徐淮震旦系九顶山组地层岩石地球化学特征及沉积环境研究

张红伟 闵宁 许思羽 李阳时佳 衡哲 杨玉刚 李丰

摘 要：沉积岩中的化学元素的分析常用来鉴定古沉积环境。本文岩石样品地球化学特征主要为：样品Zr与Th呈正相关，[δEu]-[δCe]、∑REE-[δCe]无较好相关关系，指示样品较少受陆源碎屑物影响;Sr/Ba>1，Ba含量为4.21～14.3 μg/g，MgO/Al2O3 均值为9.53，指示海相沉积;U/Th值较低、δU<1，V/（V+Ni）均值为0.78，V/Cr均值为1.11，Ni/Co均值为0.24，显示为氧化-弱还原环境;Sr/Cu>10，指示干热气候。

关键词：震旦系;岩石地球化学;沉积环境

中图分类号：P534文献标识码：A文章编号：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

岩石中微量元素的化学特征较为特殊，其化学性质稳定、溶解度低。近年来的研究显示，沉积岩中微量元素的变化与沉积物质的来源和沉积环境关系较为密切，对于揭示古沉积环境的变化、物质来源等具有重要的价值[1]。现阶段，对碳酸盐岩的研究是确定地层沉积的有效方法之一，另外，碳酸盐岩类沉积岩中微量元素与水介质的变化具有密切的关系，因此岩石中微量元素的含量变化可为古气候、古环境的变化提供依据[2]。本文在前人研究的基础上，以徐淮震旦系九顶山组为研究对象，对样品区岩石的地球化学特征进行分析，探讨当时的沉积环境，有助于认识徐淮震旦系古环境及特征。

1 区域地质概况

本文所选样品区所在地层为淮河地层分区淮北地层小区。该区大量出露未经变质的震旦系地层，沉积厚度约3 km，地层下部主要为碎屑岩，上部为局限台地相含硅钙镁的碳酸盐沉积。本区的震旦系地层分为下统徐淮群、上统宿县群和栏杆群。九顶山组厚度为370 m，本组岩性主要为浅灰中厚层夹燧石条带的白云岩、较少含硅质或灰质;下部为深灰色块状灰岩与灰白色块状白云岩，含较少泥质灰岩，底部为竹叶狀灰岩，上部厚层含燧石条带白云岩与中厚层灰岩互层[3]。

2 样品的采集与测试

2.1 样品的采集

样品均采集于皖北宿州市夹沟镇巴山，样品区地质如图1所示，主要岩性为白云岩。沿剖面自下向上采集25块岩石样品。

2.2 样品测试

从采集的25块岩石样品中选取8块进行实验测试分析，分别为JQnJ-01、JQnJ-02、JQnJ-03、JQnJ-04、JQnJ-05、JQnJ-06、JQnJ-07、JQnJ-08。利用X射线荧光光谱仪（XRF）测定主量元素，利用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定微量元素，测试分析精度优于5%。

3 测试结果

3.1 主量元素特征

样品区主量元素主要有以下特征：CaO的含量最高，均值为32.2%;其次为MgO与SiO2，含量均值分别为6.49%与8.74%。由此可知，样品区岩石主要由方解石矿石组成。

3.2 微量元素特征

稀土元素的配分模式能反映碳酸盐岩沉积时成岩的流体特点。岩石样品与澳大利亚后太古页岩（PAAS）稀土元素进行标准化处理，另外，使用3分法对稀土元素进行分类，即重稀土元素HREE（Ho-Lu）、中稀土元素MREE（Sm-Dy）、轻稀土元素LREE（La-Nd）。从稀土元素配分图（见图2）可知，岩石样品的配分型式基本一致，重稀土略微亏损。从微量元素蛛网图（图3）可以看出，岩石样品元素U、Sr、Ta富集，Ba、Nb元素亏损，总体一致性较好。稀土元素总量∑REE远低于北美页岩平均值（173 μg/g）[4]，指示沉积过程中岩石受陆源物质影响较小。

黏土矿物与碎屑物质中Zr与Th为代表性元素，样品Zr与Th成正相关关系，如图4所示，Zr与REE成近似正相关（见图5），指示样品较少含陆源碎屑物。Ce异常与成岩作用有关系，Ce异常与∑REE成正相关关系。岩石样品中[δEu-δCe]（见图6）、∑REE-[δCe]（见图7）均没有明显的相关关系。[δEu]的计算公式如式（1）所示，[δCe]的計算公式如式（2）所示。综上表明，样品稀土元素较少受到陆源碎屑物的影响。

