北大巴山镇坪地区早寒武世硅质岩的地球化学特征及成因

2014-07-05刘劲松邹先武段其发胡俊良龚银杰

地质与勘探 2014年4期

关键词：沉积环境硅质寒武

刘劲松，邹先武，段其发，胡俊良，崔森,2，夏杰,3，龚银杰

(1. 武汉地质矿产研究所，湖北武汉 440205；2. 中国地质大学研究生院，湖北武汉 430074； 3. 成都理工大学，四川成都 610059)

北大巴山镇坪地区早寒武世硅质岩的地球化学特征及成因

刘劲松1，邹先武1，段其发1，胡俊良1，崔森1,2，夏杰1,3，龚银杰1

(1. 武汉地质矿产研究所，湖北武汉 440205；2. 中国地质大学研究生院，湖北武汉 430074； 3. 成都理工大学，四川成都 610059)

本文对北大巴山镇坪地区下寒武统杨家堡组和庄子沟组硅质岩的主量、微量和稀土元素地球化学特征进行了较为系统的研究，结果表明：硅质岩SiO2含量在72.7%～98%之间，庄子沟组SiO2含量比杨家堡组低，相对富集Al2O3、Fe2O3和TiO2；微量元素相对地壳元素丰度都富集Ni、Mo、Ag、V、U，而贫Co和Th，庄子沟组还富集Cu、As和Bi；硅质岩稀土元素总量ΣREE在6.60×10-6～119.78×10-6之间，轻稀土元素相对重稀土元素富集(LREE/HREE﹥1)，北美页岩标准化配分曲线呈左倾特征，具有正Eu和负Ce异常，庄子沟组ΣREE大于杨家堡组，且更富集轻稀土元素LREE，而杨家堡组具有更明显的左倾配分曲线和负Ce异常特征。杨家堡组硅质岩为生物和热水混合沉积成因，具有大洋盆地沉积环境硅质岩的特征；庄子沟下部硅质岩为生物和热水混合沉积成因，向上生物作用和热水作用减弱，陆源物质的贡献显著增加，上部硅质岩为正常陆缘沉积背景上叠合了生物和热水沉积，可能有部分火山物质的加入，庄子沟组硅质岩从下部到上部具有大洋盆地沉积环境硅质岩向大陆边缘盆地沉积环境硅质岩过渡的特征。

北大巴山镇坪地区硅质岩地球化学成因

Liu Jin-song, Zou Xian-wu, Duan Qi-fa, Hu Jun-liang, Cui Sen, Xia Jie, Gong Yin-jie. Geochemical characteristics and origin of the lower Cambrian siliceous rocks from Zhenping area in north Daba Mountains[J]. Geology and Exploration, 2014, 50(4):0725-0734.

我国南方分布广阔的黑色岩系，尤其是下寒武统黑色岩系，它们不仅是许多古油气藏或残余油藏的烃源岩(韩世庆等，1983；张渠等，2007)，而且也是一些重要金属矿产的赋矿围岩和金属矿源层(胡煜昭等，2007；朱红周等，2012)，如湖南、贵州下寒武统黑色岩系中的铂族元素贵金属矿床以及铜镍多金属矿层(周洁等，2008)。在北大巴山地区分布有大量的黑色岩系，其中在川陕鄂交界地区下寒武统硅质岩中分布着我国独特的原生毒重石矿床，该成矿带西起陕西西乡、紫阳、向东南至重庆城口地区，向东延伸至陕西镇坪，进入湖北竹溪和竹山境内(陈有年等，1989)，在城口地区的早寒武世硅质岩中还发现了PGE异常(罗泰义等，2007)，前人对北大巴山地区下寒武统硅质岩成因和沉积环境等方面做了较多的工作，高长林等(1999)对安康、紫阳一带的硅质岩的成因做了相关研究，认为早古生代层状硅质岩形成于与火山活动有关的深海环境；吕志成等(2004)通过对与毒重石有关的下寒武统硅质岩的系统研究,认为赋矿围岩、矿体顶底板和顶板上覆地层中的硅质岩成因各有所差别，李晓彪等(2007)通过城口地区下寒武统硅质岩的三个不同位置的剖面研究认为，三个剖面硅质岩沉积环境各不相同，显然，对于北大巴山不同地区下寒武统硅质岩的成因有较大差别，区域上还有待进一步厘清和统一。

镇坪地区位于北大巴山南部，紧邻城口断裂，处于北大巴山毒重石(重晶石)成矿带中部，对于该地区硅质岩的研究还较为薄弱，本文拟通过该区下寒武统硅质岩地层剖面测量和系统的岩石地球化学分析，探讨该区下寒武统硅质岩的成因和沉积构造环境，从而为北大巴山地区下寒武统硅质岩的成因和沉积环境提供依据，这不仅有助于认识北大巴山地区毒重石矿床的形成和PGE异常，同时对于认识南秦岭地区早寒武世沉积构造背景和演化具有重要意义。

