热水沉积岩稀土元素地球化学
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发布时间：2022-10-19 12:54
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时间：2023-12-05 14:29
一、硅质岩稀土元素组成特征
稀土元素含量特征也是热水沉积和非热水沉积的重要标志。Shimizu等(1977)研究了属于热水成因的4件深海钻探采集的硅质岩和属于浅水陆源成因的3件日本和加拿大硅质岩中的Ce含量，发现热水成因硅质岩的δCe为负异常，平均为0.29，而浅水陆源非热水成因硅质岩的δCe为正异常，平均为1.2。Marchig(1982)及Fleet(1983)研究指出，热水含金属沉积物具有稀土总量低、有大的负铈异常、重稀土较标准含量有所富集，并具弱的负铕异常或正铕异常的特征，其稀土元素配分型式总趋势与海水相似;而非热水成因水成金属沉积物的稀土总量高，Ce为正异常或极弱的负异常，重稀土不富集，二者有明显区别。其原因在于热水源主要为向下渗透后再上升的海水，因此在热水沉积物中能保留海水固有的稀土总量低、Ce负异常等特点，同时也与沉积速率有关，热水沉积物与海水快速反应而沉积，保持了海水中Ce亏损的特点，大洋水成沉积物的沉积速度缓慢，是沉积物与海水经过充分作用(包括吸附、氧化作用等)而形成，故有Ce的正异常。
广西热水沉积的稀土元素含量及特征参数列于表5-7。由表可知，所列出的6个矿区的硅质岩，除下雷矿区外，其余矿区硅质岩的稀土元素总量均较低，一般为(4.81～55.5)×10-6。至于下雷矿区两个样品稀土元素总量分别达170.5×10-6和199.8×10-6，可能与这两件条带状硅质岩样品中的灰黑色条带有关。据显微镜下鉴定结果，岩石中之灰黑色条带是由含锰(铁)、炭质及钙质的硅质条带组成。由于锰、铁、炭质的吸附作用使其ＲEE丰度增高，从而使岩石的ＲEE含量增高。反之，下雷矿区的D7样品虽然如前所述有陆源物质混入，但不见含锰条带，其ＲEE总量仍较低，仅为21.8×10-6。另外就6个矿区总体进行比较，又以下雷、茶屯、木圭3个锰矿区的ＲEE总量较高，除上述下雷两件高含量样品外，其余样品ＲEE含量也达(21.8～55.5)×10-6，而另外3个矿区的ＲEE总量仅为(4.81～22.4)×10-6，又从另一个角度反映出锰矿区硅质岩中所含的锰、铁、炭质及黏土物质的吸附作用可能会使硅质岩中的ＲEE含量有所增大。
由表5-7及图5-13和图5-14可知，6个矿区15件样品中，δCe值除3件样品外，均小于1，其中10件样品的δCe值为0.33～0.82，显示负铈异常的特征。而3件具铈正异常及两件近于无铈异常(X1、X4)的样品，可能与其所含MnO较高有关(如高龙矿区两件具正异常者其MnO值达0.30%～0.35%，较高龙矿区其他样品均高，木圭锰矿样品含MnO达0.66%，下雷矿区X1、X4样品MnO含量分别达10.59%、8.02%)，由于Ce(OH)4与锰共沉淀而导致Ce的富集，从而使Ce具正异常(陈德潜等，1990)。涂光炽等(1988)的研究也指出:“δCe与MnO和Al2O3有同步变化趋势，与CaO有反向趋势”，同样说明区内部分样品铈的正异常可能与MnO的含量高有关。
虽然从LＲEE/HＲEE值得知广西硅质岩中稀土含量总体表现为轻稀土大于重稀土，但从北美页岩标准化的稀土元素配分模式图上(图5-14)可以看出，模式曲线大部分略向左倾或近于水平，表明其重稀土略有富集趋势。又据表5-7及图5-13和图5-14，本区硅质岩多具弱的负铕异常，少数具正铕异常或近于无异常。通过上述分析可知，广西6个矿区的硅质岩大多表现为稀土总量低、具负铈异常、重稀土有富集趋势及具弱的负铕异常等特点，与Marchig(1982)及Fleet(1983)指出的热水含金属沉积物稀土元素地球化学特征有相似之处，表明广西这些矿区的硅质岩主要应为热水沉积作用的产物。另据韩发等(1997)的资料，广西大厂长坡-铜坑3个硅质岩样品(T11、C15-2、DC9020)，稀土总量低(ΣＲEE为9.28×10-6～33.12×10-6)，具弱的负铈异常(δCe为0.91～0.92)、显著的负铕异常等(δEu为0.14～0.43)，比北美页岩富集重稀土，稀土配分模型与已知的燧石岩(如哈默斯里含铁建造中的燧石岩等)的图型十分相似，同样反映了大厂长坡-铜坑矿区硅质岩的热水沉积特征。
表5-7 广西热水沉积硅质岩的稀土元素含量及参数
注：本书样品测试单位为国土资源部武汉矿产资源监督检测中心。稀土总量包括Y的含量，HREE中不包括Y的含量。
因此，通过稀土元素地球化学特征的分析，可以看出，广西这些矿区的硅质岩主要为热水沉积作用的产物，但有陆源水成非热水沉积物的加入。
图5-13 广西热水沉积硅质岩的稀土配分图(样品号同表5-7)
