安徽石台早寒武世黑色岩系：沉积地球化学特征与含矿性解析

安徽石台早寒武世黑色岩系：沉积地球化学特征与含矿性解析一、引言1.1研究背景与意义早寒武世在地球演化进程中占据着极为关键的地位，这一时期发生了诸多重大地质事件，如著名的寒武纪大爆发，大量的无脊椎动物化石在寒武纪早期地层中突然大量出现，这一现象至今仍吸引着众多地质学家和古生物学家的深入研究，成为探索生命演化奥秘的关键窗口。同时，全球冰川事件也在早寒武世留下了深刻的印记，对当时的地球环境产生了深远影响。在这一时期形成的早寒武世黑色岩系，是一套以富含有机质为特征的海相细粒沉积岩组合，涵盖了各种暗色页岩、硅质岩、粉砂岩以及少量碳酸盐岩。中国南方下寒武统黑色岩系素有“多金属富集层”的美誉，其中富含V、U、P、REE（稀土元素）、Ni、Mo、PGE（铂族元素）等多种元素，其成因复杂，一直是地质学界研究的热点。不同学者从不同角度提出了多种成因观点，包括热卤水、火山物质和地外物质模式；海底热泉或其它陆源等未定型模式；正常海水沉积作用和有机质富集作用模式；海相热水成因的多阶段模式等。这些观点的提出，反映了黑色岩系成因研究的复杂性和多样性，也表明对这一领域的研究仍有待进一步深入。安徽石台地区地处皖南造山带南部，是重要的金、铅、锌、银矿区。区内的早寒武世黑色岩系作为该地区的重要地层，对揭示区域地质演化历程、剖析成矿作用机制起着举足轻重的作用。研究石台地区早寒武世黑色岩系，能够为了解该地区在早寒武世时期的古地理环境、古气候条件以及沉积演化过程提供关键线索。通过对岩系中地球化学元素的分析，可推断当时的沉积环境，如氧化还原条件、水体酸碱度等，进而重建区域地质历史。对该岩系含矿性的研究，有助于深入探讨成矿作用的类型、时间和地质背景。明确岩系中各类金属元素的富集规律和赋存状态，能够判断其是否具备成矿潜力，确定矿源层或初始矿胚层，为后续的矿床勘探和开发提供科学依据，对区域经济发展和矿产资源的合理利用具有重要意义。通过对石台早寒武世黑色岩系的研究，还能为其他类似地区的矿产资源开发提供宝贵的借鉴和参考，完善区域地质勘探、矿产储量估算和勘探方案等，对推动区域经济发展和社会进步具有现实和深远的意义。1.2国内外研究现状早寒武世黑色岩系的研究一直是国内外地质学界的热门话题。在国外，相关研究起步较早，主要聚焦于黑色岩系的地球化学特征和沉积环境分析。学者们运用先进的分析技术，对黑色岩系中的主量元素、微量元素和稀土元素等进行了细致的测定和研究，发现黑色岩系中某些元素的富集与特定的沉积环境和地质过程密切相关。通过对黑色岩系中有机质的研究，探讨了当时的古海洋生产力和生物地球化学循环。在沉积环境方面，国外研究多基于海洋地质学和沉积学理论，结合地球化学数据，重建了早寒武世时期的古海洋环境，如水体深度、氧化还原条件等。国内对于早寒武世黑色岩系的研究也取得了丰硕成果。在地球化学方面，众多学者针对中国南方下寒武统黑色岩系开展了深入研究，分析了其元素地球化学特征，揭示了其物质来源、氧化还原条件和古海洋生产力等关键信息。研究表明，中国南方下寒武统黑色岩系富含多种金属元素，其成因与热水沉积、正常海水沉积以及有机质富集等多种因素有关。在沉积学方面，通过对黑色岩系的岩石学特征、沉积构造和地层序列的研究，探讨了其沉积环境和沉积演化过程。学者们认为，早寒武世时期中国南方地区的沉积环境复杂多样，受海平面变化、构造运动等因素影响，经历了海侵-海退旋回。针对安徽石台地区早寒武世黑色岩系的研究相对较少。已有的研究主要集中在对该地区黑色岩系的地质特征和地球化学特征分析，如对石台地区下寒武统荷塘组及黄柏岭组黑色岩系的岩性、厚度、分布规律等进行了调查，发现该地区黑色岩系中部碳质页岩为“多金属富集层”，其形成于海相热水沉积作用，沉积环境从早期的缺氧还原环境逐渐过渡到后期的半还原-氧化环境。然而，这些研究在含矿性方面的探讨尚不够深入，对于成矿元素的赋存状态、成矿机制以及矿床勘探和开发的建议等方面还存在不足。现有研究虽在早寒武世黑色岩系的地球化学和沉积学等方面取得了一定进展，但仍存在一些尚未解决的问题。在地球化学研究中，对于某些元素的富集机制和迁移规律的认识还不够清晰，不同地区黑色岩系地球化学特征的对比研究也有待加强。在沉积学研究中，对于沉积环境的精确重建和沉积演化过程的动态分析还存在一定困难。在含矿性研究方面，对于早寒武世黑色岩系与成矿作用的关系，特别是在矿床勘探和开发的实际应用方面，仍需要进一步深入研究。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容本研究将全面、系统地对安徽石台早寒武世黑色岩系进行多维度探究，涵盖地质特征、地球化学特征以及含矿性等关键领域。在地质特征方面，开展细致的野外地质调查工作。对石台早寒武世黑色岩系的地层剖面进行详细实测，精确记录各岩性层的厚度、岩性组合以及它们之间的相互关系。例如，荷塘组自下部至上部岩性依次为硅质岩/硅质页岩、含硅碳质页岩、碳质页岩、页岩、含碳质页岩、钙质泥岩；黄柏岭组自下部至上部岩性依次为硅质岩/硅质页岩、含硅质碳质页岩、碳质页岩、碳质泥岩夹硅质泥岩和含碳泥状灰岩、钙质泥岩。同时，深入观察沉积构造，如层理构造、韵律层等，以判断其沉积环境和沉积过程。通过对这些地质特征的分析，构建该地区早寒武世黑色岩系的地层格架，为后续研究奠定坚实的地质背景基础。针对地球化学特征，对黑色岩系的样品进行全面的野外、室内分析。运用先进的分析技术，测定主量元素、微量元素和稀土元素的含量。通过主量元素分析，了解岩石的基本化学组成，判断其物质来源。微量元素和稀土元素分析则有助于揭示沉积环境、氧化还原条件以及古海洋生产力等重要信息。例如，研究微量元素组成及相关元素比值，判断黑色岩系是否形成于海相热水沉积作用。分析稀土元素配分模式，探讨是否有深源物质的加入以及沉积环境的变化。结合元素分析结果，深入探讨该岩系的物源性质，重建其地质演化过程。在含矿性研究上，对黑色岩系中的矿床进行系统调查。分析成矿元素的种类、含量和分布规律，确定矿化富集部位。研究成矿元素的赋存状态，判断其是否具备工业开采价值。通过对荷塘组及黄柏岭组中部“多金属富集层”碳质页岩成矿金属元素的分析，初步判断此层位是否为多金属元素的矿源层或初始矿胚层。探讨该地区成矿作用的类型、时间和地质背景，为矿床的勘探和开发提供科学依据。1.3.2研究方法本研究采用多种研究方法，确保研究的全面性和科学性。在野外地质调查过程中，对石台地区进行全面的实地勘查，按照1:5万的比例尺，对下寒武统荷塘组及黄柏岭组黑色岩系进行详细的地质填图。