摘 要：為了解巢湖地區(qū)棲霞組硅質(zhì)巖形成環(huán)境，采集了該區(qū)硅質(zhì)巖進(jìn)行巖石學(xué)及地球化學(xué)分析，結(jié)果表明：巢湖地區(qū)棲霞組硅質(zhì)巖形態(tài)多為橢球狀和串珠狀，其長軸多順層產(chǎn)出，硅質(zhì)巖中SiO2、Fe2O3和MnO含量較高，Al2O3和TiO2含量較低，Al/（Al+Fe+Mn）、Fe/Ti比值、Al-Fe-Mn判別圖表明硅質(zhì)結(jié)核為熱水沉積的產(chǎn)物；結(jié)合前人成果，棲霞組燧石結(jié)核中二氧化硅應(yīng)源自大洋盆地的熱水溶液，在與正常海水發(fā)生對流混合作用后得到了生物作用的吸收，進(jìn)而被上升流搬運(yùn)至淺海區(qū)發(fā)生沉積成巖過程。

關(guān)鍵詞：巢湖地區(qū)；棲霞組硅質(zhì)巖；成因分析

現(xiàn)如今，隨著硅質(zhì)燧石結(jié)核受到國內(nèi)外的關(guān)注，其來源問題逐漸成為一個令人熱議的話題（Adachi et al.， 1986； Murchey et al， 1992）。寒武紀(jì)硅質(zhì)巖被認(rèn)為是由于海底熱液成因，而顯生宙硅質(zhì)巖則被普遍認(rèn)為是固態(tài)可溶生物硅的積累和可溶性生物硅的沉淀。這些研究為沉積盆地演化提供了新的資料來源，為沉積盆地的建立提供了新的可能。二疊世硅質(zhì)巖廣泛發(fā)育于中國南方，其沉積環(huán)境與物質(zhì)來源也存在著一些異議。文章以巢湖地區(qū)平頂山向斜西翼采石場實(shí)測剖面的下二疊統(tǒng)棲霞組為例探究該區(qū)域硅質(zhì)巖的物質(zhì)來源、成因機(jī)制及沉積環(huán)境。對于該區(qū)硅質(zhì)巖的相關(guān)研究甚少。主要有以下幾種陸源碎屑的補(bǔ)給（楊瑞等，2014）、上升流攜帶（呂炳權(quán)等，2004）或與火山作用有關(guān)（楊水源等，2008）。但是考慮到以上模式的過于單一，文章通過主微量元素不同模式分析并結(jié)合沉積學(xué)地質(zhì)學(xué)原理力求從多角度多方面探求其物質(zhì)來源和成因模式，從而更客觀地還原該區(qū)的沉積演化歷史。

1 區(qū)域及剖面概況

安徽巢北地區(qū)位于晚中生代華北高原的東部、郯廬斷裂東側(cè)、蘇魯高壓-超高壓造山帶南側(cè)的揚(yáng)子地塊下?lián)P子前陸褶斷帶北緣，其演化受這個大地構(gòu)造背景制約，形成了“兩向一背”疊加棋盤格式斷裂的特征構(gòu)造樣式。

根據(jù)巢北地區(qū)平頂山實(shí)測剖面。棲霞組自下而上可分為兩段，厚約171.3m。下段厚約61.60m?？煞譃閮刹糠?。

下部為碎屑巖夾劣質(zhì)煤，平頂山剖面碎屑巖風(fēng)化為土黃色，該部分巖性變化較大，在 嶂一帶為深灰色、灰黃色鈣質(zhì)透鏡體泥巖，厚0.25m，向西到東風(fēng)石礦為灰黑色頁巖及黑色劣質(zhì)煤層，厚0.75m，與下伏船山組呈凹凸不平之假整合面。上部為深灰、灰黑色薄至中層含瀝青質(zhì)臭灰?guī)r及含生物碎屑泥灰?guī)r，厚60.6m。上段按巖性特征可分為四部分，總厚109.7m。下部含燧石結(jié)核或團(tuán)塊灰?guī)r，黑、灰黑色灰?guī)r，夾黑色薄燧石層及生物碎屑粉砂質(zhì)泥巖，厚8.7m。中部：深灰、灰黑中薄到中層含燧結(jié)核灰?guī)r，夾黑色薄層含瀝青質(zhì)泥類巖，厚78.1m。上部為黑色中-薄層硅質(zhì)巖、深灰色含燧結(jié)核白云質(zhì)灰?guī)r及薄板狀硅質(zhì)灰?guī)r互層，厚7.7m。頂部為灰、深灰色含燧石結(jié)核灰?guī)r、白云巖質(zhì)灰?guī)r，厚14.9m。反映了沉積環(huán)境由早期的濱海沼澤逐漸演變?yōu)榉€(wěn)定的淺海碳酸鹽臺地，局部間夾缺氧的滯留環(huán)境。

