摘要：揚(yáng)子板塊北緣志留系黑色巖系中重晶石毒重石成礦帶的形成構(gòu)造背景和成礦過程一直受到眾多學(xué)者的關(guān)注。本文選擇四川盆地北緣城口月亮坪剖面下志留統(tǒng)龍馬溪組泥頁巖中的重晶石礦物為研究對象，從巖石學(xué)、礦物學(xué)入手探討重晶石發(fā)育特征，并結(jié)合鍶同位素分析重晶石的成因及其反映的地質(zhì)意義。結(jié)果顯示：重晶石主要發(fā)育成巖作用為主的針狀晶體、冷泉作用為主的較大粒徑溶蝕狀晶體、熱液作用為主的樹枝狀晶體，以及生物作用為主的小粒徑橢球體形晶體；重晶石結(jié)核以扁橢球體形順層分布，存在同心分層結(jié)構(gòu)、致密均一結(jié)構(gòu)、龜裂紋充填結(jié)構(gòu)，其成因以成巖作用為主，局部出現(xiàn)后期熱液流體充填收縮縫形成的龜裂紋；層狀重晶石的87Sr/86Sr值為0.708 4，反映其形成過程受到深部幔源（低87Sr/86Sr值）和圍巖（高87Sr/86Sr值）的混染作用，推測其成因為深部幔源熱液與冷泉（或成巖作用）共同作用的結(jié)果。研究認(rèn)為：四川盆地北緣龍馬溪組沉積時期為一個具有拉張構(gòu)造背景的被動大陸邊緣，在北大巴山發(fā)育同沉積斷裂；在龍馬溪組早期四川盆地北部斜坡區(qū)受到弱的拉張作用，斷裂發(fā)育規(guī)模不大，形成間歇性小規(guī)模的冷泉滲流；在龍馬溪組晚期拉張作用增強(qiáng)，斷裂加深，產(chǎn)生重晶石黑煙囪，大量含Ba2+和H2S的熱液進(jìn)入海水中并在北大巴山地區(qū)形成重晶石礦床。

關(guān)鍵詞：黑色巖系；重晶石；鍶同位素；冷泉；龍馬溪組；四川盆地；鋇

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230339

中圖分類號：P571; P578.71

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Supported by the National Natural Science Foundation of China （52174117， 42274129）， the Natural Science Foundation of Liaoning Province （2022BS328）， and the Project of Discipline Innovation Team of Liaoning Technical University （LNTU20TD14， LNTU20TD30）

Development Characteristics and Geological Significance of Barite in the Longmaxi Formation of the Lower Silurian in the Northern Margin of the Sichuan Basin

Xiao Bin1， Guo Dongxu1， Wang Hao1， Xiong Shuzhen2， Fu Xiang1， Zhao Zhonghai1， Li Sheng3

