張 巖， 漆富成， 張字龍， 李治興， 王文全， 楊志強(qiáng)

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

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迭部志留系硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征及成因分析

張 巖， 漆富成， 張字龍， 李治興， 王文全， 楊志強(qiáng)

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

中-下志留統(tǒng)碳硅泥巖賦鈾建造中硅質(zhì)巖的主量元素、微量元素、稀土元素、Si和O同位素特征顯示，下部地層中硅質(zhì)巖樣品的形成與火山物質(zhì)相關(guān)，其形成古構(gòu)造環(huán)境為邊緣海環(huán)境，并具上地殼特征，硅質(zhì)巖樣品中的鈾來(lái)源于下伏中酸性火山巖；上部地層中硅質(zhì)巖樣品為與生物作用有關(guān)的熱水沉積硅質(zhì)巖，其形成古構(gòu)造環(huán)境為擴(kuò)張中心(裂谷)開(kāi)始活動(dòng)的邊緣海環(huán)境，并具幔源特征，硅質(zhì)巖樣品中的鈾可能來(lái)源于上地幔。

硅質(zhì)巖；地球化學(xué)特征；熱水沉積成因；志留系

張巖，漆富成，張字龍，等.2015.迭部志留系硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征及成因分析[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，38(4)：375-382.

Zhang Yan,Qi Fu-cheng, Zhang Zi-long,et al.2015.Geochemical characteristics and genesis analysis of the silurian siliceous rock in Diebu[J].Journal of East China Institute of Technology (Natural Science), 38(4)：375-382.

南秦嶺若爾蓋鈾礦田是我國(guó)碳硅泥巖型鈾礦的重要產(chǎn)地，礦田在迭部地區(qū)的賦礦層位主要為志留系地層，且硅質(zhì)巖層是重要的鈾源層和賦礦層。前人雖然對(duì)本地區(qū)硅質(zhì)巖進(jìn)行了大量研究，但是對(duì)其成因及其中賦存鈾的來(lái)源問(wèn)題看法不一(周德安等，1979；陳友良，2008；朱西養(yǎng)等，2008；趙鳳民，2011)。本文通過(guò)對(duì)占哇地區(qū)中-下志留統(tǒng)地層中硅質(zhì)巖的地球化學(xué)特征研究，來(lái)揭示硅質(zhì)巖成因及形成的構(gòu)造古環(huán)境，并進(jìn)一步探討其中鈾的來(lái)源問(wèn)題。這對(duì)揭示若爾蓋鈾礦田碳硅泥巖型鈾礦床成因機(jī)理具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

若爾蓋鈾礦田位于秦嶺—大別造山帶秦嶺板塊西段南緣，白龍江復(fù)背斜溫泉溝次級(jí)背斜北翼西部，距南面勉略縫合帶50 km左右。區(qū)內(nèi)出露有震旦系―白堊系地層，志留紀(jì)后期沿?cái)嗔旬a(chǎn)出的輝綠巖規(guī)模小且分散，下伏巖漿巖以震旦系中酸性火山巖為主。褶皺構(gòu)造為白龍江復(fù)背斜，走向NWW，長(zhǎng)約50 km，寬約20 km。主要斷裂構(gòu)造線(xiàn)與地層走向大體一致，為NWW向，另發(fā)育橫切地層的NE向斷裂。礦體主要沿NWW向主干斷裂的構(gòu)造轉(zhuǎn)折端及分支膨脹部的破碎帶分布，具明顯后期構(gòu)造控礦特征(圖1)。礦區(qū)主要出露地層：震旦系中酸性火山巖地層，厚1 300 m，U含量為1×10-6～5×10-6；寒武系―奧陶系地層，厚927 m，U含量為8×10-6～12×10-6；志留系地層，厚度大于1 147.3 m，U含量為5×10-6～15×10-6。均為典型碳硅泥巖型地層，局部硅質(zhì)巖層礦化，未礦化硅質(zhì)巖U含量為礦區(qū)本底值。

