沉积学报  2015, Vol. 33 Issue (4): 679-686

扩展功能

文章信息

王卓卓, 施立志, 张永生, 陈代钊, 梁江平
WANG ZhuoZhuo, SHI LiZhi, ZHANG YongSheng, CHEN DaiZhao, LIANG JiangPing
湘桂地区泥盆纪硅岩Rb-Sr、Sm-Nd同位素地球化学特征及构造沉积背景研究
The Charactoristics of Strontium and Neodynimu Isotope Geochemistry and Tectonic-depositional Setting of the Devonian Chert, Hunan-Guangxi Province
沉积学报, 2015, 33(4): 679-686
ACTA SEDIMENTOLOGICA SINCA, 2015, 33(4): 679-686
10.14027/j.cnki.cjxb.2015.04.006

文章历史

收稿日期:2014-06-25
收修改稿日期:2014-10-27
 Abstract            PDF             Figures              Tables
引用本文 0
王卓卓, 施立志, 张永生, 陈代钊, 梁江平. 湘桂地区泥盆纪硅岩Rb-Sr、Sm-Nd同位素地球化学特征及构造沉积背景研究[J]. 沉积学报, 2015, 33(4): 679-686.
WANG ZhuoZhuo, SHI LiZhi, ZHANG YongSheng, CHEN DaiZhao, LIANG JiangPing. The Charactoristics of Strontium and Neodynimu Isotope Geochemistry and Tectonic-depositional Setting of the Devonian Chert, Hunan-Guangxi Province[J]. ACTA SEDIMENTOLOGICA SINCA, 2015, 33(4): 679-686.
湘桂地区泥盆纪硅岩Rb-Sr、Sm-Nd同位素地球化学特征及构造沉积背景研究
王卓卓1,2,3, 施立志1,2,3, 张永生1,2, 陈代钊4, 梁江平3    
1. 中国地质科学院矿产资源研究所 北京 100037;
2. 国土资源部盐湖资源与环境研究重点实验室 北京 100037;
3. 大庆油田有限责任公司勘探开发研究院 黑龙江大庆 163712;
4. 中国科学院地质与地球物理研究所 北京 100029
收稿日期:2014-06-25;收修改稿日期:2014-10-27
基金项目:国家自然科学基金(批准号:40673013,40372062)资助.
第一作者简介:王卓卓 女 1978年出生 博士 高级工程师 沉积地球化学、构造地质、油气综合研究 E-mail:wzz@petrochina.com.cn
通讯作者:施立志 男 博士研究生 高级工程师 E-mail:shilizhi698@sohu.com
摘要:泥盆纪时,由于扭张裂谷作用,华南地区形成复杂的台盆相间格局.层状硅岩广泛分布,一般与凝灰岩互层,产出于狭长的台间盆地(或沟槽)中.为了揭示湘桂地区硅岩形成机制、分布及与断裂活动的关系,进行了系统的Rb-Sr、Sm-Nd同位素研究.研究结果表明研究区硅岩(87Sr/86Sr)0值一般在0.721 000~0.731 000之间,表明硅岩形成时受到陆源和海水的影响.硅岩Nd同位素模式年龄(tDM或t2DM)和εNd(0)值大多分布区间分别为1.5~2.1与-16~-21,表明硅质来源于深部元古代地壳.εNd(0)值(-0.22~14.7)高的一些地区,大多沿狭长海槽分布,表明硅质可能来源于深部地幔,通过延伸到地幔的地块边缘断裂带上升到地表.
关键词: 泥盆纪     层状硅岩     Rb-Sr、Sm-Nd同位素系统     沉积背景     盆地演化     热液活动    
Effect of Compaction Methods on Performance of ATB-30 Asphalt Mixture
WANG ZhuoZhuo1,2,3 , SHI LiZhi1,2,3 , ZHANG YongSheng1,2, CHEN DaiZhao4, LIANG JiangPing3    
1. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037;
2. Key Laboratory of Saline Lake Resources and Environment, Ministry of Land and Resources, Beijing 100037;
3. Exploration and Development Research Institute of Daqing Oil Field Co.Ltd, Daqing, Heilongjiang 163712;
4. Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029
Abstract:During the Devonian, a complicated carbonate platform-basin configuration was created through transtensional rifting; extensive bedded chert, commonly interbedded with tuffaceous beds, occurred in the narrow, elongate interplatform basins (or troughs) in South China. In order to unravel the origin and distribution of the bedded chert successions, and their relationships to basement faulting activities during the opening of the Devonian South China Sea, geochemistry and Rb-Sr, Sm-Nd isotopic systematics are carried out upon the chert deposits. The initial (87Sr/86Sr)0 ratios of chert generally vary from 0.712 000 to 0.730 000, suggesting influences both from terrigenous influx and seawater. The Nd isotopic model ages (tDM or t2DM) and initial εNd(0) values of chert vary mostly from 1.5 to 2.1 Ga, and from -16 to -21, respectively, implying that the silica sources were derived from the provenances of the Palaeoproterozoic crust relics at depth. The high εNd(0) values of chert (-0.22 to 14.7) in some localities, mostly along the elongate troughs, suggest that silica sources may have been derived from deeper-seated mantle, being channeled through the interplate boundary fault zones extending downwards to the mantle.
Key words: Devonian     bedded chert     Rb-Sr-Sm-Nd isotope systematics     depositional setting     basin evolution     hydrothermal activity    

