Petrology, geochemistry and sedimentary environment of Permian siliceous rocks in Yingen-Ejin basin and its adjacent areas
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摘要:
通过对研究区二叠系硅质岩岩石学特征、主量及稀土元素地球化学研究，探讨硅质岩的地球化学特征及其沉积环境。结果表明，杭乌拉下二叠统埋汗哈达组硅质岩Al/（Al+Fe+Mn）值介于0.68~0.78之间，平均值为0.73，δCe值为0.89~0.94，平均值为0.90，二断井中二叠统菊石滩组Al/（Al+Fe+Mn）值介于0.50~0.67之间，平均值为0.60，δCe值介于0.85~0.90之间，平均值为0.88，在Al-Fe-Mn三角图上，样品点落入生物成因硅质岩区，指示研究区硅质岩为海水生物沉积成因。杭乌拉下二叠统埋汗哈达组硅质岩Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）值为0.78~0.86，平均值为0.83，MnO/TiO2值为0.04~0.40，平均值为0.16，（La/Ce）N值为1.02~1.15，平均值为1.10，Ceanom值为-0.041~-0.001，平均值为-0.029，二断井中二叠统菊石滩组硅质岩Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）值为0.82~0.91，平均值为0.87，MnO/TiO2值为0.05~0.47，平均值为0.24，（La/Ce）N值为1.00~1.12，平均值为1.06，Ceanom值为-0.058~-0.033，平均值为-0.045。这些地球化学指标指示了研究区硅质岩沉积于大陆边缘缺氧的水体环境中。
Abstract:The geochemical characteristics and depositional environment of Permian siliceous rocks were studied based on the petrological characteristics, major elements and rare earth elements. According to the test results, Hangwula sectional siliceous rocks' Al/(Al+Fe+Mn)values are 0.68~0.78, with an average of 0.73; δCe values are 0.89~0.94, with an average of 0.90; Erduanjing sectional siliceous rocks' Al/(Al+Fe+Mn)values are 0.50~0.67, with an average of 0.60; δCe values are 0.85~0.90, with an average of 0.88. In the Al-Fe-Mn triangular diagram, samples fall into biochemically-deposited area, which indicates a biochemically-deposited origin for these rocks. Hangwula sectional siliceous rocks' Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)values are 0.78~0.86, with an average of 0.83; MnO/TiO2 values are 0.04~0.40, with an average of 0.16;(La/Ce)N values are 1.02~1.15, with an average of 1.10; Ceanom values are -0.041~-0.001, with an average of -0.029. Erduanjing sectional siliceous rocks' Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)values are 0.82~ 0.91, with an average of 0.87; MnO/TiO2 values are 0.05~0.47, with an average of 0.24;(La/Ce)N values are 1.00~1.12, with an average of 1.06; Ceanom values are -0.058~-0.033, with an average of -0.045. All these geochemical characteristics suggest that these siliceous rocks were deposited in a continental margin setting where the sea water in the period of deposition was under an anoxic condition.
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致谢: 成文过程中，得到中国地质调查局西安地质调查中心叶芳老师、韩伟工程师等的支持和帮助；中国地质调查局武汉地质调查中心吴俊高级工程师鉴定放射虫化石，在此一并表示衷心感谢。
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图 1 银额盆地及邻区地质略图(a)和石炭系—二叠系构造单元划分（b）
Figure 1. Geological sketch map and tectonic units of Carboniferous-Permian strata in Yingen-Ejin basin and its adjacent areas
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图 2 杭乌拉（a）和二断井（b）二叠系实测剖面综合柱状图
1—细砾岩；2—长石砂岩；3—钙质长石砂岩；4—钙质砂岩；5—长石杂砂岩；6—细砂岩；7—粉砂岩；8—泥质粉砂岩；9—粉砂质泥岩；10—泥岩；11—灰岩；12—砂质灰岩；13—泥质灰岩；14—结晶灰岩；15—生物灰岩；16—生屑灰岩；17—硅化灰岩；18—硅质岩；B—薄片样；CH—化学样；RA—放射虫样
Figure 2. Composite column of Permian strata in Hangwula (a) and Erduanjing (b)
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图版Ⅰ
a.08HWD-44B1杭乌拉埋汗哈达组硅质海绵骨针；b.08HWD-48B1杭乌拉埋汗哈达组粉砂生物碎屑硅质岩中放射虫；c.15EDJ-B13二断井菊石滩组含砂屑海绵骨针硅质岩；d.15EDJ-B15二断井菊石滩组含凝灰质海绵骨针硅质岩；e.二断井菊石滩组海绵骨针及放射虫SEM照片（所有化石比例尺均为50μm）：1.Entactiniidae gen. et sp. indet.（15EDJ-RA4）；2~10.疑似放射虫化石（15EDJ-RA4）；11~19.单轴海绵骨针（11.15EDJ-RA5；12.15EDJ-RA6；13.15EDJ-RA7；14~15.15EDJ-RA8；16~17.15EDJ-RA9；18~19.15EDJ-RA10）
图版Ⅰ.