1 地质背景

研究区位于北大巴山南部，城口-钟宝大断裂附近，在大地构造位置上处于扬子地块北缘，在晚元古代-早古生代为古秦岭洋的被动陆缘，晚古生代-早中生代为勉略洋的活动陆缘(张国伟等，2001)。地层主要出露扬子地台型震旦系至中三叠统，北大巴山地区在早古生代发育有裂陷槽，红椿坝断裂至安康断裂间为盆地相区，红椿坝断裂至城口断裂间为台地斜坡相区，城口断裂以南为台地相区，区域发育有大量北西向加里东期基性岩墙或岩脉，顺层或小角度侵入接触地层。北大巴山地区下寒武统硅质岩及上部泥岩可与扬子地台的牛蹄塘组和筇竹寺组对比，后者底部硅质岩层更薄(雒昆利，2006)。

湖北省地质调查院(1999①)在1∶5万镇坪幅区调中，将原鲁家坪组由下至上划分为下震旦统江西沟组、上震旦统霍河组、下寒武统杨家堡组、庄子沟组和鲁家坪组，本文采用这一地层划分方案。笔者实测了位于陕西省镇坪县曙河口的剖面，该区为台地斜坡相区，区域地质简图及剖面位置如图1所示，该区断层和褶皱较为发育，剖面位于一轴面近北西向向斜的南翼，剖面所在位置出露了震旦系-下寒武统地层，为一套盆地相的黑色岩系和白云质灰岩；江西沟组主要为黑色炭质板岩，局部夹薄层灰岩或灰岩透镜体，含大量浸染状或结核状黄铁矿，底部被基性岩脉侵入，霍河组主要为灰色厚层细晶白云质灰岩，杨家堡组主要为灰黑色中薄层硅质岩，镜下可见水平纹层发育，成分主要为显微粒状石英、玉髓，含3%～5%的水云母；庄子沟组岩性为黑色薄层硅质板岩，含少量炭质，成分主要为显微粒状石英、玉髓，含10%～15%的水云母及2%±的黄铁矿。与杨家堡组相比，庄子沟组层薄，含少量炭质和泥质成分，岩层多可见扭曲变形，其底部岩层中夹有毒重石矿，鲁家坪组仅出露了下部，岩性为黑色炭质板岩，位于向斜的核部，被基性岩脉顺层倾入。剖面柱状图如图2所示。

图1 研究区地质简图及剖面位置Fig. 1 Siplified geological map of the study area and location of the geological section 1-青白口系武当群；2-南华系耀岭河群；3-震旦系江西沟组；4-震旦系霍河组；5-寒武系杨家堡组；6-寒武系庄子沟组；7-寒武系鲁家坪组；8-寒武系箭组坝组；9-寒武系毛坝关组；10-辉长岩；11-正长闪长岩；12-实测地层界线；13-实测推覆剪切带；14-剖面位置1-Qingbaikouan Wudang group；2-Nanhuan Yaolinghe group；3-Sinian Jiangxigou Formation；4-Sinian Huohe Formation；5-Cambrian Yangjiabao Formation；6-Cambrian Zhuangzigou Formation；7-Cambrian Lujiaping Formation；8-Cambrian Jianzhuba Formation；9-Cambrian Maobaguan Formation；10-gabbro；11-syenodiorite；12-geological boundary；13-thrust shear zone；14-location of geological section

图2 研究区硅质岩剖面图及采样位置Fig.2 Lithostratigraphic column of the study area and sampling locations 1-白云质灰岩; 2-硅质岩; 3-炭质板岩; 4-含炭硅质板岩; 5-辉绿岩1- dolomitic limestone; 2-siliceous rocks; 3-carbonaceousslabstone; 4- carbonaceous siliceous slate； 5-diabase

2 样品测试及结果

样品采自该剖面下寒武统杨家堡组和庄子沟组共16个硅质岩样品，采样位置见图2，岩性和层位见表1。主量和微量元素含量测试均在国土资源部中南矿产资源监督检测中心完成：主量元素采用XRF法测试，分析精度高于1%，其中FeO和Fe2O3用湿化学法单独分析；微量元素(含稀土元素)采用ICP-MS法完成，分析精度一般优于5%。分析结果见表1。

2.1 主量元素特征

下寒武统杨家堡组硅质岩SiO2含量为93.24%～98.00%，为纯的硅质岩(纯硅质岩的SiO2含量为91%～99.8%)(Murrayetal., 1992)，Al2O3与Fe2O3含量都较低，分别为0.13%～1.08%和0.01%～0.22%，庄子沟组SiO2含量为72.70%～94.27%，从下部向上SiO2含量逐渐降低，除了底部两个样品含量较高以外，其余样品明显低于纯的硅质岩，Al2O3含量在0.75%～8.26%之间，从下部向上含量逐渐增加，上部含量趋于稳定，其含量较高与岩石中含少量炭泥质成分有关；Fe2O3、MgO含量变化与Al2O3特征一致，呈逐渐增加的趋势，与杨家堡组相比，含量显著增加。

