雷芳芳

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院 土木工程學(xué)院，福州 350007）

0 引言

硅化木是地質(zhì)歷史時期樹木埋藏地下經(jīng)硅質(zhì)交代作用形成，并保留木質(zhì)結(jié)構(gòu)外觀的木化石.硅化木產(chǎn)地繁多，國內(nèi)主要是云南、新疆、遼寧、四川、貴州等地，國外主要來自緬甸、美國、加拿大、澳大利亞等國家，不同產(chǎn)地硅化木市場價值差別較大，其中緬甸硅化木質(zhì)地細(xì)膩、顏色豐富多彩，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值和廣闊的應(yīng)用前景.

從巖石學(xué)角度，硅化木屬于硅質(zhì)巖，其地球化學(xué)特征可以較好地反映其成因、來源、沉積環(huán)境等信息［1-2］.前人對緬甸硅化木的研究主要集中在礦物巖石學(xué)特征［3］、質(zhì)量等級評價［4］、寶石學(xué)特征［5］、古生態(tài)環(huán)境［6］等方面，關(guān)于成因的研究較少.本文以緬甸曼德勒省地區(qū)硅化木為研究對象，在原石、手標(biāo)本觀察的基礎(chǔ)上，結(jié)合主量元素、微量元素、稀土元素等地球化學(xué)特征，對其成因進(jìn)行初步探討.

1 地質(zhì)背景

緬甸硅化木主要分布在緬甸中北部地區(qū)，以曼德勒省一帶硅化木資源最為豐富，其次為馬圭省、實皆省一帶.硅化木產(chǎn)地大地構(gòu)造位于喜馬拉雅山造山帶南緣三江斷裂帶，該區(qū)域構(gòu)造活動比較復(fù)雜，主要發(fā)育斷裂構(gòu)造，且火山活動強烈，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)地?zé)峄顒宇l繁，形成了自中國騰沖向南到瑞麗、緬甸曼德勒省一帶的火山地?zé)峄顒訋?，?fù)雜和頻繁的斷裂構(gòu)造為本區(qū)熱液的運移提供了有利通道.在中新世—上新世期間該活動帶的巖漿作用以中基性和中酸性火山噴發(fā)為主［7］，大量巖漿產(chǎn)生的硅質(zhì)熱液為硅化木的硅化交代作用提供了有利條件，在緬甸硅化木原石的表皮可以觀察到一層灰白、白色的灰土狀火山灰凝結(jié)形成的表層，如圖1所示，硅化木主要埋藏在第三系漸新統(tǒng)到中新統(tǒng)的勃固群，及始新統(tǒng)的鐵林砂巖與蓬洞砂巖地層中［7］，土質(zhì)松散，如圖2所示，硅化木是在相對干燥和氧化的環(huán)境中埋藏的，這對木質(zhì)的埋藏和保存非常有益.

圖1 硅化木原石圖

圖2 硅化木埋藏土層圖

2 樣品與測試

本文分析的硅化木手標(biāo)本樣品共有6件，顏色分別為白色（2件）、褐色（2件）、綠色（1件）、紅色（1件），整體致密細(xì)膩，無明顯木質(zhì)紋理結(jié)構(gòu)，均產(chǎn)自緬甸曼德勒省.根據(jù)外觀“肉”質(zhì)差異分為兩種質(zhì)地類型，即微透明～半透明和不透明，分別標(biāo)記為H-01～H-04和H-05～H-06，如圖3所示，其中H-01和H-02手標(biāo)本可見細(xì)小乳白色點狀物集中分布在“肉”間.測試采用Rigaku RIX 2000型X射線熒光光譜儀確定樣品的主量元素氧化物含量，使用JEOL JXA-8230型電子探針分析樣品的微量元素以及電感耦合等離子質(zhì)譜儀（ICP-MS）測試稀土元素含量.

圖3 硅化木手標(biāo)本樣品圖

3 地球化學(xué)分析

3.1 主量和微量元素地球化學(xué)分析

通過X射線熒光光譜儀和電子探針分別測試硅化木樣品中的主量元素和微量元素，并進(jìn)行組分計算，測試和計算數(shù)據(jù)如表1、表2、圖4所示.