圖1 若爾蓋鈾礦田區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)朱西養(yǎng)等，略有修改)Fig.1 Regional geological map of Ruoergai uranium ore field1.第四系黃土；2.白堊系陸源碎屑巖；3.侏羅系安山巖、火山碎屑巖；4.三疊系灰?guī)r、白云巖、砂巖；5.二疊系灰?guī)r；6.石炭系灰?guī)r；7.泥盆系灰?guī)r、板巖、白云巖；8.上志留統(tǒng)硅質(zhì)巖、灰?guī)r、板巖、硅灰?guī)r透鏡體；9.中志留統(tǒng)砂巖、板巖、硅質(zhì)巖、硅灰?guī)r透鏡體；10.下志留統(tǒng)板巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖、硅灰?guī)r透鏡體；11.寒武系.奧陶系硅質(zhì)巖、板巖、砂巖、灰?guī)r(白云巖)透鏡體；12.震旦系中酸性火山凝灰?guī)r；13.地質(zhì)界線(xiàn)；14.斷裂；15.輝綠巖脈體；16.鉆孔；17.鈾礦床；18.取樣剖面

2 樣品特征及分析測(cè)試

樣品采自中-下志留統(tǒng)地層中硅質(zhì)巖，1-4號(hào)硅質(zhì)巖為下部地層硅質(zhì)巖取樣，5-8號(hào)硅質(zhì)巖為上部地層硅質(zhì)巖取樣。硅質(zhì)巖樣品呈灰黑色，塊狀結(jié)構(gòu)，礦物組成主要為微晶石英及少量重結(jié)晶石英，有機(jī)質(zhì)含量較高，具明顯沉積特征。硅質(zhì)巖圍巖無(wú)后期礦化、蝕變、淋濾、氧化褪色現(xiàn)象，具淺變質(zhì)。1-4號(hào)硅質(zhì)巖樣品U含量為2.25×10-6～3.56×10-6，與下伏中酸性火山巖U含量相當(dāng)；5-8號(hào)硅質(zhì)巖樣品U含量為5.99×10-6～11.90×10-6，與志留系地層U含量相當(dāng)。

樣品粉碎至200目，進(jìn)行常量元素X熒光化學(xué)分析及微量元素ICP-MS化學(xué)分析。O同位素以連續(xù)流分析測(cè)試法測(cè)定；Si同位素以硅酸鹽或含硅礦物Si同位素組成的五氟化溴法測(cè)定。

3 硅質(zhì)巖的主量元素分析

占哇地區(qū)硅質(zhì)巖1-4號(hào)樣品的SiO2含量為78.28%～80.46%，Na2O/K2O﹥1，相對(duì)于其它硅質(zhì)巖樣品較富集Al，F(xiàn)e，Mg；5-8號(hào)樣品的SiO2含量為96.65%～97.79%，為純硅質(zhì)巖(表1)。對(duì)現(xiàn)代熱水沉積物和古代類(lèi)似沉積物研究表明，熱水來(lái)源的硅質(zhì)巖明顯富Si，F(xiàn)e，Mn，貧Al，Ti，K，Na，當(dāng)Fe/Ti，Al/(Al+Fe+Mn)，(Fe+Mn)/Ti比值分別﹥20，﹤0.35，﹥25(±5)時(shí)，一般認(rèn)為屬于熱水沉積物(Bostrom，1973)。1-4號(hào)樣品的Fe/Ti值為3.73～4.29，小于20；Al/(Al+Fe+Mn)值為0.74～0.81，大于0.35； (Fe+Mn)/Ti值為3.79～4.24，小于25(±5)，均顯示了陸源物質(zhì)或火山物質(zhì)對(duì)硅質(zhì)巖的形成產(chǎn)生了影響。5-8號(hào)樣品的Fe/Ti值大于20；Al/(Al+Fe+Mn)值為0.14～0.17，小于0.35；(Fe+Mn)/Ti值大于25(±5)，均顯示了熱水沉積物特征(表1)。

