，，

(1.中國冶金地質(zhì)總局地球物理勘查院，河北 保定 071051;2.河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所，河北 廊坊 065000)

研究區(qū)位于新疆精河縣南約20km，區(qū)內(nèi)中泥盆世汗吉尕組硅質(zhì)巖較發(fā)育(新疆維吾爾自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)局，1999)(圖1)，前人在1∶20萬區(qū)調(diào)工作中未對(duì)其開展調(diào)查和填繪，其成因尚屬空白。眾所周知，研究硅質(zhì)巖成因類型對(duì)搞清其形成時(shí)的地質(zhì)環(huán)境、沉積特征及區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展演化等具有重要的指示意義。筆者于2005年在研究區(qū)開展1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，從地層層序劃分、巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)等多方面對(duì)汗吉尕組硅質(zhì)巖進(jìn)行了專門的調(diào)查研究，填補(bǔ)了以往地質(zhì)調(diào)查工作的空白。認(rèn)為中泥盆世時(shí)期新疆精河縣一帶總體處于較穩(wěn)定的陸緣盆地環(huán)境，但中泥盆世中晚期，受華力西第Ⅰ幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，盆地水體發(fā)生由淺—深—淺的頻繁交互，同時(shí)伴有海底火山噴發(fā)和濁流沉積，中泥盆世汗吉尕組中的硅質(zhì)巖形成于水動(dòng)力條件相對(duì)較弱的半深海沉積環(huán)境(梅冥相，1993)，硅質(zhì)主要來源于海底火山噴發(fā)，并有一定通過濁流混入的大陸地殼物質(zhì)(陸緣碎屑物)，屬于火山與濁積混合成因的硅質(zhì)巖。

1.第四系;2.獨(dú)山子組; 3.早石炭世阿克沙克組;4.中泥盆世汗吉尕組二段;5.中泥盆世汗吉尕組一段;6.晚志留世博羅霍洛山組; 7.花崗斑巖脈;8.逆斷層及產(chǎn)狀; 9.正斷層及產(chǎn)狀;10.性質(zhì)不明斷層; 11.地質(zhì)界線;12.角度不整合界線; 13.地質(zhì)產(chǎn)狀及位置;14.取樣位置及編號(hào)圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch map of study area

1 硅質(zhì)巖分布及特征

研究區(qū)硅質(zhì)巖主要分布于中泥盆世汗吉尕組中，呈層狀、夾層狀產(chǎn)出，走向呈北西西向帶狀展布，主要巖性為淺灰色凝灰質(zhì)硅質(zhì)巖及灰黑色黏土質(zhì)硅質(zhì)巖等，與之共生的為發(fā)育包卷層理的灰黑色中層狀變質(zhì)粉砂巖和青灰色薄層狀變質(zhì)硅質(zhì)粉砂巖及少量灰?guī)r，其形成于水動(dòng)力條件相對(duì)較弱的半深海沉積環(huán)境(梅冥相，1993)。

1.1 巖石學(xué)特征

研究區(qū)汗吉尕組硅質(zhì)巖主要呈灰黑色、灰綠色，隱晶-微晶結(jié)構(gòu)，具有紋層狀、層狀及塊狀構(gòu)造。巖石致密堅(jiān)硬、性脆，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，具油脂光澤，貝殼狀斷口。硅質(zhì)成分主要為隱晶-微晶石英和玉髓，粒徑一般為0.01～0.05mm，晶粒呈近等軸狀，含量為60%±。含有一定量的陸源碎屑物，主要為長(zhǎng)石和石英，二者含量為5%～20%，粒徑為0.01～0.2mm，顆粒多呈次棱角狀、次圓狀，具一定磨圓度和分選性。所含火山凝灰質(zhì)主要為玻屑，呈弧面棱角狀，脫?；黠@，多以假象產(chǎn)出，含量最高可達(dá)25%(圖2)。水平層理厚度變化為0.15～0.5m。宏觀上因巖石色調(diào)深淺不一而顯示出毫米至厘米級(jí)紋層構(gòu)造。厘米級(jí)紋層構(gòu)造多呈條帶狀分布，寬度較均一；毫米級(jí)紋層構(gòu)造則由于局部含凝灰質(zhì)條紋而呈細(xì)小紋層狀。部分厚層硅質(zhì)巖(厚度0.50～1.00m)主要由隱晶-微晶石英組成(圖3)，并且也含較多的陸源碎屑物質(zhì)，說明硅質(zhì)巖中含有充足的大陸地殼物質(zhì)成分，物質(zhì)來源具多元化特征。

