張 橋

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硅質巖研究進展

張 橋

（大陸動力學國家重點實驗室（西北大學），西北大學地質學系，陜西 西安 710069）

硅質巖是一類特殊的沉積巖，與一般的碎屑巖不同，其形成和生物活動，火山活動等密不可分。本文在大量閱讀國內外文獻和資料的基礎上，詳細論述了硅質巖研究的發(fā)展和現狀。就文獻、資料內容，對硅質巖進行了成因分類，詳細論述了各類硅質巖的特征。同時介紹了判別硅質巖成因的地球化學特征以及方法，以達到對硅質巖成因跟進一步的認識。

硅質巖；類型和成因；地化特征

硅質巖是指化學作用、生物和生物化學作用以及某些火山作用形成的富含二氧化硅的巖石，其硅質含量一般大于70％（F.J.Pettijohn，1977; 唐世榮，1994）。早期建立的硅質巖成因模式主要有：生物堆積模式、交代成因模式等。自20世紀70年代中期被發(fā)現以來，海底熱泉為認識熱水沉積硅質巖以及SiO2的來源提供了新的思路。80年代以來，國內外許多專家、學者對不同地區(qū)硅質巖從不同角度進行了大量的工作（Adachi M,YAMAMOTO K, SUIGISKI R.1986；John.H. OEHLER，1986；AMAMOTO K.1987；Richard Hesse，1989；伊海生，曾允孚，夏文杰.1989；陳洪德，曾允孚.1989；周永章.1990；吳世迎，1995；馮彩霞，2001；馮勝斌,周洪瑞等2007;姚旭，周瑤琪等，2013）。John. Oehler（1976）詳細論述了熱水硅質膠體的結晶順序；Adachi等(1986)從統(tǒng)計學的角度分析了熱水成因硅質巖的地球化學特征，并建立了主量元素的判別體系；REINHARD HESSE（1989）研究了硅質流體的成巖作用和硅化作用。國內熱水沉積硅質巖的研究最早主要體現在華南地區(qū)，例如陳洪德，伊海生等（1989）對廣西丹池盆地上泥盆統(tǒng)留江組硅質巖沉積特征及成因進行了討論，認為晚泥盆世榴江期,同沉積期丹池深大斷裂的裂陷作用導致丹池半地塹式盆地內海底火山活動發(fā)生,提供了豐富的SiO2、造成盆內熱水條件，經熱水沉積和部分生物化學沉積形成了該區(qū)榴江組硅質巖。另外曾允孚等（1989）也相繼報道了湘黔桂地區(qū)上震旦統(tǒng)硅質巖并得出揚子古板塊東南緣的同沉積深大斷裂是富硅熱水上升的通道，來自地下水深部循環(huán)的富硅熱水,在熱液噴口附近沉淀形成較純的白色硅質巖。21 世紀初，Ｒogers等（2001）介紹了北美硅質巖儲層的成因、類型及勘探開發(fā)特點，強調硅質巖的油氣意義具有全球性。國內的馮彩霞、崔春龍等（2001）論述了硅質巖研究的理論意義和實用價值以及硅質巖研究中存在的若干問題及發(fā)展方向。

國內對硅質巖各方面的研究主要集中的揚子地區(qū)（雷卞軍，2002；馮彩霞，2009；周新平，2009,2012；林良彪，2010）。研究內容包括討論揚子地區(qū)以及局部同一層位尤其是二疊紀時期硅質巖的產狀和地球化學等特征，通過結合硅質巖的產狀，結構構造特征和地化特征，分析硅質巖形成的環(huán)境和成因，并建立成因模式（周永章等，2004；馮勝斌等，2007；姚旭等，2013）。

1 硅質巖的基本特征

硅質巖的主要成分為SiO2（>70% ）和 H2O，其次含有不定量的氧化物例如Fe2O3，Al2O3、MgO等。礦物成本則主要是蛋白石、玉髓以及顯晶質的石英。蛋白石和玉髓在成分上的區(qū)別體現在含水量的不同，因此從蛋白石-玉髓-石英是一個脫水的過程。根據成因不同，可以將硅質巖分為生物成因的和非生物成因兩大類。

1.1 生物成因硅質巖

生物成因的硅質巖主要有硅藻土、海綿巖、放射蟲硅質巖等幾種類型。硅藻土主要由古代的硅藻遺體組成，主要化學成分為SiO2和H2O，礦物成分主要為蛋白石—A，硅藻土質純者呈白色，但常被鐵質或有機質染成黃色或暗灰色甚至黑色。巖石外貌呈土狀，結構疏松，質軟而輕，比重只有0.4～0.9，高孔隙，吸水性強。具典型的生物結構，層理不明顯。大部分硅藻土產于第三紀以來的海相或湖泊相的地層中，少數分布于白堊紀的地層中。隨著脫水作用，年代較老地層中硅藻土一般均轉變?yōu)榘鍫罟柙逋粱虻鞍淄?，最終漸變至燧石巖。現代硅藻主要分布在兩極及中緯度的海洋中，并與洋流分布有關。海綿巖外貌為細粒狀，呈灰綠色或黑色，疏松的海綿巖膠結程度較差，其中夾有粘土和砂。堅硬的海綿巖其內的骨針被蛋白石、玉髓等硅質礦物所膠結，以海相成因為主。放射蟲巖主要由硅質放射蟲介殼組成，可分為疏松的和堅硬的兩種: 疏松的變種外貌很象硅藻土，質軟，灰或黃灰色;堅硬的放射蟲巖中的放射蟲介殼完全被氧化硅膠結。除放射蟲外，還可有硅藻、海綿骨針、海藻、有孔蟲等生物遺體，并常有粘土礦物，以及方解石、海綠石、碎屑石英等混入物。