經(jīng)Fe-Mn-(Cu+Ni+Co)×10圖解投圖(Bostrom，1973，圖2)，樣品投影點(diǎn)均落在熱液沉積物區(qū)。經(jīng)Fe-Mn-Al圖解投圖(Rona，1987，圖3)，1-4號(hào)樣品投影點(diǎn)落于生物及其它非熱水沉積物區(qū)及附近，5-8號(hào)樣品投影點(diǎn)落于熱水沉積物區(qū)。經(jīng)SiO2-MgO圖解投圖(圖4)，1-4號(hào)樣品投影點(diǎn)落于火山凝灰質(zhì)硅質(zhì)巖區(qū)，5-8號(hào)樣品投影點(diǎn)落于生物區(qū)邊緣內(nèi)。經(jīng)Fe/Ti-Al/(Al+Fe+Mn) 圖解投圖(Bostrom，1973，圖5)，1-4號(hào)樣品投影點(diǎn)落于生物物質(zhì)端元與陸源物質(zhì)端元之間，5-8號(hào)樣品投影點(diǎn)落于熱水沉積物區(qū)。

圖2 硅質(zhì)巖的Fe-Mn-(Cu+Ni+Co)×10圖解Fig.2 Fe-Mn-(Cu+Ni+Co)×10 triangle diagram of siliceous rockHN.水成沉積物區(qū)；HD.熱液沉積物區(qū)；RH.紅海熱液沉積物區(qū)；ED.東太平洋中脊熱液沉積物區(qū)

圖3 硅質(zhì)巖的Fe-Mn-Al三角成因判別圖解(據(jù)Adachi等，1986；Rona，1987)Fig.3 Fe-Mn-Al triangle diagram of siliceous rock(after Adachi et al.,1986; Rona,1987)Ⅰ.生物沉積及其它非熱水沉積物區(qū)；Ⅱ.熱水沉積物區(qū)

圖4 硅質(zhì)巖的SiO2-MgO圖解Fig.4 SiO2-MgO diagram of siliceous rock

圖5 硅質(zhì)巖的Fe/Ti-Al/(Al+Fe+Mn) 圖解(據(jù)Bostrom，1973)Fig.5 Fe/Ti-Al/(Al+Fe+Mn) diagram of siliceous rock(after Bostrom, 1973)

研究表明，開(kāi)闊大洋中沉積的硅質(zhì)巖、大陸斜坡和邊緣海沉積硅質(zhì)巖的MnO2/TiO2分別為﹥0.5、﹤0.5(Adachi et al.，1986；Bostrom，1973)；洋中脊硅質(zhì)巖、大洋盆地硅質(zhì)巖、大陸邊緣硅質(zhì)巖Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值分別為﹤0.4，0.4～0.7，0.5～0.9(Murray，1991)；洋中脊附近硅質(zhì)巖、北太平洋硅質(zhì)巖、日本中部大陸邊緣的三疊紀(jì)層紋狀硅質(zhì)巖Al/(Al+Fe) 平均值分別為0.12，0.32，0.60(Adachi et al.，1986；Yamamoto，1987)。1-4號(hào)樣品的MnO2/TiO2值為0.04～0.07，與大陸斜坡和邊緣海沉積的硅質(zhì)巖MnO2/TiO2值分布范圍一致；Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值為0.87～0.95，與大陸邊緣硅質(zhì)巖Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值分布范圍一致；Al/(Al+Fe)值為0.74～0.81，與日本中部大陸邊緣的三疊紀(jì)層紋狀硅質(zhì)巖Al/(Al+Fe) 平均值相近。以上說(shuō)明1-4號(hào)樣品形成于大陸邊緣和大陸斜坡環(huán)境。5-8號(hào)樣品的MnO2/TiO2值大于0.83，與開(kāi)闊大洋中沉積的硅質(zhì)巖MnO2/TiO2分布范圍一致；Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值為0.32～0.53，與大洋盆地硅質(zhì)巖Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值分布范圍一致；Al/(Al+Fe)值為0.14～0.17，介于洋中脊附近硅質(zhì)巖與北太平洋硅質(zhì)巖Al/(Al+Fe)值之間，以上說(shuō)明5-8號(hào)樣品形成于開(kāi)闊洋盆環(huán)境(表1)。

Fe2O3/TiO2-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)圖解與Fe2O3/(100-SiO2)-Al2O3/(100-SiO2)圖解是判別硅質(zhì)巖形成環(huán)境的有效圖解(Murry，1994)，經(jīng)投圖1-4號(hào)樣品投影點(diǎn)落于大陸邊緣范圍，5-8號(hào)樣品投影點(diǎn)落于洋中脊與大陸邊緣之間的開(kāi)闊洋盆范圍(圖6)。

