重庆城口地区早寒武世黑色页岩地球化学特征及成矿规律

李周玲 王敏捷 邓 亚 钱志南 谭先锋 陈 兰

（重庆科技学院，重庆 401331）

重庆城口地区早寒武世黑色页岩地球化学特征及成矿规律

李周玲 王敏捷 邓 亚 钱志南 谭先锋 陈 兰

（重庆科技学院，重庆 401331）

研究城口地区早寒武世黑色页岩地球化学特征、成矿规律及环境特征，并对早寒武世黑色页岩元素分布及其形成环境进行探讨。

城口；黑色页岩；地球化学特征；成矿规律

许多以黑色页岩为容矿岩石的矿床和具有潜在经济价值的金属堆积已在世界各地发现。近年来，我国不少学者开始研究黑色页岩［1-4］，研究内容涉及黑色页岩地球化学特征、古环境意义及成矿规律等方面。李晓彪、杨文光等［1，5］人利用地球化学手段对城口地区黑色页岩进行了研究，这些研究对于城口地区黑色页岩形成机理的认识具有一定的推动作用。本文在前人研究的基础上，通过分析大量研究资料，并将城口地区黑色页岩形成、分布规律与其他地区进行对比研究，以期对城口地区黑色页岩有进一步的认识。

1 区域地质背景

研究区地跨秦岭造山带和扬子板块两个一级地层、构造区划单元，以城巴深断裂为界，北东为秦岭地槽褶皱系的北大巴山地槽褶皱带，南西为扬子准地台南大巴山台缘凹陷褶皱带。三级构造单元为大巴山陷褶束,以乌龙—坪坝断裂为界，位于该断裂北东。

自加里东运动以后，大巴山地就开始出现隆起和凹陷。海西运动褶皱范围向南扩大，印支运动又继续隆起，燕山运动使大巴山受到强烈的褶皱抬升和隆起，同时受米仓山、汉中地块和神农架地块的阻挡，形成了大巴山弧形褶皱带。

研究区属大巴山弧形断褶带，由一系列西北至东西走向的雁列式褶皱和冲断层组成（图1）。褶皱紧密，断层密集。岩层走向为北西至南东向，并向南弧形凸出。境内有第四系、三迭系、二迭系、志留系、奥陶系、寒武系、震旦系7个系，37个组、群的地层。最新地层为第四系的新冲积，最老地层为震旦系南沱组或跃岭河群。分布面积以寒武系地层最广，在左岚老房子以北直至川（渝）边界均为寒武系分布，以主产石煤为特征，分3个统，6个组，厚1 800m。

2 黑色页岩分布

我国黑色页岩资源较丰富，虽然处在勘探程度的早期，还没有能反映资源全貌的较为准确的数据，但其分布仍有规律可循，目前已查明的主要分布在华北—东北地区、南部地区、西北地区和青藏地区等四大地区。其中南方以四川盆地、鄂东渝西及下扬子地区分布最为集中（图2），而研究区正位于其中。

重庆城口黑色页岩系广泛分布，但主要产于秦岭地槽与扬子准地台接合部位处，水井沱组下部。黑色岩系形成于沉积盆地斜坡或以下地带的还原环境中,与海平面上升有关。早寒武世初期随着海平面上升,形成台地边缘-斜坡盆地的灰黑色硅、钙、泥质沉积,早期沉积的灰黑色薄层硅质岩中还夹有黑色页岩及少量凝灰岩，常有多门类带壳动物化石发育。因此，当其厚度较大时，可成为良好的生油岩系，常作为石油的指示地层。

图1 构造特征分布平面图

图2 城口黑色页岩

3 黑色页岩地球化学特征及环境意义

本次研究利用稀土元素地球化学分析手段，并结合前人研究成果［1，5］，对城口地区黑色页岩进行了地球化学特征分析（表1），并对形成环境及成矿规律进行了探讨。

表 城口地区部分剖面样品的贵金属质量百分含量

3.1 城口地区黑色页岩地球化学特征

（1）稀土元素特征

硅质岩中稀土元素的变化与相应环境下的海水和沉积物相类似，因而,硅质岩中的稀土元素的分布特点可作为其沉积时的古海水及其对应沉积物的近似代表。硅质岩稀土元素的主要来源是从海水中吸收稀土,其次是从陆源和海底火山颗粒中继承。因而硅质岩的沉积速率就成为控制其稀土含量的主要因素。