图5-14 广西热水沉积硅质岩的稀土配分图(样品号同表5-7)
二、电气石岩(电英岩)稀土元素组成特征
广西一洞电英岩及大厂长坡电气石岩稀土元素及特征参数见表5-8，其球粒陨石标准化及北美页岩标准化后的ＲEE配分曲线见图5-15及图5-16。韩发等(1997)的研究指出，大厂长坡及加拿大沙利文矿区的电气石岩为热水沉积岩。丁悌平等(1994)通过硅同位素地球化学研究后也指出，沙利文的电气石岩为热水沉积成因。因此，为便于对比，还将沙利文矿区电气石岩的资料表示于上述图表中。
表5-8 广西热水沉积电气石岩(电英岩)的稀土元素含量及参数
注：本书样品测试单位为国土资源部武汉矿产资源监督检测中心；稀土总量及HREE均未包抱Y的含量。
由表5-8及图5-15和图5-16可以看出，广西一洞及大厂长坡的电英岩(电气石岩)与加拿大沙利文的电气石岩三者间的稀土元素地球化学特征比较相似，其稀土总量为低—中等含量，总体较前述广西硅质岩的ＲEE总量(表5-7)要高，以大厂长坡稍低，ΣＲEE为31.07×10-6，而一洞与沙利文较为接近，ΣＲEE为(50.24～78.86)×10-6。其稀土配分曲线极为相似，均具弱的负铈异常(δCe=0.75～0.95)及负铕异常(δEu=0.47～0.68)，且轻稀土大于重稀土，但在北美页岩标准化的稀土配分曲线图上(图5-15，图5-16)，其曲线均略向左倾或近于水平，又表明其重稀土仍有富集趋势。因此，通过稀土元素地球化学特征的对比，可以认为一洞电英岩及长坡电气石岩与沙利文的电气石岩一样，也属热水沉积岩。同时，矿区电英岩(电气石岩)稀土元素的这些特征与前述含金属热水沉积物的稀土元素地球化学特征(Marchig，1982;Fleet，1983)也较为相似，表明一洞及大厂的电英岩(电气石岩)确具热水沉积特征。
图5-15 广西热水沉积电英岩(电气石岩)稀土配分图(样品号同表5-8)
图5-16 广西热水沉积电英岩(电气石岩)稀土配分图(样品号同表5-8)
三、重晶石岩稀土元素组成特征
广西鸡笼顶、古潭及盘龙3个矿区中9件重晶石岩样品的稀土元素含量及特征参数见表5-9，稀土配分模型见图5-17和图5-18。
表5-9 广西部分热水沉积重晶石岩的稀土元素含量及参数
注：样品10、11产地为东北太平洋南勘探者洋脊，其中P1505 -4样含重品石65%，氧化硅5%；CV -9样含重晶石75%，氧化硅16%。稀土总量包括Y的含量，而HREE中不包括Y的含量。木书样品测试单位为国土资源部武汉矿产资源监督检测中心。
图5-17 广西部分热水沉积重晶石岩的稀土配分图(样品编号同表5-9)
图5-18 广西部分热水沉积重晶石岩的稀土配分图(样品编号同表5-9)
由表5-9及图5-17和图5-18可知，广西这3处重晶石岩的稀土元素组成特征较明显:
1)3个矿区重晶石岩的稀土元素总量都较低，除古潭矿区深4样的ΣＲEE稍高，为38.7×10-6外，其余8件样品的ΣＲEE都很低，仅为(2.3～15.7)×10-6。
2)重晶石岩都具极明显的正铕异常，其δEu为3.33～30.60。
3)重晶石岩铈异常有正有负，从中等至弱的负铈异常(δCe=0.55～0.85)到较大的正铈异常(δCe=1.55～4.70)。
4)重晶石岩轻稀土明显大于重稀土，其LＲEE/HＲEE为3.94～34.76，其中近一半样品的比值大于16。在北美页岩标准化图(图5-18)上，其稀土配分曲线除个别样品微向左倾、重稀土显示富集趋势外，其余样品大多表现为略向右倾，即相对北美页岩而言仍富轻稀土。
5)上述特征与东北太平洋南勘探者洋脊含氧化硅块状重晶石样品的稀土元素组成特征(表5-9;图5-17;Timothy等，1990)十分相似，后者也具稀土元素总量低(ΣＲEE=1.52×10-6～7.94×10-6)、具正铕异常(δEu=3.31～19.15)、铈异常为中等的负铈异常到弱正铈异常(δCe=0.49～1.06)、轻稀土大于重稀土等特征(LＲEE/HＲEE=3.77～23.30)。
韩发等(1997)研究指出，“不同地质环境下热液系统中热流体及有关化学沉积物的研究证明，在海底热泉喷口处，在海水混入量较少的情况下，热流体及其有关化学沉积物显著富含轻稀土，并具强正铕异常”(表5-10;图5-19)。
表5-10 不同地质环境下高温热流体及其化学沉积物稀土元素的某些特征参数
(引自韩发等，1997)
图5-19 不同地质环境下现代热液系统流体的稀土元素配分图型(Michard，1989;引自韩发等，1997)
据上述可以看出，广西3个矿区重晶石岩的稀土元素地球化学特征，不仅与东北太平洋南勘探者洋脊含氧化硅块状重晶石极其相似，而且也与不同地质环境下现代热液系统中热流体及其化学沉积物的稀土元素地球化学特征十分相似。因此，稀土元素地球化学特征的研究也表明，广西3个矿区重晶石岩主要应为热水沉积作用的产物。
