張萬良, 李余亮

(核工業(yè)二七〇研究所,江西 南昌 330200)

寒武紀是顯生宙的開始,標志著地球生物演化史拉開新的一幕。中國寒武紀地層區(qū)域分布廣泛,包括穩(wěn)定型、活動型和過渡型沉積。穩(wěn)定型沉積發(fā)育于華北地塊東部、塔里木地塊北緣以及揚子地塊中?；顒有统练e發(fā)育于北方大興安嶺北部、鴨綠江一帶的興凱湖區(qū),以含火山物質(zhì)為特征,南方華南活動帶是另一個明顯的活動型沉積區(qū)。過渡型沉積主要為含硅質(zhì)和碳質(zhì)的鈣質(zhì)沉積和薄層碳酸鹽沉積,分布在中國東部,以江南區(qū)為主,也見于秦嶺和中北天山(趙兵等,2014)。

湘贛邊界鹿井地區(qū)早寒武世地層以過渡型沉積為主,板巖是主要巖石類型,其中斑點板巖是鈾礦化重要圍巖之一。斑點板巖是一種低級的熱接觸變質(zhì)巖(地質(zhì)礦產(chǎn)部地質(zhì)辭典辦公室,2005),它不僅具有板狀構(gòu)造,也具有斑點構(gòu)造。

鹿井地區(qū)是華南花崗巖型鈾礦的重要集中區(qū)之一(肖振華等,2021;王前林等,2021;張萬良等,2022),鈾礦化產(chǎn)于印支-燕山期花崗巖內(nèi)部或其外接觸帶下寒武統(tǒng)斑點板巖及其他淺變質(zhì)巖系中,成礦時代為晚白堊世-古近紀。斑點板巖作為印支期花崗巖的接觸淺變質(zhì)巖,是鈾礦的重要含礦圍巖之一。斑點板巖的地球化學特征和原巖形成的構(gòu)造環(huán)境對分析判斷成礦物質(zhì)來源和鈾礦成因認識具有重要意義。斑點板巖對鈾礦形成的控制作用一直是鈾礦地質(zhì)勘探和找礦預測過程中的關(guān)鍵科學問題,但已有研究薄弱,成果不多。

鹿井地區(qū)部分鉆孔中見到新鮮的下寒武統(tǒng)斑點板巖,有的鉆孔中見到斑點斑巖中存在鈾礦化現(xiàn)象。筆者采集了ZK75-1鉆孔斑點板巖樣品,鏡下觀察后進行了主量、微量、稀土元素檢測分析,并對該斑點板巖的地球化學特征及其原巖形成構(gòu)造環(huán)境進行探討。

1 地層概況

湘贛邊界鹿井地區(qū)的寒武紀地層分上、中、下三層,分別為水石組(∈3s)、茶園頭組(∈2cy)和香楠組(∈1x)(圖1)。水石組下部以砂巖夾板巖為主,上部泥板巖相對增多,主要為板巖夾砂巖。茶園頭組巖性主要為深灰、灰綠色巨厚層變質(zhì)長石石英砂巖夾少量深灰色條紋狀板巖,灰綠、深灰色厚層板巖夾中層變質(zhì)砂巖,灰黑色含碳板巖夾粉砂質(zhì)板巖及薄層含碳硅板巖、硅質(zhì)板巖等。該地層在湖南省稱茶園頭組(張純臣,1997),在江西省稱高灘組(∈2gt)(劉亞光,1997)。

圖1 鹿井地區(qū)地質(zhì)略圖(張萬良等,2022)

下寒武統(tǒng)香楠組巖性主要有灰色-深灰色含碳板巖、斑點板巖、硅質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖及變質(zhì)雜砂巖等。中下部為深灰色厚層狀變質(zhì)中細粒雜砂巖、中薄層狀含碳板巖、斑點板巖、薄層的泥質(zhì)灰?guī)r及板巖互層,其中灰?guī)r呈層紋狀。上部為灰色中層狀細粒石英砂巖、薄層微條紋狀板巖、砂質(zhì)板巖。該地層下與老虎塘組,上與茶園頭組呈連續(xù)過渡關(guān)系。巖層中見有粒序?qū)永?、小型交錯層理、水平層理和塊狀層理,屬于次深海-深海相沉積,產(chǎn)海綿骨針化石,厚度為831.87～1 679.20 m。

