微量元素特征判別的結(jié)果基本吻合。

表3 研究區(qū)圖姆溝組(T3t)硅質(zhì)巖稀土元素特征表

圖4 研究區(qū)圖姆溝組(T3t)硅質(zhì)巖稀土元素配分模式(NASC)

4 結(jié) 語

研究區(qū)晚三疊世圖姆溝組(T3t)的硅質(zhì)巖，正常生物沉積與熱水沉積并存，并且樣品的SiO2含量普遍偏高，為90.92ω%～98.68ω%，平均值為96.01ω%，總體上屬于純硅巖的范疇(91ω%～99.8ω%)[29]，說明樣品普遍受到熱水的影響和改造。晚三疊世早期，研究區(qū)屬于甘孜—理塘洋盆的深水盆地沉積，構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定，生物活動(dòng)在硅質(zhì)巖的形成過程中起主要作用，主要形成正常生物沉積硅質(zhì)巖，并且硅質(zhì)巖呈薄層狀與薄層泥巖互層，韻律層理發(fā)育，顯示深水沉積特征。晚三疊世中—晚期，伴隨甘孜—理塘洋盆向中咱地塊俯沖消減，研究區(qū)構(gòu)造活動(dòng)活躍，海底火山活動(dòng)提供了較多的熱水來源，形成的硅質(zhì)巖普遍帶有熱水沉積特征，并且晚三疊世早期正常生物沉積的硅質(zhì)巖此時(shí)期也受到熱水的影響和改造。晚三疊世末期，甘孜—理塘洋盆閉合，從而發(fā)生弧—陸碰撞造山。

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