第38卷第1期 地质科技情报 VoL 38 No. 1 2019年1月 Geological Science and Technology Information Jan.2019 doi:10.19509/j.cnki.dzkq.2019.0108 游雅贤,文华国,郑荣才,等,陆地热泉硅华研究进展与展望[J].地质科技情报,201938(1):6881. 陆地热泉硅华研究进展与展望 游雅贤,b,文华国,郑荣才ab,罗连超a,b (成都理工大学a.油气藏地质及开发工程国家重点实验室;b.沉积地质研究院,成都610059) 摘要:陆地热泉硅华是活动地热环境下,富含硅酸盐热液流体在地表形成的沉积物,其独特的微生物结构及地 球化学特征对潜在地热资源、古环境、古气候、早期生命起源等硏究具有重要指示意义。尽管近年来地质学家对 形成陆地热泉硅华的热源类型、硅华结构特征、共生矿物、同位素及微量元素特征、微生物在成岩中的作用等方面 做了不少研究,但由于热泉硅华沉积一成岩过程中受包括热储岩性、热泉水蒸发冷却、pH值改变、微生物生长等 复杂外界条件影响,其形成环境、发育特征和控制因素等系列科学问题有待深λ探讨。在国内外大量文献调研的 基础上,结合近期对云南腾冲热海地热区硅华的研究,综述了目前国内外对陆地热泉硅华的研究进展,总结了陆 地热泉硅华具有矿物种类多样、结枃形态丰富、地球化学特征复杂、与地热系统热源关系密切等基本特征,还总结 了影响陆地热泉硅华形成中冷却、蒸发、pH值、阳离子效应、微生物活动等非生物和生物控制因素,提出了当前陆 地热泉硅华研究存在硅华结构成因解释不明确、微生物与热泉硅华微结构间的关系及微量元素和同位素地球化 学研究薄弱、人类活动对硅华沉积影响使得研究更复杂等问题,指出下一步应加强同位素分馏、微量元素及常量 元素在硅华沉积一成岩中的作用机理研究;通过全面的地球物理一化学一微生物关系分析,明确热泉硅华成因 弄清控制硅华沉积的因素及微生物在硅华生长中的作用;深入了解热泉硅华形成的复杂性及其在全球范围内的 相关性,从而更加全面地认识陆地热泉硅华沉积,并为下一步研究提供启示 关键词:热泉硅华;形成环境;岩石矿物学;地球化学;微生物;成岩作用 中图分类号:P314.1 文献标志码:A 文章编号:10007849(2019)01-0068-14 Advances and prospects of the terrestrial geothermal Siliceous sinter research You yaxian,b. Wen h Zheng rongcaiab, Luo Lianchi (a State Key Laboratory of Oil and Gas Reservior Geology and Exploitation b Institute of Sedimentary Geology, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China) Abstract: Terrestrial hot-spring siliceous sinter is a common surface product formed in the emerging and precipitation of silicate hydrothermal fluids in geothermal environments. Its unique microbial textures and geochemical characteristics have important implications in the study of latent geothermal resources, paleor- environment, paleoclimate, and early life origin. Due to its manifestation of the geothermal system heat source on the terrestrial surface, its depositional and diagenetic process is affected by biotic and abiotic ir teractions in different depositional environments, and exhibits different petromineralogy and geochemical characteristics on the earth's surface. In recent years geologists have studied the types of heat sources, the textures characteristics, symbiotic minerals, isotopes and trace elements, and the role of microorganisms 收稿日期:2018-0502編辑:刘江霞 基金项目:国家自然科学基金项目(41572097;4100203341472088) 作者简介:游雅贤(1994—),女,现正攻读沉积学(含古地理学)专业硕士学位,主要从事事件沉积学研究工作,E-mail21921481065 Cqq.com 通信作者:文华国(1979—),男,教授,主要从事热水沉积学和储层沉积学研究工作, E-mail: wenhuaguo08 Cdut.cn 21994-2019ChinaAcademicJOurnalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
第３８卷 第１期 ２０１９年 １月 地 质 科 技 情 报 ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．１ Ｊａｎ． ２０１９ ｄｏｉ：１０．１９５０９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｄｚｋｑ．２０１９．０１０８ 游雅贤，文华国，郑荣才，等．陆地热泉硅华研究进展与展望［Ｊ］．地质科技情报，２０１９，３８（１）：６８－８１． 收稿日期：２０１８－０５－０２ 编辑：刘江霞 基金项目：国家自然科学基金项目（４１５７２０９７；４１００２０３３；４１４７２０８８） 作者简介：游雅贤（１９９４— ），女，现正攻读沉积学（含古地理学）专业硕士学位，主要从事事件沉积学研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：１９２１４８１０６５ ＠ｑｑ．ｃｏｍ 通信作者：文华国（１９７９— ），男，教授，主要从事热水沉积学和储层沉积学研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｅｎｈｕａｇｕｏ０８＠ｃｄｕｔ．