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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (1): 120-131  
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史冀忠, 卢进才, 魏建设, 牛亚卓, 姜亭, 韩小锋, 许伟. 银额盆地及邻区二叠系硅质岩岩石学、地球化学特征及沉积环境[J]. 地质通报, 2018, 37(1): 120-131.
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Shi J Z, Lu J C, Wei J S, Niu Y Z, Jiang T, Han X F, Xu W. Petrology, geochemistry and sedimentary environment of Permian siliceous rocks in Yingen-Ejin basin and its adjacent areas[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(1): 120-131.
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基金项目

中国地质调查局项目《银额盆地及周缘油气基础地质调查》(编号:DD20160172)、《银额盆地上古生界油气战略选区调查》(编号:DD20160200)和国家自然科学基金项目《北山地区石炭纪和二叠纪古地磁研究及其构造意义》(批准号:41402195)

作者简介

史冀忠(1983-), 男, 硕士, 高级工程师, 从事油气基础地质调查。E-mail:shijizhong0241@sina.com

文章历史

收稿日期: 2017-09-15
修订日期: 2017-11-03
银额盆地及邻区二叠系硅质岩岩石学、地球化学特征及沉积环境
史冀忠 , 卢进才 , 魏建设 , 牛亚卓 , 姜亭 , 韩小锋 , 许伟     
中国地质调查局西安地质调查中心, 陕西 西安 710054
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。
关键词: 银额盆地及邻区    二叠系    硅质岩    地球化学    沉积环境    
Petrology, geochemistry and sedimentary environment of Permian siliceous rocks in Yingen-Ejin basin and its adjacent areas
SHI Jizhong, LU Jincai, WEI Jianshe, NIU Yazhuo, JIANG Ting, HAN Xiaofeng, XU Wei     
Xi'an Center of China Geological Survey, Xi'an 710054, Shaanxi, China
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.
Key words: Yingen-Ejin basin and its adjacent areas    Permian    siliceous rocks    geochemistry    sedimentary environment    

目前关于硅质岩的成因主要有4种认识:①生物或生物化学沉积成因;②火山沉积成因;③热液交代成因;④热水沉积成因[1]。由于不同成因的硅质岩在成岩物质来源、成岩环境、成岩物理化学条件等方面的显著差异,其岩石化学成分必然不同。另外,硅质岩硬度高、抗风化能力强,在形成之后受内外动力地质作用改造程度低,有利于保留形成时的古地理、古气候和古环境信息,这是利用岩石化学方法研究硅质岩成因及其沉积环境的物质和理论基础[2-4]。前人常将含放射虫的硅质岩作为古洋盆存在的证据,并根据放射虫化石的时代确定板块的最后闭合时限[5-6],但是也有研究资料证实,属浮游生物的放射虫分布广泛,遍及30~2000m以下的所有海域,放射虫的存在不能作为任何一定海水深度的标志[7]

笔者参加了《银额盆地及周缘油气基础地质调查》项目,野外地质调查过程中发现二叠系的许多剖面中不同程度地发育硅质岩。在杭乌拉下二叠统埋汗哈达组、二断井中二叠统菊石滩组中采集了硅质岩样品,在硅质岩岩石学特征研究基础上,进行放射虫鉴定、主量元素和稀土元素分析,根据前人建立的硅质岩成因、沉积环境分析指标及图解对其进行分析探讨。

1 地质背景

银额盆地及邻区在石炭纪—二叠纪为裂谷盆地[8-9],可划分为4个二级构造单元,即黑鹰山-额济纳旗坳陷带、马鬃山-拐子湖中间隆起带、柳园-巴丹吉林坳陷带和巴彦诺日公陆相断陷带(图 1-b)。

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) Fig.1 Geological sketch map and tectonic units of Carboniferous-Permian strata in Yingen-Ejin basin and its adjacent areas

研究区地层涉及金塔、额济纳旗、哲斯等地层小区,不同程度地发育二叠系隆林阶—吴家坪阶[10]图 1-a)。经综合地层对比,研究区地层分东部和西部2个区进行了统一的命名和对比划分[11]表 1)。

