硅質(zhì)巖成因的地球化學(xué)研究方法

李北康 孫茹

摘 要：硅質(zhì)巖在全球的沉積記錄中只占到1.6wt%，但是它分布廣泛，且形成于特定的地球化學(xué)環(huán)境，故硅質(zhì)巖的成因?qū)τ谘芯抗诺乩?、古氣候、大地?gòu)造等具有重要的意義；同時，硅質(zhì)巖巖性致密堅硬，抗風(fēng)化能力強，其攜帶的信息能夠相對完好的保存下來，是極好的地質(zhì)信息載體。文章大量總結(jié)前人的研究，對硅質(zhì)巖成因的地球化學(xué)研究方法進行了詳細(xì)歸納。

關(guān)鍵詞：研究方法；成因；硅質(zhì)巖；地球化學(xué)

硅質(zhì)巖的主要礦物成分為隱晶、微晶石英，硅質(zhì)巖中石英的形成過程可概括為：非晶質(zhì)硅沉淀形成的A型蛋白石溶解，硅質(zhì)再次沉淀形成無序方石英或CT型蛋白石，后重結(jié)晶成石英的多期轉(zhuǎn)變過程。此外，硅質(zhì)巖可能因成巖環(huán)境或成巖階段的不同而混入粘土礦物或碳酸鹽礦物等。

地球化學(xué)方法

1 常量、微量元素及稀土元素

Murray等綜合了分別來自太平洋、大西洋、印度洋及南半球高緯度邊緣海盆的40個硅質(zhì)結(jié)核樣品的地球化學(xué)信息。統(tǒng)計分析結(jié)果顯示：硅質(zhì)巖中的Al2O3、Fe2O3含量與SiO2含量呈負(fù)相關(guān)；CaO、MgO、Sr與SiO2的含量不相關(guān)；MnO，P2O5，CaO在各樣品中含量變化不大；微量元素Zr、Cr、Rb、Nb與Al2O3和Fe2O3的分布趨勢相同。稀土元素含量很低，ΣEREE與Al2O3，Na2O，K2O，F(xiàn)e2O3相關(guān)性良好，相關(guān)性系數(shù)為0.8±0.02；其他元素如Mg、Ti等，與MnO，CaO，P2O5沒有相關(guān)性[3]。

Baltuck M認(rèn)為除主要元素Si之外，其他元素（包括Al，F(xiàn)e，Mg，P，K，Ca，Ti，Mn）含量的相互間比值相較各自絕對含量對于判斷硅質(zhì)巖成巖環(huán)境更具意義[12]。Bostrom（1969）提出，Al2O3/（Al2O3+Fe2O3+MnO）值是衡量海相硅質(zhì)巖形成過程中熱液參與程度的指標(biāo)。Adachi等統(tǒng)計了前人針對不同成因典型巖石的元素分布特征的研究，繪制了熱液成因和非熱液成因沉積在Al-Fe-Mn三角圖中的分布區(qū)域如圖1。[1]

圖1 硅質(zhì)巖Al-Fe-Mn三角圖[1]

圖1中顯示：熱液成因硅質(zhì)巖較富集Fe2O3、MnO；非熱液沉積巖石較富集Al2O3。Murry認(rèn)為：Mn是在硅質(zhì)巖成巖過程中分離出來的，MnO含量與Al2O3、Fe2O3含量相關(guān)性極小，因而應(yīng)把MnO從計算因素中排除，MnO的排除只是剔除了干擾項，而由此得出的結(jié)果只是小規(guī)模的修正，沒有產(chǎn)生大的影響。但目前的研究中，普遍用的還是Al2O3/（Al2O3+Fe2O3+MnO）值[5，7]。

Murray統(tǒng)計全球不同沉積環(huán)境的49個硅質(zhì)巖樣品，提出Fe2O3/TiO2、LaN/CeN和Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）之間的相互關(guān)系可用來判別硅質(zhì)巖的沉積環(huán)境[4]。如圖2、3。

此后的硅質(zhì)巖成因研究中所用到的判別標(biāo)準(zhǔn)大都是由Murry、Adachi、Bostrom、Yamamoto的成果直接或變換得來[5-8，10]。

綜合可歸納如表1所示。

Murray認(rèn)為：常量、微量和稀土元素中，稀土元素受成巖作用的后期影響最小，因而稀土元素攜帶了硅質(zhì)巖最原始的沉積環(huán)境信息，稀土元素的總含量和每種元素的絕對含量對指示海相硅質(zhì)巖的成巖環(huán)境有重要意義[2]。

表2 不同沉積環(huán)境的REE指示

表3 不同成因硅的硅、氧同位素組成

2 穩(wěn)定、放射性同位素及稀有氣體同位素

硅質(zhì)巖的δ30Si組成隨淺海-半深海-深海環(huán)境的變化，其對應(yīng)平均值分別為1.3-0.4-0.16[11]。然而這一規(guī)律只是統(tǒng)計平均值，存在著很多反例。所以沉積環(huán)境分析時應(yīng)廣泛結(jié)合其他標(biāo)準(zhǔn)綜合判斷。

硅的成因?qū)?、氧同位素組成有重要影響如表3。

隨著實驗裝備條件的的發(fā)展，越來越多的技術(shù)手段如XRD、EBSD、Raman等也運用到地質(zhì)研究中來，如羅安等，利用XRD得到河南汝陽熊耳群硅質(zhì)巖中石英顆粒主要為低溫石英；通過Raman分析得出：邊緣的石英顆粒有序度升高，表明硅質(zhì)受到流體的影響；SEM分析得出硅質(zhì)礦物顆粒表現(xiàn)出緊密堆積的特點，極好的吻合了對流熱水噴出后的快速沉淀堆積產(chǎn)物[9]。

硅質(zhì)巖由于其特定的產(chǎn)出環(huán)境和較強的抗風(fēng)化能力，對于恢復(fù)古地理、古氣候、大地構(gòu)造等具有重要的意義。地球化學(xué)方法具備其獨有的穩(wěn)定性，對于硅質(zhì)巖成因的研究有著極其重要的意義。

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作者簡介：李北康（1991-），男，河南扶溝人，漢族，成都理工大學(xué)在讀研究生，專業(yè)：礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)。