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湖北竹山杨家堡组硅质岩成因及沉积环境分析

来源:动视网 责编:小OO 时间:2025-10-02 19:23:11
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湖北竹山杨家堡组硅质岩成因及沉积环境分析

文章编号:1000⁃0550(2015)06⁃1087⁃10doi:10.14027/j.cnki.cjxb.2015.06.003①中国地质调查局地质调查项目(编号:12120113061700,12120113067900)联合资助收稿日期:2014⁃08⁃11;收修改稿日期:2015⁃01⁃29湖北竹山杨家堡组硅质岩成因及沉积环境分析①刘㊀浩1,2㊀徐大良1㊀牛志军1,2㊀彭练红1㊀魏运许1㊀赵小明1,2(1.中国地质调查局武汉地质调查中心㊀武汉㊀430205;2.中国地质调查局古生物与
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导读文章编号:1000⁃0550(2015)06⁃1087⁃10doi:10.14027/j.cnki.cjxb.2015.06.003①中国地质调查局地质调查项目(编号:12120113061700,12120113067900)联合资助收稿日期:2014⁃08⁃11;收修改稿日期:2015⁃01⁃29湖北竹山杨家堡组硅质岩成因及沉积环境分析①刘㊀浩1,2㊀徐大良1㊀牛志军1,2㊀彭练红1㊀魏运许1㊀赵小明1,2(1.中国地质调查局武汉地质调查中心㊀武汉㊀430205;2.中国地质调查局古生物与
文章编号:1000⁃0550(2015)06⁃1087⁃10doi:10.14027/j.cnki.cjxb.2015.06.003

①中国地质调查局地质调查项目(编号:12120113061700,12120113067900)联合资助收稿日期:2014⁃08⁃11;收修改稿日期:2015⁃01⁃29

湖北竹山杨家堡组硅质岩成因及沉积环境分析

刘㊀浩1,2㊀徐大良1㊀牛志军1,2㊀彭练红1㊀魏运许1㊀赵小明1,2

(1.中国地质调查局武汉地质调查中心㊀武汉㊀430205;2.中国地质调查局古生物与生命 环境协同演化重点实验室㊀武汉㊀430205)

摘㊀要㊀竹山地区位于扬子陆块北缘,寒武纪早期发育一套深水硅质岩系㊂该岩系由纯硅质岩夹少量白云岩㊁页岩所组成㊂硅质岩中微晶石英含量均超过85%,还含有少量碳质㊁燧石及微量绢云母㊂地球化学分析表明,该硅质岩的SiO2含量较高,平均为93.4%;Al2O3和TiO2含量较低,分别为0.19% 1.45%和0.01% 0.09%,TFe2O3为0.053%

0.342%,Al/(Al+Fe+Mn)比值为0.58 0.83,平均为0.71,Eu/Eu∗为0.74 3.61,平均为1.65,表明其硅质主要来源于生物本身或其生命活动产物,海底热液活动亦提供了一部硅质物质;同时,硅质岩具有较低的TFe2O3/TiO2比值(2.16 12.56,平均值为5.86)和Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)比值(0.65 0.87,平均值为0.78),Y的正异常(Y/Ho值为34.81 60.19,平均为47.0)及Ce的负异常(Ce/Ce∗值为0.28 0.92),表明它们形成于远离陆源物质干扰的边缘海盆环境,且Ce负异常从底部到顶部有逐渐减小的趋势,记录了寒武纪时期扬子北缘被动陆缘裂谷盆地不断扩大,水体逐渐变深的过程㊂

关键词㊀杨家堡组㊀硅质岩㊀沉积环境㊀地球化学

第一作者简介㊀刘㊀浩㊀男㊀1984年出生㊀硕士㊀古生物与地层学㊀E⁃mail:tyc020@163.com中图分类号㊀P581㊀P512.2㊀文献标识码㊀A

0㊀引言

硅质岩是仅次于碳酸盐岩的生物和化学沉积岩

类,其分布广,硬度大,抗风化能力强,是磷㊁钒㊁金㊁银㊁铅锌㊁铂族元素等矿产的重要含矿岩系㊂硅质岩的形成往往与特定的地球化学条件相关,通过对硅质岩的岩石学㊁沉积学㊁地球化学等特征的研究,可以了解其岩石成因㊁沉积环境等信息,为揭示古环境㊁古构造等提供了研究依据[1⁃8]㊂

