李蔚洋，劉 杰，何幼斌

（1江漢油田勘探開發(fā)研究院；2長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院）

四川地區(qū)上二疊統(tǒng)吳家坪組條帶狀硅質(zhì)巖成因分析

李蔚洋1，劉 杰1，何幼斌2

（1江漢油田勘探開發(fā)研究院；2長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院）

四川盆地上二疊統(tǒng)吳家坪組條帶狀硅質(zhì)巖分布廣泛，所含生物主要為體小殼薄的有孔蟲、介形蟲、腕足類、雙殼類等，缺乏放射蟲，偶見海綿骨針。顯微薄片顯示，生物屑多被硅化,見殘余方解石碎屑。MnO/TiO2值平均為4.5，Al—Fe—Mn判別圖解多數(shù)樣品落于Ⅰ區(qū)，Co/Ni值平均為0.127，稀土元素總量平均為1.4778×10-6，輕稀土元素總量/重稀土元素總量的值皆小于1，重稀土元素有富集趨勢(shì)，這些特征均表明硅質(zhì)巖中的硅來源于熱水沉積。綜合分析認(rèn)為，所研究的硅質(zhì)巖為沉積—交代的綜合產(chǎn)物,由石灰?guī)r發(fā)生交代作用所形成；沉積物中的硅來自同沉積火山活動(dòng)、海底熱泉及上升洋流等；硅質(zhì)巖形成時(shí)主要為較深水的斜坡，部分為開闊臺(tái)地，與碳酸鹽巖原巖具有相同的沉積環(huán)境。

硅質(zhì)巖；巖石成因；沉積作用；吳家坪組；四川盆地

硅質(zhì)巖是一類富含SiO2(一般大于70%)的特殊巖石，在化學(xué)沉積和生物沉積的巖類中,其規(guī)模僅次于碳酸鹽巖。由于其抵抗后期改造的能力較強(qiáng)，能夠反映出某些沉積相帶特殊的地質(zhì)背景,有助于恢復(fù)成巖前的古地理、古氣候及指導(dǎo)找礦，所以硅質(zhì)巖的研究具有十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

硅質(zhì)巖成因和形成環(huán)境的研究方法很多，如地球化學(xué)方法［1-2］、同位素方法［3］、巖石學(xué)方法等。本文通過地球化學(xué)方法對(duì)四川地區(qū)吳家坪組條帶狀硅質(zhì)巖的成因和沉積環(huán)境進(jìn)行了分析。

1 概 況

本次研究的取樣位置處于四川盆地北部邊界，與龍門山推覆帶和秦嶺—大別造山帶相鄰，在長(zhǎng)江溝、雙匯、立石河及尖山四個(gè)野外剖面上取樣（圖1），共獲取上二疊統(tǒng)吳家坪組硅質(zhì)巖樣品18塊。

四川盆地上二疊統(tǒng)吳家坪組的巖性如圖2所示，它與下伏茅口組多呈假整合接觸。吳家坪組多以海相石灰?guī)r為主并含煤，其下部（第1層）主要為灰色中層硅質(zhì)條帶泥晶石灰?guī)r，中部和上部石灰?guī)r段（第2—9層）主要為灰色—灰黑色、中—厚層狀的灰泥石灰?guī)r和含生物屑石灰?guī)r，并含隧石條帶及少量燧石團(tuán)塊、灰黑色薄層狀硅質(zhì)巖等。沉積環(huán)境總體為較深水的斜坡及開闊臺(tái)地。

圖1 四川地區(qū)硅質(zhì)巖樣品取樣位置

2 條帶狀硅質(zhì)巖的特征

圖2 四川旺蒼雙匯剖面上二疊統(tǒng)吳家坪組巖性柱狀圖

本區(qū)上二疊統(tǒng)吳家坪組的硅質(zhì)巖類型多樣，按產(chǎn)狀一般可分為結(jié)核狀（團(tuán)塊狀）、條帶狀及層狀三類（圖3），其中以前二者居多。由于所取樣品多為條帶狀硅質(zhì)巖，所以本文主要針對(duì)該類硅質(zhì)巖的成因進(jìn)行分析。

2.1 宏觀及微觀特征

條帶狀硅質(zhì)巖（圖3b）在四川盆地內(nèi)常見，主要與中厚層石灰?guī)r共生。一般呈深灰—灰黑色，薄—中層狀，少量為厚層狀，長(zhǎng)寬之比常為5～20。硅質(zhì)巖與石灰?guī)r呈互層或過渡，甚至有的硅質(zhì)巖層中夾有殘余的石灰?guī)r體，而它們的生物屑類型完全相同。條帶狀硅質(zhì)巖在剖面上具有較好的成層性，厚度大體均一，層面有不同程度的起伏，有些地方還露出孤立的石灰?guī)r體。條帶狀硅質(zhì)巖與其原巖（石灰?guī)r）的沉積環(huán)境是一致的。這種硅質(zhì)巖的原巖主要為中薄層的石灰?guī)r，水平紋理發(fā)育，有的地區(qū)還有同沉積變形構(gòu)造，其中的生物類型多較單調(diào)，是一些營(yíng)浮游生活的鈣質(zhì)生物。而且在橫向上這種石灰?guī)r與中—厚層石灰?guī)r和薄層硅質(zhì)巖相過渡，因此它形成時(shí)的水體是較深的，介于淺水與深水的過渡環(huán)境即斜坡環(huán)境。

