巢湖平頂山剖面殷坑組古沉積環境演化研究＊

李悅悅，聶美怡，郝子眉，李曉龍，劉彥召

（西安石油大學地球科學與工程學院，陜西 西安 710065）

近年來，諸多學者對安徽巢湖平頂山西坡剖面下三疊統進行了深刻的研究，研究內容主要是關于該地殷坑組瘤狀灰巖的特征、成因研究，取得了相應進展[1]。該地作為金釘子候選剖面，地質遺跡特征明顯，地質意義深刻，尤其“牙形石”最為代表，每年各大地質高校都會前往進行地質學習。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，前人對該地區的區域沉積環境，尤其是古環境演化一直缺乏整體性和系統性分析。

本文將安徽巢湖平頂山剖面殷坑組作為研究區，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的氧化還原條件和古環境的演化，并討論這些變化對演化過程的影響及意義。

1 區域地質背景

晚三疊世以來，揚子大陸的構造發展出現復雜情況，研究區在多個構造時期都出現過強度很大的構造巖漿活動，造成本區的“地臺活化”特征。從物質組成與地質歷史演化角度分析，巢湖北部區域地質依次受到古亞洲洋、特提斯古太平洋、印度洋-太平洋動力學體系控制和影響，主體以東西向構造為主，之后又疊加北北東的復合構造，地殼物質與幔源物質混合交換和交觸，形成現今的地殼組成、結構和地表地質形貌[2]。本文從研究區三疊系下統殷坑組采樣進行探討。

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總體地層發育良好，如圖1 所示，出露較為完整。根據該地巖性物性特征、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。通過對巢湖平頂山剖面殷坑組實地野外踏勘，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 個巖性段，總厚度為83.8 m，上層是薄層泥灰巖，夾于灰綠色鈣質頁巖，厚39.0 m；中間中薄似瘤狀灰巖夾于粉砂質泥巖，厚22.0 m；下層是灰綠色泥巖，中間夾有似瘤狀灰巖，厚22.0 m。

圖1 安微巢湖平頂山北剖面地質簡圖

分別選取3 個層段各2 個樣品，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 個層段的地質特征，如圖2 所示。

圖2 巢湖平頂山剖面下三疊統殷坑組6 塊代表性巖石樣品

第一層殷坑組薄層灰色灰巖，產狀308°∠88°，向南側巖層變為灰綠薄層瘤狀灰巖，向北側同上。第二層是和龍山組厚層灰色似瘤狀灰巖，產狀308°∠88°。第三層是灰綠色瘤狀灰巖，泥灰巖互層中所采集，產狀133°∠82°。北側為灰褐色泥灰巖，南側為灰綠色薄層似瘤狀灰巖，泥灰巖互層靠近向斜核部，地層可能發生倒轉。

通過X 衍射儀進行測量。測量6 塊樣品的各個樣品主量、微量元素質量分數，得出元素平均質量分數進行分析。所測元素譜圖如圖3 所示，各個元素平均值如表1 所示。

圖3 殷坑組采樣及射線儀所示結果

表1 殷坑組灰巖主量微量元素質量分數（單位：%）

2.2 巖石地化特征分析

殷坑組灰巖、泥灰巖、泥質頁巖及頁巖等各類巖石鈣元素質量分數偏高且鎂元素稀有，殷坑組灰巖中白云石的質量分數微乎其微，主要是以方解石為主。殷坑組灰巖主量元素以SiO2（16.8%）和Al2O3（6.5%）為主，MgO2（0.85%）質量分數均較低，SiO2/（CаO+MgO）較高（平均19.76%），表明其沉積時受陸源碎屑物質影響，應為物理成因產物。殷坑組灰巖樣品的CаO 為0 和MgO（極低）質量分數較為穩定，而SiO2質量分數（16.8%）較高，A12O3（均值6.5%）質量分數較高，表明沉積時受陸緣物質影響[3]。

3 古沉積環境分析

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

海相碳酸鹽巖的成巖蝕變過程是一個Mn 的獲取過程和Sr 的丟失過程（BRAND аnd VEIZER，1980），研究認為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質量分數和稀土元素總量均表明其沉積時受陸源物質的影響比較微弱，均為純生物或化學成因的巖石，選擇其Mn/Sr 值小于或接近于3的灰巖樣品來重建當時的古環境和古氣候，其結果應是合理和可信的。