在埃迪卡拉纪 寒武纪之交,扬子陆块周缘普遍

发育一套硅质岩,与其上覆的黑色页岩构成黑色岩系㊂这套硅质岩在扬子东南缘被命名为老堡组或留茶坡组,上覆地层为牛蹄塘组黑色页岩,而在扬子北缘被命名为杨家堡组,上覆地层为庄子沟组黑色板岩㊂前人对该时期的硅质岩的岩石成因㊁沉积环境等方面的研究较多,但是这些研究多集中于扬子地区的东南缘,且多数学者认为扬子东南缘的硅质岩的形成多与海底热液有关[7⁃14]㊂相比之下,扬子北缘的硅质岩的研究程度较低㊂李晓彪等[15]对扬子北缘城口地区早寒武世巴山组硅质岩做过研究,表明其形成也与热液有着密切的关系㊂而对扬子北缘的与巴山组同时期武当山地区的杨家堡组硅质岩,前人多从岩石学

及沉积学的角度去阐释其沉积环境,尚缺少地球化学方面的研究㊂笔者对湖北省竹山县旁杨家堡组剖面进行了实测并采样,试图从沉积学㊁岩石学和地球化学方面来探讨杨家堡组硅质岩的岩石成因与沉积环境㊂

1㊀地质背景与样品描述

湖北省竹山县位于扬子陆块北缘的南秦岭构造

带内,地质构造演化较为复杂(图1),主要为印支 燕山构造阶段和喜马拉雅构造阶段形成的一系列北西向㊁近东西向断层及褶皱[16]㊂震旦纪 志留纪该区为扬子板块北部被动陆缘裂谷盆地,沉积物以半深海 深海相硅质岩类㊁泥质岩类㊁碳酸盐岩为主[17]㊂

寒武纪杨家堡组硅质岩的下伏地层为震旦纪江西沟组与霍河组,江西沟组为深水硅质岩与变质砂岩㊁板岩沉积,霍河组为硅质白云岩㊁白云质石英粉砂岩㊁大理岩沉积㊂杨家堡组上覆地层为庄子沟组为黑色炭质板岩㊁硅质板岩夹泥质板岩㊂杨家堡组和庄子沟组构成的海相黑色岩系,为南秦岭地区的镍㊁钼㊁钒㊁铀㊁石煤等矿产的重要赋存层位[18]㊂这套海相黑色岩系也记录当时海洋盆地强烈伸展和构造沉降㊁大洋缺氧等构造㊁环境事件[19]㊂

第33卷㊀第6期2015年12月

沉积学报

ACTASEDIMENTOLOGICASINICA

Vol.33㊀No 6Dec.2015

竹山县城旁杨家堡组发育齐全,其顶底界线清晰㊂笔者进行了详细地实测,剖面起点为32ʎ14ᶄ

9.46ᵡN,110ʎ14ᶄ33.36ᵡE㊂该组底部为黑色中 厚层碳硅质泥岩㊁硅质白云岩夹硅质岩,单层厚度12 28cm,总厚41.2m;下部为黑色中 薄层白云岩夹硅质岩,单层厚5 15cm,水平层理发育,总厚24.2m;中部为黑色薄层硅质岩夹碳硅质泥岩,厚31.6m;上部为灰色硅质岩夹泥岩,厚102m(图2)㊂总体而言,杨家堡组下部白云岩居多,中上部白云岩减少,以硅质岩及硅质页岩为主,反映该地区水体逐渐变深的一个过程㊂

笔者系统采集硅质岩样品,共采集样品21件(图2)㊂在室内进行了薄片观察后选取17件样品进行主量元素和微量元素分析㊂这17件硅质岩样品主要由微晶石英所组成(含量均超过85%),含少量碳质及微量白云母㊂石英颗粒细小,粒度一般0.01

0.05mm,彼此镶嵌排列,颗粒长轴呈定向性排列,少量石英颗粒达0.1 0.2mm,呈条带状相对集中分布

㊂图1㊀竹山地区地质简图及剖面位置

Fig.1㊀GeologicalsketchmapofZhushanareaandlocation

ofthesectionofYangjiabaoFormation2㊀分析方法及结果

采集的硅质岩样品,磨去风化表面,取新鲜部分,

用蒸馏水去污后,粉碎至200目,干燥后送至分析测试㊂主量元素测试在国土资源部武汉岩矿测试中心

的X射线荧光光谱仪(AXXIOS)上进行的,测试结果见表1㊂微量元素送至中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR),使用该实验室Agilent7500aICP⁃MS分析完成,精度优于ʃ3%㊂详细的样品处理㊁分析测试㊁分析精度同Liu等[20],分析结果见表2㊂

