新疆西准噶尔唐巴勒蛇绿岩硅质岩地球化学及沉积环境

2021-05-12祝金峰刘世响

中国锰业 2021年2期

祝金峰，刘世响

(1. 河南省地球物理空间信息研究院，河南郑州 450009； 2. 河南省地质物探工程技术研究中心，河南郑州 450009)

1 地质概况

西准噶尔唐巴勒一带，大地构造位置位于唐巴勒—卡拉麦古生代复合沟弧带西段，是区域构造研究的重点地区之一。西准噶尔南部以一套古生代增生杂岩体及其内含有多条蛇绿岩带为特征。唐巴勒蛇绿混杂岩带即是其中之一。前人在唐巴勒蛇绿岩套中枕状熔岩、角斑岩、辉绿岩六点Rb-Sr全岩等时代线年龄为421.1 Ma；在斜长花岗岩中榍石的 Pb-Pb同位素为 508 Ma±20 Ma，斜长石的 U-Pb年龄为 480～520 Ma；堆晶辉长岩获得锆石U-Pb同位素年龄为531 Ma±15 Ma。时代为中奥陶世[1]。

唐巴勒蛇绿混杂岩带位于准噶尔盆地西北缘，带内各岩块之间均以断裂接触，但蛇绿岩单元地表出露基本齐全。该蛇绿岩由构造岩块及基质两部分组成，基质主要为科克沙依组、图龙果依组、拉巴组第二段强变形细碎屑岩组成，洋壳岩块由滑石蛇纹岩、橄榄岩、辉石橄榄岩、玄武岩、辉长岩、辉绿岩、斜长花岗岩、火山熔岩、硅质岩岩块等组成。外来岩块为科克沙依组安山岩、英安岩、流纹岩等组成，带内断裂变形极为发育，碎裂化、片理化、糜棱岩化较为强烈，反映了多期变形变质作用的叠加特征[2-3]。

研究区内广泛发育早古生代硅质岩，其主要呈近东西向带状展布，产在蛇绿岩的上部。对于古准噶尔洋盆周缘来说，硅质岩的地球化学研究较少，对该区古洋盆沉积环境推论存在的不确定性。研究区以往研究主要依据岩石组合与蛇绿岩中超基性、基性、中性岩、花岗岩等岩石的地球化学研究来探讨构造环境，很少利用硅质岩进行研究。

2 岩相学特征

样品采自唐巴勒蛇绿混杂岩带中硅质岩层位，其岩石学名称和镜下定名列如下。

灰色碎裂岩化硅质岩：隐晶—微粒结构，碎裂化结构，块状构造。石全部由硅质组成。硅质：隐晶—微粒状，粒径<0.02 mm，结构均匀，密集分布。岩石受动力作用，后期具破碎，发育部分裂隙，宽0.08～0.5 mm不等，内主要充填铁质，少量石英和细小鳞片状绿泥石，约占岩石15%。

灰绿色碎裂岩化硅质岩：微粒结构，碎裂化结构，块状构造。岩石全部由硅质组成。硅质：隐晶—微粒状，粒径<0.02 mm，结构均匀，密集分布。磁铁矿：粒状，粒径0.04～0.15 mm，具轻度褐铁矿化。岩石受动力作用，后期具破碎，发育部分裂隙，宽0.16～2.0 mm不等，内充填碳酸盐和石英，局部见少量绿泥石，约占岩石20%。

褐红色碎裂岩化含放射虫硅质岩：褐红色，隐晶—微粒状结构，块状构造。岩石由硅质组成，含少量放射虫。硅质：占95%，为隐晶—微粒状石英，粒径﹤0.03 mm，晶面不干净，粗细分布不均匀。放射虫：占5%，圆—椭圆状，粒径0.1～0.4 mm，由隐晶—微粒状石英组成，分布不均匀。铁质：少量，粒状、尘点状，粒径﹤0.1～0.03 mm，分布不均匀。岩石中不规则状微裂隙发育，内充填含铁碳酸盐、石英，宽约0.05～0.5 mm。

大部分样品发育碎裂岩化和网状微裂隙，裂隙中见碳酸盐化、褐铁矿化、钠长石化。硅质岩新鲜面呈红色、褐红色、灰绿色等，构造多以薄层状或厚层块状为主，与橄榄岩、辉石橄榄岩、玄武岩之上产出，部分厚层状硅质岩中含大量放射虫化石[4]。

3 岩石学特征

3.1 主要元素特征

硅质岩的主要元素含量见表1。采集测试的样品较为新鲜，样品中SiO2含量为63.45%～90.66%，低于纯硅质岩SiO2含量91%～99.8%；表明它们含有较高比例的陆源泥质沉积物。进一步根据这些样品的Al2O3、SiO2、Fe2O3、FeO含量，可分为两组：第1组以低硅高铁高铝为特征，且TiO2、P2O5、CaO含量相比较高，如YQ-64、YQ-65等；第2组以高硅低铁低铝为特征，且TiO2、P2O5、CaO含量相比较低，如YQ-67、YQ-46，与前人报道的萨尔托海蛇绿岩上覆硅质岩样品类似。此外，第1组样品全碱含量相对较高，为1.53%～4.05%；而第2组样品相对较低，为0.6%。所有样品MnO、MgO含量均较低，在0.08%～0.2%之间，且有变化。

CIPW标准矿物，YQ-64、YQ-65出现了刚玉(c)，而YQ-67没有出现刚玉，YQ-67出现Wo、fs、en、di而在前两者未出现，总体呈现YQ-64、YQ-65为一种岛弧沉积硅质岩成因，YQ-67为一种深海放射虫硅质岩成因[5-6]。