1.2 非生物成因硅質巖

非生物成因的硅質巖主要有碧玉巖、燧石巖以及現代泉水形成的硅華。燧石巖成分主要為玉髓和自生石英，年代較新者可為蛋白石，還常有粘土、碳酸鹽及有機質等混入物，并可有少量硅質生物遺體。燧石是一種致密堅硬、常具貝殼狀斷口的隱晶質或微晶質巖石，顏色以灰色、黑色等暗色為常見，也有呈黃色、紅色、白色。顯微鏡下純凈燧石是一種無色的微晶石英集合體。按照燧石巖的形態(tài)可分為層狀燧石，結核狀燧石。層狀燧石的層厚自幾厘米到幾十厘米，有時則呈規(guī)則條帶或大透鏡體，多與含磷和含錳的黏土層共生，分層存在，單層厚度不大，但與共生巖石一起總厚度可相當大，達幾十到幾百米，有塊狀和鮞狀的區(qū)別。結核狀燧石更為常見，能形成規(guī)則的結核狀或不規(guī)則的條帶狀，通常稱為燧石結核。多產于石灰?guī)r中，有球狀、卵狀、棒狀、盤狀、葫蘆狀、不規(guī)則狀等結核體，一般只有5~15 cm，大的可達1~2 m。碧玉巖主要礦物成分是自生石英，可含有少量生物遺體，如放射蟲、海綿骨針等。 含氧化鐵雜質的,稱鐵質碧玉巖,常呈紅色、綠色或黃色；含有機炭的，稱炭質碧玉巖，常呈黑色；燧石巖和碧玉巖在元古宙的地層中經常出現。硅華是一種典型的化學成因硅質巖，常形成于火山作用后期溫泉噴出地表處，在現今的新西蘭、美國黃石公園、我國的西藏等地常見，呈多孔狀、色淺，其二氧化硅含量不定，常有各種混入物，除較多的氧化鋁外，還可有各種其它元素。

2 硅質巖形成環(huán)境的判別方法

目前主要用到的方法是根據Bostrom（1973）、Adachi（1986）、Murray（1994）等經過統(tǒng)計學建立的投圖模型。沉積物中Fe和Mn的富集主要與熱水的參與有關,而Al的富集主要與陸源物質的介入有關。并認為硅質巖的N（Al）/N（Al+Fe+Mn）比值由純熱水沉積的0.01到純遠海生物沉積的0.60之間變化。

圖1 硅質巖W%（Al-Fe-Mn）成因投圖

I：生物沉積II：熱水沉積硅質巖(據Bostrom、Adachi等)

圖2 硅質巖成因判別圖解（據Murray）

Murray（1994）對40多個形成于不同時代的深海硅質巖樣品進行了研究，總結出Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）比值可以作為指標用于判別硅質巖的形成環(huán)境，洋中脊硅質巖的比值<0.4，大洋盆地硅質巖為0.4~0.7，大陸邊緣硅質巖為0.5~0.9。除此之外，硅同位素、氧同位素等也被應用于分析硅質巖的成因中，以提高判別的準確性。

3 結束語

硅質巖的研究已經取得了相當的成果，國內外研究程度都相當成熟。然而這其中也有一些值得討論的問題：比如，邱晨等（2010,2011）提出，揚子地區(qū)報道的硅質巖都在不同程度上和火山活動和深大斷裂有關，因此如何區(qū)分不同硅源（生物、火山、熱水）之間的貢獻程度以及轉化關系顯得非常重要。另外我國目前報道的硅質巖是以揚子地區(qū)為代表，其形成背景是以海相環(huán)境為主。而近年鄭榮才（2006）、柳益群（2010）等相繼報道了陸相的熱水沉積活動，那么化學成因的熱水沉積硅質巖是否在陸相熱水背景下也能形成，這其中的形成機理等也值得探討。

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Research Progress of Siliceous Rocks

（State Key Laboratory of Continental Dynamics, Department of Geology, Northwest University, Shaanxi Xi’an 710069, China）

Siliceous rocks are a kind of special sedimentary rocks, which are different from the general clastic ones. The formation of which is inseparable with biological and volcanic activities. In this paper, based on the extensive reading of domestic and foreign literature and materials, development and current situation of siliceous rock research were discussed in detail. The characteristics of the siliceous rocks were discussed, too. At the same time, the geochemical characteristics and methods of determining the genesis of siliceous rocks were introduced to further understand the genesis of siliceous rocks.

siliceous rocks; causes and types; geochemical characteristics

TE 122

A

1004-0935（2017）10-0997-03

2017-08-13

張橋（1993-），男，碩士研究生，陜西省西安市人，研究方向：主要從事礦物學巖石學研究。