2 樣品及分析方法

文章的研究樣品采自安徽巢北地區(qū)平頂山向斜西翼采石場實(shí)測剖面棲霞組中段含燧石結(jié)核及燧石條帶灰?guī)r。包括3個圍巖（WY-1、WY-2、WY-3），4個燧石結(jié)核（JH-1、JH-2、JH-3、JH-4），全巖樣品首先采用切割機(jī)除去表面附著物，手工挑純（避免巖脈發(fā)育部分），隨后將其粉碎至1cm2左右的小塊，并用超純水進(jìn)行3次振蕩清洗。然后用無污染鄂式破碎機(jī)及瑪瑙研缽破碎至200目以下，送至實(shí)驗室進(jìn)行主量元素分析。全巖主量元素在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司測試完成，測試?yán)肵熒光光譜儀測試完成，具體流程見GB/T14506.30-2010。

3 結(jié)果及討論

3.1 巖石學(xué)特征

棲霞組灰?guī)r中的燧石以結(jié)核狀和條帶狀為主，分布廣泛，是華南地區(qū)二疊系主要的識別標(biāo)志之一（劉新宇等，2007），野外觀察研究區(qū)燧石結(jié)核外側(cè)往往發(fā)育肉紅色或灰黃色過渡帶（圖2C），也有部分燧石結(jié)核的過渡帶不明顯或與灰?guī)r直接接觸。含燧石結(jié)核圍巖呈淺灰色或灰色，中層-厚層狀，常發(fā)育平行層面微細(xì)沉積紋層，紋層多圍繞燧石發(fā)育，延伸方向與燧石結(jié)核長軸方向基本一致（圖2A），顯示出壓實(shí)作用的特征。棲霞組灰?guī)r與燧石結(jié)核的接觸部位發(fā)育一個過渡帶，其厚度并不均一，為0-0.4cm，部分燧石結(jié)核甚至不發(fā)育過渡帶與灰?guī)r直接接觸。剖面上燧石結(jié)核主要集中在棲霞組中段的局部層位，多呈棕色、深棕色、黑色分布于灰色、灰白色中厚層灰?guī)r中，具有圓球狀、橢球狀、豆芽狀、串珠狀、條帶狀等不規(guī)則形態(tài)（圖2B）。橢球狀燧石長軸10-15cm，短軸5-10cm，條帶狀燧石寬10-20cm，其長軸多與層面平行，并可沿層面延伸數(shù)米（圖2D，E）。

3.2 地球化學(xué)特征

硅質(zhì)巖是一類特殊的巖石，由化學(xué)作用、生物和生物化學(xué)作用及某些火山作用、熱水作用所形成的富含SiO2（>70%）的巖石，也包括在盆地內(nèi)經(jīng)機(jī)械破碎再沉積者，都可以稱為硅質(zhì)巖 （曾允孚，1986）。由于形成于特定的地球化學(xué)條件下，其成巖過程和沉積環(huán)境十分復(fù)雜，而且其化學(xué)成分容易受到多方面物源供給的影響，這給硅質(zhì)巖的地球化學(xué)判斷帶來了許多問題和誤區(qū)。

研究區(qū)樣品的常量元素分析結(jié)果見表1，由表1可知，本區(qū)燧石的化學(xué)成分以SiO2為主，含量在85.27%～96.96%，平均在91.76%，其他化學(xué)成分較低。其中，F(xiàn)eO、Fe2O3、MnO、CaO的含量相對較高，Al2O3和TiO2等的含量相對較低，具有富Fe和Mn，貧Al和Ti的特征。關(guān)于常量元素對于沉積環(huán)境和物源信息的指示作用，比較有代表性的如：Fe、Mn的富集指示與熱水的參與有關(guān)，Al、Ti的相對富集則與陸源物質(zhì)的混入有關(guān)，在細(xì)粒陸源沉積物中兩者正相關(guān)，作為正常沉積作用的標(biāo)志（Murray， 1994）。燧石主量元素MnO/TiO2值、Fe/Ti值和（Fe+Mn）/Ti值相對較高，分別為1.88、22.2和24.62； Na2O/K2O值和Al/（Al+Fe+Mn）值相對較低，且變化范圍較大，分別在0.45～0.94和0.21～0.35之間，平均值分別為0.63和0.27；P2O5、Na2O、K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于0.1%。燧石中的SiO2含量明顯高于圍巖（石灰?guī)r）中的含量，是其平均含量的6.24倍。