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

埋汗哈达组(P1-2m)(北山地区为双堡塘组):出露于埋汗哈达、杭乌拉、恩格尔乌苏北、芒罕超克等地,厚760~1085m,分为3个岩性段:下段为泥页岩为主的碎屑岩;中段为生物碎屑灰岩夹硅质岩;上段为岩屑长石砂岩、泥质粉砂岩与灰色泥岩。双堡塘组出露于芦草井、八道桥、卡路山、红柳井、努尔盖北等地,厚271~1789m,各地岩性不一,为一套正常沉积碎屑岩、碳酸盐岩。

阿其德组(P2a)(北山地区为菊石滩组和金塔组):出露于埋汗哈达、杭乌拉、芒罕超克等地,厚921~2030m,下段为灰色长石砂岩、长石石英砂岩、砂砾岩、粉砂质泥岩、深灰色泥岩夹薄层灰岩、英安岩、安山岩;上段为灰色英安岩、安山岩、玄武岩、凝灰质砂岩夹灰岩等。菊石滩组出露于芦草井、二断井、煤窑西山、古硐井、卡路山、努尔盖北等地,厚405~ 2446m,为细碎屑岩夹薄层灰岩、硅质岩。金塔组出露于六驼山、后红泉、煤窑西山等地,厚636~935m,为海相基性火山岩夹正常碎屑岩沉积。

哈尔苏海组(P3h)(北山地区为方山口组):出露于雅干—蒙根乌拉一带,岩性可分为2段:下段为灰黑色泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、长石砂岩夹灰岩透镜体,横向岩性变化大,可相变为安山岩、英安岩、流纹岩,厚967~2581m;上段为灰黑色泥岩、粉砂质泥岩、生物灰岩夹长石岩屑砂岩,厚1127~2327m。方山口组出露于沙林浩来、珊瑚井等地,厚552~ 842m,为陆相基性-酸性火山岩。

2 剖面描述及采样位置

在杭乌拉和二断井实测了2条二叠系剖面,下面分别描述其剖面位置、岩性组成及采样情况。

杭乌拉剖面为下二叠统埋汗哈达组,位于内蒙古阿拉善左旗(图 1-a),从岩性、岩相特征上可以分为3个岩性段[12]:下段为以泥页岩为主的碎屑岩(56~79层),主要为黑色、灰黑色泥岩、深灰色泥质粉砂岩、灰绿色细粒长石砂岩,以及少量灰色砾岩等;中段碳酸盐岩段(29~55层),主要为灰色泥晶灰岩、海百合灰岩、生物碎屑灰岩夹硅质岩;上段碎屑岩段(1~28层),主要为灰绿色泥质粉砂岩、中-细粒长石砂岩。具体岩性组成见表 2,采集了8件薄片、6件放射虫和8件地球化学样品(图 2-a)。

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
图 2 杭乌拉(a)和二断井(b)二叠系实测剖面综合柱状图 Fig.2 Composite column of Permian strata in Hangwula (a) and Erduanjing (b) 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

二断井剖面为中二叠统菊石滩组,位于甘肃省酒泉市肃北县(图 1-a),岩性主要为灰色、深灰色长石杂砂岩、长石砂岩与粉砂岩、粉砂质泥岩互层,夹灰色生物碎屑灰岩和灰黑色硅质岩。具体岩性组成见表 2,采集了10件薄片、10件放射虫和6件地球化学样品(图 2-b)。

3 硅质岩岩石学特征 3.1 杭乌拉下二叠统埋汗哈达组硅质岩岩石学特征

主要为含钙质生物碎屑硅质岩、粉砂生物碎屑硅质岩和海绵骨针硅质岩,生物碎屑-隐晶结构,块状构造。物质成分主要为生物碎屑(40%~80%)、硅质物(20%~60%),少量石英和泥质物(图版Ⅰ-ab)。生物碎屑以海绵骨针为主,横切面为圆形或椭圆形,粒径大小为0.02~0.40mm,纵切面为针形,即海绵骨针,大小为0.1~1.2mm。胶结物主要为硅质,多为隐晶状玉髓,其次为细小鳞片状玉髓和细小粒状石英。泥质已蚀变成细小的帘石类矿物。

图版Ⅰ   PlateⅠ   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)
3.2 二断井中二叠统菊石滩组硅质岩岩石学特征