岩石化学参数方面，里特曼指数(σ)均小于1，均显示为钙碱性岩系(太平洋钙碱性)的极强类型，碱度率(AR)为1.13～2.2，碱度较低，DI为57.34～91.06，SI为3.33～17.47，分异程度较低，M/F为0.07～0.57，岩石类型为富铁质基性岩和富铁质超基性岩。

表1 唐巴勒蛇绿岩硅质岩主要元素特征 %

3.2 稀土和微量元素特征

硅质岩的稀土和微量元素含量见表2。微量元素与克拉克值相比，均呈明显亏损状态，尤其是Ta、Sr、Hf、HREE、Ce、Ti等高场强元素相对亏损，值得指出的是，样品YQ-46、YQ-67的高场强元素亏损更明显。经过原始地幔标准化为缓右倾曲线(见图1a)，均显示La、Ce、Nd、P富集而Sm、Zr、Tb亏损[8]。

稀土元素总量(REE)很低，总量变化范围较大，为17.63×10-6～218.98×10-6。球粒陨石标准化稀土配分曲线为缓右倾近似平坦曲线，轻稀土相对重稀土略富集(见图1b)。样品YQ-64、YQ-65等表现Eu弱的负异常，δEu值为0.69～0.88；而样品YQ-67表现Eu弱的正异常，δEu值为1.24；样品YQ-64、YQ-65等表现Ce负异常不明显甚至表现为弱正异常，δCe值为0.92～1.20。而样品YQ-67表现为弱正异常δCe值为1.30。

图1 硅质岩(a)原始地幔标准化微量元素比值图和(b)球粒陨石标准化比值图

表2 唐巴勒蛇绿混杂岩带硅质岩微量元素特征 10-6

4 讨论

4.1 硅质岩的成因类型

在硅质岩主要元素成因图解中(见图2)，样品YQ-64、YQ-65等具明显低硅高铁高铝高钾钠特征，沉积过程中可能掺杂中酸性火山灰物质，可能属深海相火山沉积硅质岩。样品YQ-67、YQ-46、YQ-60具高硅低铁低铝低钛的特征。可能属生物成因的硅质岩。

在SiO2-Al2O3图解(见图2a)上，总体呈反相关分布特征，向Al2O3增加的方向可能反映了火山灰物质逐渐增加的趋势。样品YQ-60落入火山凝灰质硅质岩，样品YQ-67落入生物区。

在TiO2-Al2O3图解(见图2b)上，火成因硅质岩分布于图的右部，生物成因者位于图的左部。样品的TiO2和Al2O3含量呈正相关关系，样品YQ-67、YQ-46、YQ-60同样落入生物区。

在Al2O3-(Na2O+K2O)图解(见图2c)上，唐巴勒硅质岩呈线性分布，样品YQ-67、YQ-46、YQ-60同样落入生物区。且生物成因硅质岩具有低铝低碱的特征。

图2 硅质岩主要元素成因图解

通过利用硅质岩地球化学特征分析，硅质岩总体划分为两组：一组属于生物成因的洋中脊环境；另一组受到了中酸性火山灰物质的影响，为生物成因向火山成因过渡的成因的大陆边缘环境。

4.2 硅质岩的沉积环境

利用硅质岩地球化学特征可以较好的判别其沉积构造环境特征，用稳定元素Eu和Ce的异常比值判别沉积构造环境，大陆边缘硅质岩Ce/Ce*在0.67～1.35变化，轻重稀土没有分异；深海平原硅质岩Ce/Ce*在0.50～0.76变化，有明显的轻稀土亏损；两翼及洋脊硅质岩Ce/Ce*在0.2～0.38变化，轻稀土明显亏损，硅质岩样品的Ce/Ce*比值为YQ-64：0.75；YQ-65：0.91；YQ-67：1.05，YQ-46：1.01，YQ-60：0.98，均属大陆边缘沉积环境。

在Fe2O3/TiO2-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)沉积环境判别图(见图3a)上，YQ-64、YQ-67号硅质岩落入深海沉积物或靠近洋中脊范围内，YQ-46、YQ-60号硅质岩样品落入大陆边缘盆地的范围内。

在Fe2O3/(100%-SiO2)-Al2O3/(100%-SiO2)沉积环境判别图(见图3b)上，YQ-64、YQ-67号硅质岩落入靠近洋中脊范围内，YQ-46、YQ-65、YQ-60硅质岩落入大陆边缘盆地的范围内。

图3 硅质岩沉积环境环境判别图解

不同沉积环境的硅质岩ω(Al2O3)/ω(Al2O3+Fe2O3)数值是有所不同的，大陆盆地为0.4～0.7，大陆边缘为0.5～0.9，洋中脊<0.40，硅质岩样品的数值分别为YQ-64：0.34；YQ-65：0.48；YQ-67：0.40，YQ-46：0.59，YQ-60：0.49，指示YQ-64、YQ-67号硅质岩属洋中脊环境，其余硅质岩属大陆盆地与大陆边缘过渡环境。

利用ω(MnO)/ω(TiO2)判别硅质岩沉积环境，MnO主要来自大洋深部，而TiO2多与陆源介质的介入相关，离陆较近的大陆坡和边缘海沉积硅质岩，ω(MnO)/ω(TiO2)较低，比重一般<0.5，而大洋硅质岩比值一般>0.5，唐巴勒硅质岩比值为YQ-64：0.30；YQ-65：0.06；YQ-67：1.54，YQ-46：0.89，YQ-60：0.38，YQ-67、YQ-46号硅质岩为深海沉积硅质岩，其中ω(MnO)/ω(TiO2)值较高，可能是由于铁锰微结核导致的。其余硅质岩代表离陆较近的大陆边缘海沉积。