高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

陕西紫阳下寒武统黑色岩系地球化学特征及成因研究

王思贤 冯彩霞 刘燊 范焱

王思贤, 冯彩霞, 刘燊, 范焱. 陕西紫阳下寒武统黑色岩系地球化学特征及成因研究[J]. 沉积学报, 2020, 38(5): 980-993. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.104
引用本文: 王思贤, 冯彩霞, 刘燊, 范焱. 陕西紫阳下寒武统黑色岩系地球化学特征及成因研究[J]. 沉积学报, 2020, 38(5): 980-993. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.104
WANG SiXian, FENG CaiXia, LIU Shen, FAN Yan. Geochemistry of the Lower Cambrian Black Rock Series in Ziyang, Shaanxi Province: Geochemical characteristics and petrogenesis[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(5): 980-993. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.104
Citation: WANG SiXian, FENG CaiXia, LIU Shen, FAN Yan. Geochemistry of the Lower Cambrian Black Rock Series in Ziyang, Shaanxi Province: Geochemical characteristics and petrogenesis[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(5): 980-993. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.104

陕西紫阳下寒武统黑色岩系地球化学特征及成因研究

doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.104
基金项目: 

陕西省自然科学基金面上项目 2020JM⁃423

详细信息

Geochemistry of the Lower Cambrian Black Rock Series in Ziyang, Shaanxi Province: Geochemical characteristics and petrogenesis

Funds: 

General Project of Natural Science Foundation of Shaanxi Province 2020JM⁃423

  • 摘要: 通过野外研究发现陕西紫阳下寒武统黑色岩系富含多种矿产且成因复杂,主要由硅质岩、灰岩、碳质硅质灰岩、碳硅质页岩四类组成。据此进行了系统的元素地球化学分析,结果显示研究区黑色岩系富含V、Mo、As、Ba等元素,不同岩性稀土模式曲线总体特征相似指示成因联系密切。四类岩性样品各自的MnO/TiO2均值接近或小于0.5、V/(V+Ni)均值大于0.57、V/Cr均值大于4.2等特征表明该套黑色岩系形成于浅海—半深海相缺氧还原环境。另外,As和Sb的富集、Zn⁃Co⁃Ni图解中投点大部分位于热液矿床区域、Sr/Ba小于1、La/Ce均值接近2.8、北美页岩标准化配分图解的Eu负异常—弱正异常均指示了热液参与下的正常海水沉积环境。研究区地层夹含的硅质岩和重晶石等热水沉积岩反映了同沉积时的热液活动。据此推断沉积环境是海水、热液和生物的共同作用下形成的浅海—半深海相缺氧的还原环境。
  • 图  1  秦岭北大巴山地区下寒武统鲁家坪组分布图(据雒昆利[15],有修改)

    Figure  1.  Distribution of the Lower Cambrian Lujiaping Formation in the North Dabashan area of Qinling Mountains (modified from Luo[15] )

    图  2  紫阳地区下寒武统地层综合柱状剖面图(据崔楠等[16],有修改)

    Figure  2.  Lower Cambrian comprehensive columnar section, Ziyang (modified from Cui et al.[16] )

    图  3  紫阳下寒武统黑色岩系微量元素蛛网图(地壳元素丰度标准值据黎彤[20]

    Figure  3.  Trace element spider diagram of Lower Cambrian black rock series (Crust element abundance standard after Li[20] )

    图  4  SiO2/Al2O3图解(据赵立群等[24]

    Figure  4.  SiO2/Al2O3 diagram for Lower Cambrian black rock series (after Zhao et al.[24] )

    图  5  硅质岩Al⁃Fe⁃Mn三角图解(据Adachi et al.[25]

    Figure  5.  Al⁃Fe⁃Mn triangle diagram for siliceous rock (after Adachi et al.[25] )

    图  6  Zn⁃Co⁃Ni图解(据Choi et al. [29]

    Figure  6.  Zn⁃Co⁃Ni diagram for lower Cambrian black rock series (after Choi et al. [29] )

    图  7  稀土元素北美页岩标准化配分模式图

    Figure  7.  North American Shale normalized REE patterns of the black rock series

    图  8  稀土元素球粒陨石标准化配分模式图

    Figure  8.  Chondrite normalized REE patterns of the black rock series

    图  9  紫阳下寒武统黑色岩系La/Ce图解(据Toth[30]

    Figure  9.  La/Ce diagram for lower Cambrian black rock series, Ziyang, Shaanxi Province (after Toth[30])

    图  10  紫阳黑色岩系La/Yb⁃ΣREE图解(据李胜荣等[6]

    Figure  10.  La/Yb⁃ΣREE diagram for Lower Cambrian black rock series (after Li et al.[6] )

    表  1  紫阳下寒武统黑色岩系主量元素含量(wt.%)

    Table  1.   Major element content (wt.%), Lower Cambrian black rock series, Ziyang, Shaanxi province (wt.%)

    样品号 岩性 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 LOI TOTAL MnO/TiO2 SiO2/Al2O3 Al/(Al+Fe+Mn)
    MB⁃3⁃1 碳质硅质岩 84.58 0.00 1.39 0.72 0.00 0.58 2.07 0.00 0.73 1.73 7.87 99.67 60.85 0.59
    MB⁃3⁃2 碳质硅质岩 89.19 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 3.38 0.06 0.00 0.03 6.83 99.54
    MB⁃3⁃3 碳质硅质岩 79.01 0.00 5.92 2.83 0.00 0.66 0.28 0.00 0.62 0.17 9.37 98.86 13.35 0.61
    MB⁃3⁃4 硅质岩 97.94 0.02 0.00 0.05 0.00 0.14 0.05 0.00 0.01 0.02 1.43 99.65 0.10
    MB⁃3⁃5 碳质硅质岩 78.54 0.00 0.00 0.07 0.00 0.45 6.87 0.56 0.10 0.40 11.84 98.83
    MB⁃4⁃1 碳质硅质岩 40.65 0.50 11.09 4.87 0.05 3.60 16.80 0.84 2.96 0.09 17.43 98.88 0.11 3.67 0.63
    MB⁃6 碳质硅质岩 72.38 0.23 3.89 1.64 0.01 2.31 6.48 0.54 1.42 0.07 10.42 99.40 0.05 18.61 0.64
    MB⁃9 硅质板岩 66.27 0.54 14.16 5.32 0.10 2.20 1.28 3.21 2.76 0.12 3.59 99.55 0.19 4.68 0.66
    SA⁃1 石英脉硅质岩 66.32 0.43 15.74 6.29 0.08 2.23 0.20 1.29 3.14 0.11 4.21 100.04 0.18 4.21 0.65
    SA⁃3 碳质硅质岩 58.15 0.74 20.91 2.21 0.01 2.67 0.03 0.21 7.56 0.38 7.04 99.91 0.01 2.78 0.88
    SA⁃7 硅质岩 98.13 0.00 0.01 0.06 0.00 0.07 0.19 0.00 0.03 0.15 1.26 99.89 9813 0.11
    WM⁃1⁃2 碳质硅质岩 72.57 0.35 12.03 0.65 0.00 1.15 0.11 2.22 2.78 0.04 7.25 99.14 6.03 0.93
    WM⁃3 碳质硅质岩 53.38 0.43 6.14 2.61 0.07 1.32 16.87 1.24 1.03 0.12 15.56 98.78 0.17 8.69 0.63
    WM⁃4⁃1 硅质板岩 69.41 0.06 10.80 2.31 0.00 1.49 0.07 1.87 2.66 0.02 9.87 98.57 0.02 6.43 0.78
    WM⁃5 碳质硅质岩 73.59 0.36 11.04 0.92 0.00 1.37 0.08 2.31 2.62 0.03 7.34 99.66 0.00 6.67 0.90
    MB⁃2 灰岩 3.35 0.05 0.00 0.19 0.01 3.47 50.27 0.00 0.11 0.03 41.48 98.95 0.22
    MB⁃5⁃1 灰岩 4.91 0.08 0.00 0.21 0.01 5.07 47.68 0.00 0.09 0.03 40.58 98.67 0.12
    SA⁃4⁃1 灰岩 22.53 0.00 0.04 0.39 0.01 0.28 41.37 0.00 0.25 0.55 33.14 98.56 563.25 0.07
    SA⁃4⁃6 灰岩 7.20 0.01 0.00 0.08 0.02 1.97 48.32 0.00 0.20 0.26 40.65 98.70 1.21
    SA⁃6 灰岩 12.86 0.00 0.88 0.42 0.01 0.32 46.01 0.00 0.20 0.65 37.13 98.46 14.61 0.61
    WM⁃1⁃1 灰岩 7.71 0.06 0.00 0.23 0.02 1.37 49.01 0.03 0.07 0.07 40.21 98.78 0.33
    WM⁃1⁃3 灰岩 1.61 0.02 0.00 0.06 0.01 4.79 48.76 0.00 0.02 0.03 43.59 98.89 0.34
    WM⁃1⁃4⁃1 灰岩 1.55 0.01 0.00 0.00 0.01 1.09 52.93 0.00 0.00 0.14 43.29 99.03 0.73
    WM⁃1⁃4⁃2 灰岩 2.51 0.02 0.00 0.11 0.01 1.05 52.45 0.00 0.12 0.16 42.11 98.53 0.75
    SA⁃4⁃2 碳质硅质灰岩 19.67 0.00 0.75 0.53 0.01 0.58 41.96 0.00 0.35 0.99 34.02 98.85 26.23 0.51
    SA⁃4⁃3 碳质硅质灰岩 14.69 0.00 0.41 0.47 0.01 1.05 44.91 0.00 0.40 0.36 36.81 99.10 35.83 0.39
    SA⁃4⁃4 碳质硅质灰岩 26.39 0.01 0.93 0.62 0.01 0.72 37.66 0.00 0.51 0.34 31.84 99.05 1.11 28.38 0.53
    SA⁃4⁃5 碳质硅质灰岩 21.56 0.00 0.85 0.37 0.01 0.96 40.96 0.12 0.39 0.22 33.61 99.06 25.36 0.63
    SA⁃5 碳质硅质灰岩 15.02 0.00 0.55 0.34 0.02 0.55 44.71 0.00 0.23 0.69 36.37 98.49 27.31 0.53
    WM⁃2 碳质硅质灰岩 6.63 0.06 0.36 0.32 0.01 3.40 47.97 0.00 0.17 0.03 39.79 98.73 0.15 18.42 0.45
    NRD⁃2 碳硅质页岩 39.7 0.740 9.55 5.51 0.00 3.40 6.62 0.05 2.72 1.76 25.67 101.68 4.16 0.57
    WM⁃6 碳硅质页岩 43.6 0.620 12.45 4.99 0.11 2.19 15.45 1.63 2.18 0.09 14.89 99.24 0.18 3.50 0.65
    下载: 导出CSV

    表  2  紫阳下寒武统黑色岩系微量元素含量(mg/kg)

    Table  2.   Trace element content (mg/kg), Lower Cambrian black rock series, Ziyang, Shaanxi province

