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地球化学特性及成因释解

 论文栏目:化学理论论文     更新时间:2013-11-15 11:36:47   

1硅质岩的地球化学特征

1.1样品的分析方法

对从龙旗山、静龙山一带采集的硅质岩样品,通过手标本的观察以及薄片在偏光显微镜下的观察,挑选出8件符合要求的硅质岩样品,除去表面附着物,进行无污染球磨制备分析样品,最后进行硅质岩全岩的主量元素、微量元素及稀土元素的分析测试。测试过程均在国土资源部华东矿产资源监督检测中心完成,主量元素使用X—射线荧光光谱仪测试,微量元素、稀土元素使用电感耦合等离子体质谱仪测试。

1.2主量元素特征

所有样品中SiO2含量为54.33%~88.49%,平均含量为66.59%,Al2O3含量为0.08%~0.51%,平均含量为0.27%,Fe2O3含量为10.27%~41.75%,平均含量为29.36%,TiO2含量为0.006%~0.02%,MnO含量为0.04%~1.98%。硅质岩总体SiO2含量较低,贫Al、Ti,富Fe、Mn(表1)。

1.3微量元素特征

研究区硅质岩的微量元素中,同北美页岩比,明显富集Ba、Sr、U元素,尤其是Ba元素,其平均含量为6502.50ppm,贫Rb、Zr、Hf、Cr、Ni、Co等元素,总体微量元素含量相对较低。样品中U含量明显高于Th含量,其U/Th比值为1.31~4.74,平均值为2.37(表2)。2.4稀土元素特征从表3可以看出,宁芜北部地区硅质岩的稀土总量很高,ΣREE为67.44~472.51,平均值为191.46,LREE大于HREE,富集LREE,亏损HREE,同北美页岩稀土元素标准化后,LaN/YbN比值平均值为28.86,稀土配分曲线明显右倾,δCe值为0.57~0.91,平均值0.76,表现为负异常,δEu值为1.44~3.55,平均值为2.67,表现为明显的正异常(图2)。

