恩施州双河地区二叠系孤峰组微量元素特征

贺华明, 彭为学

(湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

恩施州双河地区二叠系孤峰组微量元素特征

贺华明, 彭为学

(湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

二叠系孤峰组在恩施双河地区广泛出露,为一套黑色炭质硅质岩建造,富含Se、V、Mo等元素。通过对双河地区白街、渔塘坝、白岩溪三地样品采集,分析孤峰组微量元素含量。本区稀土总量含量较低,稀土元素的地球化学特征指示沉积环境为大陆边缘还原环境。孤峰组重金属Cd、Sb含量较高,硒矿层重金属As、Cr含量较高,Cd则含量低。Se与As关系最为密切,As、Sb、Hg、Mo、V地化异常找Se具指示意义。

二叠系孤峰组;金属元素;聚类分析

图1 双河地区地质略图Fig.1 Schematic geological map of Shuanghe area

二叠系孤峰组在鄂西南分布广泛,Se、V、Mo等元素含量高,且在双河渔塘坝已发现独立硒矿床。硒不仅在工业上有广泛用途,也是人体最重要的微量元素之一,含硒高的食物对人体健康极为有利。

本文拟从稀土元素地球化学特征进一步探讨其地质意义,通过元素相关性找出与Se相关元素,总结Se、V、Mo及重金属在岩系和硒矿体中含量特征,为富硒土壤的研究提供可靠数据。

1 地质背景

双河地区地处扬子准地台上扬子台坪八面山台褶带恩施—黔江台褶束。由一系列北东—北东东弧形背、向斜组成。背斜核部由古生界地层构成,向斜核部以中生界地层为主体(图1)。二叠纪地层广泛出露,自下而上划分为下统栖霞组、茅口组、孤峰组,上统龙潭组、下窑组、大隆组。

2 孤峰组黑色岩系[1]

二叠系孤峰组层位稳定,为一套大陆边缘黑色炭质硅质岩建造,主要岩性为炭质页岩、含炭硅质岩、含硅炭质岩夹石煤、白云岩组成的黑色含矿岩系(图2),厚15 m左右。沉积物富含炭质、硅质、泥质和部分硒、钒、钼等金属,局部可形成工业矿体,以渔塘坝小型独立硒矿床为代表。

3 稀土元素特征

3.1 样品采集、分析方法及结果

对双河地区白街、渔塘坝、白岩溪三地孤峰组不同岩性分别采取了25件样品。样品采用连续拣块,样重500 g,样品粉碎到200目缩分后,送国家岩矿测试中心采用ICP-MS进行了分析,分析结果见表1、表2。

图2 双河地区孤峰组综合地层柱状图Fig.2 Columar section of comprehensive formation of Gufeng formation in Shuanghe area

3.2 稀土元素的地球化学特征[2]

(1) ∑REE：稀土总量含量较低,平均值59.44 μg/g(表1),低于北美页岩200 μg/g(Haskin et al,1984)。

不同岩性稀土含量差异较大,炭质页岩含量最高,均值203.70 μg/g,其它岩性依次为石煤、白云岩、含硅的炭质岩、含炭硅质岩,总体来看稀土在炭质中富集。白街、渔塘坝、白岩溪三地孤峰组均值分别为96.11 μg/g、55.425 μg/g、66.42 μg/g,从稀土总量看白街孤峰组更靠近陆源区,渔塘坝相对远离;而从渔塘坝所采样品,硒矿层稀土总量高于围岩,硒矿层比围岩更靠近陆源区,说明孤峰组海进海退变化频繁。

(2) LREE/HREE：孤峰组平均值3.93,白街平均值6.32,渔塘坝平均值4.82,白岩溪平均值2.09,表明孤峰组轻稀土元素较重稀土元素富集,三地沉积环境也有一定区别。渔塘坝硒矿层LREE/HREE平均值为4.97,略高于围岩比值,沉积环境变化较小,但硒富集时比围岩更靠近物源区。

(3) LaN/YbN：孤峰组平均值1.88,白街平均值1.58,渔塘坝平均值1.98,白岩溪平均值1.87,硒矿层平均值1.90,LaN/YbN差异小,说明三地的沉积环境近似,LaN/YbN值偏离1不远,说明本区沉积速率较高,离陆源较近,且白街最靠近陆源,渔塘坝相对远一些。