圖2 YQ8樣品鏡下特征圖Fig.2 Microphotographs of YQ8 sample

1.2 巖石地球化學(xué)特征

1.2.1樣品分析方法

樣品分析由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室(甲級(jí)資質(zhì))完成。

主量元素采用堿熔法制備樣品，測(cè)試儀器為 X 射線熒光光譜儀(Axios max X)；燒失量、H2O-、H2O+使用高精度電子分析天平(P1245)完成。稀土元素和微量元素采用等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)(X Serise2)；同時(shí)插入10個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)樣(GSR3、GSR5、GSS5、GSS3)、10個(gè)密碼抽查樣以檢驗(yàn)、控制分析質(zhì)量，分析結(jié)果精度高于5%。

圖3 YQ11樣品鏡下特征圖Fig.3 Microphotographs of YQ11 sample

1.2.2巖石化學(xué)特征

氧化物含量及特征參數(shù)是確定硅質(zhì)巖成因類型的重要標(biāo)志。汗吉尕組硅質(zhì)巖8件樣品巖石化學(xué)全分析結(jié)果及特征參數(shù)見表1。

表1 研究區(qū)硅質(zhì)巖氧化物含量及特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Contents and characteristic parameters of silicon in the study area

注：主量元素含量為(%)。

(1)據(jù)楊建民等(1999)研究成果，認(rèn)為一般生物成因的硅質(zhì)巖具有高SiO2、P2O5、Fe2O3和低Al2O3、TiO2、FeO、MgO的特征；海相火山沉積成因的則以低K2O、P2O5和高TiO2為特征。

研究區(qū)汗吉尕組硅質(zhì)巖SiO2含量為67.07%～78.19%，K2O為0.59%～2.91%，P2O5為0.04%～0.14%，三者相對(duì)較低；而Al2O3含量為9.54%～15.54%，F(xiàn)eO為1.10%～3.76%，MgO為0.55%～2.21%，TiO2為0.20%～0.74%，均相對(duì)較高，與火山成因硅質(zhì)巖具低K、P，高Ti的巖石化學(xué)特征相吻合，應(yīng)與硅質(zhì)巖中含大量火山凝灰質(zhì)有關(guān)。

(2)據(jù)ADACHI M等(1986)，BOSTROM K等(1973)研究成果，Al2O3和TiO2成分的變化特征對(duì)反映是否具有陸源物質(zhì)的加入具有很大的指示意義，二者間通常還表現(xiàn)為正相關(guān)特征，在鄰近大陸區(qū)域、或島弧型沉積物中都顯示為相對(duì)富集；研究還發(fā)現(xiàn)Fe2O3的富集則表明有熱水的注入。

汗吉尕組硅質(zhì)巖Al2O3和TiO2含量較高，表明其形成過程中陸源物質(zhì)注入較多，與巖石學(xué)特征相吻合；Fe2O3含量較低，表明其沉積時(shí)沒有熱水參與。

