鄭秀才，凃智杰 （長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州434020）

我國華南地區(qū)二疊系廣泛發(fā)育硅質(zhì)巖。近年來，許多學(xué)者對硅質(zhì)巖的成因進(jìn)行了深入研究，如沙慶安等［1］的生物成因說、王汝建［2］的上升流成因說和夏邦棟等［3］的熱液成因說。下面，筆者收集整理了前人相關(guān)研究資料，對硅質(zhì)巖的地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析，研究變量之間或樣品之間的共生組合規(guī)律及相互關(guān)系，由此探討華南二疊系孤峰組硅質(zhì)巖的形成的主控因素。

1 數(shù)據(jù)的收集與整理

有關(guān)華南二疊系孤峰組 （或相當(dāng)層位）硅質(zhì)巖的地球化學(xué)主元素?cái)?shù)據(jù)來源于文獻(xiàn) ［3－11］（見表1）。

表1 華南二疊系孤峰組硅質(zhì)巖地球化學(xué)主元素?cái)?shù)據(jù)表

（續(xù)表1）

2 相關(guān)性分析

相關(guān)性分析是通過樣本數(shù)據(jù)研究兩變量間線性相關(guān)程度的強(qiáng)弱。硅質(zhì)巖主元素相關(guān)系數(shù)如表2所示。

表2 硅質(zhì)巖主元素相關(guān)系數(shù)表

2.1 SiO2、CaO和燒失量 （LOI）之間的相關(guān)性

CaO和LOI之間呈顯著的正相關(guān)，兩者同步增減，表明燒失的主要成分為CO2，它們是海洋中形成碳酸鹽巖的主要成分；SiO2與CaO和LOI之間呈顯著的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)大于8。一些研究者把這種負(fù)相關(guān)解釋為沉積環(huán)境中陸源物質(zhì)對碳酸鹽巖礦物沉淀抑制的結(jié)果，這一解釋的依據(jù)是硅質(zhì)來源于陸源的風(fēng)化產(chǎn)物［12－13］。如果硅質(zhì)來源于陸源風(fēng)化產(chǎn)物，那么SiO2應(yīng)該與Al2O3、K2O和TiO2等這些來源于陸源物質(zhì)的元素之間具有相關(guān)性。但表2顯示，SiO2與Al2O3、K2O和TiO2等沒有明顯的相關(guān)性?？梢?，SiO2與CaO和LOI的顯著負(fù)相關(guān)與陸源物質(zhì)對碳酸鹽礦物沉淀的抑制作用無關(guān)，而是海洋多元體系中酸堿性的變化控制硅質(zhì)巖和碳酸鹽巖沉積的結(jié)果［14］。

2.2 TiO2、Al2O3、K2O、Na2O、Fe2O3和MgO之間的相關(guān)性

TiO2和Al2O3的相關(guān)系數(shù)為9.12，兩者在硅質(zhì)巖中相對穩(wěn)定，很少受成巖作用和后期變質(zhì)作用的影響，且含量主要由陸源物質(zhì)輸入量決定［15］，表明它們來源于陸源物質(zhì)；源于陸源物質(zhì)的TiO2和K2O、Na2O、Fe2O3、MgO呈現(xiàn)正相關(guān)，但各相關(guān)系數(shù)明顯小于TiO2和Al2O3的相關(guān)系數(shù)，表明這些元素雖然與陸源物質(zhì)有關(guān)，但是不完全依賴于陸源碎屑［10］。

2.3 MnO與P2O5之間的相關(guān)性

圖1 Q型聚類分析結(jié)果圖

MnO與P2O5之間呈正相關(guān)。MnO一般與深海熱液活動(dòng)有關(guān)，其含量反映了沉積環(huán)境中的生物生產(chǎn)率。Marchig［16］認(rèn) 為， 現(xiàn) 代 深 海沉積物中大部分P由生物骨骸殘余物產(chǎn)生，雖然P在堿性溶液中溶解度很低，但是在熱水沉積物中，P因熱水活動(dòng)活化遷移而得到了富集。MnO與P2O5之間呈正相關(guān)正好印證上述特點(diǎn)。

3 聚類分析

聚類分析是把地球化學(xué)特征相近的元素進(jìn)行歸類，從而揭示沉積環(huán)境和物質(zhì)來源［8］。聚類分析包括Q型聚類分析和R型聚類分析2種方式。