Sr在海洋中存留的时间超过百万年，远远大于海洋混合年龄(1 000 a)，造成Sr在海洋中一般均匀分布，纬度、深度对Sr同位素比值没有影响。海水中Sr同位素组成可以反映全球构造、气候背景[1, 2, 3]。地质历史中海水锶同位素仅随时间发生变化，其变化受控于3个锶来源：大陆古老的经过风化的硅铝质岩石，通过河流的携带进入海水，具有较高的87Sr/86Sr比值,现代全球平均值为0.711 9[2];洋中脊热液系统向海水提供的液体具较低的87Sr/86Sr 比值，全球平均值为0.703 5[3]；碳酸盐岩重溶形成的锶,其87Sr/86Sr平均比值为0.708±0.001[4]。现代海水的锶同位素比值便是此三种锶平衡的结果,其平均值为0.709 073±0.000 003[5]。锶同位素的组成直接代表了原始海水,其变化可用于进行全球等时对比[6, 7, 8, 9, 10, 11, 12],同时在海相地层对比定年中也可以发挥一定作用[8, 11]。硅岩中的锶同位素组成及其变化，可以反映地壳活动历史和海底热事件发生历史，进一步反映沉积环境和碎屑物质的来源。

Nd同位素在海水中存留的时间较短(一般小于300 a)，与海水混合的时间相近，不能使Nd在全球海洋中完全混溶，因此Nd同位素可以指示局部海相盆地中物源方向、可以判断海水成分变化和海洋循环状况。在海洋环境中，沉积岩Nd同位素组成特征受海洋两大物质来源陆源和海底物质的制约，两者组成比例变化，形成的沉积岩Nd同位素特征将有所改变[13, 14, 15, 16, 17]。海水越深，沉积物中Nd的含量将会上升[13, 14, 15, 16, 17]。海洋中εNd值变化范围很广，可以用来作为大洋循环的指示物[13, 14, 15, 16, 17]。 1 地质背景

本文研究区为湖南、广西地区，以下简称湘桂地区。湘桂地区主要位于湘中、桂中台缘块断带(简称湘桂块)，部分位于南盘江—右江增生弧型冲褶带、十万大山弧后前陆盆地、钦州拗拉槽和富宁那坡增生弧形逆掩带[18]。

大地电磁测深反映了湘桂地区基底特点与扬子明显不同[19, 20, 21]，晚古生代至中三叠世，台盆相间，为边缘海盆地，印支运动强烈，西部形成增生弧型造山带，东部形成弧后前陆盆地，晚白垩世至第三纪引张，发育大小不等的造山期后陆相盆地。泥盆纪时，湘桂地区构造继承了以北北东、北东向为主的构造线，同时又有新的北西向构造出现。在活动方式上，由志留纪的挤压转化为泥盆纪的拉张活动，形成了相间出现的地堑和地垒。在空间上，构造活动具有南强北弱，西强东弱，由南向北逐渐推进的特点[21, 22]，而这种周期性和海平面变化具有一定相关性。上述构造活动同时控制了区内沉积相的分异和展布规律，形成了独特的浅水台地和深水台间沟槽相间的古地理格局。

泥盆纪时，层状硅质岩广泛发育于华南地区碳酸盐台间盆地，至晚泥盆世早期分布范围最广[21, 22, 23, 24]。其中局部还含有重要的锰和金属硫化物矿产，因此，很早就受到人们的关注[24, 25, 26]。大部分研究主要集中在含矿硅质岩上[25, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33]，认为硅质岩的形成主要与海底热液有关，但这些研究往往局限于某一时段(如晚泥盆世)，对热液活动和构造活动的联系很少有人作深入的研究[33, 34, 35, 36]，对湘桂地区硅岩与沉积构造背景缺乏系统的认识。

本文希望通过对湘桂地区硅岩Rb-Sr、Sm-Nd同位素的地球化学研究，阐述华南泥盆纪硅质岩沉积史、热液活动特点、演化规律及其与盆地构造活动(裂谷活动)与演化的相互关系。

本研究的样品采自南宁市以南的五象岭园艺场至大连冲一线(图 1)泥盆系的莫丁组、坛新组、罗富组和榴江组(图 2)。所测试样品主要为层状硅质岩(燧石)、少量结核状硅质岩和凝灰质硅质岩。本文对样品进行了Rb-Sr、Sm-Nd同位素分析，以明确湘桂地区构造环境及与全球的对应关系。

图 2 研究区综合柱状图及剖面样品取样位置 Fig. 2 Generalized columnar section and sampling location map of the study area
图选项
2 样品选择及其计算方法 2.1 样品选择

样品取样位置见图 1。本研究所用样品大多为层状硅质岩、少量结核状硅质岩和凝灰质硅质岩，所用样品先用铁碾钵粗碎，而后用玛瑙碾钵细碎至粉末状(≤200目)。

图 1 研究区取样位置图及弗拉斯期岩相古地理图 Fig. 1 Sampling location and lithofacies paleogeographic map of Frasnian strata in the study area
图选项
2.2 分析方法

Rb-Sr、Sm-Nd同位素的化学分离和同位素比值测量是在中国科学院地质与地球物理研究所固体同位素地球化学实验室完成。

利用87Sr/86Sr和稀土元素半定量模式可以对沉积环境半定量确定沉积水来源为表层水还是深海水，是开阔大洋水、近岸水还是河水。同时可以利用其εSr(t)、Sr模式年龄tDM 和∫Rb/Sr等同位素特征参数来灵敏地反映海水Sr随时间演化的情况。