ｃｎ 陆地热泉硅华研究进展与展望 游雅贤ａ，ｂ，文华国ａ，ｂ，郑荣才ａ，ｂ，罗连超ａ，ｂ （成都理工大学 ａ．油气藏地质及开发工程国家重点实验室；ｂ．沉积地质研究院，成都 ６１００５９） 摘 要：陆地热泉硅华是活动地热环境下，富含硅酸盐热液流体在地表形成的沉积物，其独特的微生物结构及地 球化学特征对潜在地热资源、古环境、古气候、早期生命起源等研究具有重要指示意义。尽管近年来地质学家对 形成陆地热泉硅华的热源类型、硅华结构特征、共生矿物、同位素及微量元素特征、微生物在成岩中的作用等方面 做了不少研究，但由于热泉硅华沉积－成岩过程中受包括热储岩性、热泉水蒸发冷却、ｐＨ 值 改 变、微 生 物 生 长 等 复杂外界条件影响，其形成环境、发育特征和控制因素等系列科学问题有待深入探讨。在国内外大量文献调研的 基础上，结合近期对云南腾冲热海地热区硅华的研究，综述了目前国内外对陆地热泉硅华的研究进展，总 结 了 陆 地热泉硅华具有矿物种类多样、结构形态丰富、地球化学特征复杂、与地热系统热源关系密切等基本特征，还总结 了影响陆地热泉硅华形成中冷却、蒸发、ｐＨ 值、阳离子效应、微生物活动等非生物和生物控制因素，提出了当前陆 地热泉硅华研究存在硅华结构成因解释不明确、微生物与热泉硅华微结构间的关系及微量元素和同位素地球化 学研究薄弱、人类活动对硅华沉积影响使得研究更复杂等问题，指出下一步应加强同位素分馏、微量元素及常量 元素在硅华沉积－成岩中的作用机理研究；通过全面的地球物理－化 学－微生物关系分析，明确热泉硅华成因； 弄清控制硅华沉积的因素及微生物在硅华生长中的作用；深入了解热泉硅华形成的复杂性及其在全球范围内的 相关性，从而更加全面地认识陆地热泉硅华沉积，并为下一步研究提供启示。 关键词：热泉硅华；形成环境；岩石矿物学；地球化学；微生物；成岩作用 中图分类号：Ｐ３１４．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－７８４９（２０１９）０１－００６８－１４ ＡｄｖａｎｃｅｓａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅＴｅｒｒｅｓｔｒｉａｌＧｅｏｔｈｅｒｍａｌ ＳｉｌｉｃｅｏｕｓＳｉｎｔｅｒＲｅｓｅａｒｃｈ ＹｏｕＹａｘｉａｎａ，ｂ，ＷｅｎＨｕａｇｕｏａ，ｂ，ＺｈｅｎｇＲｏｎｇｃａｉａ，ｂ，ＬｕｏＬｉａｎｃｈａｏａ，ｂ （ａ．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｉｌａｎｄＧａｓＲｅｓｅｒｖｉｏｒＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＥｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｂ．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｅｄｉｍｅｎｔａｒｙＧｅｏｌｏｇｙ，ＣｈｅｎｇｄｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００５９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｈｏｔ－ｓｐｒｉｎｇｓｉｌｉｃｅｏｕｓｓｉｎｔｅｒｉｓａｃｏｍｍｏｎｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｄｕｃｔｆｏｒｍｅｄｉｎｔｈｅｅｍｅｒｇｉｎｇａｎｄ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｏｆｓｉｌｉｃａｔｅｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｆｌｕｉｄｓｉｎｇｅｏｔｈｅｒｍａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ．Ｉｔｓｕｎｉｑｕｅｍｉｃｒｏｂｉａｌｔｅｘｔｕｒｅｓａｎｄ ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｈａｖｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｌａｔｅｎｔｇｅｏｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｐａｌｅｏ－ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｐａｌｅｏｃｌｉｍａｔｅ，ａｎｄｅａｒｌｙｌｉｆｅｏｒｉｇｉｎ．Ｄｕｅｔｏｉｔｓｍａｎｉｆｅｓｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇｅｏｔｈｅｒｍａｌｓｙｓｔｅｍｈｅａｔ ｓｏｕｒｃｅｏｎｔｈｅｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｓｕｒｆａｃｅ，ｉｔｓｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｌａｎｄｄｉａｇｅｎｅｔｉｃｐｒｏｃｅｓｓｉｓａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｂｉｏｔｉｃａｎｄａｂｉｏｔｉｃｉｎ－ ｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ，ａｎｄｅｘｈｉｂｉｔｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｅｔｒｏｍｉｎｅｒａｌｏｇｙａｎｄｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｎｔｈｅｅａｒｔｈ′ｓｓｕｒｆａｃｅ．Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｇｅｏｌｏｇｉｓｔｓｈａｖｅｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｔｙｐｅｓｏｆｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｓ，ｔｈｅ ｔｅｘｔｕｒｅｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｓｙｍｂｉｏｔｉｃｍｉｎｅｒａｌｓ，ｉｓｏｔｏｐｅｓａｎｄｔｒａｃｅｅｌｅｍｅｎｔｓ，ａｎｄｔｈｅｒｏｌｅｏｆｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ
第1期 游雅賢等:陆地热泉硅华研究选展与展望 n the formation of terrestrial hot springs siliceous sinter. However, due to the influence of complex exter- nal conditions such as thermal reservoir lithology, evaporative cooling of hot spring water, ph changes and microbial growth during the depositional and diagenetic process of hot springs siliceous sinter, further studies are needed on the formation environment, geological characteristics of sinter and factors controlling the formation mechanism of sinter. Based on a literature review and our research in the tengchong geor thermal field, Yunnan, we reviewed the current research progress in terrestrial hot spring siliceous depos its in China and abroad. We not only summarize the basic characteristics of terrestrial hot springs siliceous sinter, such as mineral diversity, abundant structure and morphology, complex geochemical characteris- tics,and close relationship with the heat source of geothermal system, but also sum up the abiotic and bio- logical control factors affecting the formation of terrestrial hot springs siliceous sinter such as cooling, e- vaporation, pH values, cation effect and microbial activity We propose that some problems still remain the current study of sinter deposits in terrestrial hot springs, for example, the unclarified interpretation of the cause of sinter textures, the weak relationship between microorganisms and microstructures of the hot springs sinter and trace elements and isotope geochemistry and the complexity of the influence of hur man activities on the deposition of sinter. We suggest that the next step of research should be to investi gate the action mechanism of isotope fractionation, trace elements and major elements in the depositional and diagenetic process of sinter and that we should make comprehensive geophysicalchemical-microbial re- lationship analysis to clarify the cause of the formation of hot spring siliceous sinter and the factors control- ling the deposition of sinter and the role of microorganisms in the growth of sinter so as to understand in depth the complexity of hot springs sinter formation and its global relevance. This study may provide a more comprehensive understanding of terrestrial hot spring siliceous deposits and be an inspiration for fur ther researc Key words hot spring siliceous sinter; formation environment; perology and mineralogy; geochemistry agenesis 热泉硅华通常被定义为地热区高温、近中性、氯华的研究现状,包括形成环境、岩石矿物学特征、地 碱性水流出地表后,于热泉池周缘经冷却、物理、化球化学特征、微生物作用、硅华结构等方面,并总结 学和生物作用而形成的二氧化硅沉积物,主要的矿陆地热泉硅华沉积的控制因素,提出当前陆地热泉 物组成为蛋白石、非晶质硅胶、石英及玉髓等[5。硅华研究存在的问题及下一步研究方向。 部分酸性热泉区也偶见二氧化硅沉积物[。陆地 热泉硅华是下伏地热流体在地表的体现,其记录了1陆地热泉硅华的形成环境 热液环境中的古生物、古水文和古环境信息[,并且 可作为重要的找矿标志,其中保存的微生物特1.1地理环境 征甚至对地球早期生物和地外生物的研究具有重要 世界范围内硅华主要分布于环太平洋带与特提 的指示意义1。陆地热泉硅华在我国主要集斯构造带,以第四纪和现代硅华为主,其分布与发育 中于西藏及滇西地区,国外主要集中于美国Yeh-受岩浆侵入、火山作用、断层分布等控制作用明显t lowstone National park、新西兰、冰岛等地热区 (图1)。我国高温地热分布主要集中在环太平洋地 据资料检索,在中低纬度地区和地热异常区陆地热热带内的台湾省,地中海一喜马拉雅地热带内的西藏 泉硅华发育较多,如中国云南腾冲火山地热区[1南部、云南及四川西部,最具代表性的云南腾冲地热 与美国 Yellowstone National Park151。这种低纬度区自中生代以来,由于印度板块与欧亚板块碰撞和挤 热泉硅华发育与地热异常紧密联系,对中低纬度地压2,使地壳活动加剧,导致频繁的岩浆活动和断裂 区和地热异常区古环境、古气候重建意义重大。尽构造的发育,尤其是中一新生代构造一岩浆活动,为 管一些学者对陆地热泉硅华开展了相关研究,包括地热活动创造了有利条件[222;现代印度板块沿西瓦 微生物硅化[11、硅华岩石矿物学特征13、硅华里克边界断裂向喜马拉雅山脉之下俯冲[2,使得南 地球化学特征[等,但仍然存在一系列科学问题有北向形成强大的主压应力及东西向形成引张力,导致 待探索。笔者在大量文献调研的基础上,结合对云青藏高原的活动构造进一步发展,并产生沿各个活动 南腾冲热海地热区硅华的研究,拟阐述陆地热泉硅构造带的西藏地热活动区;台湾地热带为西太平 21994-2019ChinaAcademicJOurnalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