硅質(zhì)巖的礦物成分以玉髓和微晶石英為主，還有含量不等的雜質(zhì)，如泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、方解石、甚至白云石（后期交代產(chǎn)物）。薄片中燧石呈小米粒狀和小于1μm的隱晶，掃描電鏡下呈片狀、海綿狀及等粒狀，顆粒間有泥質(zhì)和炭質(zhì)充填。化學(xué)成分特征則介于薄層狀硅質(zhì)巖和結(jié)核狀硅質(zhì)巖之間。

條帶狀硅質(zhì)巖中的生物碎屑類型多單調(diào)，主要為體小殼薄的有孔蟲、介形蟲、腕足類、雙殼類等，缺乏放射蟲，偶見海綿骨針。生物碎屑的含量一般小于30%，并多已硅化,部分還可見殘余方解石碎屑。

圖3 四川盆地北部邊界野外剖面硅質(zhì)巖特征

因此，條帶狀硅質(zhì)巖可能為沉積—交代的綜合產(chǎn)物。在沉積過程中，沉積物中混有的硅質(zhì)成分一部分就地沉淀，另一部分則為交代碳酸鹽沉積物所致。

2.2 地球化學(xué)特征

2.2.1 主量元素地球化學(xué)特征

研究區(qū)上二疊統(tǒng)吳家坪組條帶狀硅質(zhì)巖化學(xué)成分以SiO2為主，含量為57.18%～97.85%（平均值84.53%）；其次為CaO,Fe2O3,FeO,MgO，含量分別為0.74%～23.4%（平均值 7.74%），0.05%～1.02%（平均值 0.60%），0.47%～1.02%（平均值 0.58%），0.08%～1.36%（平均值0.35%）；其他成分的含量都較低，平均值均小于0.1%（表1）。

表1 四川盆地北部上二疊統(tǒng)吳家坪組硅質(zhì)巖化學(xué)成分（%）及MnO/TiO2值

研究表明，硅質(zhì)巖的 Fe、Mn、Al、Ti是判別其成因的重要標(biāo)志，這歸因于Fe、Mn的富集主要與熱水沉積作用有關(guān),而Al、Ti則與陸源碎屑物質(zhì)的參與有關(guān)。其中MnO/TiO2值是判斷硅質(zhì)巖沉積環(huán)境的重要地球化學(xué)指標(biāo),離陸較近的大陸坡和邊緣海沉積的硅質(zhì)巖MnO/TiO2值一般小于0.5，離陸較遠(yuǎn)的遠(yuǎn)洋盆地沉積的硅質(zhì)巖MnO/TiO2值大于0.5［4］。本區(qū)吳家坪組條帶狀硅質(zhì)巖MnO/TiO2的平均值為4.5，遠(yuǎn)大于0.5，表明該區(qū)條帶狀硅質(zhì)巖可能形成于離陸較遠(yuǎn)的遠(yuǎn)洋盆地。

海相沉積物中Al/(Al+Fe+Mn)值是衡量沉積物中熱水沉積含量的標(biāo)志，該比值隨著熱水沉積含量的增加而減?。?］。M.Adachi(1986)［7］和Ymamoto［1］在系統(tǒng)地研究了熱水沉積與生物沉積硅質(zhì)巖樣品后指出，硅質(zhì)巖Al/(Al+Fe+Mn)值由純熱水沉積的0.01變化到純遠(yuǎn)海生物沉積的0.60，并由此擬定了硅質(zhì)巖Al-Fe-Mn三角成因判別圖解，發(fā)現(xiàn)所有純熱水沉積的數(shù)據(jù)均落入圖中的富鐵端，而非熱水沉積的數(shù)據(jù)均落入圖中的富鋁端。有的熱水沉積中錳含量很低，被認(rèn)為是直接從熱泉中沉積的［4］。筆者對(duì)表2中給出的6件硅質(zhì)巖樣品做了Al-Fe-Mn判別圖解（圖4），結(jié)果有4件樣品落于Ⅰ區(qū)（熱水成因硅質(zhì)巖），有1件樣品落于Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)（生物成因硅質(zhì)巖）的過渡區(qū)域，還有1件樣品落于更靠近Al端。這個(gè)結(jié)果表明，研究區(qū)吳家坪組條帶狀硅質(zhì)巖的形成主要與熱液有關(guān)。