本文采用澳大利亚后太古代平均页岩(PAAS)

进行稀土元素标准化[21]㊂Ce㊁Eu㊁Pr和Y异常表达式分别为:Ce/Ce∗=2ˑCeN/(LaN+PrN),Eu/Eu∗=EuN/(SmNˑGdN)1/2,Pr/Pr∗=2PrN/(CeN+NdN),Y/Y∗=2YN/(DyN+HoN))[22](N代表页岩标准化)㊂

3㊀地球化学特征

㊀㊀竹山地区杨家堡组除底部样品Z⁃1的SiO2

(83.3%)含量较低外,其他样品SiO2含量介于90.13%

98.47%,为较纯的硅质岩(图3)㊂样品Z⁃1具有较

高的烧失量(7.55%)和较高的CaO含量(6.83%),表明被烧失的挥发分以CO2为主㊂除Z⁃1外,所有的其他常量元素含量都低于2%㊂Al2O3和TiO2含量均偏低,分别为0.19% 1.45%和0.01% 0.09%,MnO含量为0.0004% 0.009%㊂全铁含量为0.053% 0.

348%(用Fe2O3含量表示)㊂

稀土元素的分析结果见表2㊂经PAAS标准后

的分布曲线(图2)显示,杨家堡组样品均呈左倾分布㊂所有样品均显示Ce的负异常和Y的正异常,Ce/Ce∗介于0.25与0.92之间,平均为0.54;Eu成负异常,Eu/Eu∗为0.74 3.61,平均值为1.65㊂LaN/CeN

为0.96 3.34,平均为1.92;LaN/YbN为0.048 0.481,平均为0.167㊂Y/Ho值介于34.81 60.19,平均为

47.0㊂除样品Z⁃20外,其他样品ðREE普遍偏低(1.919 76.54ug/g),平均为25.37,不到PAAS的ðREE总量(184.79ug/g)的1/7㊂

4㊀讨论

4.1㊀硅质岩成因

硅质岩中的Al㊁Ti主要来自于陆源物质,而Fe㊁

Mn主要来自于热液活动[23]㊂Adachi分析了深海钻探计划Leg32航次的42个白垩系样品后指出,热水沉积硅质岩具有较高的TFe2O3值,最高值可达

6.68%[24]㊂此外,硅质岩中的Al/(Al+Fe+Mn)比例也是判别热液的贡献的一个重要指标,该比值与距大洋中脊的距离呈正相关[25],例如日本三叠纪Kamiaso生物成因的远洋硅质岩中Al/(Al+Fe+Mn)约为8

801㊀沉㊀积㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第33卷㊀

0.60[24],而深海钻探计划Leg32航次发现的热液硅质岩中该比值平均为0.12㊂杨家堡组硅质岩TFe2O3值为0.043% 0.341%,远少于热水成因的硅质岩TFe2O3含量,其Al/(Al+Fe+Mn)的平均值为0.71,更

接近于日本三叠纪Kamiaso生物成因的硅质岩组成㊂此外,在Yamamoto等[26]建立的Al⁃Fe⁃Mn图解中,杨家堡组硅质岩数据落入或者靠近非热水成因的范围内(图

4)㊂

图2㊀竹山杨家堡组地层柱状图及样品页岩标准化稀土模式曲线

北太平洋深部海水PAAS曲线据Alibo,etal.,1998[22],热液流体的PAAS曲线据常华进等,2008[4]

Fig.2㊀ThestratigraphiccolumnandPAAS⁃normalizedREEpatternsforsiliceousrocksofYangjiabaoFormation

PAAS-normalizedREEpatternsforNorthPacificDeepWaterandsubmarinehydrothermalfluidsarebasedonAlibo,etal.,1998[22]andChang,etal.,2008[4],respectively

801㊀第6期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀刘㊀浩等:湖北竹山杨家堡组硅质岩成因及沉积环境分析