1. College of Mining， Liaoning Technical University， Fuxin 123000， Liaoning， China

2. College of Environmental Science and Engineering， Liaoning Technical University， Fuxin 123000， Liaoning， China

3. Department of Resources， Liaoning Geology Engineering Vocational College， Dandong 118000， Liaoning， China

Abstract： The formation tectonic background and mineralization process of the barite-witherite mineralization belt in the Silurian black rock series on the northern margin of the Yangtze plate have always been the focus of many scholars. This article selects the barite minerals in the mud shale of the Longmaxi Formation in the Lower Silurian of the Yueliangping section at the northern margin of the Sichuan basin as the research object. Starting from petrology and mineralogy， the development characteristics of barite are discussed， and the genesis of barite and its geological significance are analyzed by combining strontium isotopes. The results show that barite mainly develops into acicular shaped crystals dominated by diagenesis， larger particle size dissolution shaped crystals dominated by cold methane seeps， dendritic crystals dominated by hydrothermal processes， and small particle size ellipsoidal crystals dominated by biological processes. The barite nodules are distributed along the layers with oblate ellipsoid shape， with a concentric stratification structure， dense homogeneity structure， and turtle-crack filling structure. The genesis is mainly diagenesis， and local late hydrothermal fluid filling shrinkage cracks form turtle-cracks. The 87Sr/86Sr value of layered barite is 0.708 4， indicating that its formation process was influenced by the mixing effect of the deep mantle sources （low 87Sr/86Sr value） and the host rocks （high 87Sr/86Sr value）. It is speculated that its formation was the result of the joint action of deep mantle derived hydrothermal fluids and cold methane seeps （or diagenesis）. Research suggests that the sedimentary period of the Longmaxi Formation on the northern margin of the Sichuan basin was a passive continental margin with an extensional tectonic background， and synsedimentary faults developed in the North Dabashan. In the early stage of the Longmaxi Formation， the northern slope area of the Sichuan basin was subjected to weak extension， and the scale of fault development was not large， forming intermittent small-scale cold methane seepage. In the late stage of the Longmaxi Formation， the extension was strengthened， the fault deepened， and a black chimney of barite was generated. A large amount of hydrothermal fluids containing Ba2+ and H2S entered the seawater， forming barite deposits in the North Dabashan area.

Key words： black rock series; barite; strontium isotopes; cold methane seepage; Longmaxi Formation; Sichuan basin; Ba

0 引言

海水中含有大量硫酸根，而鋇的硫酸鹽在水中的溶解度很低，為2.4 mg/L（20 ℃下），鋇在海水中的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為2×10-6[1]。在正常的海水條件下，鋇在海水的任何深度都是不飽和的，但一些地質(zhì)作用的發(fā)生會導(dǎo)致鋇局部富集，使得古今海洋沉積物中廣泛形成重晶石[2]。這一現(xiàn)象存在于古生代和現(xiàn)今的海洋中。根據(jù)鋇的不同來源，前人將重晶石分為四大類[35]：生物重晶石，在富有機(jī)質(zhì)沉積物孔隙水環(huán)境下形成；熱液重晶石，形成受到海底熱液系統(tǒng)的控制，這一過程需要特定的物理、化學(xué)條件；成巖重晶石，形成于成巖階段沉積物孔隙水環(huán)境；冷泉重晶石，與冷泉滲流系統(tǒng)關(guān)系緊密。

雖然鋇礦物（重晶石和毒重石）在揚(yáng)子板塊邊緣震旦系—志留系黑色巖系中廣泛分布，并且揚(yáng)子板塊北緣重晶石毒重石成礦帶尤為引人注目[68]，但是人們對于重晶石的形成機(jī)制，尤其是其形成的構(gòu)造環(huán)境和成礦過程的認(rèn)識仍不明確。無論是熱液系統(tǒng)的重晶石還是海洋高生產(chǎn)力區(qū)成巖模式的重晶石，它們的形成構(gòu)造位置都是在大陸邊緣，但是關(guān)于板塊之間的相互作用或者斷裂促使重晶石形成的具體細(xì)節(jié)，地質(zhì)學(xué)家們卻沒有一致的意見。關(guān)于揚(yáng)子板塊下古生界重晶石的形成機(jī)制，前人從巖石學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)等方面開展了許多工作，取得了不少成就，對其成因也有不同看法：韓善楚等[9]通過對重晶石礦床有機(jī)地球化學(xué)研究得出了重晶石熱水噴流生物復(fù)合成因的模式；Xu等[7]利用鍶、硫、氧同位素對揚(yáng)子板塊北緣的重晶石毒重石成礦帶進(jìn)行了系統(tǒng)地分析，認(rèn)為鋇來源于海水，成礦分帶的主要原因是有機(jī)質(zhì)降解形成的富 CO2 流體的存在；昝博文等[10]認(rèn)為渝東北地區(qū)發(fā)育的重晶石結(jié)核為成巖早期形成的，其鋇的來源是由于生物死亡后在其體腔內(nèi)微環(huán)境中有機(jī)質(zhì)分解釋放鋇沉積的生物重晶石，并且伴隨著埋藏，生物重晶石中的鋇由于細(xì)菌硫酸鹽還原反應(yīng)（BSR）發(fā)生了活化、遷移并且再次沉積?？傮w而言，至今仍未有統(tǒng)一的認(rèn)識。此外，前人對不同成因重晶石反映的地質(zhì)意義探討較少。因此，本文選擇四川盆地北緣城口月亮坪剖面下志留統(tǒng)龍馬溪組泥頁巖中的重晶石礦物為研究對象，主要從巖石學(xué)、礦物學(xué)入手探討重晶石發(fā)育特征，并結(jié)合鍶同位素分析重晶石的成因及其反映的地質(zhì)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