第１期 游雅贤等：陆地热泉硅华研究进展与展望 ｉｎｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓｓｉｌｉｃｅｏｕｓｓｉｎｔｅｒ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｄｕｅｔｏｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｏｍｐｌｅｘｅｘｔｅｒ－ ｎａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｓｕｃｈａｓｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｅｒｖｏｉｒｌｉｔｈｏｌｏｇｙ，ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅｃｏｏｌｉｎｇｏｆｈｏｔｓｐｒｉｎｇｗａｔｅｒ，ｐＨｃｈａｎｇｅｓａｎｄ ｍｉｃｒｏｂｉａｌｇｒｏｗｔｈｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｌａｎｄｄｉａｇｅｎｅｔｉｃｐｒｏｃｅｓｓｏｆｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓｓｉｌｉｃｅｏｕｓｓｉｎｔｅｒ，ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓａｒｅｎｅｅｄｅｄｏｎｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｉｎｔｅｒａｎｄｆａｃｔｏｒｓｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｓｉｎｔｅｒ．ＢａｓｅｄｏｎａｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｒｅｖｉｅｗａｎｄｏｕｒｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｈｅＴｅｎｇｃｈｏｎｇｇｅｏ－ ｔｈｅｒｍａｌｆｉｅｌｄ，Ｙｕｎｎａｎ，ｗｅｒｅｖｉｅｗｅｄｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓｉｌｉｃｅｏｕｓｄｅｐｏｓ－ ｉｔｓｉｎＣｈｉｎａａｎｄａｂｒｏａｄ．Ｗｅｎｏｔｏｎｌｙｓｕｍｍａｒｉｚｅｔｈｅｂａｓｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓｓｉｌｉｃｅｏｕｓ ｓｉｎｔｅｒ，ｓｕｃｈａｓｍｉｎｅｒａｌｄｉｖｅｒｓｉｔｙ，ａｂｕｎｄａｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｃｏｍｐｌｅｘｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ－ ｔｉｃｓ，ａｎｄｃｌｏｓｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｉｔｈｔｈｅｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｏｆｇｅｏｔｈｅｒｍａｌｓｙｓｔｅｍ，ｂｕｔａｌｓｏｓｕｍｕｐｔｈｅａｂｉｏｔｉｃａｎｄｂｉｏ－ ｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓｓｉｌｉｃｅｏｕｓｓｉｎｔｅｒ，ｓｕｃｈａｓｃｏｏｌｉｎｇ，ｅ－ ｖａｐｏｒａｔｉｏｎ，ｐＨｖａｌｕｅｓ，ｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔａｎｄｍｉｃｒｏｂｉａｌａｃｔｉｖｉｔｙ．Ｗｅｐｒｏｐｏｓｅｔｈａｔｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓｓｔｉｌｌｒｅｍａｉｎｉｎ ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｔｕｄｙｏｆｓｉｎｔｅｒｄｅｐｏｓｉｔｓｉｎｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓ，ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｕｎｃｌａｒｉｆｉｅｄｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎｏｆ ｔｈｅｃａｕｓｅｏｆｓｉｎｔｅｒｔｅｘｔｕｒｅｓ，ｔｈｅｗｅａｋｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓａｎｄｍｉｃｒｏ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅ ｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓｓｉｎｔｅｒａｎｄｔｒａｃｅｅｌｅｍｅｎｔｓａｎｄｉｓｏｔｏｐｅｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｈｕ－ ｍａｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｎｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｓｉｎｔｅｒ．Ｗｅｓｕｇｇｅｓｔｔｈａｔｔｈｅｎｅｘｔｓｔｅｐｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｓｈｏｕｌｄｂｅｔｏｉｎｖｅｓｔｉ－ ｇａｔｅｔｈｅａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｉｓｏｔｏｐｅｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ，ｔｒａｃｅｅｌｅｍｅｎｔｓａｎｄｍａｊｏｒｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ ａｎｄｄｉａｇｅｎｅｔｉｃｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｉｎｔｅｒａｎｄｔｈａｔｗｅｓｈｏｕｌｄｍａｋｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ－ｃｈｅｍｉｃａｌ－ｍｉｃｒｏｂｉａｌｒｅ－ ｌａｔｉｏｎｓｈｉｐａｎａｌｙｓｉｓｔｏｃｌａｒｉｆｙｔｈｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓｉｌｉｃｅｏｕｓｓｉｎｔｅｒａｎｄｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｃｏｎｔｒｏｌ－ ｌｉｎｇｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｓｉｎｔｅｒａｎｄｔｈｅｒｏｌｅｏｆｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｉｎｔｈｅｇｒｏｗｔｈｏｆｓｉｎｔｅｒｓｏａｓｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎ ｄｅｐｔｈｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓｓｉｎｔｅｒｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｇｌｏｂａｌｒｅｌｅｖａｎｃｅ．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｍａｙｐｒｏｖｉｄｅａ ｍｏｒｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓｉｌｉｃｅｏｕｓｄｅｐｏｓｉｔｓａｎｄｂｅａｎｉｎｓｐｉｒａｔｉｏｎｆｏｒｆｕｒ－ ｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓｉｌｉｃｅｏｕｓｓｉｎｔｅｒ；ｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｐｅｒｏｌｏｇｙａｎｄｍｉｎｅｒａｌｏｇｙ；ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ； ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ；ｄｉａｇｅｎｅｓｉｓ 热泉硅华通常被定义为地热区高温、近中性、氯 碱性水流出地表后，于热泉池周缘经冷却、物理、化 学和生物作用而形成的二氧化硅沉积物，主要的矿 物组成为 蛋 白 石、非 晶 质 硅 胶、石 英 及 玉 髓 等［１－５］。 部分酸性热泉区也偶见二氧化硅沉积物［６－８］。陆 地 热泉硅华是下伏地热流体在地表的体现，其记录了 热液环境中的古生物、古水文和古环境信息［３］，并且 可作为重要 的 找 矿 标 志［９－１０］，其中保存的微生物特 征甚至对地球早期生物和地外生物的研究具有重要 的指示 意 义［３－４，１１－１２］。陆 地热 泉 硅 华 在 我 国 主 要 集 中于 西 藏 及 滇 西 地 区，国 外 主 要 集 中 于 美 国 Ｙｅｌ－ ｌｏｗｓｔｏｎｅＮａｔｉｏｎａｌＰａｒｋ、新 西 兰、冰 岛 等 地 热 区。 据资料检索，在中低纬度地区和地热异常区陆地热 泉硅华发育较多，如中国云南腾冲火山地热区［１３－１４］ 与美国 ＹｅｌｌｏｗｓｔｏｎｅＮａｔｉｏｎａｌＰａｒｋ［１５］。这种低纬度 热泉硅华发育与地热异常紧密联系，对中低纬度地 区和地热异常区古环境、古气候重建意义重大。尽 管一些学者对陆地热泉硅华开展了相关研究，包括 微生物硅化［１３，１６］、硅华岩石矿物学特征［４，１７－１８］、硅华 地球化学特征［１９］等，但仍然存在一系列科学问题有 待探索。笔者在大量文献调研的基础上，结合对云 南腾冲热海地热区硅华的研究，拟阐述陆地热泉硅 华的研究现状，包括形成环境、岩石矿物学特征、地 球化学特征、微生物作用、硅华结构等方面，并总结 陆地热泉硅华沉积的控制因素，提出当前陆地热泉 硅华研究存在的问题及下一步研究方向。 １ 陆地热泉硅华的形成环境 １．１ 地理环境 世界范围内硅华主要分布于环太平洋带与特提 斯构造带，以第四纪和现代硅华为主，其分布与发育 受岩浆侵入、火山作用、断层分布等控制作用明显［１１］ （图１）。我国高温地热分布主要集中在环太平洋地 热带内的台湾省，地中海—喜马拉雅地热带内的西藏 南部、云南及四川西部，最具代表性的云南腾冲地热 区自中生代以来，由于印度板块与欧亚板块碰撞和挤 压［２０］，使地壳活动加剧，导致频繁的岩浆活动和断裂 构造的发育，尤其是中－新生代构造－岩浆活动，为 地热活动创造了有利条件［２１－２２］；现代印度板块沿西瓦 里克边界断裂向喜马拉雅山脉之下俯冲［２３］，使得南 北向形成强大的主压应力及东西向形成引张力，导致 青藏高原的活动构造进一步发展，并产生沿各个活动 构造带的西藏地热活动区［２４］；台湾地热带为西太平 ９６
地质科技情报 2019年 洋岛弧地带的重要组成部分,受欧亚大陆板块与菲律活动创造了有利条件[。这些高温地热环境,为陆 宾板块碰撞的影响,火山活动与水循环活跃,为地热地热泉硅华的形成创造了良好的自然环境 间歇泉名 格CA>△ MeGinness 内华达) volcan alcedo 各布 报道的世界热泉硅华 ★中生代 5000km 新生代(>2Ma)△古生代 图1世界热泉硅华分布(据文献[1]修改 Fig. 1 Worldwide distribution map of hot spring siliceous sinter occurrences 1.2硅华沉淀环境 生物常在此聚集,富含微生物席及叠层结构;④ 根据热液流体成分不同,可将陆地热泉硅华沉远端裙到沼泽,属于低温相,热水温度<45℃,一般 淀环境分成两类:①近中性氯碱性泉(如美国Yel-为冷却地面和沼泽,形成栅栏状和富植物的热泉硅 owston National park, Steep Cone泉、云南腾冲:1(图2) 大部分泉),这类泉受控于岩浆加热与水岩作用,富 根据热泉活动和喷发方式,可将热泉硅华划分 si氯碱性水在涌出地表后经物理化学〔和生物)成6个沉淀环境:①非喷射、非沸腾环境,水温大于 作用形成硅华(Opal-A:SsO2·nH2O)。②硫酸80℃,具低平顶轮缘,指状突起硅华伸出水面,无飞 盐泉〔如新西兰, Taupo火山区 Mangatete泉)l,溅区;②微喷射、非沸腾环境,处于高温区,具飞溅和 通常形成硫酸盐矿物叮,但由于其与富SiO2氯碱性涌浪区,沉积针状硅华;③强烈喷射环境,属强烈飞 水的混合作用,依然可发育硅华[8.22。 