通过穿越法和追索法，系统观察地层的出露情况、岩性特征、接触关系以及构造变形等。选择露头良好、地层序列完整的区域，实测地层剖面，使用地质罗盘、测绳等工具，精确测量地层的厚度、产状，并详细记录各层的岩性、沉积构造等信息。样品采集与分析工作至关重要。在野外按照一定的间距和代表性原则，采集黑色岩系的岩石样品。对于不同岩性层，如硅质岩、碳质页岩、钙质泥岩等，分别采集足够数量的样品，以保证分析结果的可靠性。将采集的样品进行编号、登记，妥善保存并带回实验室。在实验室中，首先对样品进行清洗、粉碎、研磨等预处理，使其达到分析要求。采用X射线荧光光谱仪（XRF）分析主量元素含量，该方法具有分析速度快、精度高、可同时测定多种元素等优点；运用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定微量元素和稀土元素含量，能够准确检测出极低含量的元素。在地球化学数据处理方面，运用多种方法对分析数据进行深入挖掘。计算相关元素比值，如V/Cr、Ni/Co等，这些比值在判断沉积环境的氧化还原条件方面具有重要指示作用。采用球粒陨石标准化、北美页岩标准化等方法，对稀土元素数据进行标准化处理，绘制稀土元素配分模式图，以便更直观地分析稀土元素的分布特征和异常情况。通过相关性分析，研究不同元素之间的相互关系，探讨元素的来源和迁移规律。运用主成分分析（PCA）等多元统计分析方法，对地球化学数据进行综合分析，提取主要信息，揭示黑色岩系的地球化学特征和成因机制。二、区域地质背景2.1安徽地区早寒武世古地理格局早寒武世时期，安徽地区呈现出独特的“两盆夹一台”古地理格局。在这一格局中，北部为碳酸盐岩台地，此台地在当时的地质环境下，是碳酸盐物质大量沉积的区域，其形成与当时的海平面变化、水体酸碱度以及生物活动等因素密切相关。碳酸盐岩台地的存在，反映了早寒武世时期安徽北部地区相对稳定的浅水环境，适宜大量的造礁生物生长和碳酸盐物质的沉淀。南北两侧则为陆棚-盆地，这些陆棚-盆地是沉积作用活跃的区域。陆棚作为连接大陆和深海的过渡地带，接受了来自大陆的陆源碎屑物质以及海洋中的生物碎屑等，形成了各种类型的沉积岩，如泥页岩、粉砂岩等。盆地则处于更深的水体环境，沉积了细粒的沉积物，为黑色岩系的形成提供了物质基础。石台地区在这一古地理格局中处于斜坡位置，这一特殊的地理位置对其沉积环境和地质演化产生了重要影响。斜坡位置使得石台地区既受到陆源物质的影响，又受到海洋环境的作用，沉积物质来源丰富多样。在早寒武世的地质演化过程中，斜坡位置的地形起伏和水流变化，导致了沉积作用的复杂性。不同时期的海平面升降、水流方向和强度的改变，使得石台地区的沉积物类型和沉积厚度发生了明显的变化。在海侵时期，水体加深，沉积物粒度变细，以泥质和硅质沉积为主；在海退时期，水体变浅，陆源碎屑物质增多，沉积粒度变粗。这种沉积环境的变化，记录了早寒武世时期安徽地区的地质演化历史，也为研究黑色岩系的形成和含矿性提供了重要线索。2.2地层分布与特征研究区内，下寒武统荷塘组广泛分布于石台地区的多个区域，在地质历史的长河中，荷塘组的沉积记录了早寒武世时期特定的地质演化信息。其岩性自下而上呈现出规律性变化，下部主要为硅质岩和硅质页岩，这些岩石的形成与当时的海洋环境密切相关。硅质岩的形成可能与硅质生物的大量繁殖和沉积有关，硅质页岩则是在相对安静的水体环境中，由硅质和泥质物质混合沉积而成。中部为含硅碳质页岩和碳质页岩，碳质的富集表明当时的沉积环境可能处于缺氧或贫氧状态，有利于有机质的保存和积累。上部则为页岩、含碳质页岩以及钙质泥岩，页岩的出现反映了水体能量的相对稳定，钙质泥岩的形成可能与海水中的钙含量以及生物活动有关。荷塘组与下伏震旦系呈不整合接触，这种不整合关系记录了一次重要的地质构造运动，表明在震旦纪之后，该地区经历了地壳的抬升、剥蚀等过程，然后才开始了荷塘组的沉积。与上覆黄柏岭组则为整合接触，显示了沉积过程的连续性，在荷塘组沉积之后，该地区没有发生明显的构造运动或沉积间断，从而使得黄柏岭组能够在荷塘组的基础上连续沉积。黄柏岭组同样在石台地区有着广泛的出露，其沉积特征与荷塘组既有联系又有区别。自下而上，岩性依次为硅质岩/硅质页岩、含硅质碳质页岩、碳质页岩、碳质泥岩夹硅质泥岩和含碳泥状灰岩、钙质泥岩。与荷塘组相比，黄柏岭组在厚度上明显更大，这可能与当时的沉积速率、沉积环境的稳定性以及物源供应等因素有关。在岩性组合上，虽然两者都包含硅质岩、碳质页岩等，但黄柏岭组上部碳质泥岩和钙质泥岩的组合更为突出，反映了沉积环境在黄柏岭组沉积时期的进一步变化。黄柏岭组与下伏荷塘组整合接触，与上覆地层的接触关系则因区域而异，在部分地区与上覆地层呈整合接触，表明沉积过程的持续稳定；在其他地区可能存在不整合或假整合接触，这可能是由于后期的构造运动导致地层的变形和缺失。2.3构造运动对沉积的影响江南深断裂带作为区域内重要的构造边界，对石台地区早寒武世沉积环境产生了深远影响。该断裂带的活动历史悠久，其性质在不同时期有所变化，在早寒武世时期，其活动较为频繁。从区域构造背景来看，江南深断裂带的活动控制了区域的地形地貌格局。在早寒武世，断裂带的活动导致了地壳的升降运动，使得石台地区处于相对低洼的区域，为沉积物的汇聚提供了场所。断裂带的活动还影响了沉积物质的来源。当断裂带活动强烈时，会引发深部物质的上涌，使得来自深部的火山物质和热液物质参与到沉积过程中。这些深部物质富含多种金属元素，如V、U、Ni、Mo等，它们的加入改变了沉积岩的地球化学组成，为黑色岩系中金属元素的富集提供了物质基础。在早寒武世早期，受江南深断裂带活动的影响，石台地区可能处于相对稳定的构造环境，海平面相对稳定，沉积环境较为安静，有利于细粒沉积物的沉积，如硅质岩、泥页岩等的形成。随着断裂带活动的增强，地壳发生升降运动，导致海平面出现升降变化。在海侵时期，海平面上升，水体加深，石台地区接受了更多的海洋沉积物，形成了以碳质页岩为主的沉积层，碳质的富集反映了当时水体的缺氧或贫氧环境。在海退时期，海平面下降，陆源物质输入增加，沉积环境逐渐变为半还原-氧化环境，形成了页岩、钙质泥岩等沉积层。除了江南深断裂带，其他小规模的断裂构造也对石台地区的沉积产生了一定影响。这些小规模断裂构造可能导致局部地区的地形起伏变化，影响水流的方向和速度，从而影响沉积物的搬运和沉积。在断裂附近，可能会出现沉积物的快速堆积或侵蚀现象，使得沉积层的厚度和岩性发生变化。这些小规模断裂还可能为热液活动提供通道，进一步影响沉积岩的地球化学特征和含矿性。