廣西東平北泗組稀土元素地球化學特征

摘 要：對于桂西南地區北泗組碳酸錳礦的成因一直存在諸多爭議，采用的分析方法也多種多樣，文章通過分析北泗組地層稀土元素地球化學特征來探討北泗組錳礦的成因問題。北泗組樣品具有LREE>HREE的熱水沉積建造的基本特點，高豐度的∑REE、不同巖性表現出的不同Ce異常以及Eu異常的散亂分布顯然與正常的海水沉積不同。Ⅰ類含錳巖系樣品表現為正Ce異常，而Ⅱ類泥灰巖樣品整體上表現出負異常，部分樣品表現出顯著的正Eu異常，結合Mn、Fe離子絡合物的吸附作用，推測北泗組錳礦為形成于氧化環境的熱水沉積型錳礦床。

關鍵詞：北泗組；地球化學特征；Ce異常；Eu異常；沉積環境

前言

晚三疊世北泗期為我國中生代重要的沉積型錳礦成礦時期，含錳巖系主要分布在廣西天等～德保～田東一帶，俗稱“東平式錳礦”[1，2]。關于北泗組沉積錳礦床的成因一直存在諸多爭議，如缺氧局限海盆說，主張錳礦的形成環境為閉塞海的缺氧環境，物源來自大陸[3]；海底熱泉噴流說，認為錳礦的形成是海底熱泉噴流熱液參與的熱水沉積。近期研究更多的認為該時期的錳礦床成因是巖漿的侵入或噴發與巖漿活動引起的海底噴氣、熱水溢流等共同作用的結果[4，5]。文章通過東平礦區三口鉆井北泗組巖芯樣品的稀土元素分析，利用地球化學方法恢復北泗期的沉積環境，為分析北泗組錳礦床的成因提供地化證據。

1 區域地質

北泗組地層主要分布在廣西天等～德保～田東一帶，位于下雷～靈馬坳陷的地州到向都弧形褶皺帶東端。其中，下雷-靈馬斷裂帶屬于同沉積斷裂，發育于基底層中又控制同時發生的沉積作用。從早泥盆世至早三疊世，主要是較薄的深水臺溝相硅質巖、燧石灰巖、砂頁巖沉積，斷裂帶南北兩側沉積較厚的臺地相碳酸鹽巖，沿斷裂帶形成特殊的“臺溝”式斷槽凹陷區，并有較強的海西-印支期巖漿運動[6，7]。區內出露的三疊世地層由老到新依次為：早三疊世馬腳嶺期、北泗期、羅樓群期，中三疊世百逢期。其中早三疊世地層巖相分異明顯，可以劃分為碳酸鹽巖相和碎屑巖相，前者包括馬腳嶺組和北泗組，后者指羅樓群組。北泗組地層為主要的含礦層位，其巖性為硅質泥灰巖、含錳硅質泥灰巖與碳酸錳礦互層。圖1為東平礦區位置。

2 稀土元素地球化學特征

稀土元素分析樣品均取自東平、扶晚礦區北泗組巖芯樣品，包括含礦層及上下地層樣品共計17件。首先，將篩選好的樣品碎成細小碎塊，利用球磨儀將其磨至200目以下的粉末，送至核工業北京地質研究院分析測試研究中心做等離子體質譜分析儀測試，分析精度優于95%。并對分析結果進行北美頁巖標準化。

2.1 稀土元素總量與輕重稀土分異

北泗組的分析樣品巖性可分為兩類，Ⅰ類為含錳巖系，包括含錳泥灰巖和碳酸錳礦，Ⅱ類為上下層位的圍巖，主要指泥灰巖類。總的來看Ⅰ類含錳巖系∑REE變化范圍較大，為71.24～217.49，平均值為128.6，高于Ⅱ類圍巖層（平均值121）。Ⅰ類和Ⅱ類的稀土總量整體上與大陸上地殼值相近（平均值為146.4×10-6），低于北美頁巖（平均值為173.2×10-6）。樣品總體上表現∑LREE/∑HREE分異明顯（平均值8.1），LaN/YbN剔除個別異常值外，變化范圍在0.68～1.64之間波動，平均值為1.18，整體上屬于標準頁巖LaN/YbN（1.0～1.3）的波動范圍。

2.2 稀土元素地球化學參數

在現代海水的氧化、偏堿性條件下，Ce3+被氧化成相對不溶的Ce4+，并被鐵錳離子的絡合物吸附，導致海水及其沉積物中Ce3+的虧損，反之亦然，因此Ce異常可作為指示沉積環境氧化還原條件的標志[8，9，10]。在熱水環境下，Eu常呈現出顯著的正異常，因此Eu異常被作為指示沉積環境溫度條件的標志[11]。Ⅰ類樣品整體表現為正Ce異常，δCe變化范圍為0.91-1.45，平均值1.11；Ⅱ類泥灰巖樣品，整體上表現為顯著的負Ce異常，剔除個別異常值，δCe值在0.79-0.95之間波動。全部樣品中δEu以正異常為主，部分出現弱的負異常或異常缺失。

2.3 稀土元素的地質意義

據Morad和Felitsyn研究發現，樣品的La/Sm>0.35，且與δCe無相關性時，沉積物Ce異常可代表其形成環境的物理化學條件[12，13，14，15]。北泗組樣品La/Sm為4.76-10.92，遠大于0.35，并且La/Sm與δCe的相關性僅為0.0088，相關性極差，因此北泗組Ⅱ類泥灰巖可以反映北泗期的沉積作用發生在具備氧化、偏堿性條件的富氧環境中（圖2-a），而Ⅰ類含錳巖系的整體正Ce異常（圖2-b），推測與Fe、Mn離子絡合物的吸附作用有關[16，17]。

水體中影響Eu異常的因素較多，通常造成正Eu異常的原因有二，其一為相對還原和堿性的沉積環境，其二為有熱水注入的沉積環境[18，19]。17件樣品中，有5件樣品表現為顯著的正Eu異常，8件表現出弱的正Eu異常，并且顯著的正Eu異常主要表現在Ⅰ類樣品中。而通過正Ce異常已經證明了北泗期的沉積發生在富氧環境中，因此結合δCe和δEu的異常值，反映在錳礦的沉積期內有熱水的注入[20]。

4 結束語

綜上所述，廣西東平北泗組地層沉積環境較復雜，樣品稀土總量與大陸上地殼值相近，呈現出顯著的輕重稀土分異。Ⅰ類和Ⅱ類樣品表現出不同的Ce異常特征，結合Fe、Mn離子絡合物的吸附性原理，反映了北泗期相對氧化、偏堿性的沉積環境。而部分樣品出現的顯著正Eu異常，也說明了沉積期內局部地區受到了熱水的影響。結合碳酸巖沉積環境的特征，以及北泗期構造及火山活動的大背景，北泗組地層的沉積環境應該為富氧的淺海環境，并受到了由于火山活動引起的海底溢流的影響。

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