    样品号 岩性 V Cr Co Ni Cu Zn As Mo Sb Sr Ba U Th Sr/Ba U/Th V/(V+Ni) V/Cr Co/Zn Ni/Co V/Cr Co/Zn δU
    MB⁃3⁃1 碳质硅质岩 2190 171 94.20 27.78 53.51 155.11 25.10 37.88 10.28 339 28300 4.73 33.30 0.01 0.14 0.99 12.81 0.61 0.29 12.81 0.61 0.60
    MB⁃3⁃2 碳质硅质岩 141 27.40 163 24.87 48.18 145.53 14.50 5.28 0.97 510 63800 0.18 4.12 0.01 0.04 0.85 5.15 1.12 0.15 5.15 1.12 0.23
    MB⁃3⁃3 碳质硅质岩 1270 161 90.20 115.02 205.06 659.67 46.80 54.59 30.75 251 41500 4.73 18.50 0.01 0.26 0.92 7.89 0.14 1.28 7.89 0.14 0.87
    MB⁃3⁃4 硅质岩 62.10 56.20 392 46.65 12.12 53.68 14.90 5.33 0.21 2.05 145 0.24 2.65 0.01 0.09 0.57 1.10 7.30 0.12 1.10 7.30 0.42
    MB⁃3⁃5 碳质硅质岩 292 56.90 99.50 59.05 125.78 209.14 16.80 7.70 1.18 1180 114000 0.65 15.20 0.01 0.04 0.83 5.13 0.48 0.59 5.13 0.48 0.23
    MB⁃4⁃1 碳质硅质岩 87.80 72.70 23.40 40.98 15.09 73.72 17.40 0.83 0.29 390 1520 10.80 1.86 0.26 5.81 0.68 1.21 0.32 1.75 1.21 0.32 1.89
    MB⁃6 碳质硅质岩 358 45.10 25.10 40.82 19.44 78.43 20.30 10.76 2.17 200 471 5.71 5.10 0.42 1.12 0.90 7.94 0.32 1.63 7.94 0.32 1.54
    MB⁃9 硅质板岩 85.90 79.50 86.30 34.75 28.20 114.16 17.30 1.01 0.71 123 737 8.16 1.45 0.17 5.63 0.71 1.08 0.76 0.40 1.08 0.76 1.89
    SA⁃1 石英脉硅质岩 113 80.70 24.50 41.15 17.61 113.29 15.90 0.20 0.22 55.20 1090 12.50 1.74 0.05 7.18 0.73 1.40 0.22 1.68 1.40 0.22 1.91
    SA⁃3 碳质硅质岩 279 156 14.60 27.05 13.57 77.64 19.60 3.77 2.58 12.30 2380 15.60 5.61 0.01 2.78 0.91 1.79 0.19 1.85 1.79 0.19 1.79
    SA⁃7 硅质岩 215 51.10 170 17.09 61.90 23.27 13.90 1.48 0.78 23.60 2100 0.41 5.58 0.01 0.07 0.93 4.21 7.31 0.10 4.21 7.31 0.36
    WM⁃1⁃2 碳质硅质岩 504 67.50 73.00 6.62 9.83 20.83 15.30 17.78 5.59 50.80 6860 9.84 8.65 0.01 1.14 0.99 7.47 3.51 0.09 7.47 3.51 1.55
    WM⁃3 碳质硅质岩 60.10 50.30 42.60 30.29 19.29 88.89 15.20 0.43 0.41 533 355 5.61 1.70 1.50 3.30 0.66 1.19 0.48 0.71 1.19 0.48 1.82
    WM⁃4⁃1 硅质板岩 794 90.90 118 60.26 36.67 49.50 19.90 34.76 8.47 168 15900 12.20 8.72 0.01 1.40 0.93 8.73 2.38 0.51 8.73 2.38 1.62
    WM⁃5 碳质硅质岩 1010 74.50 83.70 16.12 12.73 25.71 16.10 28.10 7.82 131 6090 8.38 8.77 0.02 0.96 0.98 13.56 3.26 0.19 13.56 3.26 1.48
    MB⁃2 灰岩 9.13 9.85 19.90 32.48 5.96 30.15 16.50 0.85 0.06 1220 402 0.72 0.51 3.03 1.41 0.22 0.93 0.66 1.63 0.93 0.66 1.62
    MB⁃5⁃1 灰岩 9.73 11.00 20.20 32.97 2.45 13.51 16.40 2.00 0.16 1120 305 0.75 0.45 3.67 1.69 0.23 0.88 1.50 1.63 0.88 1.50 1.67
    SA⁃4⁃1 灰岩 332 29.90 18.60 45.36 21.95 104.57 17.50 5.66 0.75 2090 3080 1.03 11.10 0.68 0.09 0.88 11.10 0.18 2.44 11.10 0.18 0.44
    SA⁃4⁃6 灰岩 65.80 16.40 16.80 38.88 5.62 42.35 16.20 3.93 0.22 1250 442 0.48 14.90 2.83 0.03 0.63 4.01 0.40 2.31 4.01 0.40 0.18
    SA⁃6 灰岩 245 20.90 13.40 47.95 24.55 53.33 16.00 9.69 0.89 1960 3440 1.00 7.29 0.57 0.14 0.84 11.72 0.25 3.58 11.72 0.25 0.58
    WM⁃1⁃1 灰岩 47.90 11.50 9.49 33.37 4.14 18.65 14.20 1.32 0.44 780 181 0.63 0.52 4.31 1.22 0.59 4.17 0.51 3.52 4.17 0.51 1.57
    WM⁃1⁃3 灰岩 6.51 3.52 32.90 34.02 2.00 15.60 14.70 1.09 0.15 1030 355 0.35 0.49 2.90 0.71 0.16 1.85 2.11 1.03 1.85 2.11 1.36
    WM⁃1⁃4⁃1 灰岩 58.70 8.43 7.71 36.85 2.26 10.37 16.70 1.30 0.11 705 216 0.11 2.59 3.26 0.04 0.61 6.96 0.74 4.78 6.96 0.74 0.23
    WM⁃1⁃4⁃2 灰岩 175 14.20 20.20 37.02 17.99 26.40 17.10 3.95 1.22 1180 608 0.60 5.70 1.94 0.10 0.83 12.32 0.77 1.83 12.32 0.77 0.48
    SA⁃4⁃2 碳质硅质灰岩 222 25.80 13.20 42.60 15.78 52.63 18.60 6.33 0.56 2180 2560 1.01 10.30 0.85 0.10 0.84 8.60 0.25 3.23 8.60 0.25 0.45
    SA⁃4⁃3 碳质硅质灰岩 98.50 21.10 19.90 40.17 30.42 43.57 19.60 2.46 0.81 1870 2280 1.24 5.34 0.82 0.23 0.71 4.67 0.46 2.02 4.67 0.46 0.82
    SA⁃4⁃4 碳质硅质灰岩 442 53.90 14.20 55.16 34.30 119.39 19.10 23.21 1.02 2060 1900 1.67 15.90 1.08 0.11 0.89 8.20 0.12 3.88 8.20 0.12 0.48
    SA⁃4⁃5 碳质硅质灰岩 292 23.00 56.90 47.55 36.06 90.63 18.80 8.88 2.76 1390 1470 1.08 14.40 0.95 0.08 0.86 12.70 0.63 0.84 12.70 0.63 0.37
    SA⁃5 碳质硅质灰岩 322 27.60 14.30 47.87 42.54 73.29 16.50 9.07 1.16 1550 6940 0.84 11.60 0.22 0.07 0.87 11.67 0.20 3.35 11.67 0.20 0.36
    WM⁃2 碳质硅质灰岩 17.70 7.05 12.40 25.68 3.71 9.85 14.60 0.72 0.11 7400 336 0.90 2.15 22.02 0.42 0.41 2.51 1.26 2.07 2.51 1.26 1.11
    NRD⁃2 碳硅质页岩 4230 330 101.0 372 130.0 1240 282 213 11.00 497 450 55.0 10.9 1.10 5.05 0.92 12.82 0.08 3.68 12.82 0.08 1.88
    WM⁃6 碳硅质页岩 110 80 22.0 47.7 38.5 125 3.4 1.04 0.52 1915 2040 3.4 10.4 0.94 0.33 0.70 1.38 0.18 2.17 1.38 0.18 0.99
    下载: 导出CSV

    表  3  紫阳下寒武统黑色岩系稀土元素含量(μg/g)

    注: δCeSδEuS:北美页岩标准化后的Ce异常、Eu异常,δCeNδEuN:球粒陨石标准化后的Ce异常、Eu异常;δCe=2Ce/(La+Pr),δEu=2Eu/(Sm+Gd);北美页岩标准值来自Gromet et al.[21],球粒陨石标准值来自Sun et al.[22]

    Table  3.   REE content (μg/g), Lower Cambrian black rock series, Ziyang, Shaanxi province

    样品号 岩性 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ΣREE LREE/HREE δCeS δEuS δCeN δEuN
    MB⁃3⁃1 碳质硅质岩 88.60 119 27.80 96.00 14.20 4.54 14.67 1.97 13.10 3.25 10.40 1.58 9.80 1.66 406.57 6.20 0.52 1.38 0.58 0.95
    MB⁃3⁃2 碳质硅质岩 6.50 2.87 0.98 5.44 1.66 2.04 2.66 0.25 1.80 0.45 1.36 0.22 1.35 0.21 27.78 2.35 0.24 4.11 0.25 2.96
    MB⁃3⁃3 碳质硅质岩 27.40 38.80 5.60 22.30 4.44 1.29 6.59 0.68 4.38 1.04 3.19 0.44 2.96 0.48 119.58 5.05 0.68 1.01 0.73 0.73
    MB⁃3⁃4 硅质岩 1.40 2.65 0.34 1.52 0.36 0.11 0.42 0.07 0.44 0.11 0.32 0.04 0.28 0.04 8.09 3.72 0.84 1.18 0.91 0.83
    MB⁃3⁃5 碳质硅质岩 21.70 13.00 4.51 21.50 5.90 4.25 9.50 1.01 7.09 1.73 5.23 0.86 5.58 0.86 102.72 2.22 0.29 2.39 0.31 1.73
    MB⁃4⁃1 碳质硅质岩 31.30 57.90 6.24 20.80 4.00 0.63 3.25 0.50 3.07 0.60 1.76 0.25 1.63 0.23 132.16 10.70 0.90 0.76 0.96 0.52
    MB⁃6 碳质硅质岩 19.50 36.70 4.08 15.30 2.86 0.48 2.59 0.36 2.40 0.55 1.49 0.23 1.38 0.22 88.14 8.57 0.89 0.78 0.96 0.53
    MB⁃9 硅质板岩 36.60 74.80 8.41 29.90 5.87 1.20 5.08 0.83 5.27 1.18 3.36 0.51 3.21 0.46 176.68 7.88 0.93 0.96 1.01 0.66
    SA⁃1 石英脉硅质岩 21.20 34.20 4.82 17.90 3.57 0.72 3.44 0.63 4.41 1.01 2.86 0.42 2.81 0.40 98.39 5.16 0.74 0.90 0.80 0.62
    SA⁃3 碳质硅质岩 37.50 67.70 7.51 24.30 3.25 0.53 2.35 0.31 1.82 0.40 1.42 0.26 1.77 0.34 149.46 16.23 0.87 0.84 0.93 0.56
    SA⁃7 硅质岩 5.40 5.93 1.16 4.42 0.83 0.29 0.91 0.12 1.05 0.28 0.84 0.14 0.82 0.13 22.33 4.20 0.51 1.47 0.55 1.02
    WM⁃1⁃2 碳质硅质岩 49.80 96.10 11.10 37.30 4.34 1.10 3.53 0.56 3.59 0.85 2.81 0.43 2.60 0.41 214.50 13.53 0.89 1.23 0.96 0.83
    WM⁃3 碳质硅质岩 21.60 46.50 4.97 19.10 4.01 0.87 3.59 0.57 3.69 0.75 2.06 0.30 1.96 0.33 110.29 7.33 0.98 1.00 1.06 0.69
    WM⁃4⁃1 硅质板岩 36.50 66.70 7.74 28.40 4.91 1.38 4.18 0.61 4.02 0.94 2.92 0.45 2.81 0.45 162.00 8.90 0.86 1.34 0.93 0.91
    WM⁃5 碳质硅质岩 36.60 67.90 7.85 26.50 3.90 0.99 2.82 0.42 2.73 0.65 2.20 0.37 2.27 0.39 155.58 12.14 0.87 1.30 0.94 0.87
    MB⁃2 灰岩 2.72 5.73 0.59 2.14 0.49 0.06 0.42 0.06 0.33 0.08 0.20 0.03 0.18 0.02 13.04 8.93 0.99 0.61 1.06 0.41
    MB⁃5⁃1 灰岩 2.63 5.31 0.52 1.86 0.33 0.06 0.36 0.05 0.29 0.07 0.19 0.03 0.20 0.03 11.94 8.69 0.98 0.77 1.05 0.53
    SA⁃4⁃1 灰岩 11.80 19.60 2.16 8.43 1.51 0.62 2.20 0.28 2.08 0.54 1.75 0.25 1.63 0.26 53.11 4.91 0.84 1.45 0.88 1.04
    SA⁃4⁃6 灰岩 4.99 10.90 0.85 3.29 0.56 0.11 0.64 0.08 0.61 0.14 0.35 0.05 0.35 0.04 22.96 9.15 1.13 0.80 1.19 0.56
    SA⁃6 灰岩 8.11 14.30 1.57 6.45 1.28 0.52 2.00 0.23 1.57 0.39 1.26 0.17 1.05 0.16 39.07 4.72 0.87 1.38 0.92 1.00
    WM⁃1⁃1 灰岩 3.07 5.92 0.67 2.30 0.49 0.09 0.49 0.08 0.43 0.12 0.29 0.05 0.24 0.04 14.27 7.25 0.90 0.84 0.97 0.58
    WM⁃1⁃3 灰岩 1.31 2.72 0.26 0.96 0.14 0.04 0.22 0.02 0.15 0.05 0.11 0.01 0.08 0.01 6.09 8.30 1.00 0.92 1.07 0.66
    WM⁃1⁃4⁃1 灰岩 0.61 1.37 0.14 0.59 0.12 0.03 0.17 0.02 0.19 0.05 0.13 0.02 0.09 0.02 3.53 4.20 1.02 0.98 1.11 0.70
    WM⁃1⁃4⁃2 灰岩 6.41 12.90 1.13 4.21 0.79 0.18 0.69 0.11 0.69 0.15 0.43 0.06 0.40 0.06 28.21 9.88 1.03 1.05 1.08 0.71
    SA⁃4⁃2 碳质硅质灰岩 10.70 15.60 1.95 7.86 1.74 0.62 2.01 0.29 2.14 0.53 1.67 0.27 1.66 0.24 47.27 4.37 0.74 1.44 0.78 1.01
    SA⁃4⁃3 碳质硅质灰岩 9.48 15.20 2.29 9.93 2.33 0.41 2.59 0.36 2.51 0.66 1.80 0.29 1.43 0.19 49.46 4.04 0.71 0.73 0.77 0.51
    SA⁃4⁃4 碳质硅质灰岩 16.00 24.60 3.18 12.40 2.54 0.64 3.22 0.50 3.54 0.95 2.84 0.43 2.63 0.38 73.84 4.10 0.75 0.96 0.80 0.68
    SA⁃4⁃5 碳质硅质灰岩 10.30 17.00 1.81 6.97 1.17 0.20 1.34 0.19 1.46 0.41 1.39 0.20 1.17 0.17 43.78 5.92 0.85 0.71 0.89 0.50
    SA⁃5 碳质硅质灰岩 8.90 13.90 1.71 6.53 1.53 0.92 2.52 0.33 2.71 0.70 2.11 0.33 1.92 0.31 44.42 3.06 0.77 1.98 0.82 1.43
    WM⁃2 碳质硅质灰岩 3.21 7.04 0.73 2.63 0.51 0.09 0.50 0.06 0.37 0.07 0.19 0.04 0.19 0.03 15.65 9.89 1.00 0.80 1.08 0.55
    NRD⁃2 碳硅质页岩 69.10 106.50 14.95 65.50 12.60 1.84 14.10 2.14 13.15 3.07 8.76 1.17 6.57 1.03 320.48 5.41 0.72 0.60 0.78 0.42
    WM⁃6 碳硅质页岩 42.10 87.20 9.36 36.00 6.95 1.57 5.98 0.97 5.63 1.20 3.30 0.50 3.10 0.50 204.36 8.65 0.96 1.07 1.03 0.73
    下载: 导出CSV
  • [1] 范德廉,叶杰,杨瑞英,等. 扬子地台前寒武—寒武纪界线附近的地质事件与成矿作用[J]. 沉积学报,1987,5(3):81-95.