鹿井礦田西部位于湖南省境內(nèi),東部位于江西省境內(nèi),下寒武統(tǒng)香楠組(∈1x)是湖南省巖石地層名稱,按江西省巖石地層劃分方案,本組相當于下寒武統(tǒng)牛角河組(∈1n)。斑點板巖是下寒武統(tǒng)香楠組的主要巖性之一(圖2,3),在湘贛邊界一帶具有廣泛的代表性。

圖2 地表風化斑點板巖(a)和斑點板巖顯微照片(+)(b)

2 樣品及測試

鹿井礦田蕉葉垅地區(qū)多個鉆孔揭穿白堊紀紅層、印支-燕山期花崗巖和QF1硅化破碎帶后,均見到香楠組斑點板巖,其中ZK75-1孔揭露板巖厚度達241.08 m,巖性單一,呈灰色、深灰色,見粒狀黃鐵礦,局部見石英、方解石脈。10個斑點板巖樣品取樣位置見圖3。

圖3 鹿井地區(qū)ZK75-1孔巖性柱及取樣位置圖

鏡下觀察,斑點板巖主要由粒徑小于0.08 mm定向排列的顯微鱗片狀絹云母、顯微葉片狀綠泥石、它形粒狀石英、不透明鐵質(zhì)(碳質(zhì))等組成,構(gòu)成顯微粒狀鱗片狀變晶結(jié)構(gòu),千枚狀構(gòu)造。巖石變質(zhì)程度比典型的板巖要深,可稱為千枚狀板巖。絹云母含量為68%,呈顯微鱗片狀和顯微鱗片集合體狀,干涉色鮮艷,定向排列,在應力作用下形成小的褶皺、褶曲。綠泥石含量為23%,呈顯微葉片狀,淺綠色,異常藍、一級暗灰干涉色,與絹云母互混或組成雛晶狀斑點,定向排列。石英含量為8%,它形粒狀,一級亮白干涉色,少量顆粒壓扁拉長,分散分布在絹云母、綠泥石中,部分聚集成條帶狀微晶集合體,定向分布。不透明鐵質(zhì)含量為1%,它形粒狀,長條狀,多與綠泥石互混組成斑點,定向排列。巖石中綠泥石、絹云母、不透明鐵質(zhì)等局部聚集,組成條狀斑塊,雛晶狀斑點(圖2)。

研究區(qū)斑點板巖重結(jié)晶作用明顯,巖石幾乎全由絹云母、綠泥石、石英等新生礦物所組成。根據(jù)潘兆櫓(1985)建議,板巖可按新生礦物進一步命名為:絹云板巖、綠泥板巖、綠泥絹云板巖和絹云綠泥板巖。本區(qū)斑點板巖鏡下可命名為綠泥絹云板巖(賀同興等,1980)。

樣品測試在核工業(yè)二三〇研究所分析檢測中心完成,常量組分SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、TiO2、MnO、Na2O、K2O、P2O5采用X射線熒光法檢測,使用儀器為X射線熒光光譜儀(AxiosMAX),燒失量用重量法檢測,FeO用滴定法檢測,微量及稀土元素用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(NexION 300X)檢測。各組分或元素的分析誤差均在規(guī)范規(guī)定的范圍之內(nèi),一級標準物質(zhì)合格率為100%,重復樣合格率為100%。

