祁连洋和北祁连次级洋盆存在的证据——硅质岩
硅质岩见于北祁连次大洋盆地和华北古陆边缘的祁连洋。这种深水沉积物的化学成分及其所含的具有指进意义的放射虫化石，为人们判断海洋的存在、海洋的不同环境以及研究海洋的演化提供了重要信息。经过地质学家几十年的不懈努力(博斯特罗姆，1969；1973;山本1987；海因等人1981；足立等1982；宋等，1989；韩发，1989；张福鑫，1989；唐，曾云福，1990；冯一民，1996，，1998)，硅质岩的研究取得了许多重要进展。概括起来，有以下成就:
(1)硅质岩是化学作用、生物和生化作用、部分火山作用和热水作用形成的岩石，SiO2 _ 2含量为60% ~ 98%，不包括机械沉积形成的应时砂岩和变质石英岩。
(2)由于硅质岩除含有二氧化硅外，还含有许多其他成分，其化学成分十分复杂，成因特征不直观。一般不能直接用分析数据来判断其来源，而是通过不同环境下硅质岩的比例来判断(表4-7)。杨建民(1998)通过深入研究，进一步认为氧化物比原子比好。
华北古陆西南缘(龙首山-祁连山)成矿系统及成矿构造动力学
(3)根据氧化物比例，硅质岩可有效分为热液成因(硅质结晶形成)和生物成因(生物作用形成)两大类，进而将海洋分为热液活动区(与岛弧和洋脊环境有关)和非热液活动区(包括近岸深海和大洋环境)。在热液活动区，目前还没有区分洋脊和岛弧的定量标准，但由于岛弧环境混有火山碎屑物质和岛弧基底的剥蚀碎屑，所以〈FeO〉和MgO、CaO应高于其他环境的硅质岩。洋脊环境的各种岩石Al2O3含量低，硅质岩最低，w(Al2O3)为0.29%，而近岸深海硅质岩常加入陆源碎屑，Al2O3含量较高，w(Al2O3)为11.3%(Adachi等人；1986)，岛弧接近两者，应该在6%左右。
(4)近岸深海环境与非热液区海洋环境的主要区别是，前者Al2O3含量较高(w(Al2O3) = 13.30%)，TiO2较高[w (TiO 2) 0.59%]，后者Al2O3和TiO 2较低，如白垩纪太平洋W(al2o 3)0.22%，W(.
(5)利用硅质岩的稀土总量和Ce/Ce *值也可大致确定构造环境(表4-8)，但其定性意义不可低估。由于不同的构造环境具有不同的地质背景、不同的物源特征、不同的成岩环境和不同的成岩物理化学条件，不同地质构造环境下硅质岩的地球化学特征应该是不同的，这是我们利用硅质岩的地球化学指标研究其成因进而解决构造问题的前提，特别是在目前的科技条件下，还不能从微观角度直接观察硅质岩的内部特征，这种地球化学方法就显得尤为重要。但尽可能寻找硅质岩中的包裹体(岩屑)特征也很重要，因为它应该是判断硅质岩形成环境的可靠识别标志。
表4-8不同环境下硅质岩的地球化学标志
(6)硅质岩不仅对解决构造问题有用，而且对找矿勘探具有指导意义，主要表现在以下几个方面:扩张带(裂谷、洋中脊、弧后脊、岛弧延伸等。)是热液活动强烈的地区，是成矿的有利场所，特别是铁和块状硫化物铜多金属矿床的形成。在这种环境下形成的“喷气岩”之一就是硅质岩。“喷气岩”是近几年才建立起来的一种新的岩石类型。它包括重晶石岩、电岩、孤岩和硅铁建造。喷流岩中的硅质岩一定是非生物成因的。
(7)硅质岩中的生物特征没有相的意义，因为在大洋的不同地方都可以见到，只有硅质岩的上述地球化学特征与其形成环境密切相关(Adachi et al .，1986；博斯特罗姆，1973；博斯特罗姆等人，1969；海因等人，1981)。当然，生物成因硅质岩的存在本身就说明了海洋的存在，但这个因素并不能说明海洋的具体环境。为了追溯祁连洋的历史，我们将祁连洋元古代硅质岩与早古生代硅质岩一起讨论如下:
祁连山元古宙硅质岩的地球化学特征及其构造意义
祁连山元古宙硅质岩主要分布在关群中，一种是作为蛇绿岩上覆岩系的一部分产出，另一种是作为蛇绿混杂岩的一部分产出。其化学成分列于表4-9。从表中可以看出，与蛇绿岩有关的早有沟硅质岩(样品1)属于生物成因。其中Al2O3和TiO2接近海洋环境，因此推断它们形成于洋脊与边缘深海的过渡带，结合与之结合的蛇绿岩特征，它们应形成于洋岛环境。
表4-9中元古代朱龙管群硅质岩的化学成分(wB/%)和微量元素(wB/10-6)。
注:1—蛇绿岩中的硅质岩。2、3和4—混合堆积的硅质岩；△——非生物起源；① ——生物成因(结合表4-7和表4-8综合判断)。本表原始数据来自毛景文和张召冲，1998。
朱龙灌河流域(样品2、3和4)均属于热液成因。与硅质岩伴生的火山岩为安山岩，其Al2O3值与岛弧环境下的硅质岩非常接近(表4-8、4-9)。大离子前石元素Ba、Li和高场强元素th、Zr偏高，表明物源与岛弧环境有关。显微镜下，这些硅质岩具有凝灰岩状结构。
祁连山早古生代硅质岩的地球化学特征及其构造意义
