浙江省“ 硒库”—— 寒武系黑色岩系面面观

□ 浙江省地质调查院 刘 健 汪一凡 林钟扬 潘少军

随着富硒农产品的适生性研究及重金属污染防治工作的不断深入，黑色岩系对土壤环境的影响越来越受到人们的重视，浙江省在近十几年积极开展农业地质调查与研究。据调查发现，浙江省内的绝大多数富硒土壤分布区与黑色岩系出露范围吻合性较好，因此，“黑色岩系”被誉为浙江省“硒库”。本文从地质学角度简要介绍浙江省黑色岩系的相关知识，使相关工作者对黑色岩系有更加全面的认识。

一、黑色岩系的定义

说到“富硒土壤”，人们自然而然就想到了“黑色岩系”，富硒土壤源于黑色岩系已经成为业界的一个共识。那么到底什么是“黑色岩系”？黑色岩系是指含有机碳（有机碳含量接近或大于1%）及硫化物（铁硫化物为主）较多的深灰——黑色的硅质岩、碳酸盐岩、泥质岩及其变质岩石的组合体系，是还原性岩石。黑色岩系的主要端元组成是黑色硅质岩、碳酸盐岩、泥质岩（可能还包括砂岩）。黑色碳酸盐岩可据方解石、白云石的含量区分为灰岩、白云岩；黑色泥质岩可据粉砂（或黏土矿物）含量划分为粉砂岩和黏土岩等。黑色岩系具有多类型和成因多样化特点，不同的黑色岩系反映不同地质背景和沉积缺氧环境。因此，黑色岩系并不是通常所认为的黑色页岩，而是在特定环境下沉积的一整套岩石组合。

二、黑色岩系的分布

黑色岩系作为特定环境下沉积的产物，其分布具有其特殊性。浙江省黑色岩系位于下寒武统荷塘组地层中，主要分布于浙西北开化、昌化、德清、江山、建德、诸暨等地，出露面积不大，大地构造位置处于扬子准地台的东南缘、江山—绍兴拼合带北西侧，呈北东向条带展布（图1）。

该层位与滇东的筇竹寺组和沧浪铺组下部、黔北的牛蹄塘组和明心寺组、鄂西的水井沱组相当，主要由黑色薄层碳质硅质岩、碳质硅质泥岩、页岩、石煤层夹灰岩透镜体及磷矿层组成，其下部地层为上震旦统灯影组白云岩或皮园村组薄板状碳质硅质岩，两者呈平行不整合或整合接触关系，上部地层为中寒武统大陈岭组条带状白云质灰岩，两者呈整合接触关系。

▲ 图1 浙江省荷塘组地层分布图

三、黑色岩系与矿产

浙江省寒武系荷塘组黑色岩系地层中富集元素较多，富集程度高的有 Mo、Se、Cd、Ag、Sb、U、As、P，较富集的有V、B、Cu、Tl、Zn，弱富集的有 Au、Pt、Pb、Ni，因此具有寻找钼、磷、矾和有色金属矿产的潜力。根据微量元素的丰度，结合浙江省矿产及围岩时代的分析，业界将其确定为铜、铅、锌、钒、镍、钼、铀、银等的矿源层。20世纪70年代以来，在浙江省西部地区广泛开展了石煤、钒、磷等矿产的勘查工作。已发现石煤矿床43处，钒矿床（点）9处，其中中型矿床5处，小型矿床3处、矿点2处，小型磷矿床5处。

浙西寒武系底部黑色岩系中，底部有一厚度不等的磷块岩（结核）层，部分地段铀的含量较高，可达到工业品位。在磷块岩（结核）层之上为金属层或石煤层，金属层的厚度与磷块岩的发育呈正相关，与石煤层的厚度呈负相关。石煤中伴生有钒、镍、钼、钛、铜、铅、锌、钡、铀、银、砷、汞和稀土等，其中的钒、镍、钼、铜、锌、钡、铀、银和稀土具有综合利用的价值。在石煤层或其上部的碳质页岩中含黄铁矿层，在部分地段可富集成矿。黑色岩系以富集亲铜、亲铁、分散、铂族、放射性及稀土等元素为特点，大量研究已发现许多大型、超大型矿床与黑色岩系有关。

四、黑色岩系与环境

黑色岩系地层中富集元素较多，特别是富集了较多的重金属元素。岩石中如此高含量的元素，特别是As、Cd、Se、Mo、Ni、U 等 在 风化过程中会进入水和土壤中，势必对生态环境产生不良影响。浙江省生态地球化学研究已证实浙西北地区土壤中As、Cd、Ni高含量与荷塘组地层有关。最近开展的土地质量地质调查工作发现，浙江省建德市的镉超标土壤分布范围与荷塘组黑色岩系的出露范围具有很好的空间吻合性，说明了土壤中的镉元素来源于荷塘组黑色岩系。有研究指出，硒在荷塘组地层的富集系数高达300。湖北恩施和陕西紫阳出现的硒中毒也与黑色岩系有关。因此，黑色岩系的开发利用过程需高度重视其对生态环境的影响。