式中,(87Sr/86Sr)0为初始锶比值，未知；

(87Sr/86Sr)t和(87Rb/86Sr)为现今比值，可以由样品实测；

t为地质体的年龄；

(87Sr/86Sr)DM、(87Rb/86Sr)DM为地幔现今的同位素比值。

Nicolaysen[37]用等时线方法将这个问题解决。等时线年龄的计算方法如下：在一个地质体上采集多个样品，由各样品所测得的(87Sr/86Sr)t和87Rb/86Sr值作为一组点的坐标投影到一条直线上。由此求出(87Sr/86Sr)0和t。

对于147Sm/144Nd>0.13或<0.10的样品，本文采用两端的Nd模式年龄(t2DM)计算方法，以减少由于Sm/Nd分馏造成的tDM计算偏差。

式中,(143Nd/144Nd)DM＝0.213 7，(147Sm/144Nd)DM＝0.513 15分别为地幔现今的同位素比值；

(143Nd/144Nd)CHUR＝0.516 238，(147Sm/144Nd)CHUR＝0.196 7，为现今球粒陨石同位素比值；

(147Sm/144Nd)s和(143Nd/144Nd)s分别代表样品现今的同位素比值；

t为样品的地层年龄(本文假设大陆地壳的147Sm/144Nd平均值为0.12)；

(143Nd/144Nd)s,t代表样品形成时(t)的同位素比值；

λSm＝0.654×10-11a-1,Nd同位素的模式年龄通常被认为是沉积岩源区的平均年龄；

可以利用其εNd(t)、tDM 和∫Sm/Nd等同位素特征参数来灵敏地反映不同源区的环境随时间演化的情况。

本区测试结果见表 1和表 2。

表 1 研究区Rb、Sr 含量Rb/Sr、87Rb/86Sr、87Sr/86Sr、(87Sr/86Sr)0比值δSr(‰)数值表 Table 1 Numerical table of Rb,Sr content,Rb/Sr,87Rb/86Sr,87Sr/86Sr,(87Sr/86Sr)0 ratio and δSr(‰)
采样位置样品号时间/Ma岩性Rb/(ug/g)Sr/(ug/g)Rb/Sr87Rb/86Sr87Sr/86Sr(87Sr/86Sr)0δSr/‰εSr
辛铺镇XP1380层状硅岩7.215 1373.102 2282.325 7926.749 7730.739 176±140.722 38142.207492.209
石古元SGY14380层状硅岩1.169 86850.650 6860.023 0970.066 9210.722 421±130.722 25418.583254.379
石古元SGY8380层状硅岩9.445 43814.978 5250.630 5991.826 6940.720 179±140.715 63415.422222.556
寨子岭ZZL2380层状硅岩2.270 58111.236 2470.202 0760.585 3520.719 902±210.718 44615.032218.628
白杜村BDC6380层状硅岩5.353 651222.560 4610.024 0550.069 6330.713 094±120.712 9205.432121.983
莲塘LT3380层状硅岩24.779 2153.372 7717.346 84221.270 4450.714 596±130.661 6697.550143.305
城步CB2380层状硅岩80.589 69015.379 3755.240 11515.246 6490.765 543±130.727 60579.383866.469
城步CB4380层状硅岩5.323 81286.999 9580.061 1930.177 1980.716 483±140.716 04210.211170.094
古坪GP3380层状硅岩3.171 3343.638 7320.871 5492.526 0500.725 770±140.719 48423.305301.912
付合FSIL1380层状硅岩21.931 8907.331 0572.991 6418.655 1870.773 171±260.751 63412.471919.448
白沙BSI2380层状硅岩4.623 01815.612 5840.296 1080.862 1990.714 064±130.711 9190.941144.723
白沙BSI5380层状硅岩38.665 65435.175 3271.099 2273.170 6120.732 253±140.724 3634.489387.471
白沙BSI6380层状硅岩9.078 72611.872 4340.764 6902.203 5450.725 732±150.720 2493.217307.223
沙湾SW6380层状硅岩10.345 30614.653 6300.705 9892.033 1420.722 536±130.717 4772.594253.132
沙湾SW10380层状硅岩10.847 0588.655 8721.253 1443.622 1910.734 420±330.725 4074.912407.834
五象岭WXC12380层状硅岩4.185 35826.194 8520.159 7780.459 0200.713 957±150.712 8150.920162.194
五象岭WXC10382层状硅岩43.627 10760.088 1390.726 0522.087 0540.723 348±150.718 1552.752266.372
五象岭WXC2385层状硅岩20.387 19658.610 9260.347 8401.008 8990.716 128±140.713 6181.344177.858
五象岭WXB11387层状硅岩5.681 4584.283 8561.326 2493.842 3050.737 579±140.728 0185.528458.763
五象岭WXB10389层状硅岩7.411 3818.182 2720.905 7852.622 0390.731 769±140.725 2454.395404.663
五象岭WXB5-1395层状硅岩5.892 4574.559 5671.292 3283.733 3710.734 306±150.725 0164.890400.201
表选项
表 2 研究区Sm、Nd 含量,Sm/Nd、147Sm/144Nd、143Nd/144Nd比值 和 tDM(Ga)、εNd(t)、εNd(0)数据表 Table 2 Numerical table of Sm，Nd content,Sm/Nd，147Sm/144Nd、143Nd/144Nd ratio and tDM(Ga)，εNd(t)，εNd(0)
采样地点样号时间/Ma岩性Sm/(ug/g)Nd/(ug/g)Sm/Nd147Sm/144Nd143Nd/144Nd(143Nd/144Nd)0εNd(t)εNd(0)tDM(Ga)