華南板塊在晚奧陶世至早志留世期間與岡瓦納大陸邊緣相連[1112]。此時，華南板塊由西北部的揚(yáng)子地塊和東南部的華夏地塊組成（圖1a）[1315]。同時，華夏地塊對揚(yáng)子地塊的擠壓，與正在進(jìn)行的陸內(nèi)造山運(yùn)動導(dǎo)致?lián)P子地塊的大部分地區(qū)與廣海隔絕[15]。四川盆地被川中隆起、黔中隆起、雪峰隆起和康滇古陸等一系列隆起和古陸所包圍[1618]，形成晚奧陶世向北開放的半封閉局限淺海/海灣（圖1b）[17]。

研究區(qū)月亮坪（YLP）剖面位于四川盆地北緣（坐標(biāo)為31°45′32.8″N，108°46′44.7″E），區(qū)內(nèi)五峰組—龍馬溪組頁巖露頭發(fā)育良好，從底部向上依次發(fā)育上奧陶統(tǒng)臨湘組、五峰組和下志留統(tǒng)龍馬溪組（圖1c）。其中臨湘組是一套灰黃綠色粉砂質(zhì)頁巖；五峰組由含大量放射蟲的硅質(zhì)頁巖段、筆石頁巖段、粉砂質(zhì)頁巖段和頂部的灰黑色硅質(zhì)白云巖薄層“觀音橋段”組成。YLP剖面龍馬溪組厚度大，按巖性特征劃分為下、中、上三段：下段以黑色筆石頁巖和灰黑色粉砂質(zhì)頁巖為主；中段以灰黑色粉砂質(zhì)泥巖和泥巖為主，含豐富的筆石，下部發(fā)育3層厚5～10 cm的凝灰?guī)r夾層，上部泥巖與凝灰?guī)r互層，泥巖中含大量重晶石結(jié)核；上段為灰綠色粉砂質(zhì)泥巖夾粉—細(xì)砂巖條帶。

2 采樣與研究方法

樣品采自四川盆地北緣城口月亮坪剖面，主要研究對象是下志留統(tǒng)龍馬溪組的重晶石礦物。圖2展示了月亮坪剖面中重晶石礦物的分布及重晶石結(jié)核產(chǎn)出的位置在龍馬溪組底部采集1件硅質(zhì)頁巖（MJ0）;

在重晶石段中采集了27件樣品，其中凝灰?guī)r樣品11件，含重晶石泥頁巖樣品9件，層狀重晶石樣品2件（MJ5、MJ7），重晶石結(jié)核樣品5件。對28件樣品開展了薄片鑒定和掃描電鏡觀察，并對其中20件樣品開展了Sr同位素測試。

重晶石的巖石學(xué)、礦物學(xué)、Sr同位素分析均在成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實驗室完成。微觀形態(tài)觀察利用Quanta250FEG高分辨率場發(fā)射環(huán)境掃描電鏡和Oxford INCAxmax20 能譜儀進(jìn)行。重晶石礦物的成分特征利用背散射電子成像技術(shù)獲得，即礦物組成元素平均原子序數(shù)高的部位產(chǎn)生較強(qiáng)的背散射電子信號，在電腦圖像上呈現(xiàn)較亮的區(qū)域，而平均原子序數(shù)較低的部位則產(chǎn)生較少的背散射電子，呈現(xiàn)較暗的區(qū)域。