由表1可知，緬甸硅化木的主要化學(xué)成分為SiO2，含量大于96.96%.其他成分中Fe2O3含量最高，平均為0.48%，所測樣品中Fe2O3含量差別較大，H-02、H-04和H-06的含量是其余樣品的2倍多；MnO含量次之，含量變化范圍在0.31%～0.39%之間，平均值 0.34%.在各測試樣品中 Al2O3、TiO2、CaO、MgO的含量都比較低，其中CaO、MgO含量平均值很相近；K2O、Na2O、P2O5的含量普遍偏低，均小于0.01%.總體來看，緬甸硅化木具有高含量SiO2、Fe2O3、MnO，低含量K2O、Na2O和P2O5的特點.

表1 緬甸硅化木的主量元素分析（%）

表2 緬甸硅化木微量元素分析（μg/g）

圖4 不同顏色硅化木微量元素對數(shù)分布圖

由表2和圖4分析結(jié)果表明，緬甸硅化木的微量元素種類較多且組合基本一致，其中Ti、V、Cr、Mn 、Ni、Cu、Ba七種元素相對比較富集；Sc、Co、Ga、Rb、Y、Nb 、Hf、Pb、Th等元素相對虧損，含量平均值都小于1 μg/g.所測樣品中微量元素含量總體較為穩(wěn)定，樣品中相同元素的含量都比較接近，少數(shù)元素含量差別較大，尤其是樣品H-04和H-05中V、Cr、Cu元素含量均較高，含量遠(yuǎn)高于其余樣品，推測微量元素可能與顏色成因有關(guān)；H-02樣品中Zn元素含量是其余樣品的6～8倍.

3.2 稀土元素地球化學(xué)分析

本文共對研究區(qū)6件硅化木樣品進(jìn)行了稀土元素的測試，并進(jìn)行δEu、δCe、LREE/HREE等指標(biāo)的計算，測試和計算結(jié)果如表3所示.

表3 硅化木稀土成分分析（μg/g）

表3測試結(jié)果表明，緬甸硅化木稀土元素總量較低，ΣREE含量在37.44 μg/g～40.79 μg/g之間，平均為 38.78 μg/g；LREE 值為 12.54 μg/g～14.11 μg/g，平均為13.1μg/g；HREE值為24.90μg/g～26.68μg/g，平均為 25.64 μg/g；LREE/HREE 值為 0.48～0.56，平均為0.51；δEu值分布范圍為1.03～1.24，平均為1.13，表現(xiàn)為Eu正異常；δCe值分布范圍為0.58～0.74，平均為0.65，Ce表現(xiàn)為負(fù)異常.

4 成因探討

研究表明，硅化木的硅質(zhì)來源概括起來主要有以下幾種：熱液提供硅質(zhì)、生物參與產(chǎn)生硅質(zhì)、上地幔和下部地殼的去硅作用提供硅質(zhì)以及溶液化學(xué)作用形成硅質(zhì)等［8］.目前，對于緬甸硅化木的成因還沒有統(tǒng)一的定論，本文通過地球化學(xué)特征對其成因進(jìn)行探討.

4.1 主量元素

根據(jù)主量元素地球化學(xué)分析可知，樣品中Fe、Mn的富集以及Mg含量較低表明緬甸硅化木形成與熱液的參與密切相關(guān)［9-10］.同時，前人研究發(fā)現(xiàn)熱液成因硅質(zhì)巖的TiO2和 Al2O3都比較貧乏［11］.研究區(qū)硅化木TiO2含量平均值為0.01，Al2O3為0.19，含量都很低，顯示出熱液成因硅質(zhì)巖的特征.

張聰?shù)龋?2］認(rèn)為硅質(zhì)巖的wAl/wFe+Al值和wFe/wTi（w表示質(zhì)量分?jǐn)?shù)）可以有效推斷其成因，其中wAl/wFe+Al值小于0.35且wFe/wTi值大于30為熱液成因，wAl/wFe+Al值大于0.5且wFe/wTi值小于30是非熱液成因.