    Fan Delian, Ye Jie, Yang Ruiying, et al. The geological events and ore mineralization nearby the Precambrian-Cambrian boundary in Yangtze platform[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 1987, 5(3): 81-95.
    [2] 范德廉,张焘,叶杰. 中国的黑色岩系及其有关矿床[M]. 北京:科学出版社,2004.

    Fan Delian, Zhang Tao, Ye Jie. Black rock series and its related deposits in China[M]. Beijing: Science Press, 2004.
    [3] Wen H J, Qiu Y Z. Geology and geochemistry of se-bearing formations in central China[J]. International Geology Review, 2002, 44(2): 164-178.
    [4] 吴朝东,陈其英,杨承运. 湘西黑色岩系沉积演化与含矿序列[J]. 沉积学报,1999,17(2):167-175.

    Wu Chaodong, Chen Qiying, Yang Chengyun. The black shale series and ore-bearing sequences of Upper Sinian-Lower Cambrian, southwest of China[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 1999, 17(2): 167-175.
    [5] 吴朝东,杨承运,陈其英. 湘西黑色岩系地球化学特征和成因意义[J]. 岩石矿物学杂志,1999,18(1):26-39.

    Wu Chaodong, Yang Chengyun, Chen Qiying. The origin and geochemical characteristics of Upper Sinain-Lower Cambrian black shales in western Hunan[J]. Acta Petrologica et Mineralogica, 1999, 18(1): 26-39.
    [6] 李胜荣,高振敏. 湘黔地区牛蹄塘组黑色岩系稀土特征:兼论海相热水沉积岩稀土模式[J]. 矿物学报,1995,15(2):225-229.

    Li Shengrong, Gao Zhenmin. REE characteristics of black rock series of the Lower Cambrian Niutitang Formation in Hunan-Guizhou provinces, China, with a discussion on the REE patterns in marine hydrothermal sediments[J]. Acta Mineralogica Sinica, 1995, 15(2): 225-229.
    [7] 冯彩霞,刘燊,胡瑞忠,等. 遵义下寒武统富硒黑色岩系地球化学:成因和硒富集机理[J]. 地球科学——中国地质大学学报,2010,35(6):947-958.

    Feng Caixia, Liu Shen, Hu Ruizhong, et al. Geochemistry of Lower Cambrian Se-rich black rock series in Zunyi, Guizhou province, Southwest China: The petrogenesis and enrichment mechanism of selenium[J]. Earth Science-Journal of China University of Geosciences, 2010, 35(6): 947-958.
    [8] 陈兰. 湘黔地区早寒武世黑色岩系沉积学及地球化学研究[D]. 贵阳: 中国科学院研究生院(地球化学研究所),2006.

    Chen Lan. Sedimentology and geochemistry of the Early Cambrian black rock series in the Hunan-Guizhou area, China[D]. Guiyang: Institute of Geochemistry Chinese Academy of Science, 2006.
    [9] 杨剑. 黔北地区下寒武统黑色岩系形成环境与地球化学研究[D]. 西安:长安大学,2009.

    Yang Jian. Study on the formation environment and geochemistry of Lower Cambrian black shale series, northern Guizhou province, China[D]. Xi’an: Chang’an University, 2009.
    [10] 段生杰,佘中明,丁德生,等. 云南筇竹寺组黑色岩系矿化特征及找矿前景[J]. 地球学报,34(增刊1):146-150.

    Duan Shengjie, She Zhongming, Ding Desheng, et al. Mineralization characteristics and ore-searching prospect of black rock series in Qiongzhusi Formation, Yunnan province[J]. Acta Geoscientica Sinica,34(Suppl.1):146-150.
    [11] 梅紫青. 我国发现的两个高硒区[J]. 中国地方病学杂志,1985(4):61-66,70.

    Mei Ziqing. Two Se-rich area discoverded in China[J]. Chinese Journal of Endemiology, 1985(4): 61-66, 70.
    [12] 雒昆利,姜继圣. 陕西紫阳、岚皋下寒武统地层的硒含量及其富集规律[J]. 地质地球化学,1995(1):68-71.

    Luo Kunli, Jiang Jisheng. Selenium content and accumulation of the Lower Cambrian strata in Lan’gao, Ziyang, Shaanxi province[J]. Geology-Geochemistry, 1995(1): 68-71.
    [13] 冯彩霞,胡瑞忠,刘家军. 紫阳下寒武统富硒硅质岩的稀土元素地球化学特征及其意义[C]//第二届全国成矿理论与找矿方法学术研讨会论文集. 广州:中国矿物岩石地球化学学会,2004. [

    Feng Caixia, Hu Ruizhong, Liu Jiajun. REE geochemical characteristics of the Lower Cambrian Se-rich siliceous rocks in Ziyang and their significance[C]//Proceedings of the second national symposium on metallogenic theory and prospecting methods. Guangzhou: Chinese Society of Mineralogy and Petrochemistry, 2004.]
    [14] 王立社. 陕西秦岭黑色岩系及其典型矿床地质地球化学与成矿规律研究[D]. 西安:西北大学,2009.

    Wang Lishe. Study on the metallogenic regularity and geological-geochemistry for black rock series and related typical deposits in Qinling Mounitains, Shaanxi[D]. Xi’an: Northwest University, 2009.
    [15] 雒昆利. 北大巴山区鲁家坪组的厘定[J]. 地层学杂志,2006,30(2):149-156.

    Luo Kunli. The Lujiaping Formation of northen Daba Mountain[J]. Journal of Stratigraphy, 2006, 30(2): 149-156.
    [16] 崔楠,张烨,陆朝晖. 城口地区鲁家坪组页岩储集特征及含气性影响因素[J]. 新疆石油地质,2017,38(2):176-181.

    Cui Nan, Zhang Ye, Lu Zhaohui. Shale reservoir characteristics and influencing factors on shale gas content in Lujiaping Formation of Chengkou area[J]. Xinjiang Petroleum Geology, 2017, 38(2): 176-181.
    [17] 陕西省地质矿产局. 陕西省区域地质志[M]. 北京:地质出版社,1989.

    Shaanxi Bureau of Geology and Mineral Resources. Regional geology of Shaanxi province[M].Beijing: Geological Publishing House, 1989.
    [18] 王刚. 北大巴山紫阳—岚皋地区古生代火山岩浆事件与中生代成矿作用[D]. 北京:中国地质大学(北京),2014.

    Wang Gang. Metallogeny of the Mesozoic and Paleozoic volcanic igneous event in Ziyang-Langao areas, North Daba Mountain[D]. Beijing: China University of Geosciences (Beijing), 2014.
    [19] Liang Q, Jing H, Gregoire D C. Determination of trace elements in granites by inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. Talanta, 2000, 51(3): 507-513.
    [20] 黎彤. 地壳元素丰度的若干统计特征[J]. 地质与勘探,1992,28(10):1-7.

    Li Tong. The statistical characteristics of the abundance of chemical elements in the earth’s crust[J]. Geology and Prospecting, 1992, 28(10): 1-7.
    [21] Gromet L P, Haskin L A, Korotev R L, et al. The “North American shale composite”: Its compilation, major and trace element characteristics[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1984, 48(12): 2469-2482.
    [22] Sun S S, McDonough W E. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: Implications for mantle composition and processes[J]. Geological Society, London, Special Publications, 1989, 42(1): 313-345.
    [23] 康健丽,张招崇,董书云,等. 西南天山马达尔地区硅质岩地球化学特征及其沉积环境[J]. 岩石矿物学杂志,2010,29(1):79-89.

    Kang Jianli, Zhang Zhaochong, Dong Shuyun, et al. Geochemistry of cherts from Madaer area in Southwest Tianshan Mountains: Implications for deposition environments[J]. Acta Petrologica Et Mineralogica, 2010, 29(1): 79-89.
    [24] 赵立群,周尚国,伊海生,等. 桂西南下雷锰矿床地球化学特征及沉积环境分析[J]. 地质与勘探,2016,52(1):25-39.