(3)氧化物比值:①許多學(xué)者對(duì)世界各地不同成因類型硅質(zhì)巖的化學(xué)成分進(jìn)行了分析(表2)(王東安，1981；MURRAY RW，1994；陳洪德等，1989；YAMAMOTO K，1987)，研究結(jié)果為：生物化學(xué)成因硅質(zhì)巖SiO2含量較高，其SiO2/Al2O3值為232，SiO2/(Na2O+K2O)值為315，顯示較高高，K2O/Na2O值一般小于1；熱水成因的硅質(zhì)巖其SiO2/Al2O3值較低，SiO2/(Na2O+K2O)值為111～159，略低于前者，K2O/Na2O大于1，但K2O和Na2O含量低于前者，F(xiàn)e2O3/FeO值為2～10；與前兩者相比，火山成因的硅質(zhì)巖SiO2含量明顯偏低，SiO2/Al2O3值為11～25，SiO2/(Na2O+K2O)值為37～74。汗吉尕組硅質(zhì)巖SiO2含量為67.07%～78.19%，相對(duì)較低；SiO2/Al2O3值為4.32～8.28，SiO2/(Na2O+K2O)值為9.0～18.59，K2O/Na2O值為0.31～1.0，F(xiàn)e2O3/FeO值為0.14～0.47，與火山成因硅質(zhì)巖基本一致。②據(jù)MURRAY( 1994)研究成果，洋中脊硅質(zhì)巖Al2O3/( Al2O3+ Fe2O3) 值小于0.4，大洋盆地硅質(zhì)巖Al2O3/( Al2O3+ Fe2O3)值為0.4～0.7，大陸邊緣硅質(zhì)巖Al2O3/( Al2O3+ Fe2O3)值為0. 5～0. 9。汗吉尕組硅質(zhì)巖Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值為0.92～0.98，說明其形成于大陸邊緣或附近環(huán)境。③ MnO/TiO2值也是表征硅質(zhì)巖成因類型的重要指標(biāo)，據(jù)BOSTROM K(1973)、SUGISAKI R(1982)等研究認(rèn)為：MnO是來自大洋深部的標(biāo)志，而TiO2則是陸源標(biāo)志。離陸地較近的邊緣海形成的硅質(zhì)巖MnO/TiO2值較低，一般小于0.5；而遠(yuǎn)離陸地在大洋深部硅質(zhì)巖中MnO/TiO2值則較高，為0.5～3.5。研究區(qū)汗吉尕組硅質(zhì)巖中MnO/TiO2值為0.12～0.36，對(duì)比說明其主要形成于大陸邊緣環(huán)境。

表2 不同成因類型硅質(zhì)巖化學(xué)成分對(duì)比表Tab.2 The comparison of chemical compositions of different genetic types of siliceous rocks

(4)常量元素比值：①據(jù)BOSTROM K(1973)、熊先孝(1997)等研究成果：熱水沉積物Fe/Ti大于20，(Fe+Mn)/ Ti大于20±5，本區(qū)汗吉尕組硅質(zhì)巖Fe / Ti和(Fe+Mn)/ Ti值分別為3.59～8.95和3.69～9.28，說明其為正常海水沉積物，無熱水參與。②據(jù)AITCHISON J等(1990)生物成因的硅質(zhì)巖Si /(Si+Al+Fe)一般大于0.9。本區(qū)汗吉尕組硅質(zhì)巖Si/(Si+Al+Fe)為0.73～0.86，顯示非生物成因特征。③據(jù)BALTUCK(1982)對(duì)希臘硅質(zhì)巖的研究，Al/(Al+Fe+Mn)值的變化規(guī)律與離大陸遠(yuǎn)近關(guān)系密切，離大陸遠(yuǎn)比值小，離大陸近比值大。大洋中脊硅質(zhì)巖很低，Al/(Al+Fe+Mn)值為0.008 19；典型深海和半深海生物沉積硅質(zhì)巖Al /(Al+Fe+Mn)值為0.319，典型大陸型硅質(zhì)巖Al/(Al+Fe+Mn)值高達(dá)0.619，本區(qū)汗吉尕組硅質(zhì)巖Al/(Al+Fe+Mn)值為0.67～0.82，顯示其形成于離大陸較近環(huán)境，大陸物質(zhì)參與較多。

