華北克拉通南部古元古界熊耳群海綠石的形成環(huán)境

華北克拉通南部古元古界熊耳群海綠石的形成環(huán)境

0原生海綠石成因討論綠色石頭是貴族的含水層鋁硅酸鹽，具有特殊的深綠色或深綠色圍巖。海綠石較為廣泛地分布在海相沉積巖和現(xiàn)代沉積物之中,是一種典型的自生礦物,一直以來認(rèn)為其主要形成于一個(gè)慢速、弱還原、較深水的環(huán)境,特別是氧化鉀含量大于7%的海綠石礦物代表了具有地質(zhì)意義的沉積間斷。因此,海綠石特別是原生海綠石就成為指示較深水的海相沉積作用的標(biāo)志之一。然而,最近ChafetzandReid研究美國西南部寒武系—奧陶系中的原生海綠石,認(rèn)為這些海綠石形成于非常淺的環(huán)境(小于10m),是一種高能、高沉降速率的環(huán)境。梅冥相等研究天津薊縣剖面中元古界鐵嶺組第二段灰?guī)r中的原生海綠石,也認(rèn)為其形成于高能淺海環(huán)境。這表明,在漫長的地質(zhì)歷史演變過程中海綠石產(chǎn)出的多樣性特點(diǎn)。1地質(zhì)對于地質(zhì)的地質(zhì)研究古元古代末(1.85~1.70Ga),華北克拉通以伸展—裂解作用為主,在其南部發(fā)育的熊耳–中條拗拉谷中廣泛發(fā)育了熊耳群火山巖(圖1A),是華北克拉通結(jié)晶基底形成后規(guī)模最大、涉及范圍最廣的火山活動(dòng)產(chǎn)物。熊耳群(1.80~1.75Ga)自下而上分為四個(gè)組:大古石組、許山組、雞蛋坪組和馬家河組;巖性以火山巖熔巖為主,沉積巖僅占地層總厚度的4.3%,且主要分布于底部的大古石組和上部的馬家河組中,而許山組及雞蛋坪組中僅在局部層段有少量出露。前人對熊耳群火山巖做了較多的工作,而對熊耳群沉積巖的研究工作較少。最近,徐勇航等對熊耳群底部的大古石組碎屑巖的研究,認(rèn)為大古石組以陸相沉積(河流相和湖泊相)為主,但中后期伴有海侵作用。對熊耳群沉積夾層中的硅質(zhì)巖研究也表明了在古元古代末,華北克拉通南部遭受海水入侵,豫南有些地區(qū)已經(jīng)處于海相環(huán)境,而晉南垣曲有些地區(qū)處于海陸交互相環(huán)境。為了更充分認(rèn)識熊耳群形成的古地理環(huán)境,筆者對熊耳群頂部沉積巖夾層較發(fā)育的馬家河組進(jìn)行了研究。馬家河組的沉積巖夾層層數(shù)多,累積厚度最大,不同地區(qū)發(fā)育程度有差異。在山西垣曲縣吳家莊—馬家河村一帶,沉積巖夾層數(shù)為15層,累積厚度可達(dá)318m,占該組總厚度的16%(圖1B)。沉積巖夾層由長石石英砂巖、砂質(zhì)頁巖夾黃綠色砂巖及薄層泥巖組成,并呈韻律性變化;砂巖中保留沉積構(gòu)造有板狀交錯(cuò)層理,部分層面發(fā)育龜裂紋。在馬家河組頂部第15層的砂巖中發(fā)現(xiàn)有少量的海綠石礦物(圖1B),并夾有一薄層鐵質(zhì)鮞狀灰?guī)r。本文將討論馬家河組中海綠石的層位及組分特征,為研究熊耳群形成的古地理環(huán)境提供依據(jù)。2海綠石成因探討熊耳群中的海綠石主要發(fā)育于馬家河組最頂部灰色石英砂巖中。從圖2中可以看出,砂巖中的石英分選差,磨圓度差,說明是快速堆積作用形成的。海綠石主要是團(tuán)粒狀和不規(guī)則狀,分布于砂質(zhì)顆粒間,在單偏光下顏色為黑綠色、淺綠色。而近于圓形或橢圓形的海綠石,邊緣與其它顆粒有清晰的接觸邊界,它們是凝膠狀海綠石物質(zhì)通過絮凝作用沉淀形成的。海綠石可由黑云母海解作用蝕變轉(zhuǎn)化而成,由黑云母海解而成的海綠石,往往因海解不徹底而殘留黑云母條帶,并在海綠石礦物中呈現(xiàn)殘余的云母解理。熊耳群部分海綠石中原黑云母解理較清晰,海綠石旁邊連著絲帶狀黑云母條(圖2B),證明為原生海綠石。海綠石周圍有黑色的黃鐵礦晶體,可能代表了古元古代晚期淺海處于弱還原的特點(diǎn)。海綠石質(zhì)礦物是經(jīng)歷了早期的溶蝕作用和晚期的成巖作用的產(chǎn)物。