    Zhao Liqun, Zhou Shangguo, Yi Haisheng, et al. Geochemical characteristics and sedimentary environment of the Xialei manganese deposit in Southwest Guangxi[J]. Geology and Exploration, 2016, 52(1): 25-39.
    [25] Adachi M, Yamamoto K, Sugisaki R. Hydrothermal chert and associated siliceous rocks from the northern Pacific their geological significance as indication od ocean ridge activity[J]. Sedimentary Geology, 1986, 47(1/2): 125-148.
    [26] Puchelt H. Recent iron sediment formation at the Kameni Islands, santorini (Greece)[M]//Amstutz G C, Bernard A J. Ores in sediments. Heidelberg: Springer, 1973.
    [27] Boström K. Genesis of ferromanganese deposits-diagnostic criteria for recent and old deposits[M]//Rona P A, Boström K, Laubier L, et al. Hydrothermal processes at seafloor spreading centers. Boston: Springer, 1983: 473-489.
    [28] Marchig V, Gundlach H, Möller P, et al. Some geochemical indicators for discrimination between diagenetic and hydrothermal metalliferous sediments[J]. Marine Geology, 1982, 50(3): 241-256.
    [29] Choi J H, Hariya Y. Geochemistry and depositional environment of Mn oxide deposits in the Tokoro belt, northeastern Hokkaido, Japan[J]. Economic Geology, 1992, 87(5): 1265-1274.
    [30] Toth J R. Deposition of submarine crusts rich in manganese and iron[J]. GSA Bulletin, 1980, 91(1): 44-54.
    [31] Smith P A, Cronan D S. The geochemistry of metalliferous sediments and waters associated with shallow submarine hydrothermal activity (Santorini, Aegean Sea)[J]. Chemical Geology, 1983, 39(3/4): 241-262.
    [32] Peter J M, Scott S D. Mineralogy, composition, and fluid-inclusion microthermometry of seafloor hydrothermal deposits in the southern trough of Guaymas Basin, gulf of California[J]. Canadian Mineralogist, 1988, 26: 567-587.
    [33] Rona P A. Criteria for recognition of hydrothermal mineral deposits in oceanic crust[J]. Economic Geology, 1978, 73(2): 135-160.
    [34] Douville E, Bienvenu P, Charlou J L, et al. Yttrium and rare earth elements in fluids from various deep-sea hydrothermal systems[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1999, 63(5): 627-643.
    [35] Owen A W, Armstrong H A, Floyd J D. Rare earth element geochemistry of Upper Ordovician cherts from the southern uplands of Scotland[J]. Journal of the Geological Society, 1999, 156(1): 191-204.
    [36] 杨剑,易发成,刘涛,等. 黔北黑色岩系稀土元素地球化学特征及成因意义[J]. 地质科学,2005,40(1):84-94.

    Yang Jian, Yi Facheng, Liu Tao, et al. REE geochemical characters of the Lower Cambrian black shale series in northern Guizhou and their original significance[J]. Chinese Journal of Geology, 2005, 40(1): 84-94.
    [37] Høgdahl O T, Melsom S, Bowen V T. Neutron activation analysis of lanthanide elements in sea water[M]//Baker B A. Trace inorganics in water. Washington: American Chemical Society, 1968: 308-325.
    [38] 雒昆利,端木和顺. 大巴山区早古生代基性火成岩的形成时代[J]. 中国区域地质,2001,20(3):262-266.

    Luo Kunli, Duanmu Heshun. Timing of Early Paleozoic basic igneous rocks in the Daba mountains[J]. Regional Geology of China, 2001, 20(3): 262-266.
    [39] Sugisaki R, Yamamoto K, Adachi M. Triassic bedded cherts in central Japan are not pelagic[J]. Nature, 1982, 298(5875): 644-647.
    [40] Murray R W, Brink M R B T, Jones D L, et al. Rare earth elements as indicators of different marine depositional environments in chert and shale[J]. Geology, 1990, 18(3): 268-271.
    [41] 范德廉. 锰矿床地质地球化学研究[M]. 北京:气象出版社,1994.

    Fan Delian. Research on geology and geochemistry of manganese deposit[M]. Beijing: China Meteorological Press, 1994.
    [42] Jones B, Manning D A C. Comparison of geochemical indices used for the interpretation of palaeoredox conditions in ancient mudstones[J]. Chemical Geology, 1994, 111(1/2/3/4): 111-129.
    [43] Arthur M A, Sageman B B. Marine black Shales: Depositional mechanisms and environments of ancient deposits[J]. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 1994, 22: 499-551.
    [44] Wignall P B. Black shales[M]. Oxford: Clarendon Press, 1994: 46.
    [45] 王立社,张复新,侯俊富,等. 秦岭山阳水沟口组黑色岩系微量元素地球化学及其沉积成矿背景的指示意义[J]. 中国地质,2012,39(2):311-325.

    Wang Lishe, Zhang Fuxin, Hou Junfu, et al. Trace element geochemical characteristics of the Shuigoukou Formation black rock series in Shanyang area of the Qinling Mountains and their indication significance for sedimentation-mineralization[J]. Geology in China, 2012, 39(2): 311-325.
  • [1] 侯阳红, 康志宏, 赵晨君, 余旭东, 王恩博.  下扬子地区下寒武统幕府山组黑色岩系地球化学特征及其地质意义 . 沉积学报, 2020, 38(4): 886-897. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.076
    [2] 顾志翔, 何幼斌, 彭勇民, 罗进雄, 刘小帆, 张锦, 聂鸿宇.  四川盆地下寒武统膏盐岩“多潟湖”沉积模式 . 沉积学报, 2019, 37(4): 834-846. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2018.188
    [3] 宋世骏, 柳益群, 郑庆华, 周鼎武, 付瑜.  鄂尔多斯盆地三叠系延长组黑色岩系成因探讨——以铜川地区长73段为例 . 沉积学报, 2019, 37(6): 1117-1128. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.053
    [4] 邓世彪, 关平, 李保华, 刘沛显, 陈永权.  塔里木盆地下寒武统台缘带沉积结构特征及其形成过程 . 沉积学报, 2018, 36(4): 706-721. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2018.059
    [5] 王凯, 关平, 邓世彪, 刘沛显, 金亦秋.  塔里木盆地下寒武统微生物礁储集性研究及油气勘探意义 . 沉积学报, 2016, 34(2): 386-396. doi: 10.14027/j.cnki.cjxb.2016.02.017
    [6] 郑斌嵩, 牟传龙, 梁薇, 陈超, 徐鹏辉, 孙小勇.  黔西北丁台地区下寒武统清虚洞组风暴沉积的发现及其意义 . 沉积学报, 2016, 34(3): 478-486. doi: 10.14027/j.cnki.cjxb.2016.03.005
    [7] 周锡强, 遇昊, 黄泰誉, 张力钰, 张恭境, 付勇, 陈代钊.  重晶石沉积类型及成因评述——兼论扬子地区下寒武统重晶石的富集机制 . 沉积学报, 2016, 34(6): 1044-1056. doi: 10.14027/j.cnki.cjxb.2016.06.004
    [8] 李 娟 于炳松 郭 峰.  黔北地区下寒武统底部黑色页岩沉积环境条件与源区构造背景分析 . 沉积学报, 2013, 31(1): 20-31.
    [9] 黔南坳陷下寒武统烃源岩地球化学特征及成因 . 沉积学报, 2012, 30(4): 761-769.
    [10] 朱光有, 金强.  东营凹陷两套优质烃源岩层地质地球化学特征研究 . 沉积学报, 2003, 21(3): 506-512.
    [11] 温汉捷, 裘愉卓, 凌宏文, 于柄松, 张贵山.  中国早古生代若干高硒黑色岩系中层状硅质岩的地球化学特征及其成因意义 . 沉积学报, 2003, 21(4): 620-626.
    [12] 谢泰俊.  海相生烃碎屑岩的沉积环境及有机质的分布 . 沉积学报, 1997, 15(2): 14-18.
    [13] 伊海生, 彭军, 夏文杰.  扬子东南大陆边缘晚前寒武纪古海洋演化的稀土元素记录 . 沉积学报, 1995, 13(4): 131-137.
    [14] 王东安, 陈瑞君.  雅鲁藏布缝合带硅岩的地球化学成因标志及其地质意义 . 沉积学报, 1995, 13(1): 27-31.
    [15] 吴胜和, 冯增昭, 何幼斌.  中下扬子地区二叠纪缺氧环境研究 . 沉积学报, 1994, 12(2): 29-36.
    [16] 蒋德和, 杨振强, 赵时久.  湘中地区中奥陶统沉积岩的稀土元素地球化学 . 沉积学报, 1994, 12(1): 106-111.
    [17] 周永章, 涂光炽, Edward H. CHOWNJayanta GUHA, 卢焕章.  粤西古水剖面震旦系顶部层状硅岩的热水成因属性:岩石学和地球化学证据 . 沉积学报, 1994, 12(3): 1-11.
    [18] 梁仁枝, 李汉瑜, 刘宝珺, 许效松.  湘西黔东下、中寒武统沉积环境 . 沉积学报, 1991, 9(2): 16-24.
    [19] 孟庆任.  陕西紫阳芭蕉口志留纪浊积岩系研究 . 沉积学报, 1991, 9(1): 35-43.
    [20] 范德廉, 叶杰, 杨瑞英, 黄忠祥.  扬子地台前寒武-寒武纪界线附近的地质事件与成矿作用 . 沉积学报, 1987, 5(3): 81-95.
  • 加载中
图(10) / 表 (3)
计量
  • 文章访问数:  31
  • HTML全文浏览量:  8
  • PDF下载量:  35
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-12
  • 修回日期:  2019-12-09
  • 刊出日期:  2020-10-10

目录

    陕西紫阳下寒武统黑色岩系地球化学特征及成因研究

    doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.104
      基金项目:

      陕西省自然科学基金面上项目 2020JM⁃423

      作者简介:

      王思贤,男,1995年出生,硕士研究生,地球化学,E⁃mail: wangsixian@stumail.nwu.edu.cn

      通讯作者: 冯彩霞,女,副研究员,E⁃mail: fengcaixia@nwu.edu.cn
    • 中图分类号: P596

    摘要: 通过野外研究发现陕西紫阳下寒武统黑色岩系富含多种矿产且成因复杂,主要由硅质岩、灰岩、碳质硅质灰岩、碳硅质页岩四类组成。据此进行了系统的元素地球化学分析,结果显示研究区黑色岩系富含V、Mo、As、Ba等元素,不同岩性稀土模式曲线总体特征相似指示成因联系密切。四类岩性样品各自的MnO/TiO2均值接近或小于0.5、V/(V+Ni)均值大于0.57、V/Cr均值大于4.2等特征表明该套黑色岩系形成于浅海—半深海相缺氧还原环境。另外,As和Sb的富集、Zn⁃Co⁃Ni图解中投点大部分位于热液矿床区域、Sr/Ba小于1、La/Ce均值接近2.8、北美页岩标准化配分图解的Eu负异常—弱正异常均指示了热液参与下的正常海水沉积环境。研究区地层夹含的硅质岩和重晶石等热水沉积岩反映了同沉积时的热液活动。据此推断沉积环境是海水、热液和生物的共同作用下形成的浅海—半深海相缺氧的还原环境。

    English Abstract

    王思贤, 冯彩霞, 刘燊, 范焱. 陕西紫阳下寒武统黑色岩系地球化学特征及成因研究[J]. 沉积学报, 2020, 38(5): 980-993. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.104
    引用本文: 王思贤, 冯彩霞, 刘燊, 范焱. 陕西紫阳下寒武统黑色岩系地球化学特征及成因研究[J]. 沉积学报, 2020, 38(5): 980-993. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.104
    WANG SiXian, FENG CaiXia, LIU Shen, FAN Yan. Geochemistry of the Lower Cambrian Black Rock Series in Ziyang, Shaanxi Province: Geochemical characteristics and petrogenesis[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(5): 980-993. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.104
    Citation: WANG SiXian, FENG CaiXia, LIU Shen, FAN Yan. Geochemistry of the Lower Cambrian Black Rock Series in Ziyang, Shaanxi Province: Geochemical characteristics and petrogenesis[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(5): 980-993. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.104
      • 黑色岩系(含有机碳及硫化物较多的深灰—黑色的硅质岩、碳酸盐岩、泥质岩及其变质岩的组合体系)在地壳中广泛分布,是一种在贫氧—缺氧的环境中形成的具有一定古生态学、地球化学和沉积学特征的还原性岩石,代表了一定程度的古环境突变事件[12]。黑色岩系(特别是下寒武统黑色岩系)在我国华南下寒武统分布非常广泛,如陕西紫阳、贵州遵义、湖南张家界等地,富含多种矿产(V、Mn、Cu、Pb、Ni、Mo、Au、Se、U、重晶石、石煤等),从而具有极高的经济价值[2]。黑色岩系总体表现为多元素非正常的元素组合,除特征变价元素(V、U、P、Ni、Mo等)外,还具有典型的热水沉积指示元素(As、Ba、Sb等)[3]