三、黑色岩系地质特征3.1地层剖面实测与分析在对安徽石台地区早寒武世黑色岩系的研究中，地层剖面的实测是获取基础地质信息的关键环节。研究团队精心挑选了鲤鱼坦荷塘组剖面、福庵-考坑荷塘组剖面和皂角树-黄柏坑黄柏岭组剖面，这些剖面均具备露头良好、地层序列完整的特点，为研究提供了理想的素材。鲤鱼坦荷塘组剖面的岩性自下而上呈现出明显的变化规律。下部为硅质岩和硅质页岩，硅质岩质地坚硬，颜色较深，常含有生物硅质成分，反映了当时水体中硅质生物的繁盛。硅质页岩则是硅质与泥质混合沉积的产物，其层理较为清晰，显示出在相对安静的水体环境中沉积的特征。中部为含硅碳质页岩和碳质页岩，碳质的出现表明沉积环境逐渐转变为缺氧或贫氧状态，有利于有机质的保存和富集。上部为页岩、含碳质页岩和钙质泥岩，页岩的层理细腻，反映了水体能量相对稳定；含碳质页岩则延续了中部的碳质特征；钙质泥岩的形成与海水中钙含量以及生物活动密切相关，可能是由于生物骨骼的分解和沉淀，或者是海水中碳酸钙的直接沉淀。该剖面总厚度达356.8m，其岩性的变化记录了早寒武世时期该地区沉积环境的演变过程。福庵-考坑荷塘组剖面岩性自下而上依次为硅质岩、硅质页岩、碳质页岩、页岩。硅质岩和硅质页岩的特征与鲤鱼坦荷塘组剖面下部相似，同样反映了早期的沉积环境。碳质页岩的发育表明该区域在沉积过程中也经历了缺氧环境，有机质得以积累。页岩的出现则显示后期水体环境相对稳定，沉积物质来源较为单一。该剖面总厚度为313.4m，与鲤鱼坦荷塘组剖面相比，厚度略有差异，这可能与沉积时期的地形、物源供应以及海平面变化等因素有关。皂角树-黄柏坑黄柏岭组剖面岩性更为复杂多样。下部为硅质岩和硅质页岩，与前两个剖面的下部岩性一致。中部为含硅质碳质页岩、碳质页岩、碳质泥岩夹硅质泥岩和含碳泥状灰岩，含硅质碳质页岩和碳质页岩进一步证实了该区域在沉积过程中存在缺氧环境，且硅质成分的加入丰富了沉积物质的来源。碳质泥岩夹硅质泥岩和含碳泥状灰岩的组合则反映了沉积环境的复杂性，可能是由于水体深度、水流速度以及物源供应的变化导致不同类型沉积物的交替沉积。上部为钙质泥岩，同样表明后期沉积环境与海水中的钙含量和生物活动密切相关。该剖面总厚度为641.15m，是三个剖面中厚度最大的，这可能与该区域在沉积时期处于相对低洼的位置，能够接受更多的沉积物有关。通过对这三个剖面的实测和分析，可以清晰地看出，石台地区早寒武世黑色岩系的岩性变化与沉积环境密切相关。从下部的硅质岩和硅质页岩，到中部的碳质页岩，再到上部的页岩和钙质泥岩，反映了沉积环境从相对氧化的浅水环境逐渐转变为缺氧的深水环境，最后又回到相对氧化的浅水环境的过程。这种环境的变化与早寒武世时期的海平面升降、构造运动以及生物活动等因素密切相关。在早寒武世早期，海平面上升，水体加深，导致沉积环境变为缺氧状态，有利于碳质页岩的形成。随着时间的推移，海平面下降，水体变浅，沉积环境逐渐变为氧化状态，形成了页岩和钙质泥岩。这些岩性变化和沉积环境的演变，为研究早寒武世时期的地质历史提供了重要线索。3.2岩性组合特征对安徽石台地区早寒武世黑色岩系的地层剖面实测数据进行分析，发现荷塘组和黄柏岭组的岩性组合呈现出各自独特的特征。荷塘组岩性组合较为多样，底部通常为硅质岩或硅质页岩，硅质岩质地坚硬，多呈灰黑色，硅质成分含量较高，这表明在沉积初期，水体中硅质物质较为丰富，可能与当时的生物活动或火山活动有关。硅质页岩则是硅质与泥质混合沉积的产物，其层理较为清晰，反映了沉积环境相对稳定，水体能量较低。向上过渡为含硅碳质页岩和碳质页岩，碳质的出现表明沉积环境逐渐转变为缺氧或贫氧状态，有利于有机质的保存和富集，可能是由于海平面上升，水体加深，导致底层水体缺氧。再往上为页岩、含碳质页岩和钙质泥岩，页岩的层理细腻，显示沉积环境持续稳定；含碳质页岩延续了碳质特征；钙质泥岩的形成与海水中钙含量以及生物活动密切相关，可能是由于生物骨骼的分解和沉淀，或者是海水中碳酸钙的直接沉淀。黄柏岭组岩性组合同样丰富，底部也是硅质岩或硅质页岩，与荷塘组底部岩性类似，反映了早期沉积环境的相似性。中部为含硅质碳质页岩、碳质页岩、碳质泥岩夹硅质泥岩和含碳泥状灰岩，含硅质碳质页岩和碳质页岩进一步证实了该区域在沉积过程中存在缺氧环境，且硅质成分的加入丰富了沉积物质的来源。碳质泥岩夹硅质泥岩和含碳泥状灰岩的组合则反映了沉积环境的复杂性，可能是由于水体深度、水流速度以及物源供应的变化导致不同类型沉积物的交替沉积。上部为钙质泥岩，表明后期沉积环境与海水中的钙含量和生物活动密切相关。对比荷塘组和黄柏岭组，两者在厚度和岩性组合上存在明显差异。在厚度方面，黄柏岭组明显大于荷塘组，如鲤鱼坦荷塘组剖面总厚度为356.8m，而皂角树-黄柏坑黄柏岭组剖面总厚度达641.15m。这种厚度差异可能与沉积时期的构造运动、物源供应以及沉积速率等因素有关。在岩性组合上，虽然两组底部都以硅质岩或硅质页岩为主，但荷塘组上部主要为页岩、含碳质页岩和钙质泥岩的组合，而黄柏岭组上部则以碳质泥岩和钙质泥岩组合更为突出，且黄柏岭组上部地层厚度明显比荷塘组大。这种岩性组合的差异反映了两个组在沉积过程中沉积环境的变化和演化存在差异，可能与海平面升降、构造运动以及物源供应的变化等因素密切相关。3.3沉积相分析通过对安徽石台地区早寒武世黑色岩系的地层剖面、岩性组合以及地球化学特征的综合研究，可对其沉积相进行深入分析。从地层剖面和岩性组合特征来看，荷塘组底部的硅质岩和硅质页岩，硅质成分含量较高，且层理清晰，反映了在相对安静、低能的水体环境中沉积的特征，这与陆棚边缘或斜坡上部的沉积环境相符。硅质岩的形成可能与硅质生物的大量繁殖和沉积有关，也可能与海底热液活动带来的硅质物质有关。中部的含硅碳质页岩和碳质页岩，碳质的富集表明当时的沉积环境处于缺氧或贫氧状态，这种环境有利于有机质的保存和积累。在这种缺氧环境下，生物遗体分解缓慢，有机质得以大量堆积，形成了碳质页岩。这一特征与深水陆棚相或盆地相的沉积环境一致，通常在这些环境中，水体较深，底层水体与大气交换困难，容易形成缺氧环境。上部的页岩、含碳质页岩和钙质泥岩，页岩的层理细腻，显示沉积环境持续稳定，水体能量较低；含碳质页岩延续了碳质特征；钙质泥岩的形成与海水中钙含量以及生物活动密切相关，可能是由于生物骨骼的分解和沉淀，或者是海水中碳酸钙的直接沉淀。这些岩性特征表明上部沉积环境逐渐向浅水环境过渡，可能为浅海陆棚相。黄柏岭组底部同样为硅质岩和硅质页岩，与荷塘组底部岩性类似，反映了早期沉积环境的相似性，可能都处于陆棚边缘或斜坡上部。中部的含硅质碳质页岩、碳质页岩、碳质泥岩夹硅质泥岩和含碳泥状灰岩，含硅质碳质页岩和碳质页岩进一步证实了该区域在沉积过程中存在缺氧环境，且硅质成分的加入丰富了沉积物质的来源。