李悅悅，聶美怡，郝子眉，李曉龍，劉彥召

（西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

近年來，諸多學(xué)者對(duì)安徽巢湖平頂山西坡剖面下三疊統(tǒng)進(jìn)行了深刻的研究，研究內(nèi)容主要是關(guān)于該地殷坑組瘤狀灰?guī)r的特征、成因研究，取得了相應(yīng)進(jìn)展[1]。該地作為金釘子候選剖面，地質(zhì)遺跡特征明顯，地質(zhì)意義深刻，尤其“牙形石”最為代表，每年各大地質(zhì)高校都會(huì)前往進(jìn)行地質(zhì)學(xué)習(xí)。但是，后來由于人為破壞，本有望成為中國的又一金釘子剖面，卻被破壞得令人觸目驚心。此外，前人對(duì)該地區(qū)的區(qū)域沉積環(huán)境，尤其是古環(huán)境演化一直缺乏整體性和系統(tǒng)性分析。

本文將安徽巢湖平頂山剖面殷坑組作為研究區(qū)，通過分析殷坑組巖石樣品的主量和微量元素變化來探討早三疊紀(jì)的氧化還原條件和古環(huán)境的演化，并討論這些變化對(duì)演化過程的影響及意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

晚三疊世以來，揚(yáng)子大陸的構(gòu)造發(fā)展出現(xiàn)復(fù)雜情況，研究區(qū)在多個(gè)構(gòu)造時(shí)期都出現(xiàn)過強(qiáng)度很大的構(gòu)造巖漿活動(dòng)，造成本區(qū)的“地臺(tái)活化”特征。從物質(zhì)組成與地質(zhì)歷史演化角度分析，巢湖北部區(qū)域地質(zhì)依次受到古亞洲洋、特提斯古太平洋、印度洋-太平洋動(dòng)力學(xué)體系控制和影響，主體以東西向構(gòu)造為主，之后又疊加北北東的復(fù)合構(gòu)造，地殼物質(zhì)與幔源物質(zhì)混合交換和交觸，形成現(xiàn)今的地殼組成、結(jié)構(gòu)和地表地質(zhì)形貌[2]。本文從研究區(qū)三疊系下統(tǒng)殷坑組采樣進(jìn)行探討。

2 樣品采集和測試及其巖石地化特征分析

2.1 地層分布與樣品采集和測試

巢湖平頂山剖面下三疊統(tǒng)總體地層發(fā)育良好，如圖1 所示，出露較為完整。根據(jù)該地巖性物性特征、古生物化石特征，自下而上劃分為龍山組和南陵湖組下部地層。通過對(duì)巢湖平頂山剖面殷坑組實(shí)地野外踏勘，順著物源方向，從117°49′43″E，31°38′0″N 68 m到117°49′42″E，31°38′1″N 60 m，將其分為上、中、下3 個(gè)巖性段，總厚度為83.8 m，上層是薄層泥灰?guī)r，夾于灰綠色鈣質(zhì)頁巖，厚39.0 m；中間中薄似瘤狀灰?guī)r夾于粉砂質(zhì)泥巖，厚22.0 m；下層是灰綠色泥巖，中間夾有似瘤狀灰?guī)r，厚22.0 m。

圖1 安微巢湖平頂山北剖面地質(zhì)簡圖

分別選取3 個(gè)層段各2 個(gè)樣品，共6 塊代表性巖石樣品。樣品自南至北均有分布、分布均勻，代表性較好，可以代表此3 個(gè)層段的地質(zhì)特征，如圖2 所示。

圖2 巢湖平頂山剖面下三疊統(tǒng)殷坑組6 塊代表性巖石樣品

第一層殷坑組薄層灰色灰?guī)r，產(chǎn)狀308°∠88°，向南側(cè)巖層變?yōu)榛揖G薄層瘤狀灰?guī)r，向北側(cè)同上。第二層是和龍山組厚層灰色似瘤狀灰?guī)r，產(chǎn)狀308°∠88°。第三層是灰綠色瘤狀灰?guī)r，泥灰?guī)r互層中所采集，產(chǎn)狀133°∠82°。北側(cè)為灰褐色泥灰?guī)r，南側(cè)為灰綠色薄層似瘤狀灰?guī)r，泥灰?guī)r互層靠近向斜核部，地層可能發(fā)生倒轉(zhuǎn)。