3 主量元素地球化學特征

主量元素的檢測結(jié)果見表1。研究區(qū)斑點板巖的原巖為泥質(zhì)巖石,把中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖的化學成分數(shù)據(jù)列入表1中對比參考。從表1可見,研究區(qū)斑點板巖SiO2含量為60.93%～64.31%,平均為62.91%,略高于中國東部泥質(zhì)巖(60.63%),也高于華南碳質(zhì)頁巖的平均值(56.17%);Al2O3含量為16.60%～17.93%,平均為16.88%,與中國東部泥質(zhì)巖(16.35%)相近,但高于華南碳質(zhì)頁巖(12.02%);CaO含量為0.365%～0.927%,平均為0.550%,明顯低于中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖;MgO含量為2.72%～3.04%,平均為2.88%,K2O含量為3.73%～4.30%,平均為4.07%,略高于中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖;Na2O含量為0.216%～1.400%,平均為0.720%,與中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖相差不大;Fe2O3含量為1.24%～1.66%,平均為1.43%,比中國東部泥質(zhì)巖、華南碳質(zhì)頁巖明顯偏低,但FeO含量較高,平均為4.84%,是中國東部泥質(zhì)巖的3.4倍,是華南碳質(zhì)頁巖的15倍;MnO(或Mn)含量與中國東部泥質(zhì)巖相當,但高于華南碳質(zhì)頁巖;TiO2(或Ti)含量與中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖相差均不大;P2O5含量為0.135%～0.154%,平均為0.140%,略高于中國東部泥質(zhì)巖,但明顯低于華南碳質(zhì)頁巖(1.720%);燒失量平均為3.98%,也大大低于華南碳質(zhì)頁巖(15.66%)。

表1 鹿井地區(qū)斑點板巖主量元素含量

研究區(qū)斑點板巖的主量元素含量變化范圍較小(圖4),各樣品化學組分較均一,該板巖經(jīng)歷了明顯的變質(zhì)作用和重結(jié)晶作用,化學成分趨于均勻化。與中國東部泥質(zhì)巖對比,CaO和Fe2O3含量較低,FeO含量偏高,其他組分或與之相當,或略有偏高。與華南碳質(zhì)頁巖相比,SiO2、Al2O3、K2O、FeO、MnO含量偏高,CaO、P2O5、Fe2O3含量和燒失量明顯較低,MgO、Na2O、TiO2含量與之大致相當。CaO、P2O5含量和燒失量的降低,反映了熱接觸變質(zhì)結(jié)晶作用過程,也是巖石中的H2O、CO2、有機成分等逐漸變化或遷出的過程。

4 微量元素地球化學特征

本次斑點板巖檢測的微量元素包括鐵族微量元素、放射性元素、分散元素、稀有元素、鎢鉬族元素、親銅成礦元素和稀土元素。

4.1 鐵族及放射性元素

4.1.1 鐵族元素

斑點板巖Co含量為16.5×10-6～18.5×10-6,平均為17.6×10-6,與中國東部泥質(zhì)巖及華南碳質(zhì)頁巖含量相近。Cr含量為151×10-6～171×10-6,平均為163×10-6,比中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖含量均高。Ni含量為42.9×10-6～46.9×10-6,平均為45×10-6,V含量為109×10-6～129×10-6,平均為118×10-6,與中國東部泥質(zhì)巖相近,但大大低于華南碳質(zhì)頁巖含量。

鹿井地區(qū)斑點板巖鐵族元素,與中國東部泥質(zhì)巖、華南碳質(zhì)頁巖相比,Fe2O3、Ni、V含量較低,MnO、Cr含量較高, TiO2、Co含量大致相當。反映研究區(qū)下寒武統(tǒng)在熱接觸變質(zhì)結(jié)晶作用過程中,Ni、V趨于貧化,Mn、Cr趨于富集,Ti、Co受熱接觸變質(zhì)作用影響較小。

4.1.2 放射性元素

本次僅對斑點板巖的Th、U放射性元素進行了檢測(表2)。斑點板巖Th含量為18.2×10-6～25.1×10-6,平均為21.7×10-6,均高于中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖含量;U含量為4.92×10-6～21.9×10-6,平均為8.12×10-6,略高于中國東部泥質(zhì)巖,但明顯低于華南碳質(zhì)頁巖含量(75.57×10-6)。Th是較惰性元素,U是較活潑元素,Th在熱接觸變質(zhì)作用過程中可能保持或基本保持恒定,U在熱接觸變質(zhì)過程中可被活化遷移,并與Th發(fā)生分離。鹿井地區(qū)斑點板巖的Th/U值為0.83～4.71,平均為2.67,略低于中國東部泥質(zhì)巖Th/U值(4.52),但明顯高于華南碳質(zhì)頁巖Th/U值(0.15)。

