吴西峰，郗爱华(西南石油大学地球科学与技术学院，四川 成都 610500)

0 引言

硅质结核作为非层状硅质岩，主要以结核状或者条带状赋存在碳酸盐岩、蒸发岩或者火山岩中[1]。硅质结核因较强的抵抗后期改造的能力，而保存较多关于古地理、古环境、古构造以及古气候、物源以及成岩成矿的信息。多数硅质结核本身保存有丰富且相对完整的生物化石，为揭示生物在地质历史演化提供宝贵的线索[2]。作为燧石结核硅质来源的硅质壳生物可以用来恢复沉积环境。大部分含硅质结核的岩石的有机碳含量较高，有些可达10%以上，形成硅质结核的重要生物(硅藻)往往也是重要的生烃母质，导致这类岩石是重要的潜在烃源岩。因此对硅质结核的深入研究具有十分重要的理论意义和实用价值。

总体来讲，硅质结核形成需要有丰富的物质来源和局部范围内形成有利于硅沉淀的地球化学域。自19世纪硅质岩被学者关注研究以来，针对硅质结核研究的文献相当丰富，研究重点主要集中在含硅质结核的岩石的沉积环境、硅质组分的成岩转化以及硅质结核的形成机理等方面。但是硅质结核这些方面的研究文献分散在不同的地学领域期刊中，为方便研究，笔者从含硅质结核的岩石的沉积环境、硅质结核的岩石学和地球化学特征以及硅质结核的成因进行综述。

1 硅质结核的发育特征

1.1 硅质结核的产状

常见的硅质结核的产状有结核状(团块状和/或透镜状)、条带状和薄层状产出。他们与围岩(宿主岩石)之间界线或清晰或呈过渡状态。当硅质结核与围岩边界呈现过渡状态产出时，会出现与供应速率有关的0～0.5 cm过渡带带内物质一般为混杂沉积。结核状的硅质结核产出形态有团块状和/或透镜状。该产状硅质结核一般呈分散孤立产出，但也可沿某一层面断续产出。团块状和/或透镜状产出的硅质结核的长轴方向一般与围岩纹层发育方向一致。条带状硅质结核多顺层、横向断续发育，延伸长度规模较大差别。条带状产出的硅质结核一般呈现出均一的厚度和不同程度的起伏，有些保存着原岩的层理和同沉积变形构造。薄层状硅质一般为极薄层和薄层，顺裂缝或者顺层发育。顺裂缝发育多穿层或截断岩层，多发生在同沉积-早成岩阶段。而顺层发育硅质结核多为夹层分布在宿主岩石中。

1.2 硅质结核宿主岩石的沉积环境以及生物类型

前人研究显示，硅质结核的发育有两个转折期和三个阶段。转折期为寒武纪-奥陶纪过渡期和晚白垩世-古近纪过渡期；三个阶段为：(1)新元古代；(2)志留纪-早白垩世；(3)始新世至今。

在第一阶段新元古代时期，硅质结核中缺乏生物成因直接证据，推测化学作用形成硅质结核，其中细菌可能参与沉淀过程。第二阶段寒武纪-奥陶纪时期，硅质海绵是浅水-深水环境沉积岩中硅质结核硅的主要来源。但是这个阶段由于硅质生物并不繁盛，因此化学沉淀的硅质仍然存在；直到奥陶纪中后期放射虫爆发使得海水中硅质明显降低，才导致非生物成因的硅质沉淀减少。第三阶段中，藻类在第二个转折期爆发，取代放射虫和海绵的硅质生物沉淀的地位，并且繁盛的硅藻摄取表层海水硅质，而深海仍存在海绵，因此导致浅水陆棚环境中硅质结核减少。

在新元古代和中元古代，深海富营养盐使得海洋生物和藻类的繁盛，而生物的死亡导致海水局部的偏酸性，有助于硅质沉淀。富硅热水运移到该酸性环境中时，无定形二氧化硅过饱和而聚合胶凝，形成二氧化硅胶体，覆盖在藻席和浮游菌藻残体之上，经脱水和重结晶形成纹层状硅质结核。

2 硅质结核岩石学特征和地球化学特征

2.1 硅质结核的岩石学特征

硅质结核在手标本和野外常表现为一种致密坚硬、常具贝壳状断口的隐晶质或微晶质岩石，一般呈灰色-黑色，偶见黄棕色、乳白色、灰(白)色。存在有蛋白石组成的年代较新的硅质结核，主要由玉髓和自生石英组成，含有少量黏土和有机质杂质。