綜上所述，研究區(qū)汗吉尕組硅質(zhì)巖不具熱水及生物成因特點(diǎn)，主要顯示火山成因特征，且形成于大陸邊緣。

(5)判別圖解：①利用ADACHI(1986)SiO2-Al2O3、SiO2-TFe圖解可將熱水沉積型硅質(zhì)巖與Mino地體中非熱水沉積硅質(zhì)巖、頁巖和其他海相沉積物很清晰地區(qū)別開來。

在SiO2-Al2O3圖解中(圖4a)，汗吉尕組硅質(zhì)巖表現(xiàn)出良好的負(fù)相關(guān)性，樣品投影于虛線之外；在SiO2-TFe圖解中(圖4b)，所有硅質(zhì)巖樣品均顯示一定的負(fù)相關(guān)性，投影點(diǎn)位于回歸線下方。二者均顯示非熱水成因硅質(zhì)巖的特征，且陸源物質(zhì)加入較多，與巖石學(xué)特征一致。②根據(jù)何俊國等(2004)研究應(yīng)用TiO2-Al2O3圖解(圖5)能較好地區(qū)分生物成因與火山成因硅質(zhì)巖。區(qū)內(nèi)汗吉尕組硅質(zhì)巖樣品TiO2-Al2O3投點(diǎn)基本落入火山成因硅質(zhì)巖區(qū)，屬較典型的火山成因類型，同時(shí)有一定的陸源物質(zhì)參與。

回歸線由Mino地體硅質(zhì)巖樣品數(shù)據(jù)按最小二乘法計(jì)算得出；虛線內(nèi)為的熱水沉積物；●為測(cè)區(qū)樣品點(diǎn)，編號(hào)見表1圖4 泥盆系汗吉尕組硅質(zhì)巖SiO2-Al2O3和SiO2-TFe圖解 (據(jù)ADACHI，1986)Fig.4 Diagram of SiO2-Al2O3 and SiO2 -TFe of the Devonian siliceous rocks of Hanjiga group(ADACHI，1986)

A.生物成因硅質(zhì)巖區(qū)；B.火山成因硅質(zhì)巖區(qū)；(1～7樣品編號(hào)同表1)圖5 泥盆系汗吉尕組硅質(zhì)巖TiO2-Al2O3關(guān)系圖(據(jù)ADACHI，1986；何俊國等2004)Fig.5 The relation diagram of TiO2-Al2O3 of the Devonian siliceous rocks of Hanjiga group(ADACHI，1986； HE junguo,2004)

1.2.3 稀土元素特征

本區(qū)汗吉尕組二段硅質(zhì)巖稀土元素分析結(jié)果見表3。

(1)稀土元素參數(shù)：①基本特征：研究區(qū)汗吉尕組二段硅質(zhì)巖中輕重稀土(LREE/HREE)值為4.77～6.57，說明輕稀土元素富集程度相對(duì)較高；(La/Yb)N為3.98～6.79，說明輕重稀土元素分餾程度中等。②成因分析：FLEET(1983)曾系統(tǒng)研究了全球熱水成因與非熱水成因沉積物中稀土元素分布特征，其認(rèn)為熱水成因沉積物稀土總量(∑REE)較低，Ce通常為負(fù)異常，重稀土(HREE)相對(duì)富集；非熱水成因沉積物的稀土總量(∑REE)較高，Ce為正異常，重稀土(HREE)不富集。研究區(qū)汗吉尕組硅質(zhì)巖稀土總量(∑REE)為89.42×10-6～166.46×10-6，δCe為0.85～0.90)，表現(xiàn)為弱負(fù)異常，重稀土(HREE)含量較低，為12.38×10-6～24.89×10-6。

表3 稀土元素含量及特征參數(shù)一覽表Tab.3 Table of the contents and characteristic parameters of rare earth elements

