刘加强 王训练 周洪瑞 高金汉 于 蕾 毛志芳 郑 楠

(中国地质大学(北京)地球科学与资源学院 北京 100083)

0 引言

滇黔桂盆地特殊的地质背景、丰富的金属矿产及油气资源而引起国内外学者的广泛关注，海西期大地构造性质的认识存在裂谷盆地、被动大陆边缘裂谷盆地、弧后裂谷盆地、弧后盆地或洋盆等不同观点［1］。

硅质岩形成于特定的地质与地球化学条件，能够提供沉积盆地和构造活动的重要信息［2］。晚二叠世吴家坪期滇黔桂地区发育大量的硅质岩，为构造背景及沉积盆地的研究提供了良好的条件。国内外学者［3～9］主要通过地球化学、岩石学及古生物学等方法研究滇黔桂地区晚二叠世吴家坪期硅质岩成因、形成环境及油气勘探意义，将其成因主要归于生物成因及热液成因等，而同属滇黔桂盆地的滇东南丘北地区尚无吴家坪期沉积硅质岩的系统研究。

不同学者［10～16］对滇东南地区的晚二叠世古地理背景进行了研究。虽然认识有所差异，但其沉积环境均落在过渡地带，反映了滇东南地区在滇黔桂地区构造演化和沉积背景研究过程中的重要性。本文研究滇东南丘北地区上二叠统吴家坪组硅质岩的地球化学特征，旨在探讨硅质岩的特征及成因类型及沉积背景。

1 地质背景与测试结果

滇东南地区处于滇、黔、桂三省的结合带(图1 a)，位于滇黔桂盆地西缘，构造上属于右江造山带［17］。

二叠纪区内发育文山—麻栗坡、南盘江及那坡等同沉积断裂［18］，同时，该区又处于峨眉山大火成岩省的外带［19，20］，中、晚二叠世之交由峨眉山地幔柱和文山断裂共同控制的玄武岩出露于丘北铁厂、文山花庄、文山他痴及广南那梭等地［21］，富宁地区晚二叠世铁镁质侵入岩地球化学特征与峨眉山大火成岩省岩石特征相似［22］，表明峨眉山地幔柱对滇东南地区东南部也有影响。

本文共采集吴家坪组硅质岩样品4件，采样地点及层位见图1b及图2。硅质岩主要呈层状或似层状产出，其下伏地层岩性多为泥岩、炭质泥岩或粉砂质泥岩。颜色为灰色—深灰色(图3a，b)，主要由微晶石英组成，可见黄铁矿晶体(图3c，d)，仅P19样品所在剖面见少量放射虫或海绵骨针化石(图3e，f)。样品化学分析经中国地质大学(北京)地学实验中心测试完成，主量元素和微量元素结果分见表1和表2。

图1 研究区地质简图(图1a据何斌等［19］，Xu Y G.，等 ［20］修改)Fig.1 Sketch geological map of study area with locations of sampling site(Fig.1 a modified from He B，et al［19］.，Xu Y G，et al［20］.)

图2 滇东南丘北地区吴家坪阶硅质岩采样层位柱状图Fig.2 Stratigraphic columns along four profiles with indication of the analyzed sample

图3 滇东南丘北地区吴家坪组硅质岩岩石学特征Fig.3 Petrogeological characteristics of Wuchiapingian cherts of Qiubei，Southeast Yunan

表2 滇东南丘北地区上二叠统吴家坪组硅质岩稀土元素(μg/g)测试结果Table 2 Rare earth elements compositions of Wuchiapingian cherts of Qiubei，Southeast Yunan

滇东南丘北地区的硅质岩SiO2含量为87.81%～97.57%，P29—R—7—1 含量最低为 87.81%。此外，P29—R—7—1的 Al2O3、TFe2O3及 MnO 的含量也明显高于其它3个样品。微量元素中，滇东南丘北地区吴家坪期P29、P46、P14剖面硅质岩与东攀DP2—7硅质岩［6］北美页岩标准化曲线均较平坦(图4)，具有明显的Ce异常，P19剖面硅质岩北美页岩标准化曲线则表现为重稀土元素富集，与来宾地区硅质岩［4］变化趋势更为一致，具弱Ce负异常;Ce/Ce*为0.517～0.858，数值明显大于来宾地区而小于东攀地区;Eu/Eu*为0.733～1.129，与来宾(0.67～1.04)和东攀地区(0.68～0.97)相似;LaN/CeN介于 1.12～1.80，LaN/YbN为 0.63～1.42，ΣREE 含量较低，为3.205～36.614 μg/g。

