豫西二叠系燧石地球化学特征及成因研究

摘要

本文通过对南华北豫西焦作地区刘庄西、西张庄、圪料返等剖面以及禹州磨街乡龙画山剖面的二叠系太原组灰岩及燧石的野外考察发现,太原组灰岩发育风暴及古地震沉积事件,风暴沉积和震积构造主要分布于太原组L4、L5、L6灰岩段,可能对燧石的沉积、成岩及赋存形态产生过重要影响。不同类型台地相灰岩的微量元素、稀土元素及生物碎屑含量特征具有相似性和差异性。不同层位燧石的矿物组成较为相似,硅质矿物多为微石英和玉髓,方解石为交代残余结构,发生过硅化作用。太原组燧石的常量元素、微量元素、稀土元素及硅氧同位素地球化学特征具有热水沉积硅质岩性质,具体表现为:常量元素Al-Fe-Mn三角图投值点落在热水沉积区,(Fe+Mn)/Ti比值、K2O/Na2O比值与热水沉积作用有关;指示热水沉积作用的Sb、Co、Ag等微量元素含量高出平均地壳丰度,指示陆源供应的Ta、Cs、REE等微量元素含量约为地壳丰度的十分之一,Zr-Cr图解散乱分布、数值落于热水与水成沉积趋势线之间,微量元素平均地壳丰度标准化蛛网图曲线呈平缓的左倾模式;稀土元素含量较低,∑REE变化范围是6.2～10.5μg/g,重稀土元素富集不甚明显,LREE/HREE为1.9～3.6,Ce的负异常不强烈、δCe=0.6～0.76,Eu异常从负异常到正异常无规律变化、δEu=0.68～1.24,稀土元素北美页岩标准化曲线呈平缓左倾模式;δ30Si(‰)值的变化范围是-1.0～-0.5,与热水来源石英的δ30Si值一致,δ18O(‰)值为21.8～24.6,与热泉华石英的δ18O值范围相似,同时落在成岩石英范围内,燧石氧同位素地质温度计为60℃～78℃,形成温度高出背景温度3倍以上。太原组燧石具有热水沉积硅质岩的相关特性,硅质为深部热水来源,与东特提斯洋的海底火山活动密切相关。火山活动产生的硅质热水体系由深海上升至浅海,SiO2胶体与碳酸盐岩台地中存在的大量电解质以及Fe(OH)3等正胶体发生中和、凝聚与沉淀作用。SiO2胶体可能以团块状胶体形式进入碳酸盐沉积物之中,热水燧石中硅质分异在沉积阶段已经较为显著,并在成岩阶段得到加强,最终形成结核状、团块状燧石。