虎岩坝HYB4380层状硅岩2.227 566.587 5350.338 1470.204 431 10.512 063 2±110.511 554 5-11.212 46-5.499 3631.877*
寨沙ZS1380层状硅岩11.316 9553.021 6080.213 4400.129 037 90.512 142 9±120.511 821 9-9.656 995-0.276 2241.596
莲塘LT3380层状硅岩0.841 4725.542 3890.032 9440.019 916 70.512 635 9±150.512 586 3-0.041 73414.659 0320.386*
铁砂坪TSP5380层状硅岩0.440 941.311 2430.336 2770.203 300 50.512 166 1±120.511 660 3-9.204 772-3.433 5671.725*
城步CB4380层状硅岩0.175 810.869 6930.202 1550.122 2150.512 128 9±070.511 824 8-9.931 004-0.218 9671.512*
寨子岭ZZL2380层状硅岩0.230 911.315 0410.175 5890.106 154 60.511 942 7±050.511 678 6-13.563 17-3.076 0511.545
古坪GP3380层状硅岩2.955 94108.671 9110.027 2010.016 444 50.512 192±060.512 151 1-8.699 7496.156 252 81.016*
二塘ET01A380层状硅岩0.147 350.679 1860.216 9520.131 161 10.512 043±150.511 716 6-11.607 31-2.332 8181.644*
付合FSIL1380层状硅岩2.402 058.240 3160.176 4650.176 464 60.512 161±120.511 721 9-9.304 127-17.869 531.636*
付合FSIL2380层状硅岩0.284 341.026 6210.167 6660.167 666 20.512 133 1±100.511 715 9-9.849 514-17.987 851.645*
白沙BSI2380层状硅岩1.078 915.096 0180.128 1670.128 166 60.512 167 6±120.511 848 7-9.176 511-15.397 581.543
白沙BSI5380层状硅岩4.159 0921.073 6450.119 4750.119 4750.512 112 7±120.511 815 4-10.247 45-16.046 641.496
白沙BSI6380层状硅岩0.481 131.496 6050.194 6150.194 615 40.512 135±260.511 650 7-9.812 066-19.258 491.739*
沙湾SW6380层状硅岩1.303 453.443 7340.229 1320.229 131 60.512 129 7±110.511 559 5-9.915 868-21.037 671.870*
沙湾SW10380层状硅岩0.750 363.568 8720.127 2790.127 278 60.512 129 7±120.511 813-9.915 868-16.093 841.588
五象岭WXC12380层状硅岩0.465 872.295 3580.202 9600.122 865 30.512 026 6±100.511 720 9-11.925 65-17.889 41.673
五象岭WXC10382层状硅岩2.420 6513.821 9530.175 1310.106 018 30.511 971±80.511 705 8-13.010 68-18.183 821.508
五象岭WXC8383层状硅岩1.489 826.304 9510.236 2940.143 044 60.512 033 3±120.511 674 5-11.796 22-18.794 341.700*
五象岭WXC7383层状硅岩1.184 343.860 5430.306 7800.185 714 60.512 046 9±120.511 579 9-11.530 75-20.640 151.833*
五象岭WXC2385层状硅岩3.742 3615.877 3720.235 7040.142 687 50.512 134 4±120.511 774 7-9.822 846-16.839 991.553*
五象岭WXB11387层状硅岩0.589 282.738 7790.215 1610.130 251 50.511 792 7±140.511 462 6-16.489 95-22.928 832.001*
五象岭WXB10389层状硅岩10.157 5962.240 1800.163 2000.098 795 90.512 015 9±110.511 770 1-12.134 66-16.930 11.567*
五象岭WXB5-1395层状硅岩0.539 852.031 9020.265 6870.160 8380.512 084 2±120.511 674 5-10.802 21-18.794 251.691*
    注：(1)地层年龄是基于区域地层对比和Kaufmann(2006)最新数据所作的估值；(2)Nd 的模式年龄用tDM计算结果，部分样品147Sm/144Nd<0.10 或>0.13(*)。
表选项
3 分析结果

研究区Rb、Sr 含量，Rb/Sr、87Rb/86Sr、87Sr/86Sr、(87Sr/86Sr)0比值和δSr(‰)结果见表 1。通过表 1可以看出，研究区Rb，Sr含量变化范围较大，Rb含量分布在1.17%~80.59%之间，Sr含量分布在3.10~87.00 μg/g之间。Rb/Sr比值分布在0.02~7.34。(87Sr/86Sr)0比值相对较大，分布在0.661 669~0.751 634。

研究区Sm、Nd 含量，Sm/Nd、147Sm/144Nd、143Nd/144Nd比值和tDM(Ga)、εNd(t)、εNd(0)、∫Sm/Nd数据见表 2。通过表 2可以看出，研究区Sm、Nd含量变化范围较大，Sm含量分布在0.18~11.32 μg/g，Nd含量分布在0.87~108.6 μg/g。Sm/Nd比值分布在0.03~0.23,147Sm/144Nd比值分布在0.02~0.23,(143Nd/144Nd)0比值分布在0.511 660 3~0.512 586 3，tDM(Ga)分布在0.386~2.001、εNd(t)在-13.563 17~-0.041 734、εNd(0)值分布在-17.987 85~-14.659 032。 4 讨论 4.1 Rb、Sr同位素系统指示的构造环境