祁连山早古生代硅质岩主要分布在俯冲杂岩(蛇绿混杂岩)和蛇绿岩的上覆岩系中，其化学成分见表4-10。从表中可以看出，玉门昌马地区中寒武世硅质岩为生物成因硅质岩，形成的海水较深，氧化程度不高，Al2O3和TiO2 _ 2均较低，表明形成于海洋环境，稀土总量较低，为9.18×10-6，接近大洋中脊环境。考虑到鹰嘴山地区Fe2O3/FeO值相对较高，另外硅质岩中Cu、W、Tl、Pb含量较高，表现出成矿热液叠加的特征。事实上，样本采集自鹰嘴山矿区。从玉门昌马一带向东南，到祁连县边马沟、下柳沟、白井寺，也有热液硅质岩形成。Al2O3中等偏高，Fe2O3/FeO值较低，相当于岛弧近岸深海环境。
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注:1 ~ 5据冯一民，1996；6本项目采样由中国科学院广州地球化学研究所和ICP-MSLab进行分析；7 ~ 10据足立等1982；7是25个深海硅质软泥样品的平均值；8是南极海水4402m深处的硅藻泥。△热液成因的硅质岩。生物硅质岩
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注:采样器:本项目，分析者:中国科学院广州地球化学研究所，ICP-MSLab，1998。
本区奥陶系硅质岩主要产于沟群中。如上所述，下水道群是一套以中基性火山岩为主的岩石组合。早奥陶世是本区板块活动最活跃的时代，也是火山作用最强烈的时代。这些一般地质背景下的硅质岩有其特殊性，即以火山热液作用有关的硅质岩为主。虽然有些硅质岩是生物成因的，但热液改造非常明显。表4-11中与生物作用有关的硅质岩为榆树沟蛇绿岩上覆地层中的含放射虫硅质岩和刁大坂硅质岩，其余为热液成因或热液改造成因。玉门昌马寒山地区硅质岩主要为热液成因，氧化程度高，w (Fe2O3)/w (FeO) >: 20.76，富含大离子亲石元素Rb、Ba和高场强元素Zr、th、U、∑REE，w(Al2O3)为14.2%，接近大陆附近岛弧环境。刁大坂硅质岩属于生物流体和热液流体混合成因的硅质岩。显微镜下，已有的碎屑混杂在一起，碎屑圆度不高。但考虑到这种硅质岩的Al2O3含量较低，这并不是陆上环境的特征。因此，它可能形成于具有微陆块的海洋环境，如西祁连早古生代洋，其中许多微陆块是从柴达木板板地块北缘分裂出来的。碱泉子沟硅质岩的Fe2O3/FeO值较低，未加入碎屑，仅见微细应时。硅质岩由受放射虫污染的深海软泥形成，Sr、Li等不相容元素含量高，Al2O3含量低，估计形成于深海环境。白泉门硅质岩属于生物和热液混合成因，形成于相对还原的环境，Al2O3较低，表明形成于远离大陆的深海环境。九个泉地区的硅质岩与白泉门的硅质岩有许多相似之处。不同的是前者Al2O3和MgO较高，说明它形成于离陆地不太远的深海环境。张琦等人(1997)把他们采集的硅质岩的化学成分放到Fe2O3-Al2O3/(Al2O3+FeO)和(La/Ce)n-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)的图解中，落在深海与大陆边缘的过渡带，证实了上述推测。
表4-11华北古陆西南缘古海相硅质岩早古生代(O)化学成分(wB/%)及特征值
注:1 ~ 3据冯一民，1996；4 ~ 5本项目采样由中国科学院广州地球化学研究所ICP-MSLab分析；6 ~ 9根据毛景文1998。△热液硅质岩。生物硅质岩。
续表4-11华北古陆西南缘古海相硅质岩早古生代(o)微量元素和稀土元素(wB/10-6)
注:前四列为毛景文，1998；后两列是本项目样品，来自中国科学院广州地球化学研究所，ICP-MSLab，1998。
早古生代，祁连洋不仅火山活动剧烈，而且生物繁盛。硅质岩的混合成因也反映了这一特征。研究表明，玉石沟海域属于海洋环境；玉门昌马地区寒武纪环境可能在洋脊附近，奥陶纪环境在大陆岛弧附近。刁达坂地区是深海环境。从部分硅质岩含有陆源碎屑但Al2O3含量低的矛盾现象来看，这个深海应该存在微陆块或其他洋底突起。结合本区实际情况，刁达坂地区早古生代应为微陆块深海环境。九泉位于离大陆不远的深海环境。白泉门地区处于远离陆地的深海环境。张琦(1997)报道景泰虎山有近50m厚的硅质岩，形成于扩张脊附近，夹在枕状熔岩中。硅质岩富铁(含量∑FeO达5.99%)，贫铝(w (Al2O3) < 0.5%)，w (MnO)/w (TiO 2) = 0.63。白银地区没有符合标准的硅质岩，无法利用硅质岩的特征判断海洋是否存在。冯益民(1996)列举的硅质岩中二氧化硅含量较低。今后应注意加强该区硅质岩的研究，以便对祁连洋有一个总体的认识。
总之，祁连洋在元代中期就有了存在的证据——硅质岩。到早古生代，硅质岩丰富多彩，尤其是玉石沟地区和刁大坂地区，代表了早古生代祁连洋的存在，而大洋岛弧北部的酒泉和景泰虎山的硅质岩则代表了弧后扩张盆地(北祁连次生洋的一部分)的存在。