李小寧, 黃思靜, 胡　博, 黃可可, 黃樹光, 陳永梅

(油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059)

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合川鹽井溪嘉陵江組第二段鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r的碳氧同位素組成

李小寧, 黃思靜, 胡博, 黃可可, 黃樹光, 陳永梅

(油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059)

[摘要]以四川盆地東部合川鹽井溪剖面三疊系嘉陵江組第二段的鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r為重點研究對象，在薄片觀察、陰極發(fā)光和元素分析的基礎上，探討了鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r和相鄰地層中微晶灰?guī)r、微晶白云巖的元素地球化學特征和碳、氧同位素組成。研究表明：鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r錳、鍶的質量分數(shù)和δ13C、δ18O平均值分別為268×10-6、120×10-6、-5.80‰和-8.97‰，微晶灰?guī)r錳、鍶的質量分數(shù)和δ13C、δ18O平均值分別為142×10-6、767×10-6、-1.60‰和-6.31‰。與相鄰地層的微晶灰?guī)r相比，鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r具有較高的錳含量、較低的鍶含量、較負的碳、氧同位素組成，顯示鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r的地球化學特征代表了表生成巖環(huán)境，其碳源主要與近地表大氣水環(huán)境的CO2有關，并可能摻和細菌硫酸鹽還原作用產生的CO2，氧除與近地表大氣水有關外，并可能繼承了硫酸鹽中的氧；微晶灰?guī)r則對海水地球化學信息具有更好的代表性。相鄰地層微晶白云巖的錳、鍶的質量分數(shù)和δ13C、δ18O平均值分別為291×10-6、98×10-6、-0.30‰和-4.23‰，具有和鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r類似的錳、鍶含量和較正的碳、氧同位素組成，碳同位素可能較好地代表了同期海水，氧同位素則代表了蒸發(fā)海水。

[關鍵詞]合川鹽井溪；嘉陵江組；碳、氧同位素；鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r

Carbon and oxygen isotope composition of evaporite-solution

breccia-secondary limestone of Member 2 of Triassic Jialingjiang

早三疊世海相碳酸鹽的碳同位素組成是近年來人們關注的熱點領域之一，其原因與該時間間隔中異常高的碳同位素組成及碳同位素組成的大幅度波動有關。在已公布的早三疊世碳同位素數(shù)據中，δ13C值超過5‰的剖面主要有：意大利北部的Uomo剖面、Pufels剖面、中國貴州關刀剖面[1]和河壩1井[2]。高δ13C值數(shù)據分布于Dienerian/Smithian亞階界線附近或巖石地層單位的嘉陵江組第二段(簡稱為嘉二段，其余地層段類似，全文相同)中。然而四川盆地嘉二段(也包括嘉四段)是一套白云巖-蒸發(fā)巖地層，進入地表環(huán)境后則形成次生灰?guī)r或鹽溶角礫巖。該表生成巖過程對碳酸鹽的碳氧同位素組成的影響是研究早三疊世海水碳氧同位素組成中必須關注的問題[3]。

鹽溶角礫巖和次生灰?guī)r同屬于次生巖石，兩者主要的區(qū)別就是角礫含量，若角礫含量(面積分數(shù))>50%則為鹽溶角礫巖，<50%則為次生灰?guī)r[4]。鹽溶角礫巖和次生灰?guī)r往往相互伴生，兩者沒有明顯的界限，因而本文中將其一起討論。較早的研究從蒸發(fā)巖的成巖作用方面探討了鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r的成因，認為次生灰?guī)r是交代石膏、硬石膏的產物[5-8]。鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r是一種與蒸發(fā)巖有關的巖石類型[9-12]，淺部的鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r逐漸向深部變?yōu)楦帑}層，與含鹽層位及蒸發(fā)巖分布范圍相吻合，是尋找地下鹽類礦床的直接標志。其具有層位固定、層狀分布、角礫成分簡單、角礫位移不大的特點，如長江中下游[13-15]、四川盆地[16-19]、陜南地區(qū)[20]三疊系嘉陵江組和雷口坡組，云南思茅盆地[9]的白堊系-第三系、安寧盆地[10]侏羅系等廣泛出露的鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r。已有研究主要是針對鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r的巖石學特征和成因進行了討論，給我們提供了有價值的參考資料；但是很少涉及到鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r的地球化學屬性，目前只報道了少量鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r樣品的碳氧同位素特征[21-24]，顯然該類巖石的地球化學特征研究沒有引起人們足夠的重視。筆者擬通過對四川盆地東部合川鹽井溪早三疊世嘉陵江組第二段鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r的巖石學特征和地球化學性質研究，借助這些屬性分析其形成的成巖環(huán)境，展示這一特殊巖石類型所具有的獨特地球化學特征。