(4) δCe：孤峰组平均值0.91,白街平均值1.01,渔塘坝平均值0.84,白岩溪平均值0.88,硒矿层平均值0.87。δCe 变化不大,Ce具弱负异常—轻微正异常,反映出大陆边缘沉积环境。按 Ceanom指数Ceanom=log10[3Cen/(2Lan+Ndn)](n北美页岩标准化),本区Ceanom均值为0.13(>0.11),表明沉积时介质水体总体为缺氧的还原环境,样品Ceanom值有时<0.11,表明沉积水体有时为富氧环境,氧化还原环境交互出现。

表1 孤峰组稀土元素含量表Table 1 Content of rare earth elements of Gufeng Formation 单位：μg/g

注:标准化数据为C1球粒陨石(Hofmann)。

(5)δEu：孤峰组平均值1.67,白街平均值1.61,渔塘坝平均值1.72,白岩溪平均值1.68,硒矿层平均值1.70,可见δEu总体变化不大。

3.3 REE标准化配分模式

采用Haskin等(1968)北美页岩标准值对样品进行标准化,三地REE配分模式基本一致(图3-图5),Ce处于弱亏损,Eu无明显异常为主,有时显示为正、负异常,表明沉积环境较复杂。配分模式图轻重稀土曲线较平缓、斜率小,表明分镏程度较低。

图3 白街REE配分模式Fig.3 REE distribution pattern of Baijie

图4 渔塘坝REE配分模式Fig.4 REE distribution pattern of Yutangba

图5 白岩溪REE配分模式Fig.5 REE distribution pattern of Baiyangxi

4 金属元素特征

孤峰组25个样品金属元素分析结果见表2,统计结果见表3。

4.1 Se、V、Mo、Ni元素特征[3]

黑色岩系富含V、Mo、Ni,双河地区除V、Mo含量较高外,还富含Se,Ni的含量不高,Se、V、Mo可形成矿体。

剔除渔塘坝硒矿层四个样品后,孤峰组在本区的Se变化范围为0.62～160 μg/g,平均为88.33 μg/g,是地壳丰度的1 104.1倍;Se在白岩溪和渔塘坝两地均值相差不大,分别为115.6 μg/g、139 μg/g,白街含量较低,仅为27.14 μg/g。V变化范围为328～3 292 μg/g,平均为1 464.24 μg/g,是地壳丰度的10.5倍;V在白街、渔塘坝、白岩溪三地均值分别为1 379.41 μg/g、1 293 μg/g、1 542.25 μg/g,差距不大。Mo变化范围为3.73～138.00 μg/g,平均为48.81 μg/g,是地壳丰度的37.54倍;Mo在白岩溪和渔塘坝两地均值相差不大,分别为62.42 μg/g、61.2 μg/g,白街含量较低,仅为21.93 μg/g。Ni变化范围为43.50～493.00 μg/g,平均为179.93 μg/g,是地壳丰度的2倍;Ni在白街和渔塘坝两地均值相差不大,分别为105.51 μg/g、134 μg/g,白岩溪含量较高,均值为230.99 μg/g。

渔塘坝硒矿层四个样品Se、V、Mo、Ni均值分别为3 027 μg/g、4 422.25 μg/g、577.25 μg/g、422.75 μg/g。

从表3可看出不同采样地点、不同岩石类型Se、Mo、V、Ni含量有较大变化,同一采样点、同一岩石类型Se、Mo含量变化不大,Ni有变化,V含量变化较大。总体来看含硅炭质岩、含炭硅质岩含Se、V高一些,石煤最高,炭质页岩、白云岩含Se、V相对较低;Mo、Ni在石煤、含硅炭质岩中高于含炭硅质岩、炭质页岩,在白云岩中含量最低。

4.2 重金属元素特征

孤峰组重金属元素含量变化特征见表4,元素高于地壳丰度4倍以上的有As、Hg、Cr、Cd、Sb,高于地壳丰度2倍左右的有Cu、Pb、Zn,低于地壳丰度的有Co、Mn。

渔塘坝硒矿层中As、Cr平均值明显高于孤峰组平均值,其它重金属则低于孤峰组平均值或相当。

重金属在不同地点和岩性中存在差异,Cu、Pb差异不大,Zn、Cd在白岩溪含量稍高于渔塘坝、白街,渔塘坝石煤中As、Cr含量最高, Mn在白云岩中的含量高于其它岩性,Hg、Co、Tl、Sb的变化范围不大。

