任文林，任海鷹

(1.貴州省煤田地質(zhì)局一五九隊，貴陽 550001； 2.貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊，貴陽 550000)

福泉牛場向斜吳家坪組泥巖地球化學(xué)特征及古沉積環(huán)境特征

任文林1，任海鷹2

(1.貴州省煤田地質(zhì)局一五九隊，貴陽 550001； 2.貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊，貴陽 550000)

根據(jù)牛場向斜的地質(zhì)背景、前人研究成果及鉆井泥巖采樣測試資料的分析，運用地球化學(xué)指標(biāo)指示沉積環(huán)境，對區(qū)內(nèi)龍?zhí)督M泥巖元素地球化學(xué)及古沉積環(huán)境特征進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：牛場向斜內(nèi)采集的樣品測試結(jié)果大部分偏低，親銅元素中Cu、Zn、Ga相對富集，親鐵元素中Co相對富集，V、Cr、Ni則相較虧損；稀土總量高、輕稀土富集、輕重稀土分餾明顯且虧損Eu，屬于晚期沉積物。吳家坪早期沉積主體時期以溫濕氣候，海陸過渡相沉積環(huán)境和還原性環(huán)境為主，中晚期則出現(xiàn)過干熱氣候且沉積環(huán)境轉(zhuǎn)換為以海相為主。

地球化學(xué)；微量元素；稀土元素；沉積環(huán)境；牛場向斜

根據(jù)貴州省委、省政府提出的“工業(yè)強省，城鎮(zhèn)化帶動”戰(zhàn)略，切實有效推動貧困地區(qū)的提速發(fā)展，切實有效地使循環(huán)經(jīng)濟型“煤-焦-化-氣-電”一體化綜合開發(fā)規(guī)劃項目在煤炭資源賦存區(qū)順利實施，貴州省土地礦產(chǎn)資源儲備局在貴州省福泉市設(shè)立了牛場向斜煤炭整裝勘查區(qū)。鑒于牛場向斜吳家坪時期沉積環(huán)境研究成果較少，尤其古氣候、古水體等方面不清晰；筆者依托整裝勘查工作期間的部分成果，結(jié)合前人研究成果[1-4]，分析研究牛場向斜吳家坪組泥巖地球化學(xué)特征，進(jìn)而對物源、古氣候、古水體鹽度等古沉積環(huán)境特征進(jìn)行研究，旨在揭示研究區(qū)吳家坪組成煤環(huán)境，為煤礦勘探與開發(fā)建設(shè)提供重要的理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于貴州省福泉市北部，在區(qū)域上屬于揚子陸塊(一級構(gòu)造單元)黔南坳陷(二級構(gòu)造單元)[5-6]。區(qū)內(nèi)斷層錯綜復(fù)雜，屬于納雍-福泉斷裂帶，區(qū)域構(gòu)造上主要由南北向褶曲和近東西向、南北向斷裂的交匯而成。研究區(qū)位于都勻復(fù)向斜北段(研究區(qū)稱之為牛場向斜)，總體為一向斜構(gòu)造，向斜軸位于勘查區(qū)中部，總體呈北北西向(圖1)。據(jù)前人資料[6]分析，目標(biāo)層段上二疊統(tǒng)吳家坪組由一套淺海臺地相碳酸鹽巖夾濱海相碎屑巖，巖性為灰、深灰色中厚至厚層狀石灰?guī)r、燧石灰?guī)r，夾灰綠、黃綠色薄層狀粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及泥巖，灰白色至灰綠色、紅紫色火山灰蝕變黏土巖、凝灰質(zhì)泥巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖、玄武巖等(圖2)。

1—貴定復(fù)向斜；2—黃絲復(fù)背斜； 3—都勻復(fù)向斜； 4—王司復(fù)背斜； 5—方村向斜；6—周覃背斜；7—荔波向斜； 8—撈村背斜； 9—茂蘭向斜； 10—貫洞向斜； 11—同古向斜； 12—邦洞向斜圖1 研究區(qū)構(gòu)造綱要圖[6]Figure 1 Structural outline map of study area[6]

圖2 研究區(qū)采樣柱狀圖Figure 2 Study area sampling column

2 元素地球化學(xué)特征

2.1 樣品采集及測試

針對研究區(qū)內(nèi)鉆探資料，筆者采集了101、302號鉆孔中吳家坪組9件泥巖樣品。所采集樣品稀土元素及微量元素測試均在貴州省煤田地質(zhì)局實驗室測定完成，采用儀器為美國熱電公司的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)(誤差小于10%)。