        黑色岩系具有非常重要的研究意义,前人对国内贵州、湖南、云南等地黑色岩系做了大量而全面的工作[410],可以发现地质背景的不同会导致不同地区黑色岩系来源、成因的不同,而对陕西省紫阳地区黑色岩系的研究相对较少[1113]且多局限于富硒岩层及其来源,仅初步指出石煤、硅质岩等富硒岩层的成因,缺乏对黑色岩系系统性的研究,因此本文对研究区黑色岩系进行地球化学特征分析并进一步探究其来源和成因。

      • 陕西省紫阳县属于南秦岭地区,地处陕西省南部,汉江上游、大巴山北麓;位于扬子陆块北缘与秦岭造山带南缘过渡带[1314]。研究区内自北向南分布三条NW—SE向大断裂(月河断裂带、红椿坝断裂带和大巴山断裂带),断裂带之间为复背斜和复向斜,沿断裂带分布大量黑色岩系型矿床[15]图1),如毒重石、重晶石、钡解石矿床[1,14]。研究区黑色岩系属于秦岭下寒武统黑色岩系,是国内重要的成矿岩系,富含碳质或夹石煤、化石稀少、厚度巨大[13],分布地层主要为箭竹坝组和鲁家坪组[16]图2),地层总体走向与断裂走向一致。鲁家坪组和箭竹坝组分布于青荆—岚皋金鸡河—镇坪大雄溪一带,鲁家坪组出露于扬子陆块与秦岭造山带交接部位,属地质构造较复杂地段[14],隶属高滩—兵房街地层小区,与上覆箭竹坝组整合接触。鲁家坪组主要岩石为碳质页岩、板岩和少量碳质粉砂岩和硅质岩,局部夹磷块岩和石煤,厚度为130~704 m,除明显富集Ba外,还富集Se、V和Cr等元素及大量重晶石和毒重石;箭竹坝组主要由含透镜体的深灰色灰岩组成(图2[17]。新元古代扬子陆块边缘存在南向俯冲事件,随着俯冲结束,寒武纪时期北大巴山地区演变为扬子陆块被动大陆边缘,为伸展盆地环境[18]

        图  1  秦岭北大巴山地区下寒武统鲁家坪组分布图(据雒昆利[15],有修改)

        Figure 1.  Distribution of the Lower Cambrian Lujiaping Formation in the North Dabashan area of Qinling Mountains (modified from Luo[15] )

        图  2  紫阳地区下寒武统地层综合柱状剖面图(据崔楠等[16],有修改)

        Figure 2.  Lower Cambrian comprehensive columnar section, Ziyang (modified from Cui et al.[16] )

      • 本研究样品采集点位于紫阳县毛坝镇、双安镇闹热村和瓦庙镇地区(图1)。图2中,照片A样品采自毛坝地区,主体为硅质岩,硅质岩表面可见大量黑色有机质;照片B样品采自毛坝地区,可见硅质岩中的燧石结核,碳质含量较高导致岩石主体呈深灰色;照片C样品采自瓦庙地区,主体为硅质岩,含有大量的石英细脉;照片D样品采自双安镇闹热村,图中为层状产出的硅质岩—页岩—泥岩互层。灰岩样品主要采自瓦庙地区,碳质硅质灰岩主要采自双安镇闹热村附近,碳质硅质岩主要采自毛坝地区,碳硅质页岩采自瓦庙和双安镇闹热村。图2柱状图中鲁家坪组主要分为三段:以硅质岩和碳质页岩为主的下段,以碳质页岩和碳硅质页岩为主的中段以及以白云岩和碳质页岩为主的上段。结合柱状图可见灰岩、碳质硅质灰岩主要位于箭竹坝组,碳质硅质岩、碳硅质页岩主要位于鲁家坪组中下段。

        野外采集完成后在室内分选、清洗、烘干并研磨至200目,用于主微量元素测试分析。测试分析在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室完成。主量元素分析采用X射线荧光光谱仪(PW4400XRF)完成,分析过程用平行样和标注参考物质GSR⁃1和GSR⁃3进行数据质量的监控,分析精度优于3%(表1)。微量元素分析采用ELAN6000ICP⁃MS完成,用标准参考物质OU⁃6和GB⁃PG⁃1进行数据质量的监控,分析精度优于5%(表2),具体分析流程见Liang et al.[19]

        表 1  紫阳下寒武统黑色岩系主量元素含量(wt.%)

        Table 1.  Major element content (wt.%), Lower Cambrian black rock series, Ziyang, Shaanxi province (wt.%)

        样品号 岩性 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 LOI TOTAL MnO/TiO2 SiO2/Al2O3 Al/(Al+Fe+Mn)
        MB⁃3⁃1 碳质硅质岩 84.58 0.00 1.39 0.72 0.00 0.58 2.07 0.00 0.73 1.73 7.87 99.67 60.85 0.59
        MB⁃3⁃2 碳质硅质岩 89.19 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 3.38 0.06 0.00 0.03 6.83 99.54
        MB⁃3⁃3 碳质硅质岩 79.01 0.00 5.92 2.83 0.00 0.66 0.28 0.00 0.62 0.17 9.37 98.86 13.35 0.61
        MB⁃3⁃4 硅质岩 97.94 0.02 0.00 0.05 0.00 0.14 0.05 0.00 0.01 0.02 1.43 99.65 0.10
        MB⁃3⁃5 碳质硅质岩 78.54 0.00 0.00 0.07 0.00 0.45 6.87 0.56 0.10 0.40 11.84 98.83
        MB⁃4⁃1 碳质硅质岩 40.65 0.50 11.09 4.87 0.05 3.60 16.80 0.84 2.96 0.09 17.43 98.88 0.11 3.67 0.63
        MB⁃6 碳质硅质岩 72.38 0.23 3.89 1.64 0.01 2.31 6.48 0.54 1.42 0.07 10.42 99.40 0.05 18.61 0.64
        MB⁃9 硅质板岩 66.27 0.54 14.16 5.32 0.10 2.20 1.28 3.21 2.76 0.12 3.59 99.55 0.19 4.68 0.66
        SA⁃1 石英脉硅质岩 66.32 0.43 15.74 6.29 0.08 2.23 0.20 1.29 3.14 0.11 4.21 100.04 0.18 4.21 0.65
        SA⁃3 碳质硅质岩 58.15 0.74 20.91 2.21 0.01 2.67 0.03 0.21 7.56 0.38 7.04 99.91 0.01 2.78 0.88
        SA⁃7 硅质岩 98.13 0.00 0.01 0.06 0.00 0.07 0.19 0.00 0.03 0.15 1.26 99.89 9813 0.11
        WM⁃1⁃2 碳质硅质岩 72.57 0.35 12.03 0.65 0.00 1.15 0.11 2.22 2.78 0.04 7.25 99.14 6.03 0.93
        WM⁃3 碳质硅质岩 53.38 0.43 6.14 2.61 0.07 1.32 16.87 1.24 1.03 0.12 15.56 98.78 0.17 8.69 0.63
        WM⁃4⁃1 硅质板岩 69.41 0.06 10.80 2.31 0.00 1.49 0.07 1.87 2.66 0.02 9.87 98.57 0.02 6.43 0.78
        WM⁃5 碳质硅质岩 73.59 0.36 11.04 0.92 0.00 1.37 0.08 2.31 2.62 0.03 7.34 99.66 0.00 6.67 0.90
        MB⁃2 灰岩 3.35 0.05 0.00 0.19 0.01 3.47 50.27 0.00 0.11 0.03 41.48 98.95 0.22
        MB⁃5⁃1 灰岩 4.91 0.08 0.00 0.21 0.01 5.07 47.68 0.00 0.09 0.03 40.58 98.67 0.12
        SA⁃4⁃1 灰岩 22.53 0.00 0.04 0.39 0.01 0.28 41.37 0.00 0.25 0.55 33.14 98.56 563.25 0.07
        SA⁃4⁃6 灰岩 7.20 0.01 0.00 0.08 0.02 1.97 48.32 0.00 0.20 0.26 40.65 98.70 1.21
        SA⁃6 灰岩 12.86 0.00 0.88 0.42 0.01 0.32 46.01 0.00 0.20 0.65 37.13 98.46 14.61 0.61
        WM⁃1⁃1 灰岩 7.71 0.06 0.00 0.23 0.02 1.37 49.01 0.03 0.07 0.07 40.21 98.78 0.33
        WM⁃1⁃3 灰岩 1.61 0.02 0.00 0.06 0.01 4.79 48.76 0.00 0.02 0.03 43.59 98.89 0.34
        WM⁃1⁃4⁃1 灰岩 1.55 0.01 0.00 0.00 0.01 1.09 52.93 0.00 0.00 0.14 43.29 99.03 0.73
        WM⁃1⁃4⁃2 灰岩 2.51 0.02 0.00 0.11 0.01 1.05 52.45 0.00 0.12 0.16 42.11 98.53 0.75
        SA⁃4⁃2 碳质硅质灰岩 19.67 0.00 0.75 0.53 0.01 0.58 41.96 0.00 0.35 0.99 34.02 98.85 26.23 0.51
        SA⁃4⁃3 碳质硅质灰岩 14.69 0.00 0.41 0.47 0.01 1.05 44.91 0.00 0.40 0.36 36.81 99.10 35.83 0.39
        SA⁃4⁃4 碳质硅质灰岩 26.39 0.01 0.93 0.62 0.01 0.72 37.66 0.00 0.51 0.34 31.84 99.05 1.11 28.38 0.53
        SA⁃4⁃5 碳质硅质灰岩 21.56 0.00 0.85 0.37 0.01 0.96 40.96 0.12 0.39 0.22 33.61 99.06 25.36 0.63
        SA⁃5 碳质硅质灰岩 15.02 0.00 0.55 0.34 0.02 0.55 44.71 0.00 0.23 0.69 36.37 98.49 27.31 0.53
        WM⁃2 碳质硅质灰岩 6.63 0.06 0.36 0.32 0.01 3.40 47.97 0.00 0.17 0.03 39.79 98.73 0.15 18.42 0.45
        NRD⁃2 碳硅质页岩 39.7 0.740 9.55 5.51 0.00 3.40 6.62 0.05 2.72 1.76 25.67 101.68 4.16 0.57
        WM⁃6 碳硅质页岩 43.6 0.620 12.45 4.99 0.11 2.19 15.45 1.63 2.18 0.09 14.89 99.24 0.18 3.50 0.65

        表 2  紫阳下寒武统黑色岩系微量元素含量(mg/kg)

        Table 2.  Trace element content (mg/kg), Lower Cambrian black rock series, Ziyang, Shaanxi province

