桂北富禄地区富禄组岩石地球化学特征分析

■唐专红 蒋艳玲 荣红 彭展 周玉亮

（广西壮族自治区区域地质调查研究院广西桂林541003）

桂北富禄地区富禄组岩石地球化学特征分析

■唐专红 蒋艳玲 荣红 彭展 周玉亮

（广西壮族自治区区域地质调查研究院广西桂林541003）

桂北富禄地区地处南华系，在古代雪球、层序地层学、盆地生成背景、古生物气候和古地理方面具有很好的研究价值。本文将对该地区富禄组岩石的地球化学特征进行分析，希望能对后期的研究工作提供一定参考。

富禄组岩石地球化学

0　引言

桂北富禄地区①属于上扬子地层分区中的湘中地层小区，前泥盆纪地层发育，自老到新有上元古界青白口系、南华系、震旦系、古生界的寒武系、泥盆系、石炭系、中生界白垩系，沉积厚度愈11000m，其中南华系由成冰期夹间冰期地层组成、主体为滨岸—浅海碎屑岩沉积，该系出露最广，几乎遍布全区，面积约1474km2，占测区总面积的79%，沉积总厚3000～4000m。以早、晚两期冰水—海相沉积为特色。南华系划分为三个组级岩石地层单位，自老而新分别为长安组、富禄组和黎家坡组。

1　富禄组（Nhf）概况分析

富禄组毗邻长安组分布，面积290 km2，占研究区总面积的15.5%，厚度448～1538m。分别与下伏长安组、上覆黎家坡组呈平行不整合、整合接触。底部浅紫色、灰绿色薄层状泥岩、粉砂质泥岩夹含铁泥岩泥质硅质岩及长石砂岩，发育水平纹层，局部具龟裂现象；中下部为灰、灰绿色中—厚层状细—粗粒长石岩屑砂岩、为主，夹含砾不等粒砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，夹少量含锰砂岩；上部灰色中—薄层状泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹含锰白云质砂岩、泥质灰岩及灰岩透镜体。砂岩具平行层理、大型单向斜层理，粉砂质泥岩、粉砂岩具水平层理。

1.1剖面特征

根据最新1∶5万区调①成果，本次研究发现，研究区富禄组可分为五个岩性段，其中二、四段为亚冰期沉积，为冰海相沉积的冰成岩系；一、三、五段为亚间冰期沉积，主体属暖、润气候环境下的细碎屑岩建造。以广西三江县富禄乡匡里村—荣阳村富禄组实测地层剖面（PM103）为例，该剖面地理坐标：2853525.6、301275.8；2851873.2、310060.6；剖面上，富禄组属相对远源滨岸—陆棚相沉积，与下伏长安组冰成轻变质不等粒砂质泥岩呈断层接触关系，第一段含铁—铁质薄—纹层状细碎屑未见出露，第五段以中薄层状轻变质含细砂泥岩为主，与上覆黎家坡组冰成厚层块轻变质含砾细砂质泥岩呈整合接触关系。第四段为灰、灰绿色厚层-块状轻变质杂砾岩与轻变质长石岩屑砂岩、轻变质岩屑长石砂岩互层，多数杂砾岩上部被浊流作用改造明显。之下由第二、三段组成，主要为灰、浅灰色中厚—块状轻变质长石岩屑砂岩、轻变质岩屑长石砂岩，重力流（浊流）改造特点明显，具粒序层理、平行层理，条带构造发育，其中三段碎屑物结构、成分成熟度稍好，二段部分岩石呈现弱层状面貌，层面不清晰。

1.2沉积特征分析

富禄组存在大量反映重力流活动的角砾岩、浊积岩、具塑性变形的砂岩和层状集中的砂—砾石群，反映冰川活动的坠石构造、冰融成因块状杂砾岩和条带状构造的杂砂岩或长石—岩屑砂岩等。如正常海相沉积—薄—纹层状含铁细碎屑岩及似层状—透镜状含锰碳酸盐岩。