4 硅質(zhì)巖的微量元素分析

V，U為熱液元素。研究表明，洋中脊硅質(zhì)巖V≈42×10-6，Ti/V≈7，大洋盆地硅質(zhì)巖V≈38×10-6，Ti/V≈25，大陸邊緣硅質(zhì)巖V≈20×10-6，Ti/V≈40(Murry et al.，1991；李獻(xiàn)華，2000)。 1-4號(hào)樣品的V含量為56.1×10-6～63.6×10-6，大于洋中脊硅質(zhì)巖V含量；Ti/V為52.55～72.56(表3)，與大陸邊緣硅質(zhì)巖Ti/V值相當(dāng)，說(shuō)明1-4號(hào)樣品形成環(huán)境具有洋中脊環(huán)境與大陸邊緣環(huán)境雙重特征。5-8號(hào)樣品的V含量為103×10-6～253×10-6，遠(yuǎn)高于洋中脊硅質(zhì)巖V含量；Ti/V小于0.64，遠(yuǎn)低于洋中脊硅質(zhì)巖Ti/V值，說(shuō)明5-8號(hào)樣品形成于類(lèi)洋中脊環(huán)境，但熱液作用較洋中脊環(huán)境強(qiáng)烈。

圖6 硅質(zhì)巖形成環(huán)境的常量元素判別圖解(據(jù)Murry et al.，1994)Fig.6 Major element discrimination diagram of siliceous rock in formation environment(Murry et al., 1994)

相關(guān)研究表明，大陸邊緣環(huán)境相關(guān)硅質(zhì)巖Th/Sc﹤0.01～1，Th/U﹥3.8，相對(duì)遠(yuǎn)離大陸環(huán)境硅質(zhì)巖Th/Sc≈0.01～0.3，Th/U≈0.6～5。1-4號(hào)樣品的Th/Sc為1.41～1.63，與大陸邊緣環(huán)境相關(guān)硅質(zhì)巖Th/Sc值相近；Th/U值介于3.62～4.12之間(表3)，基本落在大陸邊緣環(huán)境相關(guān)硅質(zhì)巖Th/U分布范圍內(nèi)，說(shuō)明1-4號(hào)樣品形成于大陸邊緣環(huán)境。5-8號(hào)樣品的Th/Sc為0.13～0.39，與相對(duì)遠(yuǎn)離大陸環(huán)境硅質(zhì)巖Th/Sc值分布范圍相當(dāng)；Th/U為0.03～0.07，遠(yuǎn)小于相對(duì)遠(yuǎn)離大陸環(huán)境硅質(zhì)巖Th/U值，說(shuō)明5-8號(hào)樣品形成于相對(duì)遠(yuǎn)離大陸邊緣環(huán)境，且受熱液元素U等影響較強(qiáng)。

1-4號(hào)樣品Y/Ho為25.06～28.83，與平均火成巖與碎屑沉積巖Y/Ho≈28，相近(表3)，表明1-4號(hào)樣品的形成與火成巖或碎屑沉積巖有關(guān)。

經(jīng)U-Th圖解投圖(Rona，1987，圖7)，1-4號(hào)樣品的投影點(diǎn)全部落于普通深海沉積物區(qū)，5-8號(hào)樣品的投影點(diǎn)全部落在紅海式熱水沉積物區(qū)。在Zr-Cr圖解中(Marchig，1982，圖8)，1-4號(hào)樣品的投影點(diǎn)落在現(xiàn)代水成沉積物的趨勢(shì)線(xiàn)與集中區(qū)附近及外側(cè)， 5-8號(hào)樣品的投影點(diǎn)分布于現(xiàn)代熱水沉積物趨勢(shì)線(xiàn)附近。

表3 硅質(zhì)巖樣品部分微量元素含量(10-6)及比值

注：微量元素由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心分析。

圖7 不同類(lèi)型沉積物的U-Th關(guān)系圖(據(jù)Rona, 1987)Fig.7 U-Th diagram of different types of sediments(Rona, 1987)Ⅰ.TAG熱水沉積物區(qū)；Ⅱ.Galapagos熱水沉積物區(qū)；Ⅲ.Amphitrite；Ⅳ.紅海熱水沉積物區(qū)；Ⅴ.中太平洋中脊熱水沉積物區(qū)；Ⅵ.Langban熱水沉積物區(qū)；Ⅶ.錳結(jié)核區(qū)；Ⅷ.普通深海沉積物區(qū)；Ⅸ.鋁土礦區(qū)；Ⅹ.古老石化的熱水沉積物區(qū)