表2 鹿井地區(qū)斑點板巖部分鐵族元素及放射性含量

鹿井地區(qū)印支-燕山期花崗巖U含量為2.65×10-6～115.00×10-6,Th/U值為0.13～2.46,平均為1.20,富含晶質(zhì)鈾礦,自變質(zhì)作用強烈,可提供豐富的鈾成礦物質(zhì)來源(章邦桐,1994)。而鹿井地區(qū)寒武系淺變質(zhì)由于經(jīng)歷過區(qū)域變質(zhì)作用和熱接觸變質(zhì)作用,鈾已經(jīng)發(fā)生過活化遷移,熱接觸變質(zhì)之后的斑點板巖U含量明顯低于華南碳質(zhì)頁巖,Th/U值增大,再一次作為中新生代鈾源巖的可能性大大降低。

4.2 分散元素

本次對鹿井地區(qū)斑點板巖的鋇(Ba)、鍶(Sr)、鎘(Cd)、鎵(Ga)、鉈(Tl)、錸(Re)、硒(Sc)共7種分散元素進行了檢測(表3)。

表3 鹿井地區(qū)斑點板巖分散元素含量

斑點板巖Ba含量為438×10-6～491×10-6,平均為466×10-6,明顯低于華南碳質(zhì)頁巖(2 284.6×10-6),也低于中國東部泥質(zhì)巖(590×10-6);Sr含量為23.3×10-6～41.7×10-6,平均為31.6×10-6,均低于中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖;Cd含量為0.033×10-6～0.356×10-6,平均為0.101×10-6,與中國東部泥質(zhì)巖相當,但明顯低于華南碳質(zhì)頁巖;Ga含量為22.1×10-6～26.7×10-6,平均為24.4×10-6,與中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖相差均不大;Tl含量為1.03×10-6～1.65×10-6,平均為1.27×10-6,高于中國東部泥質(zhì)巖的值,但低于華南碳質(zhì)頁巖(11.02×10-6);Re含量為0.000 02×10-6～0.003 00×10-6,平均為0.001 57×10-6,明顯低于中國東部泥質(zhì)巖;Se含量為0.084×10-6～0.216×10-6,平均為0.136×10-6,與中國東部泥質(zhì)巖的Se豐度相當。

鹿井地區(qū)斑點板巖中大部分分散元素(如Ba、Sr、Cd、Re等)含量較低,明顯低于中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖的含量,反映這些分散元素在熱接觸變質(zhì)結(jié)晶過程中,趨于貧化,但Ga受其影響較小,是熱接觸變質(zhì)結(jié)晶過程中的惰性元素。

4.3 稀有元素

稀有元素指在自然界中含量稀少或分布稀散,或提煉困難、應用較少的一類元素的總稱。本次對斑點板巖的鋰(Li)、鈹(Be)、銣(Rb)、銫(Cs)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鈧(Sc)共9種稀有元素進行了檢測(表4)。

表4 鹿井地區(qū)斑點板巖稀有元素含量

斑點板巖Li含量為85.4×10-6～98.7×10-6,平均為91.7×10-6,Rb含量為241×10-6～325×10-6,平均為285×10-6,均高于中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖;Be含量為3.03×10-6～6.12×10-6,平均為3.93×10-6,Cs含量為13.0×10-6～18.8×10-6,平均為15.4×10-6,Nb含量為9.6×10-6～20.5×10-6,平均為18.0×10-6,Sc含量為14.4×10-6～17.3×10-6,平均為16.4×10-6,它們相近或略高于中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖的Be、Cs、Nb、Sc含量。Ta含量為0.14×10-6～0.70×10-6,平均為0.43×10-6,Zr含量為66.7×10-6～84.4×10-6,平均為75.4×10-6,Hf含量為2.03×10-6～2.37×10-6,平均為2.13×10-6,均低于中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖Ta、Zr、Hf含量。