使用小型牙鉆對用于87Sr/86Sr分析的樣品進(jìn)行鉆孔取樣。重晶石礦物的分離在雙目顯微鏡下手工挑選得到。所選的重晶石樣品的極高Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)和低Rb質(zhì)量分?jǐn)?shù)減輕了原位87Rb衰變引入的誤差，初始87Sr/86Sr值可忽略不計。將重晶石樣品完全溶解進(jìn)行鍶同位素分析，在超凈實驗室用標(biāo)準(zhǔn)離子交換色譜法分離鍶，并采用德國Thermo Fisher Scientific 公司的熱電離質(zhì)譜儀TIMS （型號Triton Plus）上進(jìn)行分析。標(biāo)準(zhǔn)樣品NBS987（1 000×10-6）的87Sr/86Sr測試結(jié)果為0.710 257 39（2σ=4.29×10-6），與推薦值0.710 241±0.000 012[19]在誤差范圍內(nèi)一致，表明本儀器的穩(wěn)定性和校正策略的可靠性滿足高精度Sr同位素分析。作為流程監(jiān)控標(biāo)樣，BCR2的87Sr/86Sr分析測試值為0.704 986 41（2σ=2.37×10-5），與推薦值0.705 026±0.000 015[20]在誤差范圍內(nèi)一致。數(shù)據(jù)表明，分析準(zhǔn)確度和精密度滿足高精度的Sr同位素分析要求。

3 結(jié)果分析

3.1 重晶石野外發(fā)育特征

在四川盆地北緣的城口明中、月亮坪剖面，以及巫溪徐家壩剖面的龍馬溪組中均發(fā)現(xiàn)重晶石結(jié)核順層產(chǎn)出，各剖面區(qū)域位置如圖1所示。重晶石結(jié)核在城口明中和巫溪徐家壩剖面主要分布在龍馬溪組下部“黑色頁巖段”中，在城口月亮坪剖面主要分布在龍馬溪組頂部灰色泥巖中，結(jié)核的直徑一般在2.0～15.0 cm之間。重晶石結(jié)核宏觀特征如圖3所示。城口月亮坪剖面重晶石礦物掃描電鏡下的顯微特征將在下文詳細(xì)討論。

3.2 鍶同位素結(jié)果

本次研究選取了月亮坪剖面的重晶石結(jié)核2件、層狀重晶石1件、含重晶石泥頁巖6件、凝灰?guī)r11件樣品進(jìn)行了鍶同位素測試。測試結(jié)果顯示：重晶石結(jié)核87Sr/86Sr值分別為0.709 6和0.709 3，平均值為0.709 4；層狀重晶石87Sr/86Sr值為0.708 4；含重晶石泥頁巖87Sr/86Sr值為0.713 6～0.736 8，平均值為0.727 7；凝灰?guī)r87Sr/86Sr值為0.710 0～0.757 0，平均值為0.733 1。具體結(jié)果詳見表1。

4 討論

4.1 重晶石主要產(chǎn)出環(huán)境和晶體形態(tài)特征

不同類型重晶石產(chǎn)出模式主要為：①生物重晶石，這種類型的重晶石晶體粒徑為0.5～5.0 μm，形成于水體中有機(jī)質(zhì)降解微環(huán)境，其中的有機(jī)質(zhì)降解會釋放大量Ba2+和Sr2+，形成的大量BaSO4在海水中局部過飽和發(fā)生沉淀會形成重晶石（圖4a）[21]。②成巖重晶石，形成于沉積物水界面以下，即海底沉積物與上覆海水的界面之下，早期生物重晶石發(fā)生重新溶解產(chǎn)生富鋇孔隙水，其在硫酸鹽甲烷轉(zhuǎn)換帶附近與孔隙水中的SO2-4相互作用生成重晶石（圖4b）。③熱液重晶石，主要依賴于大型斷裂，深部地幔富Ba2+的熱液流體通過斷裂運(yùn)移至海底，并噴發(fā)到水體中，其與海水中硫酸鹽相互作用生成重晶石（圖4c）。④冷泉重晶石，其形成模式類似于成巖重晶石，需要沉積物中富含較多的有機(jī)質(zhì)，但冷泉重晶石的形成主要發(fā)生于沉積物水界面之上，即海底沉積物與上覆海水的界面之上，其形成環(huán)境為具有一定張性裂隙的被動大陸邊緣上升洋流區(qū)，這些張性裂隙可以導(dǎo)致沉積物中富Ba2+和CH4的流體釋放進(jìn)入海水中，與SO2-4結(jié)合形成重晶石。例如秘魯大陸邊緣和墨西哥灣被動大陸邊緣海洋沉積物中的重晶石，以及我國貴州泥盆系中的重晶石礦床，均屬于冷泉重晶石（圖4d）[4，2325]。