Table1㊀MajorelementcontentofsiliceousrocksofYangjiabaoFormationinZhushanarea原编号Z⁃1Z⁃2Z⁃3Z⁃4Z⁃6Z⁃7Z⁃8Z⁃9Z⁃10Z⁃11Z⁃12Z⁃14Z⁃15Z⁃16Z⁃17Z⁃19Z⁃20SiO283.397.8497.4297.2795.1998.4797.3296.5396.9297.5396.9198.0793.4797.1696.9795.6690.13TiO20.010.010.010.010.010.010.020.030.020.020.010.010.050.020.020.020.09Al2O30.190.230.250.220.260.250.30.50.270.290.450.260.640.330.330.251.45Fe2O30.010.010.040.010.020.060.070.070.070.050.070.010.270.040.020.010.19FeO0.050.050.030.050.030.030.030.030.050.030.050.070.070.030.030.030.03MnO0.0090.0010.0010.0020.0020.0010.00040.0010.0010.0030.00040.0040.0010.00030.00030.0010.001MgO1.820.130.130.310.090.110.020.040.030.020.050.010.060.040.050.360.46CaO6.830.240.210.451.60.120.10.180.050.070.080.10.340.050.180.620.36Na2O0.030.020.010.030.030.020.010.010.010.020.010.010.010.020.030.040.02K2O0.040.040.030.020.060.020.010.040.040.040.050.010.090.040.080.050.34P2O50.040.0040.010.010.010.010.040.10.010.040.040.030.210.020.110.020.27LOI7.551.371.721.362.570.881.431.81.911.451.650.961.421.691.942.735.28总量99.8899.9499.8699.7499.8799.9899.3599.3399.3899.5699.3799.5496.6399.4499.7699.7998.62∗TFe2O30.0660.0660.0730.0660.0530.0930.1030.1030.1260.0830.1260.0880.3480.0730.0530.0430.223Al/(Al+Fe+Mn)0.650.720.710.710.780.660.680.780.610.710.730.680.580.770.820.810.83Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)0.950.960.860.960.930.810.810.880.790.850.870.960.700.890.940.960.88SiO2/(K2O+Na2O)11901630243519451057246148661930193816251615490393416198811062250SiO2/Al2O3438.42425.39389.68442.14366.12393.88324.40193.06358.96336.31215.36377.19146.05294.42293.85382.6462.16(K2O+Na2O)/Al2O30.370.260.160.230.350.160.070.100.190.210.130.080.160.180.330.360.25Al2O3/(A2O3+Fe2O3)0.950.960.860.960.930.810.810.880.790.850.870.960.700.890.940.960.88㊀㊀∗TFe2O3值代表全铁,其值为∗TFe2O3=Fe2O3+1.1113ˑFeO

表2㊀竹山地区杨家堡组稀土元素含量表

Table2㊀REEcontentofsiliceousrocksofYangjiabaoFormationinZhushanarea

样品号PAASZ⁃1Z⁃2Z⁃3Z⁃4Z⁃6Z⁃7Z⁃8Z⁃9Z⁃10Z⁃11Z⁃12Z⁃14Z⁃15Z⁃16Z⁃17Z⁃19Z⁃20La38.23.080.261.750.690.820.311.744.412.714.733.180.9210.53.685.426.8257.5Ce79.66.670.493.131.051.330.612.084.642.313.782.681.1115.42.655.294.2638.4Pr8.830.890.0690.380.180.170.0940.381.280.871.631.530.232.961.392.12.2317.4Nd33.93.90.31.350.70.610.441.76.054.628.158.751.1514.37.411.110.386.2Sm5.550.770.0570.190.170.120.120.411.561.342.172.640.343.712.124.142.4420.7Eu1.10.120.0280.0560.0550.0670.0450.390.980.670.720.740.192.280.721.140.685.38Gd4.660.760.0890.20.170.20.120.612.222.073.343.850.565.533.148.123.5426.1Tb0.770.120.0180.0330.0360.0280.0220.0870.30.360.550.670.0850.910.541.520.624.31Dy4.680.850.150.280.260.220.190.622.072.483.964.730.646.513.78114.3928.9Ho0.990.220.0410.0650.0710.0540.0560.140.490.620.951.130.141.570.872.6516.71Er2.850.660.150.240.240.210.20.491.5422.943.630.515.322.838.373.1520.5Tm0.410.10.0290.040.0420.0280.0330.090.230.30.420.530.090.870.451.250.452.98Yb2.820.720.210.270.260.260.260.681.642.022.713.510.755.723.048.273.1519.6Lu0.430.10.0280.0430.0460.0430.050.130.290.340.440.560.130.960.541.340.53.17ðREE184.7918.961.9198.0273.974.162.559.54727.722.7136.4938.136.84576.5433.1571.7143.53337.85Y278.992.773.413.72.792.717.9122.225.938.244.38.3279.635.510434.7248Y/Ho2741.6668.0952.1852.4351.3948.4155.2945.4741.5140.2639.0860.1950.7340.9139.2634.8136.98Ce/Ce∗10.920.850.890.690.810.820.590.450.340.310.260.560.630.260.350.250.28Pr/Pr∗11.011.041.081.201.131.031.131.221.201.281.191.081.091.251.211.411.30Eu/Eu∗10.741.781.361.482.031.743.62.451.851.241.072.062.331.290.911.081.07LaN/CeN14.275.402.262.412.511.891.570.570.650.770.982.421.460.521.251.261.20