注：稀土元素含量為(×10-6)。

主要表現(xiàn)出非熱水沉積的特點(diǎn)。③環(huán)境分析：據(jù)DSDP大洋深部鉆探成果，深海硅質(zhì)巖具有明顯的Ce負(fù)異常，邊緣海或陸內(nèi)海Ce異常不明顯。利用(La/Ce)N和δCe參數(shù)可判別硅質(zhì)巖、頁巖的形成環(huán)境。洋中脊環(huán)境(La/Ce)N≥3.5，δCe為0.3；大洋環(huán)境(La/Ce)N為2～3，δCe為0.55；大陸邊緣環(huán)境(La/Ce)N≈1，δCe為0.79～1.54(MURRAY R W，1990；MURRAY R W，1993)。

區(qū)內(nèi)汗吉尕組硅質(zhì)巖(La/Ce)N為1.38～1.48，δCe為0.85～0.90，顯示其形成于近大陸邊緣環(huán)境。

(2)稀土配分曲線：球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分曲線不僅能夠直觀體現(xiàn)稀土元素分配特征，還可以通過配分模式曲線特征對(duì)比來獲取相關(guān)信息。在圖6中，研究區(qū)汗吉尕組硅質(zhì)巖的稀土配分模式曲線與流紋巖的稀土配分模式曲線形態(tài)基本一致，顯示火山成因的特點(diǎn)。

1.2.4 微量元素特征

研究區(qū)汗吉尕組硅質(zhì)巖微量元素分析結(jié)果見表4。參照維氏地殼微量元素豐度值，汗吉尕組硅質(zhì)巖微量元素平均值多數(shù)偏低，濃集系數(shù)多小于1，部分僅0.03±，僅Hf、Sr、Zr濃集系數(shù)明顯大于1；V濃集系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1。Th/U為2.18～5.20，均<6，物源區(qū)主要為老的上地殼(GIRTY G H，1996；鄧希光等，2003)，顯示其主要形成于大陸邊緣環(huán)境。

圖6 測(cè)區(qū)汗吉尕組硅質(zhì)巖稀土配分曲線圖Fig.6 Rare earth distribution graph of siliceous rocks of Hanjiga group in research area

表4 微量元素含量及特征參數(shù)一覽表Tab.4 Table of contents and characteristic parameters of trace elements

注：微量元素含量單位為(×10-6)。

2 硅質(zhì)來源、形成環(huán)境及成因討論

2.1 硅質(zhì)來源

研究區(qū)汗吉尕組硅質(zhì)巖中大部分含火山凝灰物質(zhì)， SiO2含量相對(duì)較低，說明SiO2的來源主要與火山活動(dòng)有關(guān)?；鹕綗嵋喝芙獾腟iO2可進(jìn)入水體，同時(shí)火山沉積物與海水間由于發(fā)生海解作用形成蒙脫石化會(huì)釋放部分SiO2進(jìn)入到水體中，此外陸源硅酸鹽物質(zhì)被化學(xué)分解后也可形成部分SiO2，多元化成因的SiO2共同聚集在一起，最終沉積形成本區(qū)汗吉尕組硅質(zhì)巖。

其次，汗吉尕組的巖石組合、基本層序、沉積構(gòu)造及巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)特征顯示，該組沉積過程中不但伴有海底火山噴發(fā)，還同時(shí)伴有濁流沉積，老的上地殼碎屑物質(zhì)通過重力滑塌(濁流)帶入海底，與火山成因的SiO2相伴沉積。

2.2 形成環(huán)境

中泥盆世早期新疆精河縣一帶總體處于較穩(wěn)定的陸緣盆地環(huán)境；但在中晚期，受華力西第一幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，盆地水體發(fā)生由淺—深—淺的頻繁交互。綜合汗吉尕組巖石組合、基本層序及沉積構(gòu)造特征，認(rèn)為該組形成過程中同時(shí)伴有海底火山噴發(fā)和濁流沉積。因此，汗吉尕組硅質(zhì)巖形成于水動(dòng)力條件相對(duì)較弱的半深海沉積環(huán)境(梅冥相，1993)。