2 硅质岩地球化学特征

硅质岩的常量、稀土元素的地球化学特征对于恢复硅质岩成因及其沉积环境具有重要的借鉴意义，已成为古海洋分析的重要手段［2，23～29］。

由于研究区该时期硅质岩的研究尚无报道，本文将本区硅质岩的地球化学数据与广西来宾和广西崇左东攀数据进行对比，以期待查明滇东南丘北地区吴家坪组硅质岩的成因及其沉积环境。邱振和王清晨［4］通过来宾中上二叠统硅质岩的研究认为来宾地区的硅质岩主要为热液成因，其沉积环境为远离陆源干扰且受热液作用影响的海盆环境。田云涛等［6］将崇左东攀上二叠统大隆组硅质岩成因归于生物作用为主，并受大量物源物质和少量热液和火山物质影响，并认为其为大陆边缘中下部沉积产物。冯增昭等［12］认为上二叠统长兴组、大隆组层状硅质岩的成因复杂，并认为以生物成因为主，而火山活动和热水沉积则是局部的、次要的，且通过沉积序列、化学分析和古生物化石的方法研究认为硅质岩沉积环境可从深浅水到深水。

2.1 常量元素

康健丽等［30］通过对西南天山马达尔地区硅质岩的研究认为:若硅质岩源区有较高比例的陆源泥质沉积物时，硅质岩的SiO2/Al2O3与Al2O3有较好的负相关。SiO2/Al2O3与Al2O3图解(图5)表明，东攀地区SiO2/Al2O3与Al2O3具有明显负相关关系，且各点连线斜率较小，随着陆源碎屑物质输入的减少，斜率变陡且负相关关系逐渐不明显;来宾地区SiO2/Al2O3值最大且变化范围较大，而Al2O3变化范围较小;丘北地区硅质岩介于两者之间。这表明东攀地区硅质岩中陆源泥质沉积物含量较高，而来宾地区硅质岩含陆源物质最少，丘北地区介于其中。此外，滇东南丘北地区硅质岩SiO2/Al2O3值除P29外均大于80，表明丘北地区硅质岩受陆源碎屑影响较小。

图5 丘北、东攀及来宾地区上二叠统吴家坪阶硅质岩SiO2/Al2O3—Al2O3图解Fig.5 SiO2/Al2O3versus Al2O3diagram of Upper Permian Wuchiapingian cherts of Qiubei，Dongpan and Laibin region

硅质岩中Al和Ti可以指示陆源碎屑输入，而Fe和Mn则是热液参与的指标［28，31］。海相沉积物中Al/(Al+Fe+Mn)大于0.4反映其生物成因，小于0.4则为热液成因［32］，该值在 0.01(纯热液成因)至0.6(纯生物成因)之间变化［28，29］。滇东南丘北地区硅质岩的Al/(Al+Fe+Mn)为 0.46～0.76，除 P29小于0.6外，其它样品均大于0.65，说明除P29外其它硅质岩主要为生物成因，P29接近热液成因区域。在Al—Fe—Mn三角图解中，热液成因硅质岩落于图解富Fe端，而非热液成因硅质岩落于富 Al端［28］。滇东南丘北地区硅质岩在Al—Fe—Mn图解(图6)中全部落在非热液成因区域。考虑到研究区东部的P19剖面硅质岩中见少量硅质海绵骨针和放射虫化石，说明该地区硅质岩可能水体较深，受生物作用的影响大。由于Mn是硅质岩形成过程中的分离产物，Mn和Al的比值不能反映沉积物的沉积环境，在研究硅质岩沉积环境时更倾向于用Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)来判别其沉积环境［2］。滇东南丘北地区硅质岩Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)介于 0.54～0.82，与大陆边缘硅质岩(0.5～0.9)变化范围一致［2］。在 Fe2O3/TiO2—Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)图解(图7a)中，滇东南丘北地区落于大陆边缘区域，反映该区硅质岩沉积环境为大陆边缘附近。