2硅质岩成因的讨论

Fe、Mn、Al、Ti等主量元素的含量对探讨硅质岩的成因具有重要的指示意义,一般富Fe、Mn与热水作用有关系[4,17]。同时,周永章等[18~20]对广西丹池、粤西等地硅质岩研究表明热水沉积型硅质岩中Ti、Al、K元素含量较低。从测试结果来看,研究区硅质岩富Fe、Mn及贫Ti、Al、K,主量元素特征符合热水沉积的特征。Bostrom研究表明在沉积物中Fe/Ti、(Fe+Mn)/Ti、Al/(Al+Fe+Mn)的比值可反映热水物质含量,当三者比值分别大于20、大于20±5、小于0.35时,一般认为属于热水沉积物。研究区硅质岩Fe/Ti、(Fe+Mn)/Ti比值极高,Al(Al+Fe+Mn)比值在0.001~0.010之间,平均值0.007,明显指示了研究区硅质岩为热水沉积成因,在Al-Fe-Mn三角图解中,样品均落入热水沉积区域(图3)。在典型的热水沉积物中,K2O/Na2O一般小于1,正常的生物沉积成因硅质岩中,K2O/Na2O一般大于1,张汉文也指出热水沉积物一般富Na[21~24]。研究区硅质岩的K2O/Na2O比值为0.25~0.85,平均值为0.54,符合热水沉积特点。硅质岩的微量元素地球化学特征是指示其成因的重要标志,通常比主量元素更为敏感[25]。对于热水沉积成因的硅质岩微量元素整体相对亏损,但对于Ba、As等元素含量一般很高[26]。另外,王江海等[27]通过对云南地区多个陆内热水沉积岩的研究,在陆相热水沉积岩还可富集Sr、U等元素而不同于海相热水沉积物。在一般水成硅质岩中U含量小于Th含量,而在热水沉积物中,即使受海水或湖水的影响,其U、Th含量也不同于水成硅质岩,显示U含量高于Th含量,其U/Th比值通常大于1[28]。研究区硅质岩的微量元素总体较为亏损,但明显富集Ba、Sr、U元素,其中Ba平均含量为6502.50ppm,高于水成沉积物中Ba含量,U/Th比值为1.31~4.74,平均值为2.37,均显示了具有热水沉积特征。同时研究区处于陆内环境,也具有富集Sr、U等元素的特征。在Fe-Mn-(Cu+Co+Ni)×10三角判别图中,研究区样品全落在热水沉积区域中(图4);在沉积物U-Th成因判别图中,研究区样品也同样均位于U/Th比值大于1的热水沉积区域(图5)。前人研究认为硅质岩的稀土元素特征同样可以反映岩石沉积环境[29~35],据Fleet[36]研究,热水沉积成因硅质岩的稀土元素具有独特的配分模式,一般稀土总量低,LREE低于HREE,有明显负Ce异常,该结论也被广泛的应用于判别沉积物的成因是否为热水沉积[24,37~41]。但高怀忠[42]认为在判别热水沉积物时不易单独使用稀土配分模式,海底热水沉积物的形成时受海水的影响,一般低密度高温的热流体的沉积物受海水影响极大,其稀土配分模式同海水相似,而高密度低温热流体受海水混染程度不一,其稀土配分模式也不固定。对于陆相热水沉积物,王江海等[27]认为其稀土模式很复杂,不同地区的热水沉积岩具有相差很大的稀土配分模式。此外,戚华文[43]在研究临沧锗矿床热水沉积成因硅质岩时,同样发现硅质岩的稀土元素北美页岩标准化后缺乏典型热水沉积硅质岩所具有的负Ce异常,认为这可能与硅质岩形成于陆相环境有关。因此对于陆内宁芜北部地区硅质岩的稀土配分模式也同样不能简单的同典型的海底热水沉积成因硅质岩作类比,其稀土配分模式主要取决于热水本身,不受海水的影响,有其独特的稀土配分模式。宁芜北部地区硅质岩的稀土总量很高,ΣREE平均值为191.46,LREE大于HREE,稀土配分曲线明显右倾,δCe值平均值0.76,表现为负异常,δEu平均值为2.67,表现为明显的正异常。在稀土配分上明显不同于典型的海底热水沉积物,但同海底热水沉积物一样具有负Ce异常和正Eu异常。

3结论

宁芜北部地区硅质岩形成于陆内的火山岩盆地,与层状铁矿床密切相关,通过对硅质岩的主量、微量及稀土元素进行分析测试,结果显示:(1)主量元素具有贫Ti、Al、K,富Fe、Mn的特点,Fe/Ti、(Fe+Mn)/Ti比值极高,Al(Al+Fe+Mn)比值在0.001~0.010之间,K2O/Na2O比值大于1;(2)微量元素总体较为亏损,但显示富Ba、Sr、U,其U/Th比值大于1;(3)稀土元素具有稀土总量值高、LREE高于HREE、负Ce异常及正Eu异常等特征。从主量、微量元素地球化学特征可以看出,硅质岩的地球化学特征很大程度上符合热水沉积的特点,在硅质岩Al-Fe-Mn三角图、Fe-Mn-(Ni+Co+Cu)×10三角图及沉积物U-Th成因判别图中,研究区硅质岩均落在热水沉积成因的范围内。因此,宁芜北部地区硅质岩属于热水沉积成因。由于硅质岩形成于陆内,不受海水影响,硅质岩的稀土配分模式取决于热水性质,同典型的海底热水沉积物不同,但仍具有负Ce异常和正Eu异常。从硅质岩的成因角度出发,宁芜北部地区以硅铁沉积岩层为主要矿层的层状铁矿床应为陆相热水沉积型矿床。

作者:申金超 郭坤一  曾勇 宋世明 陈志洪 周小栋  单位:中国地质科学院 南京地质矿产研究所

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