鹿井地區(qū)斑點板巖中稀有元素與中國東部泥質(zhì)巖或華南碳質(zhì)頁巖相比,Li、Rb相對富集,Sc、Be、Cs、Nb略富集,Ta、Zr、Hf則呈降低趨勢(圖5),反映本區(qū)的熱接觸變質(zhì)結(jié)晶作用,可使多數(shù)稀有元素如Li、Rb、Be、Cs、Nb、Sc等得到不同程度的富集,而只有少部分稀有元素如Ta、Zr、Hf等趨于貧化。

圖5 鹿井地區(qū)斑點板巖稀有元素富集或貧化趨勢圖

4.4 鎢鉬族及親銅成礦元素

4.4.1 鎢鉬族元素

本次對鹿井地區(qū)斑點板巖的鎢(W)、鉬(Mo)、鉍(Bi)共3個鎢鉬族元素進行了檢測(表5)。其中W含量為2.93×10-6～6.19×10-6,平均為4.5×10-6,高于中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖的含量,熱接觸變質(zhì)作用可能有利于W的富集。Bi含量為0.35×10-6～0.95×10-6,平均為0.57×10-6,與中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖相差不大;Mo含量為0.261×10-6～1.265×10-6,平均含量僅為0.520×10-6,雖然與中國東部泥質(zhì)巖相近,但遠低于華南碳質(zhì)頁巖的含量(620.280×10-6)。Mo是一種變價元素,熱接觸變質(zhì)過程可促使大量Mo的活化遷移,因而本區(qū)斑點板巖原巖的Mo含量可能較高。

表5 鹿井地區(qū)斑點板巖鎢鉬族及親銅元素含量

4.4.2 親銅成礦元素

鹿井地區(qū)斑點板巖銅(Cu)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、金(Au)、銀(Ag)、銻(Sb)共6種親銅成礦元素檢測結(jié)果見表5。其中Cu、Pb、Zn、Sb含量與中國東部泥質(zhì)巖相近,但遠低于華南碳質(zhì)頁巖中的含量,而Au、Ag含量明顯高于中國東部泥質(zhì)巖。這種親銅成礦元素的含量特征既不同于中國東部泥質(zhì)巖,也不同于華南碳質(zhì)頁巖,可能與斑點板巖原巖的親銅元素含量有關(guān),也可能與斑點板巖遭受較強烈的熱接觸變質(zhì)結(jié)晶作用有關(guān)。

4.5 稀土元素

鹿井地區(qū)斑點板巖稀土元素及有關(guān)參數(shù)見表6和表7。

表6 鹿井地區(qū)斑點板巖稀土元素含量

表7 鹿井地區(qū)斑點板巖稀土元素相關(guān)參數(shù)

鹿井地區(qū)斑點板巖及中國東部泥質(zhì)巖、華南碳質(zhì)頁巖的稀土配分模式較相似,呈較平緩的鋸齒狀曲線(圖6),但也存在一些微小差異。鹿井地區(qū)斑點板巖稀土總量為260.66×10-6～287.22×10-6,平均為273.49×10-6,高于華南碳質(zhì)頁巖(169.25×10-6);斑點板巖LREE/HREE值為8.73～9.82,平均為9.22,高于華南碳質(zhì)頁巖(6.95),而與中國東部泥質(zhì)巖相近;斑點板巖δEu值為0.85～1.04,平均為0.95,與中國東部泥質(zhì)巖接近,即負Eu異常不明顯,而與華南碳質(zhì)頁巖(0.59)相差明顯?？梢?鹿井斑點板巖的稀土組成與中國東部泥質(zhì)巖較相似,而與華南碳質(zhì)頁巖有一定差異,(La/Yb)N、(La/Lu)N、(Ce/Yb)N等參數(shù)也說明了這一情況。

