徐淮震旦系九頂山組地層巖石地球化學特征及沉積環(huán)境研究

張紅偉 閔寧 許思羽 李陽時佳 衡哲 楊玉剛 李豐

摘 要：沉積巖中的化學元素的分析常用來鑒定古沉積環(huán)境。本文巖石樣品地球化學特征主要為：樣品Zr與Th呈正相關，[δEu]-[δCe]、∑REE-[δCe]無較好相關關系，指示樣品較少受陸源碎屑物影響;Sr/Ba>1，Ba含量為4.21～14.3 μg/g，MgO/Al2O3 均值為9.53，指示海相沉積;U/Th值較低、δU<1，V/（V+Ni）均值為0.78，V/Cr均值為1.11，Ni/Co均值為0.24，顯示為氧化-弱還原環(huán)境;Sr/Cu>10，指示干熱氣候。

關鍵詞：震旦系;巖石地球化學;沉積環(huán)境

中圖分類號：P534文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）08-0143-03

Study on Petro-Geochemical Characteristics and Sedimentary

Environment of the Jiudingshan Formation of the Xuhuai Sinian System

ZHANG Hongwei MIN Ning XU Siyu LI Yangshijia HENG Zhe YANG Yugang LI Feng

（School of Resources and Civil Engineering， Suzhou University，Suzhou Anhui 234000）

Abstract： Chemical elements in sedimentary rocks are often used to analyze ancient sedimentary environments. This paper the geochemical characteristics of rock samples were mainly as follows： Zr was positively correlated with Th， [δEu]-[δCe] and ∑REE-[δCe] had no obvious correlation;Sr/Ba > 1， Ba content 4.21～14.3μg/g， MgO/Al2O3 mean value 9.53， indicating Marine deposition; When U/Th value is low， δU < 1， the mean value of V/（V+Ni） is 0.78， the mean value of V/Cr is 1.11， and the mean value of Ni/Co is 0.24， indicating an oxidation-weak reduction environment. Sr/Cu > 10， indicating dry and hot climate.

Keywords： the sinian system;petrogeochemistry;sedimentary environment

巖石中微量元素的化學特征較為特殊，其化學性質穩(wěn)定、溶解度低。近年來的研究顯示，沉積巖中微量元素的變化與沉積物質的來源和沉積環(huán)境關系較為密切，對于揭示古沉積環(huán)境的變化、物質來源等具有重要的價值[1]?，F(xiàn)階段，對碳酸鹽巖的研究是確定地層沉積的有效方法之一，另外，碳酸鹽巖類沉積巖中微量元素與水介質的變化具有密切的關系，因此巖石中微量元素的含量變化可為古氣候、古環(huán)境的變化提供依據(jù)[2]。本文在前人研究的基礎上，以徐淮震旦系九頂山組為研究對象，對樣品區(qū)巖石的地球化學特征進行分析，探討當時的沉積環(huán)境，有助于認識徐淮震旦系古環(huán)境及特征。

1 區(qū)域地質概況

本文所選樣品區(qū)所在地層為淮河地層分區(qū)淮北地層小區(qū)。該區(qū)大量出露未經(jīng)變質的震旦系地層，沉積厚度約3 km，地層下部主要為碎屑巖，上部為局限臺地相含硅鈣鎂的碳酸鹽沉積。本區(qū)的震旦系地層分為下統(tǒng)徐淮群、上統(tǒng)宿縣群和欄桿群。九頂山組厚度為370 m，本組巖性主要為淺灰中厚層夾燧石條帶的白云巖、較少含硅質或灰質;下部為深灰色塊狀灰?guī)r與灰白色塊狀白云巖，含較少泥質灰?guī)r，底部為竹葉狀灰?guī)r，上部厚層含燧石條帶白云巖與中厚層灰?guī)r互層[3]。

2 樣品的采集與測試

2.1 樣品的采集

樣品均采集于皖北宿州市夾溝鎮(zhèn)巴山，樣品區(qū)地質如圖1所示，主要巖性為白云巖。沿剖面自下向上采集25塊巖石樣品。

2.2 樣品測試

從采集的25塊巖石樣品中選取8塊進行實驗測試分析，分別為JQnJ-01、JQnJ-02、JQnJ-03、JQnJ-04、JQnJ-05、JQnJ-06、JQnJ-07、JQnJ-08。利用X射線熒光光譜儀（XRF）測定主量元素，利用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）測定微量元素，測試分析精度優(yōu)于5%。

3 測試結果

3.1 主量元素特征

樣品區(qū)主量元素主要有以下特征：CaO的含量最高，均值為32.2%;其次為MgO與SiO2，含量均值分別為6.49%與8.74%。由此可知，樣品區(qū)巖石主要由方解石礦石組成。

3.2 微量元素特征

稀土元素的配分模式能反映碳酸鹽巖沉積時成巖的流體特點。巖石樣品與澳大利亞后太古頁巖（PAAS）稀土元素進行標準化處理，另外，使用3分法對稀土元素進行分類，即重稀土元素HREE（Ho-Lu）、中稀土元素MREE（Sm-Dy）、輕稀土元素LREE（La-Nd）。從稀土元素配分圖（見圖2）可知，巖石樣品的配分型式基本一致，重稀土略微虧損。從微量元素蛛網(wǎng)圖（圖3）可以看出，巖石樣品元素U、Sr、Ta富集，Ba、Nb元素虧損，總體一致性較好。稀土元素總量∑REE遠低于北美頁巖平均值（173 μg/g）[4]，指示沉積過程中巖石受陸源物質影響較小。