3.1 Q型聚類分析

Q型聚類分析結(jié)果圖如圖1所示。由圖1可知，除樣品jc－12、pl－21和 L3－1外，其他所有不同地區(qū)的樣品大致聚成3大類：第1類樣品數(shù)量最多（36個(gè)），幾乎包含所有不同的研究地區(qū)；第2類樣品數(shù)量較少（15個(gè)），該類樣品主要來自湘桂盆地的來賓和隆回、黔桂盆地的南丹和巴馬、以及上揚(yáng)子地區(qū)的石柱和宣漢；第3類樣品數(shù)量少 （10個(gè)），全部來自來賓地區(qū)。從樣品聚類的特點(diǎn)看，第2類樣品缺少下?lián)P子地區(qū)樣品，第3類均來自同一地區(qū)，表明不同地區(qū)的硅質(zhì)巖化學(xué)成分組成上存在有一定差異，但是第一類包含有所不同地區(qū)的樣品，說明不同地區(qū)硅質(zhì)巖其化學(xué)成分也具有部分相同特征，這表明了華南二疊系孤峰組硅質(zhì)巖形成的總體環(huán)境相似，但不同地區(qū)的具體條件有所差異。

3.2 R型聚類分析

不同的元素組合反映了不同的沉積地球化學(xué)特征以及影響它們形成的各種古構(gòu)造、古氣候、古水文條件，而相似環(huán)境條件下沉積物的共生組合也相近［14］。對元素變量進(jìn)行R型聚類分析，可將所有聚類元素變量分為3類 （見圖2），具體內(nèi)容如下。

第1類為SiO2、CaO和LOI。CaO和LOI之間 “親緣”關(guān)系密切而先聚在一起 （距離系數(shù)僅為1），再和SiO2聚為一類，表明三者具有 “同源”性。

第2 類 為 TiO2、Al2O3、K2O、Na2O、Fe2O3和 MgO。該類組分中，TiO2和Al2O3關(guān)系最為接近，他們先聚為一類后 （距離系數(shù)為2），再和K2O聚為一類 （距離系數(shù)為6），最后三者和Na2O聚為一類 （距離為系數(shù)為12），這表明上述成分來源于陸源物質(zhì)?，F(xiàn)代大洋中脊熱水體系中，MgO是嚴(yán)重虧損的組分，東太平洋中脊350℃熱水中的MgO含量為零，可以把熱水體系中MgO含量的增高作為海水對體系污染或混合的指標(biāo)［16］。熱水沉積硅質(zhì)巖的MgO含量均較低，且有隨SiO2的升高而降低的趨勢。該研究區(qū)硅質(zhì)巖中，MgO含量介于0%～3.27%，平均0.5%，其含量相對典型熱水成因硅質(zhì)巖明顯較高，推斷區(qū)內(nèi)硅質(zhì)巖形成時(shí)，有正常海水的混入和參與。此外，F(xiàn)e2O3含量反映了硅質(zhì)巖受熱液活動(dòng)影響程度的大小，其富集程度與現(xiàn)代大洋中脊熱水組分活動(dòng)的強(qiáng)度相關(guān)［9］。Fe2O3和MgO聚為一類 （距離系數(shù)大于5）后與陸源物質(zhì) （TiO2、Al2O3、K2O、Na2O）聚為一大類 （距離系數(shù)為15），可見Fe2O3和MgO的分布受陸源物質(zhì)搬運(yùn)分異的制約。

第3類為P2O5和MnO。P2O5和MnO的距離系數(shù)在10左右，由于P2O5含量和生物產(chǎn)率有關(guān)，而MnO和海底熱水活動(dòng)有關(guān)，兩者聚為一類，表明區(qū)內(nèi)硅質(zhì)巖的形成與深海生物活動(dòng)和深海熱液活動(dòng)相關(guān)。

圖2 R型聚類分析結(jié)果圖

4 R型因子分析

R型因子分析可以把復(fù)雜的原始變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合因子，以便有效獲取硅質(zhì)巖成因的地球化學(xué)信息。在R型因子分析時(shí)設(shè)置最小特征值為1，經(jīng)方差極大正交旋轉(zhuǎn)提取公因子［8］，分析結(jié)果如表3所示。

（1）第一主因子（F1）特征變量包含Al2O3、TiO2、K2O、Na2O、MgO和Fe2O3，這些元素之間彼此呈正相關(guān)，表現(xiàn)為這些變量的公因子載荷均為正值。從元素地球化學(xué)屬性來看，這些元素一般在地表風(fēng)化產(chǎn)物中富集，具有陸源產(chǎn)物的指示意義，因而屬于陸源因子。

（2）第二主因子 （F2）特征變量包含SiO2、CaO和LOI等，這些變量的公因子載荷絕對值大于0.9，其中CaO和LOI為正值，SiO2為負(fù)值。由于SiO2、CaO和LOI都來源于海洋沉積，因而屬于海洋因子。

