云南香格里拉图姆沟组硅质岩地球化学特征及意义

李超民，邓江红，王国芝，任小庆

(1.贵州省地质矿产勘查开发局104地质大队，贵州 都匀，558000；2.成都理工大学地球科学学院，四川 成都，610059；3.中石化绿源地热能开发有限公司，陕西 咸阳，712000)

硅质岩指隐晶或微晶质自生SiO2矿物(如蛋白石，玉髓及石英等)含量达70～80%的化学沉积岩，不包括由碎屑石英组成的石英砂岩和石英岩。硅质岩的地球化学特征对揭示其成因和反映区域地质构造演化历史有着重要意义。硅质岩在研究区三叠系中广泛发育，前人对该区的硅质岩做了一些研究，并取得了一些成果[1～3]，但前人的研究也局限于一般的岩性描述，对于硅质岩的成因及其所代表的构造意义基本上未展开过研究。本文结合硅质岩的岩石学和地球化学特征，对晚三叠世图姆沟组(T3t)的硅质岩成因进行分析，进而揭示其地质意义。

图1 研究区大地构造位置图[16]

1 地质背景

研究区地处青藏高原东南缘，横断山脉中段，金沙江、怒江、澜沧江“三江并流”蜂腰地带东南侧，大地构造位于欧亚和印度两大板块的交接部位，处于特提斯—喜马拉雅构造域东缘[4，5]。研究区夹持于甘孜—理塘缝合带和中咱地块及金沙江缝合带之间，位于义敦岛弧的南段，被多数学者称为中甸岛弧带(图1)。中甸岛弧带被认为是甘孜—理塘洋盆于三叠纪末期向西俯冲消减，中甸褶皱带东缘由被动大陆边缘转化为活动大陆边缘过程中形成的岛弧火山—沉积岩系[15]，中甸岛弧带作为义敦岛弧带的组成部分，其结构与时空演化均保持了义敦岛弧带的共性[4]，晚三叠世中—晚期，甘孜—理塘洋盆向中咱地块俯冲消减，从而形成典型的沟—弧—盆体系(208～237Ma)；晚三叠世末期，甘孜—理塘洋盆闭合，从而发生弧—陆碰撞造山(138～207Ma)；碰撞造山后，中甸岛弧带就进入了伸展阶段(65～135Ma)，一直到喜马拉雅运动开始[7]。

2 岩石学特征

野外露头上，图姆沟组(T3t)的硅质岩一般为灰色、深灰色，少量呈深灰黑色，风化面呈深灰色。硅质岩主要呈层状、似层状产出，极少量为结核状。硅质岩一般呈薄层状与灰绿色薄层泥岩互层，呈韵律层理，少量硅质岩呈夹层产于灰绿色薄层泥岩中，显示深水沉积特征(图2)。

图2 研究区硅质岩采样位置剖面示意图

通过对研究区图姆沟组(T3t)硅质岩样品镜下鉴定，发现大多数样品为显微晶质结构，石英晶体颗粒细小，具有似圆形轮廓，直径为5～10μm左右。大多数样品中发现放射虫化石，直径为50～300μm不等，大小混杂，且形态各异，多为圆状、扁豆状，并且不同样品中放射虫的个体大小、形状以及分布密集程度均有所差异。少量样品显微纹层状构造发育，纹层厚度为微米级，且裂隙发育，裂隙被石英脉充填。

3 地球化学特征

对晚三叠世图姆沟组(T3t)的硅质岩样品进行遴选，选取裂隙不发育和没有石英脉充填的样品，再经过手工敲打成碎块后进一步分选，然后送到澳实分析检测(广州)有限公司进行分析测试，常量元素采用常规的湿化学方法分析，微量元素采用电感偶和等离子体—质谱(ICP-MS)实验室分析，样品的分析结果分别见表1、表2及表3。

(a.正常生物沉积区 b.热水沉积区)

3.1 常量元素特征

硅质岩中Al/(Al+Fe+Mn)比值是衡量热水沉积物含量的标志，当Al/(Al+Fe+Mn)比值大于0.4代表正常生物沉积，小于0.4代表热水沉积[17]。由表1看出，研究区硅质岩样品的Al/(Al+Fe+Mn)比值为0.06～0.70，平均值为0.44，其中1，9～11和16～18号样品的Al/(Al+Fe+Mn)比值为0.06～0.38，为热水沉积；其余样品的Al/(Al+Fe+Mn)比值为0.46～0.70，为正常生物沉积(图3)。

Bostrom K.(1973)认为热水沉积硅质岩的Fe/Ti、(Fe+Mn)/Ti 和Al/(Al+Fe+Mn)比值分别为：大于20、大于20±5、小于0.35[18]。从表1可以看出，1，9～11，17和18号样品的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，属于典型的热水沉积硅质岩，而2，12和15号样品的上述三个比值均与热水沉积硅质岩的特征不符合，属于典型的正常生物沉积硅质岩，这与前面Al-Fe-Mn成因三角图投点结果基本吻合(图3)。其余样品的上述三个比值介于典型的热水沉积与正常生物沉积硅质岩之间，推测为正常生物沉积硅质岩后期受到热水的改造所致。