2.2 微量元素地球化学特征

微量元素结果见表1，主要分析了Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Co、Mo、As、Sb、Bi、V、Ag、U、Th 14个元素，剖面中几乎所有岩石相对地壳元素丰度都富集Ni、Mo、Ag、V、U，而贫Co和Th。此外，庄子沟组富集Cu、As、Bi，杨家堡组贫Cu；除Pb以外，庄子沟组几乎所有微量元素相对杨家堡组富集。

2.3 稀土元素地球化学特征

剖面稀土元素含量和相关参数如表1所示，该区硅质岩的稀土元素总量ΣREE在6.60×10-6～119.78×10-6之间，其中杨家堡组为6.60×10-6～47.48×10-6，庄子沟组为53.09×10-6～119.78×10-6，可见庄子沟组ΣREE明显高于杨家堡组，这说明庄子沟组中的炭泥质成分对稀土元素的富集起了较大的作用。硅质岩轻重稀土元素比值LREE/HREE为0.74～5.22，杨家堡组LREE/HREE比值为0.74～4.64，除了样品37b1比值﹤1以外，其余均>1，反映了LREE相对HREE富集，庄子沟组LREE/HRE为1.88～5.22，反应了庄子沟组相对杨家堡组硅质岩更加富集LREE。该剖面下寒武统硅质岩稀土元素北美页岩标准化分配模式图如图3所示，所有样品都呈左倾特征，具有明显的负Ce异常，Ce/Ce*=0.40～0.95，变化较大，从下向上Ce/Ce*总体为增加的趋势。杨家堡组和庄子沟组的稀土分配曲线差别明显，庄子沟组的稀土分配曲线分布于杨家堡组上方，而杨家堡组分配模式呈明显的左倾特征。

图3 杨家堡组硅质岩(a)和庄子沟硅质岩(b)稀土元素北美页岩标准化模式图 (标准化值据Gromet et al., 1984)Fig.3 NASC- normalized REE patterns for Yangjiabao Formation and Zhuangzigou Formatiaon siliceous rocks (normalized values after Gromet et al., 1984)

3 硅质岩成因探讨

硅质岩中SiO2的来源种类较多，主要来自生物和海底火山作用，其中生物来源可能更为重要，鉴于较老的地层生物成因有关的硅质岩镜下较难发现生物化石，加上后期的变质改造，如果有火山物质的参与，由于粒度细成分复杂等原因在镜下也较难鉴别，因此较难获得可靠的岩石学证据，而采用地球化学的方法则能较好地解决这一问题。

硅质岩中Fe、Mn的富集与热水的参与有关，Al的相对富集大多与陆缘物质的介入有关，不同成因硅质岩的Al/(Fe+Mn+Al)比值不同，可以利用Fe-Mn-Al三角图判别不同成因的硅质岩(Adachietal., 1986；Yamamotoetal., 1987)，由图4可以看到研究区杨家堡组硅质岩投点较为分散，在不同成因硅质岩分布区均有分布，说明杨家堡组硅质岩成因较为复杂，可能具有多种成因；庄子沟组硅质岩都落在生物沉积及其他非热水沉积物区，说明庄子沟组硅质岩为生物成因或非热水沉积成因。

图4 硅质岩的Fe-Mn-Al三角图(据Yamamoto et al., 1987; Adachi et al., 1986)Fig.4 Fe-Mn-Al diagram of siliceous rocks (after Yamamoto, et al., 1987; Adachi et al., 1986) I-生物沉积及其他非热水沉积物区；II-热水沉积区;+-杨家堡组；◇-庄子沟组I-non-hydrothermal；II-hydrothermal;+-Yangjiabao Formation；◇-Zhuangzigou Formation

生物成因硅质岩具有富SiO2的特点，火山成因硅质岩具富MgO的特点，后者两种成分呈负相关关系，两种成因的硅质岩在SiO2-MgO图解中具有不同的分布(杨建明等，1999)，由图5可见研究区下寒武统杨家堡组硅质岩分布在生物区范围，反映了生物成因的特点，而庄子沟组从下至上，样品分布在不同区域，下部样品分布在生物区，中部两个样品分布在生物区和火山凝灰质硅质岩交界区的附近，上部两个样品分布在火成区的边界区域，说明庄子沟组硅质岩底部具有生物成因的特征，从下部至上部生物成因减弱，上部可能受到火山物质作用的影响。