Weis和Wasserburg[39]指出硅岩中Rb含量如果与Al2O3含量呈明显的正相关关系,表明Rb主要来源于陆源碎屑物质。Rb和K富集在酸性岩石中，Sr和Ca富集于基性岩石中，Rb/Sr比值可以间接指示源岩的成分和性质。

研究区硅岩Rb和Al2O3有很明显的正相关性，Sr和Al2O3的相关性不大，说明研究区硅岩在形成时受到陆源物质影响。WXB5-1、WXB11、WXC8、XP1、LT3和CB2的Rb/Sr比值大于1，说明硅岩形成时物源主要为偏酸性的陆源岩石，偏酸性的物源主要分布在湘桂地区西部和东部的礁间台地相；WXB10、GP3，比较接近1，说明硅岩形成时受中性陆源物质影响，中性物源主要分布在西北部和东南部；其余样品Rb/Sr比值远小于1，说明形成时的物源主要为碱性岩石，碱性物源主要分布在中部地区的礁台地相。

付合(FSIL1)的(87Sr/86Sr)0最高，可以达到0.751 634，受陆源影响很大，辛铺镇(XP1)、石古元(SGY14)、城步(CB2)、白沙(BSI5)、沙湾(SW10)和五象岭(WXB11、WXB10和WXB5-1)(87Sr/86Sr)0较高，均大于0.720 000，说明受到陆源影响很大。值得一提的是LT3的(87Sr/86Sr)0非常小，为0.661 669，贴近洋脊的数值，推测与地幔深部物质输运量的增加有关，但由于数据较少，可靠性有待进一步确认。其余地区的(87Sr/86Sr)0分布在0.712~0.720，说明受陆源和海水双重影响。Cb2的87Sr/86Sr比值达到0.765 543，但(87Sr/86Sr)0数值不是很高，为0.727 605，因该样品Rb含量很高，达到80.589 690。如此高的87Sr/86Sr比值很可能是放射性Rb高的缘故，且该样品受陆缘影响很大。在前人研究成果基础上，结合本研究成果指出研究区为礁台地相环境，部分地区为礁间洼地相、海槽和海槽边缘相环境。

五象岭地区从埃姆斯阶的WXB5-1到艾菲尔阶的WXB10和WXB11，(87Sr/86Sr)0有增大的趋势，到WXB11达到最大，吉维特阶的WXC2变小，弗拉斯阶的WXC8、WXCB10和WXC12是逐渐减小，但WXC8比WXC2大，到WXC12达到最小。这些数据表明由埃姆斯期开始到艾菲尔末期受陆源影响增强，在吉维特期陆源影响明显减小，弗拉斯期陆源影响明显减弱。而陆源影响大小又与盆地大小和开放程度有关，因此，可以进一步推测泥盆纪沉积盆地从埃姆斯期加速裂解扩展后，在艾菲尔期又经历了扩展沉寂期，甚至收缩，造成陆源物质向海盆输送量的增加，吉维特末期至弗拉斯期中期，又经历了盆地的快速扩张期，使陆源物质输送量减少。此变化趋势与Geldern等[39]研究的全球泥盆纪87Sr/86Sr 变化趋势相吻合。 4.2 Sm、Nd同位素系统指示的构造环境

海水Sm/Nd比值对海平面升降、古大陆风化作用和区域构造事件(如海底地壳拉张产生的幔源组合和地幔柱活动)具有指示意义，Sm/Nd比值越大，海平面越高[40]。虎岩坝(HYB4)和铁砂坪(TSP5)的Sm/Nd比值都很高，说明当时海平面较高，可能与它们处于低洼地区有关。莲塘和古坪的Sm/Nd比值很低，可能与较强的热液活动有关。五象岭地区的Sm/Nd比值总体高于付合、沙湾和白沙，与海水由南向北侵入的古地理展布相一致[41, 42, 43]。五象岭地区从埃姆斯期的WXB5-1到艾菲尔期的WXB10和WXB11，Sm/Nd比值先是很大幅度的降低，然后微升，可能说明该区在艾菲尔早期有大幅度海退，然后海进。吉维特阶在艾菲尔期的基础上Sm/Nd比值小幅度上升，说明海水小幅度微升，弗拉斯早期继续快速升高，然后降低。说明该区在弗拉斯早期快速上升，然后开始降低。

McLennan等[44]研究指出εNd值可以用来指示物源，εNd值小于-10的源区一般为古老的上陆壳，εNd大于+5的源区一般为洋中脊玄武岩，εNd值分布在-7.9~-13之间的源区一般为盆地基底硅岩[14, 39]。利用εNd来判断沉积环境，εNd的高值代表气候温暖期，若在海洋中，也可代表热液活动强烈时期[13, 14, 15, 16]。研究区εNd(0)值普遍在-16到-21之间变化，说明硅质来源主要是古老的上陆壳[13, 14, 15, 16]，与Sr的研究结果一致。莲塘(LT3)、古坪(GP3)的εNd(0)值非常高，分别为14.66和6.16，接近洋中脊的数据[13, 14, 15, 16]，说明有地壳深部物质加入，这可能与该区地壳裂解很深有关。莲塘的结果和Sr相似。城步(CB4)和寨沙(ZS1)的εNd(0)也较高，分别为-0.22和-0.28。虎岩坝(HYB4)、铁砂坪(TSP5)和寨子岭(ZZL2)的εNd(0)值均较高，大于-6，与盆地基底的εNd(0)一致[13, 14, 15, 16]。这些数据说明这些地区有少量陆源物质加入，εNd(0)值越高，深源物质加入就越多。