薄—纹层状含铁细碎屑主要产于富禄组一段，代表性岩有黄铁矿板岩、含黄铁矿绿泥石泥岩、含铁质粉砂质泥岩、含黄铁矿硅质泥岩—含黄铁矿硅质岩、含黄铁矿绿泥硅质绢云板岩、含黄铁矿粉砂绿泥石泥岩，夹黄铁矿纹层。岩石中不同粒度的碎屑各自相对聚集，构成纹层和条带相间分布，纹层和条带主要由长英质微粒层或硅质纹层、绿泥石纹层、绢云纹层和黄铁矿纹层组成。研究区最新1∶5万区调将之作为填图标志的特殊岩性层，它们主要形成于封闭或半封闭的潮坪—泻湖环境，局部发育丰富的炎热、干燥暴露标志—泥裂或干裂。

似层状-透镜状碳酸盐岩主要产于富禄组三、五段，常夹于灰、深灰色薄-纹层状泥岩、粉砂质泥岩中，主要岩性有含锰白云岩、微晶灰岩、砂质微晶灰岩。在岩相古地理研究中，碳酸盐岩与前述的含铁细碎屑岩被作为曾经经历暖热气候的标志，均形成于南华纪间冰期。

1.3地层单元对比

第一，富禄组一段主要岩性为灰、青灰、紫灰色薄-纹层状轻变质含粉砂—细砂质泥岩、含铁质粉砂质泥岩、绿泥石板岩、硅质绢云板岩夹含黄铁矿板岩，与青灰色厚—块状轻变质不等粒砂岩不等厚互层；底部在研究区中西部以青绿色薄—中层状轻变质细粒长石岩屑砂岩、东北部以浅紫红色、褐灰色块状硅化火山岩质砾质砂岩—变质含砾粗粒火山岩质砂岩与下伏长安组二段杂砾岩呈平行不整合接触。该段厚2.27～151.8m，主体属潮坪—泻湖相，广泛分布于华南地区，是前寒武纪地层划分的区域性标志性层段，其赋存的条带状铁矿被归类于沉积变质类条带状铁矿建造（BIF）。

研究区内产有著名的“三江式铁矿”。研究表明，该铁质岩段是冰期结束、气候变暖氧化作用增强的间冰期沉积的结果。研究区东北部枫木、林溪等地底部砂砾岩中富含流纹质、安山质、玄武质火山岩及花岗斑岩岩屑，岩屑中所见的斜长岩、钾长石矿物较新鲜，暗示其形成时可能存在着海底火山活动，同时伴随有含硅、铁气液的参与。该期是铁矿形成的重要时期。

第二，富禄组二段属富禄组下部层位，厚愈百米，西部匡里一带＞700m。除研究区东北部枫木局限台地沉积区以青灰色中厚层-块状轻变质（局部含砾、含钙质）泥质不等粒砂岩外，其它地区均主要沉积一套灰、青灰、灰绿色中厚层、局部块状灰绿色轻变质不等粒长石岩屑杂砂岩、轻变质不等粒岩屑长石砂岩、轻变质不等粒岩屑杂砂岩，富禄一带二段中下、上部夹两套厚近10m的夹冰，融泥石流堆积的轻变质砾质—含砾不等粒长石岩屑砂岩，北部邻区湖南绥宁龙家一带，在该段中部发育一套近冰源滨浅海相的近百米的冰碛岩—含不等粒岩屑的粉砂质板岩。表明该段虽有过冰川活动，但规模相当有限。区域上，该段上部至四段的下部相当于黔东松桃县两界河间冰期大塘坡组之下的两界河组，后降级为两界河段。

第三，富禄组三段属间冰期沉积。在研究区东北部，该段沉积物主要由薄层状轻变质泥质粉砂岩、泥岩、轻变质细—中粒岩屑石英杂砂岩和轻变质中—细粒长石石英砂岩组成，夹少量条带状、似层状含黄铁矿硅质泥岩及多套透镜状或似层状（中厚层）不等粒砂质含泥微晶灰岩、含锰白云岩、砂质白云岩，厚406.16m；该相沉积往北可延至湖南通道地区。台地外其它地区均为灰、深灰色中—薄层状轻变质泥质粉砂岩、轻变质粉砂质泥岩，与灰、灰绿色中厚层状轻变质中—细粒长石岩屑砂岩、轻变质岩屑长石砂岩不等厚互层，局部含黄铁矿、锰质层，厚12.39～256.51m。研究发现，该段中出现的黄铁矿、锰质层与一段的铁质岩层成因相似，均为热事件的产物，碳酸盐岩沉积于暖热气候环境。