注：Eu/Eu*=2EuN/(SmN+GdN), Ce/Ce*=2CeN/(LaN+PrN),N为北美页岩平均值标准化；测试结果在国土资源部中南矿产资源监督检测中心于2009年7月完成。

图5 硅质岩的SiO2-MgO图解(据杨建明等,1999)Fig.5 SiO2-MgO diagram of siliceous rocks(according to Yang Jianming, et al., 1999) Ⅰ-生物区；Ⅱ-火山凝灰质硅质岩；Ⅲ-火成区;+-杨家堡组； ◇-庄子沟组I-biological rocks；II-volcanic tuffaceous siliceous rocks；Ⅲ-igneous rocks;+-Yangjiabao Formation；◇-Zhuangzigou Formation

U和Th的比值可以用来指示沉积岩的沉积环境，U/Th﹥1时指示热水沉积环境，U/Th﹤1时指示正常的水成沉积岩(Bostrometal., 1983)，从表1中可以看到该剖面硅质岩U/Th=6.37～51.36，都显示了热水沉积的特征。这也可以从U-Th关系图(图6)上体现出来，所有样品都落入热水沉积物区,表明研究区硅质岩在沉积过程中都受到了热液活动的影响。U/Th值能够反应沉积物或沉积岩中热水物质和陆缘水成物质相对贡献的大小(吕志成等，2004)，本区下寒武统杨家堡组硅质岩U/Th值总体上大于庄子沟组，而与陆缘物质有关的Al2O3和TiO2明显低于庄子沟组，反映了杨家堡组受到热水作用的影响较大，而陆缘物质的贡献较小。庄子沟组从下至上U/Th呈降低的趋势，与陆缘物质有关的Al2O3和TiO2含量呈增加的趋势，反映了硅质岩形成过程中热水作用减弱，陆缘物质的贡献增加。

图6 不同沉积物U-Th关系图(据Bostrom et al.,1979；Bostrom,1983)Fig.6 U-Th diagram of different kinds of sediments(after Bostrom，et al,1979；Bostrom,1983) Ⅰ-TAG热水沉积物区; Ⅱ-Galapagos 热水沉积物区;Ⅲ-Amphitrite; Ⅳ-红海热水沉积物区; Ⅴ-中太平洋中脊热水沉积物区; Ⅵ-Langban热水沉积物区; Ⅶ-锰结核区; Ⅷ-普通深海沉积物区; Ⅸ-铝土矿区; Ⅹ-古老石化的热水沉积物区；其他同图4Ⅰ-TAG hydrothermal sediment; Ⅱ-Galapagos hydrothermal sediment; Ⅲ-Amphitrite hydrothermal sediment; Ⅳ-Red sea hydrothermal sediment; Ⅴ- hydrothermal sediment of Pacific Middle ridge; Ⅵ-Langban hydrothermal sediment; Ⅶ-manganese nodule; Ⅷ-common deep sea sediment; Ⅸ-bauxite sediment; Ⅹ-precontemporary hydrothermal sediment; others are the same as those in Fig.4

图7 黑色岩系w(La) /w (Yb)-w ( Ce) /w (La)图解(底图据Kunzendorf et al., 1988)Fig.7 La/Yb-Ce /La diagram of the black rock series (after Kunzendorf et al., 1988) Ⅰ-深海沉积物; Ⅱ-铁锰结核; Ⅲ-海底玄武岩及相关岩石；其他同图4Ⅰ-deep-see sediments; Ⅱ-ferromanganese nodules; Ⅲ-marine basalts and related rocks；others are same to Fig.4

与正常海水沉积物相比，海相热水沉积物的稀土元素总量要低，北美页岩标准化曲线呈现近水平或左倾的分配特征，Ce有明显负异常，LREE/HREE比值较小(刘家军等，1993；李胜荣等，1995)，该剖面硅质岩北美页岩标准化曲线(图3)呈较为明显的左倾特征，Ce负异常明显，LREE/HREE比值较低(见表1)，反映了热水沉积的特征；尤其是杨家堡组硅质岩稀土元素总量比庄子沟组低的多，标准化曲线左倾特征和Ce负异常更显著，相对更富集重稀土元素，反映了杨家堡组硅质岩比庄子沟组的热水沉积作用更强，其低的稀土总量特征反应了杨家堡组受陆缘物质的影响较小，而庄子沟组受到了陆缘物质的显著影响。