        样品号 岩性 V Cr Co Ni Cu Zn As Mo Sb Sr Ba U Th Sr/Ba U/Th V/(V+Ni) V/Cr Co/Zn Ni/Co V/Cr Co/Zn δU
        MB⁃3⁃1 碳质硅质岩 2190 171 94.20 27.78 53.51 155.11 25.10 37.88 10.28 339 28300 4.73 33.30 0.01 0.14 0.99 12.81 0.61 0.29 12.81 0.61 0.60
        MB⁃3⁃2 碳质硅质岩 141 27.40 163 24.87 48.18 145.53 14.50 5.28 0.97 510 63800 0.18 4.12 0.01 0.04 0.85 5.15 1.12 0.15 5.15 1.12 0.23
        MB⁃3⁃3 碳质硅质岩 1270 161 90.20 115.02 205.06 659.67 46.80 54.59 30.75 251 41500 4.73 18.50 0.01 0.26 0.92 7.89 0.14 1.28 7.89 0.14 0.87
        MB⁃3⁃4 硅质岩 62.10 56.20 392 46.65 12.12 53.68 14.90 5.33 0.21 2.05 145 0.24 2.65 0.01 0.09 0.57 1.10 7.30 0.12 1.10 7.30 0.42
        MB⁃3⁃5 碳质硅质岩 292 56.90 99.50 59.05 125.78 209.14 16.80 7.70 1.18 1180 114000 0.65 15.20 0.01 0.04 0.83 5.13 0.48 0.59 5.13 0.48 0.23
        MB⁃4⁃1 碳质硅质岩 87.80 72.70 23.40 40.98 15.09 73.72 17.40 0.83 0.29 390 1520 10.80 1.86 0.26 5.81 0.68 1.21 0.32 1.75 1.21 0.32 1.89
        MB⁃6 碳质硅质岩 358 45.10 25.10 40.82 19.44 78.43 20.30 10.76 2.17 200 471 5.71 5.10 0.42 1.12 0.90 7.94 0.32 1.63 7.94 0.32 1.54
        MB⁃9 硅质板岩 85.90 79.50 86.30 34.75 28.20 114.16 17.30 1.01 0.71 123 737 8.16 1.45 0.17 5.63 0.71 1.08 0.76 0.40 1.08 0.76 1.89
        SA⁃1 石英脉硅质岩 113 80.70 24.50 41.15 17.61 113.29 15.90 0.20 0.22 55.20 1090 12.50 1.74 0.05 7.18 0.73 1.40 0.22 1.68 1.40 0.22 1.91
        SA⁃3 碳质硅质岩 279 156 14.60 27.05 13.57 77.64 19.60 3.77 2.58 12.30 2380 15.60 5.61 0.01 2.78 0.91 1.79 0.19 1.85 1.79 0.19 1.79
        SA⁃7 硅质岩 215 51.10 170 17.09 61.90 23.27 13.90 1.48 0.78 23.60 2100 0.41 5.58 0.01 0.07 0.93 4.21 7.31 0.10 4.21 7.31 0.36
        WM⁃1⁃2 碳质硅质岩 504 67.50 73.00 6.62 9.83 20.83 15.30 17.78 5.59 50.80 6860 9.84 8.65 0.01 1.14 0.99 7.47 3.51 0.09 7.47 3.51 1.55
        WM⁃3 碳质硅质岩 60.10 50.30 42.60 30.29 19.29 88.89 15.20 0.43 0.41 533 355 5.61 1.70 1.50 3.30 0.66 1.19 0.48 0.71 1.19 0.48 1.82
        WM⁃4⁃1 硅质板岩 794 90.90 118 60.26 36.67 49.50 19.90 34.76 8.47 168 15900 12.20 8.72 0.01 1.40 0.93 8.73 2.38 0.51 8.73 2.38 1.62
        WM⁃5 碳质硅质岩 1010 74.50 83.70 16.12 12.73 25.71 16.10 28.10 7.82 131 6090 8.38 8.77 0.02 0.96 0.98 13.56 3.26 0.19 13.56 3.26 1.48
        MB⁃2 灰岩 9.13 9.85 19.90 32.48 5.96 30.15 16.50 0.85 0.06 1220 402 0.72 0.51 3.03 1.41 0.22 0.93 0.66 1.63 0.93 0.66 1.62
        MB⁃5⁃1 灰岩 9.73 11.00 20.20 32.97 2.45 13.51 16.40 2.00 0.16 1120 305 0.75 0.45 3.67 1.69 0.23 0.88 1.50 1.63 0.88 1.50 1.67
        SA⁃4⁃1 灰岩 332 29.90 18.60 45.36 21.95 104.57 17.50 5.66 0.75 2090 3080 1.03 11.10 0.68 0.09 0.88 11.10 0.18 2.44 11.10 0.18 0.44
        SA⁃4⁃6 灰岩 65.80 16.40 16.80 38.88 5.62 42.35 16.20 3.93 0.22 1250 442 0.48 14.90 2.83 0.03 0.63 4.01 0.40 2.31 4.01 0.40 0.18
        SA⁃6 灰岩 245 20.90 13.40 47.95 24.55 53.33 16.00 9.69 0.89 1960 3440 1.00 7.29 0.57 0.14 0.84 11.72 0.25 3.58 11.72 0.25 0.58
        WM⁃1⁃1 灰岩 47.90 11.50 9.49 33.37 4.14 18.65 14.20 1.32 0.44 780 181 0.63 0.52 4.31 1.22 0.59 4.17 0.51 3.52 4.17 0.51 1.57
        WM⁃1⁃3 灰岩 6.51 3.52 32.90 34.02 2.00 15.60 14.70 1.09 0.15 1030 355 0.35 0.49 2.90 0.71 0.16 1.85 2.11 1.03 1.85 2.11 1.36
        WM⁃1⁃4⁃1 灰岩 58.70 8.43 7.71 36.85 2.26 10.37 16.70 1.30 0.11 705 216 0.11 2.59 3.26 0.04 0.61 6.96 0.74 4.78 6.96 0.74 0.23
        WM⁃1⁃4⁃2 灰岩 175 14.20 20.20 37.02 17.99 26.40 17.10 3.95 1.22 1180 608 0.60 5.70 1.94 0.10 0.83 12.32 0.77 1.83 12.32 0.77 0.48
        SA⁃4⁃2 碳质硅质灰岩 222 25.80 13.20 42.60 15.78 52.63 18.60 6.33 0.56 2180 2560 1.01 10.30 0.85 0.10 0.84 8.60 0.25 3.23 8.60 0.25 0.45
        SA⁃4⁃3 碳质硅质灰岩 98.50 21.10 19.90 40.17 30.42 43.57 19.60 2.46 0.81 1870 2280 1.24 5.34 0.82 0.23 0.71 4.67 0.46 2.02 4.67 0.46 0.82
        SA⁃4⁃4 碳质硅质灰岩 442 53.90 14.20 55.16 34.30 119.39 19.10 23.21 1.02 2060 1900 1.67 15.90 1.08 0.11 0.89 8.20 0.12 3.88 8.20 0.12 0.48
        SA⁃4⁃5 碳质硅质灰岩 292 23.00 56.90 47.55 36.06 90.63 18.80 8.88 2.76 1390 1470 1.08 14.40 0.95 0.08 0.86 12.70 0.63 0.84 12.70 0.63 0.37
        SA⁃5 碳质硅质灰岩 322 27.60 14.30 47.87 42.54 73.29 16.50 9.07 1.16 1550 6940 0.84 11.60 0.22 0.07 0.87 11.67 0.20 3.35 11.67 0.20 0.36
        WM⁃2 碳质硅质灰岩 17.70 7.05 12.40 25.68 3.71 9.85 14.60 0.72 0.11 7400 336 0.90 2.15 22.02 0.42 0.41 2.51 1.26 2.07 2.51 1.26 1.11
        NRD⁃2 碳硅质页岩 4230 330 101.0 372 130.0 1240 282 213 11.00 497 450 55.0 10.9 1.10 5.05 0.92 12.82 0.08 3.68 12.82 0.08 1.88
        WM⁃6 碳硅质页岩 110 80 22.0 47.7 38.5 125 3.4 1.04 0.52 1915 2040 3.4 10.4 0.94 0.33 0.70 1.38 0.18 2.17 1.38 0.18 0.99
      • 研究区黑色岩系各类岩石主量元素见表1。硅质岩样品15件,灰岩样品9件,碳质硅质灰岩样品6件,碳硅质页岩样品2件。硅质岩样品中2件为纯硅质岩,硅质岩样品总体Al2O3和TiO2含量变化较大(0.01~20.94,0.02~0.74)。除CaO含量较高的灰岩外,其余样品烧失量亦普遍较高,这可能与有机质含量较高有关。灰岩样品CaO含量均大于40 wt.%,烧失量均大于30 wt.%。碳质硅质灰岩SiO2含量变化较大。除灰岩外,均表现为较高的SiO2含量,但其余氧化物的含量则较低。MnO/TiO2比值小于0.5的样品有14个(n=18),硅质岩的MnO/TiO2平均值为0.09,灰岩的MnO/TiO2平均值为0.53,碳质硅质灰岩的MnO/TiO2平均值为0.63(表1)。研究区黑色岩系的Al2O3平均含量较低,而SiO2的含量很高,SiO2/Al2O3比值大于3.6的有20件(n=24),其中硅质岩样品11件、灰岩样品2件、碳质硅质灰岩样品6件、碳硅质页岩样品1件(表1)。

      • 研究区黑色岩系各类岩石微量元素见表2

        不同岩性样品各微量元素含量与地壳丰度值对比(图3)显示,黑色岩系总体富集As、Sb和Ba,且不同岩性的微量元素富集趋势基本一致。硅质岩富集V、Co、As、Mo、Sb、Ba和U,灰岩富集As、Mo、Sr、Ba、U,碳质硅质灰岩富集Sr、Mo、As、Sb和Ba。

        图  3  紫阳下寒武统黑色岩系微量元素蛛网图(地壳元素丰度标准值据黎彤[20]

        Figure 3.  Trace element spider diagram of Lower Cambrian black rock series (Crust element abundance standard after Li[20] )

        研究区黑色岩系的Ba平均含量为9 757.91 mg/kg,相对沉积岩中Ba的平均含量(538 mg/kg)富集系数为18.14(富集系数=样品Ba平均含量/沉积岩Ba平均含量)。硅质岩、灰岩、碳质硅质灰岩、碳硅质页岩的As平均含量分别为19.27、16.14、17.87、142.7,Sb的平均含量分别为4.83、0.44、1.07、5.76。

      • 研究区黑色岩系各类岩石稀土元素见表3 [2122],稀土元素特征可作为判别沉积环境的重要指标。研究区黑色岩系ΣREE平均值较低(81.36),所有样品的LREE/HREE均>1,LREE/HREE平均值为7.05,表现为明显的轻稀土富集特征。

        表 3  紫阳下寒武统黑色岩系稀土元素含量(μg/g)

        Table 3.  REE content (μg/g), Lower Cambrian black rock series, Ziyang, Shaanxi province