圖8 硅質(zhì)巖的Zr-Cr圖解(據(jù)Marchig, 1982)Fig.8 Zr-Cr diagram of siliceous rock(after Marchig, 1982)Ⅰ.現(xiàn)代熱水沉積物的趨勢(shì)線(xiàn)；Ⅱ.現(xiàn)代水成沉積物的趨勢(shì)線(xiàn)及集中區(qū)；Ⅲ.現(xiàn)代水成含金屬沉積物分布區(qū)

5 硅質(zhì)巖的稀土元素分析

圖9 硅質(zhì)巖北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分模式曲線(xiàn)圖Fig.9 The NASC-normalized REE pattern of siliceous rock samples

圖10 硅質(zhì)巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分模式曲線(xiàn)圖(據(jù)Boynton,1984)Fig.10 The chondrite-normalized REE pattern of siliceous rock samples(after Boynton, 1984)

稀土元素是研究硅質(zhì)巖成因、恢復(fù)成巖環(huán)境、判別氧化還原條件的良好地球化學(xué)示蹤劑，由于巖石稀土元素配分模式一般不受后期成巖和變質(zhì)作用的影響，故其稀土元素配分模式主要反映成巖前稀土的配分特征。1-4號(hào)樣品稀土配分模式與北美頁(yè)巖相近； 5-8號(hào)樣品稀土配分模式顯示了LREE的虧損(圖9)，且其稀土配分模式與下伏中酸性火山巖的稀土配分模式具有相似性(圖10)。下面主要對(duì)硅質(zhì)巖稀土配分模式的δCe、δEu、(La/Ce)N、∑REE進(jìn)行分析。(1)δCe：現(xiàn)代大洋硅質(zhì)巖和造山帶古海洋硅質(zhì)巖δCe值從大洋中脊(0.29) →大洋盆地(0.55) →大陸邊緣沉積環(huán)境(0.90～1.30) 表現(xiàn)出遞增規(guī)律(Murray et al.，1991； Murray，1994)。1-4號(hào)樣品的δCe值分布范圍為0.892～0.916(表2)，顯示了大陸邊緣沉積環(huán)境特征；5-8號(hào)樣品的δCe值分布范圍為0.737～1.098，顯示了大洋盆地與大陸邊緣之間沉積環(huán)境特征。

(2)δEu：熱水流體參與的沉積成巖作用往往以Eu的正異常為標(biāo)志，洋中脊附近的硅質(zhì)巖指示δEu值從洋中脊1.35降低到距洋中脊75 km 處的1.02(Murray et al.，1991；Murray，1994)。1-4號(hào)樣品δEu值分布范圍為0.808～0.905，顯示了Eu的弱負(fù)異常特征；5-8號(hào)樣品δEu值分布范圍為0.976～1.216(表2)，顯示了熱水流體的特征。

(3)(La/Ce)N：洋中脊附近硅質(zhì)巖(La/Ce)N≈3.15， 大洋盆地硅質(zhì)巖中(La/Ce)N=1.10～2.15，大陸邊緣硅質(zhì)巖中(La/Ce)N=0.15～1.15(Murray et al.，1991；Murray，1994)。1-4號(hào)樣品(La/Ce)N值分布范圍為1.048～1.104，顯示大陸邊緣硅質(zhì)巖特征；5-8號(hào)樣品(La/Ce)N值分布范圍為0.790～1.314(表2)，顯示大陸邊緣與大洋盆地硅質(zhì)巖特征。

(4)∑REE：Murray等在研究大洋中脊、大洋盆地和大陸邊緣等不同大地構(gòu)造環(huán)境中的熱水沉積硅質(zhì)巖時(shí)發(fā)現(xiàn)，自濱淺海至大洋盆地∑REE降低，典型的熱水沉積型硅質(zhì)巖∑REE<200×10-6(Murray et al.，1991；Murray，1994)。1-4號(hào)樣品的∑REE范圍為130.027×10-6～185.528×10-6，5-8號(hào)樣品的∑REE范圍為10.433×10-6～21.621×10-6(表2)，顯示硅質(zhì)巖樣品均為熱水沉積成因，但1-4號(hào)樣品的形成環(huán)境較5-8號(hào)樣品更靠近陸緣。