2.3 成因討論

硅質(zhì)巖的成因與SiO2的來源、沉淀機(jī)理、形成階段以及水體環(huán)境體等多種因素有關(guān)。筆者研究對(duì)象汗吉尕組硅質(zhì)巖具海相沉積特征，據(jù)曾允孚等(1986)、付偉等(2007)將海相硅質(zhì)巖大致可分為如下4種：①生物或生物化學(xué)沉積成因硅質(zhì)巖。②化學(xué)沉積成因硅質(zhì)巖(包括火山噴發(fā)及熱水沉積成因)。③濁積型再沉積形成的硅質(zhì)巖。④熱水交代砂巖、頁巖、灰?guī)r(硅化)形成的硅質(zhì)巖。

實(shí)際在自然界中硅質(zhì)巖的成因是非常復(fù)雜的、具有多元化成因的。綜合研究區(qū)汗吉尕組硅質(zhì)巖分布及巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)特征以及圖解判別結(jié)果，筆者認(rèn)為其具有火山活動(dòng)與濁積混合成因的特征，主要依據(jù)為：①研究區(qū)汗吉尕組二段中的硅質(zhì)巖均呈層狀、似層狀產(chǎn)出，未出現(xiàn)沿某些易被交代的巖層分布；巖石中未見有殘留的原巖斑塊現(xiàn)象，也未見有殘余的原巖結(jié)構(gòu)和構(gòu)造；硅質(zhì)分布均勻，未見沿圍巖裂隙呈脈狀分布。②巖石呈隱晶-微晶結(jié)構(gòu)，晶粒呈近于等軸狀，多為不規(guī)則顆粒相互堆積鑲嵌在一起，這種結(jié)構(gòu)是驟然結(jié)晶沉淀而成，而非熱液交代緩慢發(fā)生硅化的結(jié)果，不具有交代成因硅質(zhì)巖的特征。③巖石中普遍含有5%～15%弧面棱角狀火山噴發(fā)而成的玻屑，最高含量可達(dá)25%，宏觀上硅質(zhì)與火山碎屑物相間分布，構(gòu)成毫米級(jí)紋層構(gòu)造，顯示其與火山噴發(fā)成因密切相關(guān)。④SiO2含量相對(duì)較低，而Al2O3、FeO、MgO、TiO2含量均相對(duì)較高，基本具有火山成因硅質(zhì)巖低鉀、磷，高鈦的巖石化學(xué)成分特點(diǎn)；稀土配分模式曲線與流紋巖的稀土配分模式曲線形態(tài)基本一致；圖解判別顯示具有較典型的火山成因類型，同時(shí)有一定的陸源物質(zhì)參與。⑤研究區(qū)汗吉尕組硅質(zhì)巖與重力滑塌形成的濁積巖共生，具有形成濁積型再沉積硅質(zhì)巖的沉積環(huán)境。

3 結(jié)論

通過綜合分析研究中泥盆世汗吉尕組硅質(zhì)巖的巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)特征，結(jié)合巖石組合、分布及沉積構(gòu)造等特征，得出如下結(jié)論。

(1)硅質(zhì)主要來源于海底火山噴發(fā)，并有一定濁流混入的大陸地殼物質(zhì)。

(2)研究區(qū)硅質(zhì)巖形成于水動(dòng)力條件相對(duì)較弱的半深海沉積環(huán)境。

(3)研究區(qū)硅質(zhì)巖主要屬于火山與濁積混合成因。

致謝：新疆1∶5萬瑪熱勒托蓋庫松木切克(L44E022017)、沃依曼吐別克(L44E022018)、烏蘭丹達(dá)蓋(L44E022019)、精河水文站(L44E022020)幅區(qū)調(diào)項(xiàng)目組為本文提供了豐富翔實(shí)的第一手野外資料，在此一并致謝！

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