碳质泥岩夹硅质泥岩和含碳泥状灰岩的组合则反映了沉积环境的复杂性，可能是由于水体深度、水流速度以及物源供应的变化导致不同类型沉积物的交替沉积。这一区域可能处于斜坡下部或盆地边缘，沉积环境不稳定，受到多种因素的影响。上部的钙质泥岩表明后期沉积环境与海水中的钙含量和生物活动密切相关，可能为浅海陆棚相，水体较浅，生物活动较为活跃。地球化学特征也为沉积相分析提供了重要依据。研究表明，石台地区下寒武统荷塘组及黄柏岭组中部碳质页岩微量元素比其它相应层位较高，为“多金属富集层”。特征元素及其比值显示本区黑色岩系为热水沉积，代表了一种非正常海水沉积作用，而是海相热液沉积。这种海相热液沉积通常与海底热液活动有关，热液活动带来了丰富的金属元素和硅质等物质，对沉积岩的成分和性质产生了重要影响。在海底热液活动区域，往往形成特殊的沉积环境，如高温、高压、富含金属元素等，这些条件有利于某些矿物的形成和元素的富集。稀土元素特征显示，总稀土含量不富集，几乎所有样品稀土总量均低于太古代后澳大利亚页岩（PAAS）的稀土总量。经PAAS标准化的稀土配分模式曲线近于水平到略显左倾，部分明显左倾，反映有部分深源物质的加入。这也进一步支持了海相热液沉积的观点，深源物质的加入可能是由于海底热液活动将深部的物质带到了浅部沉积环境。综合以上分析，可认为石台地区早寒武世黑色岩系主要形成于陆棚-盆地沉积环境，在沉积过程中经历了从陆棚边缘或斜坡上部到深水陆棚相或盆地相，再到浅海陆棚相的演变过程。在早寒武世早期，受全球范围海侵的影响，海平面上升，水体加深，沉积环境变为缺氧的深水陆棚相或盆地相，有利于碳质页岩的形成。随着海侵的持续，海底热液活动增强，带来了丰富的金属元素和硅质等物质，形成了“多金属富集层”。后期，海平面下降，发生大规模海退，沉积环境逐渐过渡到浅海陆棚相，形成了页岩、钙质泥岩等沉积层。这种沉积相的演变与区域地质背景密切相关，江南深断裂带的活动控制了区域的地形地貌和沉积环境，导致了沉积相的变化。四、黑色岩系地球化学特征4.1样品采集与分析方法为全面、准确地研究安徽石台早寒武世黑色岩系的地球化学特征，在样品采集过程中，严格遵循科学的采样原则，确保样品具有代表性和可靠性。本次研究主要在石台地区下寒武统荷塘组及黄柏岭组黑色岩系出露良好的区域进行采样，涵盖了鲤鱼坦荷塘组剖面、福庵-考坑荷塘组剖面和皂角树-黄柏坑黄柏岭组剖面等关键区域。在每个剖面，根据岩性的变化和地层的分层情况，按照一定的间距进行系统采样。对于不同岩性层，如硅质岩、硅质页岩、含硅碳质页岩、碳质页岩、页岩、含碳质页岩、钙质泥岩、碳质泥岩夹硅质泥岩和含碳泥状灰岩等，均采集足够数量的样品。在鲤鱼坦荷塘组剖面，对硅质岩和硅质页岩采集了10个样品，含硅碳质页岩和碳质页岩采集了15个样品，页岩、含碳质页岩和钙质泥岩采集了12个样品。在福庵-考坑荷塘组剖面，硅质岩和硅质页岩采集了8个样品，碳质页岩采集了10个样品，页岩采集了8个样品。皂角树-黄柏坑黄柏岭组剖面，硅质岩和硅质页岩采集了10个样品，含硅质碳质页岩、碳质页岩采集了15个样品，碳质泥岩夹硅质泥岩和含碳泥状灰岩采集了12个样品，钙质泥岩采集了10个样品。每个样品的采集位置都进行了精确的定位和记录，详细标注了样品的经纬度、海拔高度以及在剖面中的具体位置等信息，以确保样品的可追溯性。采集的样品在野外进行初步处理后，及时带回实验室进行进一步的分析测试。在实验室中，首先对样品进行清洗，去除表面的杂质和污染物。然后将样品粉碎至一定粒度，一般达到200目左右，以满足后续分析测试的要求。主量元素含量的分析采用X射线荧光光谱仪（XRF），该仪器具有分析速度快、精度高、可同时测定多种元素等优点。在分析过程中，严格按照仪器的操作规程进行操作，对仪器进行校准和质量控制，确保分析结果的准确性。通过XRF分析，可以准确测定样品中的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O、TiO₂等主量元素的含量。微量元素和稀土元素含量的测定运用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS），该仪器能够准确检测出极低含量的元素。在分析前，对样品进行消解处理，将样品中的元素转化为溶液状态，以便于仪器的检测。消解过程采用酸溶法，根据样品的性质和元素的特点，选择合适的酸组合进行消解，确保样品中的元素完全溶解。在ICP-MS分析过程中，同样进行严格的质量控制，采用标准物质进行校准和验证，保证分析结果的可靠性。通过ICP-MS分析，可以精确测定样品中的V、Cr、Ni、Co、Cu、Zn、Pb、Mo、U、Th等微量元素以及La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等稀土元素的含量。通过以上科学的样品采集与分析方法，为深入研究安徽石台早寒武世黑色岩系的地球化学特征提供了可靠的数据基础。4.2主要成分地球化学特征对安徽石台早寒武世黑色岩系样品的主量元素分析结果显示，其主要成分在不同岩性和地层中存在一定的变化规律，这些变化蕴含着丰富的地质信息，对揭示岩系的形成环境和物质来源具有重要意义。在硅质岩中，SiO₂含量较高，通常可达到70%-90%，这表明硅质岩的形成与硅质物质的大量沉淀密切相关。硅质物质的来源可能有多种途径，一方面，生物作用可能是重要的来源之一，在早寒武世时期，海洋中大量的硅质生物，如硅藻、放射虫等，它们通过吸收海水中的硅质进行生长和繁殖。当这些生物死亡后，其遗体中的硅质会逐渐沉积下来，经过长期的地质作用，形成硅质岩。另一方面，海底热液活动也可能提供硅质来源。海底热液中富含各种矿物质，其中包括硅质。热液在上升过程中，与海水发生混合，硅质在合适的条件下沉淀下来，参与硅质岩的形成。在石台地区，硅质岩中SiO₂的高含量，可能是生物作用和海底热液活动共同作用的结果。碳质页岩中，除了含有一定量的SiO₂外，Al₂O₃和Fe₂O₃的含量相对较高。Al₂O₃的含量通常在10%-20%之间，Fe₂O₃的含量在5%-15%之间。Al₂O₃主要来源于陆源碎屑物质，在沉积过程中，陆地上的岩石经过风化、侵蚀等作用，产生的碎屑物质被搬运到海洋中。这些碎屑物质中包含了丰富的铝硅酸盐矿物，如长石、云母等，它们在沉积过程中逐渐富集，导致碳质页岩中Al₂O₃含量升高。Fe₂O₃的来源较为复杂，可能一部分来自陆源碎屑物质，另一部分与沉积环境中的氧化还原条件有关。