表2 四川盆地北部上二疊統(tǒng)吳家坪組硅質(zhì)巖化學(xué)組分（×10-2）及其部分比值（%）

圖4 四川盆地北部上二疊統(tǒng)吳家坪組硅質(zhì)巖Al-Fe-Mn判別圖解（底圖據(jù)文獻(xiàn)［7］）

2.2.2 微量元素地球化學(xué)特征

在熱水沉積硅質(zhì)巖中微量元素主要有Co和Ni，其中又以Ni較為富集，Co相對(duì)較少,Co/Ni值小于1［5］。研究區(qū)內(nèi)條帶狀硅質(zhì)巖中Co含量為（1.86～2.88）×10-6，平均值 2.39×10-6；Ni含量 為 （4.65～41.90）×10-6，平均值 29.59×10-6（表3）。每個(gè)樣品的Co/Ni值均小于0.5，平均為0.127，因此認(rèn)為研究區(qū)的條帶狀硅質(zhì)巖具有熱水沉積特征。

2.2.3 稀土元素地球化學(xué)特征

稀土元素含量特征也是區(qū)別熱水沉積和非熱水沉積的重要標(biāo)志［8］。Fleet等［9］在系統(tǒng)深入地研究世界上屬于熱水成因的金屬沉積與屬于非熱水成因的水成金屬沉積中的稀土元素（REE）之后，得出結(jié)論：熱水沉積中∑REE（稀土元素總量）低；非熱水沉積中∑REE總量高，但HREE（重稀土元素）不富集。

本次研究樣品的稀土分析結(jié)果見表4，平均稀土元素總量為1.4778×10-6，明顯低于前人結(jié)果（1.80～13.70）×10-6［6］。輕稀土元素總量/重稀土元素總量（∑LREE/∑HREE）皆小于1，變化范圍為0.6195～0.7130，HREE有富集趨勢(shì)。

以上特征也表明研究區(qū)硅質(zhì)巖中的硅來源于熱水沉積。

表3 四川盆地北部上二疊統(tǒng)吳家坪組硅質(zhì)巖中Co、Ni含量（×10-6）及其比值

3 討論與結(jié)論

綜上所述，研究區(qū)硅質(zhì)巖的MnO/TiO2的平均值為0.7427，表明該區(qū)條帶狀硅質(zhì)巖可能形成于離陸較遠(yuǎn)的遠(yuǎn)洋盆地；Al-Fe-Mn判別圖解中本區(qū)樣品多落于富鐵端，硅質(zhì)巖的形成主要與熱液有關(guān)；Co/Ni值平均為0.127,每個(gè)樣品的Co/Ni值均小于0.5,這也表明本區(qū)條帶狀硅質(zhì)巖具有熱水沉積特征；平均稀土元素總量為1.4778×10-6，輕稀土元素總量/重稀土元素總量皆小于1，變化范圍0.6195～0.7130，重稀土元素有富集趨勢(shì)，這些特征仍然表明研究區(qū)硅質(zhì)巖中的硅來源于熱水沉積。

分析認(rèn)為，四川地區(qū)上二疊統(tǒng)吳家坪組條帶狀硅質(zhì)巖為沉積—交代的綜合產(chǎn)物,為石灰?guī)r發(fā)生交代作用所形成。沉積物中硅質(zhì)成分豐富，它們來自同沉積火山活動(dòng)、海底熱泉及上升洋流等的作用。硅質(zhì)巖形成時(shí)為較深水的斜坡，部分為開闊臺(tái)地環(huán)境，與碳酸鹽巖原巖具有相同的沉積環(huán)境。

表4 四川盆地北部上二疊統(tǒng)吳家坪組硅質(zhì)巖稀土元素含量（μg/g）及∑LREE/∑HREE 值

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Origin of Upper Permian Wujiaping Banding Siliceous Rock in Sichuan Basin

Li Weiyang，Liu Jie，He Youbin

Late Permian Wujiaping banding siliceous rock is widely distributed in the upper Yangtze area.Small foraminifera,ostracoda,brachiopod and dissoconch are common but radiolaria is Lack of and calthrop is rare.The observation of microscopic sections has shown that pioclasts are most silicated and residual calcites can be found.Average ratio of MnO/TiO2is 4.5.There are 4 specimens that fall in domainⅠin the Al-Fe-Mn discrimination diagram.The ratios of Co/Ni are less than 0.5 with the average of 0.127.Total volume of the rare-earth element is 1.4778×10-6.The values of ∑LREE/∑HREE are less than 1.The HREE has a concentration tendency.All of these characteristics indicate that the Si in the silica rock derives from the hydrothermal deposits.It is believed that the silica rock is a deposition-alternation product,which was caused by metasomatosis of limestone.The silica rock is commonly built up in the deepwater slope and partly in the open platform so that it formed in the same depositional environment with carbonate rock.

Siliceous rock；Rock origin；Deposition；Upper Permian；Sichuan Basin

TE111.3

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2011.02.009

1672-9854(2011)-02-0061-05

2010-04-12

李蔚洋：女，1981生，2003年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院，2009年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲碩士學(xué)位。通訊地址：433123湖北省潛江市；電話：(0728)6509631-814

吳厚松

Li Weiyang：female,Master.Add:Exploration and Development Research institute,SINOPEC Jianghan Oilfield Company,Qianjiang，Hubei，433124 China