1地質背景

1.1地質概況

合川鹽井溪剖面位于四川盆地東部重慶合川市鹽井鎮(zhèn)(圖1-A)，是瀝鼻峽背斜的一部分，在構造上隸屬于華鎣山帚狀構造南延的分支[25]。背斜軸部以早三疊世飛仙關組灰?guī)r為主，兩翼分布著嘉陵組灰?guī)r、白云巖和鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r，形成奇特的槽谷地貌。研究區(qū)位于瀝鼻峽背斜的南東翼，在剖面的北側發(fā)育斜切背斜軸部的瀝鼻峽斷裂帶，在斷裂帶兩側發(fā)育了一系列派生張性斷裂[26]。沿背斜軸部向南東翼北老南新出露海相碳酸鹽飛仙關組、嘉陵江組、雷口坡組和海陸過渡相須家河組地層。

華鎣山斷裂帶是在元古代晉寧期形成的區(qū)域性基底大斷裂，是川中和川南構造區(qū)域的分界線[27]，形成之后在不同時期都有不同程度的活動。加里東期已經出現(xiàn)活動，演變?yōu)闁|側下降的正斷層。東吳運動期間，在整個四川盆地大張裂的背景下，斷裂帶斷裂到基底。到印支期，斷裂活動加劇，在早三疊世嘉陵江期結束時，正斷層轉變?yōu)闁|側顯著抬升的逆斷層[28]。燕山運動活動加劇，使之前沉積的地層發(fā)生褶皺和斷裂。喜馬拉雅期形成的華鎣山斷褶構造帶是青藏高原隆升過程的產物[29]。

圖1　鹽井溪剖面位置與嘉陵江組地層柱狀圖Fig.1　Schematic geological map of study area and column of Jialingjiang Formation of Yanjingxi section(據參考文獻[30]修改)

1.2地層特征

研究區(qū)嘉陵江組發(fā)育灰?guī)r、白云巖和膏巖互層，屬于潮坪環(huán)境[31]，根據巖性自下而上可劃分為4個巖性段(圖1-B)。嘉一段以微晶灰?guī)r為主，嘉二段下部發(fā)育微晶白云巖和含泥白云巖，上部為鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r夾微晶白云巖，嘉三段以微晶灰?guī)r和云質灰?guī)r沉積為主，嘉四段底部發(fā)育云質灰?guī)r和微晶白云巖，上部為鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r。本文重點研究對象是嘉陵二段的鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r，為了進行不同巖性的對比研究，采集了相鄰地層嘉一段頂部的微晶灰?guī)r和嘉二段底部的微晶白云巖。剖面實測地層厚度為33.81m，根據巖性特征可將其分為3個部分，地層從老到新依次是嘉一段頂部灰?guī)r、嘉二段底部白云巖和嘉二段鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r。嘉一段頂部灰?guī)r以微晶灰?guī)r為主，嘉二段的白云巖也以細結構的微晶白云巖為主。鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r發(fā)育的角礫多呈棱角狀，大小不一，多被次生方解石膠結，后面將對此作進一步的討論。剖面從下往上依次為灰?guī)r—白云巖—鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r沉積旋回，代表了一個完整的向上水體逐漸變淺、變咸，氣候變干的沉積環(huán)境和氣候特征[32]。

2樣品采集、研究方法與分析結果

2.1樣品采集、研究方法

在對瀝鼻峽背斜嘉一段頂部和嘉二段進行剖面測量的基礎上，采集樣品29件，從巖石組構和地球化學角度對鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r以及相鄰地層，即嘉一段頂部的微晶灰?guī)r、嘉二段下部的微晶白云巖進行了巖石學特征、陰極發(fā)光、主元素和痕量元素、碳氧同位素分析，以揭示這類特殊巖石類型的地球化學屬性及所代表的成巖作用流體。