（3）第三主因子（F3）特征變量為P2O5和MnO，上述變量的公因子載荷均為正值。在深海沉積物中，MnO一般歸因于海底熱水活動(dòng)沉積物來源，P2O5一般歸因于生物沉積物來源，但海底熱水活動(dòng)有利于P2O5的富集，因此該項(xiàng)因子具有指示熱水沉積來源的代表意義，屬于熱水因子。此外，從因子方差貢獻(xiàn)率看，區(qū)內(nèi)硅質(zhì)巖陸源因子（F1）方差貢獻(xiàn)率最大 （36.73%），熱水因子（F3）方差貢獻(xiàn)率最?。?7.62%），但方差貢獻(xiàn)率的大小有差別并不十分懸殊，F(xiàn)1、F2、F3的比例大約為2∶1.5∶1。因此，通過R型因子分析可以揭示出該研究區(qū)內(nèi)硅質(zhì)巖屬于熱水參與的正常海洋沉積產(chǎn)物。

表3 R型因子分析結(jié)果表

5 結(jié) 論

（1）Q型聚類分析表明，研究區(qū)內(nèi)硅質(zhì)巖形成的總體背景環(huán)境相似，但不同地區(qū)之間有一定差異。

（2）R型聚類分析表明，相似環(huán)境條件下沉積物的共生組合是相近的，其中TiO2、Al2O3、K2O、Na2O、Fe2O3和MgO屬于一類，CaO、LOI和SiO2屬于一類，而P2O5和MnO屬于一類。

（3）R型因子分析表明，陸源因子和海洋因子與正常沉積作用相關(guān)，而熱水因子與熱水沉積作用相關(guān)。因此，以及區(qū)內(nèi)硅質(zhì)巖的形成是熱水參與下的海洋正常沉積的結(jié)果。

［1］沙慶安，吳望始，傅家謨 .黔桂地區(qū)二疊系綜合研究－兼論含油氣性 ［M］.北京：科學(xué)出版社，1990.

［2］王汝建 .蘇皖地區(qū)二疊紀(jì)放射蟲硅質(zhì)巖中有孔蟲的發(fā)現(xiàn)及沉積環(huán)境初探 ［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1993，21（4）：519－524.

［3］夏邦棟，鐘立榮，方中，等 .下?lián)P子區(qū)早二疊世孤峰組層狀硅質(zhì)巖成因 ［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，1995，69（2）：125－138.

［4］付偉，周永章，楊志軍，等.湘中南二疊系孤峰組硅質(zhì)巖的成因?qū)傩约捌涞厍騽?dòng)力學(xué)指示意義 ［J］.礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2004，23 （4）：292－300.

［5］周新平，何幼斌，杜紅權(quán)，等 .四川宣漢地區(qū)二疊系硅巖地球化學(xué)特征及成因研究 ［J］.古地理學(xué)報(bào)，2009，11（6）：671－680.

［6］林良彪，陳洪德，朱利東 .川東茅口組硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征及成因 ［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010，84（4）：500－507.

［7］楊水源，姚靜 .安徽巢湖平頂山中二疊統(tǒng)孤峰組硅質(zhì)巖的地球化學(xué)特征及成因 ［J］.高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，2008，14（1）：39－48.

［8］楊玉卿，馮增昭 .華南下二疊統(tǒng)層狀硅巖的形成及意義 ［J］.巖石學(xué)報(bào)，1997，13（1）：111－120.

［9］邱振，王清晨 .湘黔桂地區(qū)中上二疊統(tǒng)硅質(zhì)巖的地球化學(xué)特征及沉積背景 ［J］.巖石學(xué)報(bào)，2010，26（12）：3612－3628.

［10］邱振，王清晨，嚴(yán)德天 .廣西來賓蓬萊灘剖面中上二疊統(tǒng)硅質(zhì)巖的地球化學(xué)特征及沉積背景 ［J］.巖石學(xué)報(bào)，2011，27（10）：3141－3155.

［11］邱振，王清晨 .廣西來賓中上二疊統(tǒng)硅質(zhì)巖海底熱液成因的地球化學(xué)證據(jù) ［J］.中國科學(xué)：地球科學(xué)，2011，41（5）：725－737.

［12］汪凱明，羅順社.燕山地區(qū)中元古界高于莊組和楊莊組地球化學(xué)特征及環(huán)境意義 ［J］.礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2009，28（4）：356－364.

［13］羅順社，尚飛，呂奇奇，等 .燕山地區(qū)宣龍坳陷高于莊組－霧迷山組沉積相與地球化學(xué)特征 ［J］.海相油氣地質(zhì)，2011，16（4）：57－61.

［14］鄭秀才，凃智杰 .燕山地區(qū)宣龍坳陷中元古界硅質(zhì)巖主元素多元統(tǒng)計(jì)分析 ［J］.石油天然氣學(xué)報(bào) （江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)），2012，34（10）：17－22.

［15］Murray R W.Chemical criteria to identify the depositional environment of chert：general principles and applications ［J］.Sedimentary Geology，1994，90：213－232.

［16］Marchig V.Some geochemical indication for discrimination between diagenetic and hydrothermal metalliferous sedi－ments ［J］.Marine Geology，1982，50 （3）：241－256.