緬甸硅化木wAl/wFe+Al值介于0.17～0.32之間，平均值為0.25，wFe/wTi值分布范圍為35～76，平均值為55.5，與熱液成因的分布范圍相吻合，表明硅化木是熱液成因.前人提出借助（wAl/wFe+Al）-（wFe/wTi）判別圖研究硅質(zhì)巖成因［12］，本文將研究區(qū)硅化木樣品數(shù)據(jù)投到圖5上，可見投點均落在判別圖的熱液區(qū)，指示熱液成因.

圖5 （wAl/wFe+Al）-（wFe/wTi）成因判別圖（底圖據(jù)張聰?shù)龋?0］）

4.2 微量元素

據(jù)前人研究發(fā)現(xiàn)，Th/U、Rb/Sr值大小是反映硅質(zhì)來源的有效參數(shù)，當(dāng)硅質(zhì)流體來自地殼或上地幔時的富鐵鎂質(zhì)物源時，Th/U、Rb/Sr值都極低，且值越小，與深部物源的關(guān)系越密切［13］.通過緬甸硅化木微量元素分析結(jié)果可知，Th/U和Rb/Sr值分布范圍分別是0.071～0.133和0.012～0.109，平均值分別為0.088和0.037，兩者的比值都是很低的，反映了硅質(zhì)流體來源于深部下地殼或上地幔的富鐵鎂質(zhì)物源，這與研究區(qū)地處火山地?zé)峄顒訋в嘘P(guān)，巖漿活動為硅化木的交代作用提供了物源.

4.3 稀土元素

稀土元素地球化學(xué)特征是探討硅化木硅質(zhì)來源的重要依據(jù)，一般認(rèn)為熱液成因的硅質(zhì)巖稀土元素總量ΣREE較低［1］，研究區(qū)硅化木ΣREE含量為37.44 μg/g～40.79 μg/g，平均為 38.78 μg/g，總體含量較低，與熱液成因的特征一致.

對于熱液成因的硅質(zhì)巖，δEu、δCe、LREE/HREE值相比于ΣREE值具有更明顯的指示意義.總體而言，硅質(zhì)巖的明顯Ce負(fù)異常（δCe小于1）、Eu正異?；虿幻黠@虧損（δEu大于1）以及LREE/HREE＜1 是熱液成因的顯著標(biāo)志［14］.研究區(qū)硅化木的δCe值為0.58～0.74，平均為0.65，表現(xiàn)出了明顯的Ce負(fù)異常；δEu值為1.03～1.24，平均為1.13，表現(xiàn)出了Eu正異常；LREE/HREE值較小，介于0.48～0.56之間，平均為0.51，這些特征指示了緬甸硅化木為熱液成因，這與（wAl/wFe+Al）-（wFe/wTi）圖解的判別結(jié)果相符.

5 結(jié)論

（1）緬甸硅化木主量元素分析結(jié)果顯示wAl/wFe+Al比值及 wFe/wTi值在（wAl/wFe+Al）-（wFe/wTi）判別圖中位于熱液成因區(qū)；微量元素中Th/U、Rb/Sr值說明了硅化木的硅質(zhì)熱液與地殼深部的富鐵鎂質(zhì)物源密切相關(guān)；同時研究區(qū)硅化木的ΣREE值、δEu值、δCe值以及LREE/HREE 值均在熱液成因的數(shù)值范圍內(nèi).以上地球化學(xué)特征表明，緬甸硅化木為火山熱液交代成因.

（2）研究區(qū)中新世—上新世期間巖漿活動產(chǎn)生硅質(zhì)熱液，熱液沿著斷裂構(gòu)造產(chǎn)生的運移通道進(jìn)入樹木埋藏地層，進(jìn)而交代樹木形成硅化木.同時正是火山熱液交代作用才使硅化木硅化比較充分，也決定了緬甸硅化木具有較高品質(zhì)的特性.