不同成因的重晶石形態(tài)如圖5所示：生物重晶石晶體以橢球體形為主[26]；熱液重晶石以樹枝狀、菱形、片狀為主[2728]；成巖重晶石和冷泉重晶石的形態(tài)相似，以針狀、溶蝕狀、長板狀為主，其中冷泉重晶石晶體形態(tài)較為完整，晶體粒徑較大[2931]。

4.2 研究區(qū)重晶石的發(fā)育特征及成因

4.2.1 研究區(qū)重晶石晶體形態(tài)特征

從圖6a—d中可見，樣品MJ2中的重晶石晶體整體呈層狀分布，且晶體以細(xì)小的針狀為主，判斷為成巖重晶石。并且在圖6b中可以發(fā)現(xiàn)，上下兩層含重晶石晶體的薄層夾灰色泥巖，這反映了沉積物水界面的波動，導(dǎo)致成巖重晶石前緣帶在沉積物水界面之下的位置不斷變化。圖6d能譜顯示了圖6c中針狀重晶石晶體元素O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.84%，Si為6.90%，S為8.68%，Ba為72.58%。圖6e為龍馬溪組底部的碳硅質(zhì)頁巖樣品MJ0，觀察到呈長板狀、溶蝕狀的重晶石晶體，晶體形態(tài)完整。從圖6f、g可以看到樣品MJ6中出現(xiàn)的重晶石晶體呈溶蝕狀且粒徑較大，表明重晶石晶體具有足夠的生長空間，并且圖6h能譜中可以發(fā)現(xiàn)一定的C元素，認(rèn)為其成因與冷泉作用有關(guān)。龍馬溪組底部樣品MJ0中的重晶石晶體形態(tài)（圖6e）與樣品MJ6中的溶蝕狀晶體（圖6g）相似，認(rèn)為其為冷泉重晶石。

從圖7a、b中可以觀察到樣品MJ5中呈樹枝狀的重晶石晶體，顯示其受到熱液的影響；在圖7c—h中觀察到樣品MJ6、MJ7中樹枝狀和溶蝕狀重晶石晶體混合堆積，這暗示著兩件樣品中重晶石的形成受到熱液作用的影響，結(jié)合前文所述MJ6還受到冷泉作用的影響，可以推測在該地區(qū)重晶石形成在一個既可以接受到熱液，又可以接受到冷泉的地區(qū)，可能為被動大陸邊緣斷裂帶靠陸一側(cè)、受到相對弱的拉張作用影響的地區(qū)。由圖7i、j可見，在樣品MJ6中有呈橢球體形的生物重晶石晶體，晶體粒徑較小，在1.0～3.0 μm之間，能譜顯示晶體元素成分復(fù)雜，這與其形成機(jī)制依賴于生物遺體的降解相關(guān)。從以上觀察可以推測該地區(qū)重晶石為混合成因，生物、熱液、冷泉、成巖作用均有貢獻(xiàn)，這與其所處的地理位置以及當(dāng)時復(fù)雜的構(gòu)造背景相關(guān)。