2.2 實驗測試結(jié)果

微量元素豐度含量低，但在地殼的各種地質(zhì)作用分異過程中，它們對環(huán)境的變化往往比常量元素更加的敏感[7]。通過與上地殼(UC)微量元素含量比對[8]，牛場向斜內(nèi)采集的樣品測試結(jié)果大部分偏低(圖3)，親銅元素中Cu、Zn、Ga相對富集，親鐵元素中Co相對富集，V、Cr、Ni則相較虧損。前人研究認(rèn)為，沉積巖中元素分布規(guī)律的主要影響因素是沉積物與介質(zhì)在沉積過程中的復(fù)雜物理化學(xué)條件，因此對研究區(qū)微量元素含量及特征的分析能指示當(dāng)時的沉積環(huán)境，確定氧化還原性質(zhì)、鹽度等[9]。

研究區(qū)內(nèi)稀土元素測試結(jié)果(圖3)顯示：稀土總量(∑REE)平均為374.0μg/g，遠(yuǎn)高于球粒隕石(65.9μg/g)[10]、上地殼(146.4μg/g)和北美頁巖[11](173.21μg/g)，表明∑REE較為富集。 L/H值代表的是，反映其分異程度，在同一類巖石中其值越大，分異越明顯，并且能指示部分熔融殘留體和早期巖漿結(jié)晶礦物的特征。L/H值(樣品輕、重稀土元素比值)平均值為11.26，略高于北美頁巖的比值(7.5)，表明分異程度較大，主要富集輕稀土元素。前人研究認(rèn)為，早期沉積巖以貧稀土總量、相對富集重稀土及Eu為特征，晚期沉積物則以稀土總量高、輕稀土富集、輕重稀土分餾明顯和虧損Eu為特征[9]。

圖3 研究區(qū)元素含量(μg/g)及特征Figure 3 Study area element contents(μg/g)and characteristics

表1 研究區(qū)上二疊統(tǒng)泥巖稀土元素含量Table 1 Study area upper Permian mudstone REE contents and characteristics/μg·g-1

說明：LaN/LuN、GdN/LuN均為球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值；δEu=EuN/(SmN×GdN)1/2，EuN、SmN、GdN均為球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值；δCe=CeN/(LaN×PrN)1/2，CeN、LaN、PrN均為球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值；采用Boynton W V(1984)推薦的球粒隕石[12]。

研究區(qū)泥巖樣品δEu平均值為0.88，據(jù)圖3分析認(rèn)為區(qū)內(nèi)δEu明顯負(fù)異常，筆者認(rèn)為牛場向斜沉積物屬于晚期沉積物。

3 古沉積環(huán)境特征

3.1 古氣候

古氣候研究指標(biāo)較多，且準(zhǔn)確度不一，筆者通過查閱文獻(xiàn)[13]，選擇Sr/Cu值作為分析研究區(qū)古氣候唯一指標(biāo)。區(qū)內(nèi)實驗結(jié)果顯示Sr/Cu值統(tǒng)計結(jié)果顯示1-3及7號樣品值大于10，其余樣品測試結(jié)果則小于10(圖4)。結(jié)合采樣柱狀圖及前人認(rèn)為的Sr/Cu值為1～10時表示溫濕氣候，值大于10時表示干熱氣候。筆者認(rèn)為研究區(qū)吳家坪期早期古氣候以溫濕氣候為主，有利于植物繁殖及成煤作用的發(fā)生；隨著時間的推移氣候則慢慢變?yōu)楦蔁釟夂驗橹鳌?/p>

3.2 古水體鹽度

古水體鹽度通常指示著沉積環(huán)境受海水影響的大小[14-16]。研究的地化指標(biāo)也較多， Sr/Ba值為有效指標(biāo)之一， 通常認(rèn)為淡水沉積物中Sr/Ba<1， 海相沉積物中Sr/Ba>1[14]；Sr/Ca高值反映鹽度較高[15-16]；由于V、 Ni元素在水體鹽度升高條件下溶解度有差異， V/Ni值越高， 也可以反映水體的含鹽度越高[16-17]。通過查閱文獻(xiàn)及對實驗結(jié)果的分析，筆者認(rèn)為Sr/Ba、Sr/Ca值在研究區(qū)應(yīng)用效果最佳。

圖4 部分元素地球化學(xué)特征圖Figure 4 Part of element geochemical characteristics說明：Ceanom=lg[3CeN/(2LaN+NdN)]，CeN、LaN、NdN均為球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值。

研究區(qū)內(nèi)吳家坪組泥巖樣品測試結(jié)果顯示：研究區(qū)泥巖樣品Sr、Ba含量平均值分別為308.7μg/g、319.8μg/g，均低于上地殼的Sr(350μg/g)、Ba(550μg/g)平均含量； Sr/Ba在1附近波動，且大部分樣品比值大于1，平均值為1.3(圖4)；反映了研究區(qū)吳家坪早期受一定海水影響，以海陸過渡相沉積環(huán)境為主，在吳家坪中晚期則由于海侵作用的進(jìn)行，導(dǎo)致沉積環(huán)境轉(zhuǎn)換為以海相為主。Sr/Ca比值均值為8.9，最小為2號樣品(5.0)，且大部分樣品比值在5～11，僅1號樣品比值較大(62.2)，顯示此時已進(jìn)入海相沉積時期，與前述分析結(jié)果及鉆孔數(shù)據(jù)吻合。

