辽西凌源地区雾迷山组硅质岩地球化学特征

郑秀才，王正允，陈梦蛟（长江大学工程技术学院，湖北 荆州434023）

辽西凌源地区雾迷山组硅质岩地球化学特征

郑秀才，王正允，陈梦蛟（长江大学工程技术学院，湖北 荆州434023）

辽西凌源雾迷山组发育的硅质岩属于低硅质硅质岩，其SiO2平均含量为75%。岩石相对富集Fe、Mn，而相对贫Al、Mg、Ti，富集微量元素Ba。Fe2O3/FeO、Al/（Al＋Fe＋Mn）、K2O/Na2O和Ba/Sr比值，Al－Fe－Mn、SiO2－Al2O3、MgO－SiO2、MgO－P2O5的图解都显示区内硅质岩具有明显的热水沉积的特征；MnO/TiO2、Al/（Al＋Fe）比值，V、Ba、Sr、Rb等微量元素含量，Fe2O3/TiO2～Al2O3/（Al2O3＋ Fe2O3）双变量图解判别显示硅质来源于大陆边缘－远洋盆地；CaO/（Fe＋CaO），MgO/（Al2O3）比值指示出其形成于高盐度环境。

硅质岩；热水沉积；地球化学；沉积环境；雾迷山组；辽西

辽西凌源雾迷山组发育了一套硅质岩，其主要发育于白云岩中。一些研究者［1，2］对区内的硅质岩进行过沉积环境和成岩作用研究，但是迄今尚缺乏对地球化学方面的研究。笔者较为系统地对区内硅质岩的地球化学特征进行了探讨。

1 硅质岩的岩石学特征

根据野外露头上硅质岩的产状，区分为下述4种类型：

1）条带状硅质岩 条带宽度一般＜5cm，条带长度一般是宽度的10倍以上，条带顺层产出，继续平行于层面延伸（图1（a））。条带状硅质岩多产于纹层状叠层石白云岩、波纹状叠层白云岩和结晶白云岩。

2）结核状硅质岩 其典型特征为具有结核结构（图1（b）），长宽比一般在1∶1～1∶8，其在岩石中的产出状态多样，既可以长轴顺层产出或断续成层分布，也可见孤立产出和其他状态产出。结核状硅质岩多产于泥云岩及隐微晶白云岩中。

3）团块状硅质岩 呈等轴状、透镜状和不规则状等多种形态产出（图1（c）），有时与结核状硅质岩外形很相似，但其不具结核结构，一般长轴顺层产出，总体上断带成层。团块状硅质岩多见于锥状叠层石白云岩、柱状叠层石白云岩和结晶白云岩中。

4）层状硅质岩 其厚度横向上相对稳定（图1（d）），长度和宽度相比，明显大的多（10倍以上），且单层厚度大于0.5cm，薄层状，结构细腻、均一。一般野外多呈夹层状产出于碳酸盐岩和页岩之中。

野外所采不同产状的样品室内显微结构研究表明，硅质岩的矿物成分主要为石英和玉髓，一般不含或仅含极少量的其他组分，石英一般为微晶质，局部可重结晶达粉晶或细晶级；玉髓多为纤状集合体。有时在镜下可观察到由不同颜色条纹或结构组分所表现的定向排列的流动迹象，常见碳酸盐岩组构被部分或者全部硅质交代现象。

2 常量元素

2.1 常量元素的比值

样品的分析测试均由天津地质矿产研究所完成。常量元素的分析结果见表1。不同产状的硅质岩SiO2含量的变化范围均为56.44%～97.75%，低于纯硅质岩91%～99.8%［3］，平均值为75%，总体属于低硅质含量的硅质岩，接近于DSDP Leg 32热水沉积燧石和东秦岭二郎坪热水成因硅质岩。Fe2O3、FeO、MnO含量相对富集，Fe2O3/FeO 比值在0.01～0.12范围，平均为0.28；Al2O3、TiO2、MgO含量相对较低，具热泉沉积物［5～9］的特征。分析结果表明区内硅质岩具明显的热水成因的化学成分特征［6～14］，且硅质岩的野外产状与成因无关。