3.2 微量元素特征

Bostrom.K等(1973)研究表明硅质岩中微量元素的含量多少和分配特征，是其成因有效的判别标志[18]，热水沉积硅质岩的Ba、Ga和U等微量元素含量较高[20]。由表2可以看出，研究区样品的Ba元素含量为5.8～506×10-6，平均值为189×10-6，其中13号样品的Ba元素含量为506×10-6，高于其克拉克值(441×10-6)，其余样品的Ba元素含量为5.8～386×10-6，均低于Ba元素的克拉克值(441×10-6)，表明总体上样品的Ba元素不富集。样品的Ga元素含量为0.9～7.7×10-6，远低于其克拉克值(18×10-6)。样品的U元素含量为0.28～7.03×10-6，平均值为1.69×10-6，其中1，9，11和16～17号样品的U元素含量为2.50～7.03×10-6，大于其克拉克值(2.25×10-6)，其余样品的U元素含量为0.28～1.98ppm，低于其克拉克值(2.25×10-6)。从以上分析可以看出，研究区硅质岩样品的Ba、Ga和U元素含量普遍较低，仅少量样品(1，9，11和16～17号)的U元素含量高于其克拉克值，13号样品的Ba元素含量高于其克拉克值，具有热水沉积特征，这与前面利用常量元素特征的判别结果基本一致。

正常海水中Th元素富集，而海底热水中U元素富集，正常海水的沉积速率缓慢，沉积物能从海水中汲取较多的Th元素，造成大多数沉积岩的Th元素富集，U元素相对不富集，即U/Th<1；而海底热水的沉积速率较快，沉积物不能从海水中汲取较多的Th元素，造成热水沉积物中Th元素贫乏，而相对富集U元素，即U/Th>1[21]。研究区1，7～11，16～17号样品的U/Th比值为1.39～8.47，属于热水沉积硅质岩(U/Th>1)，其余样品U/Th比值为0.17～0.90，属于正常生物沉积硅质岩(U/Th<1)，说明研究区硅质岩既有正常生物沉积特征，也有热水沉积特征。

表1 研究区图姆沟组(T3t)硅质岩常量元素特征表(ω%)

表2 研究区图姆沟组(T3t)硅质岩微量元素特征表

3.3 稀土元素特征

硅质岩的稀土元素特征是判别其成因类型的重要标志，能较好的区分正常生物沉积与热水沉积[22]。热水沉积硅质岩的Ce元素呈负异常，且重稀土元素(HREE)相对富集；而正常生物沉积硅质岩的Ce元素呈正异常，而重稀土元素(HREE)相对不富集[23]。借助北美页岩标准化(NASC)后的稀土元素配分模式也可以判别硅质岩的成因，热水沉积硅质岩经北美页岩标准化(NASC)后的稀土元素配分曲线呈平缓左倾谱型，而正常生物沉积硅质岩经北美页岩标准化(NASC)后的稀土元素配分曲线呈平缓右倾谱型[24～28]。

由表3看出，研究区硅质岩样品Ce元素的异常有三种情况：1，10～11，16～17号样品为明显负异常，2～3，6～8，12号样品为明显正异常，其余样品无明显异常。通过样品北美页岩标准化(NASC)后的稀土元素配分曲线(图4)，可以看出1，10～11，16～17号样品的稀土元素配分曲线呈Ce元素具明显负异常的平缓左倾谱型，显示重稀土元素(HREE)富集的特征，为典型的热水沉积硅质岩。2～3，6～8，12号样品的稀土元素配分曲线呈Ce元素具明显正异常的平缓右倾谱型，显示重稀土元素(HREE)相对不富集的特征，为典型的正常生物沉积硅质岩。其余样品的稀土元素配分曲线特征介于典型正常生物沉积与热水沉积硅质岩之间，说明研究区硅质岩样品普遍受到热水的改造，这与前面利用样品的常量与微量元素特征判别的结果基本吻合。

表3 研究区图姆沟组(T3t)硅质岩稀土元素特征表

图4 研究区图姆沟组(T3t)硅质岩稀土元素配分模式(NASC)

4 结 语

研究区晚三叠世图姆沟组(T3t)的硅质岩，正常生物沉积与热水沉积并存，并且样品的SiO2含量普遍偏高，为90.92ω%～98.68ω%，平均值为96.01ω%，总体上属于纯硅岩的范畴(91ω%～99.8ω%)[29]，说明样品普遍受到热水的影响和改造。晚三叠世早期，研究区属于甘孜—理塘洋盆的深水盆地沉积，构造相对稳定，生物活动在硅质岩的形成过程中起主要作用，主要形成正常生物沉积硅质岩，并且硅质岩呈薄层状与薄层泥岩互层，韵律层理发育，显示深水沉积特征。晚三叠世中—晚期，伴随甘孜—理塘洋盆向中咱地块俯冲消减，研究区构造活动活跃，海底火山活动提供了较多的热水来源，形成的硅质岩普遍带有热水沉积特征，并且晚三叠世早期正常生物沉积的硅质岩此时期也受到热水的影响和改造。晚三叠世末期，甘孜—理塘洋盆闭合，从而发生弧—陆碰撞造山。

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