硅岩中Sm-Nd模式年龄tDM(Ga)主要分布在1.5~2.1之间，说明物源为元古代地壳存留区域，与李献华[45]的研究结果一致。古坪地区的tDM(GP3)为1.016 Ga，白沙的tDM(Bsi5)为1.496 Ga，tDM值的变化反映了有大量新生地区物质加入到物源区。莲塘(LT3)的tDM为0.386 Ga，与硅岩形成年龄相当，可能在形成过程中有大量泥盆纪新生物质加入，可能由于裂解较深，在带入深部物质的同时，卷入泥盆纪沉积时的岩石。但由于数据量不多，结论有待于进一步确认。 5 结论

利用Rb-Sr、Sm-Nd同位素地球化学特征对研究区硅岩物质来源和形成时代进行了研究，结果表明硅岩(87Sr/86Sr)0值一般分布在0.721 000~0.731 000，说明硅岩形成时还受到陆源和海水的影响。硅岩Nd同位素模式年龄(tDM或t2DM)和εNd(0)值主要分布区间分别为1.5~2.1与-16~-21，表明硅质来源于深部元古代地壳。εNd(0)值(-0.22~14.7)高的一些地区，大多沿狭长海槽分布，表明硅质可能来源于深部地幔，通过延伸到地幔的地块边缘断裂带上升到地表。付合、辛铺镇、石古元、城步、白沙、沙湾和五象岭地区沉积时沉积物受陆源影响很大，为近物源沉积；莲塘、古坪地区为地幔来源，地壳裂解很深；其余的地区说明受陆源和海水双重影响。五象岭地区在艾菲尔早期有大幅度海退，然后海进。吉维特阶在艾菲尔期的基础上海水小幅度微升，弗拉斯早期继续快速升高，然后降低。