不同沉积环境的沉积物对稀土元素的分馏程度不同，Kunzendorfetal.(1988)对洋中脊和弧后伸展环境的150件样品分析，建立了w(La)/w(Yb)-w(Ce)/w(La)图解来判别正常深海沉积以及热液参与等沉积环境；将该剖面硅质岩稀土元素结果投入该图解(图7)中，杨家堡组硅质岩几乎都落入玄武岩区，反应了热水的参与；庄子沟组部分样品落入玄武岩区，部分落入玄武岩与深海沉积物重叠区，反映了庄子沟组沉积过程中存在热水参与或正常沉积背景与热水的共同参与。李晓彪等(2007)在城口地区猪草河下寒武统硅质岩中发现有一定比例的火山凝灰质和火山碎屑沉积物，王忠诚和储雪蕾(1993)根据锶同位素研究认为城口、紫阳地区毒重石形成过程中有来源于海底火山或海底热液活动提供的物质加入，研究区下寒武统硅质岩与城口下寒武统硅质岩同属南秦岭地槽区，分布在城口断裂附近与曾家坝断裂之间，具有较为一致的构造背景，是北大巴山地区毒重石成矿带的东延部分，该成矿带毒重石具明显沉积特征，与下寒武统硅质岩具有密切的时、空和成因关系(吕志成等，2004)，可见，该区硅质岩形成过程中可能受到火山物质的影响。

通过研究区硅质岩的上述地球化学特征以及图解的判别，结合前人研究成果，可知本区下寒武统硅质岩成因较为复杂，是多种因素作用的结果，其中杨家堡组硅质岩为纯硅质岩，既有生物成因硅质岩富SiO2的特点，又有热水沉积的典型特征，为生物与热水混合成因；庄子沟组从下至上呈现有规律的变化，下部硅质岩为生物和热水混合沉积成因，向上生物和热水作用减弱，陆源物质的贡献显著增加，上部硅质岩为正常陆缘沉积背景上叠合了生物和热水沉积，可能有部分火山物质的加入。

4 硅质岩的沉积构造背景

Al2O3的含量指示了陆缘物质的加入程度，Fe2O3被用作洋中脊热水组分活动的指标，可以用Al/Fe值(Al/Fe=Al2O3/(Al2O3+Fe2O3))用来判别硅质岩的沉积环境(Murrayetal., 1991),大洋中脊硅质岩Al/Fe值﹤0.4，大洋盆地硅质岩Al/Fe值为0.49～0.70，大陆边缘硅质岩为0.5～0.9(Murrayetal., 1994)，研究区下寒武统杨家堡组硅质岩Al/Fe值为0.21～0.75，除个别样品与大陆边缘和大洋中脊的特征外，总体与大洋盆地范围相当，说明杨家堡组硅质岩总体为大洋盆地沉积环境；庄子沟组硅质岩Al/Fe值为0.40～0.78，下部三个样品表现为大洋盆地硅质岩的特征，其中一个样品的值接近大洋中脊的范围，中部和上部表现为大洋盆地或大陆边缘盆地硅质的特征，说明庄子沟组硅质岩为大洋盆地或大陆边缘沉积环境。在不同沉积构造背景下的硅质岩Ce/Ce*值不同，加利福尼亚朗西斯科大陆边缘沉积环境硅质岩Ce/Ce*=0.65～1.35，平均值为1.09，深海平原沉积环境硅质岩Ce/Ce*=0.5～0.76，平均值为0.6，洋中脊附近沉积环境硅质岩Ce/Ce*=0.22～0.38，平均值为0.30(Murrayetal., 1991)，本区杨家堡组硅质岩Ce/Ce*=0.49～0.83，除了一个样品表现为大陆边缘特征外，其他均与深海平原沉积环境的硅质岩一致，庄子沟组Ce/Ce*=0.40～0.95，变化范围较大，从下部到上部其值表现为增大的趋势，下部样品表现为深海平原的特征，有两个样品与大洋中脊的值一致，该样品为本区毒重石矿床的赋矿围岩，中上部样品表现为大陆边缘沉积环境硅质岩的特征。由此可见，研究区杨家堡组硅质岩具有大洋盆地硅质岩的特征，而庄子沟组硅质板岩下部表现为大洋盆地硅质岩的特征，部分样品甚至表现出大洋中脊硅质的特征，中上部具有大陆边缘硅质岩的特征。