主要为含有机质含砂屑海绵骨针硅质岩、含有机质生物碎屑凝灰质硅质岩和含有机质含凝灰质海绵骨针硅质岩,含生物碎屑含砂屑隐晶质结构,块状构造。物质成分由硅质(50%~55%)、生物碎屑(10%~30%)、砂屑(10%~35%)(部分样品为凝灰质)、有机质(5%~6%)等组成(图版Ⅰ-cd)。硅质物呈隐晶结构。生物碎屑种属为海绵骨针,有硅质与钙质2种类型,横切面为圆形或椭圆形,纵切面为针状,钙质海绵骨针被方解石交代,硅质海绵骨针被石英交代。砂屑以酸性火山岩岩屑为主,形态呈次棱角状或熔蚀状,粒径大小在0.05~2mm之间;其次为石英砂屑与长石砂屑,形态多呈棱角状或次棱角状,粒径大小在0.05~1.2mm之间。凝灰物主要为酸性火山岩,其次为石英晶屑与长石晶屑,形态呈棱角状、次棱角状、熔蚀状等,粒径大小为0.1~2mm。有机质呈团块状或条纹状聚集体沿层理方向分布。

3.3 硅质岩生物碎屑特征

放射虫样品经过4%浓度的氢氟酸为期10d的处理,在杭乌拉下二叠统埋汗哈达组的5件样品(其中1件薄片鉴定为灰岩)中发现大量的海绵骨针,面貌基本一致。海绵骨针组合以大骨针(megasclere)为主,依据轴的数量可分为单轴、双轴、三轴、四轴和多轴骨针,其中以三轴骨针居多(图版Ⅱ)。二断井中二叠统菊石滩组全部样品都发现了海绵骨针,其中1个样品中发现了保存状况较差、无法鉴定属种的放射虫(图版Ⅰ-e),海绵骨针基本只能见到单轴骨针,轴直或弯,轴的两端不尽相似,末端尖或钝圆。

图版Ⅱ   PlateⅡ   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
4 硅质岩地球化学特征

为了探讨研究区二叠系硅质岩的成因及沉积环境,进行硅质岩主量和稀土元素分析,由中国地质调查局西安地质调查中心实验室分析测试。

4.1 主量元素

由于不同成因硅质岩的物质来源、沉积环境、物理化学条件等的显著差异,其岩石化学成分也有所不同。一般生物成因的硅质岩表现为高SiO2、P2O5、Fe2O3,而低A12O3、TiO2、FeO、MgO、K2O和NaO;典型的海相火山沉积硅铁建造以低K2O、P2O5,高TiO2为特征;海相热水沉积硅质岩也以低P高Ti而区别于高P、低Ti的生物成因硅质岩,热水沉积的硅质岩还具有高Si、低A1的特点[13]。A12O3、K2O和Na2O含量的高低能反映含泥质的多少等。这是利用岩石地球化学方法研究硅质岩成因的物质及理论基础。

硅质岩的主量元素分析结果见表 3。杭乌拉下二叠统埋汗哈达组硅质岩样品的SiO2含量为75.93%~90.14%,平均值为86.70%,二断井中二叠统菊石滩组硅质岩样品的SiO2含量为79.70% ~ 85.98%,平均值为83.56%,杭乌拉和二断井剖面硅质岩中SiO2的含量均低于纯硅质岩(91.0% ~ 99.8%)。杭乌拉下二叠统埋汗哈达组的Al2O3含量为3.70%~9.58%, Si/Al值为6.99~20.96,二断井中二叠统菊石滩组的Al2O3含量为4.22%~6.08%,Si/Al值为12.47~17.49,远低于纯硅质岩的Si/Al值(80~ 1400),表明其含有较高比例的陆源泥质沉积物。

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
4.2 稀土元素

稀土元素是恢复古海洋环境、判别氧化还原条件、判别热水沉积或非热水沉积的一种重要化学示踪剂。一般来说,热水沉积硅质岩的ΣREE(稀土元素总量)低,Ce亏损较明显,而Eu亏损不明显甚至出现正Eu异常,经北美页岩标准化后的配分曲线呈平缓的左倾斜。而非热水沉积硅质岩的稀土元素特征与页岩相似,相对富集轻稀土元素,配分曲线呈平缓右倾斜[1, 3, 14]。因此稀土元素特征可以用来示踪硅质岩的成因。硅质岩的稀土元素分析结果见表 3