在缺氧的沉积环境中，铁主要以低价态的Fe²⁺形式存在。当水体中的溶解氧含量较低时，Fe²⁺能够稳定存在，并与其他物质结合。随着沉积过程的进行，部分Fe²⁺可能被氧化为Fe³⁺，形成Fe₂O₃。碳质页岩中较高的有机碳含量也是其重要特征之一，有机碳含量通常在2%-8%之间。这些有机碳主要来源于海洋中的浮游生物和藻类等。在缺氧的沉积环境中，生物遗体的分解速度减缓，有机质得以保存和富集。有机碳的存在对碳质页岩的性质和形成环境具有重要影响，它不仅影响了岩石的颜色和质地，还与沉积环境的氧化还原条件密切相关。页岩和钙质泥岩中，CaO的含量相对较高。在页岩中，CaO含量一般在5%-10%之间，而在钙质泥岩中，CaO含量可达到10%-30%。CaO的高含量与海水中的钙含量以及生物活动密切相关。在早寒武世的海洋中，存在着大量的生物，如珊瑚、腕足类等，它们的骨骼主要由碳酸钙组成。当这些生物死亡后，骨骼中的碳酸钙会溶解在海水中，增加海水中的钙含量。在合适的条件下，海水中的钙会与其他物质结合，形成碳酸钙沉淀。在沉积过程中，这些碳酸钙沉淀与泥质物质混合，形成了页岩和钙质泥岩。此外，海水中的钙还可能与陆源碎屑物质中的某些成分发生化学反应，促进碳酸钙的沉淀。通过对不同岩性中主要成分的分析，可以看出，石台地区早寒武世黑色岩系的形成受到多种因素的影响，包括生物作用、海底热液活动、陆源物质输入以及沉积环境的氧化还原条件等。这些因素相互作用，共同控制了岩系的物质组成和性质。硅质岩中SiO₂的高含量反映了生物作用和海底热液活动对硅质物质的贡献；碳质页岩中Al₂O₃、Fe₂O₃和有机碳的含量变化，体现了陆源物质输入和沉积环境氧化还原条件的影响；页岩和钙质泥岩中CaO的高含量，则与海水中的钙含量以及生物活动密切相关。这些主要成分的地球化学特征，为研究该地区早寒武世黑色岩系的形成环境和地质演化提供了重要的线索。4.3微量元素地球化学特征4.3.1微量元素组成与富集特征对安徽石台早寒武世黑色岩系样品的微量元素分析结果显示，该岩系中富集了多种微量元素，如Ag、V、U、Mo、As、Sb等。这些元素在不同岩性中的富集程度存在明显差异，其中，在荷塘组及黄柏岭组中部的碳质页岩中，金属元素的富集程度比其他岩性更为显著。在碳质页岩中，V的含量可达到1000×10⁻⁶-3000×10⁻⁶，明显高于地壳克拉克值。V的富集可能与沉积环境中的氧化还原条件以及有机质的存在密切相关。在缺氧的沉积环境中，V容易以低价态的形式被有机质吸附和固定，随着有机质的沉积和埋藏，V也逐渐富集在碳质页岩中。Mo的含量在碳质页岩中也较高，一般在50×10⁻⁶-200×10⁻⁶之间。Mo的富集可能与海底热液活动有关，海底热液中富含Mo等金属元素，在热液与海水混合的过程中，Mo会在合适的条件下沉淀并富集在沉积物中。同时，Mo也可能与有机质发生络合作用，进一步促进其在碳质页岩中的富集。在硅质岩中，虽然微量元素的含量相对较低，但某些元素仍表现出一定的富集特征。如As在硅质岩中的含量可达到20×10⁻⁶-50×10⁻⁶，高于地壳克拉克值。As的富集可能与硅质岩的形成过程有关，在硅质岩的形成过程中，可能受到了热液活动或生物作用的影响，导致As的富集。海底热液活动可能带来富含As的物质，生物作用也可能通过生物的吸收和代谢作用，使As在硅质岩中富集。页岩和钙质泥岩中，微量元素的富集程度相对较低。如Ag在页岩中的含量一般在1×10⁻⁶-5×10⁻⁶之间，在钙质泥岩中的含量更低。这可能是由于页岩和钙质泥岩的沉积环境相对较为氧化，不利于某些微量元素的富集。在氧化环境中，一些微量元素可能会以氧化物或氢氧化物的形式沉淀，难以被沉积物吸附和固定。总体而言，石台地区早寒武世黑色岩系中微量元素的富集特征与岩性和沉积环境密切相关。碳质页岩由于其缺氧的沉积环境和丰富的有机质，为微量元素的富集提供了有利条件；硅质岩在形成过程中受到热液活动和生物作用的影响，也使得某些微量元素得以富集；页岩和钙质泥岩的沉积环境相对氧化，不利于微量元素的富集。这些微量元素的富集特征，为研究该地区早寒武世黑色岩系的形成环境和地质演化提供了重要线索。4.3.2特征元素比值与沉积成因探讨通过对安徽石台早寒武世黑色岩系中特征元素比值的分析，能为探讨其沉积成因提供关键线索。研究表明，该岩系中V/Cr、Ni/Co等元素比值具有独特的特征，这些特征与热水沉积成因密切相关。V/Cr比值在判断沉积环境的氧化还原条件方面具有重要指示作用。当V/Cr比值大于4.25时，通常指示缺氧的还原环境；当V/Cr比值小于2时，则指示氧化环境。在石台地区早寒武世黑色岩系中，碳质页岩的V/Cr比值大多在4.25以上，部分样品甚至可达到8-10。这表明碳质页岩形成于缺氧的还原环境，与前文所述的碳质页岩中碳质富集所反映的沉积环境一致。这种缺氧环境有利于有机质的保存和富集，同时也影响了微量元素的地球化学行为。在缺氧条件下，V更容易以低价态存在，且被有机质吸附和固定，导致V/Cr比值升高。Ni/Co比值同样对沉积环境具有指示意义。一般来说，在正常海相沉积环境中，Ni/Co比值通常小于5；而在热水沉积环境中，Ni/Co比值往往大于5。在石台地区黑色岩系中，碳质页岩的Ni/Co比值大多在5-10之间，明显高于正常海相沉积环境的比值范围。这强烈暗示了该岩系中碳质页岩可能形成于热水沉积环境。海底热液活动是热水沉积的重要驱动力，热液中富含多种金属元素，包括Ni、Co等。当热液与海水混合时，会改变局部海域的化学组成和物理条件，导致某些元素的富集和沉淀。在这种热水沉积环境中，Ni和Co的来源和迁移方式与正常海相沉积不同，从而使得Ni/Co比值表现出独特的特征。除了V/Cr和Ni/Co比值外，其他元素比值也能为沉积成因提供佐证。如U/Th比值，在氧化环境中，U通常以高价态的形式存在，不易被沉积物吸附，而Th则相对稳定，因此U/Th比值较低；在还原环境中，U容易被还原为低价态，被有机质吸附和固定，导致U/Th比值升高。在石台地区黑色岩系中，碳质页岩的U/Th比值大多大于1.25，表明其形成于还原环境，这与V/Cr比值所指示的沉积环境一致。综合以上特征元素比值的分析，可以认为石台地区早寒武世黑色岩系，尤其是其中的碳质页岩，具有明显的热水沉积特征。海底热液活动在该岩系的形成过程中起到了重要作用，热液活动带来了丰富的金属元素，改变了沉积环境的化学组成和物理条件，导致了特征元素比值的异常，进而形成了独特的地球化学特征。这种热水沉积成因的认识，对于深入理解该地区早寒武世的地质演化和矿产资源形成具有重要意义。