圖6 鹿井地區(qū)斑點板巖及中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖稀土配分模式

Eu是稀土元素中的變價元素,Eu3+在強還原和偏堿性條件下可還原為Eu2+。在正常海水中,Eu只能以Eu3+存在,因此正常海水沉積物一般無明顯的Eu異常,或具有微弱的Eu負異常。華南碳質(zhì)頁巖具有較明顯的負Eu異常,原因可能是在海相沉積過程中,有較多的強還原劑(有機質(zhì)等)的參與。中國東部泥質(zhì)巖δEu值為0.92,可認為是正常的海水沉積物。鹿井斑點板巖δEu值為0.67,是因為斑點板巖已遭受了明顯的熱接觸變質(zhì)作用,原巖的稀土組成可能已發(fā)生了變化。

Ce也是變價元素,具有環(huán)境示蹤意義。鹿井斑點板巖δCe值為0.88～0.95,平均為0.91,顯示較明顯的Ce負異常,與中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖均相似,但更接近于華南碳質(zhì)頁巖。

5 原巖形成環(huán)境探討

鏡下觀察到鹿井地區(qū)斑點板巖,礦物主要由絹云母、綠泥石和石英組成,具有泥質(zhì)原巖綠片巖相變質(zhì)的典型礦物組合特征。雖然熱接觸變質(zhì)作用使巖石中的微量元素組分發(fā)生較大變化,但主量化學組分及一些微量元素的比值對斑點板巖原巖形成的沉積環(huán)境、構(gòu)造背景研究仍具有示蹤意義。

在變質(zhì)作用過程中,除了深變質(zhì)和較高溫變質(zhì)條件下出現(xiàn)的超變質(zhì)作用和某些類型的交代改造作用外,基本能保持原巖的化學組分特點。也就是說,多數(shù)情況下變質(zhì)巖都是原巖在相對封閉條件下經(jīng)受變質(zhì)作用的產(chǎn)物,巖石的主要成分(如SiO2、Al2O3等)變化基本上是等化學的(邱家驤等,1991)。

Taylor等(1995)認為,SiO2/Al2O3值可用以判斷物源的來源類型。陸殼中SiO2/Al2O3值為3.60,沉積巖中SiO2/Al2O3值接近3.60,指示物源以陸源沉積巖為主,此值越大則表示受生物或熱水作用影響較大。鹿井地區(qū)斑點板巖SiO2/Al2O3值為3.40～3.88,平均為3.73,超過了3.60(表8),指示物源以陸源沉積為主,但有殘余生物作用的遺跡。華南碳質(zhì)頁巖SiO2/Al2O3值為4.67,指示著有生物作用的參與。

表8 鹿井地區(qū)斑點板巖地球化學參數(shù)

Roser等(1986)提出了SiO2-(K2O/Na2O)構(gòu)造背景判別圖解用以判別沉積物源區(qū)的大地構(gòu)造背景。研究區(qū)斑點板巖樣品大部分落入被動大陸邊緣區(qū)(圖7),表明斑點板巖原巖的形成構(gòu)造背景為被動大陸邊緣。

圖7 鹿井地區(qū)斑點板巖SiO2-(K2O/Na2O)圖解

高場強元素(如Th、Sc、Ti、Nb、Zr等)在熱接觸變質(zhì)作用過程中的影響較小,一般保留了變質(zhì)原巖母巖的原始信息,可用于原巖沉積盆地構(gòu)造環(huán)境的判別(Mclennan, 1989)。Peppard等 (2018)認為,被動陸緣泥質(zhì)巖沉積物的物源來自古老的、分異的上地殼,沉積物具有高的Th/Sc值。相反,泥質(zhì)巖的Th/Sc值小于1,代表均一的或很少分異的區(qū)(Taylor et al.,1995;Savoy et al., 2000),其比值越小越具有鐵鎂質(zhì)巖石的特征。鹿井地區(qū)斑點板巖Th/Sc值為1.16～1.47,均值為1.23,具有被動陸緣沉積物源區(qū)的特征。華南碳質(zhì)頁巖Th/Sc值為1.21,也指示為被動陸緣沉積物源區(qū)。