㊀㊀硅质岩的SiO2㊁K2O㊁Na2O㊁Al2O3等元素之间的比值也可以用来解释硅质岩的成因㊂前人经过统计总结了一些双变量图解,这些图解可用来区分火山成因硅质岩与生物成因硅质岩㊂苏联别洛耶湖凝灰岩硅质岩与麦维姆河上游生物成因的硅质岩在SiO2⁃Al2O3㊁SiO2⁃(K2O+Na2O)的双变量图解上数据分区

0901㊀沉㊀积㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第33卷㊀

图3㊀寒武纪杨家堡组硅质岩(Z⁃2样品)岩石显微照片(左为单偏光,右为正交偏光)

Fig.3㊀PhotomicrographsofCambriansilicesousrocks(SampleZ⁃2)

(Left:solepolarized;Right:crossed

polarized)

图4㊀杨家堡组硅质岩Al⁃Fe⁃Mn三角判别图

Ⅰ.热水成因硅质岩(Hydrothermal⁃depositedsiliceousrocks);Ⅱ.非热水成因硅质岩(Non⁃Hydrothermalsiliceousrocks)

Fig.4㊀Al⁃Fe⁃Mndiscriminaldiagramforsiliceousrocks

ofYangjiabaoFormation

明显[27]㊂不同成因的硅质岩在(K2O+Na2O)⁃Al2O3

图解中也会落入不同的区域[28]㊂在杨家堡组硅质岩的SiO2⁃(K2O+Na2O)图解中,有4个样品都落入了生物成因区,其他13个样品紧靠生物成因区(图5),而在SiO2⁃Al2O3图解与(K2O+Na2O)⁃Al2O3图解中,样品均落入或者紧靠生物成因区(图6,7)㊂这些双变量图解综合表明了本区硅质岩为生物本身或生物活动有着密切的关系㊂㊀㊀稀土元素也是判断硅质岩成因的有效手段

[4,10,29]

㊂REE含量在陆源碎屑(包括黏土矿物)比

海水中要高得多,即使少量的陆源碎屑介入到硅质岩中,也能显著其REE的组成[30]㊂此外,海底热液流体具有比普通海水高得多的REE含量[31⁃32]㊂除样品Z-20的稀土总量为337.9μg/g,其他杨家堡组硅质岩的样品的ðREE为1.9 76.54μg/g,平均

图5㊀竹山杨家堡组硅质岩的SiO2-(K2O+Na2O)判别图Ⅰ.生物成因硅质岩(Biologically-sedimentarysiliceousrocks);Ⅱ.火山成因硅质岩(Volcano-sedimentarysiliceousrocks)

Fig.5㊀SiO2vs.(K2O+Na2O)discriminaldiagramfor

siliceousrocksofYangjiabao

Formation

图6㊀杨家堡组硅质岩(K2O+Na2O)⁃Al2O3判别图

Ⅰ.生物成因硅质岩(Biological⁃depositedsiliceousrocks);Ⅱ.火山成因硅质岩(Volcano⁃sedimentarysiliceousrocks)