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图版Ⅱ
1~3.单轴双射骨针（15HWL-RA5）；4.双轴四射骨针（15HWL-RA5）；5~7.三轴三射骨针（5.15HWL-RA5；6~7.15HWL-RA6）；8~9.三轴五射骨针（8.15HWL-RA6；9.15HWL-RA5）；10~14.三轴六射骨针（10.15HWL-RA5；11.15HWL-RA1；12~13.15HWL-RA2；14.15HWL-RA3）；15~16.普通四射骨针（15.15HWL-RA5；16.15HWL-RA6）；17.不规则四射骨针（15HWL-RA3）；18~19.多轴骨针（18.15HWL-RA1；19.15HWL-RA6）；20.骨针簇（15HWL-RA2）。杭乌拉埋汗哈达组海绵骨针SEM照片，如无特别标注，图版内所有化石比例尺均为100μm
图版Ⅱ.
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图 4 杭乌拉下二叠统埋汗哈达组（a）和二断井中二叠统菊石滩组（b）硅质岩稀土元素北美页岩标准化配分模式
Figure 4. NASC-normalized REE patterns for siliceous rocks in the Hangwula(a) and Erduanjing(b)
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图 5 Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）-Fe2O3/TiO2相关图
Figure 5. Diagram of Al2O3/ (Al2O3+Fe2O3) -Fe2O3/TiO2
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图 6 Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）-（La/Ce）N相关图
Figure 6. Diagram of Al2O3/ (Al2O3+ Fe2O3) -(La/Ce)N
表 1 银额盆地及邻区二叠系地层划分对比
Table 1 Correlation of Permian strata in Yingen-Ejin basin and its adjacent areas
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表 2 银额盆地及邻区二叠系实测剖面岩性组成
Table 2 Lithological components of Permian profile in Yingen-Ejin basin and its adjacent areas
序号 剖面名称 地层 岩性厚度/m 地层总厚度/m 泥岩 砂砾岩 粉砂岩 碳酸盐岩 硅质岩 1 杭乌拉 埋汗哈达组 119.9 217.3 80.3 306.4 6.4 806.1 2 二断井 菊石滩组 88.8 374.5 424.6 21.6 9.3 918.7
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表 3 银额盆地及邻区二叠系硅质岩主量和稀土元素分析结果及相关参数
Table 3 Content of major and rare earth elements of Permian siliceous rocks in Yingen-Ejin basin and its adjacent areas
采样剖面 杭乌拉 二断井 样品编号 CH1 CH2 CH4 CH5 CH6 H1 H2 CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 SiO2 86.57 88.44 75.93 88.2 87.99 90.14 89.66 84.98 84.29 85.98 79.7 82.7 83.73 Al2O3 4.89 4.35 9.58 3.76 3.7 4.55 4.85 4.51 5.07 6.08 4.57 4.63 4.22 Fe2O3 1.09 1.22 2.43 0.62 0.83 0.74 0.78 0.47 0.78 0.58 1 0.99 0.63 FeO 0.2 0.29 0.54 0.34 0.27 0.19 0.32 1.43 1.63 1.65 2.08 1.86 0.82 CaO 2.02 1.26 1.52 2.05 2.24 0.34 0.28 2.58 2.13 0.51 4.29 2.75 3.85 MgO 0.39 0.27 1.21 0.36 0.35 0.4 0.36 0.89 0.9 0.8 1.36 1.43 0.65 K2O 0.99 0.38 2.18 0.71 0.58 0.91 0.64 0.5 0.53 0.75 0.33 0.35 0.36 Na2O 0.44 1.45 0.65 0.56 0.47 0.38 0.65 0.71 0.76 0.75 0.59 0.67 1.18 TiO2 0.16 0.14 0.44 0.15 0.13 0.18 0.19 0.16 0.18 0.19 0.15 0.13 0.16 P2O5 0.039 0.034 0.07 0.031 0.038 0.04 0.04 0.06 0.06 0.045 0.05 0.07 0.09 MnO 0.017 