图1 野外露头硅质岩图版

表1 硅质岩的化学特征（ωB/10－2）

2.1.1 Al、Fe、Mn的元素特征

Adachi等［6］和 Bostrom 等［12］认为 Al、Fe、Mn的元素特征对于区分热水成因硅质岩和生物成因硅质岩具有十分重要的意义。Fe、Mn元素的富集主要与热水的参与有关，而Al的富集则与陆源物质的介入有关。Bostrom［13］提出，Al/（Al＋Fe＋Mn）的比值是衡量海相沉积物中热液沉积物含量的标志，其随热液含量的增加而减少。Adachi等［6］（1986）提出纯生物成因的硅质岩Al/（Al＋Fe＋Mn）的比值接近0.6，而纯热水成因的硅质岩Al/（Al＋Fe＋Mn）的比值接近0.01。从表2中可以看出，区内11个样品的Al/（Al＋Fe＋Mn）比值，10个样品都远小于0.6，在0.09～0.32之间，平均为0.16。在 Al、Fe、Mn三角图上除1个样品外均落在Adachi的热水沉积硅质岩区（图2），属于典型的热水成因。另外，硅质岩的Al/（Al＋Fe）比值与它形成的沉积构造环境有关［6］，一般认为从洋中脊附近硅质岩到大陆边缘的状硅质岩，Al/（Al＋Fe）的比值增加（0.12～0.6）。区内硅质岩的Al/（Al＋Fe）比值在0.10～0.62范围，平均为0.26，与北太平洋硅质岩（0.32）接近。

图2 Al－Fe－Mn判别图解

表2 硅质岩微量元素分析结果

2.1.2 K2O/Na2O比值

已有研究表明，与海底火山作用密切相关的硅质岩，K2O/Na2O值小于1，而与正常的生物化学沉积密切相关的硅质岩该比值远大于1［14，15］。区内雾迷山组硅质岩K2O/Na2O比值在0.5～3.4范围，平均值为1.38，接近于1，介于正常生物化学沉积硅质岩和火山作用成因硅质岩之间，与典型热水成因硅质岩相似，指示了研究区硅质岩属正常的热水成因的特点。

2.1.3 MnO/TiO2 比值

Sugisaki等［16］指出，硅质岩的锰含量可作为来自大洋深部的标志元素，因此MnO/TiO2比值被用来判断硅质岩沉积的来源位置，离大陆较近的大陆坡和边缘海沉积物的MnO/TiO2比值应小于0.5，开阔大洋底硅质岩沉积物的比值较高，可达0.5～3.5［16，17］。区内硅质岩样品的 MnO/TiO2比值在10～1.33范围，平均5.79。比值较高的硅质岩形成于开阔大洋底［3，16］，可见研究区硅质岩的硅质来源于大洋深部。

2.1.4 CaO/（Fe＋CaO）比值

雷卞军等［15］应用CaO/（Fe＋CaO）作为一个反映海水盐度的指标，其值小于0.2为低盐度，0.2～0.5为中等盐度，大于0.5为高盐度。区内雾迷山组硅质岩的该比值在0.33～0.97范围，平均为0.87，远远大于0.5，表明其形成于高盐度环境。

2.1.5 MgO/Al2O3 比值

Al2O3可作为陆源组分的代表，MgO可作为海洋自生组分的代表［16，18］，因此，许多研究者应用（MgO/Al2O3）×100比值作为沉积物形成环境中水体盐度的指标［15，18，19］。一般认为，淡水沉积环境该值小于1，海陆过渡沉积环境该值在1～10之间，海水沉积环境该值在10～100［19］。区内雾迷山组硅质岩的该比值在84～3550范围，平均值远远大于100，表明其形成于高盐度环境。这与CaO/（Fe＋CaO）参数判别结果一致。

2.2 变量图解

2.2.1 Fe2O3/TiO2～Al2O3/（Al2O3＋ Fe2O3）图解

Al2O3/（Al2O3＋Fe2O3）比值和Fe2O3/TiO2～Al2O3/（Al2O3＋Fe2O3）图解被用来判别硅质岩的沉积环境［11］。大洋盆地环境形成的硅质岩Al2O3/（Al2O3＋Fe2O3）比值为0.4～0.7，大陆边缘为0.5～0.9。区内所分析的样品的 Al2O3/（Al2O3＋Fe2O3）介于0.44～0.92之间，平均为0.72，表明其形成环境具有大洋盆地和大陆边缘环境双重特征。

在Fe2O3/TiO2～Al2O3/（Al2O3＋Fe2O3）图（图3）上，区内雾迷山组硅质岩样品分布在远洋区和大陆边缘区，与Al2O3/（Al2O3＋Fe2O3）的比值法判别结果一致。

2.2.2 MgO－SiO2 图解

前苏联麦维姆河上游的生物沉积硅质岩与苏联别洛耶湖凝灰质硅质岩在MgO－SiO2的变量图解上可明显地分为2个区［20］。杨建民等［21］认为生物成因硅质岩在 MgO－SiO2图上处于高SiO2低 MgO（＜1%）的区域，而火山成因硅质岩呈散点分布，但SiO2与MgO明显地负相关性。区内雾迷山组11个硅质岩样品所做的MgO－SiO2图解（图4）明显随SiO含量的增加，MgO含量降低，这与火成岩一般演化规律是一致的，体现了该类硅质岩与火成岩成因有关的地球化学特点。