普通薄片觀察和陰極發(fā)光分析均在成都理工大學油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室完成。薄片觀察前先用茜素紅溶液進行染色，以便在顯微鏡下區(qū)分方解石和白云石，觀察巖石組構；陰極發(fā)光分析采用CL8200MK5陰極發(fā)光儀和Leica偏光顯微鏡，典型測試條件在束電壓13kV、束電流300μA，特殊要求下束電壓增至15kV，束電流增至440μA(見相應照片的說明)。在對巖石樣品進行肉眼分揀的基礎上，在瑪瑙研缽中磨制到200目，縮分為3份，一份留作備用，一份用于碳、氧同位素分析，一份用于CaO、MgO、Fe、Mn和Sr含量(質量分數(shù)：w)測試。碳、氧同位素分析在中國科學院南京地質古生物研究所同位素實驗室測試，F(xiàn)inigan MAT-253氣體同位素質譜儀，測試參比標準為GBW-04405，δ13C和δ18O(PDB)測定值標準偏差分別<0.04和<0.08。CaO、MgO、Fe、Mn和Sr含量測試在四川省地礦局華陽檢測中心測試，CaO和MgO含量用常規(guī)化學分析方法測試，檢測限(質量分數(shù))為0.1%，相對誤差為2%；Fe含量由比色法測試，檢測限為0.01%，相對誤差<8%；Mn和Sr含量由原子吸收光度法測試，檢測限分別為5×10-6和42×10-6，相對誤差為13%和14%。

2.2測試結果

合川鹽井溪剖面嘉一段頂部和嘉二段碳酸鹽巖的碳、氧同位素組成列于表1中，同時給出了這些樣品相應的CaO、MgO、Fe、Mn和Sr元素組成特征。從巖石學來說，研究剖面主要包括3種不同的巖石類型，即嘉一段頂部的微晶灰?guī)r、嘉二段的微晶白云巖和鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r。微晶灰?guī)r具均一的微晶結構，除個別樣品存在個體完整的軟體動物化石外，幾乎沒有生物化石，但常發(fā)育作為典型錯時相的蠕蟲狀構造(圖2-A)，我們將其稱為蠕蟲狀微晶灰?guī)r，總體上呈褐紅色的陰極發(fā)光(圖2-B)；微晶白云巖具有與微晶灰?guī)r類似的微晶結構(圖2-C)，并具有與微晶灰?guī)r類似的均一的褐紅色陰極發(fā)光特征(圖2-D)。這兩類巖石沒有可見的孔隙，巖石十分致密，成巖過程中水/巖比較小，因而受成巖作用影響相對較弱。

表1　鹽井溪剖面嘉二段鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r的碳、氧同位素及元素組成特征

注：一個wMn>1000×10-6的樣品沒有列入表中。

海相碳酸鹽的成巖過程總體上是一個錳的獲取和鍶的丟失過程，因而較高鍶含量和較低的錳含量或較低的錳/鍶比值代表了樣品較弱的成巖蝕變性和對海水信息較好的代表性[33-35]。全部樣品鍶的質量分數(shù)(wSr)為86×10-6～2 684×10-6，平均為370×10-6，具有較大的變化范圍；錳的質量分數(shù)(wMn)為75×10-6～464×10-6，平均為223×10-6，也具有較大的變化范圍。樣品的Mn含量和Sr含量的倒數(shù)(1/wSr)表現(xiàn)為正相關性，相關系數(shù)>0.6。因而總體上說，錳含量高的樣品具有較低的鍶含量(圖3-A)，這與海相碳酸鹽成巖過程中錳、鍶地球化學習性一致。就本文涉及的鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r、微晶白云巖和微晶灰?guī)r3種主要的巖石類型而言，3種巖石錳的質量分數(shù)平均值分別為268×10-6、291×10-6、142×10-6，鍶的質量分數(shù)平均值分別為120×10-6、98×10-6、767×10-6，因而在樣品錳/鍶比值和地層累計厚度投點圖中，3種巖石都分布在各自的區(qū)域(圖3-B)。另外，由于鍶在白云石中的分配系數(shù)顯著小于方解石(理論上只有方解石的一半)[36]，因而高鍶的樣品(wSr>200×10-6)均為微晶灰?guī)r，大多數(shù)白云巖樣品wSr<120×10-6，wMn/wSr比值也通常顯著高于相鄰的正常沉積的石灰?guī)r，如本文列舉的樣品中嘉二段白云巖的wMn/wSr比值顯著高于其下嘉一段頂部的微晶灰?guī)r(圖3-B)。雖然嘉二段白云巖的wMn/wSr比值與大多數(shù)鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r類似(圖3-B)，但前者反映的主要是白云石的晶體化學習性，后者所代表的是較強成巖作用流體對巖石的影響。