溅环境,以针状硅华为主;④沸腾泉,具狭窄陡峭边 根据热泉喷口到远端裙距离和温度差异,可将缘,常形成柱状硅华;⑤间歇型喷泉,间歇性喷发,沉 热泉硅华沉淀环境划分为4类:①热泉喷口,属于热淀的硅华结构形态复杂;⑥锥形间歇泉,硅华通常形 泉高温相,一般温度>75℃,为富含颗粒硅质沉积物成独特锥体聚集形态 (SiO2颗粒)的水下环境20;②近端斜坡,热泉高 总之,各种沉淀环境的约束决定着陆地热泉硅 温相一中温相,温度为65~75℃,是热泉涌浪和热华的形态、结构、形成以及微生物生长,这些因素甚 水喷溅区域,通常沉积坚硬的针状乳白色硅华;③中至可以在厘米或更小范围内起作用[。 部裙池,属热泉中温相,温度介于45~65℃之间,微 近端斜 中部裙池 (75-100℃) 通道 )柱状/聚集状 <40℃) 辐射微葡萄 沟渠细层 梯台和平台 植物和(或)动物 包裹的碎片 古土壤中硅华碎片 积网状國锥形族形石严栏状 古土壤 图2喷口到远端裙不同温度梯度近中性一氯碱性富Si热泉和其硅华结构特征图(据文献[1]) Fig 2 Schematic cross-section of a near-neutral pH, alkali chloride, Si-bearing hot spring and its associat- ed siliceous sinter fabrics in different environmental temperature gradient from vent to distal apron 21994-2019ChinaAcademicJOurnalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
地 质 科 技 情 报 ２０１９年 洋岛弧地带的重要组成部分，受欧亚大陆板块与菲律 宾板块碰撞的影响，火山活动与水循环活跃，为地热 活动创造了有利条件［２５］。这些高温地热环境，为陆 地热泉硅华的形成创造了良好的自然环境。 图１ 世界热泉硅华分布（据文献［１１］修改） Ｆｉｇ．１ Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍａｐｏｆｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓｉｌｉｃｅｏｕｓｓｉｎｔｅｒｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｓ 图２ 喷口到远端裙不同温度梯度近中性－氯碱性富Ｓｉ热泉和其硅华结构特征图（据文献［１１］） Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｏｆａｎｅａｒ－ｎｅｕｔｒａｌｐＨ，ａｌｋａｌｉｃｈｌｏｒｉｄｅ，Ｓｉ－ｂｅａｒｉｎｇｈｏｔｓｐｒｉｎｇａｎｄｉｔｓａｓｓｏｃｉａｔ－ ｅｄｓｉｌｉｃｅｏｕｓｓｉｎｔｅｒｆａｂｒｉｃｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇｒａｄｉｅｎｔｆｒｏｍｖｅｎｔｔｏｄｉｓｔａｌａｐｒｏｎ １．２ 硅华沉淀环境 根据热液流体成分不同，可将陆地热泉硅华沉 淀环境分成两 类：①近 中 性 氯 碱 性 泉（如 美 国 Ｙｅｌ－ ｌｏｗｓｔｏｎｅＮａｔｉｏｎａｌＰａｒｋ，ＳｔｅｅｐＣｏｎｅ泉、云 南 腾 冲 大部分泉），这类泉受控于岩浆加热与水岩作用，富 ＳｉＯ２ 氯碱性水在涌出地表后经物理化学（和 生 物） 作用形成硅华（Ｏｐａｌ－Ａ：ＳｉＯ２·ｎＨ２Ｏ）［５，２６］。②硫酸 盐泉（如新西兰，Ｔａｕｐｏ火山区 Ｍａｎｇａｔｅｔｅ泉）［８，１４］， 通常形成硫酸盐矿物［７］，但由于其与富ＳｉＯ２ 氯碱性 水的混合作用，依然可发育硅华［８，２７－２８］。 根据热泉喷口到远端裙距离和温度差异，可将 热泉硅华沉淀环境划分为４类：①热泉喷口，属于热 泉高温相，一般温度＞７５℃，为富含颗粒硅质沉积物 （ＳｉＯ２ 颗粒）的水 下 环 境［２９－３０］；②近 端斜 坡，热 泉 高 温相－中温相，温 度 为６５～７５℃，是热泉涌浪和热 水喷溅区域，通常沉积坚硬的针状乳白色硅华；③中 部裙池，属热泉中温相，温度介于４５～６５℃之间，微 生物常在此 聚 集，富 含 微 生 物 席 及 叠 层 结 构［１７］；④ 远端裙到沼泽，属于低温相，热水温度＜４５℃，一般 为冷却地面和沼泽，形成栅栏状和富植物的热泉硅 华［４，１１，１７］（图２）。 根据热泉活动和喷发方式，可将热泉硅华划分 成６个沉淀环境：①非喷射、非沸腾环境，水温大于 ８０℃，具低平顶轮缘，指状突起硅华伸出水面，无飞 溅区；②微喷射、非沸腾环境，处于高温区，具飞溅和 涌浪区，沉积针状硅华；③强烈喷射环境，属强烈飞 溅环境，以针状硅华为主；④沸腾泉，具狭窄陡峭边 缘，常形成柱状硅华；⑤间歇型喷泉，间歇性喷发，沉 淀的硅华结构形态复杂；⑥锥形间歇泉，硅华通常形 成独特锥体聚集形态［２９］。 总之，各种沉淀环境的约束决定着陆地热泉硅 华的形态、结构、形成以及微生物生长，这些因素甚 至可以在厘米或更小范围内起作用［２７］。 ０７
第1期 游雅賢等:陆地热泉硅华研究选展与展望 近的热泉水出现Eu负异常[;④三叠纪以来多次 2陆地热泉硅华研究进展 板块碰撞及断裂活动[和上新世晚期至全新世多 期次的火山喷发活动503;⑤当今腾冲南北趋势的 2.1地热系统热源类型 走滑断层的促进作用2 地热系统热源类型可分为2种:岩浆型地热源2.2硅华岩石矿物学特征 和非岩浆型地热源。非岩浆型地热源与岩浆活动无2.2.1矿物成分 关[3,主要包括放射性元素衰变热、构造活动热、地 陆地热泉硅华主要由二氧化硅组成,但也存在 核产生的热等[3。如我国山东半岛热泉,其热源部分其他矿物(如黏土矿物、天然硫、岩盐、钾盐、雄 来自区域地质构造活动。近代至现代火山活动黄、外源碎屑石英等)。如智利 El Tatio地热区 和地壳浅部的、时代不早于上新世的岩浆侵入体作硅质泉华中发现了少量岩盐、钾盐等附属矿物的 为地热来源可称为岩浆型地热源。世界范围内组成硅华的SO2相主要包括Opal-A、Opal-A/CT 岩浆型地热源陆地热泉包括美国 Yellowstone Na- Opal-CT、 Opal-C、玉髓、微晶石英、石英17,53。腾 tional park3、冰岛-、新西兰 Taupo火山冲热海地热区主要沉积现代硅华,以非晶质Opal-A 区畇3、腾冲热海地热区[、青藏高原等地热为主,但也有少量的钙华沉积,如热海蛤蟆嘴 区。腾冲热海地热区的热泉被认为属于典型的岩浆不同的矿物组成表现出不同的矿物形态与X衍射 型地热源,其原因主要包括:①腾冲热海地热区谱图特征(图3,4)。XRPD衍射带的半高宽 热泉水氢氧同位素显示不同程度的“氧漂移”现FWHM)值是每个SO2相内晶格有序度的量度 象[1;②氦同位素比值达到5.5Ra以上,幔源氦比也是矿物学成熟度指数,晶格有序度随着SO2 例达到70%以上[;③分布于构造线及火山岩附相成熟度增加而增加,随FWHM值减小而增加的。 