5 硅质岩成因及沉积环境 5.1 硅质岩成因 5.1.1 Al、Fe、Mn元素特征

A1、Fe、Mn作为沉积物源指示剂广泛用于沉积环境研究中。Fe、Mn元素的富集主要与热水的参与有关,A1的富集则与陆源物质的介入有关。Adachi等[15]研究了热水沉积与非热水沉积硅质岩样品,指出纯生物成因的硅质岩Al/(A1+Fe+Mn)值接近0.6;而纯热水成因的硅质岩Al/(A1+Fe+Mn)值接近0.01;受热水作用的影响其比值小于0.35。Al、Fe、Mn的关系可以用Al、Fe、Mn三角图表示(图 3)。

图 3 硅质岩Al-Fe-Mn三角图 Fig.3 Al-Fe-Mn diagram for the siliceous rocks

表 3可以看出,杭乌拉下二叠统埋汗哈达组硅质岩Al/(Al+Fe+Mn)值为0.68~0.78,平均值为0.73,二断井中二叠统菊石滩组硅质岩Al/(Al+Fe+ Mn)值为0.50~0.67,平均值为0.60,与纯生物成因硅质岩的Al/(Al+Fe+Mn)值接近,指示研究区的硅质岩为生物成因。此外,在Al-Fe-Mn三角图(图 3)上,样品点落入生物成因硅质岩区,因此研究区的硅质岩为典型的生物成因硅质岩。

5.1.2 稀土元素成因类型的指示意义

硅质岩的Ce异常也可以用来指示硅质岩的成因。Murray等[16]研究指出,热水成因硅质岩Ce呈负异常,δCe平均值为0.29;正常海水生物沉积硅质岩Ce呈正异常,δCe平均值为1.2。

表 3可以看出,杭乌拉下二叠统埋汗哈达组硅质岩的δCe值为0.89~0.94,平均值为0.90,二断井中二叠统菊石滩组硅质岩的δCe值为0.85~0.90,平均值为0.88,都表现出轻微的负Ce异常,硅质岩的稀土元素用北美页岩(NASC)标准化后的配分模式(图 4),指示研究区硅质岩为海水生物沉积硅质岩。

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 Fig.4 NASC-normalized REE patterns for siliceous rocks in the Hangwula(a) and Erduanjing(b)
5.2 硅质岩沉积环境 5.2.1 Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值

Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值是判别硅质岩形成环境,特别是区分洋中脊和大陆边缘成因的良好指标[16-17]。一般认为,洋中脊硅质岩、大洋盆地硅质岩和大陆边缘硅质岩的Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值分别为<0.4、0.4~0.7、0.5~0.9。从表 3可以看出,杭乌拉下二叠统埋汗哈达组硅质岩的Al2O3/(Al2O3 + Fe2O3)值为0.78~0.86,平均值为0.83,二断井中二叠统菊石滩组硅质岩的Al2O3/(Al2O3 + Fe2O3)值为0.82~0.91,平均值为0.87,都与大陆边缘硅质岩相当。另外,在Al2O3/(Al2O3+ Fe2O3)-Fe2O3/TiO2图解(图 5)上,样品点落在大陆边缘型硅质岩区域内。

图 5 Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)-Fe2O3/TiO2相关图 Fig.5 Diagram of Al2O3/ (Al2O3+Fe2O3) -Fe2O3/TiO2
5.2.2 MnO/TiO2

Sugisaki等[18]指出,硅质岩的Mn含量可作为来自大洋深部的标志元素。MnO/TiO2值可用来判断硅质沉积物离大洋盆地的远近,离大陆较近的大陆坡和边缘海沉积物的MnO/TiO2值应小于0.5,开阔大洋底硅质岩沉积物的值较高,可达0.5~3.5。

表 3可以看出,杭乌拉下二叠统埋汗哈达组硅质岩的MnO/TiO2值为0.04~0.40,平均值为0.16,二断井中二叠统菊石滩组硅质岩的MnO/TiO2值为0.05~0.47,平均值为0.24。由此可得出,研究区的硅质岩是离大陆较近的大陆坡和边缘海沉积的产物。

5.2.3 稀土元素沉积环境的指示意义

研究表明[16],洋中脊、大洋盆地至大陆边缘等不同构造环境中的硅质岩,其Ce/Ce*值从负异常至负异常不明显甚至正异常。洋中脊附近硅质岩的Ce/Ce*值为0.3±0.13,大洋盆地硅质岩的Ce/Ce*值为0.60 ± 0.13,大陆边缘硅质岩的Ce/Ce *值为1.09±0.25。从表 3中可以看出,杭乌拉下二叠统埋汗哈达组硅质岩的Ce/Ce *值为0.89~0.94,平均值为0.90,二断井中二叠统菊石滩组硅质岩的Ce/Ce*值为0.85~0.90,平均值为0.88,都属于大陆边缘型硅质岩的范畴。