通過X 衍射儀進(jìn)行測量。測量6 塊樣品的各個(gè)樣品主量、微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，得出元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析。所測元素譜圖如圖3 所示，各個(gè)元素平均值如表1 所示。

圖3 殷坑組采樣及射線儀所示結(jié)果

表1 殷坑組灰?guī)r主量微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)（單位：%）

2.2 巖石地化特征分析

殷坑組灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質(zhì)頁巖及頁巖等各類巖石鈣元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高且鎂元素稀有，殷坑組灰?guī)r中白云石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)微乎其微，主要是以方解石為主。殷坑組灰?guī)r主量元素以SiO2（16.8%）和Al2O3（6.5%）為主，MgO2（0.85%）質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較低，SiO2/（CаO+MgO）較高（平均19.76%），表明其沉積時(shí)受陸源碎屑物質(zhì)影響，應(yīng)為物理成因產(chǎn)物。殷坑組灰?guī)r樣品的CаO 為0 和MgO（極低）質(zhì)量分?jǐn)?shù)較為穩(wěn)定，而SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)（16.8%）較高，A12O3（均值6.5%）質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，表明沉積時(shí)受陸緣物質(zhì)影響[3]。

3 古沉積環(huán)境分析

Ti 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小且不含Al，則與陸源物質(zhì)黏土礦物的輸入無關(guān)，指示了陸源物質(zhì)的影響程度極低。殷坑組樣品的Al2O3與SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)都較高，其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為6.5%和16.8%，低于中國東部上地殼碳酸鹽巖Al2O3（13.65%）質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值[4]。

海相碳酸鹽巖的成巖蝕變過程是一個(gè)Mn 的獲取過程和Sr 的丟失過程（BRAND аnd VEIZER，1980），研究認(rèn)為Mn/Sr 比值小于3 的碳酸鹽巖沒有或受到弱成巖作用的影響[5-8]。

殷坑組樣品較高的Al2O3、TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)和稀土元素總量均表明其沉積時(shí)受陸源物質(zhì)的影響比較微弱，均為純生物或化學(xué)成因的巖石，選擇其Mn/Sr 值小于或接近于3的灰?guī)r樣品來重建當(dāng)時(shí)的古環(huán)境和古氣候，其結(jié)果應(yīng)是合理和可信的。

3.1 氧化還原環(huán)境判別

沉積巖的Cu/Zn 值低為氧化環(huán)境，高則為還原環(huán)境。Cu/Zn 氧化還原環(huán)境判別顯示殷坑組所有樣品均形成于還原環(huán)境。此外，MgO、Al2O3、SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高以及巖樣有灰綠色或灰色無肉紅色也可適當(dāng)反映環(huán)境為還原環(huán)境。

3.2 氣候（干旱）環(huán)境判別

用Sr 的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小可以判斷氣候的干旱或者溫濕條件。相應(yīng)的當(dāng)Sr 值高的時(shí)候?yàn)楦珊笛谉釟夂?，反之，為溫暖潮濕氣候。通常，Sr/Cu 比介于小于5.0指示溫濕氣候，而大于5.0 則指示干熱氣候[9]；但也有學(xué)者認(rèn)為Sr/Cu 比值在1～10 之間表示溫濕氣候，大于10 表示干熱氣候[10-11]。

Sr/Cu 比值顯示，殷坑組灰?guī)r、泥質(zhì)頁巖、泥質(zhì)巖樣品Sr/Cu 比值均小于5，且Sr 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小，顯示全部樣品均形成于溫濕氣候。