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

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

式中，[N]为球粒陨石标准化数据。

3.3 沉积环境

3.3.1 海相与陆相环境分析。Sr的含量与介质中的盐度有密切关系，样品Sr含量普遍较高，即该区域白云岩是在盐度较高的环境中形成的，白云石化较早，Sr无大量流失。Sr/Ba可分析海相与陆相沉积环境，陆相环境中Sr/Ba<1，海相环境中Sr/Ba>1[4]，样品中Sr/Ba比值为3.77～16.9，均值为10.5，指示样品区为海相沉积环境。陆相沉积环境中的Ba含量高于海相沉积物中的Ba含量。海相碳酸盐岩Ba含量一般为10～30 μg/g，较少超过200 μg/g，样品Ba含量为4.21～14.3 μg/g，指示该区域碳酸盐主要来自海相沉积物。

Ti元素较为稳定，以不溶性化合物存在。海相环境中Ti源于陆源碎屑物，碳酸盐岩中其含量高低与陆源碎屑物有直接关系。样品区中Ti含量为48.0～142 μg/g，均值为83.5 μg/g，远低于碳酸盐岩中Ti的平均含量400 μg/g。综合显示，样品区为海相沉积环境。

3.3.2 氧化-还原性。沉积环境中氧化-还原性可由U/Th与[δU]确定。计算公式如式（3）所示。氧化环境中，U/Th<0.75，还原环境中U/Th>1.25。

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

正常水体中，[δU]<1，缺氧环境中[δU]>1[5]。样品U/Th比值为0.29～1.42;[δU]为0.10～0.17，均值为0.13，指示该样品区的沉积环境总体上为氧化-弱还原环境。

氧化还原环境的判断也可以V/（V+Ni）、V/Cr、Ni/Co作为依据，这些微量元素易于吸附胶体与黏土，V易吸附于还原环境中，Ni、Cr、Co易富集于还原环境中;厌氧环境中V/（V+Ni）>0.84，介于0.84～0.89，V/Cr>4.25，Ni/Co>7;氧化环境中V/（V+Ni）<0.60，V/Cr<2.00，Ni/Co<5;厌氧环境、弱还原环境中，V/（V+Ni）比值介于0.60～0.84，V/Cr、Ni/Co比值分别介于2.00～4.25和5～7。样品V/（V+Ni）比值为0.72～0.86，平均值为0.78;V/Cr比值为0.51～1.8，均值为1.11;Ni/Co比值为0.19～0.29，均值为0.24。综合显示样品区水体沉积环境为氧化-弱还原环境。

3.3.3 古气候。古气候可通过Sr/Cu的比值关系来确定，不同元素在不同的气候环境中可以留存下来。例如喜，湿元素为Cr、Ni、Mn、Cu、Ba、Hf、Rb、Th等，喜干元素为Sr、Pb、Au、U、Zn、Mg等。干热气候中，Sr/Cu>10，温湿气候中，Sr/Cu<10。样品Sr/Cu的比值范围为14.9～163，平均值为84.7，结果远大于10，另与地质志中所描述“蒸发型地台沉积”气候逐渐干燥炎热描述一致，显示样品区为干热古气候。另外，Sr/Cu与Sr/Ba的比值关系较相似，说明海相沉积环境海水咸度受干热古气候的控制变化，受其控制影响。

4 结论

徐淮震旦系九顶山组的研究结果表明，稀土元素总量∑REE远远低于北美页岩的平均值，[δEu-δCe]、∑REE-[δCe]均没有明显相关关系，因此较少受陆源碎屑物影响;指示样品区的水体沉积环境为氧化-弱还原环境，指示样品区的古气候为干热气候。

参考文献：

[1]黄本宏.东北北部石炭二叠纪陆相地层及古地理概况[J].地质论评，1982（5）：395-402.

[2]和政军，刘淑文，任纪舜，等.内蒙古林西地区晚二叠世—早三叠世纪沉积演化及构造背景[J].中国区域地质，1997（4）：403-410.

[3]安徽地质矿产局.安徽省区域地质志[M].北京：地质出版社，1987：286-287.

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

[5]刘安，李旭兵，王传尚，等.湘鄂西寒武系烃源岩地球化学特征与沉积环境分析[J].沉积学报，2013（6）：1122-1132.