        样品号 岩性 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ΣREE LREE/HREE δCeS δEuS δCeN δEuN
        MB⁃3⁃1 碳质硅质岩 88.60 119 27.80 96.00 14.20 4.54 14.67 1.97 13.10 3.25 10.40 1.58 9.80 1.66 406.57 6.20 0.52 1.38 0.58 0.95
        MB⁃3⁃2 碳质硅质岩 6.50 2.87 0.98 5.44 1.66 2.04 2.66 0.25 1.80 0.45 1.36 0.22 1.35 0.21 27.78 2.35 0.24 4.11 0.25 2.96
        MB⁃3⁃3 碳质硅质岩 27.40 38.80 5.60 22.30 4.44 1.29 6.59 0.68 4.38 1.04 3.19 0.44 2.96 0.48 119.58 5.05 0.68 1.01 0.73 0.73
        MB⁃3⁃4 硅质岩 1.40 2.65 0.34 1.52 0.36 0.11 0.42 0.07 0.44 0.11 0.32 0.04 0.28 0.04 8.09 3.72 0.84 1.18 0.91 0.83
        MB⁃3⁃5 碳质硅质岩 21.70 13.00 4.51 21.50 5.90 4.25 9.50 1.01 7.09 1.73 5.23 0.86 5.58 0.86 102.72 2.22 0.29 2.39 0.31 1.73
        MB⁃4⁃1 碳质硅质岩 31.30 57.90 6.24 20.80 4.00 0.63 3.25 0.50 3.07 0.60 1.76 0.25 1.63 0.23 132.16 10.70 0.90 0.76 0.96 0.52
        MB⁃6 碳质硅质岩 19.50 36.70 4.08 15.30 2.86 0.48 2.59 0.36 2.40 0.55 1.49 0.23 1.38 0.22 88.14 8.57 0.89 0.78 0.96 0.53
        MB⁃9 硅质板岩 36.60 74.80 8.41 29.90 5.87 1.20 5.08 0.83 5.27 1.18 3.36 0.51 3.21 0.46 176.68 7.88 0.93 0.96 1.01 0.66
        SA⁃1 石英脉硅质岩 21.20 34.20 4.82 17.90 3.57 0.72 3.44 0.63 4.41 1.01 2.86 0.42 2.81 0.40 98.39 5.16 0.74 0.90 0.80 0.62
        SA⁃3 碳质硅质岩 37.50 67.70 7.51 24.30 3.25 0.53 2.35 0.31 1.82 0.40 1.42 0.26 1.77 0.34 149.46 16.23 0.87 0.84 0.93 0.56
        SA⁃7 硅质岩 5.40 5.93 1.16 4.42 0.83 0.29 0.91 0.12 1.05 0.28 0.84 0.14 0.82 0.13 22.33 4.20 0.51 1.47 0.55 1.02
        WM⁃1⁃2 碳质硅质岩 49.80 96.10 11.10 37.30 4.34 1.10 3.53 0.56 3.59 0.85 2.81 0.43 2.60 0.41 214.50 13.53 0.89 1.23 0.96 0.83
        WM⁃3 碳质硅质岩 21.60 46.50 4.97 19.10 4.01 0.87 3.59 0.57 3.69 0.75 2.06 0.30 1.96 0.33 110.29 7.33 0.98 1.00 1.06 0.69
        WM⁃4⁃1 硅质板岩 36.50 66.70 7.74 28.40 4.91 1.38 4.18 0.61 4.02 0.94 2.92 0.45 2.81 0.45 162.00 8.90 0.86 1.34 0.93 0.91
        WM⁃5 碳质硅质岩 36.60 67.90 7.85 26.50 3.90 0.99 2.82 0.42 2.73 0.65 2.20 0.37 2.27 0.39 155.58 12.14 0.87 1.30 0.94 0.87
        MB⁃2 灰岩 2.72 5.73 0.59 2.14 0.49 0.06 0.42 0.06 0.33 0.08 0.20 0.03 0.18 0.02 13.04 8.93 0.99 0.61 1.06 0.41
        MB⁃5⁃1 灰岩 2.63 5.31 0.52 1.86 0.33 0.06 0.36 0.05 0.29 0.07 0.19 0.03 0.20 0.03 11.94 8.69 0.98 0.77 1.05 0.53
        SA⁃4⁃1 灰岩 11.80 19.60 2.16 8.43 1.51 0.62 2.20 0.28 2.08 0.54 1.75 0.25 1.63 0.26 53.11 4.91 0.84 1.45 0.88 1.04
        SA⁃4⁃6 灰岩 4.99 10.90 0.85 3.29 0.56 0.11 0.64 0.08 0.61 0.14 0.35 0.05 0.35 0.04 22.96 9.15 1.13 0.80 1.19 0.56
        SA⁃6 灰岩 8.11 14.30 1.57 6.45 1.28 0.52 2.00 0.23 1.57 0.39 1.26 0.17 1.05 0.16 39.07 4.72 0.87 1.38 0.92 1.00
        WM⁃1⁃1 灰岩 3.07 5.92 0.67 2.30 0.49 0.09 0.49 0.08 0.43 0.12 0.29 0.05 0.24 0.04 14.27 7.25 0.90 0.84 0.97 0.58
        WM⁃1⁃3 灰岩 1.31 2.72 0.26 0.96 0.14 0.04 0.22 0.02 0.15 0.05 0.11 0.01 0.08 0.01 6.09 8.30 1.00 0.92 1.07 0.66
        WM⁃1⁃4⁃1 灰岩 0.61 1.37 0.14 0.59 0.12 0.03 0.17 0.02 0.19 0.05 0.13 0.02 0.09 0.02 3.53 4.20 1.02 0.98 1.11 0.70
        WM⁃1⁃4⁃2 灰岩 6.41 12.90 1.13 4.21 0.79 0.18 0.69 0.11 0.69 0.15 0.43 0.06 0.40 0.06 28.21 9.88 1.03 1.05 1.08 0.71
        SA⁃4⁃2 碳质硅质灰岩 10.70 15.60 1.95 7.86 1.74 0.62 2.01 0.29 2.14 0.53 1.67 0.27 1.66 0.24 47.27 4.37 0.74 1.44 0.78 1.01
        SA⁃4⁃3 碳质硅质灰岩 9.48 15.20 2.29 9.93 2.33 0.41 2.59 0.36 2.51 0.66 1.80 0.29 1.43 0.19 49.46 4.04 0.71 0.73 0.77 0.51
        SA⁃4⁃4 碳质硅质灰岩 16.00 24.60 3.18 12.40 2.54 0.64 3.22 0.50 3.54 0.95 2.84 0.43 2.63 0.38 73.84 4.10 0.75 0.96 0.80 0.68
        SA⁃4⁃5 碳质硅质灰岩 10.30 17.00 1.81 6.97 1.17 0.20 1.34 0.19 1.46 0.41 1.39 0.20 1.17 0.17 43.78 5.92 0.85 0.71 0.89 0.50
        SA⁃5 碳质硅质灰岩 8.90 13.90 1.71 6.53 1.53 0.92 2.52 0.33 2.71 0.70 2.11 0.33 1.92 0.31 44.42 3.06 0.77 1.98 0.82 1.43
        WM⁃2 碳质硅质灰岩 3.21 7.04 0.73 2.63 0.51 0.09 0.50 0.06 0.37 0.07 0.19 0.04 0.19 0.03 15.65 9.89 1.00 0.80 1.08 0.55
        NRD⁃2 碳硅质页岩 69.10 106.50 14.95 65.50 12.60 1.84 14.10 2.14 13.15 3.07 8.76 1.17 6.57 1.03 320.48 5.41 0.72 0.60 0.78 0.42
        WM⁃6 碳硅质页岩 42.10 87.20 9.36 36.00 6.95 1.57 5.98 0.97 5.63 1.20 3.30 0.50 3.10 0.50 204.36 8.65 0.96 1.07 1.03 0.73
      • Al2O3含量主要取决于陆源物质输入量,而受成岩作用和后期变质作用影响较小,可作为物源的判别标准,陆壳的SiO2/ Al2O3值为3.6,与此比值接近的岩石其物源以陆源为主,超过此值的多是因生物或热水作用的补充[23]。研究区黑色岩系的Al2O3含量较高且集中体现在硅质岩中,硅质岩SiO2/ Al2O3值均略大于3.6,暗示硅质岩的物源主要为陆源且有热水或生物成分的补充。碳质硅质灰岩样品SiO2/ Al2O3值基本远大于3.6,暗示物源主要为热水或生物。碳硅质页岩样品SiO2/ Al2O3值接近3.6,暗示其物源为陆源。

        由于陆源物质富铝,大洋热水沉积物中富铁锰,因此沉积岩中Al/(Al+Fe+Mn)值>0.5时,其物源应为陆源,当比值<0.35时为热水沉积物。研究区黑色岩系Al/(Al+Fe+Mn)值范围0.07~0.93,均值0.59,表明黑色岩系物源主要为陆源。

      • 图4中可以看出硅质岩样品大部分位于水成区,一部分位于热水区,暗示正常水成环境下受到热水或生物影响;碳质硅质灰岩样品绝大部分位于热水区,暗示受到明显的热水或生物作用影响。灰岩、碳硅质页岩样品的SiO2/ Al2O3值仅有两组(表1),无法进行对比。

        图  4  SiO2/Al2O3图解(据赵立群等[24]

        Figure 4.  SiO2/Al2O3 diagram for Lower Cambrian black rock series (after Zhao et al.[24] )

        纯生物成因的硅质岩Al/(Al+Fe+Mn)值接近0.6,纯热水成因的硅质岩Al/(Al+Fe+Mn)值接近0.01[25]。研究区硅质岩样品除SA⁃7外,Al/(Al+Fe+Mn)值均>0.5,暗示受生物成因影响较高。从硅质岩的Al⁃Fe⁃Mn三角图解(图5)可见,除部分样品外,15件硅质岩样品中大部分落于生物成因硅质岩区,3件落于热水成因硅质岩区,表明硅质岩同时受热水和生物作用影响。

        图  5  硅质岩Al⁃Fe⁃Mn三角图解(据Adachi et al.[25]

        Figure 5.  Al⁃Fe⁃Mn triangle diagram for siliceous rock (after Adachi et al.[25] )

        一般情况下,海水中Ba含量仅为0.05 mg/kg,但受到海底火山活动影响时可达10~50 000 mg/kg[26]。研究区黑色岩系的Ba平均含量为10 325.43 mg/kg,相对沉积岩中Ba的平均含量(538 mg/kg)富集系数为18.14,表明研究区黑色岩系形成时期受海底火山活动影响,可能沿深大断裂发生多期次海底火山喷发和侵入活动,深部热源物质上升提供热液来源。

        As和Sb的富集是热水沉积作用区别于正常沉积物的重要标志[2728],从图3紫阳下寒武统黑色岩系微量元素蛛网图(图3)中可以看出研究区各类岩石均富集As,且富集系数达10倍以上,硅质岩、碳质硅质灰岩富集Sb,表现为热水沉积作用的特征。

        在Zn⁃Co⁃Ni图解中,大多数海底热液矿床投点位于Co含量低的Ni⁃Zn线附近(Ⅰ),而水成矿床的投点则位于距离Ni⁃Zn线较远并靠近Co角的区域(Ⅱ)[29]。将研究区黑色岩系样品按地区和岩性分类投图(图6),大部分样品位于靠近Ni⁃Zn线附近的区域,表明研究区黑色岩系成岩过程整体受到较高程度热水作用的影响。其中双安地区样品均位于Ni⁃Zn线附近,表明早寒武世时期双安地区受海底热液影响更明显;硅质岩样品部分位于距Ni⁃Zn线较近的区域,暗示受一定热水作用影响,以正常海相生物沉积为主,与Al⁃Fe⁃Mn三角图解的结果相一致;碳质硅质灰岩样品基本位于距Ni⁃Zn线较近的区域,碳硅质页岩两件样品均位于距Ni⁃Zn线较近的区域内,暗示它们受热水作用影响较高。

        图  6  Zn⁃Co⁃Ni图解(据Choi et al. [29]

        Figure 6.  Zn⁃Co⁃Ni diagram for lower Cambrian black rock series (after Choi et al. [29] )

        热水成因沉积物Co/Zn比值<0.4,正常自生来源沉积物的Co/Zn比值平约为2.5[30]。研究区32件样品中13件Co/Zn比值低于0.4,其中硅质岩样品5件,均值1.89;灰岩样品3件,均值0.79;碳质硅质灰岩样品3件,均值0.48;碳硅质页岩样品2件,均值0.13(表2)。表明硅质岩为正常沉积下受到一定热水作用影响,灰岩受热水作用影响较低,碳质硅质灰岩、碳硅质页岩受热水作用影响较高。

        正常海相沉积物中Sr/Ba比值大于1,受到海底热水流体作用影响越高则Sr/Ba比值越小[31],因此,Sr/Ba比值不仅可用于判别海相和陆相沉积物,还可反映受到海底热水作用的程度[32]。研究区黑色岩系不同岩性32件样品中共21件样品的Sr/Ba<1,其中硅质岩样品14件,碳质硅质灰岩4件,暗示受到较高程度热水作用影响,灰岩样品的Sr/Ba<1的样品数量仅为2件,反映了灰岩整体受热水作用影响较低(表2)。

        热水沉积的沉积速率较高,相对富U,因此热水沉积U/Th>1,正常海水沉积U/Th<1[6,33]。研究区黑色岩系中U/Th>1样品共12件,最高值为硅质岩。整体沉积环境为正常海相沉积环境并受一定程度热水作用的影响。