（2）PGE(“铂族元素” platium group element)分析

本次研究对典型剖面的大部分样品进行了较系统的PGE分析和微量元素分析,重点是对前人发现铂族元素异常的剖面进行重新评估 ,城巴断块区的剖面包括水井沱组的和平剖面 (本次研究中应用能谱仪新发现的具有一定PGE异常的新剖面);槽区的剖面包括水晶组的大燕山剖面,巴山组的巴山、燕子河等。其PGE分析结果见表1［1］。

3.2 环境分析及成矿规律

本区主要以铂矿为主要研究对象,而黑色岩系是铂族元素的重要容矿岩石，且铂族元素常与有机质伴生，有机质对铂族元素的富集有重要意义，所以黑色页岩型铂矿是一种前景较好的新铂族资源类型。

城口铂矿位于秦岭褶皱系南缘，扬子准地台北缘之坳陷带，以城巴深断裂为界，北侧为秦岭地槽褶皱系北大巴山冒地槽褶皱带，南侧为扬子地台区南大巴山台缘凹陷褶皱带大巴山褶皱束。城巴断块为铂矿主要的成矿区域，主矿化层为上震旦统陡山沱组，次矿化层为下寒武统水井沱组。

其成矿环境为还原环境，铂矿有机质组成、分子化石分布特征都反映了城口铂矿中的有机质先体为菌藻类微生物，且该区经历了长时间的海侵期。从南往北，海侵上超明显，而高水位期主要表现为深水环境，岩性变化韵律为页岩、泥质灰岩→砂质页岩、页岩→鲕状灰岩、泥质条带灰岩、泥灰岩→泥质条带灰岩、灰岩、鲕状灰岩、白云岩和泥质灰岩、瘤状灰岩→泥质灰岩、泥质白云岩、白云质灰岩。而该区矿化层的岩性主要为黑色碳质页岩、硅质岩、硅质页岩、粉砂质页岩,夹少量的泥灰岩、白云岩、粉砂岩薄层，矿(化)体多呈层状、似层状产出，产状与围岩一致，含矿岩石普遍具黄铁矿化、硅化、碳化现象，含矿层越接近城巴深断裂前缘矿化越明显，且有机质与矿石密切共生,由此可看出生物和有机质在铂矿的形成过程中起着重要的作用。

4 黑色页岩分布规律、地球化学特征及环境意义分析

通过对城口地区黑色页岩分布规律、地球化学特征及环境意义等方面的研究，结合其他地区黑色页岩研究情况表明：

（1）黑色页岩地球化学特征分布规律

研究区（城口）黑色页岩地球化学特征是稀土元素分布不太稳定，主要受沉积物沉积速率的影响，另外经过对相应的典型剖面（尤其是水井沱组的和平剖面）的大部分样品进行较系统的PGE分析和微量元素分析后，不难发现该区铂族元素存在典型的异常现象，即PGE异常是城口地区的黑色页岩的明显特征。为了让该项目更具有代表性，我们又研究了湘西和扬子地区黑色页岩的地球化学特征，钒是湘西黑色页岩中常见的伴生元素,其含矿率达50%～70%,矿石品位较高,含V2O50.54%～1.04%,而含有机碳低的硅质岩,V2O5含量仅为0.14%～0.41%；针对下寒武统地层，我们在扬子地区以江苏昆山昆2井、南京幕府山、江西修水3条剖面为研究对象。剖面中共有3种沉积相:①陆缘碎屑岩相,为页岩、粉砂质页岩和少量粉砂岩等；②碳酸盐岩相,为白云岩、灰质白云岩和灰岩等；③上升流相,为黑色炭质页岩、炭质硅质页岩、灰岩中硅质条带和结核以及粉砂质页岩中磷矿层和磷结核等。我们主要研究上升流相，经测量分析,其沉积厚度平均占61.46%,并且多为薄层状,有机碳丰富,黑色页岩中有机碳1.07%～12.31%,硅质岩中达0.4%～6.69%,石煤岩达8.6%～30.0%。不难看出扬子地区（尤其在上升流相）黑色页岩中有机碳特征较为明显。