Mclennan 等(1991)提出被動陸緣沉積物和巖漿弧沉積物(包括島弧、大陸邊緣弧)的Th/Sc值、Zr/Sc值有不同的演化趨勢。島弧環(huán)境下沉積的砂巖和泥巖投點與火成巖演化的趨勢線一致,被動陸緣的沉積物投點與島弧環(huán)境下沉積物投點的趨勢線相交,具有Th/Sc值較大,Zr/Sc值變化范圍較大的特點。在Th/Sc-Zr/Sc 判別圖中(圖8),研究區(qū)斑點板巖投點與被動大陸邊緣泥質(zhì)巖趨勢線一致,Th/Sc值較大,反映陸內(nèi)較穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境。

圖8 Zr/Sc-Th/Sc判別圖解(劉文等,2016)

研究區(qū)下寒武統(tǒng)在熱接觸變質(zhì)結(jié)晶作用過程中,Ni、V趨于貧化,但二者相關(guān)性仍較明顯(圖9),相關(guān)系數(shù)為0.62,巖石中的V/(Ni+V)值在判別沉積環(huán)境方面具有與泥質(zhì)原巖相同的參考作用。Wingnall(1994)提出利用V/(Ni+V)值可表征沉積環(huán)境的氧化-還原性,當V/(Ni+V)值小于0.46時為過氧化環(huán)境,當V/(Ni+V)值為0.57～0.46時為氧化環(huán)境,當V/(Ni+V)值為0.83～0.57時為缺氧還原環(huán)境,當V/(Ni+V)值為1.00～0.83時為靜海還原環(huán)境。鹿井地區(qū)斑點板巖V/(Ni+V)值為0.71～0.74,平均值為0.72,指示為缺氧還原環(huán)境。即該斑點板巖的原巖與中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖的形成環(huán)境相似(張玉璽,2019),均為缺氧的還原沉積環(huán)境。

圖9 鹿井斑點板巖V和Ni散點圖

稀土元素地球化學特征可以作為研究頁巖沉積環(huán)境和富集機制的有效方法,沉積體系中的Ce 異?？梢苑从乘w氧化還原條件的變化,Ce異常值大于-0.1時,反映水體為還原環(huán)境,小于-0.1時,反映水體為氧化環(huán)境(李雙建等,2008)。通過計算,斑點板巖樣品的Ce 異常值均大于-0.1,反映研究區(qū)斑點板巖原巖的沉積環(huán)境為還原容量較大的邊緣海沉積盆地,這與V/(Ni+V)值判別的結(jié)果一致。

6 結(jié)論

(1)研究區(qū)斑點板巖重結(jié)晶作用明顯,巖石幾乎由新生礦物絹云母、綠泥石、石英等組成,斑點板巖的原巖屬泥質(zhì)類巖石。

(2)斑點板巖樣品的化學成分變化范圍較小。與中國東部泥質(zhì)巖和華南碳質(zhì)頁巖相比,CaO、P2O5和燒失量較低,其他主量或微量組分也有一些變化,反映了熱接觸變質(zhì)結(jié)晶作用過程,也是巖石中的H2O、CO2、有機成分及其他活動性較強元素包括成礦元素逐漸變化或遷出的過程。

(3)斑點板巖鈾含量平均為8.12×10-6,略高于中國東部泥質(zhì)巖,明顯低于華南碳質(zhì)頁巖;Th/U值平均為2.67,略低于中國東部泥質(zhì)巖,明顯高于華南碳質(zhì)頁巖(0.15)。該斑點板巖由于經(jīng)歷過印支燕山期的熱接觸變質(zhì)作用,鈾已經(jīng)發(fā)生過活化遷移,熱接觸變質(zhì)之后的斑點板巖作為中新生代鈾源的可能性大大降低。斑點板巖僅是鹿井地區(qū)鈾礦體圍巖而已。

(4)斑點板巖部分主量元素、高場強元素,或其比值對判別原巖形成環(huán)境有示蹤意義。SiO2/Al2O3、Th/Sc 值以及SiO2-(K2O/Na2O)和Th/Sc-Zr/Sc圖解指示鹿井斑點板巖原巖具有被動陸緣沉積物源區(qū)的特征,形成的構(gòu)造環(huán)境較穩(wěn)定。V/(Ni+V)值及Ce負異常指示原巖的沉積環(huán)境為還原容量較大的邊緣海沉積盆地。