Fig.6㊀(K2O+Na2O)vs.Al2O3discriminaldiagramfor

siliceousrocksofYangjiabaoFormation

25.37μg/g,和PAAS的ðREE(184μg/g)相比,它们具有低得多的稀土总量,表明陆源碎屑物质及热液活动对硅质岩的影响非常小㊂

LREE相对于HREE的亏损是现代及古代海水

的一个显著特征,其PAAS标准化曲线呈现左倾的特征[4,33]㊂一般页岩LREE相对HREE无亏损,配分曲线呈平坦型,而酸性的热液流体的REE表现出Eu的正异常(Eu/Eu∗平均为15.6)和LREE富集(GdN/YbN平均为2.57,LaN/YbN平均为2.4)[4,34],其配分曲线总体呈右倾型㊂杨家堡组硅质岩的LaN/YbN平均为0.17,GdN/YbN平均为0.56,PAAS标准化配分曲线呈现左倾的特征(图2),且La呈现正异常(LaN/CeN为0.96 3.34,平均为1.92),Gd为正异常(0.24

901㊀第6期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀刘㊀浩等:湖北竹山杨家堡组硅质岩成因及沉积环境分析

Fig.7㊀SiO2vs.Al2O3discriminaldiagramforsiliceous

rocksforYangjiabaoFormation0.39,平均为0.31),正的Y异常(1.32 2.17,平均为1.85),这些特征与现代海水的稀土配分特征相似㊂然而,Eu/Eu∗值为0.74 3.61,平均为1.65,表现为弱的正异常,Ce表现为负异常(0.25 0.92,平均为0.54)㊂典型热液沉积物常具有明显的Eu正异常,多为热液喷口附近,而在远离热液喷口的地方,由于海水混合作用一般不具有明显的Eu正异常[35⁃36]㊂杨家堡组硅质岩不明显的Eu异常表明其沉积于热液活动的远端㊂Ce的负异常也表明热液活动的存在[3],但因其具有比PAAS低得多的稀土总量,热液活动对硅质岩成岩的贡献较小㊂

㊀㊀综上所述,笔者认为杨家堡组硅质岩的物质来源主要来自于生物或者其活动产生的硅质物质,热液活动也提供了一部分硅质来源㊂在震旦纪末期及寒武纪早期,海洋中菌藻类微生物非常繁盛,这些菌藻类生物在硅质岩的成岩过程中发挥了重要作用㊂一方面,微生物产生大量的有机物质,在异养细菌的帮助下与水体中的氧发生反应,使得海水偏酸性而有利于硅质岩的沉积[4],另一方面,某些菌藻类能直接参与硅质岩的成岩作用㊂伊海生等[37]和夏文杰等[38]在湘西地区震旦纪 寒武纪之交的留茶坡组硅质岩中均发现了丰富的菌藻类生物化石㊂这些化石一般为10 20μm,小者不到0.1μm,个体较小,在光学显微镜下亦没有固定的形态和结构㊂在硅质岩成岩后,由于矿物的重结晶作用和有机质的降解作用,使得生物结构更加模糊,仅能见到色暗㊁斑点或者凝胶状团块[38]㊂杨家堡组硅质岩的时代与留茶坡组相当,其所含有的碳质物质来源于菌藻类或者其活动产生的有机物,表明硅质岩的形成可能与这些菌藻类生物的活动密切相关㊂这些菌藻类个体微小,并且经历重结晶作用和有机质降解,因此难以观察出明显的生物结构㊂