10 um Opal-CT/C 微 A,B中国腾冲大滚锅;C,D,E,F.智利, Puchuldiza(据文献[5]);A.Opal-A微球;B.微葡萄状排列Opal-A微球;C.早 期 Opal-CT聚集体;D.表面上具有石英假微晶的Opal-CT/C的凝聚微球;E.硅华中典型的 Opal-C微球;F.微球表面 的微晶石英 图3SiOh2相微观形态和结构(SEM) Fig 3 Microscopic morphology and structure of SiOz phase (SEM) (1)Opal-A(A型蛋白石)非晶质Opa-A是13%)·町],呈纳米微圆球形,由硅胶凝聚在 形成硅华的初始矿物[55,是一种含水SiC 起6,但有时也可黏附在微生物组成的基质之上 (SiO2·nH2O6的,根据其含水量不同可分为“干”促使微生物硅化。Opal-A既有氯碱性泉来源 蛋白石(缓慢沉淀,H2O+OH平均5%~6%)和也有酸性泉来源,但后者Opa-A聚集体多孔且结 “湿”蛋白石(快速沉淀,H2O+OH平均12% 构发育不好[5, 21994-2019ChinaAcademicJOurnalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
第１期 游雅贤等：陆地热泉硅华研究进展与展望 ２ 陆地热泉硅华研究进展 ２．１ 地热系统热源类型 地热系统热源类型可分为２种：岩浆型地热源 和非岩浆型地热源。非岩浆型地热源与岩浆活动无 关［３１］，主要包括放射性元素衰变热、构造活动热、地 核产生的热等［３２－３４］。如我国山东半岛热泉，其热 源 来自区域地 质 构 造 活 动［３１］。近代至现代火山活动 和地壳浅部的、时代不早于上新世的岩浆侵入体作 为地热来源 可 称 为 岩 浆 型 地 热 源［３２］。世 界范 围 内 岩浆型地热源陆 地 热 泉 包 括 美 国 ＹｅｌｌｏｗｓｔｏｎｅＮａ－ ｔｉｏｎａｌＰａｒｋ［３５－３６］、冰 岛［３７－３８］、新 西 兰 Ｔａｕｐｏ 火 山 区［３９］、腾冲热海 地 热 区［４０－４３］、青 藏高 原［４１，４４］等 地热 区。腾冲热海地热区的热泉被认为属于典型的岩浆 型地热源［４１－４２］，其原因主要包括：①腾冲热海地热区 热泉水 氢 氧 同 位 素 显 示 不 同 程 度 的 “氧 漂 移”现 象［４５］；②氦同位素比值达到 ５．５Ｒａ以上，幔源氦比 例达到７０％以上［４６－４７］；③分布于构造线及火山岩附 近的热泉水出现 Ｅｕ负异常［４８］；④三叠纪 以 来 多 次 板块碰撞及 断 裂 活 动［４９］和上新世晚期至全新世多 期次的火山喷发活动 ［５０－５１］；⑤当今腾冲南北趋势的 走滑断层的促进作用［５２］。 ２．２ 硅华岩石矿物学特征 ２．２．１ 矿物成分 陆地热泉硅华主要由二氧化硅组成，但也存在 部分其他矿物（如黏土矿物、天然硫、岩盐、钾盐、雄 黄、外源碎屑石英等）［５３－５４］。如智利ＥｌＴａｔｉｏ地热区 硅质泉华中 发 现 了 少 量 岩 盐、钾 盐 等 附 属 矿 物［５４］。 组成硅华的ＳｉＯ２ 相主要包括 Ｏｐａｌ－Ａ、Ｏｐａｌ－Ａ／ＣＴ、 Ｏｐａｌ－ＣＴ、Ｏｐａｌ－Ｃ、玉髓、微晶石英、石 英［１７，５５－５８］。腾 冲热海地热区主要沉积现代硅华，以非晶质 Ｏｐａｌ－Ａ 为主［５９］，但也有少量的钙华沉积，如热海蛤蟆嘴［６０］。 不同的矿物组 成 表 现 出 不 同 的 矿 物 形 态 与 Ｘ 衍 射 谱 图 特 征 （图 ３，４）。ＸＲＰＤ 衍 射 带 的 半 高 宽 （ＦＷＨＭ）值是每 个 ＳｉＯ２ 相 内晶 格 有 序 度 的 量 度， 也是矿物 学 成 熟 度 指 数［６１］，晶格有序度随着 ＳｉＯ２ 相成熟度增加而增加，随 ＦＷＨＭ 值减小而增加［４］。 Ａ，Ｂ．中国腾冲大滚锅；Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ．智利，Ｐｕｃｈｕｌｄｉｚａ（据文献［５］）；Ａ．Ｏｐａｌ－Ａ 微球；Ｂ．微葡萄状排列 Ｏｐａｌ－Ａ 微球；Ｃ．早 期 Ｏｐａｌ－ＣＴ聚集体；Ｄ．表面上具有石英假微晶的 Ｏｐａｌ－ＣＴ／Ｃ的凝聚微球；Ｅ．硅华中典型的 Ｏｐａｌ－Ｃ微球；Ｆ．微球表面 的微晶石英 图３ ＳｉＯ２ 相微观形态和结构（ＳＥＭ） Ｆｉｇ．３ ＭｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＳｉＯ２ ｐｈａｓｅ（ＳＥＭ） （１）Ｏｐａｌ－Ａ（Ａ 型 蛋白 石） 非 晶 质 Ｏｐａｌ－Ａ 是 形 成 硅 华 的 初 始 矿 物［５６，５９］，是 一 种 含 水 ＳｉＯ２ （ＳｉＯ２·ｎＨ２Ｏ）［６２－６３］，根据其含水量不同可分为“干” 蛋白石 （缓 慢 沉 淀，Ｈ２Ｏ＋ＯＨ 平 均 ５％ ～６％）和 “湿”蛋 白 石 （快 速 沉 淀，Ｈ２Ｏ＋ＯＨ 平 均 １２％ ～ １３％）［４，６２］，呈 纳 米 微 圆 球 形，由 硅 胶 凝 聚 在 一 起［６３］，但有时也 可 黏 附 在 微 生 物 组 成 的 基 质 之 上， 促使微 生 物 硅 化［１３］。Ｏｐａｌ－Ａ 既 有氯 碱 性 泉 来 源， 也有酸性泉 来 源，但 后 者 Ｏｐａｌ－Ａ 聚 集体 多 孔 且 结 构发育不好［５９］。 １７
地质科技情报 2019年 204.OpaA型蛋白石半高宽77 250 B Opal-A/CT型半高宽535 4 C Opal-CT型1。半高宽1.5 蛋白石 2B/ 20(° 20(°0 1200D. OpaI-C型 半高宽0.6 2500E石英 半高宽0.2 1015202530354 图4新西兰代表性SiO2相矿物组成的晶格半高宽(FWHM)峰图(据文献[4]) Fig 4 Sinter compositional data(FWHM)for representative New Zealand silica phase minerals (2) Opal-A/CT(A/CT型蛋白石)是一种由 pring和 Waikite spring近中性(pH=7.7)氯化物 纯Opal-A经成岩过程而形成的混合Opal-A与型泉水形成的混合SiO2-CaCO3沉积物和所 Opal-CT的SO2相58,6 罗门群岛碱性(pH=7~8)富含硫酸盐、贫氯化物的 (3) Opal-CT(CT型蛋白石)较非晶质Opa}Ca-Mg-HCO3流体于地表所形成的硅华和钙华 A热力学更稳定[,是无定形二氧化硅(Opa-A)随沉积物{]。 着温度的升高而逐渐变化形成的微晶0。由于 (2)硅华一岩盐共生岩盐与陆地热泉硅华共 SiO2在硅藻土中成岩作用较弱,所以Opal-CT不会生现象也是极其稀少的,通常以结晶的形式与硅质 在硅藻土中形成[67 泉华共生[,有时也可作为包壳在硅华中出现[121 (4) Opal-C(C型蛋白石)部分结晶SiO2相,如在智利 El Tatio高海拔地热区硅质泉华中沉淀着 叶片状鳞球[62,是 Opal-CT向石英转变的中间结晶岩盐 SiO2相,相比 Opal-CT,形态上更成熟[。 (3)硅华一硫华共生以硫化物形式出现的泉 (5)玉髓( chalcedony)属具有低结晶度且保华可称为硫华,通常是近中性一碱性氯化物热泉水 存热液成因特征的石英组分堆积,尽管玉髓会经排放于地表冷却形成[72。 Jones等在新西兰北 历后期成岩作用改造,但其内部化学稳定性和微结岛的酸性一硫酸盐热泉中形成的叠层硅华中发现了 构特征仍然存在 少量硫磺、高岭石、黄铁钾矾等沉积。 (6)斜硅石( moganite)成岩早期形成的一种 (4)硅华一黏土矿物共生长石质岩石在陆地 半稳定型微SiO多晶型矿物,形成于石英矿物之泉华沉淀过程中会发生蚀变,形成富黏土成分的硅 前 质泉华,这些黏土矿物隔离来自孔隙流体的离子,从 (7)石英( quartz)六方晶体,SiO2相热力学最而抑制Opa-A相转变为更有序的 Opal-CT相。流 稳定的形式,是Opal-CT经过埋藏,在大于纹质岩石发生蚀变会产生过量的SO2,使得初期 100℃、SiO2过饱和条件下经历数十个百万年形成Opal-A形成的速率增加,进而有助于微生物结构的 的 保存[81,硅华伴生的黏土矿物蚀变可作为区分矿化 2.2.2共生现象 热液系统和其他硅质岩类(硅化流纹岩和长石,贫石 泉华是热液体系沉积的化学沉淀物t,硅华是英/二氧化硅矿床)的标志。 富含SO2流体在地球表面的表现形式2,由于热 (5)硅华一金属矿物Cs硅华广泛分布于西藏 流体化学成分不同[3、热流体流出地表后物理环境谷露、搭格架等地[。由于青藏高原后期碰撞的影 条件的改变、微生物活动[等因素,可出现与响,这些沉积物富含B,Cs,Rb和Li等地球化学元 其他类型泉华共生现象 素[88,这种独特的陆地热泉Cs沉积物与高温地 (1)哇华一钙华共生硅华一钙华共生现象少热异常密切相关[8。微生物在Cs硅华沉淀中占极 见,主要是由于陆地热泉口排放出富含CO2和硫酸其重要的作用[2,这些嗜热微生物在环境改变前迅 盐的碱性流体[沉淀形成。在世界范围内只有少速积累碱金属Cs,导致含Cs生物细胞表面上硅质 数被公认,如新西兰的 Ohaaki spring, ngatamariki沉淀,随着环境改变形成硅质颗粒,这些含Cs硅质 21994-2019ChinaAcademicJOurnalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
地 质 科 技 情 报 ２０１９年 图４ 新西兰代表性ＳｉＯ２ 相矿物组成的晶格半高宽（ＦＷＨＭ）峰图（据文献［４］） Ｆｉｇ．４ Ｓｉｎｔｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｌｄａｔａ（ＦＷＨＭ）ｆｏｒｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅＮｅｗＺｅａｌａｎｄｓｉｌｉｃａｐｈａｓｅｍｉｎｅｒａｌｓ （２）Ｏｐａｌ－Ａ／ＣＴ（Ａ／ＣＴ 型 蛋白 石） 是 一 种 由 纯 Ｏｐａｌ－Ａ 经 成 岩 过 程 而 形 成 的 混 合 Ｏｐａｌ－Ａ 与 Ｏｐａｌ－ＣＴ的ＳｉＯ２ 相［５８，６４］。 （３）Ｏｐａｌ－ＣＴ（ＣＴ 型 蛋白 石） 较 非 晶 质 Ｏｐａｌ－ Ａ 热力学更稳定［６５］，是无定形二氧化硅（Ｏｐａｌ－Ａ）随 着温 度的升高而逐渐变化形成的微晶［６６］。由 于 ＳｉＯ２ 在硅藻土中成岩作用较弱，所以 Ｏｐａｌ－ＣＴ 不会 在硅藻土中形成［６７］。 （４）Ｏｐａｌ－Ｃ（Ｃ 型蛋白石） 部分结晶 ＳｉＯ２ 相， 叶片 状 鳞 球［６２］，是 Ｏｐａｌ－ＣＴ 向 石 英 转 变 的 中 间 ＳｉＯ２ 相，相比 Ｏｐａｌ－ＣＴ，形态上更成熟［５７－５８］。 （５）玉 髓（ｃｈａｌｃｅｄｏｎｙ） 属 具有低结晶度且保 存热液成因特征的石英组分堆积［６８］，尽管玉髓会经 历后期成岩作用改造，但其内部化学稳定性和微结 构特征仍然存在［６９］。 （６）斜硅石（ｍｏｇａｎｉｔｅ） 成 岩早 期 形 成 的 一 种 半稳 定 型 微 ＳｉＯ２ 多 晶型 矿 物，形 成 于 石 英 矿 物 之 前［６４，７０］。 （７）石英（ｑｕａｒｔｚ） 六方晶体，ＳｉＯ２ 相热力学最 稳定 的 形 式［６０］，是 Ｏｐａｌ－ＣＴ 经 过 埋 藏，在 大 于 １００℃、ＳｉＯ２ 过 饱和条件下经历数十个百万年形成 的［６６］。 ２．２．２ 共生现象 泉华是热液体系沉积的化学沉淀物［７１］，硅华是 富含ＳｉＯ２ 流体在 地 球 表 面 的 表 现 形 式［７２］，由 于热 流体化学成分不同［７３］、热流体流出地表后物理环境 条件的改变［７４－７５］、微 生物 活 动［７２］等 因素，可 出 现 与 其他类型泉华共生现象。 （１）硅华－钙华共生 硅华－钙华共生现象少 见，主要是由于陆地热泉口排放出富含 ＣＯ２ 和硫酸 盐的碱性流体［７６－７７］沉淀形成。在世界范围内只有少 数被公认，如新西兰 的 Ｏｈａａｋｉｓｐｒｉｎｇ，Ｎｇａｔａｍａｒｉｋｉ ｓｐｒｉｎｇ和 Ｗａｉｋｉｔｅｓｐｒｉｎｇ近中性（ｐＨ＝７．７）氯化物 型泉水形成 的 混 合 ＳｉＯ２ －ＣａＣＯ３ 沉 积物［７６－７８］和 所 罗门群岛碱性（ｐＨ＝７～８）富含硫酸盐、贫氯化物的 Ｃａ－Ｍｇ－ＨＣＯ３ 流体于地表所形成的硅华和钙华 沉积物［７９］。 （２）硅华－岩盐共生 岩盐与陆地热泉硅华共 生现象也是极其稀少的，通常以结晶的形式与硅质 泉华共生［５４］，有时也可作为包壳在硅华中出现［１２］。 如在智利ＥｌＴａｔｉｏ高海拔地热区硅质泉华中沉淀着 结晶岩盐［５４］。 （３）硅华－硫华共生 以硫化物形式出现的泉 华可称为硫华，通常是近中性－碱性氯化物热泉水 排放于 地 表 冷 却 形 成［７２］。Ｊｏｎｅｓ等［８０］在 新西 兰 北 岛的酸性－硫酸盐热泉中形成的叠层硅华中发现了 少量硫磺、高岭石、黄铁钾矾等沉积。 （４）硅华－黏土矿物共生 长石质岩石在陆地 泉华沉淀过程中会发生蚀变，形成富黏土成分的硅 质泉华，这些黏土矿物隔离来自孔隙流体的离子，从 而抑制 Ｏｐａｌ－Ａ 相转变为更有序的 Ｏｐａｌ－ＣＴ 相。流 纹质岩石 发 生 蚀 变 会 产 生 过 量 的 ＳｉＯ２，使 得 初 期 Ｏｐａｌ－Ａ 形成的速率增加，进而有助于微生物结构的 保存［８１］，硅华伴生的黏土矿物蚀变可作为区分矿化 热液系统和其他硅质岩类（硅化流纹岩和长石，贫石 英／二氧化硅矿床）的标志［７３］。 （５）硅华－金属矿物 Ｃｓ－硅华广泛分布于西藏 谷露、搭格架等地［２］。由于青藏高原后期碰撞的影 响，这些沉积物 富 含 Ｂ，Ｃｓ，Ｒｂ和 Ｌｉ等 地球 化 学 元 素［８２－８５］，这种独特 的 陆 地 热 泉 Ｃｓ沉 积 物 与 高 温 地 热异常密切相关［８６］。微生物在 Ｃｓ－硅华沉淀中占极 其重要的作用［２］，这些嗜热微生物在环境改变前迅 速积累碱金属 Ｃｓ，导致含 Ｃｓ生物细胞表面上硅质 沉淀，随着环境改变形成硅质颗粒，这些含 Ｃｓ硅质 ２７