图6 丘北、东攀、来宾地区晚二叠世硅质岩Al—Fe—Mn 图解(据 Adachi等［28］)Fig.6 Al—Fe—Mn diagram of Upper Permian Wuchiapingian cherts of Qiubei，Dongpan and Laibin region(after Adachi，et al.［28］)

2.2 稀土元素特征

硅质岩稀土元素配分模式、Ce和Eu异常、LaN/YbN、LaN/CeN比值可以指示硅质岩形成环境的不同［25～27］。

与大陆边缘相关的硅质岩经球粒陨石标准化的稀土模式则表现为轻稀土元素富集，且具有明显负Eu异常的右倾型［33］。页岩标准化稀土模式在受沉积环境影响的同时，还与陆源碎屑的输入有关。一般地，在受陆源影响的环境中，轻稀土元素富集比较明显，LaN/YbN为1.49～1.74，而在远洋和深海盆地中，轻稀土元素明显亏损，其LaN/YbN约为0.70，大陆边缘其值则介于这两个值之间［34］，这说明随着陆源碎屑输入的减少，LaN/YbN有规律的递减。滇东南丘北地区吴家坪阶各硅质岩页岩标准化稀土模式表现出一定的差异性，其中P19—R—5—1页岩标准化稀土模式 LaN/YbN为 0.63，明显小于 0.70，略显左倾，这表明P19—R—5—1距离物源区较远，受陆源碎屑影响很少。P14—R—11—1页岩标准化配分模式LaN/YbN为1.42，略显右倾，表明其接受的陆源碎屑较其它地区多，其余样品介于0.8～1.0之间，受陆源碎屑影响较小。硅质岩经球粒陨石标准化后LaC/YbC介于4.961～11.257，明显富集轻稀土元素，δEu 值介于0.521～0.803，具明显负异常，表明其沉积环境为大陆边缘附近。

Ce/Ce*也是硅质岩研究的重要地球化学指标。Murray et al［24，25］认为形成于大洋中脊附近硅质岩Ce/Ce*约为0.29，远洋盆地的 Ce/Ce*约为 0.55，而大陆边缘附近的 Ce异常不明显［34］，Ce/Ce*为0.67～1.35。滇东南丘北地区吴家坪期硅质岩Ce/Ce*为0.517～0.858，Ce异常不明显，表明沉积环境为大陆边缘。另外，大陆边缘沉积的硅质岩LaN/CeN为0.5～1.5，大洋盆地内部的硅质岩为 1.0～2.5，大洋中脊附近的硅质岩为3.5。滇东南丘北地区吴家坪期硅质岩 LaN/CeN为 1.12～1.80，结合 LaN/CeN—Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)图解(图7b)，认为滇东南丘北地区吴家坪期硅质岩沉积环境为大陆边缘。

受热液影响的硅质岩Eu呈现一定程度的正异常。滇东南丘北地区吴家坪组中下部硅质岩北美页岩标准化 Eu/Eu*为0.733～1.036，具负异常或弱的正异常，不支持硅质岩热液成因。吴家坪组顶部P29—R—7—1硅质岩的 Eu/Eu*为1.129，具一定的正异常，可能受到一定程度的热液影响。

3 讨论与结论

图7 丘北、东攀、来宾硅质岩Fe2O3/TiO2—Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)(a)及LaN/CeN—Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)图解(大洋中脊、远洋盆地和大陆边缘分区界线据Murrary［2］)Fig.7 Fe2O3/TiO2－Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)and LaN/CeN－ Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)diagrams of Upper Permian Wuchiapingian cherts of Qiubei，Dongpan and Laibin region.(ridge，pelagic and continental margin curve after Murray［2］)

通过对滇东南丘北地区晚二叠世吴家坪期硅质岩的常量元素、稀土元素地球化学特征的分析可以看出，硅质岩主要以生物化学成因为主。P29—R—7—1与其它硅质岩相比具较低的Al/(Al+Fe+Mn)值、较大的Fe2O3/TiO2值和Eu的正异常。考虑其沉积环境同为大陆边缘，可以排除因沉积环境的不同造成的差异。