4.2㊀硅质岩的沉积环境

硅质岩在成岩过程中,可能会造成SiO2含量的变化,但是其Al㊁Fe㊁Ti和REE却相对稳定,可以用来区分沉积环境[39⁃40]㊂Murray[23]分析了全球早古生代至第三纪不同沉积背景下的49个硅质岩地球化学特征后,提出用TFe2O3/TiO2,LaN/CeN和Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)等指标来判别硅质岩的沉积环境[23](图8a d)㊂杨家堡组硅质岩均具有较低的TFe2O3/TiO2比值(2.16 12.56,平均值为5.86)和Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)比值(0.65 0.87,平均值为0.78),LaN/CeN为0.96 3.34,平均为1.92㊂在TFe2O3/(100-SiO2)⁃Al2O3/(100-SiO2)图解和100ˑTFe2O3/SiO2⁃100ˑAl2O3/SiO2图解中,样品均靠近边缘位置,但图解并未区分边缘与大洋盆地㊂在Fe2O3/TiO2⁃Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)图解中,有2个点落入远洋盆地与边缘交互区内,其他点均落入边缘范围内,而在LaN/CeN⁃Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)图解中,除4个数据落入边缘区㊁1个数据落入远洋盆地区外,其他的数据点均在靠接近边缘及远洋盆地附近㊂这些特征表明硅质岩沉积于边缘海盆环境㊂Y和Ho的离子半径和电负性相近,因此具有相似的地球化学特征㊂前人研究表明,上地壳物质及PAAS均具有和球粒陨石相似的Y/Ho值(26 28)[30,41]㊂除高度分异的花岗岩外,包括洋中脊和大洋岛弧玄武岩在内的岩浆岩,均具有与球粒陨石相似的Y/Ho值[42]㊂不同的水体之间,Y/Ho的比值也不一致,如海水的Y/Ho值(Y/Hoʈ55)比河水及河口水体更高,而河水的Y/Ho值与PAAS相近或稍高[43⁃44]㊂Girty等[45]报导了美国的Shoofly杂岩中形成于陆源环境的硅质岩的Y/Ho平均值为26.34,与PAAS相近,Y和Ho未发生分异㊂而日本Sasayama中上二叠统远洋盆地环境中的硅质岩Y/Ho平均值为36.80,明显高于Shoofly杂岩中的硅质岩[46]㊂此外,太平洋海水(水深5 2576m)具有明显的Y正异常(Y/Ho值为53.32 59.24,平均值为56.10)[22]㊂杨家堡组硅质岩的Y/Ho值介于34.81 60.19,平均为47.0,存在明显的Y与Ho的分异,反映其形成于远离陆源供应的环境㊂

2901㊀沉㊀积㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第33卷㊀

图8㊀a.竹山杨家堡组硅质岩TFe2O3/(100-SiO2)⁃Al2O3/(100-SiO2)判别图;b.竹山杨家堡组硅质岩100ˑTFe2O3/SiO2⁃100ˑAl2O3/SiO2判别图;c.竹山杨家堡组硅质岩Fe2O3/TiO2⁃Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)判别图;d.竹山杨家堡组硅质岩LaN/CeN⁃Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)判别图a.TFe2O3/(100-SiO2)vs.Al2O3/(100-SiO2)discriminaldiagramforsiliceousrocksofYangjiabaoFormation;b.100ˑTFe2O3/SiO2vs.100ˑAl2O3/SiO2discriminaldiagramforsiliceousrocksofYangjiabaoFormation;c.Fe2O3/TiO2vs.Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)discriminaldiagramforsili⁃ceousrocksofYangjiabaoFormation;d.LaN/CeNvs.Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)discriminaldiagramforsiliceousrocksofYangjiabaoFormation

㊀㊀Ce/Ce∗是判别硅质岩形成环境的有效指标[23,39⁃40,47⁃49]㊂地层中Ce的负异常主要是由沉积环境和沉积速率所控制,而沉积速率本身与沉积环境关系密切[41,50],如加利福利亚弗朗西斯科杂岩从边缘到远洋盆地,其沉积速率逐渐降低,硅质岩Ce负异常越来越明显㊂形成于大洋中脊及两翼(0 400km)的硅质岩具有最低的Ce/Ce∗值(0.17 0.56,平均为0.28,PAAS标准化),开阔洋盆中硅质岩具有中等的Ce/Ce∗值(0.47 0.71,平均值为0.56,PAAS标准化),而形成于边缘(>2800km)的Ce/Ce∗值(0.62 1.43,平均值为1.02,PAAS标准化)[41]㊂杨家堡硅质岩的Ce/Ce∗介于0.28 0.92之间,平均值为0.56,且从杨家堡组的底部到顶部具有明显的变小的趋势,底部样品的Ce/Ce∗值更接近于边缘环境(如Z⁃1,Z⁃2,Z⁃3),中间样品(如Z⁃8,Z⁃9)更接近于远洋沉积盆地的Ce/Ce∗,顶部样品(如Z⁃16,Z⁃17,Z⁃19,Z⁃20)更接近于大洋中脊附近的Ce/Ce∗值㊂因所有的硅质岩样品的主量元素均未有大洋中脊的硅质岩组成特征,Ce/Ce∗值的变化可以理解为寒武纪时期扬子北缘被动陆缘裂谷盆地不断扩大,水体逐渐变深的演变过程㊂