3.3 氧化還原環(huán)境

沉積物時期的水體氧化還原狀態(tài)的變化一般可利用微量元素及稀土元素在不同氧化還原狀態(tài)下賦存和富集含量的差異進(jìn)行推測[18]。一般以V/(V+Ni)值、Ce元素異常、Th/U值作為氧化還原指標(biāo)[7,19]：V/(V+Ni)值大于0.84時指示水體分層及底層水體中出現(xiàn)H2S的厭氧環(huán)境，V/(V+Ni)值為0.6～0.84指示水體分層不強的厭氧環(huán)境，V/(V+Ni)值為0.4～0.6指示水體為分層弱的貧氧環(huán)境[7]；Ceanom>0時，表現(xiàn)為Ce的富集，說明水體為氧化環(huán)境；當(dāng)Ceanom<0時，表現(xiàn)為Ce的虧損，水體為還原環(huán)境[7]；Th/U值在0～2指示缺氧環(huán)境，在強氧化環(huán)境下這個比值可達(dá)8[7,19]；筆者根據(jù)樣品測試結(jié)果分析認(rèn)為V/(V+Ni)值、Ce元素異常能較好的反應(yīng)研究區(qū)沉積物時期的水體氧化還原環(huán)境。

研究區(qū)泥巖樣品實驗測試結(jié)果顯示V/(V+Ni)平均值為0.9(圖4)，表明吳家坪組下段沉積水體為水體分層不強的厭氧環(huán)境；Ceanom值為-0.63～0.05，平均為-0.31，僅1號樣品值大于0，顯示吳家坪組下段沉積水體為還原性環(huán)境為主。綜合兩種古水體指標(biāo)的分析結(jié)果，筆者認(rèn)為研究區(qū)吳家坪早期古水體以還原環(huán)境為主，在海陸交互沉積的背景下吳家坪中期水體存在氧化環(huán)境。

4 結(jié)論

(1)牛場向斜內(nèi)采集的樣品測試結(jié)果大部分偏低，親銅元素中Cu、Zn、Ga相對富集，親鐵元素中Co相對富集，V、Cr、Ni則相較虧損。

(2)稀土總量(∑REE)平均為374.0μg/g，較為富集；L/H值(樣品輕、重稀土元素比值)平均值為11.26，分異程度較大，主要富集輕稀土元素；泥巖樣品δEu平均值為0.88，顯示負(fù)異常，牛場向斜沉積物屬于晚期沉積物。

(3)研究區(qū)內(nèi)吳家坪早期沉積主體時期以溫濕氣候，海陸過渡相沉積環(huán)境和還原性環(huán)境為主，有利于植物的大量繁殖和成煤作用，中晚期則出現(xiàn)過干熱氣候且沉積環(huán)境轉(zhuǎn)換為以海相為主。

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Wujiaping Formation Mudstone Geochemical and Paleosedimentary Environment Features in Niuchang Syncline, Fuquan City

Ren Wenlin1, Ren Haiying2

(1.No.159 Exploration Team, Guizhou Bureau of Coal Geological Exploration, Guiyang, Guizhou 550001;2.No.174 Exploration Team, Guizhou Bureau of Coal Geological Exploration, Guiyang, Guizhou 550000)

Based on geological setting of the Niuchang syncline, previous studies, mudstone drilled sample tested data analysis, and using geochemical indices indicated sedimentary environment have carried out researches on the Longtan Formation mudstone element geochemistry and paleosedimentary environment features in the area. The result has shown that the tested results of samples from Niuchang syncline mostly on the low side; Cu, Zn and Ga in chalcophile elements are relatively enriched; Co in siderophile elements relatively enriched, but V, Cr and Ni relatively deficit. The total REE content is high, LREE enriched, LREE and HREE are obviously fractionated and Eu deficit, belong to later period sediments. The early Wujiaping stage main sedimentary period had been mainly warm humid climate, paralic facies sedimentary and reducing environment; while middle to later period there had been dry hot climate and sedimentary environment converted to mainly marine facies.

geochemistry; trace element; REE; sedimentary environment; Niuchang syncline

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.07.03

1674-1803(2017)07-0010-04

任文林(1963—)，男，重慶，職稱：中級工程師；學(xué)歷：大專；研究方向：煤田地質(zhì)。

2017-02-28

責(zé)任編輯：宋博輦

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