第四，富禄组四段主要岩性为灰、灰绿色厚层—块状中—粗粒长石岩屑砂岩、杂砾岩、细—中粒长石岩屑杂砂岩、灰黄色轻变质长石岩屑杂砂岩、轻变质中—粗粒岩屑长石砂岩、轻变质中—细粒岩屑长石砂岩互层夹轻变质、含钙细粒长石岩屑杂砂岩、砾质不等粒钙质长石岩屑砂岩、轻变质千枚状含粉砂细粒岩屑杂砂岩，局部夹砾岩，厚45～526.4m。

除研究区东北部枫木局限台地外，台地周围地区该段上部、下部均发现有夹冰融泥石流堆积的杂砾岩，杂砾岩层一般厚愈10m，岩性有含砾不等粒岩屑杂砂岩、砾质不等粒钙质长石岩屑砂岩、含砾轻变质不等粒岩屑长石砂岩、砾质不等粒岩屑长石砂岩、囊状砾岩。据报道，研究区往北在近冰源滨岸—陆棚沉积相区，冰碛岩大片出露。表明该段气候至少出现过两次较强大的冷峰。本次研究发现，自研究区匡里、富禄往南，成层的杂砾岩难以见到，局部见零星出现的小规模冰筏建造的砾石或杂砾岩，反映了来自北部山地冰川的影响愈益减弱。

第五，富禄组五段，灰至深灰色中薄层状轻变质含细砂泥岩、轻变质粉砂质泥岩、轻变质泥质粉砂岩，夹轻变质不等粒长石岩屑砂岩、细粒岩屑长石杂砂岩，夹透镜状、似层状锰质层、灰岩，局部夹少量薄层状硅质岩，厚16.59～73.46m，东部良口一带达近200m，属陆棚内盆地沉积，称之为大塘坡组，后被降级为大塘坡段。它代表了南沱冰期之下的一个间冰期沉积，其所含锰质层、相对稳定的碳酸盐岩被公认为热事件的产物和温暖相标志，并且在黑色页岩和锰矿层中含有较丰富的单体、群体菌藻和疑源类以及在锰矿层中发现有陨石球粒和硅质放射虫。该段在华南地区分布广泛、且稳定，是华南地区前震旦系划分的一个重要区域性标志层，同时也是中国南方锰矿的赋存层位之一。

2　富禄组岩石地球化学特征分析

近年来，一些学者应用比较沉积学和比较大地构造学的观点，对沉积物的稀土元素分布模式、砂岩的常量元素、微量元素的分配类型等方面进行研究，为其物源区及其大地构造背景的分析提供了重要的信息。笔者所在工作组对富禄组共测定分析了5个代表性砂岩样品，其全岩化学分析结果如下所示：

2.1主量元素特征

在主量元素中，SiO2质量分数主要与富硅矿物（如石英，长石类）的含量有关，Al2O3与长石、云母、粘土矿物等富铝矿物的含量有关，而Fe2O3则与黑云母、磁铁矿、赤铁矿等富铁矿物的含量有关。岩石中CaO与MgO主要与碳酸盐岩成分相关。

从主量元素特征表1可以看出，研究区富禄组碎屑岩成分主要为富硅和富铝的石英长石类矿物，并含有较多的云母、粘土及富铁矿物，碳酸盐岩成分的含量很低。其中富禄组除底部1182号样品主量元素差别较大（SiO292.28%、Al2O31.52%、Fe2O313.85%，可能与硅化蚀变有关）外，其余样品SiO264.26～67.92%，平均值66.68%；Al2O313.09～15.73%，平均值14.51%；Fe2O32.69～4.4%，平均值2.49%，样品岩石中MgO、CaO含量均很低，其中MgO除编号1182-1样品（富禄底部）为0.13%，其余含量在1.44～3.14%，平均2.53%；CaO含量除编号1185-1样品为0.54%外，其余基本上＜0.1%。

2.2微量元素特征

大量研究表明，La、Ce、Th、Zr、Nd、Y、Hf、Nb、Sc、Co和Ti等弱活动或不活动的稀土、微量元素，对于碎屑岩物源区的判别具有重要意义。研究区微量元素含量特征见表2。