5㊀结论

(1)竹山地区早寒武世杨家堡组以硅质岩为主,夹少量白云岩㊁页岩㊂硅质岩主要由微晶石英所组成,含量均超过85%,含少量碳质㊁燧石及微量绢云母㊂

(2)根据竹山杨家堡组硅质岩的Al⁃Fe⁃Mn㊁(K2O+Na2O)⁃Al2O3㊁SiO2⁃(K2O+Na2O)㊁SiO2⁃Al2O3图解,结合低ðREE及明显左倾的稀土配分特征,认为硅质物质主要来源于生物本身或其生命活动,Eu和Ce的异常也表明其受到热液活动的影响,热液活动提供了一部分硅质来源㊂

(3)杨家堡组硅质岩具有较低的Fe2O3/TiO2及Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)比值,表明其形成于边缘及远洋盆地㊂Y/Ho值介于34.81 60.19,平均为47.0,存在明显的Y与Ho的分异,反映其形成于远离陆源供应的环境㊂其Ce/Ce∗平均为0.56,从底部

到顶部有逐渐减小的趋势,记录了寒武纪时期扬子北缘被动陆缘裂谷盆地不断扩大,水体逐渐变深的演变过程㊂

致谢㊀湖北省地调院杨金香高级工程师对硅质岩薄片鉴定给予了悉心的指导,审稿人对本文修改提供了建设性意见,在此表示衷心地感谢㊂

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PetrogenesisandSedimentaryEnvironmentofSiliceousRocksof

YangjiabaoFormationinZhushanArea,NorthwesternHubei

LIUHao1,2㊀XUDaLiang1㊀NIUZhiJun1,2㊀PENGLianHong1㊀WEIYunXu1㊀ZHAOXiaoMing1,2

(1.WuhanCenterofChinaGeologicalSurvey,Wuhan430205;

2.KeyLaboratoryofPaleontologyandCoevolutionofLifeandthePlanet,CGS,Wuhan430205)

Abstract:DeepwatersiliceousrocksdevelopedduringtheEarlyCambrianinZhushanareawhichlocatedonthenorthmarginoftheYangtzeblock.Theserocksmainlycomprisepuresiliceousrocks,withlittledolomiteandshale.Thesi⁃liceousrocksarecomposedofmicrocrystallinequartz(contentofmorethan85%)andsomecarbon,flintandsericite.TheyshowhighSiO2content(93.4%,onaverage)bygeochemicalanalysis.ContentsofAl2O3andTiO2,areaslowas0.19% 1.45%and0.01% 0.09%,respectively.AndTFe2O3accountsfor0.053% 0.342%.TheratioofAl/(Al+Fe+Mn)isfrom0.58to0.83(0.73,onaverage),withEu/Eu∗beingin0.74 3.61range(1.65,onaverage),whichindicatesthesiliconcomesfrombiologicalactivitiesandhydrothermalinjection.Meanwhile,theratioofTFe2O3/TiO2andAl2O3/(Al2O3+Fe2O3)areevidentlylowto2.16 12.56and0.65 0.87Yispositiveanomaly(Y/Hovalueis34.81 60.19)andCeisnegativeanomaly(Ce/Ce∗valueis0.28 0.92),implyingthattheserocksweredepositedinanoceanbasinwithnoinputofterrigenousmaterials.NegativeanomalyofCearelessevidenttoupside,whichrecordstheexpansionofthepassivecontinentalmarginriftbasinonthenorthernYangtzeblock.

Keywords:YangjiabaoFormation;siliceousrocks;depositionalenvironment;geochemistry

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湖北竹山杨家堡组硅质岩成因及沉积环境分析

文章编号:1000⁃0550(2015)06⁃1087⁃10doi:10.14027/j.cnki.cjxb.2015.06.003①中国地质调查局地质调查项目(编号:12120113061700,12120113067900)联合资助收稿日期:2014⁃08⁃11;收修改稿日期:2015⁃01⁃29湖北竹山杨家堡组硅质岩成因及沉积环境分析①刘㊀浩1,2㊀徐大良1㊀牛志军1,2㊀彭练红1㊀魏运许1㊀赵小明1,2(1.中国地质调查局武汉地质调查中心㊀武汉㊀430205;2.中国地质调查局古生物与
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