6 硅質(zhì)巖的Si，O同位素分析

研究表明(丁悌平等，1988，1994；宋天銳等，1989；李延河等，1994)，火山噴發(fā)―化學(xué)沉積硅質(zhì)巖δ30Si值為-0.5‰～-0.4‰。熱水沉積硅質(zhì)巖δ30Si值為-1.5‰～0.8‰，低溫水中自生沉積的石英砂δ30Si值為1.1‰～1.4‰，成巖過(guò)程中次生石英的δ30Si變化范圍介于兩者之間，交代成因硅質(zhì)巖δ30Si值為2.4‰～3.48‰。生物成因硅質(zhì)巖的δ30Si值變化較大，并與沉積環(huán)境關(guān)系密切，淺海環(huán)境下與疊層石白云巖共生的生物成因硅質(zhì)巖δ30Si值為 -0.3‰～3.4‰，平均值為1.3‰；半深海環(huán)境下與石灰?guī)r共生的生物成因硅質(zhì)巖其δ30Si值為0.1‰～0.6‰，平均值為0.4‰；深海環(huán)境下沉積并與蛇綠巖或混雜巖共生的生物成因硅質(zhì)巖其δ30Si值為-0.6‰～0.8‰，平均值為0.16‰。

1-4號(hào)樣品的δ30Si值范圍為-0.2‰～-0.1‰(表4)，介于火山噴發(fā)―化學(xué)沉積硅質(zhì)巖與熱水沉積硅質(zhì)巖δ30Si值分布范圍之間，說(shuō)明1-4號(hào)樣品成因?yàn)榛鹕絿姲l(fā)―化學(xué)沉積與熱水沉積混合作用結(jié)果。5-7號(hào)樣品的δ30Si值范圍為1‰～2.1‰，平均值為1.13‰，與淺海環(huán)境下與疊層石白云巖共生的生物成因硅質(zhì)巖δ30Si值分布范圍接近，說(shuō)明5-7號(hào)樣品的形成與淺海環(huán)境下的生物成因有關(guān)。

表4 部分硅質(zhì)巖的Si，O同位素?cái)?shù)據(jù)

注：硅、氧同位素由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心分析。

研究表明(薛春紀(jì)等，1998)，現(xiàn)代水成沉積海濱石英砂的δ18O值分布范圍為10.8‰～12.5‰，巖漿成因石英的δ18O值分布范圍為6‰～15‰，海底熱液沉積硅質(zhì)巖δ18O值分布范圍為20.7‰～23.7‰，生物成因蛋白石巖類(lèi)δ18O值分布范圍為28.6‰～32‰。

1-4號(hào)樣品的δ18O值范圍為13.5‰～20.7‰(表4)，介于巖漿成因石英與海底熱液沉積硅質(zhì)巖δ18O值分布范圍之間偏巖漿成因石英δ18O值一側(cè)，說(shuō)明1-4號(hào)樣品的成因?yàn)閹r漿物質(zhì)端元與熱液端元混合作用的結(jié)果。5-7號(hào)樣品的δ18O值范圍為20.2‰～23‰，與海底熱液沉積硅質(zhì)巖δ18O值分布范圍一致，說(shuō)明5-7號(hào)樣品為熱液沉積成因。