合川鹽井溪嘉一段頂部和嘉二段碳酸鹽樣品的δ13C值為0.12‰～-7.12‰，δ18O值為-3.27‰～-9.44‰，碳、氧同位素都有很大的變化范圍。在3種主要的巖石類型中，鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r的δ13C值為-4.30‰～-7.12‰，平均值為-5.80‰；δ18O值為-8.08‰～-9.44‰，平均值為-8.97‰。微晶灰?guī)rδ13C值為-1.25‰～-1.84‰，平均值為-1.60‰；δ18O值為-6.00‰～-6.57‰，平均值為-6.31‰。微晶白云巖的δ13C值為0.12‰～-0.78‰，平均值為-0.30‰；δ18O值為-3.27‰～-5.62‰，平均值為-4.23‰?？傮w上看，鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r、微晶灰?guī)r和微晶白云巖3種主要的巖石類型都具有自己獨立的碳、氧同位素組成。

圖2　鹽井溪剖面嘉一段頂部微晶灰?guī)r和嘉二段底部微晶白云巖特征Fig.2　Characteristics of the micrite at the top of Member 1 of Jialingjiang Formation and the dolomicrite at the bottom of Member 2 of Jialingjiang Formation, Yanjingxi section(A)嘉一段頂部的蠕蟲狀微晶灰?guī)r，發(fā)育蠕蟲狀構造，蠕體似眼球狀，厚度7.99 m，正交偏光; (B)為圖(A)視域的陰極發(fā)光照片，總體上呈褐紅色的陰極發(fā)光; (C)嘉二段底部細結構的微晶白云巖，厚度15.66 m，單偏光; (D)為圖(C)視域的陰極發(fā)光照片，微晶白云巖呈褐紅色的均一陰極發(fā)光。陰極發(fā)光的測試條件：束電壓13 kV，束電流300 μA，曝光時間8.1 s

圖3　鹽井溪剖面嘉一段和嘉二段碳酸鹽巖樣品的Mn、Sr特征Fig.3　Mn and Sr characteristics of carbonate rock samples from Member 1 and Member 2 of Jialingjiang Formation in the Yanjingxi section

3討 論

3.1鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r的巖石學特征

鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r分布于嘉二段(圖1-B)，其特點是具有角礫狀構造，是膏鹽層在地表溶解后形成的次生巖石。角礫成分較為單一，主要為泥微晶灰?guī)r和微晶白云巖，個別角礫含石膏假晶。角礫呈棱角狀、線狀或者其他多邊形狀，大小不一，雜亂分布，個別粒徑可達到厘米級。因后期成巖作用的改造，角礫被次生方解石交代，偶見方解石脈體切穿角礫。次生方解石的質量分數(shù)為15%～55%，部分方解石具石膏假晶呈板狀或柱狀、去膏化的特征，表明這些次生方解石交代石膏，是蒸發(fā)巖在地表或者近地表條件下發(fā)生溶解和流失過程中形成的[37-39]。大多數(shù)次生方解石呈半自形鑲嵌狀結晶結構，晶體大小為0.05～0.20mm，表面干凈明亮，次生方解石中伴生黃鐵礦，其成因可能與細菌硫酸鹽還原作用有關；一些方解石晶體具有米粒狀形態(tài)，顯示其沉淀后曾經歷過不飽和的大氣水成巖作用環(huán)境。