表2 孤峰组金属元素分析结果表Table 2 Analysis result of metal elements of Gufeng Formation 单位：μg/g

注：平均值已剔除渔塘坝硒矿层4个样品,地壳元素丰度为黎彤(1976)。

表3 金属元素含量统计表Table 3 Statistical table of content of metal elements 单位：μg/g

表4 孤峰组重金属元素含量变化特征表Table 4 Variation characteristics of content of metal elements of Gufeng Formation

5 元素聚类分析

孤峰组所有样品做一个R聚类分析(图6)，当距离系数取0.80时,Se、As、V、Sb、Hg为一类,相关性较好。

孤峰组Se含量>100 μg/g的样品做一个R聚类分析(图7),当距离系数取0.89时,Se、As、Sb、Hg、Mo为一类,相关性较好。

图6 孤峰组样品R聚类分析图Fig.6 R Cluster analysis chart of Gufeng Formation samples

图7 孤峰组Se>100 μg/g样品R聚类分析图Fig.7 R cluster analysis chart of Se>100 μg/g sample of Gufeng Formation

Se与As关系最为密切,孤峰组As平均值是地壳丰度值的9.9倍,而渔塘坝硒矿层中As最高含量为127.00 μg/g,矿层As平均值是地壳丰度值的32倍。该地早前曾发生硒中毒事件,As含量较高也是一个不可忽视的因素。

虽说Cd在孤峰组的平均值为21.67 μg/g,是地壳丰度值的108.3倍;但Cd在渔塘坝硒矿层中平均值仅为3.23 μg/g,Se与Cd呈显著消长关系。毛大均等人认为Se在人体内对Cd具有广泛解毒作用[4]。

从相关性看,As、Sb、Hg、Mo、V地化异常找Se具指示意义。整个岩系V、Mo含量较高,但Mo比V找Se的指示意义更好。

6 结论

(1) 孤峰组稀土总量含量较低,轻稀土元素较重稀土元素富集,稀土配分模式图表明分镏程度较低。本区沉积速率较高,离陆源较近,沉积环境为大陆边缘还原环境,海进海退变化频繁。

(2) 孤峰组富含硒、钒、钼金属,特别是硒高于地壳丰度的1 104.1倍。

(3) Cd、Sb在孤峰组中含量最高,但硒矿层中As、Cr含量高,Cd则含量低。

(4) Se与As、Sb、Hg、Mo、V相关性较好,与As关系最为密切,As、Sb、Hg、Mo、V地化异常找Se具指示意义,但Mo比V更有找Se指示意义。

[1] 王鸿发,李均权.湖北恩施双河硒矿矿床地质特征[J].湖北地质,1996,10(2):10-20.

[2] 泰勒.稀土元素在矿床研究中的应用[M].李文达,译.北京:地质出版社,1987.

[3] 牛志军，徐安武，段其发，等.湖北建始北部二叠纪地层硒的来源与富集[J].中国区域地质,2000,19(4):396-401.

[4] 毛大均，郑宝山，严文祥，等.鄂西南石煤和石煤出露区土壤中硒与镉的含量[J].湖北预防医学杂志,1999,10(2):1-2.

(责任编辑：于继红)

HE Huaming, PENG Weixue
(HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034)

Trace Element Characteristics of Gufeng Formation of Permian in Shuanghe area, Enshi Autonomous Prefecture

Gufeng Formation of Permian is widely exposed in Shuanghe area,a set of black carbonaceous siliceous which is rich in Se,V,Mo and other elements.Through the acquisition of samples of Baijie,Yutangba and Baiyanxi in Shuanghe area,the paper analyses trace elements content.The total content of rare earth elements in this area is relatively low,geochemical characteristics of rare earth elements indicates sedimentary environment is reducing environment of continental margin.Se and As is most closely related,geochemical anomalies of As,Sb,Hg,Mo,V have indicative significance for finding Se.

Gufeng Formation of Permian; metal elements; cluster analysis

2014-09-05；改回日期：2014-10-13

贺华明(1962-)，男，高级工程师，地质调查专业，从事地质工作。E-mail:673806192@qq.com

P595

A

1671-1211(2015)02-0155-05

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150204.1045.009.html 数字出版日期:2015-02-04 10:45