鉀含量是海綠石成熟度的指標(biāo),由此可將海綠石分為:(1)貧鉀的初生海綠石(K2O含量2%~4%);(2)低成熟海綠石(K2O含量小于4%~6%);(3)成熟的海綠石(K2O含量小于6%~8%);(4)高成熟的海綠石(K2O含量大于8%)。本文利用中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的JOELJXA—8100型電子探針對熊耳群的海綠石進(jìn)行化學(xué)成分分析,分析結(jié)果見表1。熊耳群海綠石大部分K2O含量大于8%,為高成熟海綠石,僅樣品xy-105-3的K2O含量較小(3.44%),為初生海綠石,但都明顯高于現(xiàn)代海綠石的K2O平均含量(3.28%)。Al2O3含量為13.08%~21.64%,明顯高于13%,表明海綠石受到后期蝕變作用的影響。海綠石的FeOT含量一般為6.04%~11.82%,個(gè)別如xy-105-3的含量很高(18.77%),但總體低于現(xiàn)代海綠石FeOT含量均值(25%)。在早期成巖過程中,海綠石晶格中的鐵為鋁所置換,并從沉積物的間隙水中不斷吸取鉀,導(dǎo)致了海綠石隨著成巖作用的進(jìn)行,其Al2O3與K2O的含量增加,而FeOT的含量減少。Amorosi研究表明,初生到低成熟階段的海綠石(K2O<6%)FeOT含量與K2O有明顯的正相關(guān),而到成熟階段的海綠石(K2O>6%)FeOT含量與K2O含量呈負(fù)相關(guān)。熊耳群初生海綠石(xy-105-3)FeOT含量很高(18.77%),K2O含量低(3.44%);而高成熟的海綠石FeOT含量相對較低(6.04%~11.82%),而K2O含量均大于8%,類似于東海古近系成熟海綠石的特征(表1),反映了不同階段海綠石中元素的差異。3熊耳群與海綠石社會(huì)生活的差異現(xiàn)代的海綠石主要形成于陸架邊緣和大陸斜坡的上部,水深為50~500m,一般在100~200m的環(huán)境,是一個(gè)沉積緩慢的環(huán)境,其成熟度越高則代表所經(jīng)歷的沉積間斷越長。因此,海綠石特別是原生海綠石就成為“慢速、弱還原、較深水環(huán)境”的指相礦物,在淺海沉積中常常被作為“凝縮段”及其相關(guān)沉積的識別標(biāo)志之一[4~6]。然而,最近有些學(xué)者研究表明海綠石也可以形成于非常淺的環(huán)境(小于10m),代表了一種高能、高沉降速率的環(huán)境。華北克拉通南部古元古界熊耳群中的海綠石,大部分K2O含量大于8%,顯示高成熟海綠石的特點(diǎn)。部分海綠石中原黑云母解理較清晰(圖2B、D),可見到海綠石旁邊連著絲帶狀黑云母條(圖2B),證明為原生海綠石。發(fā)育有海綠石層位的砂巖中的石英分選差,磨圓度差(圖2),反映的是一種高能的、快速堆積的環(huán)境。該層中夾有一薄層鐵質(zhì)鮞狀灰?guī)r,以及砂巖中保留沉積構(gòu)造有板狀交錯(cuò)層理,部分層面發(fā)育龜裂紋,也說明是一個(gè)很淺的環(huán)境。因此,熊耳群海綠石形成于高能的淺海環(huán)境,而非較深水的、慢速堆積的環(huán)境。熊耳群海綠石與現(xiàn)代沉積中的海綠石存在較大的差異(表1),可能代表了古元古代末期的正常淺海還處于含氧量不夠充分的弱還原狀態(tài),表明了在漫長的地質(zhì)歷史演變過程中海綠石產(chǎn)出的多樣性特點(diǎn)。熊耳群角度不整合于太古宙和古元古代結(jié)晶基底之上,是華北克拉通結(jié)晶基底形成后規(guī)模最大、涉及范圍最廣的巖漿活動(dòng)產(chǎn)物。熊耳群底部的大古石組中,華北克拉通南部就開始有海侵事件。隨著熊耳-中條拗拉谷的發(fā)育,華北克拉通南部遭受了較強(qiáng)的海侵作用,豫南有些地區(qū)已經(jīng)處于海相環(huán)境,但在晉南垣曲有些地區(qū)處于海陸