3.2鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r的陰極發(fā)光特征

鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r具較為復雜的陰極發(fā)光，但總體上說，在與微晶灰?guī)r相同的測試條件(相同束電壓、電流和曝光時間)下，次生灰?guī)r中的角礫部分，或原始海相灰?guī)r中的殘余部分(圖4-A)具褐紅色的均一陰極發(fā)光(圖4-B)。這種陰極發(fā)光特征與嘉一段頂部的微晶灰?guī)r類似，顯示其基本保存了原始海水的地球化學信息。鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r中作為膠結物的次生方解石通常不具陰極發(fā)光(圖4-B)，這可能與這些方解石中所具有的較高鐵含量有關。這些鐵可能是通過細菌硫酸鹽還原過程進入方解石的。這也告訴我們，這些不發(fā)光或弱發(fā)光的高鐵方解石具有的較低δ13C值，可能是由于與細菌硫酸鹽還原作用有關的有機碳源進入到了這些方解石中。

改變陰極發(fā)光的測試條件，加大測試束電壓和束電流，可以觀察到次生方解石(圖5-A)所具有的復雜陰極發(fā)光。這種復雜的陰極發(fā)光是大氣水成巖環(huán)境所特有的，主要包括以下2個方面：(1)環(huán)帶狀陰極發(fā)光，由明暗交替的陰極發(fā)光環(huán)帶構成(圖5-B)，代表表生成巖環(huán)境CO2分壓的變化、碳酸鹽礦物結晶速度的變化所造成的錳分配系數(shù)的變化。由于錳分配系數(shù)具有很大的變化范圍(5.4～1 700)，而鐵的變化范圍只有1～20[40]，當方解石的結晶速度因溫度、CO2分壓變化而變化的時候，錳在方解石中的分配系數(shù)會發(fā)生不同程度的變化[36]，從而造成錳含量的變化并形成明暗交替的陰極發(fā)光環(huán)帶。(2)米粒狀的晶體形態(tài)(圖5-C、D)，包括由米粒狀內核構成的環(huán)帶狀構造(圖5-E、F)，這種米粒狀形態(tài)代表了表生環(huán)境中碳酸鹽不飽和的亞環(huán)境(如滲流環(huán)境上部的不飽和帶)中方解石的溶解和碳酸鹽過飽和階段晶體生長交替的陰極發(fā)光特征。由于表生環(huán)境是一個多變的成巖環(huán)境，米粒狀方解石不是簡單重結晶作用的產物，晶體中較亮的生長環(huán)帶可能是代表Mn2+進入方解石晶格的生長階段[41]，多階段的溶解和沉淀形成米粒狀方解石。

圖4　鹽井溪剖面嘉二段鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r特征Fig.4　Characteristics of evaporite-solution breccia-secondary limestone from Member 2 of Jialingjiang Formation in Yanjingxi section(A)鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r中的次生方解石膠結物，角礫呈棱角狀，厚度20.51 m，單偏光; (B)為圖(A)視域的陰極發(fā)光，次生方解石不發(fā)光，海相灰?guī)r角礫具褐紅色的均一陰極發(fā)光。測試條件：束電壓13 kV，束電流300 μA，曝光時間8.1 s

圖5　鹽井溪剖面嘉二段鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r特征Fig.5　Characteristics of evaporite-solution breccia-secondary limestone from Member 2 of Jialingjiang Formation in Yanjingxi section(A)鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r中的次生方解石膠結物，厚度30.68 m，單偏光; (B)為圖(A)視域的陰極發(fā)光，顯示近地表大氣水成巖環(huán)境所特有的明暗交替的陰極發(fā)光環(huán)帶; (C)鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r中的米粒狀次生方解石膠結物，厚度33.81 m，單偏光; (D)鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r中的次生方解石膠結物，厚度20.51 m，單偏光; (E)為圖(C)視域的陰極發(fā)光，米粒狀方解石內核構成的環(huán)帶狀構造; (F)為圖(D)視域的陰極發(fā)光，次生方解石不發(fā)光。陰極發(fā)光測試條件：束電壓15 kV，束電流440 μA，曝光時間8.1 s

3.3鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r的碳、氧同位素組成及其與微晶灰?guī)r、白云巖的對比

