上二叠统页岩中的稀土元素

上二叠统页岩中的稀土元素

稀土是一种非常特殊的元素，其性质相似，稳定性好，溶胀性一般较低。而在风化、剥蚀、搬运、再沉积及成岩作用过程中又由于稀土元素性质的微弱差异又可以发生元素的富集与亏损。一般认为，沉积岩中稀土元素含量的变化与物源区的成分、沉积环境中的交换反应密切相关。因此，研究稀土元素的化学性质对揭示沉积岩的物源特征、沉积环境变化、大地构造背景等具有重要意义。近些年来，我国不少学者在稀土元素研究中取得了重大成果。鲁洪波等将稀土元素地球化学应用于岩相古地理研究，指出稀土元素对识别层序、体系域边界及恢复层序框架内的岩相古地理有重要意义。刘锐娥等以鄂尔多斯盆地上古生界为例，探讨了泥质岩的稀土元素地球化学特征，指出了鄂尔多斯盆地上古生界北部物源具有明显的东西分带性。陈庆春等利用稀土元素，分析了济阳坳陷区古生界到新生界沉积物物源的演化。然而，受样品采集个数和代表性的限制，对黔西北地区晚古生代沉积岩中稀土元素的系统研究则较少。本文在前人研究的基础上，以黔西北地区作为研究区域，对区内二叠系的泥岩、灰岩样品的稀土元素赋存状态及分布规律等进行了系统研究1含矿层和含矿岩石性质1.1组织底部含矿层产于上二叠统峨嵋山玄武岩组顶部、宣威群或龙潭组底部之间，稀土元素主要含于玄武土（峨嵋山玄武岩组顶部）及粘土岩（宣威组底部）中，分布普遍，尤以测区西部稳定连续，为区内主要含矿层。1.2含矿岩石及含矿地层沉积相(1）玄武土：覆于灰绿色玄武岩之上，厚0～5m，一般1～2m。紫色，风化后呈碎片状，或显页理。可见已被粘土矿物替代的白色斜长石晶体，其间隙中为紫色、紫红色氧化铁和粘土混合物，顶部0～0.4m铁质增多，呈黄褐色、绿褐色、紫褐色，风化面常有厚数厘米至10余厘米之褐铁矿皮壳，系具填间结构之玄武岩风化所致。(2）粘土岩：覆于玄武土或玄武岩之上。下部多呈肉红色，由水云母粘土矿物组成，含铁质，常具鲡状结构，偶夹绿泥石岩透镜体，局部地段底部见有厚小于0.6m铁质玄武岩砾岩，砾石以棱角状、半滚圆状玄武岩为主，赤铁矿次之、胶结物为胶体沉积的氧化铁、绿泥石、粘土等，系玄武岩风化破碎及析出的胶体溶液原地沉积物，中部呈灰白色，质地均匀、细腻，由含水铝氧石水云母粘上矿物组成；上部呈黄色或黄杂灰白色，由含氧化铁水云母粘土矿物组成，局部具鲕状结构，偶夹绿泥石岩透镜体。肉红色鲕状铁质粘土岩曾取一件人工重砂样，所见重矿物主要为圆粒状赤铁矿、褐铁矿，其次有黄铁矿、锆石、自钛石、磷灰石、铬铁矿、石英、绿帘石以及粘土岩屑、含磁铁矿包体之岩屑等。(3）局部含矿的凝灰岩：呈紫红—粉红色，碎屑成分主要为玻屑，少为斜长石晶屑，胶结物为火山灰，大部分己风化蚀变为粘土矿物。其它含矿岩石，亦以富含粘土矿物为基本特征。2部肉红质粘土岩含矿层中的矿层TR203一般0.11%～0.4%。以峨嵋山玄武岩组顶部富含铁质的黄褐色玄武土，以及宣威群底部肉红色鲕状铁质粘土岩TR203较高。中营矿点个别工程所见厚0.40m之黄褐色玄武土，TR203高达1.21。其总的趋向亦有西高东低之势。野外观察及光薄片、人工重砂鉴定结果，均未发现稀土矿物，贵州省地质局实验室曾对中营矿点所采个别样品，使用选择溶剂进行稀土浸取回收的观察，初步认为稀土元素呈复氧化物为粘土矿物所吸附。3从性别上看，nb、ga的检测常含K矿石经光谱半定量全分析，普遍见以下元素含量较高：Nb一般<0.01～0.05%，最高0.2%;Ga一般0.002～0.008%，最高0.03%;Zr一般0.01～0.2%，最高0.8%。4成矿分析4.1粘土岩成因含矿层之含矿岩石主要为大致成层的、玄武岩原地风化的玄武土及玄武土经破碎而原地沉积的粘土岩，向测区东部则含矿岩石渐为异地迁移沉积的粘土岩等，因此其成因类型主要属古风化壳型，向东部渐变为沉积型。矿质绝大可能来源于玄武岩，据玄武岩光谱分析结果，普遍含微量Y、Yb等稀土元素，经长期风化淋滤作用，为粘土矿物吸附，而于玄武土—粘土岩中富集。4.2第三火山断矿层序稀土元素的产出及富集，取决于玄武岩古风化壳发育程度，而受当时古地理环境的控制。晚二叠世峨嵋山玄武岩喷发末期（第三旋回），喷发层之间常有较长时间之喷发间断，而使玄武岩遭受风化淋滤作用，尤以最后喷发之顶面遭受最甚，故于峨嵋山玄武岩组顶部一宣威组底部以及峨嵋山玄武岩组第三段中，分别形成含矿层。由于峨嵋山玄武岩第三喷发旋回（段）不止有一次间断，所以除目前已知的含矿层外，可能还有含矿层，值得工作中注意。又之，峨嵋山玄武岩组西厚东薄，故在喷发末期造成了西高东低的古地势特征。西部风化淋滤作用强烈，古风化壳发育，形成之玄武土—粘土岩分布普遍，所含之矿层纵横方向均较连续，厚度大，品位高，向东部地势逐渐低洼，风化淋滤作用时间渐短，古风化壳发育不良，含矿变差，而较早接受含煤沉积。同时由于西部有部分古风化壳稀土元素等物质，运移至东部为含煤沉积岩层吸附沉积，因而造成东部含矿层位逐渐升高，矿层分散而层数增多