缅甸硅化木地球化学特征及其成因

雷芳芳

（福建船政交通职业学院 土木工程学院，福州 350007）

0 引言

硅化木是地质历史时期树木埋藏地下经硅质交代作用形成，并保留木质结构外观的木化石.硅化木产地繁多，国内主要是云南、新疆、辽宁、四川、贵州等地，国外主要来自缅甸、美国、加拿大、澳大利亚等国家，不同产地硅化木市场价值差别较大，其中缅甸硅化木质地细腻、颜色丰富多彩，具有较高的经济价值和广阔的应用前景.

从岩石学角度，硅化木属于硅质岩，其地球化学特征可以较好地反映其成因、来源、沉积环境等信息［1-2］.前人对缅甸硅化木的研究主要集中在矿物岩石学特征［3］、质量等级评价［4］、宝石学特征［5］、古生态环境［6］等方面，关于成因的研究较少.本文以缅甸曼德勒省地区硅化木为研究对象，在原石、手标本观察的基础上，结合主量元素、微量元素、稀土元素等地球化学特征，对其成因进行初步探讨.

1 地质背景

缅甸硅化木主要分布在缅甸中北部地区，以曼德勒省一带硅化木资源最为丰富，其次为马圭省、实皆省一带.硅化木产地大地构造位于喜马拉雅山造山带南缘三江断裂带，该区域构造活动比较复杂，主要发育断裂构造，且火山活动强烈，导致区内地热活动频繁，形成了自中国腾冲向南到瑞丽、缅甸曼德勒省一带的火山地热活动带，复杂和频繁的断裂构造为本区热液的运移提供了有利通道.在中新世—上新世期间该活动带的岩浆作用以中基性和中酸性火山喷发为主［7］，大量岩浆产生的硅质热液为硅化木的硅化交代作用提供了有利条件，在缅甸硅化木原石的表皮可以观察到一层灰白、白色的灰土状火山灰凝结形成的表层，如图1所示，硅化木主要埋藏在第三系渐新统到中新统的勃固群，及始新统的铁林砂岩与蓬洞砂岩地层中［7］，土质松散，如图2所示，硅化木是在相对干燥和氧化的环境中埋藏的，这对木质的埋藏和保存非常有益.

图1 硅化木原石图

图2 硅化木埋藏土层图

2 样品与测试

本文分析的硅化木手标本样品共有6件，颜色分别为白色（2件）、褐色（2件）、绿色（1件）、红色（1件），整体致密细腻，无明显木质纹理结构，均产自缅甸曼德勒省.根据外观“肉”质差异分为两种质地类型，即微透明～半透明和不透明，分别标记为H-01～H-04和H-05～H-06，如图3所示，其中H-01和H-02手标本可见细小乳白色点状物集中分布在“肉”间.测试采用Rigaku RIX 2000型X射线荧光光谱仪确定样品的主量元素氧化物含量，使用JEOL JXA-8230型电子探针分析样品的微量元素以及电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）测试稀土元素含量.

图3 硅化木手标本样品图

3 地球化学分析

3.1 主量和微量元素地球化学分析

通过X射线荧光光谱仪和电子探针分别测试硅化木样品中的主量元素和微量元素，并进行组分计算，测试和计算数据如表1、表2、图4所示.

由表1可知，缅甸硅化木的主要化学成分为SiO2，含量大于96.96%.其他成分中Fe2O3含量最高，平均为0.48%，所测样品中Fe2O3含量差别较大，H-02、H-04和H-06的含量是其余样品的2倍多；MnO含量次之，含量变化范围在0.31%～0.39%之间，平均值 0.34%.在各测试样品中 Al2O3、TiO2、CaO、MgO的含量都比较低，其中CaO、MgO含量平均值很相近；K2O、Na2O、P2O5的含量普遍偏低，均小于0.01%.总体来看，缅甸硅化木具有高含量SiO2、Fe2O3、MnO，低含量K2O、Na2O和P2O5的特点.

表1 缅甸硅化木的主量元素分析（%）

表2 缅甸硅化木微量元素分析（μg/g）

图4 不同颜色硅化木微量元素对数分布图

由表2和图4分析结果表明，缅甸硅化木的微量元素种类较多且组合基本一致，其中Ti、V、Cr、Mn 、Ni、Cu、Ba七种元素相对比较富集；Sc、Co、Ga、Rb、Y、Nb 、Hf、Pb、Th等元素相对亏损，含量平均值都小于1 μg/g.所测样品中微量元素含量总体较为稳定，样品中相同元素的含量都比较接近，少数元素含量差别较大，尤其是样品H-04和H-05中V、Cr、Cu元素含量均较高，含量远高于其余样品，推测微量元素可能与颜色成因有关；H-02样品中Zn元素含量是其余样品的6～8倍.

3.2 稀土元素地球化学分析

本文共对研究区6件硅化木样品进行了稀土元素的测试，并进行δEu、δCe、LREE/HREE等指标的计算，测试和计算结果如表3所示.