图3 Fe2O3/TiO2－Al2O3/（Al2O3＋Fe2O3）图解

图4 MgO－SiO2判别图解

2.2.3 SiO2－Al2O3 图解

Spry［22］应用SiO2－Al2O3图解区分硅质岩的成因，并取得了很好的效果。把区内雾迷山组的11个样品投到SiO2－Al2O3图（图5）中，样品均落在热水成因区，表明区内雾迷山组硅质岩为热水成因。

2.2.4 MgO－P2O5图解

杨建民等［21］认为在MgO－P2O5判别图上，生物成因硅质岩样品一般沿纵向分布，而火成成因硅质岩因P2O5低（一般＜0.2%）而MgO变化大，样品点呈横向分布。区内雾迷山组岩样品投在MgO－P2O5图（图6）上，明显具有横向分布的特征，均落入文献［21］给定的火成成因区，显然属于热水成因硅质岩。

图5 SiO2－Al2O3判别图解

图6 MgO－P2O5判别图解

3 微量元素

研究区硅质岩微量元素分析结果列于表2。研究表明As、Sb、Ba、Ag、Hg这些标型元素的较高含量可以作为判别热水沉积成因的标志［23～26］。Rona［24］认为Ba的富集与海底热水活动有关。Ba的显著富集是现代洋底热液沉积物的重要特征之一。研究区硅质岩中Ba含量在14.02～48.33μg/L，平均值为24.98μg/L，丰度明显较高，指示了海底热液沉积的特征。

除了Ba的含量，Ba/Sr也被用来判别岩石的热水成因，正常海相沉积岩中Ba/Sr值小于1，而现代海底热水沉积物中Ba/Sr值大于1［27，28］，所以海相沉积物中Ba/Sr值愈大，愈能反映热水作用的程度［29］。研究区硅质岩中Ba/Sr值平均为2.4，表明硅质岩的形成与热水有关。同时Rb/Sr偏低（见表2），平均为0.09，反映了硅质岩沉积时有富镁铁质物源加入，说明当时存在强烈的扩张裂解作用。

Murray等［3］认为，大陆边缘硅质岩的V含量20μg/L。从表2中可知，区内雾迷山组硅质岩V含量2.827～17.382μg/L，平均值为7.6229μg/L，与东秦岭二郎坪群中热水成因硅质岩［11］的 V 分布类似，具有远洋盆地和大陆边缘硅质岩的特征。

4 结 语

辽西凌源地区雾迷山组硅质岩地球化学特征研究表明，其硅质岩明显具有热水成因的特征，且硅质岩的产状和硅质岩的成因无关；硅质岩其形成在大陆边缘－远洋盆地的位置和高盐度环境。硅质岩沉积时有富镁铁质物源加入，表明存在强烈的扩张裂解作用。

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Geochemical Characteristics of Siliceous Rocks in Wumishan Formation of Western Liaoning Province

ZHENG Xiu－cai，WANG Zheng－yun，CHEN Meng－jiao（College of Engineering and Technology，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

The siliceous rocks in Wumishan Formation in western Liaoning Province were characterized by low content of the siliceous minerals with an average content of 75%，and it was enriched in the major elements such as Fe and Mn and the trace elements such as Ba and V，and depleted in the major elements such as Al，Ti and Mg.The ratios of Al/（Al＋Fe＋Mn）、Fe2O3/FeO、K2O/Na2O and Ba/Sr（2.4），and Al－Fe－Mn and SiO2－Al2O3，MgO－SiO2，MgO－P2O5diagrams show that the siliceous rocks are the sedimentary rocks of hydrothermal origin.From the MnO/TiO2ratios，Al/（Al＋Fe）ratios，the trace elements such as V，Ba，Sr，Rb，and Fe2O3/TiO2－Al2O3/（Al2O3＋ Fe2O3）diagrams，the siliceous rocks are inferred to the deposition in the hemipelagic－pelagic environments such as continental slopes and oceanic basins.The ratios of CaO/（Fe＋CaO）and MgO/Al2O3）×100show that the seawater during the deposition of the siliceous rocks in Wumishan Formation of western Liaoning Province might be freshened.

siliceous rock；hydrothermal sediment；geochemistry；depositional environment；Wumishan Formation；western Liaoning Province

P59

A

1000－9752（2010）05－0073－06

2010－02－10

中国石油化工股份有限公司海相前瞻性研究项目（YPH08026）。

郑秀才（1963－），男，1987年江汉石油学院毕业，研究员，现主要从事沉积与储层方面的研究工作。

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