黏土礦物與碎屑物質中Zr與Th為代表性元素，樣品Zr與Th成正相關關系，如圖4所示，Zr與REE成近似正相關（見圖5），指示樣品較少含陸源碎屑物。Ce異常與成巖作用有關系，Ce異常與∑REE成正相關關系。巖石樣品中[δEu-δCe]（見圖6）、∑REE-[δCe]（見圖7）均沒有明顯的相關關系。[δEu]的計算公式如式（1）所示，[δCe]的計算公式如式（2）所示。綜上表明，樣品稀土元素較少受到陸源碎屑物的影響。

[δEu=EuN/SQRTSmN*GdN]? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

[δCe=CeN/SQRTLaN*PrN]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中，[N]為球粒隕石標準化數(shù)據(jù)。

3.3 沉積環(huán)境

3.3.1 海相與陸相環(huán)境分析。Sr的含量與介質中的鹽度有密切關系，樣品Sr含量普遍較高，即該區(qū)域白云巖是在鹽度較高的環(huán)境中形成的，白云石化較早，Sr無大量流失。Sr/Ba可分析海相與陸相沉積環(huán)境，陸相環(huán)境中Sr/Ba<1，海相環(huán)境中Sr/Ba>1[4]，樣品中Sr/Ba比值為3.77～16.9，均值為10.5，指示樣品區(qū)為海相沉積環(huán)境。陸相沉積環(huán)境中的Ba含量高于海相沉積物中的Ba含量。海相碳酸鹽巖Ba含量一般為10～30 μg/g，較少超過200 μg/g，樣品Ba含量為4.21～14.3 μg/g，指示該區(qū)域碳酸鹽主要來自海相沉積物。

Ti元素較為穩(wěn)定，以不溶性化合物存在。海相環(huán)境中Ti源于陸源碎屑物，碳酸鹽巖中其含量高低與陸源碎屑物有直接關系。樣品區(qū)中Ti含量為48.0～142 μg/g，均值為83.5 μg/g，遠低于碳酸鹽巖中Ti的平均含量400 μg/g。綜合顯示，樣品區(qū)為海相沉積環(huán)境。

3.3.2 氧化-還原性。沉積環(huán)境中氧化-還原性可由U/Th與[δU]確定。計算公式如式（3）所示。氧化環(huán)境中，U/Th<0.75，還原環(huán)境中U/Th>1.25。

[δU=U/0.5×Th/3+U]? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

正常水體中，[δU]<1，缺氧環(huán)境中[δU]>1[5]。樣品U/Th比值為0.29～1.42;[δU]為0.10～0.17，均值為0.13，指示該樣品區(qū)的沉積環(huán)境總體上為氧化-弱還原環(huán)境。

氧化還原環(huán)境的判斷也可以V/（V+Ni）、V/Cr、Ni/Co作為依據(jù)，這些微量元素易于吸附膠體與黏土，V易吸附于還原環(huán)境中，Ni、Cr、Co易富集于還原環(huán)境中;厭氧環(huán)境中V/（V+Ni）>0.84，介于0.84～0.89，V/Cr>4.25，Ni/Co>7;氧化環(huán)境中V/（V+Ni）<0.60，V/Cr<2.00，Ni/Co<5;厭氧環(huán)境、弱還原環(huán)境中，V/（V+Ni）比值介于0.60～0.84，V/Cr、Ni/Co比值分別介于2.00～4.25和5～7。樣品V/（V+Ni）比值為0.72～0.86，平均值為0.78;V/Cr比值為0.51～1.8，均值為1.11;Ni/Co比值為0.19～0.29，均值為0.24。綜合顯示樣品區(qū)水體沉積環(huán)境為氧化-弱還原環(huán)境。

3.3.3 古氣候。古氣候可通過Sr/Cu的比值關系來確定，不同元素在不同的氣候環(huán)境中可以留存下來。例如喜，濕元素為Cr、Ni、Mn、Cu、Ba、Hf、Rb、Th等，喜干元素為Sr、Pb、Au、U、Zn、Mg等。干熱氣候中，Sr/Cu>10，溫濕氣候中，Sr/Cu<10。樣品Sr/Cu的比值范圍為14.9～163，平均值為84.7，結果遠大于10，另與地質志中所描述“蒸發(fā)型地臺沉積”氣候逐漸干燥炎熱描述一致，顯示樣品區(qū)為干熱古氣候。另外，Sr/Cu與Sr/Ba的比值關系較相似，說明海相沉積環(huán)境海水咸度受干熱古氣候的控制變化，受其控制影響。

4 結論

徐淮震旦系九頂山組的研究結果表明，稀土元素總量∑REE遠遠低于北美頁巖的平均值，[δEu-δCe]、∑REE-[δCe]均沒有明顯相關關系，因此較少受陸源碎屑物影響;指示樣品區(qū)的水體沉積環(huán)境為氧化-弱還原環(huán)境，指示樣品區(qū)的古氣候為干熱氣候。

參考文獻：

[1]黃本宏.東北北部石炭二疊紀陸相地層及古地理概況[J].地質論評，1982（5）：395-402.

[2]和政軍，劉淑文，任紀舜，等.內蒙古林西地區(qū)晚二疊世—早三疊世紀沉積演化及構造背景[J].中國區(qū)域地質，1997（4）：403-410.

[3]安徽地質礦產(chǎn)局.安徽省區(qū)域地質志[M].北京：地質出版社，1987：286-287.

[4]Kimura ，Hiroto，Watanabe ，et al.Ocean anoxia at the Precambrian-Cambraian boundary[J].Geology，2001（11）：995-995.

[5]劉安，李旭兵，王傳尚，等.湘鄂西寒武系烴源巖地球化學特征與沉積環(huán)境分析[J].沉積學報，2013（6）：1122-1132.