从区域的构造背景和沉积环境来看，早寒武世该区为被动大陆边缘环境,裂陷槽发育(张国伟等，2001)，而研究区除了庄子沟组上部硅质岩表现出大陆边缘盆地沉积的地球化学特征外，总体表现为大洋盆地的沉积环境，部分岩石甚至表现出大洋中脊的沉积特征，这可能与区域上同沉积断裂的活动有关，与扬子地台主体处于陆表海的稳定沉积不同，寒武纪时扬子地台北缘由伸展断裂构成的台地和海槽相间组成，沉积环境差别明显，其中紫阳、白河一带为强烈沉陷的深水环境(刘本培等，1996)，同沉积断层发育，如麻坪河断裂、月河断裂、曾家坝断裂等，它们控制了早古生代盆地沉积(张复兴等，2009)，在这种拉张环境和同沉积断裂活动背景下形成了热水作用系统。研究区处于南秦岭南部，紧邻区域上的城口大断裂，在早寒武世早期由于裂陷槽的存在以及同沉积断裂的活动，热水作用强烈，其中杨家堡组硅质岩表现为大洋盆地硅质岩的特征，热水作用较强，地球化学特征显示其受到陆缘物质的影响较小。受裂陷槽以及同沉积断裂的影响，庄子沟组下部硅质岩表现为大洋盆地硅质岩的特征，由于热水作用较强，部分样品甚至表现出大洋中脊硅质岩的特征，仅受到少量陆缘碎屑物质的影响，表现为与陆缘物质有关的Al及稀土元素等含量的增加，从下部到上部，热水作用减弱，陆缘物质显著增加，陆缘物质的影响对硅质岩的形成起到了主导作用，表现为大陆边缘盆地的沉积环境。在野外工作过程中，我们观察到离研究区西南约16 km处的杨江河、代安河等地庄子沟组地层顶部普遍发育有滑塌角砾岩(图8a、b)，这反映了庄子沟组顶部含炭硅质岩形成于大陆边缘的斜坡部位，而在研究区及沿向北东靠近曾家坝断裂区域庄子沟组地层中鲜见滑塌角砾岩，这说明研究区庄子沟组硅质岩紧邻大陆边缘位置，其上部岩石显示的大陆边缘硅质岩地球化学特征也与区域的古地理特征一致。

图8 杨江河庄子沟组(a)和代安河庄子沟组(b)顶部的滑塌角砾岩Fig.8 slump breccia top of Zhuangzigou Formation at Yangjianghe and Daianhe

5 结论

(1) 研究区下寒武统硅质岩地球化学特征表明，杨家堡组硅质岩为生物和热水混合沉积成因，庄子沟组下部含炭硅质岩为生物和热水混合沉积成因，上部硅质岩为正常陆缘沉积背景上叠合了生物和热水沉积，可能有部分火山物质的加入。

(2) 杨家堡组硅质岩具有大洋盆地沉积环境硅质岩的特征，庄子沟组硅质岩从下部到上部具有大洋盆地沉积环境向大陆边缘盆地沉积环境硅质岩过渡的特征。

[注释]

① 湖北省地质调查院.1999.1∶5万泉溪等四幅区域地质调查报告[R].

Adachi, M, Yamamoto K, Sugisaki R. 1986. Hydrothermal chert and associated siliceous rocks from the northern Pacific: their geological significance as indication of ocean ridge activity[J]. Sedimentary Geology, 47(1): 125-148

Bostrom K, Rydell H. Joensuu O.1979. Langbank: an exhalative sedimentary deposit[J]. Econ Geol., 74(5):1002-1011

Bostrom K. 1983. Genesis of ferromanganese deposit-diagnostic criteria for recent and old deposits[D]. In: Rona P A ed.,Hydrot hermal Process at Seafloors Spring Centers. New York :Plenum Press: 473-483

Chen You-nian. 1989.The geological characteristics of the witherite deposites in Early Cambrian Lujiaping Group of southern Shanxi[J].Shanxi Geo Sci Technol Inf, 14(3):28-37(in Chinese)

Gao Chang-lin, He Jiang-qi. 1999.Geochemical feature and origin of silicalite in north of Dabashan mountains[J]. Earth Science,24(3):246-250 (in Chinese with English abstract)

Gromet L P, Dymek R F, Haskin L A,Korotev R L. 1984.The “North American shale composite”: Its compilation, major and trace element characteristics[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 48:2469-2482

Han Shi-qing, Wang Shou-de. 1983. Discussion on origin and change stages of the Lower Paleozoic petroleum in east of south Guizhou [J]. Petroleum Geology & Experiment,5(1):3-7(in Chinese)

Hu Yu-zhao, Han Run-sheng, Mao Xiao-xian.2007. Relationship between metal m ineralization and accumulation of oil and gas in the eastern Guizhou[J].Geology and Prospecting,43(5):521-56(in Chinese with English abstract)

Kunzendorf H, Stoffers P, Gwozdz R. 1988. Regional variations of REE patterns in sediments from active plate boundaries [J]. Marine Geology, 84(3-4):191-199

Li Sheng-rong, Gao Zhen-min. 1995. REE characteristics of black rock series of the Lower Lambrian Niutitang formation in Hunan-Guizhou Provinces，China，with a discussion on the REE patterns in marine hydrothermal sediments[J]. Acta Mineralogica Sinica,15(2)225-229(in Chinese with English abstract)

Li Xiao-biao, Luo Yuan-liang, Luo Tai-yi, Zhou Ming-zhong. 2007.Pre-early Cambrian black rock series in Chengkou district,Chongqing:( 2) sedimentary environment study of chert in lower Cambrian Bashan formation[J]. Acta M ineralogica Sinica,27(3/4):302-314(in Chinese with English abstract)