7 討論

(1)硅質(zhì)巖的成因。1-4號(hào)硅質(zhì)巖樣品：Fe-Mn-(Cu+Ni+Co)×10圖解、∑REE顯示，硅質(zhì)巖樣品為熱水沉積成因；Fe/Ti、Al/(Al+Fe+Mn)、(Fe+Mn)/Ti(元素質(zhì)量比)、Fe-Mn-Al圖解、Fe/Ti-Al/(Al+Fe+Mn)圖解顯示，硅質(zhì)巖樣品的形成與陸源物質(zhì)或火山物質(zhì)有關(guān)；SiO2-MgO圖解、Y/Ho顯示，硅質(zhì)巖的形成與火山凝灰質(zhì)有關(guān)；Si，O同位素顯示，硅質(zhì)巖具有巖漿成因與熱水沉積成因(海底熱液)雙重特征；U-Th圖解、Zr-Cr圖解顯示，硅質(zhì)巖的形成具有普通深海沉積特征；硅質(zhì)巖與下伏中酸性火山巖具有相近的稀土元素配分模式。根據(jù)以上地球化學(xué)特征，認(rèn)為硅質(zhì)巖的形成可能為：尚未冷卻的下伏中酸性火山巖促使海水深循環(huán)，被加熱的海水與火山巖進(jìn)行水-巖反應(yīng)，萃取其中的硅質(zhì)成分及相關(guān)成分，熱水在噴口與冷海水進(jìn)行對(duì)流混合，硅質(zhì)沉淀。這與前人對(duì)本地區(qū)部分硅質(zhì)巖為火山硅巖的觀點(diǎn)相近。

5-8號(hào)硅質(zhì)巖樣品：Fe/Ti、Al/(Al+Fe+Mn)、(Fe+Mn)/Ti(元素質(zhì)量比)，F(xiàn)e-Mn-(Cu+Ni+Co)×10圖解、Fe-Mn-Al圖解、Fe/Ti-Al/(Al+Fe+Mn)圖解，U-Th圖解、Zr-Cr圖解，∑REE、O同位素顯示，硅質(zhì)巖為熱水沉積成因；SiO2-MgO圖解、Si同位素顯示，硅質(zhì)巖具生物成因特征；硅質(zhì)巖與球粒隕石具有相近的稀土元素配分模式。根據(jù)以上地球化學(xué)特征認(rèn)為：熱水沉積硅質(zhì)巖在形成的過(guò)程中有部分生物物質(zhì)的混入，或正常熱水沉積硅質(zhì)巖中混有生物成因硅質(zhì)巖；而熱液物質(zhì)來(lái)源于上地幔。

(2)硅質(zhì)巖形成的構(gòu)造古環(huán)境。1-4號(hào)硅質(zhì)巖樣品：MnO2/TiO2，Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)，Al/(Al+Fe)，Th/Sc，Th/U(元素質(zhì)量比)，F(xiàn)e2O3/TiO2-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)圖解、Fe2O3/(100-SiO2)-Al2O3×(100-SiO2)圖解，δCe值、(La/Ce)N顯示，硅質(zhì)巖樣品形成于大陸斜坡或邊緣海等大陸邊緣沉積環(huán)境；V含量、Ti/V顯示，硅質(zhì)巖具有大洋中脊與大陸邊緣環(huán)境雙重特征；U-Th圖解、LREE/HREE>1顯示，硅質(zhì)巖形成于普通深海環(huán)境。根據(jù)以上地球化學(xué)特征，認(rèn)為硅質(zhì)巖樣品的形成環(huán)境可能為：具有深達(dá)下伏中酸性火山巖的深大斷裂的邊緣海環(huán)境，海水沿深大斷裂對(duì)流循環(huán)。

5-8號(hào)硅質(zhì)巖樣品：MnO2/TiO2，Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)、Al/(Al+Fe)(元素質(zhì)量比)，F(xiàn)e2O3/TiO2-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)圖解、Fe2O3/(100-SiO2)-Al2O3×(100-SiO2)圖解顯示，硅質(zhì)巖形成于開(kāi)闊洋盆環(huán)境；V含量、Ti/V顯示，硅質(zhì)巖形成于洋中脊環(huán)境；Th/Sc、Th/U顯示，硅質(zhì)巖形成于相對(duì)遠(yuǎn)離大陸邊緣環(huán)境；U-Th圖解中，樣品投影點(diǎn)落在紅海式熱水沉積物區(qū)；δCe值、(La/Ce)N顯示，硅質(zhì)巖形成于大陸邊緣向大洋盆地過(guò)渡環(huán)境。根據(jù)以上地球化學(xué)特征認(rèn)為：硅質(zhì)巖的形成環(huán)境可能為邊緣海向大洋盆地演化的環(huán)境。