表1的數(shù)據顯示，合川鹽井溪剖面嘉一段頂部的微晶灰?guī)r、嘉二段的微晶白云巖和鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r具完全不同的碳、氧同位素組成，因而在碳、氧同位素地層曲線(圖6)中顯示出三段式特征，并與wMn/wSr比值的變化存在一定的對應關系。然而，這種三段式的隨時間變化特征并不完全是年代效應的結果，而是在一定程度上受成巖作用和巖性的控制。在這3種巖性中，白云巖具有最高的δ13C值和δ18O值，鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r具有最低的δ13C值和δ18O值，微晶灰?guī)r介于二者之間。在全部樣品的δ13C值和δ18O值投點圖(圖7-A)中，δ13C值和δ18O值顯示出強烈的正相關性，相關系數(shù)在0.9以上，顯示成巖過程中碳、氧同位素經歷了協(xié)調變化，即二者同時降低。對于碳同位素而言，由于碳酸鹽巖具有很高的碳含量，成巖過程總體上表現(xiàn)為巖石緩沖，尤其是水/巖比較低的致密的微晶灰?guī)r和微晶白云巖的碳同位素組成都較好地代表了海水。另外，由于絕大多數(shù)成巖作用流體中的其他碳(如大氣CO2、有機碳和火山來源的碳)都具有比海相碳酸鹽更低的δ13C值，因而成巖過程中海相碳酸鹽的δ13C值總體上是降低的，較高的δ13C值應更好地代表了原始海水?；谶@樣的觀點，微晶白云巖和微晶灰?guī)r所具有的碳同位素組成應該是對海水有較好的代表性；但由于微晶白云巖具有更高的δ18O值，因而其所代表的應是蒸發(fā)環(huán)境的海水。

與微晶灰?guī)r和微晶白云巖不同的是，鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r中作為膠結物的次生方解石本身就是在近地表的大氣水環(huán)境中形成的，其氧同位素組成中存在代表δ18O值較低的大氣水，碳則與大氣CO2有關，并可能受到有機碳還原作用影響。由于受到這些次生方解石膠結物碳、氧同位素組成的影響，鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r具有比微晶灰?guī)r和微晶白云巖更低的碳、氧同位素組成，在δ13C值和δ18O值投點圖(圖7-A)中，鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r分布在具最低碳、氧同位素組成的最左下角區(qū)域。

圖7(B)、(C)、(D)分別是微晶灰?guī)r、微晶白云巖和鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r3種巖石的δ13C值和δ18O值投點圖，微晶灰?guī)rδ13C值和δ18O值基本不存在相關性(圖7-B)，碳、氧同位素都在一個狹窄的范圍內變化，δ13C值從-1.25‰降至-1.84‰，δ18O值從-6.00‰降至-6.57‰，顯示其受成巖蝕變的影響較小，對海水信息的代表性較好；微晶白云巖的碳氧同位素呈正相關(圖7-C)，δ13C值變化幅度顯著小于δ18O值，前者大致從0.12‰降至-0.78‰，后者則從-3.27‰降至-5.62‰，表明氧同位素比碳同位素對成巖蝕變的更加敏感性。

圖6　鹽井溪剖面嘉一段頂部和嘉二段地層綜合柱狀圖及主要地球化學參數(shù)與地層累計厚度Fig.6　Comprehensive stratigraphic column and the main geochemical parameters and strata cumulative thickness at the top of Member 1 and Member 2 of Jialingjiang Formation in the Yanjingxi section

圖7　鹽井溪剖面嘉一段頂部和嘉二段碳酸鹽巖樣品δ13C值和δ18O值投點圖Fig.7　δ13C and δ18O cross-plots of carbonate rock samples at the top of Member 1 and Member 2 of Jialingjiang Formation in the Yanjingxi section(A)嘉一段頂部和嘉二段不同類型碳酸鹽樣品; (B)嘉一段頂部微晶灰?guī)r樣品; (C)嘉二段微晶白云巖樣品; (D)嘉二段鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r樣品

基于前邊的討論，可以認為，嘉二段鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r的碳、氧同位素代表了大氣水成巖環(huán)境流體的碳、氧同位素組成；嘉二段沉積早期蒸發(fā)海水的碳、氧同位素組成可由微晶白云巖來反演，其δ13C值大致在0‰附近(-0.30‰)，變化在0.12‰～-0.78‰之間；δ18O值大致在-4.23‰附近，變化在-3.27‰～-5.62‰之間。嘉一段沉積末期正常海水的碳、氧同位素組成可由微晶灰?guī)r來反演，其δ13C值大致在-1.60‰附近，變化在-1.25‰～-1.84‰之間；δ18O值大致在-6.31‰附近，變化范圍很小，在-6.00‰～-6.57‰之間。