3.3 硅質(zhì)巖來源分析

硅質(zhì)巖中MnO/TiO2比值可以作為環(huán)境分析的定性標(biāo)志。一些研究結(jié)果表明，離大陸較近的邊緣海等沉積環(huán)境中沉積的硅質(zhì)巖，其MnO/TiO2比值偏低，一般小于0.5，而遠(yuǎn)離大陸的大洋環(huán)境中的硅質(zhì)沉積物的MnO/TiO2比值卻較高，可達(dá)0.5～3.5（Adachi et al.，1986）。分析結(jié)果顯示研究區(qū)燧石結(jié)核的MnO/TiO2在1.37 ～ 2.47之間，平均值為1.88。這一地球化學(xué)標(biāo)志指示該燧石結(jié)核應(yīng)沉積在離洋中脊不遠(yuǎn)的、具有深淵物質(zhì)/熱水注入的遠(yuǎn)洋盆地背景中。但這一認(rèn)識與系統(tǒng)的稀土元素所指示的其沉積在大陸邊緣的淺海環(huán)境中的結(jié)論相去甚遠(yuǎn)。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)和前人研究的綜合分析認(rèn)為，該套燧石結(jié)核的形成可能與上升流的影響有關(guān)。上升流將形成于大洋盆地背景中的物質(zhì)帶到靠近大陸邊緣的淺海環(huán)境中發(fā)生沉積，造成了沉積在陸棚淺海環(huán)境中的燧石結(jié)核，在地球化學(xué)組成上保留了其大洋盆地背景的特征。

硅質(zhì)巖Fe，Mn，Al等常量元素的含量對于區(qū)分熱水沉積與非熱水沉積硅質(zhì)巖具有重要意義。其中Fe，Mn的富集主要與熱水的參與有關(guān)，而Al的相對集中多與陸源物質(zhì)的介入相關(guān)，且Al/（Al+Fe+Mn）值不隨埋藏和成巖作用的變化。海相硅質(zhì)巖中Al/（Al+Fe+Mn）值< 0.35，是衡量硅質(zhì)巖中熱水沉積含量多少的標(biāo)志，Al/（Al+Fe+Mn）值隨著硅質(zhì)巖中熱水沉積含量的增加而變?。∕urray et al.，1990）。研究表明，熱水沉積和生物沉積巖的硅質(zhì)巖中Al/（Al+Fe+Mn）比值有明顯差異，具體大小由純熱水沉積的0.01到純遠(yuǎn)海生物沉積的0.60（Adachi et al.， 1986），并確定了硅質(zhì)巖Al/（Al+Fe+Mn）三角成因判別圖解。棲霞組燧石結(jié)核中Al/（Al+Fe+Mn）值為0.21 ～ 0.35之間，平均為0.27，都小于0.35，在Al/（Al+Fe+Mn）三角圖中燧石結(jié)核全都落入熱液成因區(qū)，石灰?guī)r則為正常的海水沉積（圖3）。海相沉積物中Fe/Ti值和（Fe+Mn）/Ti值可判斷熱水沉積和正常海水沉積，當(dāng)上述比值分別大于20和20+5時，一般認(rèn)為屬于熱水來源的沉積物。通過分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)燧石結(jié)核的Fe/Ti值和（Fe+Mn）/Ti值分別為22.2和24.62，都大于其標(biāo)準(zhǔn)值，反映了熱水沉積的特征。另外，（Cu+Co+Ni）-Fe-Mn三角圖（圖6）也用于區(qū)分熱水沉積和非熱水沉積（Rona， 1988），因為熱水來源的硅巖富Fe，Mn，貧Cu，Co和Ni，這與熱水條件下沉積物沉積速率加快有關(guān)。在Wonder等的SiO2-Al2O3圖解上（Wonder et al.，1988）（圖4），本區(qū)燧石結(jié)核投點(diǎn)均落入熱水沉積物區(qū)。并且，在研究了現(xiàn)代深海沉積物、成巖含金屬沉積物和熱液含金屬沉積物的Cr和Zr的含量后繪出了Cr和Zr的關(guān)系圖（Marching et al.， 1982），由圖5可知，本區(qū)燧石結(jié)核的投點(diǎn)均落于現(xiàn)代熱水沉積物的趨勢線范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

巢湖地區(qū)二疊系棲霞組燧石結(jié)核形成于靠近大陸邊緣的淺海碳酸鹽巖臺地環(huán)境，沉積過程中水體經(jīng)歷了富氧-缺氧過程，而灰?guī)r則是正常海相沉積環(huán)境，未遭受后生成巖作用的改造。本研究區(qū)燧石結(jié)核的眾多地球化學(xué)指標(biāo)均吻合與熱水成因硅質(zhì)巖的地球化學(xué)特征，反映出本區(qū)燧石結(jié)核為熱水成因。值得說明的是，部分地球化學(xué)指標(biāo)與典型熱水沉積硅質(zhì)巖存在的偏差可能反映了熱水沉積體系遭受了混染。

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作者簡介：馬秀杰（1991-），男，地質(zhì)工程專業(yè)在讀本科生。

*通訊作者：陳松（1983-），男，副教授，博士（后），主要從事地球化學(xué)方面的教學(xué)和科研。