在显微镜下，硅质结核的石英一般呈非晶质硅、玉髓、微-中晶石英颗粒以及巨晶石英颗粒等形式。常见结构有纹层状结构、层状结构、残余结构、隐晶结构。与石英伴生往往有黄铁矿、磁铁矿、赤铁矿等矿物，此外还有菌藻丝状体、藻粒、放射虫颗粒和球菌状磷质核形石等生物颗粒。

2.2 硅质结核的地球化学特征

(1)硅质结核的元素地球化学。Fe、Mn是地幔中的物质，而硅质结核中二者的富集可能与热水沉积作用有关；而Al、Ti的富集则与陆源碎屑物质的参与有关。热水成因硅质结核的Al/(Al+Fe+Mn)比值为0.01，远洋生物沉积硅质结核的Al/(Al+Fe+Mn)比值为0.60。在Al-Fe-Mn三角判识图中，所有热水沉积的数据均落入Al-Fe-Mn三角图的富铁端，非热水沉积的数据落入图中的富铝端。

Fleet、Michard、陈多福以及周永章的研究表明：热水成因硅质结核具有REE总量低、Ce呈负异常、Eu有弱的正异常、HREE(包括Y)相对富集的特征[4]。同时海相热水沉积物稀土经北美页岩标准化后，模式曲线近于水平或左倾。另外Eu的异常值也可以判断硅质岩是否热液成因(热液成因硅质结核Eu正异常，非热液成因硅质结核Eu负异常)。

研究表明：大陆边缘硅质结核V≈20 μg/g，Ti/V≈40；大洋盆地硅质结核V≈38 μg/g，Ti/V≈25；洋中脊硅质结核则为V≈42 μg/g，Ti/V≈7。因此可以用来研究硅质结核形成的环境是否为洋中脊/大陆边缘环境。同时洋中脊附近(La/Ce)N大于3.5，大洋盆地在2～3之间，而大陆边缘约为1。还可用δCe和Lan/Cen的值来进行表征：大洋中脊附近的δCe平均值为0.29,Lan/Cen值3.5，大洋盆地的δCe平均值0.5, Lan/Cen值为1.0～2.5；大陆边缘环境的δCe值为0.79～1.54, Lan/Cen值为0.5～1.5。

(2)硅质结核的同位素地球化学。硅质结核的主要成分是石英，因此硅质结核的硅氧同位素可以用来分析其地球化学成因。如热水来源SiO2的δ30Si在-1.5‰～0.8‰之间、生物成因SiO2的δ30Si在-1.1‰～1.7‰之间、热水交代成因的SiO2的δ30Si在2.4‰～3.4‰之间；火成石英的δ18O值在8.3‰～11.2‰之间、变质石英的δ18O值在11.2‰～16.4‰之间、热泉华石英的δ18O值在12.2‰～23.6‰之间、成岩石英的δ18O值在13‰～36‰之间、现代海滩石英的δ18O值在10.3‰～12.5‰之间。宋天锐研究推断：硅质结核沉积在离火山喷发区近的地方其δ30Si值负值；而远离火山喷发区沉积的岩石为数值小于1的正值[5]。

图1 不同来源SiO2的δ30Si值和不同石英的δ18O值示意图

目前利用氧同位素地质温度计来测定硅质结核形成时的水温，Knauth等提出的硅质结核氧同位素地质温度计方程式为(Knauth and Epstein，1975)：

根据上述方程式估计硅质结核形成时的温度，由水温判断硅质结核是否形成于热液环境。

3 结语

(1)硅质结核二氧化硅含量较高(一般含SiO2在90%以上，甚至可高达99%)，矿物组成一般为非晶质硅、玉髓、微-中晶石英颗粒以及巨晶石英颗粒等形式组成的石英，一般呈灰白色-浅灰色、偶见黄棕色、乳白色、灰(白)色和灰色。

(2)硅质结核在深水环境-浅水环境均有发育，所含硅质生物化石主要为放射虫、硅质海绵和海绵骨针。

(3)热液硅质岩中的主微量元素以及稀土特征表现出一定的规律性和一定的异常值。热水沉积硅质结核Fe、Mn富集、Ba/Sr大于1、Th/U值大于1；与陆源有关的硅质结核则Al、Ti富集。Ti/V的值可以判断硅质岩形成的构造环境。另外Eu和Ce的异常值，可以表征硅质结核是否为热液成因。