4結 論

a.合川鹽井溪剖面三疊系嘉陵江組第二段主要由白云巖、鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r組成，后者由泥微晶灰?guī)r、微晶白云巖角礫和作為膠結物的次生方解石構成，次生方解石是在近地表大氣水環(huán)境中沉淀的。

b.由于受次生方解石的影響，嘉二段鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r的各種地球化學信息都顯著偏離海水，主要表現(xiàn)為：(1)鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r具有較高的錳含量和較低的鍶含量，顯示鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r的大氣水成巖環(huán)境形成機制；(2)鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r具很低的δ13C值，最小值小于-7.00‰，顯示除近地表環(huán)境大氣CO2碳源的影響外，還可能受到細菌對有機碳還原作用影響；(3)鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r具很低的δ18O值，平均值為-8.97‰，除與近地表大氣水有關外，還可能繼承了被交代的硫酸鹽中的氧。

c.嘉二段的微晶白云巖具有和鹽溶角礫巖-次生灰?guī)r類似的錳、鍶含量和較正的碳、氧同位素組成。微晶白云巖的錳鍶含量更多地受礦物晶體化學習性控制，碳同位素代表了同期海水，較正的氧同位素與蒸發(fā)海水有關。

d.嘉二段沉積早期蒸發(fā)海水的碳、氧同位素組成可由微晶白云巖來反演，其δ13C值大致在0‰附近(-0.30‰)，δ18O值大致在-4.23‰附近。

e.嘉一段沉積末期正常海水的碳、氧同位素組成可由微晶灰?guī)r來反演，其δ13C值大致在-1.60‰附近，δ18O值大致在-6.31‰附近。

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[第一作者] 范軍(1962-)，男，副研究員，從事地震學研究和地震觀測工作, E-mail:fanjun62@sina.com。

Formation in Hechuan, eastern Sichuan Basin, China

LI Xiao-ning, HUANG Si-jing, HU Bo, HUANG Ke-ke,

HUANG Shu-guang, CHEN Yong-mei

StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,

ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China

Abstract:On the basis of thin section observation, cathodoluminescence, elements and isotope analysis, this paper reports and discusses the elements and carbon and oxygen isotope composition (δ13C and δ18O) of the evaporite-solution breccia-secondary limestone of Member 2 of Triassic Jialingjiang Formation and the micrite and dolomicrite in the adjacent strata in Yanjingxi section located in Hehuan area of eastern Sichuan Basin. The average mass fraction of Mn and Sr, δ13C and δ18O are 268×10-6, 120×10-6, -5.80‰ and -8.97‰ in the evaporite-solution breccia-secondary limestone, respectively and are 142×10-6, 767×10-6, -1.60‰ and -6.31‰ in the adjacent micrite, respectively. The evaporite-solution breccia-secondary limestone has the characteristics of higher Mn content, lower Sr content, more negative δ13C and δ18O compared with that in adjacent micrite strata. This indicates that geochemical information of the evaporite-solution breccia-secondary limestone represents an epidiagenetic environment. The carbon source of the evaporite-solution breccia-secondary limestone is mainly concerned with CO2of the near-surface meteoric water environment, and maybe related to CO2via bacterial sulfate reduction. In addition to the near-surface meteoric water, oxygen may inherit that in sulfate. The micrite better represents the primary seawater geochemical information. The mass fraction of Mn and Sr (291×10-6and 98×10-6, respectively) of the dolomicrite in the adjacent strata are similar with that of the evaporite-solution breccia-secondary limestone, while δ13C and δ18O (-0.30‰ and -4.23‰, respectively) are more positive compared with that of the evaporite-solution breccia-secondary limestone. The dolomicrite may preserve the δ13C of coeval seawater and represent a signal of δ18O in evaporate seawater.

Key words:Yanjingxi; Jialingjiang Formation; carbon and oxygen isotope; evaporite-solution breccia-secondary limestone

[基金項目]國家自然科學基金重點項目(40839909); 國家自然科學 (41074062)。

[收稿日期]2014-04-21。

[文章編號]1671-9727(2015)06-0746-07

DOI:10.3969/j.issn.1671-9727.2015.06.13

[文獻標志碼][分類號] P588.245; P597.2 A