纵观不同地区黑色页岩地球化学特征，可以总结出黑色页岩地球化学特征具有稀土元素、有机碳分布比较集中，贵金属元素（尤其对于铂族元素）含量出现异常的分布规律。

（2）黑色页岩形成于深水缺氧环境

城口地区在海侵时期，南部地区是外陆棚相，形成的主要是深色页岩，可代表深水环境。湘西地区在早寒武世发生的浊流运动中，由下覆的黑色页岩的上覆岩石主要是粉砂岩或泥岩可知，其沉积环境为饥饿的深水沉积相，由于离岸较远、碎屑物的供给较缺乏，形成缺氧环境，因此低栖生物少，有利于黑色页岩的形成和保存。在扬子地块，上升流相造成的有机质丰富沉积形成黑色页岩，可以推断出黑色页岩形成于深水缺氧环境。

（3）黑色页岩是寻找矿产的有利目标

城口早寒武纪黑色页岩主分布于秦岭褶皱系南缘，扬子准地台北缘之坳陷带城巴深断裂处。因该套黑色页岩地球化学分析的PGE异常，城巴断块为铂矿主要的成矿区域，主矿化层为上震旦统陡山沱组，次矿化层为下寒武统水井沱组。因此该套城口早寒武纪黑色页岩具有良好的铂矿成矿条件。结合对三峡地区、昆阳地区、遵义地区的古生物研究,陡山沱组底部帽白云岩、早寒武时期的火山活动及Ni-Mo-PGE多元素异常的研究得出分布于扬子地台区和秦岭区华南早前寒武系黑色岩系的相关矿床包括陡山沱期的锰矿 、磷矿 和 AgV矿 ,早寒武时期的磷矿、重晶石矿 、REE-P矿、U-V矿及特征的 Ni-Mo-PGE矿化。可见黑色岩系矿床的矿种多，是各种贵金属（如金、银、铂、钯等）、有色金属（如铜、钼、镍、铅、锌等）以及黑色金属（如铁、锰等）的主要来源。

5 结 语

黑色岩系是铂族元素的重要容矿岩石，铂族元素常与有机质伴生，有机质对铂族元素的富集有重要意义。对城口地区黑色页岩的地球化学特征的研究可知，城口铂矿有机质组成、分子化石分布特征都反映了城口铂矿中的有机质先体为菌藻类微生物。有机质与矿石密切共生,反映了生物和有机质在铂矿的形成过程中起着重要的作用。城口地区黑色页岩所含稀土元素中的PGE异常特点，具有良好的以成铂矿为主的成矿条件。

[1]李晓彪,罗远良,罗泰义，等.重庆城口地区早前寒武系黑色岩系研究早寒武世硅质岩的沉积环境研究 矿物学报，2007，27(3):2-12.

[2]胡望水，吕炳全，王红罡，等.扬子地块东南陆缘寒武系上升流沉积特征[J].江汉石油学院学报，2004，26(4):1-4.

[3]吴朝东，陈其英，杨承运.湘西黑色岩系沉积演化与含矿序列[J].沉积学报，1999,17(2):3-7.

[4]王登红.与黑色岩系有关矿床研究进展[J].地质地球化学,1997(2):1-2.

[5]杨文光，林丽，朱利东，等.重庆城口黑色岩系中铂矿的分子古生物学特征研究[J].成都理工大学学报(自然科学版),2004，31(5):1-2.

Abstract：Based on the previous research,we studies the Geochemistry characteristics and environmental significance of the Lower Cambrian black shale in Chengkou area and discusses its element distributions and formation environment.

Key words：Chengkou；black shale；geochemistry characteristics；environmental significance

Geochemistry Characteristic and Circumstance Discussion of The Lower Cambrian Black Shale in Chongqing Chengkou Area

LI Zhou-ling WANG Min-jie DENG Ya QIAN Zhi-nan TAN Xian-feng CHEN Lan
(Chongqing University of Science and Technology,Chongqing 401331)

TE122

A

1673-1980（2011）06-0092-04

2011-05-23

重庆科技学院第五届大学生科技创新项目

李周玲（1989-），女，重庆科技学院石油与天然气工程学院2008级学生。