在YLP剖面重晶石段凝灰?guī)r中存在以長板狀和溶蝕狀為主的成巖重晶石晶體（圖8a、b），其中有大量的雞骨狀玻屑（圖8c），玻屑常形成于黏度較大的中酸性巖漿噴發(fā)過程；表明龍馬溪組中上部凝灰?guī)r源巖性質(zhì)可能為中酸性火山巖，有別于五峰組中的偏中性鈣堿性玄武質(zhì)凝灰?guī)r，暗示了隨著洋殼向華北板塊的俯沖，華南板塊與華北板塊逐漸靠近，在華南板塊北部可以接收到來自北秦嶺地區(qū)的島弧型中酸性火山碎屑物質(zhì)。從圖8d—n可以觀察到重晶石結(jié)核的宏觀形態(tài)基本呈扁橢球體形，直徑為5.0～15.0 cm的較多，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有的呈同心分層結(jié)構(gòu)（圖8e），有的存在龜裂紋（圖8h、i、n），有的較為致密均一（圖8j、k、l）；成巖重晶石的晶體結(jié)構(gòu)主要為針狀結(jié)構(gòu)，但在重晶石結(jié)核龜裂紋中出現(xiàn)粒徑較大的溶蝕狀和樹枝狀晶體呈脈狀充填，表明在重晶石結(jié)核成巖收縮過程中，有熱液流體進(jìn)入龜裂紋中，從而形成樹枝狀晶體充填裂紋。

4.2.2 研究區(qū)重晶石鍶同位素地球化學(xué)特征

重晶石礦物中的Ba元素含量在海洋沉積物中可作為表征古生產(chǎn)力的指標(biāo)[3234]，通過重晶石的87Sr/86Sr值可重建海水Sr同位素曲線[3537]。在這些應(yīng)用中，都假定重晶石晶體是直接從海水中析出的生物成因重晶石，其記錄了同時期海水的生產(chǎn)力和化學(xué)性質(zhì)。但是，在海相沉積巖中除了生物成因重晶石外，還有熱液重晶石、冷泉重晶石和成巖重晶石，而這些重晶石的87Sr/86Sr值將會偏離同期海水的比值。因此，可以利用重晶石87Sr/86Sr值來反推重晶石的成因[38]。

研究表明，海洋Sr同位素組成的變化是許多復(fù)雜地質(zhì)作用共同作用的結(jié)果[39]。一般而言，以下3個儲庫控制了海水87Sr/86Sr值的變化：①海底玄武巖和海底熱液中的鍶，其87Sr/86Sr值為0.704；②古老硅鋁質(zhì)陸殼風(fēng)化產(chǎn)物中的鍶，其87Sr/86Sr值約為0.720；③海相碳酸鹽巖風(fēng)化提供的鍶，其87Sr/86Sr值為0.708。在不同地質(zhì)時代，上述3個儲庫對海水Sr同位素的貢獻(xiàn)比例不同，導(dǎo)致海洋87Sr/86Sr值隨時間發(fā)生變化[3941]。海相碳酸鹽巖作為重要的油氣儲集層[4243]，其廣泛的研究推動著眾多學(xué)者對不同時期海洋鍶同位素的研究[3537]。

劉家軍等[6]將南秦嶺大巴山大型鋇礦帶劃分為毒重石成礦亞帶和重晶石成礦亞帶，其中重晶石成礦亞帶分布在紅椿壩—曾家壩斷裂以北，發(fā)育在寒武系洞河群和志留系含碳硅巖建造中，水坪、神河、石梯是典型的志留紀(jì)重晶石礦床（圖9）。通過對水坪、神河、石梯的鋇礦物進(jìn)行銣鍶同位素分析發(fā)現(xiàn)，其87Rb/86Sr與87Sr/86Sr、w（Rb）與w （Al2O3）線性關(guān)系明顯，Rb主要受控于陸源碎屑物質(zhì)輸入，樣品中的Sr曾被放射成因Sr疊加，而87Sr/86Sr值位于志留紀(jì)海水87Sr/86Sr值（0.707 9～0.708 8）范圍內(nèi)，表明鋇礦物的Sr受到深部熱液的影響，并有陸源高放射成因殼源鍶混染（圖10）[6]。從城口月亮坪剖面層狀重晶石樣品MJ7的樹枝狀晶體形態(tài)上，已經(jīng)可以確定其在形成過程中受到熱液作用影響。因為如果受殼源熱液影響，其87Sr/86Sr值應(yīng)高于同期海水，而如果受幔源熱液影響，則87Sr/86Sr值應(yīng)低于同期海水；但樣品87Sr/86Sr值為0.708 4，位于志留紀(jì)同期海水比值范圍內(nèi)（圖10）。因此，推測城口月亮坪剖面樣品MJ7中重晶石的87Sr/86Sr值應(yīng)該受到來自深部的幔源低87Sr/86Sr值和圍巖高87Sr/86Sr值的混染作用，其重晶石成因應(yīng)該為深部幔源熱液與冷泉（或成巖）共同作用的結(jié)果，這與其鏡下觀察到的樹枝狀重晶石晶體和溶蝕狀重晶石晶體共存相一致。從圖10可以發(fā)現(xiàn)，城口明中、月亮坪和巫溪徐家壩剖面的重晶石結(jié)核的87Sr/86Sr值介于同期海水與圍巖的87Sr/86Sr值之間，筆者認(rèn)為這是成巖過程中受到孔隙中殘留的海水與圍巖高87Sr/86Sr值共同作用的結(jié)果；再結(jié)合其鏡下晶體特征，認(rèn)為重晶石結(jié)核的成因是以成巖作用為主，后期龜裂紋充填脈體中有熱液作用的影響。