(La/Ce)N值同样可以反映沉积环境。大陆边缘硅质岩的(La/Ce)N值为0.5~1.5,洋脊硅质岩(La/Ce)N值为3.5,大洋硅质岩(La/Ce)N值为1.0~ 2.5[13]。从表 3可以看出,杭乌拉下二叠统埋汗哈达组硅质岩的(La/Ce)N值为1.02~1.15,平均值为1.10,二断井中二叠统菊石滩组硅质岩的(La/Ce)N值为1.00~1.12,平均值为1.06,指示研究区硅质岩沉积于大陆边缘。另外,在Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)-(La/Ce)N图解(图 6)上,样品点落在大陆边缘型硅质岩区域内。

图 6 Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)-(La/Ce)N相关图 Fig.6 Diagram of Al2O3/ (Al2O3+ Fe2O3) -(La/Ce)N
5.2.4 稀土元素古海水氧化-还原条件

Wright等[19]将稀土元素Ce与邻近的La和Nd元素相关的变化称为Ce异常(Ceanom)。其公式为:Ceanom=log[3(Ce)N/(2(La)N+(Nd)N)]。式中N为样品经北美页岩或球粒陨石标准化的值。Ceanom值已被作为判断古海水氧化-还原条件的标志,其值大于-0.1时为Ce的富集,反映水体呈缺氧环境;小于-0.1时为Ce的负异常,反映水体呈氧化环境。

表 3可以看出,杭乌拉下二叠统埋汗哈达组硅质岩的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的Ceanom值为-0.058~-0.033,平均值为-0.045,显示研究区硅质岩形成于缺氧的水体环境。

6 讨论 6.1 硅质来源

从岩石学特征分析,杭乌拉下二叠统埋汗哈达组硅质岩中的生物碎屑含量可达40%~80%,认为硅质岩的硅质来源与生物碎屑有关。二断井中二叠统菊石滩组的硅质岩中既有生物碎屑,又有凝灰质,认为硅质岩的硅质来源与火山物质和生物碎屑有关,其形成机理可解释为:远源火山喷发的火山灰在海水中沉降,并在海水碱性条件下发生海解,导致海水中SiO2含量增大,造成有利于硅质生物大量繁殖的条件,如放射虫和硅质海绵大量繁殖,这些生物死亡后,堆积海底,其骨骼与大量碎屑沉积形成硅质生物软泥。因此,其硅质来源可能与火山喷发物有关。

6.2 构造环境

谢力等[5]在恩格尔乌苏缝合带的蛇绿混杂岩硅质外来岩块中发现了中二叠世晚期—晚二叠世早期的放射虫化石,认为华北板块与塔里木板块之间自中二叠世晚期—晚二叠世早期存在古海洋。本次研究在同一构造带的杭乌拉下二叠统埋汗哈达组和二断井中二叠统菊石滩组剖面采集了硅质岩,地球化学指标反映硅质岩沉积于大陆边缘。这从硅质岩的岩石学特征、古生物组合和沉积相方面也可以得到证实:①二断井中二叠统菊石滩组硅质岩部分样品中有含量10%~35%的砂屑,砂屑以酸性火山岩岩屑为主,其次为石英砂屑与长石砂屑,形态多呈棱角状或次棱角状,粒径大小在0.05~2mm之间,说明沉积区离陆源区较近。②项目组曾在恩格尔乌苏北海尔汗剖面发现了碗足类动物群[20],属冷水和暖水混生的“哲斯动物群”,时代为早—中二叠世,以三角洲-滨岸相沉积为主,不发育深水沉积。

7 结论

研究区二叠系硅质岩的成因为海水生物成因,杭乌拉下二叠统埋汗哈达组硅质岩的硅质来源与生物碎屑有关,二断井中二叠统菊石滩组硅质岩的硅质来源可能与远源火山喷发物在海水中发生溶解并被放射虫和海绵骨针吸收有一定关系。沉积环境为大陆边缘较深水的缺氧环境。

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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