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古生代末期是地质时期的一个重大转折时期,发生了地史时期最大规模的生物绝灭事件和其它重大地质事件,所以该段地史时期的地层倍受地学界的长期关注。华南二叠系一三叠系界线上广泛发育界线粘土岩层。在浙江煤山剖面的P/T界线上下,一共发育数层粘土岩层,其中的第25、26层的粘土岩单层的厚度仅几厘米。这些几厘米厚的粘土岩在华南其它剖面相同的层位均能找到。针对粘土岩成因及物质来源问题众说纷纭。许多学者认为粘土岩层的形成与酸性火山爆发有关。广西扶绥东攀剖面是出露二叠系一三叠系界线地层最完整的剖面,构造影响最小,其中上二叠统大隆组出露的粘土岩地层多达24层。
深水相沉积中保留较陆相和浅海相区更完备的地质信息,对深海相的研究全面认识晚古生代-中生代地史转折期生物-地质事件的一个非常重要的环节。因此,对深水相区二叠世末期地层中的粘土岩开展系统的岩石学及岩石地球化学等方面的研究,探讨该时期粘土岩的成因和火山活动特征具有重要意义。本次研究选择广西扶绥东攀剖面上二叠统大隆组上部粘土岩作为重点研究对象,开展了岩石学和地球化学方面的研究,并探讨了粘土岩的物源特征。
根据粘土岩产出特征、宏观沉积结构构造等特征,认为粘土岩层是在水动力相当弱的条件下沉积的产物。主要表现为:①所有的粘土岩层与上下其它岩层均呈整合接触,单层较薄,一般小于10cm,但分布稳定,延伸较远,区域上均可逐层对比。②粘土岩层主要有三种类型产出,一种为出现在钙屑浊积岩层或泥质硅质细粒浊积岩层之上,另一种为第6层灰黄色、黄灰色薄层粘土岩与含凝灰泥岩互层,还有一种产于泥岩夹层之中。⑧大部分为灰白-青灰白色,绝大部分可见到水平层理和微米级的水平纹层,单层稍厚者,水平层理极为稳定。
根据粘土岩的显微构造构造、矿物学及岩石学特征分析,认为粘土岩的物源为中-酸性火山物质。主要表现为:①岩石薄片鉴定显示,粘土岩中大量细火山碎屑物有石英晶屑、长石晶屑、黑云母晶屑、蚀变的岩屑及火山尘,岩性可定为凝灰岩、沉凝灰岩和含凝灰泥岩;②粘土岩中的副矿物特征主要为锆石和磁铁矿,次之为褐铁矿、硬锰矿和磷灰石,个别样品中有少量的石榴石、电气石、黄铁矿、钛铁矿等,锆石颗粒细小,晶形完整。③粘土岩层中存在大量结晶完好、晶面平整的六方双锥石英(高温石英)和长石。④粘土岩层中的粘土矿物成分主要以伊/蒙混层矿物为主。
根据微量及稀土元素地球化学分析,进一步证实东攀剖面粘土岩物源为中-酸性、钙碱性系列的流纹岩-流纹质英安岩/英安岩安山质和长英质火山,来源于板内的火山喷发,并且火山活动频繁,强度也较强。主要表现在:①Sc的含量较低(<20ppm),明显低于基性和超基性岩石的Sc含量,表明不是基性/超基性岩浆物源;②粘土岩中Ga的变化范围为21-30ppm,含量几乎都小于30ppm,HFSE含量在120—410ppm之间变化,具有钙碱性岩浆的特征,为中酸性火山成因。③具有很高的Th、U含量(Th=16~63ppm,U=3~14ppm),具有酸性和长英质火山岩的特征。④(Eu/Eu*)球的值均小于1,变化范围为0.17—0.68,具有强烈Eu亏损,接近于安山岩和长英质火山岩比值。⑤∑L/∑H)球和(La/Yb)球及稀土配分模式图显示,与晚二叠世流纹岩极为相似。⑥在Yb—Ta图解中几乎所有的样品均落入板内花岗岩(WPG)的范围内。
综合分析认为,广西扶绥东攀剖面上二叠统粘土岩为火山-沉积作用的产物,其原岩为长英质、钙碱性系列的流纹岩-流纹质英安岩/英安岩,来源于板内的火山喷发。粘土岩出露的厚度、频度及火山碎屑物含量、成分的差异,与当时火山作用的强度、频率及岩浆成分有直接关系。