4.3 研究區(qū)重晶石的成因模式及地質(zhì)意義

綜合以上對四川盆地北緣龍馬溪組中重晶石礦物的晶體形態(tài)特征和鍶同位素地球化學(xué)特征的分析，建立其簡略的成因模式（圖11）。其形成環(huán)境為一個具有拉張構(gòu)造背景的被動大陸邊緣，其動力學(xué)機(jī)制應(yīng)該與“秦嶺洋”洋殼向華北板塊俯沖之后導(dǎo)致對華南板塊的拖拽作用相關(guān)。具體表現(xiàn)為在南秦嶺北大巴山發(fā)育大的同沉積斷裂，這些斷裂在龍馬溪組早期發(fā)育規(guī)模不大，對四川盆地北部斜坡區(qū)的影響僅表現(xiàn)為弱的拉張作用，形成間歇性小規(guī)模的冷泉滲流，這也可以解釋在龍馬溪組底部發(fā)現(xiàn)了具冷泉重晶石特征且晶形發(fā)育完整的長板狀重晶石。由圖11a分析可知，在龍馬溪組晚期拉張作用增強(qiáng)，城口斷裂加深，產(chǎn)生重晶石黑煙囪，大量含Ba2+和H2S的熱液進(jìn)入海水中，在南秦嶺地區(qū)重晶石沉降形成具規(guī)模的重晶石礦床；而一小部分熱液向南流向南大巴山地區(qū)，在四川盆地北緣城口—巫溪一帶與冷泉滲流的含Ba2+和CH4流體一同參與重晶石的化學(xué)形成過程。由圖11b可見冷泉滲流Ba2+和深部熱液Ba2+混合了化學(xué)反應(yīng)式①產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)分解生物Ba2+，是主要的Ba2+源，上部海水是SO2-4主要的來源，其中凝灰?guī)r會經(jīng)過水化反應(yīng)③產(chǎn)生一定量的Ca2+和Mg2+；這些含有Ba2+、Ca2+、Mg2+的孔隙水向上遇到化學(xué)反應(yīng)式④生物硫酸鹽還原反應(yīng)產(chǎn)生的HCO-3，反應(yīng)生成了CaMg（CO3）2，在過飽和狀態(tài)下沉淀生成鋇白云石條帶（化學(xué)反應(yīng)式⑤），鋇白云石條帶在城口明中地區(qū)較為發(fā)育；含Ba2+流體繼續(xù)向上運(yùn)移，在硫酸鹽甲烷轉(zhuǎn)化帶之上經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)式⑥形成重晶石紋層，一部分形成重晶石結(jié)核。