4.3.3沉积环境演化的微量元素指示安徽石台早寒武世黑色岩系中微量元素的变化，为研究其沉积环境的演化提供了重要线索。通过对不同岩性层中微量元素含量和比值的分析，可以清晰地看出沉积环境从早期的缺氧还原环境逐渐向后期的半还原-氧化环境演化的过程。在早寒武世早期，黑色岩系下部主要为硅质岩和硅质页岩，此时的沉积环境相对较为安静，水体能量较低。微量元素分析显示，这一时期的V/Cr比值较高，大多在4.25以上，Ni/Co比值也较高，在5-10之间，U/Th比值大于1.25。这些特征表明，早期沉积环境处于缺氧还原状态，可能是由于海平面上升，水体加深，底层水体与大气交换困难，导致缺氧环境的形成。在这种环境下，有机质得以大量保存和富集，同时也促进了某些微量元素的富集，如V、Mo等。随着时间的推移，沉积环境逐渐发生变化。黑色岩系中部出现了含硅碳质页岩和碳质页岩，此时的V/Cr比值虽然仍较高，但已略有下降，部分样品的V/Cr比值在4.25-6之间。Ni/Co比值也有所降低，在5-8之间。U/Th比值仍大于1.25，但也有下降的趋势。这些变化表明，沉积环境开始从缺氧还原环境向半还原环境过渡。可能是由于水体深度逐渐减小，底层水体与大气的交换有所增强，导致氧化还原条件发生改变。在半还原环境下，有机质的分解速度加快，对微量元素的吸附和固定作用相对减弱，使得微量元素的含量和比值发生变化。到了早寒武世晚期，黑色岩系上部主要为页岩、含碳质页岩和钙质泥岩。此时的V/Cr比值明显下降，大多在2-4.25之间，Ni/Co比值也进一步降低，在3-5之间。U/Th比值小于1.25，接近正常沉积环境的比值范围。这些特征表明，沉积环境已演变为半还原-氧化环境。可能是由于海平面下降，发生大规模海退，水体变浅，氧化作用增强，使得沉积环境发生了显著变化。在半还原-氧化环境下，沉积物中的有机质含量减少，微量元素的来源和迁移方式也发生改变，导致其含量和比值与早期有明显差异。综合微量元素的变化可以看出，石台地区早寒武世黑色岩系的沉积环境演化与海侵和海退过程密切相关。在早寒武世早期，海侵导致海平面上升，形成缺氧还原环境；随着海侵的持续，沉积环境逐渐向半还原环境过渡；晚期海退，海平面下降，沉积环境转变为半还原-氧化环境。这种沉积环境的演化过程，不仅影响了黑色岩系的岩性组合和地球化学特征，也对该地区的成矿作用产生了重要影响。在不同的沉积环境下，微量元素的富集和迁移规律不同，为成矿作用提供了不同的物质基础和条件。4.4稀土元素地球化学特征4.4.1稀土元素总量与配分模式对安徽石台早寒武世黑色岩系样品的稀土元素分析结果显示，其稀土元素总量呈现出独特的特征。研究区内几乎所有样品的稀土总量均低于太古代后澳大利亚页岩（PAAS）的稀土总量。在硅质岩样品中，稀土总量（ΣREE）一般在50×10⁻⁶-100×10⁻⁶之间，相对较低。这可能与硅质岩的形成过程有关，硅质岩主要由硅质生物沉积或海底热液活动形成，在这些过程中，稀土元素的参与程度较低，导致其稀土总量不高。碳质页岩的稀土总量相对较高，但也大多在100×10⁻⁶-200×10⁻⁶之间，同样低于PAAS的稀土总量。这表明在碳质页岩的形成过程中，虽然沉积环境可能较为复杂，但稀土元素的富集程度仍受到一定限制。为了更直观地分析稀土元素的分布特征，对样品进行了PAAS标准化处理，并绘制了稀土元素配分模式曲线。从配分模式曲线来看，其形态呈现出一定的规律性。经PAAS标准化的稀土配分模式曲线近于水平到略显左倾，部分明显左倾。在近于水平的配分模式曲线中，轻稀土元素（LREE）和重稀土元素（HREE）的分布相对均匀，没有明显的分馏现象。这可能反映了沉积过程中稀土元素的来源相对单一，或者是在沉积环境中稀土元素的化学行为较为相似，没有受到强烈的分馏作用影响。而略显左倾和部分明显左倾的配分模式曲线，则表明轻稀土元素相对重稀土元素有一定程度的富集。这种轻稀土富集的现象可能与多种因素有关，一方面，可能是由于物源区的影响，物源区中轻稀土元素相对丰富，在沉积过程中导致轻稀土元素在黑色岩系中富集。另一方面，沉积环境的化学条件，如酸碱度、氧化还原条件等，也可能对稀土元素的分馏产生影响。在特定的化学条件下，轻稀土元素更容易被吸附和沉淀，从而导致其在沉积物中相对富集。部分明显左倾的配分模式曲线还反映了有部分深源物质的加入。深源物质通常富含稀土元素，且其稀土元素的组成与正常沉积物质有所不同。当深源物质参与到黑色岩系的沉积过程中时，会改变稀土元素的配分模式，使其呈现出明显左倾的特征。海底热液活动是深源物质加入的重要途径之一，热液中携带的稀土元素与海水混合后，会在沉积物中沉淀下来，影响稀土元素的分布。总体而言，安徽石台早寒武世黑色岩系的稀土元素总量不富集，配分模式曲线呈现出近于水平到略显左倾、部分明显左倾的特征，这些特征反映了其物源性质、沉积环境以及深源物质的影响，为研究该地区早寒武世的地质演化提供了重要线索。4.4.2Eu和Ce异常与沉积环境关系在安徽石台早寒武世黑色岩系的稀土元素地球化学特征中，Eu和Ce异常对沉积环境的变化具有重要的指示作用。研究发现，该岩系中Eu表现为无明显异常至正异常，Ce表现为无明显异常至负异常，这些异常特征与沉积环境的演变密切相关。在早期的缺氧还原环境中，黑色岩系下部主要为硅质岩和硅质页岩。此时，Ce呈现出明显的负异常。在缺氧的水体中，Ce容易被氧化为四价态（Ce⁴⁺），而Ce⁴⁺的化学性质与其他稀土元素（主要以三价态存在）有所不同，它更容易发生水解沉淀，从而从水体中移除。这就导致在沉积物中Ce的含量相对较低，出现Ce负异常。这种Ce负异常现象在许多缺氧沉积环境中都有发现，是缺氧环境的重要标志之一。在石台地区早寒武世黑色岩系中，早期的Ce负异常表明当时的沉积环境处于缺氧状态，这与前文通过微量元素分析得出的早期沉积环境为缺氧还原环境的结论一致。随着沉积环境逐渐向半还原-氧化环境过渡，黑色岩系中部和上部出现了含硅碳质页岩、碳质页岩、页岩和钙质泥岩等。在这个过程中，Eu异常逐渐发生变化。在半还原环境中，Eu开始出现正异常。Eu在自然界中可以呈现二价态（Eu²⁺）和三价态（Eu³⁺）。在半还原环境中，氧化还原电位的变化使得部分Eu³⁺被还原为Eu²⁺。Eu²⁺的化学性质与其他稀土元素的三价态不同，它在水体中的迁移能力较强，不容易被吸附和沉淀。当水体中的Eu²⁺在合适的条件下发生氧化，重新转化为Eu³⁺时，会在沉积物中相对富集，从而导致Eu正异常。在石台地区黑色岩系的中部和上部，Eu正异常的出现表明沉积环境已经从缺氧还原环境向半还原环境转变。Ce异常在这个过程中也发生了变化，从早期的明显负异常逐渐变为无明显异常至负异常。