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鄂西地区奥陶系和志留统硅质岩地球化学特征 硅岩发育于鄂西古生代的许多层中。奥陶系五峰组、志留系龙马溪组下部、二叠系孤峰组和大隆组中发育薄层硅质岩;二叠系栖霞组、茅口组和吴家坪组灰岩中发育团块、结核状或条带状燧石。硅质岩具有相对简单的矿物组成和单一的结构构造,硬度高、抗风化能力强,使其在形成之后受内外动力地质作用改造程度低,保存了一定的地球化学“指纹”信息。因此,硅质岩的研究可提供古环境和古气候信息。关于层状硅质岩的成因存在着争论,诸如生物堆积模式、生物化学沉积模式、火山物分解沉积模式、 洋流上升成因模式等等。70年代中期后,现代海洋调查中海底热泉的发现和洋中脊热水成因胶状硅质堆积物的发现,产生了崭新的引人注目的学术观点——热水沉积成因硅质岩。 笔者在对鄂西区域地质调查的基础上,遴选古生界一些层位的硅质岩,进行了化学元素和稀土元素分析, 对不同时代硅质岩的地球化学特征进行了对比研究,对它们的沉积环境和成因进行分析探讨。 1 硅质岩的沉积岩石学 1.1 硅质岩金矿 鄂西五峰组、龙马溪组下部、孤峰组和大隆组的层状硅质岩在岩性上有较明显的共性,通常为黑色/灰黑色,单层厚度一般小于10cm,少数可达15cm。硅质岩的层面平整,顶底面未显沉积印记,水平层理和水平纹层发育。硅质岩主要由隐晶质玉髓组成,并常含少量微晶石英,呈胶粒状结构。硅质岩矿物中杂质为粘土矿物、碳酸盐矿物(方解石和白云石)、黄铁矿和有机质等,其色调常与所含杂质的种类和数量具有密切关系。与层状硅质岩共生的是黑色页岩、碳质页岩或富有机质深色页岩。层状硅质岩普遍含有硅质放射虫和其它微体漂浮生物,没有底栖生物。 1. 地层及岩石学特征 五峰组为鄂西奥陶系层位最高的组,可分为两个段,下段为“笔石页岩段”;上段为“观音桥段”。下段主要为黑色笔石页岩、薄层硅质岩和硅质泥岩,笔石化石丰富。硅质岩中富含放射虫。在五峰、宜昌、南漳一线以东地区的“笔石页岩段”厚3～6m,以西的鄂西、陕南、黔北和川东等地区厚6～16.52m;秭归巴东一带沉积厚度大,层状硅质岩占该段地层3/5～4/5。在出露较好的剖面上,我们发现了“笔石页岩段”中夹数层极薄层(1cm)白色粘土岩,属火山事件沉积粘土岩。如秭归万家河剖面该段含9层1cm厚的白色粘土岩。 观音桥段的岩性主要为黄灰色/深灰色薄中层泥岩、泥质粉砂岩、页岩和硅质灰岩,还有少量凝灰岩和泥灰岩,产腕足Hirnanria,Kinnella和三叶虫Dalmanitina;还有少量介形虫、棘皮和角石类化石,偶见遗迹化石Chondrites。该段在秭归、巴东、长阳、宜昌及鄂西北等地广泛分布,厚度为15～55cm。 2. 黑色页岩段岩 龙马溪组下部岩性为黑色/灰黑色薄层页岩、碳质页岩、层状硅质岩夹少量黄灰色页岩,含早志留世初期的笔石等化石,称“黑色页岩段”。其与下伏五峰组观音桥段一般为整合接触。该“黑色页岩段”比下伏五峰组“笔石页岩段”硅质岩含量少,而碳质和粉砂质增多。该段广泛分布于鄂西、陕南、四川、黔北等地,区域上厚度变化很大。 3. 岩石及岩石学特征 硅质岩于恩施、秭归南部、长阳一线分布,茅口阶下部是茅口组生物灰岩;上部为孤峰组,岩性为黑色/灰黑色薄层碳质页岩、硅质岩、泥灰岩及少量白云岩,厚约30～54m。硅质岩中含海绵骨针和放射虫等。该组下部硅质岩和页岩中夹数层白色火山事件沉积粘土岩。孤峰组从下至上是一个向上逐渐变浅的沉积层序,硅质岩集中于其下部。 4. 基因组织特征结果 硅质岩于鄂西及邻区分布,上二叠统大隆组与长兴组呈横向相变关系。在秭归和巴东一带,大隆组厚度不大,岩性比较复杂,主要为黑色/灰黑色薄层硅质岩、碳质页岩、含硅质泥岩和少量石英粉砂岩;夹少量凝灰岩和数层白色极薄层火山事件沉积粘土岩。薄层状硅质岩和硅质泥岩主要分布于该组下部,硅质岩中含骨针和放射虫。 岩性和生物特征表明,鄂西古生界中的层状硅质岩形成于古海洋中水体较深、低能平静的滞流还原环境中。硅质岩形成过程中生物化学起了重要的作用。几个层位的薄层硅质岩均含火山事件沉积粘土岩,甚至凝灰质粉砂岩。这种粘土岩是火山灰经大气流远距离搬运,沉降在水域中,受强烈的溶解和成岩作用形成的。 1.2 石体及成岩时代 鄂西二叠系栖霞组、茅口组和吴家坪组岩性为灰色/深灰色中厚层含结核状或条带状燧石的生物(屑)灰岩。燧石结核个体较小且形态不规则,其在这几个组中均有产出;燧石团块体积较大,外形较光滑,常出现在栖霞组灰岩中。似层状或网络状燧石则主要产于吴家坪组。灰岩中燧石结核或团块成岩交代作用较明显,常见未交代彻底的泥晶方解石斑块。在偏光镜下常看到已硅化的厚壳钙藻类、有孔虫、腕足类、介形虫、珊瑚生物等,硅化的生物假象往往形态保存完好,未被压扁或压裂,还可见燧石被自形细晶白云石交代,这说明硅化作用可延续至成岩早期。含燧石结核(团块)