晚二叠世的大火成岩是中国唯一公认的地幔柱成因大火成岩省［21～22］，该区峨眉山大火成岩省的外带(图1a)。此外，研究区发育文山—麻栗坡和丘北—广南—富宁断裂带，为该时期的岩浆活动提供了条件。

张旗等［35］研究了扬子地块西南缘晚古生代基性岩浆岩地球化学特征，认为从晚泥盆世到晚二叠世的120 Ma期间，地幔柱岩浆活动的规模和强度逐渐增加且玄武岩分布中心从南宁—百色之间逐渐向北西310°方向迁移了约600 km，其迁移速度平均为5 km/Ma。丘北县位于南宁北西向，两者相距约为600 km。据此推断晚二叠世时玄武岩分布中心位于丘北北东附近，沿断裂带喷发，温浏地区的玄武岩可能为该时期的产物。滇东南丘北地区硅质岩应该受热液影响。据此可以推断滇东南丘北地区吴家坪组中下部硅质岩沉积时，玄武岩分布中心距离该地区大于10 km，因此该时期沉积的硅质岩不具Eu异常，而当吴家坪顶部硅质岩沉积时，与玄武岩分布中心相距较近，使得P29—R—7—1受到热液的作用较大，使其Fe2O3含量较高，致使其Al/(Al+Fe+Mn)值较小、Fe2O3/TiO2值较大和Eu正异常。由于生物成因作用在成岩过程中占主导，致使其虽受到一定程度热液影响，也未改变其在投在生物成因区域。由此也可以得知，Al—Fe—Mn三角图解是对占主导作用的硅质岩成因的反映。

其它3个样品未受到热液的作用，可以很好的反映研究区沉积环境，其自P14剖面至P19剖面LaN/YbN有规律的减小，P19剖面硅质岩中放射虫和海绵骨针化石，反映其沉积环境逐渐加深。同时，硅质岩下伏地层多为灰色、深灰色泥岩、粉砂质泥岩或炭质泥岩，沉积层理不明显及硅质岩镜下看见黄铁矿晶体，均显示其沉积能量较低。

通过对滇东南丘北地区、来宾、东攀地区硅质岩地球化学特征的研究可以看出，研究区的硅质岩以生物成因为主，与东攀地区硅质岩相比受陆源碎屑影响较小，且沉积环境均为大陆边缘，而来宾地区则为受热液影响的远离陆源物质干扰而受热液作用影响的海盆环境［4］。P29由于受到一定程度的热液影响，在Al—Fe—Mn图解中接近热液成因区域，且在北美页岩标准化曲线上显示与来宾地区相似的特征。将上述三个地区投到前人对该地区所做的古地理图［13］中可以发现，东攀地区距离物源区最近，来宾最远，文山地区介于两者之间。可见硅质岩的地球化学特征可以很好的反演区域古地理特征。

图8 中国南方晚二叠世龙潭期岩相古地理图(据冯增昭等［12］修改)Fig.8 Litofacies paleogeography map of Longtan Age of Late Permian of South China(Modified from Feng Zengzhao［12］)

综上所述，可以得出以下结论:

(1)晚二叠世时滇东南丘北地区、东攀地区同为大陆边缘环境，且东攀地区距离物源区较近，此时期所沉积硅质岩受陆源碎屑影响较大。滇东南丘北地区吴家坪阶硅质岩主要为生物作用沉积，受陆源碎屑影响较小。来宾硅质岩沉积环境为远离陆源的海盆，主要受热液影响;

(2)滇东南丘北地区P29硅质岩Eu*为1.129，反映其受到一定程度热液的影响，表明晚二叠世时该地区受峨眉山地幔柱或(和)断裂的共同影响;

(3)滇东南丘北地区吴家坪期研究区由西向东其水体深度逐渐加深，且水体能量较低。硅质岩地球化学特征能很好的反映古地理环境。

致谢:在云南野外期间，云南有色地质局郭远生局长，崔银亮总工，张道红处长及云南有色306队，310队给予了热情帮助，在此谨表感谢，也感谢审稿专家对本文提出的中肯意见。

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