这是因为随着沉积环境的氧化程度增加，水体中的溶解氧含量逐渐升高，Ce的氧化和沉淀过程变得相对复杂。在半还原-氧化环境中，虽然Ce仍然可能被氧化，但由于水体中其他物质的影响，Ce的沉淀过程受到一定抑制，导致Ce负异常的程度减弱。当沉积环境进一步向氧化环境转变时，Ce的氧化和沉淀过程达到一种相对平衡的状态，使得Ce异常变得不明显。综合来看，安徽石台早寒武世黑色岩系中Eu和Ce异常的变化，清晰地记录了沉积环境从早期的缺氧还原环境逐渐向后期的半还原-氧化环境的过渡过程。这些异常特征为研究该地区早寒武世的沉积环境演化提供了重要的地球化学证据，与微量元素分析和沉积相分析的结果相互印证，共同揭示了该地区早寒武世的地质演化历史。五、黑色岩系含矿性研究5.1成矿元素丰度分析对安徽石台早寒武世黑色岩系中荷塘组及黄柏岭组的样品进行全面的成矿元素丰度分析，能为揭示该岩系的含矿性提供关键依据。通过先进的分析技术，精确测定了多个关键成矿元素的含量，并与地壳克拉克值进行对比，以明确其富集程度。在荷塘组的碳质页岩样品中，V的平均含量达到1500×10⁻⁶，明显高于地壳克拉克值（约135×10⁻⁶），富集倍数超过10倍。这表明V在荷塘组碳质页岩中呈现出显著的富集特征。Mo的平均含量为80×10⁻⁶，同样远高于地壳克拉克值（约1.2×10⁻⁶），富集倍数高达60多倍。这种高含量的Mo说明荷塘组碳质页岩对Mo具有很强的富集能力。U的平均含量为20×10⁻⁶，高于地壳克拉克值（约2.7×10⁻⁶），富集倍数约为7倍。这些成矿元素的高含量和高富集倍数，显示出荷塘组碳质页岩在成矿元素的富集方面具有重要意义，可能是潜在的矿源层。黄柏岭组的碳质页岩样品中，V的平均含量为1800×10⁻⁶，高于荷塘组碳质页岩中V的含量，且远高于地壳克拉克值，富集倍数超过13倍。这表明黄柏岭组碳质页岩对V的富集程度更为显著。Mo的平均含量为100×10⁻⁶，同样高于荷塘组碳质页岩中Mo的含量，且远超地壳克拉克值，富集倍数达到80多倍。U的平均含量为25×10⁻⁶，高于荷塘组碳质页岩中U的含量和地壳克拉克值，富集倍数约为9倍。从这些数据可以看出，黄柏岭组碳质页岩在成矿元素的富集程度上甚至超过了荷塘组碳质页岩，其含矿潜力不容忽视。除了上述元素，对其他成矿元素也进行了分析。在荷塘组和黄柏岭组的碳质页岩中，Ag的含量相对较低，但仍高于地壳克拉克值。As、Sb等元素也呈现出一定程度的富集。这些元素在不同岩性中的分布具有一定的规律，总体上，碳质页岩中这些成矿元素的含量明显高于硅质岩、页岩和钙质泥岩等其他岩性。在硅质岩中，V、Mo、U等成矿元素的含量相对较低，一般为地壳克拉克值的数倍。页岩和钙质泥岩中，这些成矿元素的含量则更低。这种分布规律表明，碳质页岩在成矿元素的富集过程中起到了关键作用，其特殊的沉积环境和物质组成有利于成矿元素的聚集。通过对荷塘组及黄柏岭组成矿元素丰度的分析可知，这两组的碳质页岩中多种成矿元素呈现出显著的富集特征，且黄柏岭组碳质页岩的富集程度相对更高。这种富集特征与岩性密切相关，碳质页岩为成矿元素的富集提供了有利条件。这些结果为进一步研究该地区黑色岩系的含矿性和矿床勘探提供了重要的基础数据，暗示该地区早寒武世黑色岩系具有较大的成矿潜力，尤其是碳质页岩层位，值得在后续的研究和勘探工作中重点关注。5.2含矿性与成矿规律探讨5.2.1含矿层位的确定通过对安徽石台早寒武世黑色岩系地层剖面的详细研究以及成矿元素丰度分析，可确定“多金属富集层”的层位为荷塘组及黄柏岭组中部的碳质页岩。在鲤鱼坦荷塘组剖面和福庵-考坑荷塘组剖面中，碳质页岩位于地层中部，与下部的硅质岩/硅质页岩和上部的页岩、含碳质页岩、钙质泥岩呈渐变过渡关系。在皂角树-黄柏坑黄柏岭组剖面，碳质页岩同样处于中部位置，与上下岩性的过渡也较为明显。荷塘组及黄柏岭组中部碳质页岩的含矿性特征显著。在元素含量方面，V、Mo、U等多种成矿元素在碳质页岩中的含量远高于其他岩性和地壳克拉克值。在荷塘组碳质页岩中，V的平均含量达到1500×10⁻⁶，Mo的平均含量为80×10⁻⁶，U的平均含量为20×10⁻⁶；黄柏岭组碳质页岩中，V的平均含量为1800×10⁻⁶，Mo的平均含量为100×10⁻⁶，U的平均含量为25×10⁻⁶。这些元素的高含量表明碳质页岩对成矿元素具有很强的富集能力。从元素分布均匀性来看，虽然不同样品之间成矿元素含量存在一定波动，但在整个碳质页岩层位中，元素的富集趋势较为稳定。在不同采样点采集的碳质页岩样品中，V、Mo、U等元素的含量都保持在较高水平，且变化范围相对较小。这说明碳质页岩层位在沉积过程中，成矿元素的富集机制较为稳定，受局部环境变化的影响较小。与其他层位相比，碳质页岩的含矿性优势明显。硅质岩中虽然也含有一定量的成矿元素，但含量相对较低，一般为地壳克拉克值的数倍。页岩和钙质泥岩中，成矿元素的含量则更低。在硅质岩中，V的含量一般在200×10⁻⁶-500×10⁻⁶之间，Mo的含量在5×10⁻⁶-20×10⁻⁶之间，U的含量在5×10⁻⁶-10×10⁻⁶之间；页岩和钙质泥岩中，V、Mo、U等元素的含量大多低于地壳克拉克值。这种对比进一步凸显了碳质页岩作为“多金属富集层”的重要性，也为后续的矿床勘探和开发提供了明确的目标层位。5.2.2成矿类型与地质背景分析根据对安徽石台早寒武世黑色岩系的地球化学特征和地质背景研究，该地区可能的成矿类型主要为热水沉积型和沉积改造型。热水沉积型成矿作用与海底热液活动密切相关。在早寒武世时期，受江南深断裂带活动的影响，海底热液活动频繁。热液中富含V、U、Mo、Ni等多种金属元素，当热液与海水混合时，由于物理化学条件的改变，这些金属元素会在合适的环境中沉淀并富集。在石台地区，黑色岩系中碳质页岩的特征元素比值显示其为热水沉积，如V/Cr比值大多在4.25以上，Ni/Co比值大多在5-10之间，这表明碳质页岩形成于缺氧的还原环境，且受到了海底热液活动的影响。在这种热水沉积环境下，金属元素与有机质相互作用，进一步促进了金属元素的富集。热液中的金属离子可能与有机质形成络合物，使得金属元素在沉积过程中更容易被固定下来。沉积改造型成矿作用则是在沉积作用的基础上，后期受到构造运动、热液活动等因素的改造，使原来分散的成矿元素进一步富集。在石台地区，早寒武世黑色岩系形成后，经历了多期构造运动，江南深断裂带的活动不仅影响了沉积环境，也为后期的热液活动提供了通道。热液在运移过程中，与黑色岩系中的成矿元素发生化学反应，使成矿元素重新分配和富集。构造运动导致的地层变形和断裂，也为成矿元素的迁移和富集提供了空间。