参考文献
[1] Mcarthur J M, Donovan D T, Thirlwall M F, et al. Strontium isotope profile of the early Toarcian (Jurassic) oceanic anoxic event, the duration of ammonite biozones and belemnite palaeotemperatures[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2000, 179(2): 269-285.
[2] Palmer M R, Edmond J M. The strontium isotope budget of the modern ocean[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1989, 92(1): 11-26.
[3] Palmer M R, Elderfield H. Sr isotope composition of sea water over the past 75 Myr[J]. Nature, 1985, 314(6011): 526-528.
[4] 秦建华, 潘桂棠, 杜谷, 等. 新生代气候变化与陆地硅酸盐岩风化和海洋Sr同位素研究[J]. 矿物岩石, 2002, 22(1):31-35.[Qin Jianhua, Pan Guitang, Du Gu, et al. The progress for study on the change of Cenozoic global climate, continental silicate rock weathering and marine strontium isotope[J]. Journal of Mineralogy and Petrology, 2002, 22(1): 31-35.]
[5] Allegre C J, Gailardet J, Levasseur S, et al. The evolution of sea water strontium isotope in the last hundred million years: Reinterpretation and consequence for erosion and climate models[J]. Eos transactions, American Geophysical Union, 1996, 77(S1): 325.
[6] Dingle R V, Mcarthur J M, Vroon P. Oligocene and Pliocene interglacial events in the Antarctic Peninsula dated using strontium isotope stratigraphy[J]. Journal of the Geological Society, 1997, 154(2): 257-264.
[7] Ebneth S, Diener A, Buhl D, et al. Strontium isotope systematics of conodonts: Middle Devonian, Eifel Mountains, Germany[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 1997, 132(1/2/3/4): 79-96.
[8] Veizer J, Buhl D, Diener A, et al. Strontium isotope stratigraphy: Potential resolution and event correlation[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 1997, 132(1/2/3/4): 65-77.
[9] Montañez I P, Banner J L, Oslcger D A, et al. Integrated Sr isotope variations and sea-level history of middle to upper Cambrian platform carbonates: Implications for the evolution of Cambrian seawater 87Sr/ 86Sr[J]. Geology, 1996, 24(10): 917-920.
[10] Montañez I P, Osleger D A, Banner J L, et al. Evolution of the Sr and C isotope composition of Cambrian oceans[J]. GSA Today, 2000, 10(5): 127.
[11] Hess J, Bender M L, Schilling J-G. Evolution of the ratio of Strontium-87 to Strontium-86 in seawater from Cretaceous to present[J]. Science, 1986, 231(4741): 979-984.
[12] Miller R G, O'Nions R K, Hamilton P J, et al. Crustal residence ages of clastic sediments, orogeny and continental evolution[J]. Chemical Geology, 1986, 57(1/2): 87-99.
[13] Piepgras D J, Wasserburg G J, Dasch E J. The isotopic composition of Nd in different ocean masses[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1979, 45(2): 223-236.
[14] Piepgras D J, Jacobsen S B. The isotopic composition of neodymium in the North Pacific[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1988, 52(6): 1373-1381.
[15] Piepgras D J, Wasserburg G J, Dasch E J. The isotopic composition of Nd in different ocean masses[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1979, 45(2): 223-236.
[16] Piepgras D J, Wasserburg G J. Strontium and neodymium isotopes in hot springs on the East Pacific Rise and Guaymas Basin[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1985, 72(4): 341-356.
[17] Bertram C J, Elderfield H, Aldridge R J, et al. 87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd and REEs in Silurian phosphatic fossils[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1992, 113(1/2): 239-249.
[18] 马力, 陈焕疆, 甘克文, 等. 中国南方大地构造和海相油气地质[M]. 北京:地质出版社, 2004:1-22.[Ma li, Chen Huanjiang, Gan Kewen, et al. Geostructure and Marine Facies Hydrocarbon Geology of the South China[M]. Beijing: Geological Publishing House, 2004: 1-22.]
[19] 钟铿, 吴诒, 殷保安, 等. 广西的泥盆系[M]. 北京:中国地质大学出版社, 1992:1-30.[Zhong Keng, Wu Yi, Yin Bao'an, et al. Devonian of Guangxi[M]. Beijing: Press of the China University of Geosciences, 1992: 1-30.]
[20] 广西壮族自治区地质矿产局. 广西壮族自治区岩石地层[M]. 武汉:中国地质大学出版社, 1997:1-22.[Guangxi Provience Bureau of Geology and Mineral Resources. Regional Geology of the Guangxi Province[M]. Wuhan: China University of China Press, 1997: 1-22.]
[21] 广西壮族自治区地质矿产局. 广西泥盆纪沉积相古地理及矿产[M]. 广西:广西人民出版, 1987:1-88.[Guangxi Provience Bureau of Geology and Mineral Resources. Sedimentary Facies Paleogeography and Relatively Mineral Deposits of Devonian in Guangxi[M]. Guangxi: Guangxi People's Press, 1987: 1-88.]
[22] 王卓卓, 陈代钊, 汪建国. 广西南宁地区泥盆系硅质岩稀土元素地球化学特征及沉积环境[J]. 地质科学, 42(2):558-569.[Wang Zhuozhuo, Chen Daizhao, Wang Jianguo. REE Geochemistry and depositional setting of the Devonian chert, Nanning area, Guangxi[J]. Chinese Journal of Geology(Scientia Geologica Sinica), 42(2): 558-569.]
[23] Chen D Z, Tucker M E, Zhu J Q, et al. Carbonate sedimentation in a starved pull-apart basin, Middle to Late Devonian southern Guilin, South China[J]. Basin Research, 2001, 13(2): 141-167.
[24] Chen D Z, Qing H R, Yan X, et al. Hydrothermal venting and basin evolution (Devonian, South China): Constraints from rare earth element geochemistry of chert[J]. Sedimentary Geology, 2006, 183(3/4): 203-216.
[25] 陈先沛, 高计元. 广西中部泥盆系的多金属—重晶石矿床和热水沉积作用[J]. 沉积学报, 1987, 5(3):149-158.[Chen Xianpei, Gao Jiyuan. Thermal water sedimentation and Pb-Zn-Barite deposits[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 1987, 5(3): 149-158.]