0.03 0.019 0.037 0.052 < 0.01 0.01 0.02 0.01 0.01 0.07 0.05 0.06 灼失量 3.14 2.09 5.35 3.14 3.3 2.07 2.16 3.63 3.59 2.58 5.74 4.31 4.21 H2O+ 1.76 1.12 3.28 1.52 1.78 1.83 1.87 1.63 1.8 1.74 1.76 1.86 1.32 H2O- 0.27 0.2 0.78 0.33 0.29 0.142 0.101 1.71 1.49 0.28 3.41 2.07 2.94 La 16 14.7 28.2 15.4 12.2 15.7 14.7 14.3 12.1 19 13.2 16.6 13.2 Ce 32.2 31.2 63.2 31.4 24.2 32.5 30.1 29.2 26.6 38.8 30.1 35.1 29.2 Pr 3.72 3.76 7.59 3.77 2.9 4.05 3.7 3.87 3.54 4.81 4.03 4.69 3.86 Nd 14 13.4 27.8 14.9 10.9 15.8 14.3 15.8 14 18.5 17.6 20.1 16 Sm 2.95 2.54 5.87 2.91 2.18 3.41 3.1 3.75 3.27 4 4.82 5 4.09 Eu 0.51 0.41 1.14 0.55 0.46 0.72 0.64 0.77 0.56 0.54 0.9 0.86 0.94 Gd 2.72 2.39 5.74 2.61 1.9 3.02 2.75 3.71 3.08 3.96 4.93 5.31 4.26 Tb 0.39 0.36 0.89 0.38 0.28 0.45 0.42 0.57 0.48 0.62 0.78 0.84 0.65 Dy 2.2 2.12 5.38 2.09 1.56 2.65 2.41 3.25 2.74 3.58 4.75 5.02 3.89 Ho 0.43 0.4 1.16 0.41 0.28 0.54 0.49 0.63 0.54 0.74 0.95 1.04 0.77 Er 1.12 1.1 3.25 1.1 0.7 1.49 1.41 1.73 1.47 2.04 2.6 2.97 2.02 Tm 0.16 0.16 0.51 0.16 0.099 0.23 0.21 0.26 0.22 0.3 0.39 0.46 0.28 Yb 1 1 3.22 1.02 0.58 1.42 1.34 1.66 1.38 2 2.49 2.99 1.8 Lu 0.15 0.15 0.5 0.16 0.09 0.22 0.2 0.25 0.21 0.3 0.38 0.44 0.28 Y 10.7 11 31.1 11.4 7.06 14 12.7 17.2 14 19.2 26.9 29.9 22.2 Si/Al 15.61 17.92 6.99 20.68 20.96 17.46 16.3 16.61 14.65 12.47 15.37 15.74 17.49 Al/(Al+Fe+Mn) 0.74 0.68 0.7 0.73 0.7 0.78 0.76 0.62 0.6 0.65 0.5 0.53 0.67 Al2O3/(Al2O3+Fe2O3) 0.82 0.78 0.8 0.86 0.82 0.86 0.86 0.91 0.87 0.91 0.82 0.82 0.87 Fe2O3/TiO2 6.81 8.71 5.52 4.13 6.38 4.11 4.11 2.94 4.33 3.05 6.67 7.62 3.94 MnO/TiO2 0.11 0.21 0.04 0.25 0.40 0.06 0.05 0.13 0.06 0.05 0.47 0.38 0.38 LREE 69.38 66.01 133.8 68.93 52.84 72.18 66.54 67.69 60.07 85.65 70.65 82.35 67.29 HREE 8.17 7.68 20.65 7.93 5.49 10.02 9.23 12.06 10.12 13.54 17.27 19.07 13.95 ΣREE 77.55 73.69 154.45 76.86 58.33 82.20 75.77 79.75 70.19 99.19 87.92 101.42 81.24 LREE/HREE 8.49 8.60 6.48 8.69 9.63 7.20 7.21 5.61 5.94 6.33 4.09 4.32 4.82 (La/Yb)N 1.55 1.42 0.85 1.46 2.04 1.07 1.06 0.83 0.85 0.92 0.51 0.54 0.71 δEuN 0.79 0.73 0.86 0.88 0.99 0.99 0.96 0.91 0.77 0.60 0.81 0.73 0.99 δCeN 0.91 0.91 0.94 0.90 0.89 0.89 0.89 0.85 0.89 0.88 0.90 0.87 0.89 （La/Ce）N 1.13 1.07 1.02 1.12 1.15 1.10 1.11 1.12 1.04 1.12 1.00 1.08 1.03 Ceanom -0.032 -0.014 -0.001 -0.040 -0.041 -0.039 -0.039 -0.058 -0.033 -0.040 -0.041 -0.057 -0.038
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