Liu Ben-pei, Quan Qiu-qi. 1996.Historical Geology. 3rd Editon [M].Beijing:Science Press:109-110 (in Chinese)

Liu Jia-jun, Zheng Ming-hua. 1993. Geochemistry of hydrothermal sedimentary silicalite[J]. Acta Geologica Sichuan, 13(2):110-118(in Chinese with English abstract)

Lu Zhi-cheng, Liu Cong-qiang, Liu Jia-jun, Wu Feng-chang.2004.Geochemical studies on the Lower Cambrian Witherite-bearing Cherts in the northern Daba Mountains[J]. Acta Geologica Sinica, 78(3):390-406(in Chinese with English abstract)

Luo Kun-li. 2006.The Lujiaping formtion of northern Daba mountain[J]. Journal of Stratigraphy, 02:149-156(in Chinese with English abstract)

Luo Tai-yi, Ning Xing-xian, Luo Yuan-liang, Tao Yan, Zhu Dan,Yao Lin-bo, Ma De-yun. 2007.Pre-early Cambrian black rock series in Chengkou district, Chongqing: (1)PGE mineralization potential reassessment[J]. 27(4):287-301(in Chinese with English abstract)

Murray R W, Buchholtzten Brink M R, Gerlach D C Russ G P, Jones D L. 1991. Rare earth, major, and trace elements in chert from the Franciscan complex and Monterey Group, California: assessing REE sources to fine-grained marine sediments[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 55: 1875-1895

Murray R W, Jones D L, Buchholtz Ten Brink M R. 1992a. Diagenetic formation of bedded chert: evidence from chemistry of chert-shale couplet[J]. Geology, 20: 271-274

Murray R W. 1994.Chemical criteria to identify the depositional environment of chert: general principles and applications[J]. Sedimentary Geology, 90: 213-232

Wang Zhong-cheng, Chu Xue-lei. 1993.Early Cambrian barite and witherite’s strontium isotope ratio [J]. Chinese Science Bulletin, 38(16):1490-1491 (in Chinese)

Yamamoto K. 1987.Geochimical characteristics and depositional environments of cherts and associated rocks in the Franciscan and Shimanto terrenes [J].Sedimentary Geology, 52 :65-108

Yang Jia-lu, Yu Su-yu, Liu Gui-tao. 1991. Cambrian facies, paleogeography and trilobite fauna in east Qinling-Dabashan [M]. Wuhan: China Geoscience University Press: 1-94 (in Chinese).

Yang Jian-ming, Wang Deng-hong, Mao Jing-wen, Zhang Zuo-heng, Zhang Zhao-chong, Wang Zhi-liang. 1999. The petrochemical research method for silicalite and its application to the “Jingteishan type” iron deposits[J]. Acta Petrolgica et Mineralogica,18(2):108-120(in Chinese with English abstract)

Zhang Fu-xing, Wang Li-she, Hou Jun-tu. 2009.Black rock series, types of ore deposits and ore-forming systems in Qinling orogenic belt[J]. Chinese Geology, 36(3): 694-704(in Chinese with English abstract)

Zhang Guo-wei, Zhang Ben-ren, Yuan Xue-cheng,Xiao Qing-hui. 2001.Qinling orogenic belt and continental dynamics [M]. Beijing:Science Press: 1-855(in Chinese)

Zhang Qu, Tenger, Zhang Zhi-rong, Qin Jian-zhong. 2007.Oil source of oil seepage and solid Bitumen in the Kaili-Majiang area[J]. Acta Geologica Sinica, 81(8):1118-1124(in Chinese with English abstract)

Zhou Jie, Hu Kai, Bian Li-zeng, Yao Su-ping, Cao Jian, Song Shi-ming. 2008.Geochemical characteristics and ore-forming processes of Ni-Mo polymetallic deposits in Lower Cambrian black shale,Zunyi, Guizhou Province[J]. Mineral Deposits, 27(6):742-750(in Chinese with English abstract)

Zhu Hong-zhou, Hou Jun-fu, Yuan Lian-xiao, Wang Shu-li.2010.Study on occurrence of vanadium in the Qianjiaping vanadium deposit of South Qinling[J]. Geology and Prospecting,46(4):643-648(in Chinese with English abstract)

[附中文参考文献]

陈有年. 1989.陕南寒武系下统鲁家坪组毒重石矿产出的基本特性[J].陕西地质科技情报,14(3):28-37

高长林,蒋何启. 1999.北大巴山硅质岩的地球化学特征及成因[J].地球科学,24(3):246-250

韩世庆,王守德. 1983.黔南东部下古生界石油生成及演变阶段的探讨[J].石油实验地质,5(1):3-7

胡煜昭,韩润生,毛小贤. 2007.黔东地区下古生界地层中金属成矿与油气成藏的关系[J].地质与勘探,43(5): 51-56

李胜荣,高振敏. 1995,湘黔地区牛蹄塘组黑色岩系稀土特征:-兼论海相热水沉积稀土模式[J].矿物学报, 15(2):225-229

李晓彪,罗远良,罗泰义, 周明忠. 2007.重庆城口地区早前寒武系黑色岩系研究:(2)早寒武世硅质岩的沉积环境研究[J].矿物学报, 27(3/4):302-314