[26] Tang S R, Liu W J, Luan S W. Characteristics of cherts in the Xialei manganese ore mining area and their origin[J]. Science Geology Sinica, 1994, 3(1): 59-71.
[27] 陶文. 广西硅质岩建造与成矿作用[M]. 广西:广西地质, 2002:35-38.[Tao Wen. The Origination and Mineralization of Silicalite Formation in Guangxi[M]. Guangxi: Guangxi Geology, 2002: 35-38.]
[28] 冯彩霞, 刘家军, 刘燊. 渔塘坝硒矿硅质岩的地球化学特征及成因[J]. 沉积学报, 2002, 20(4):727-732.[Feng Caixia, Liu Jiajun, Liu Shen, et al. The geochemistry and genesis of siliceous rocks of selenium diggings in Yutangba[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2002, 20(4): 727-732.]
[29] 谢桂青, 胡瑞忠, 方维萱, 等. 云南墨江金矿热水喷流沉积成岩成矿的地质地球化学证据[J]. 沉积学报, 2002, 20(3):387-393.[ Xie Guiqing, Hu Ruizhong, Fang Weixuan, et al. Evidence for geology and geochemistry of hydrothermal exhalative genesis from Mojiang gold deposit, Yunnan[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2002, 20(3): 387-393.]
[30] 温汉捷, 裘愉卓, 凌宏文, 等. 中国早古生代若干高硒黑色岩系中层状硅质岩的地球化学特征及其成因意义[J]. 沉积学报, 2003, 21(4):619-626.[Wen Hanjie, Qiu Yuzhuo, Ling Hongwen, et al. Geochemistry and genesis of bedded cherts in some typical Eopaleozoic high selenium black shales, China[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2003, 21(4): 619-626.]
[31] 杨海生, 周永章, 杨志军, 等. 热水沉积硅质岩地球化学特征及意义——以华南地区为例[J]. 中山大学学报:自然科学版, 2003, 42(6):111-115.[Yang Haisheng, Zhou Yongzhang, Yang Zhijun, et al. Geochemical characteristics and implications of hydrothermal cherts—A case study of South China[J]. Acta Scientiarum Nayuralium Universitatis Sunyatseni, 2003, 42(6): 111-115.]
[32] 陈翠华, 何彬彬, 顾雪祥, 等. 桂西北高龙金矿床含矿硅质岩成因及沉积环境分析[J]. 沉积学报, 2004, 22(1):54-58.[Chen Cuihua, He Binbin, Gu Xuexiang, et al. Analysis of genesis and depositional environment of the immediate host siliceous rocks from Gaolong gold deposit in northwestern Guangxi province[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2004, 22(1): 54-58.]
[33] 陈大经, 谢世业. 广西热水沉积成矿作用的基本特征[J]. 矿产与地质, 2004, 18(5):415-421.[Chen Dajing, Xie Shiye. Basic character of hydrothermal depositional mineralization in Guangxi[J]. Mineral Resources and Geology, 2004, 18(5): 415-421.]
[34] 周永章. 丹池盆地热水成因硅质岩的沉积地球化学特征[J]. 沉积学报, 1990, 8(3):75-83.[Zhou Yongzhang. On sedimentary geochemistry of siliceous rocks originated from thermal water in Nandan-Hechi Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 1990, 8(3): 75-83.]
[35] 周永章, 何俊国, 杨志军, 等. 华南热水沉积硅质岩建造及其成矿效应[J]. 地学前缘, 2004, 11(2):373-377.[Zhou Yongzhang, He Junguo, Yang Zhijun, et al. Hydrothermal sedimentary formation and related mineralization in South China[J]. Earth Science Frontiters, 2004, 11(2): 373-377.]
[36] 邓希光, 李献华, 陈志刚. 广西钦州板城晚泥盆世硅质岩地球化学特征及沉积环境探讨[J]. 地质科学, 2003, 38(4):460-469.[Deng Xiguang, Li Xianhua, Chen Zhigang. Geochemical features and sedimentary setting of the Late Devonian chert in Bancheng of Qingzhou, Guangxi[J]. Chinese Journal of Geology, 2003, 38(4): 460-469.]
[37] 于炳松, 陈建强, 李兴武, 等. 塔里木盆地肖尔布拉克剖面下寒武统底部硅质岩微量元素和稀土元素地球化学及其沉积背景[J]. 沉积学报, 2004, 22(1):59-66.[Yu Bingsong, Chen Jianqiang, Li Xingwu, et al. Rare earth and trace element patterns in bedded-cherts from the bottom of the Lower Cambrian in the northern Tarim Basin, Northwest China: Implication for depositional environments[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2004, 22(1): 59-66.]
[38] Nicolaysen L O, Burger A J, Tatsumi T, et al. Age measurements on pegmatites and a basic charnockite lens occurring near Lützow-Holm Bay, Antarctica[J].Geochimica et Cosmochimica Acta, 1961, 22(2/3/4): 94-98.
[39] Weis D, Wasserburg G J. Rb Sr and Sm Nd systematics of cherts and other siliceous deposits[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1987, 51(4): 959-972.
[40] Van Geldern R, Joachimski M M, Day J, et al. Carbon, oxygen and strontium isotope records of Devonian brachiopod shell calcite[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2006, 240(1/2): 47-67.
[41] 周炼, 陈孝红, 李志宏, 等. 三峡地区寒武纪—三叠纪古海水Sm/Nd变化特征:来自牙形石的证据[J]. 地球科学, 2006, 31(1):136-142.[Zhou Lian, Chen Xiaohong, Li Zhihong, et al. Variational characteristics of Sm/Nd ratio in Cambrian- Triassic paleoseawater from three gorges area conodont evidence[J]. Earth Science, 2006, 31(1): 136-142.]
[42] 湖南省地质矿产局. 湖南省区域地质志[M]. 北京:地质出版社, 1988:5-23.[Hunan Province Bureau of Geology and Mineral Resources. Regional Geology of the Hunan Province[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1988: 5-23.]
[43] 陈代钊, 陈其英. 华南泥盆纪沉积演化及海水进退规程[J]. 地质科学, 1994, 29(3):246-255.[Chen Daizhao, Chen Qiying. Devonian sedimentary evolution and transgression-regression patterns in South China[J]. Scientia Geologica Sinica, 1994, 29(3): 246-255.]
[44] 陈代钊, 陈其英. 黔南早中泥盆世层序地层格架与海平面变化[J]. 中国科学(B辑), 1994, 24(11):1197-1205.[Chen Daizhao, Chen Qiying. Sequence stratigraphy framework and sea-level alternation Early-Middle Devonian in the south of Guizhou province[J]. Science in China(Seri. B), 1994, 24(11): 1197-1205.]
[45] McLennan S M, Taylor S R. Sedimentary rocks and crustal evolution: Tectonic setting and secular trends[J].The Journal of Geology, 1991, 99(1): 1-21.
[46] 李献华. 扬子块体南缘四堡群Sm-Nd同位素体系及其地壳演化意义[J]. 地质科学, 1996, 31(3):218-228.[Li Xianhua. Sm-Nd isotopic systematics of Sibao Group form the southern margin of Yangtze Block: implications for the crustal evolution[J]. Scientia Geologica Sinica, 1996, 31(3): 218-228.]
湘桂地区泥盆纪硅岩Rb-Sr、Sm-Nd同位素地球化学特征及构造沉积背景研究
王卓卓, 施立志, 张永生, 陈代钊, 梁江平