在La-Th-Sc图解3-a中，富禄组砂岩样品基本上落在大陆岛弧边缘上；在Th-Sc-Zr/10图解3-b中，多数样点基本上投入长石砂岩物源区、部分显示上壳页岩区及岛弧杂砂岩区来源的特点；在La/Th-Hf图解3-c中所有样品则显示来自“增加古老沉积物成分”物源区（克拉通内部），表明研究区富禄组碎屑岩成分以来自长石砂岩物源区为主，并兼具多样性物源的特点。

2.3稀土元素特征

稀土元素含量特征见表3，在表3中，La含量介于16.9～72.9× 10-6、平均值为53.16×10-6，Ce含量在19.6～142×10-6之间、平均值为93.98×10-6、∑REE含量一般介于245.2～394.38×10-6、平均值为266.11×10-6，La/Yb比值基本上在11.3～30.73、平均值为16.85，LaN/YbN比值8.78～20.76、平均值为11.38，L/H比值介于7.05～10.40、平均值为8.24，Eu/Eu*平均值为1.04。除后者外，主要表现为被动大陆边缘背景下的稀土元素化学性质，以克拉通内构造高地的物源为主。

富禄组砂岩的Eu/Eu*基本上在0.75～0.96之间，显示弱异常或异常不明显，表明源岩的Eu亏损较弱或不明显。在配分模式图4-a、图4-b中，所有砂岩样品均显示较明显的Ce负异常；其中球粒陨石化标准化图4-a左侧向右缓倾的微小锯齿状曲线，右侧除富禄组一个样品外、多数呈中倾的平坦曲线，总体呈右倾的配分模式、轻稀土弱富集、重稀土弱亏损的特征，说明其物源虽来源于上地壳，但有明显的深部物质混入。在全球平均大陆上地壳成分（UCC）标准化图解4-b中，亦呈轻稀土相对富集、重稀土相对亏损的右倾模式；富禄组砂岩样品平均值稀土多数总量高于全球地壳水平（146× 10-6），表明这些不同时代的物源曾经历过多次的壳内循环或曾发生过极端分异。

3　结束语

本文对桂北富禄地区富禄组地质特征进行了分析，研究表明富禄组可能形成于被动大陆边缘环境，富禄夹冰期属滨岸-陆棚相复理石沉积建造，与冰川作用较为密切；沉积环境总体上属于温暖湿润环境，且气候不断变化；该地区是浊流沉积、冰融泥石流沉积、冰水缓和沉积与正常海相沉积的复合体。对富禄组岩石的主量元素、微量元素、稀土元素等地球化学特征进行了分析，为后期的矿物勘探和开发提供了理论依据。

致谢：本项目得到了张能、李玉坤、吴年冬、文件生等人的协助与支持，在此一并表示感谢。

地调项目：中国地质调查局广西1∶50000水口、林溪、龙额乡、良口幅区域地质调查（基［2010］矿评01-14-03）

注释

①广西1∶50000水口、林溪、龙额乡、良口幅区域地质调查报告.

［1］松年，马国干，高振家，等.中国晚前寒武纪冰成岩系初探：前寒武纪地质 ［C］//中国晚前寒武纪冰成岩论文集第1号.北京：地质出版社，1985：1～86.

［2］马国干，王砚耕.鄂湘黔毗邻地区早震旦世冰川地质问题的讨论 ［M］.北京：地质出版社，1983：43～52.

［3］葛文春，李献华，李正祥，等.桂北"龙胜蛇绿岩"质疑 ［J］.岩石学报，2000，16 （1）：111～118

［4］周琦.黔东新元古代南华纪早期冷泉碳酸盐岩地质地球化学特征及其对锰矿的控矿意义 ［D］.武汉：中国地质大学（武汉），2008

［5］莫江平，黄 杰，冯国玉.湘黔桂相邻地区大型金矿成矿理论和找矿实践 ［J］.矿床地质 ［J］，2010，29：983～984

［6］戴传固，杨大欢，黔东南地区构造特征 ［J］.贵州地质，2001，18（1）：2～6

［7］林树基，肖加飞，卢定彪等，湘黔桂交界区富禄组与富禄间冰期的再划分 ［J］，地质通报，Vol.29，No.2-3，2010

P59［文献码］ B

1000-405X（2016）-8-171-4

唐专红（1975～），男，在职研究生，高级工程师，研究方向为区域地质调查与矿产研究。