滇东宣威晚二叠世含煤岩系中火山灰的物质组成与来源

发布时间：2018-11-05 17:10

【摘要】：本文综合运用煤田地质学、煤岩学、岩石矿物学、地球化学以及统计学等学科理论知识和方法,对滇东宣威组上段煤、Tonstein以及宣威组下段的凝灰岩中矿物质的分布规律和赋存状态进行了研究,并总结了不同性质火山灰的物质组成特征,讨论了西南地区火山灰演化序列与峨眉山地幔柱事件的关系。一般来说,惰质组在大多数煤中的含量均低于镜质组,但是在宣威来宾煤中惰质组的含量与镜质组相当,在播乐煤中更是大于镜质组的含量。在来宾和播乐煤中惰质组主要以丝质体、半丝质体和惰屑体为主,可见有鳞木丝质体,如此高的惰质组含量被认为是在晚二叠世末期泥炭沼泽中发生了频繁的火灾事件,推测可能与西南地区晚二叠世火山活动有关。宣威地区来宾和播乐矿区煤层、顶底板和Tonstein中的矿物和元素组合特征皆不相同,表明其成因上的差异。总体来说,影响煤层中矿物质富集的因素主要分为3点:1)热液流体影响,包括同生热液和后生热液,主要表现为煤层的形成。来宾和播乐煤中主要矿物为自生矿物,这些自生矿物主要呈2种赋存状态产出,一种是石英呈浸染状分布在基质镜质体中,并且石英的颗粒十分细小(10μm),有些呈现较好的石英晶形,其次可见有莓球状黄铁矿与自生石英颗粒顺层理分布;还有一种状态表现为充填在丝质体或者半丝质体的胞腔中,主要以石英、磁/鲕绿泥石和方解石为主,偶见有黄铁矿、磷铝铈矿和高岭石。此外,还见有少量石英充填在有机质的裂隙中,表明这些矿物均形成于同生(准同生)阶段由热液沉淀形成。石英和磁/鲕绿泥石共同产出于胞腔中,是由富Fe、Al的硅质热液流体沉淀形成,极低的高岭石含量认为此热液不是来自于康滇古陆的风化析出液。具双晶条纹产出的方解石充填在裂隙中,表明其后生热液成因。煤层中明显富集SiO2和较高的SiO2/Al2O3则主要归因于大量产出的自生石英,并且由于受到热液影响,来宾和播乐大部分煤中稀土配分模式表现为Eu的负异常的富中重稀土型。Tonstein和顶底板样品受热液流体的影响较小,Tonstein主要受到后生热液影响,黄铁矿、黄铜矿、Fe的含氧硫酸盐矿物和石膏呈裂隙充填状产出,还发现有辉砷镍矿产出于高岭石基质中。在顶底板中发现有充填胞腔的高岭石和磁/鲕绿泥石,在B3-f中发现有水磷镧石呈浸染状分布在高岭石基质中或者覆盖在磁/鲕绿泥石的表面,均表明了它们的自生成因。2)火山灰输入影响,主要表现为来宾和播乐煤矿的4层Tonstein以及播乐煤层底板C1-f。来宾和播乐煤层中Tonstein含有的主要矿物为黏土矿物-高岭石,含量为46-91.2%,仅在B1-3p中含有34.3%伊蒙混层,黏土矿物均以隐晶质基质的形式存在,还见有蠕虫状高岭石或者黑云母假象产出。在tonstein中发现的副矿物有尖棱角状石英、锐钛矿、锆石、独居石和磷灰石,锆石晶面呈正方形或尖棱角状,有的具有气泡空洞;在b1-3p中发现多个磷灰石晶体,有些为竹节状,有些截面呈现正六边形,矿物组合特征印证其来源于长英质火山灰,且形成介质环境为酸性。tonstein的地球化学特征表现为贫tio2、sc和亲铁元素(v、cr、co和ni),稀土分配模式表现为明显的eu负异常,是典型酸性岩的特征。在来宾和播乐部分顶板(b2-00、c1-直接顶1-2、c1-直接顶1-1和c1-直接顶1)中xrd矿物组合和元素组合特征、稀土元素分布模式均与tonstein相似,认为其可能具有相同的物质来源。在播乐底板c1-f中具有高含量的tio2、sc和亲铁元素,且nb、zr等元素的含量高于其他顶底板中,与峨眉山高钛玄武岩相似,其稀土配分模式为eu的正异常的富重稀土型,与其他顶底板相似。xrd定量结果显示c1-f中主要矿物为高岭石,达84.4%,锐钛矿含量也较高,为9.9%,在sem下观察到c1-f中黏土矿物高岭石以隐晶质基质形式存在,未发现有沉积层理,大量锐钛矿碎片产出于高岭石基质中,可见有高温裂隙,很有可能来源于火山玻屑,推断c1-f属于铁镁质凝灰质黏土岩。3)陆源碎屑输入影响,主要表现为正常沉积的顶底板,煤层次之,tonstein受源区影响很小。峨眉山玄武岩是来宾和播乐煤层主要的陆源物质,主要表现为在煤层和顶底板中富集sc和亲铁元素,在顶底板中还有高含量的tio2。