刘本培,全秋琦. 1996.地史学教程(第三版)[M].北京:地质出版社:109-110

刘家军,郑明华. 1993.热水沉积硅质岩的地球化学[J].四川地质学报,13(2):110-118

罗泰义,宁兴贤,罗远良, 陶琰,朱丹,姚林波,马德云. 2007.重庆城口地区早前寒武系黑色岩系研究:(1)铂族元素成矿潜力评估[J].矿物学报, 27(3/4):287-301

雒昆利. 2006.北大巴山区鲁家坪组的厘定[J]. 地层学杂志, 02:149-156

吕志成,刘从强,何家军,吴丰昌. 2004.北大巴山下寒武统毒重石矿床赋矿硅质岩地球化学研究[J].地质学报, 78(3):390-406

王忠诚,储雪蕾. 1993.早寒武世重晶石与毒重石的锶同位素比值[J].科学通报, 38(16):1490-1491

杨建明,王登红,毛景文,张作衡,张招崇,王志良. 1999.硅质岩岩石地球化学研究方法及其在“镜铁山式”铁矿床中的应用[J].岩石矿物学杂志, 18(2):108-120

张复兴,王立社,侯俊富. 2009.秦岭造山带黑色岩系与金属矿床类型及成矿系列[J].中国地质, 36(3): 694-704.

张国伟,张本仁,袁学诚,肖庆辉. 2001.秦岭造山带与大陆动力学[M].北京:科学出版社:1-855

张渠,腾格尔,张志荣. 2007.秦建中.凯里-麻江地区油苗与固体沥青的油苗分析[J].地质学报, 81(8):1118- 1124

周洁,胡凯,边立曾, 姚素平,曹剑,宋世明. 2008.贵州遵义下寒武统黑色岩系Ni-Mo多金属矿地球化学特征及成矿作用[J].矿床地质, 27(6):742-750

朱红周，候俊富，原连肖，王淑利. 2010.南秦岭千家坪钒矿床钒赋存状态研究[J].地质与勘探, 46(4):643-648

Geochemical Characteristics and Origin of the Lower Cambrian Siliceous Rocks from theZhenping Area in North Daba Mountains

LIU Jin-song1, ZOU Xian-wu1, DUAN Qi-fa1, HU Jun-liang1, CUI Sen1,2, XIA Jie1,3, GONG Yin-jie1

(1.WuhanInstituteofGeologyandMineralResources,ChinaGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei443003;2.GraduateSchoolofChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074;3.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059)

This paper systematically studied the geochemical features of major, trace and rare elements of the Lower Cambrian siliceous rocks from the Zhenping area in the northern Daba Mountains. The results show that SiO2contents of these rocks range from 72.7% to 98%, and SiO2contents of the Zhuangzigou Formation are lower than those of the Yangjiabao Formation with relatively high content of Al2O3, Fe2O3and TiO2. The siliceous rocks are rich in such trace elements as Ni, Mo, Ag, V and U, but lack of Co and Th, compared to those of the crust. Besides, the Zhuangzigou Formation is rich in Cu, As and Bi. The total REE contents of the siliceous rocks range fro6 7.60×10-6to 119.78×10-6and the LREE contents are higher than HREE. The North American shale normalized REE patterns of siliceous rocks are left dipping with positive Eu anomalies and negative Ce anomalies. The total REE contents of the Zhuangzigou Formation are greater than those of the Yangjiabao Formation with higher LREE contents, while the latter have a significant left dipping REE pattern with obvious negative Ce anomalies. The siliceous rocks of the Yangjiabao Formation have a combined origin of biochemistry and hydrothermal water sedimentation, with a characteristic similar to those of the siliceous rocks deposited in oceanic basin environments. The siliceous rocks of the Lower Zhuangzigou Formation have a characteristic of combination of biochemistry and hydrothermal water sedimentary origins. The influences of biochemistry and hydrothermal water decrease from the lower to upper part with significant terrestrial component input. The upper Zhuangzigou Formation deposited at a normal terrigenous background overlain by biological and hydrothermal sedimentation. Besides, it is very likely that some volcanic materials have been added during sedimentation. The siliceous rocks of the Zhuangzigou Formation have a characteristic of transition from siliceous rocks of oceanic basin environments to those of continental margin basins.

northern Daba Mountains, Zhenping area, siliceous rocks, geochemistry, origin