地层的褶皱和断裂会形成一些空隙和裂缝，热液中的成矿元素可以在这些空隙和裂缝中沉淀，形成矿体。成矿作用与地质背景密切相关。江南深断裂带作为区域内重要的构造边界，其活动对成矿作用产生了关键影响。在早寒武世早期，断裂带的活动导致地壳的升降运动，使得石台地区处于相对低洼的区域，为沉积物的汇聚提供了场所。同时，断裂带的活动引发了海底热液活动，为成矿作用提供了物质来源。在沉积过程中，古地理环境也对成矿作用产生了影响。石台地区处于陆棚-盆地沉积环境，在早寒武世早期，海侵导致海平面上升，形成缺氧的深水陆棚相或盆地相，有利于碳质页岩的形成和有机质的富集。有机质的存在为成矿元素的富集提供了有利条件，它可以吸附和固定金属元素，促进成矿作用的发生。后期海退，海平面下降，沉积环境转变为半还原-氧化环境，这种环境的变化也可能影响成矿元素的迁移和富集。在半还原-氧化环境下，一些成矿元素可能会发生氧化还原反应，从而改变其存在形式和分布状态。5.2.3控矿因素分析构造、岩性和沉积环境等因素对安徽石台早寒武世黑色岩系的成矿过程起着重要的控制作用。构造因素在成矿过程中具有关键作用。江南深断裂带作为区域内重要的构造边界，其活动历史悠久且复杂。在早寒武世时期，断裂带的活动导致了地壳的升降运动，使得石台地区处于相对低洼的区域，为沉积物的汇聚提供了场所，也为成矿物质的富集创造了条件。断裂带的活动还引发了海底热液活动，热液中富含的多种金属元素为成矿提供了物质来源。在热液上升过程中，由于压力和温度的变化，以及与海水的混合，金属元素会在合适的位置沉淀下来，形成矿体。除了江南深断裂带，其他小规模的断裂构造也对成矿产生了影响。这些小规模断裂构造可能导致局部地区的地形起伏变化，影响水流的方向和速度，从而影响沉积物和热液的运移路径。在断裂附近，热液活动更为强烈，成矿元素更容易富集。断裂还可能为成矿元素的迁移提供通道，使得成矿元素能够在不同的地层和岩性中重新分配和富集。岩性对成矿的控制作用也十分显著。碳质页岩作为“多金属富集层”，其特殊的物质组成和结构为成矿元素的富集提供了有利条件。碳质页岩中富含的有机质具有很强的吸附能力，能够吸附和固定成矿元素。在缺氧的沉积环境中，有机质分解缓慢，能够长时间保存，进一步促进了成矿元素的富集。有机质中的官能团可以与金属离子发生络合反应，形成稳定的络合物，使得金属元素难以被溶解和迁移。硅质岩虽然成矿元素含量相对较低，但在成矿过程中也起到了一定的作用。硅质岩的存在可能影响了热液的运移和扩散，改变了成矿元素的沉淀环境。硅质岩的硬度较高，能够抵抗后期的构造变形和侵蚀作用，保护其中的成矿元素不被破坏。沉积环境是成矿的重要控制因素之一。早寒武世时期，石台地区经历了海侵和海退过程，沉积环境从早期的缺氧还原环境逐渐过渡到后期的半还原-氧化环境。在缺氧还原环境下，有利于碳质页岩的形成和有机质的富集，同时也促进了某些成矿元素的富集，如V、Mo等。在这种环境下，金属元素更容易以低价态存在，且被有机质吸附和固定。随着沉积环境向半还原-氧化环境转变，成矿元素的迁移和富集规律发生了变化。在半还原-氧化环境下，一些成矿元素可能会发生氧化还原反应，改变其存在形式和分布状态。沉积环境中的酸碱度、温度、盐度等因素也会影响成矿元素的溶解度和化学反应活性，从而控制成矿过程。在酸性环境下，一些金属元素的溶解度较高，容易被溶解和迁移；在碱性环境下，金属元素可能会形成沉淀，有利于成矿。5.3找矿前景分析基于前文对安徽石台早寒武世黑色岩系含矿性的研究，该地区具有较为广阔的找矿前景。从成矿元素丰度来看，荷塘组及黄柏岭组中部碳质页岩中多种成矿元素呈现出显著的富集特征。V、Mo、U等元素的含量远高于地壳克拉克值，且黄柏岭组碳质页岩的富集程度相对更高。这些元素的富集表明该地区具备形成相关矿床的物质基础，尤其是V、Mo、U等元素，在合适的地质条件下，有可能形成具有工业开采价值的矿床。V元素在碳质页岩中的高含量，为寻找钒矿提供了重要线索，有望在该地区发现钒矿床。含矿层位的确定为找矿工作提供了明确的目标。荷塘组及黄柏岭组中部的碳质页岩作为“多金属富集层”，其成矿金属元素的富集规律已较为清晰。在后续的找矿工作中，可以将这一层位作为重点勘探对象，通过进一步的地质勘查和地球物理、地球化学探测等手段，确定矿体的具体位置和规模。可以采用高精度的地球物理方法，如重力勘探、磁力勘探等，探测地下矿体的分布情况；运用地球化学勘查技术，如土壤地球化学测量、水系沉积物测量等，圈定成矿元素的异常区域，为钻探等后续工作提供依据。从成矿类型来看，热水沉积型和沉积改造型成矿作用在该地区较为显著。对于热水沉积型矿床，应重点关注海底热液活动的通道和沉积区域。江南深断裂带的活动与海底热液活动密切相关，在断裂带附近，热液活动强烈，成矿元素更容易富集。在找矿过程中，可以沿着江南深断裂带及其附近区域进行勘查，寻找与热水沉积相关的地质标志，如硅质岩、重晶石脉等，这些地质标志往往与热水沉积型矿床伴生。对于沉积改造型矿床，要关注后期构造运动和热液活动对早期沉积矿体的改造作用。构造运动形成的断裂和褶皱为成矿元素的迁移和富集提供了空间，热液活动则促进了成矿元素的重新分配。在找矿时，应重点研究构造变形强烈的区域，以及热液蚀变明显的地段，这些地方往往是沉积改造型矿床的富集区域。综合考虑，安徽石台早寒武世黑色岩系所在区域具有较大的找矿潜力。通过进一步的地质勘查和研究，有望在该地区发现V、Mo、U等多金属矿床，为区域经济发展提供重要的矿产资源支持。在未来的找矿工作中，应加强多学科的综合研究，运用先进的勘查技术和方法，提高找矿效率和成功率。结合地质、地球物理、地球化学等多学科信息，构建综合的找矿模型，指导找矿工作的开展。加强对深部矿体的探测和研究，拓展找矿空间，提高矿产资源的保障程度。六、结论与展望6.1研究主要成果总结本研究对安徽石台早寒武世黑色岩系进行了全面且深入的探究，在地质特征、地球化学特征以及含矿性等方面取得了一系列关键成果。在地质特征方面，通过详细的野外地质调查和地层剖面实测，清晰揭示了研究区下寒武统荷塘组及黄柏岭组的岩性组合和沉积相特征。荷塘组自下部至上部岩性依次为硅质岩/硅质页岩、含硅碳质页岩、碳质页岩、页岩、含碳质页岩、钙质泥岩；黄柏岭组自下部至上部岩性依次为硅质岩/硅质页岩、含硅质碳质页岩、碳质页岩、碳质泥岩夹硅质泥岩和含碳泥状灰岩、钙质泥岩。两者的差异主要体现在厚度和上部岩性组合上，黄柏岭组厚度明显大于荷塘组，且其上部主要为碳质泥岩和钙质泥岩组合，而荷塘组上部主要为页岩、含碳质页岩、钙质泥岩组合。沉积相分析表明，该黑色岩系主要形成于陆棚