煤层顶底板中稀土元素主要为eu的正异常的富中重稀土型,与峨眉山玄武岩相似,而在部分煤中稀土分配模式为eu或者gd的正异常的富中稀土型也是受源区影响另一证明。此外,在煤中发现有具一定磨圆度的陆源碎屑石英、在来宾底板b3-f中发现的顺层理产出的黏土矿物以及一些植物残体表明是属于正常沉积所致。tonstein受到物源影响的证据为在b3-5p中发现了具有一定磨圆度的陆源碎屑石英。宣威新德矿区701钻孔中56个样品根据矿物学和元素地球化学特征可分为矿化层和非矿化层,其中矿化层是来源于碱性火山灰的凝灰质黏土岩,而非矿化层则是来源于峨眉山玄武岩风化产物的正常沉积黏土岩。无论是属于矿化层还是非矿化层,所有样品中的主要矿物均为黏土矿物,根据种类不同可分为高岭石为主和伊蒙混层(伊利石)为主两大类,其次在大部分样品中鉴定出磁绿泥石的存在,在少量样品中发现磁/鲕绿泥石,说明黏土矿物的种类主要受沉积环境的影响而与样品来源无关,当沉积介质环境为酸性时形成高岭石,在中性或者弱碱性环境中则形成伊利石或者伊蒙混层,此外,黏土矿物的成分还会受到后期区域成岩作用的改造,出现高岭石-伊利石-绿泥石的变化规律。黏土矿物在矿化层中主要以隐晶质基质的形式存在,还发现有蠕虫状高岭石产出,磁绿泥石主要以2种状态产出,一种呈棱角分明的碎片状散布于高岭石基质中,残留有火山玻屑的假象;另一种呈现凝絮状或者纤维状,属于自生成因。磁/鲕绿泥石主要来源于富Fe的热液沉淀所致,EDX数据表明磁/鲕绿泥石中Fe的含量高于磁绿泥石。石英在矿化层中含量非常低,主要为自生石英和尖角状石英,后者表明矿化层的火山灰成因。钛的氧化物在矿化层中普遍存在,可分为三种:一种为含Nb的锐钛矿,一种为含Fe的锐钛矿,另一种为金红石,主要呈现不规则状或者网状产出于黏土矿物基质中,偶见有熔蚀港湾,更加印证了矿化层的火山灰来源。XRD定量结果显示仅在矿化层样品中检测到锐钛矿的存在,含量为0.8-3.7%,在Group K3和K4中含量高于Group K1和K2中,说明Nb或Fe元素在火山灰溶解过程中以类质同像替代的方式进入到锐钛矿中,仍保留了锐钛矿的晶体结构。在Group K3中发现呈四方短柱状密集出现的磷灰石,可能是由富含P元素的母岩浆中分离结晶的产物。矿化层还受到同生和后生热液的影响,例如Nb矿物、锆石和磷铝铈矿则属于火山灰经热液作用析出后再沉淀形成的;黄铁矿、方铅矿和重晶石则属于后生成因热液矿物。非矿化层与矿化层中矿物含量最大的不同在于非矿化层中锐钛矿的含量较高,0.9-8.8%。矿化层中样品TiO2/Al2O3均处在0.02-0.08之间,非矿化层中样品TiO2/Al2O3值均大于0.08,矿化层中富集高场强元素(Nb、Zr、Th、U等)和Ga,其含量是非矿化层中的2-5倍,这也是导致矿化层自然伽玛曲线显现正异常的原因,而TiO2和亲铁元素的含量在矿化层中较低在Group K3和K4中要高于Group K1和K2中,且非矿化层中主要富集TiO2和亲铁元素,因此,通过矿物学和元素组合特征表明矿化层的原始物质来源于碱性火山灰,且不同期次火山灰原始物质不同,表现为由碱基性-酸碱性的演化趋势而非矿化层来源于高钛玄武岩的风化产物。结合前人研究结果可以总结出西南地区晚二叠世长英质火山灰产出于龙潭组/宣威组上段,碱性火山灰产出于龙潭组/宣威组下段,而镁铁质火山灰在不同地区产出层位不同,但基本在晚二叠世均有产出,表明不同地区峨眉山玄武岩演化不同。地球化学数据表明碱性火山灰富高场强元素和Ga,镁铁质火山灰富TiO2和亲铁元素,长英质火山灰中这些元素含量均较低,镁铁质火山灰来源与峨眉山高钛玄武岩相似,而碱性火山灰与峨眉山酸性岩相似。本次论文研究区位于峨眉山大火成岩省东区,表明东区也经历了从高钛玄武岩-酸性岩的演化过程。由于宣威组开始沉积意味着峨眉山火山事件的主体期结束,因此,西南地区晚二叠世火山活动发生在峨眉山玄武岩主喷发期以后,是峨眉山地幔柱消亡阶段或者岩浆高度演化的产物。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国矿业大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P618.11

【引证文献】