3.3 海陸環(huán)境判別

古鹽度是指示地質(zhì)歷史時(shí)期海陸環(huán)境變化的一個(gè)重要標(biāo)志。Sr、Bа 的沉積主要與蒸發(fā)作用有關(guān)，因Sr遷移能力比Bа 強(qiáng)，隨著水體鹽度增加，Bа 常以BаSO4的形式首先沉淀，造成Sr 在干旱條件下的海水中相對(duì)Bа 趨于富集，以致Sr/Bа 比值與古鹽度呈明顯正相關(guān)性[12]。此外，根據(jù)CаO/（CаO+MgO）比值也可以有效地判別沉積巖的介質(zhì)環(huán)境。一般，Sr/Cа＞1 時(shí)為海相深水環(huán)境沉積，Sr/Bа＜0.6 為陸相淡水環(huán)境沉積，其間為過渡環(huán)境沉積；CаO/（CаO+MgO）＞0.70 是為陸相淡水環(huán)境沉積，CаO/（CаO+MgO）＜0.60 為海相咸水環(huán)境沉積[13]。Sr/Cа 比值海陸環(huán)境判別均顯示，殷坑組灰?guī)r樣品顯示淡水特征（Sr/Bа＜0.6）外，其他殷坑組組樣品均顯示半深海相環(huán)境沉積特征。

4 古構(gòu)造沉積背景環(huán)境分析

構(gòu)造環(huán)境對(duì)區(qū)域古地理環(huán)境往往具有主控作用，它對(duì)物源區(qū)的巖石和化學(xué)組成影響占比很大。殷坑組位于平頂沙向斜的兩翼。兩翼地層?xùn)|翼緩，西翼陡，向斜較發(fā)育。

晚三疊世以來，揚(yáng)子大陸的構(gòu)造發(fā)展出現(xiàn)復(fù)雜情況，一方面受南北統(tǒng)-大陸陸內(nèi)造山的作用，另一方面受來自東部西太平洋板塊的影響，研究區(qū)在印支期、燕山期和喜馬拉雅期表現(xiàn)出強(qiáng)烈的構(gòu)造巖漿活動(dòng)，造成本區(qū)的“地臺(tái)活化”特征。

5 結(jié)論

本文對(duì)安徽巢湖平頂山剖面殷坑組灰?guī)r樣品進(jìn)行了元素地球化學(xué)分析，探討了該地區(qū)殷坑組灰?guī)r內(nèi)瘤狀灰?guī)r的成因，殷坑組沉積期的古氣候、鹽度、氧化還原條件等沉積介質(zhì)環(huán)境特征和構(gòu)造沉積背景，得出以下5 點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

安徽巢湖平頂山剖面殷坑組碳酸鹽巖以灰?guī)r、泥質(zhì)頁巖為主，并含有少量白云質(zhì)灰?guī)r和泥灰?guī)r，殷坑組碳酸鹽巖遭受陸緣碎屑物質(zhì)影響較為嚴(yán)重。

瘤狀灰?guī)r多呈薄層狀賦存于粉砂質(zhì)泥巖中。SiO2（16.8%）和Al2O3（6.5%）為主，MgO2（0.85%）質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較小，SiO2/（CаO+MgO）較高（平均19.76%），表明其沉積時(shí)受陸源碎屑物質(zhì)影響，應(yīng)為物理成因產(chǎn)物。CаO 為0 和MgO（極低）質(zhì)量分?jǐn)?shù)較為穩(wěn)定，而SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)（16.8%）較高，Al2O3（均值6.5%）質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，表明沉積時(shí)受陸緣物質(zhì)影響。

Cu/Zn 氧化還原環(huán)境判別顯示殷坑組所有樣品均形成于還原環(huán)境。此外，MgO、Al2O3、SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高以及巖樣有灰綠色或灰色無肉紅色也可適當(dāng)反映環(huán)境為還原環(huán)境。Sr/Cu 比值顯示，殷坑組灰?guī)r、泥質(zhì)頁巖、泥質(zhì)巖樣品Sr/Cu 比值均小于5，且Sr 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小，顯示全部樣品均形成于溫濕氣候。Sr/Cа比值海陸環(huán)境判別均顯示，殷坑組灰?guī)r樣品顯示淡水特征。殷坑組位于平頂沙向斜的兩翼。兩翼地層?xùn)|翼緩，西翼陡，向斜較發(fā)育。瘤狀灰?guī)r在較穩(wěn)定的構(gòu)造坳陷背景下，在溫濕氣候、淡水的環(huán)境下，區(qū)域發(fā)育了殷坑組組瘤狀灰?guī)r沉積。