        图7图8分别为稀土元素北美页岩标准化配分图解和球粒陨石标准化配分图解。北美页岩标准化配分图解中以Ce负异常和Eu弱正异常(δEu>1的数据为15件)为特征,总体趋势基本水平或略左倾。球粒陨石标准化配分图解中δEu>1的数据为7件,Ce负异常不明显、Eu负异常明显,总体趋势明显右倾,表现为明显的轻稀土富集。

        图  7  稀土元素北美页岩标准化配分模式图

        Figure 7.  North American Shale normalized REE patterns of the black rock series

        图  8  稀土元素球粒陨石标准化配分模式图

        Figure 8.  Chondrite normalized REE patterns of the black rock series

        北美页岩标准化配分图中的Eu正异常、Ce负异常、左倾明显,以及球粒陨石标准化配分图解中Ce负异常不明显及Eu负异常明显的现象,属于典型的热水沉积特征[3435]。一般有两种可能导致海相沉积物中出现明显的Eu正异常:1)呈Eu正异常的富Ca长石类矿物的火山岩碎屑加入沉积过程;2)含Eu2+的高温还原热液加入沉积过程[34]。研究区黑色岩系岩石中未发现明显的火山物质且硅质岩非常发育,因此推测北美页岩标准化配分图解的Eu正异常与热水活动有关,暗示中高温流体参与了成岩作用过程,形成于热液参与下的正常海水沉积环境。另外,各类岩性的δEu均值存在一定差异,反映了受热水作用影响程度的不同[36]

        Ce在大陆地壳中较稳定,不易被风化迁移,故Ce在陆相沉积物中含量较高,在河水中含量较低,随着河水进入海水,海水中Ce的含量会相对减少,从而导致Ce的负异常。海相热水沉积物稀土总量较低,经北美页岩组合样标准化后,Ce常有明显负异常特征,且LREE/HREE>1,标准化曲线从而左倾或近于水平[6]。通过表3中北美页岩标准化数据计算得出δCe<1的数据为27件,而球粒陨石标准化数据计算得出δCe<1的数据为22件。在稀土元素北美页岩标准化配分图解(图7)中,标准化曲线为略显左倾—近水平趋势,表现为海相热水沉积特征。

        不同沉积环境、不同氧化还原条件下La/Ce的比值不同,热液结壳、古代海水的La/Ce为2.8,正常Fe⁃Mn水成沉积物的La/Ce为0.25[37]。研究区黑色岩系的La/Ce比值平均为0.25~2.8且靠近2.8(图9),表明正常水成环境下受到了较高程度热液作用影响,与REE和Co/Zn比值判断结果一致。

        图  9  紫阳下寒武统黑色岩系La/Ce图解(据Toth[30]

        Figure 9.  La/Ce diagram for lower Cambrian black rock series, Ziyang, Shaanxi Province (after Toth[30])

        不同类型的岩石在La/Yb⁃ΣREE图中有不同的限定区域,据此可用来恢复原岩。在La/Yb⁃ΣREE图中(图10),研究区黑色岩系样品绝大部分落在沉积岩区且靠近玄武岩区,表明研究区黑色岩系为正常海水和热液作用混合沉积,但热液与岩浆的关系尚不明确。紫阳境内深大断裂附近的基性火成岩岩体形成于早志留世的中、晚期,岩浆冲破上覆的早古生代地层和沉积物,未喷出的岩浆顺层侵入下伏的早古生代地层的不同层位中[38],因此图中样品靠近玄武岩区可能暗示了后期岩浆顺层侵入的影响。

        图  10  紫阳黑色岩系La/Yb⁃ΣREE图解(据李胜荣等[6]

        Figure 10.  La/Yb⁃ΣREE diagram for Lower Cambrian black rock series (after Li et al.[6] )

      • MnO/TiO2值能反映沉积水体深度,MnO/TiO2>0.5指示水体较深的半深海正常海相环境,MnO/TiO2<0.5指示大陆坡和边缘海的浅海环境[39]。研究区硅质岩的MnO/TiO2平均值为0.09,灰岩的MnO/TiO2平均值为0.53,碳质硅质灰岩的MnO/TiO2平均值为0.63,碳硅质页岩仅有一组MnO/TiO2比值为0.18,表明硅质岩、碳硅质页岩沉积环境可能为大陆坡和边缘海的浅海环境,灰岩、碳质硅质灰岩的沉积环境可能为水体较深的半深海正常海相环境(表1)。

        从大洋中脊到大陆边缘,硅质岩的Ce亏损趋向不明显,大洋中脊的δCe平均值为0.29,大洋盆地的δCe平均值为0.50,大陆边缘从Ce亏损不明显到正异常,δCe变化范围为0.79~1.54[40]。研究区硅质岩北美页岩标准化δCe平均值为0.73(0.24~0.98),球粒陨石标准化δCe平均值为0.79(0.25~1.06)(图8),从而可判断出硅质岩的沉积环境应介于大洋盆地和大陆边缘之间,属浅海—半深海的环境。

        V/(V+Ni)值和V/Cr值对沉积环境的还原有较高可靠性[41]。在缺氧条件下V比Ni更易富集,因此,V/(V+Ni)值大于0.57指示静海缺氧的还原环境,而V/Cr值大于4.25反映了缺氧环境[4243]。研究区灰岩、硅质岩、碳质硅质灰岩、碳硅质页岩的V/(V+Ni)平均值分别为0.55、0.84、0.76、0.81,V/Cr均值分别为5.99、5.38、8.06、7.10,均符合缺氧的沉积环境特征(表2)。

        U和Th的关系可用来指示缺氧环境,作为氧化还原的指标,δU=2U/(U+Th/3),δU>1时为缺氧环境,δU<1时则为正常海水环境[44]。研究区黑色岩系硅质岩δU>1的样品有10件,灰岩中δU>1的样品有4件,碳质硅质灰岩中δU>1的样品有1件,碳硅质页岩中δU>1的样品有1件,总体δU>1的样品为15件,表明硅质岩、灰岩沉积环境为缺氧沉积环境,碳质硅质灰岩沉积环境为正常海水环境。

      • 硅质岩样品共15件,SiO2含量较高,其余氧化物含量均相对较低,MnO/TiO2平均比值为0.14,Sr/Ba比值<1,表明其沉积环境应为大陆坡和边缘海的浅海—半深海沉积环境。V/(V+Ni)平均比值为0.85、V/Cr的平均比值为6.59,符合静海缺氧还原的环境。北美页岩标准化δCe平均值为0.63(0.24~0.87),球粒陨石标准化的δCe平均值为0.68(0.25~0.94),由此可判断沉积环境应介于大洋盆地和大陆边缘之间。SiO2/Al2O3比值>3.6的数据为11件,硅质岩的Al⁃Fe⁃Mn三角图解中大部分样品位于生物成因区,一部分位于热水成因区,As和Sb的富集、Sr/Ba的平均比值为0.17、U/Th均值2.00,稀土总量较低以及北美页岩标准化配分图左倾明显、Ce负异常不明显、明显的负Eu异常均表明硅质岩受到了较高程度热水作用的影响。灰岩样品共9件,MnO/TiO2的平均比值为0.53,Sr/Ba平均比值2.58,皆表明其沉积环境应为水体较深的半深海相,V/(V+Ni)平均比值为0.58、V/Cr平均比值为5.17,暗示了缺氧的还原性环境。U/Th均值0.60<1、Zn⁃Co⁃Ni图解中位于Ni⁃Zn线较远区域、Sr/Ba均值2.58>1均表明灰岩受热水作用较低,应为正常海相沉积产物。碳质硅质灰岩样品共6件,V/(V+Ni)、V/Cr平均比值均符合缺氧的还原环境特征,MnO/TiO2的平均比值为0.63指示半深海正常海相环境。SiO2/Al2O3比值全部>3.6,暗示受到了较高程度的热水或生物作用的影响。Co/Zn均值0.48、Sr/Ba值基本小于1、As和Sb的富集、稀土总量较低、北美页岩标准化配分图基本左倾、Ce负异常较明显、Eu负异常,均指示了碳质硅质灰岩受热水作用影响较高。碳硅质页岩样品共2件,SiO2/Al2O3均值3.83>3.6、Al/(Al+Fe+Mn)均值0.61>0.5表明陆源来源且受到热液或生物作用影响,在SiO2/Al2O3图中位于水成区,MnO/TiO2比值小于0.5指示浅海环境。V/(V+Ni)、V/Cr平均比值、δU值均指示缺氧的还原环境。Co/Zn均值0.13、Zn⁃Co⁃Ni图解中位于Ni⁃Zn线附近指示成因与热水有关。

        黑色岩系各类岩性岩石微量元素地壳丰度标准化图解均具有相似特征(图3),表明其形成于相似的沉积环境。研究区寒武纪时代地层总体构成一个沉积旋回,下统地层以碳和硅质岩为主,夹含硅质和重晶石等热水沉积岩,反映了同沉积时的热液活动[14]。下寒武统扬子陆块边缘海域海水中富有机质和悬浮物,促使表层水浮游生物生产力高,且边缘海斜坡位置海水循环不畅,形成隔绝封闭的环境。在海水、热液和生物的共同作用影响下形成浅海—半深海相缺氧的还原环境,为有机质的保存聚集和黑色岩系的形成提供了极为有利的条件。

        研究区黑色岩系具有以下典型特征:1)物源主要为陆源:SiO2/Al2O3>3.6,Al/(Al+Fe+Mn)值>0.5;2)浅海—半深海缺氧还原的沉积环境:MnO/TiO2<0.5,δCe的平均值介于大洋盆地和大陆边缘之间,V/(V+Ni>0.57、V/Cr均值>4.5;3)与海水、热液、生物作用关系密切:Ba、As、Sb高度富集,SiO2/Al2O3>3.6;4)正常海水和热液混合沉积:Co/Zn均值1.28、0.25<La/Ce<2.8、灰岩Sr/Ba>1,其余<1。

        将研究区黑色岩系与秦岭山阳下寒武统水沟口组黑色岩系[45]进行对比可以发现以下共同点:U/Th比值大部分>1指示热水沉积成因,Co/Zn比值变化范围较大显示受热水影响程度不同,V/(V+Ni)比值大多处于0.8~0.9之间反映缺氧环境;另外,水沟口组与研究区北美页岩标准化图解中Eu异常和Ce异常存在差异(Eu正异常与弱正异常、Ce弱负异常与负异常),反映了受热水影响程度不同。研究区与黔北下寒武统黑色岩系[9,34]进行对比可以发现Ba、As、Sb等元素的富集系数均较高,在Zn⁃Ni⁃Co图解中均显示了热水沉积的特点,此外,V/(V+Ni基本>0.57、V/Cr基本>2(均值>4.5)均反映了缺氧环境。

        通过地球化学特征分析,可初步得出以下结论:研究区内黑色岩系形成于缺氧还原的大陆坡边缘浅海—半深海沉积体系,属于正常海相沉积受到了较高程度热水作用及一定程度生物作用影响的沉积环境。鲁家坪组中下段的碳质硅质岩、碳硅质页岩均表现为正常海相沉积环境,箭竹坝组的碳质硅质灰岩表现为较高的热水影响。

      • (1) 紫阳地区黑色岩系主要由含碳质和硅质较高的灰岩、硅质岩组成,各类岩性样品中成矿物质含量丰富。

        (2) 紫阳下寒武统黑色岩系物质来源主要为陆源,稀土模式曲线基本平行指示其成因基本相同,V/(V+Ni)、V/Cr、Co/Zn、Sr/Ba等指示岩石形成于缺氧环境且有热水物质加入。

        (3) 紫阳下寒武统黑色岩系形成于浅海—半深海相缺氧的还原性环境,在黑色岩系形成过程中热水作用、生物作用活跃,碳质硅质灰岩受到较高程度热水作用的影响,硅质岩、碳硅质页岩为正常海相沉积下受一定程度热水作用影响,灰岩受热水作用影响较低,总体属于正常海水、生物和热液混合成因。

    参考文献 (45)

    目录

      /

      返回文章
      返回