硅质岩成因的地球化学研究方法

李北康 孙茹

摘 要：硅质岩在全球的沉积记录中只占到1.6wt%，但是它分布广泛，且形成于特定的地球化学环境，故硅质岩的成因对于研究古地理、古气候、大地构造等具有重要的意义；同时，硅质岩岩性致密坚硬，抗风化能力强，其携带的信息能够相对完好的保存下来，是极好的地质信息载体。文章大量总结前人的研究，对硅质岩成因的地球化学研究方法进行了详细归纳。

关键词：研究方法；成因；硅质岩；地球化学

硅质岩的主要矿物成分为隐晶、微晶石英，硅质岩中石英的形成过程可概括为：非晶质硅沉淀形成的A型蛋白石溶解，硅质再次沉淀形成无序方石英或CT型蛋白石，后重结晶成石英的多期转变过程。此外，硅质岩可能因成岩环境或成岩阶段的不同而混入粘土矿物或碳酸盐矿物等。

地球化学方法

1 常量、微量元素及稀土元素

Murray等综合了分别来自太平洋、大西洋、印度洋及南半球高纬度边缘海盆的40个硅质结核样品的地球化学信息。统计分析结果显示：硅质岩中的Al2O3、Fe2O3含量与SiO2含量呈负相关；CaO、MgO、Sr与SiO2的含量不相关；MnO，P2O5，CaO在各样品中含量变化不大；微量元素Zr、Cr、Rb、Nb与Al2O3和Fe2O3的分布趋势相同。稀土元素含量很低，ΣEREE与Al2O3，Na2O，K2O，Fe2O3相关性良好，相关性系数为0.8±0.02；其他元素如Mg、Ti等，与MnO，CaO，P2O5没有相关性[3]。

Baltuck M认为除主要元素Si之外，其他元素（包括Al，Fe，Mg，P，K，Ca，Ti，Mn）含量的相互间比值相较各自绝对含量对于判断硅质岩成岩环境更具意义[12]。Bostrom（1969）提出，Al2O3/（Al2O3+Fe2O3+MnO）值是衡量海相硅质岩形成过程中热液参与程度的指标。Adachi等统计了前人针对不同成因典型岩石的元素分布特征的研究，绘制了热液成因和非热液成因沉积在Al-Fe-Mn三角图中的分布区域如图1。[1]

图1 硅质岩Al-Fe-Mn三角图[1]

图1中显示：热液成因硅质岩较富集Fe2O3、MnO；非热液沉积岩石较富集Al2O3。Murry认为：Mn是在硅质岩成岩过程中分离出来的，MnO含量与Al2O3、Fe2O3含量相关性极小，因而应把MnO从计算因素中排除，MnO的排除只是剔除了干扰项，而由此得出的结果只是小规模的修正，没有产生大的影响。但目前的研究中，普遍用的还是Al2O3/（Al2O3+Fe2O3+MnO）值[5，7]。

Murray统计全球不同沉积环境的49个硅质岩样品，提出Fe2O3/TiO2、LaN/CeN和Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）之间的相互关系可用来判别硅质岩的沉积环境[4]。如图2、3。

此后的硅质岩成因研究中所用到的判别标准大都是由Murry、Adachi、Bostrom、Yamamoto的成果直接或变换得来[5-8，10]。

综合可归纳如表1所示。

Murray认为：常量、微量和稀土元素中，稀土元素受成岩作用的后期影響最小，因而稀土元素携带了硅质岩最原始的沉积环境信息，稀土元素的总含量和每种元素的绝对含量对指示海相硅质岩的成岩环境有重要意义[2]。

表2 不同沉积环境的REE指示

表3 不同成因硅的硅、氧同位素组成

2 稳定、放射性同位素及稀有气体同位素

硅质岩的δ30Si组成随浅海-半深海-深海环境的变化，其对应平均值分别为1.3-0.4-0.16[11]。然而这一规律只是统计平均值，存在着很多反例。所以沉积环境分析时应广泛结合其他标准综合判断。

硅的成因对硅、氧同位素组成有重要影响如表3。

随着实验装备条件的的发展，越来越多的技术手段如XRD、EBSD、Raman等也运用到地质研究中来，如罗安等，利用XRD得到河南汝阳熊耳群硅质岩中石英颗粒主要为低温石英；通过Raman分析得出：边缘的石英颗粒有序度升高，表明硅质受到流体的影响；SEM分析得出硅质矿物颗粒表现出紧密堆积的特点，极好的吻合了对流热水喷出后的快速沉淀堆积产物[9]。

硅质岩由于其特定的产出环境和较强的抗风化能力，对于恢复古地理、古气候、大地构造等具有重要的意义。地球化学方法具备其独有的稳定性，对于硅质岩成因的研究有着极其重要的意义。

参考文献

[1]Mamoru Adachi.Hydrothermal chart and associated siliceous rocks from the northern pacifictheir geological significance as indication of ocean ridge activity[J].Sedimentary Geology，1986，47：125-148.

[2]Murray R W.Rare earth elements as indicators of different marineenvireonments in chert and shale[J].Geology，1990， 18： 268-271.

[3]Murray R W.Interoceanic variation in the rare earth， major， and trace element depositional chemistry of chert： Perspectives gained from the DSDP and ODP record[J].Geochimica，1992，Vol. 56：1897-1913.

[4]Murray.R.W.Diagenetic formation of bedded chert；evidence from chemistry of the chert-shale couplet[J].GEOLOGY，1992，20（3）：271-274.

[5]胡古月，等.湖北峡东地区“盖帽碳酸盐岩”中隧石条带的地球化学特征及其古环境意义[J].地质学报，2013，87（9）：1469-1476.

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[7]林良彪，陈洪德，朱利东.川东茅口组硅质岩地球化学特征及成因[J].地质学报，2010，84（4）：500-507.

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[9]罗安，李红中.汝阳地区熊耳群火山岩内夹层硅质岩的微区特征及地质意义[J].光谱学与光谱分析，2014，34（12）：3333-3339.

[10]邱振，王清晨.湘黔桂地区中上二叠统硅质岩的地球化学特征及沉积背景[J].沉积学报，2010，26（12）：3612-3628.

[11]盛吉虎，陈中新.硅质岩沉积地球化学研究现状[J].地域研究与开发，1998，17：117-120.

[12]宋天锐，丁悌平.硅质岩中的硅同位素（δ30Si）应用于沉积相分析的新尝试[J].科学通报，1989（18）：1408-1411.

作者简介：李北康（1991-），男，河南扶沟人，汉族，成都理工大学在读研究生，专业：矿物学、岩石学、矿床学。