五、黑色岩系与硒

近年来，随着土地质量地质调查工作的不断开展，“富硒土壤”越来越受到广大农业地质工作者的关注，“富硒农产品”也越来越受到广大消费者的青睐。然而多年以前，对于硒元素的研究主要偏向于硒中毒方面，如湖北恩施和陕西紫阳均出现过硒中毒事件。随着医学的进步，有研究指出，硒具有保护血红蛋白免受过氧化氢和过氧化物损害，抑制和分解化学致癌物，促使长期积存在人体中的铅、汞、砷、镍等有害金属离子排出体外，因此具有增强人体免疫力、抵抗衰老和抗癌的生理作用。由于硒与人类健康有着密切的关系，近年来，硒元素作为“长寿元素”不断受到科研工作者的关注。寻找富硒土壤、开发利用富硒土壤资源、培育富硒农产品，已经成为目前农业研究的一大趋势。

学术界普遍认为土壤富硒与黑色岩系有着密不可分的关系，那么，为什么黑色岩系中会大量富集硒元素呢？这与硒元素的地球化学行为及黑色岩系的沉积环境有关。

硒在地壳中的丰度较低，中国大陆岩石圈中硒元素丰度仅为0.08μg/g。既然硒的丰度如此之低，那么土壤中的硒元素又来自哪里呢？有研究指出，在地球的演化历程中，硒倾向于在地幔和地核中富集，在正常沉积岩中含量较低。由于地壳中硒的来源极其有限，难以形成富硒的黑色岩系，因此火山作用及岩浆期后热液作用常常被认为是硒产生的一个重要源泉。在火山及喷气活动产物（有关热泉）中硒有很高的富集，如巴厘岛火山含硒硫磺中硒含量平均达18%，夏威夷岛的火山硫中硒含量平均达20%。由于硒与硫均为氧族元素，两者的地球化学性质接近，硒能大量地呈分散形式（类质同象）或独立矿物形式存在于岩浆期后热液活动阶段。几乎所有的硒矿物都与热液作用有关，热液硫化物中硒含量可达0.00n%—0.0n%。

关于硒的富集机理，有研究认为，硒含量变化与海平面升降曲线表现出一致性，硒异常层常赋存于海侵体系域上部至顶部（即最大海泛面附近），表明硒的富集与海平面升降有密切关系。同时，水体能量较低的沉积环境，使得海底易形成一种以生物遗体为主的富有机碳质的沉积，有机质碳质能大量吸附硒元素。因容纳空间的增大，海水中富含硒的火山喷发物或风化物供应量增多，这有利于有机碳质吸附海水中丰富的硒，因而在地层中硒含量较高。

浙江省黑色岩系的富硒机理与该省地质历史时期的地质构造活动有关。元古代时期，浙江省发生了神功构造运动，该构造运动在江山—绍兴拼合带北西侧发育了双溪坞群火山岩，岩石类型有细碧—角斑岩以及安玄岩、安山岩、英安岩、流纹岩，为一套岛弧型钙碱性系列火山岩。随后的晋宁运动时期，江山—绍兴拼合带南东侧边缘发育陈蔡群火山岩，以中基性火山岩为主。上述一系列的火山构造运动可从地幔中带来丰富的硒元素。这些相对富硒的中基性火山岩属于不稳定的岩石类型，易风化淋滤，有利于硒等微量元素的析出。在海侵作用过程中，随着海平面不断上升，海水不断向陆上超覆，海域中的中基性火山岩不断增多，析出的硒迅速被有机质吸附，在海水中沉积，形成海相沉积型的富硒黑色岩系。

▲ 黑色岩系野外露头

六、黑色岩系的成因

黑色岩系作为地质历史上出现的特殊岩层，其成因必然会引起地质学家的关注。大地构造学、岩相古地理学及古生物学研究表明，浙西北地区在早寒武世荷塘时期还是一片汪洋大海，属于古扬子海的一个边缘海湾，即钱塘海盆。海底古地势由北西向南东和南西向北东逐渐抬升，向南西方向倾斜。在海平面上升时期，钱塘海盆充满海水，形成静水滞流海盆和平缓斜坡环境。深海洋流的频繁活动为钱塘海盆带来了富营养海水，使菌藻类大量繁殖，消耗了大量的氧气，并由此导致下层水体严重缺氧，使得在斜坡带中大量死亡降落的生物遗体避免遭受氧化破坏而保存下来。温热的气候及宁静的水体，宜于菌藻类的繁盛，还原条件又适合其残骸的保存，由于其残骸的堆积，从而形成了浙西北地区典型的黑色岩系。因此，浙江省荷塘组黑色岩系形成于一种缺氧滞水沉积环境，由上升洋流带来的丰富的营养物质使得海水表层菌藻类生物大量繁殖，然后发生死亡堆积，再经过一定的变质作用形成。

七、结束语

黑色岩系由于其特殊的沉积环境、富含丰富的成矿元素，特别是硒元素，使其成为地球留给人类的一大宝库。大量研究已发现许多大型、超大型矿床与黑色岩系有关，在其出露区也发现了丰富的富硒土壤，并产出了多种富硒农产品，因此越来越受到人们的重视。当然，它对环境所产生的负面影响也不容忽视。黑色岩系蕴含的丰富的地质信息，记录了地质历史时期重大的地质事件，将有助于人们不断探索，揭示更多的地球奥秘。