表3 硅化木稀土成分分析（μg/g）

表3测试结果表明，缅甸硅化木稀土元素总量较低，ΣREE含量在37.44 μg/g～40.79 μg/g之间，平均为 38.78 μg/g；LREE 值为 12.54 μg/g～14.11 μg/g，平均为13.1μg/g；HREE值为24.90μg/g～26.68μg/g，平均为 25.64 μg/g；LREE/HREE 值为 0.48～0.56，平均为0.51；δEu值分布范围为1.03～1.24，平均为1.13，表现为Eu正异常；δCe值分布范围为0.58～0.74，平均为0.65，Ce表现为负异常.

4 成因探讨

研究表明，硅化木的硅质来源概括起来主要有以下几种：热液提供硅质、生物参与产生硅质、上地幔和下部地壳的去硅作用提供硅质以及溶液化学作用形成硅质等［8］.目前，对于缅甸硅化木的成因还没有统一的定论，本文通过地球化学特征对其成因进行探讨.

4.1 主量元素

根据主量元素地球化学分析可知，样品中Fe、Mn的富集以及Mg含量较低表明缅甸硅化木形成与热液的参与密切相关［9-10］.同时，前人研究发现热液成因硅质岩的TiO2和 Al2O3都比较贫乏［11］.研究区硅化木TiO2含量平均值为0.01，Al2O3为0.19，含量都很低，显示出热液成因硅质岩的特征.

张聪等［12］认为硅质岩的wAl/wFe+Al值和wFe/wTi（w表示质量分数）可以有效推断其成因，其中wAl/wFe+Al值小于0.35且wFe/wTi值大于30为热液成因，wAl/wFe+Al值大于0.5且wFe/wTi值小于30是非热液成因.

缅甸硅化木wAl/wFe+Al值介于0.17～0.32之间，平均值为0.25，wFe/wTi值分布范围为35～76，平均值为55.5，与热液成因的分布范围相吻合，表明硅化木是热液成因.前人提出借助（wAl/wFe+Al）-（wFe/wTi）判别图研究硅质岩成因［12］，本文将研究区硅化木样品数据投到图5上，可见投点均落在判别图的热液区，指示热液成因.

图5 （wAl/wFe+Al）-（wFe/wTi）成因判别图（底图据张聪等［10］）

4.2 微量元素

据前人研究发现，Th/U、Rb/Sr值大小是反映硅质来源的有效参数，当硅质流体来自地壳或上地幔时的富铁镁质物源时，Th/U、Rb/Sr值都极低，且值越小，与深部物源的关系越密切［13］.通过缅甸硅化木微量元素分析结果可知，Th/U和Rb/Sr值分布范围分别是0.071～0.133和0.012～0.109，平均值分别为0.088和0.037，两者的比值都是很低的，反映了硅质流体来源于深部下地壳或上地幔的富铁镁质物源，这与研究区地处火山地热活动带有关，岩浆活动为硅化木的交代作用提供了物源.

4.3 稀土元素

稀土元素地球化学特征是探讨硅化木硅质来源的重要依据，一般认为热液成因的硅质岩稀土元素总量ΣREE较低［1］，研究区硅化木ΣREE含量为37.44 μg/g～40.79 μg/g，平均为 38.78 μg/g，总体含量较低，与热液成因的特征一致.

对于热液成因的硅质岩，δEu、δCe、LREE/HREE值相比于ΣREE值具有更明显的指示意义.总体而言，硅质岩的明显Ce负异常（δCe小于1）、Eu正异常或不明显亏损（δEu大于1）以及LREE/HREE＜1 是热液成因的显著标志［14］.研究区硅化木的δCe值为0.58～0.74，平均为0.65，表现出了明显的Ce负异常；δEu值为1.03～1.24，平均为1.13，表现出了Eu正异常；LREE/HREE值较小，介于0.48～0.56之间，平均为0.51，这些特征指示了缅甸硅化木为热液成因，这与（wAl/wFe+Al）-（wFe/wTi）图解的判别结果相符.

5 结论

（1）缅甸硅化木主量元素分析结果显示wAl/wFe+Al比值及 wFe/wTi值在（wAl/wFe+Al）-（wFe/wTi）判别图中位于热液成因区；微量元素中Th/U、Rb/Sr值说明了硅化木的硅质热液与地壳深部的富铁镁质物源密切相关；同时研究区硅化木的ΣREE值、δEu值、δCe值以及LREE/HREE 值均在热液成因的数值范围内.以上地球化学特征表明，缅甸硅化木为火山热液交代成因.

（2）研究区中新世—上新世期间岩浆活动产生硅质热液，热液沿着断裂构造产生的运移通道进入树木埋藏地层，进而交代树木形成硅化木.同时正是火山热液交代作用才使硅化木硅化比较充分，也决定了缅甸硅化木具有较高品质的特性.