綜上認(rèn)為，研究區(qū)在志留紀(jì)時(shí)期為邊緣海環(huán)境，并存在深達(dá)下伏中酸性火山巖的斷裂，被加熱的深循環(huán)海水與下伏中酸性火山巖進(jìn)行水-巖反應(yīng)，當(dāng)熱液由噴口噴出并與冷海水進(jìn)行對(duì)流混合時(shí)，硅質(zhì)沉淀。此后邊緣海內(nèi)部擴(kuò)張中心(裂谷)開(kāi)始活動(dòng)，來(lái)自更深部(上地幔)的熱液與冷海水進(jìn)行對(duì)流混合，硅質(zhì)沉淀，形成更為純凈的硅質(zhì)巖；此過(guò)程中有生物成因物質(zhì)混入，可能為生物成因硅質(zhì)巖。

(3)硅質(zhì)巖中鈾的來(lái)源。1-4號(hào)硅質(zhì)巖樣品：硅質(zhì)巖中的U含量與下伏中酸性火山巖的U含量相當(dāng)；SiO2-MgO圖解、Y/Ho比值顯示，硅質(zhì)巖的形成與火山凝灰質(zhì)有關(guān)；Si、O同位素顯示，硅質(zhì)巖具有巖漿成因與熱水沉積成因(海底熱液)雙重特征；硅質(zhì)巖與下伏中酸性火山巖具有相近的稀土元素配分模式。根據(jù)以上地球化學(xué)特征認(rèn)為：硅質(zhì)巖中的鈾來(lái)源于下伏中酸性火山巖。

5-8號(hào)硅質(zhì)巖樣品：硅質(zhì)巖與球粒隕石具有相近的稀土元素配分模式(圖10)，說(shuō)明硅質(zhì)巖中的鈾可能來(lái)源于上地幔。

這可能是早-中志留世時(shí)期溝通上地幔的深大斷裂階段性活動(dòng)所致。斷裂活動(dòng)時(shí)期，提供含鈾的幔源物質(zhì)；間歇期，由沿深大斷裂深循環(huán)的海水萃取下伏中酸性火山巖中的含鈾物質(zhì)所致。

8 結(jié)論

(1)中-下志留統(tǒng)硅質(zhì)巖存在與火山物質(zhì)相關(guān)硅質(zhì)巖和熱水沉積硅質(zhì)巖，可能存在生物成因硅質(zhì)巖。

(2)早-中志留世存在一個(gè)邊緣海環(huán)境，邊緣海中存在深達(dá)下伏中酸性火山巖的深大斷裂促使海水深循環(huán)，形成海底熱水噴流體系。之后邊緣海環(huán)境中的擴(kuò)張?bào)w系(裂谷)開(kāi)始活動(dòng)，使深部(上地幔)富硅質(zhì)熱液上涌，形成熱水沉積成因硅質(zhì)巖。

(3)中-下志留統(tǒng)硅質(zhì)巖中鈾部分來(lái)源于下伏中酸性火山巖，部分可能來(lái)源于上地幔。

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Geochemical Characteristics and Genesis Analysis of the Silurian Siliceous Rock in Diebu

ZHANG Yan, QI Fu-cheng, ZHANG Zi-long, LI Zhi-xing, WANG Wen-quan, YANG Zhi-qiang

(Beijing Research Institute of Uranium Geology, CNNC Key Laboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology, Beijing 100029, China)

The main elements, trace elements, Si and O isotopes which analyses of 7 siliceous rock samples in carbonate-silicate-mudstone formation located in middle-lower Silurian stratum indicate that the siliceous rocks of lower formation related to volcano substance, the formation of ancient tectonic environment is marginal sea, with upper crustal features, and uranium come from intermediate-acidic volcano rock underlying. The siliceous rocks of upper formation are hydrothermal-sediment siliceous rocks which related to biological effection, the formation of ancient tectonic environment is marginal sea which its centers-rift is spreading, with mantle source characteristics, and uranium maybe come from upper mantle.

siliceous rock; geochemistry characteristics; hydrothermal sedimentary genesis; Silurian;

2014-07-03

全國(guó)碳硅泥巖型鈾礦資源潛力評(píng)價(jià)(DDC1629)

張 巖(1987—)，男，碩士研究生，主要從事礦產(chǎn)普查與勘探研究。

10.3969/j.issn.1674-3504.2015.04.007

P588

A

1674-3504(2015)04-0375-08