凝灰?guī)r樣品單偏光顯微鏡下照片：a. 樣品MN1顯示零星長板狀重晶石晶體順層分布（綠色箭頭）；b. 樣品MN4顯示溶蝕狀重晶石晶體雜亂分布（綠色箭頭）；c. 樣品MN5顯示雞骨狀玻屑（藍(lán)色箭頭指示）。重晶石結(jié)核樣品MJH3：d. 重晶石結(jié)核呈橢球狀，直徑6 cm左右；e. 重晶石結(jié)核敲開后內(nèi)部分層，核心為粒徑較大的重晶石，外層為粒徑較小的重晶石；f. 單偏光顯微鏡下照片，顯示結(jié)核核心為粒徑較大的針狀重晶石晶體致密堆積，外層有一圈硅質(zhì)包裹，再向外為粒徑細(xì)小的針狀重晶石晶體（黃色箭頭指示由核部向邊部分層）。重晶石結(jié)核樣品MJH5：g. 結(jié)核呈橢球狀被節(jié)理截斷，直徑在12～15 cm之間；h. 結(jié)核內(nèi)部有龜裂紋，脈體充填，外部致密；i. 單偏光顯微鏡下照片，顯示結(jié)核整體為細(xì)小針狀成巖重晶石晶體（綠色箭頭），核部有龜裂紋，較大粒徑的溶蝕狀成巖重晶石（紅色箭頭）和樹枝狀熱液重晶石（藍(lán)色箭頭）脈體充填。重晶石結(jié)核樣品MJH1：j. 橢球狀重晶石結(jié)核，內(nèi)部致密；k. 單偏光顯微鏡下照片，顯示結(jié)核自核部向邊部粒徑逐漸變大，且核部主要為針狀，邊部為長板狀、溶蝕狀（黃色箭頭指示核部向邊部重晶石晶體粒徑變大）；l. 正交光顯微鏡下照片。重晶石結(jié)核樣品MJH10：m. 結(jié)核呈橢球狀被節(jié)理截斷，直徑在10～15 cm之間；n. 單偏光顯微鏡下照片，顯示核部為細(xì)小針狀晶體（綠色箭頭），有龜裂紋，方解石和石英充填，中部晶體粒徑變大，出現(xiàn)樹枝狀熱液重晶石晶體（藍(lán)色箭頭），邊部為針狀晶體。

南秦嶺水坪、神河、石梯等地區(qū)的數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[6]；城口明中、巫溪徐家壩的數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[10]；藍(lán)色區(qū)域代表志留紀(jì)海水87Sr/86Sr值范圍，據(jù)文獻(xiàn)[36]。

5 結(jié)論

1）重晶石主要分布在龍馬溪組頂部泥巖中，重晶石晶體類型多樣，存在成巖作用為主的針狀重晶石晶體、冷泉作用為主的較大粒徑溶蝕狀重晶石晶體、熱液作用為主的樹枝狀重晶石晶體，以及生物作用為主的小粒徑橢球體形重晶石晶體。

2）重晶石結(jié)核以扁橢球體形順層分布，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)多樣，存在同心分層結(jié)構(gòu)、致密均一結(jié)構(gòu)、龜裂紋充填結(jié)構(gòu)，重晶石結(jié)核內(nèi)部的晶體形態(tài)表明其成因以成巖作用為主，局部出現(xiàn)后期熱液流體充填收縮縫形成龜裂紋。

3）層狀重晶石的87Sr/86Sr值受到來自深部的幔源低87Sr/86Sr值和圍巖高87Sr/86Sr值的混染作用，其重晶石成因推測為深部幔源熱液與冷泉（或成巖）共同作用的結(jié)果，這與其鏡下觀察到的樹枝狀重晶石晶體和溶蝕狀重晶石晶體共存現(xiàn)象相一致。

4）四川盆地北緣龍馬溪組沉積時期為一個具有拉張構(gòu)造背景的被動大陸邊緣，在北大巴山發(fā)育同沉積斷裂，在龍馬溪組早期斷裂發(fā)育規(guī)模不大，四川盆地北部斜坡區(qū)受到弱的拉張作用，形成間歇性小規(guī)模的冷泉滲流，在龍馬溪組晚期拉張作用增強(qiáng)，斷裂加深，產(chǎn)生重晶石黑煙囪。

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