張紅偉 閔寧 許思羽 李陽(yáng)時(shí)佳 衡哲 楊玉剛 李豐

摘 要：沉積巖中的化學(xué)元素的分析常用來(lái)鑒定古沉積環(huán)境。本文巖石樣品地球化學(xué)特征主要為：樣品Zr與Th呈正相關(guān)，[δEu]-[δCe]、∑REE-[δCe]無(wú)較好相關(guān)關(guān)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(guān)鍵詞：震旦系;巖石地球化學(xué);沉積環(huán)境

中圖分類(lèi)號(hào)：P534文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(xué)特征較為特殊，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、溶解度低。近年來(lái)的研究顯示，沉積巖中微量元素的變化與沉積物質(zhì)的來(lái)源和沉積環(huán)境關(guān)系較為密切，對(duì)于揭示古沉積環(huán)境的變化、物質(zhì)來(lái)源等具有重要的價(jià)值[1]。現(xiàn)階段，對(duì)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(lèi)沉積巖中微量元素與水介質(zhì)的變化具有密切的關(guān)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(chǔ)上，以徐淮震旦系九頂山組為研究對(duì)象，對(duì)樣品區(qū)巖石的地球化學(xué)特征進(jìn)行分析，探討當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境，有助于認(rèn)識(shí)徐淮震旦系古環(huán)境及特征。

1 區(qū)域地質(zhì)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(zhì)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(tái)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(zhì)或灰質(zhì);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(zhì)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(cè)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(zhì)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(cè)試

從采集的25塊巖石樣品中選取8塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)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(cè)定主量元素，利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定微量元素，測(cè)試分析精度優(yōu)于5%。

3 測(cè)試結(jié)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(shí)成巖的流體特點(diǎn)。巖石樣品與澳大利亞后太古頁(yè)巖（PAAS）稀土元素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，另外，使用3分法對(duì)稀土元素進(jìn)行分類(lèi)，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(jiàn)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(yuǎn)低于北美頁(yè)巖平均值（173 μg/g）[4]，指示沉積過(guò)程中巖石受陸源物質(zhì)影響較小。

黏土礦物與碎屑物質(zhì)中Zr與Th為代表性元素，樣品Zr與Th成正相關(guān)關(guān)系，如圖4所示，Zr與REE成近似正相關(guān)（見(jiàn)圖5），指示樣品較少含陸源碎屑物。Ce異常與成巖作用有關(guān)系，Ce異常與∑REE成正相關(guān)關(guān)系。巖石樣品中[δEu-δCe]（見(jiàn)圖6）、∑REE-[δCe]（見(jiàn)圖7）均沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系。[δEu]的計(jì)算公式如式（1）所示，[δCe]的計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(zhì)中的鹽度有密切關(guān)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(wú)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(guò)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(lái)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(guān)系。樣品區(qū)中Ti含量為48.0～142 μg/g，均值為83.5 μg/g，遠(yuǎn)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(jì)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(guò)Sr/Cu的比值關(guān)系來(lái)確定，不同元素在不同的氣候環(huán)境中可以留存下來(lái)。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(jié)果遠(yuǎn)大于10，另與地質(zhì)志中所描述“蒸發(fā)型地臺(tái)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(guān)系較相似，說(shuō)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(jié)論

徐淮震旦系九頂山組的研究結(jié)果表明，稀土元素總量∑REE遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于北美頁(yè)巖的平均值，[δEu-δCe]、∑REE-[δCe]均沒(méi)有明顯相關(guān)關(guān)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?yàn)楦蔁釟夂颉?/p>

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