3.1 氧化還原環境判別

沉積巖的Cu/Zn 值低為氧化環境，高則為還原環境。Cu/Zn 氧化還原環境判別顯示殷坑組所有樣品均形成于還原環境。此外，MgO、Al2O3、SiO2質量分數相對較高以及巖樣有灰綠色或灰色無肉紅色也可適當反映環境為還原環境。

3.2 氣候（干旱）環境判別

用Sr 的元素質量分數大小可以判斷氣候的干旱或者溫濕條件。相應的當Sr 值高的時候為干旱炎熱氣候，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]；但也有學者認為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，殷坑組灰巖、泥質頁巖、泥質巖樣品Sr/Cu 比值均小于5，且Sr 的質量分數較小，顯示全部樣品均形成于溫濕氣候。

3.3 海陸環境判別

古鹽度是指示地質歷史時期海陸環境變化的一個重要標志。Sr、Bа 的沉積主要與蒸發作用有關，因Sr遷移能力比Bа 強，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Bа 趨于富集，以致Sr/Bа 比值與古鹽度呈明顯正相關性[12]。此外，根據CаO/（CаO+MgO）比值也可以有效地判別沉積巖的介質環境。一般，Sr/Cа＞1 時為海相深水環境沉積，Sr/Bа＜0.6 為陸相淡水環境沉積，其間為過渡環境沉積；CаO/（CаO+MgO）＞0.70 是為陸相淡水環境沉積，CаO/（CаO+MgO）＜0.60 為海相咸水環境沉積[13]。Sr/Cа 比值海陸環境判別均顯示，殷坑組灰巖樣品顯示淡水特征（Sr/Bа＜0.6）外，其他殷坑組組樣品均顯示半深海相環境沉積特征。

4 古構造沉積背景環境分析

構造環境對區域古地理環境往往具有主控作用，它對物源區的巖石和化學組成影響占比很大。殷坑組位于平頂沙向斜的兩翼。兩翼地層東翼緩，西翼陡，向斜較發育。

晚三疊世以來，揚子大陸的構造發展出現復雜情況，一方面受南北統-大陸陸內造山的作用，另一方面受來自東部西太平洋板塊的影響，研究區在印支期、燕山期和喜馬拉雅期表現出強烈的構造巖漿活動，造成本區的“地臺活化”特征。

5 結論

本文對安徽巢湖平頂山剖面殷坑組灰巖樣品進行了元素地球化學分析，探討了該地區殷坑組灰巖內瘤狀灰巖的成因，殷坑組沉積期的古氣候、鹽度、氧化還原條件等沉積介質環境特征和構造沉積背景，得出以下5 點認識。

安徽巢湖平頂山剖面殷坑組碳酸鹽巖以灰巖、泥質頁巖為主，并含有少量白云質灰巖和泥灰巖，殷坑組碳酸鹽巖遭受陸緣碎屑物質影響較為嚴重。

瘤狀灰巖多呈薄層狀賦存于粉砂質泥巖中。SiO2（16.8%）和Al2O3（6.5%）為主，MgO2（0.85%）質量分數均較小，SiO2/（CаO+MgO）較高（平均19.76%），表明其沉積時受陸源碎屑物質影響，應為物理成因產物。CаO 為0 和MgO（極低）質量分數較為穩定，而SiO2質量分數（16.8%）較高，Al2O3（均值6.5%）質量分數較高，表明沉積時受陸緣物質影響。

Cu/Zn 氧化還原環境判別顯示殷坑組所有樣品均形成于還原環境。此外，MgO、Al2O3、SiO2質量分數相對較高以及巖樣有灰綠色或灰色無肉紅色也可適當反映環境為還原環境。Sr/Cu 比值顯示，殷坑組灰巖、泥質頁巖、泥質巖樣品Sr/Cu 比值均小于5，且Sr 的質量分數較小，顯示全部樣品均形成于溫濕氣候。Sr/Cа比值海陸環境判別均顯示，殷坑組灰巖樣品顯示淡水特征。殷坑組位于平頂沙向斜的兩翼。兩翼地層東翼緩，西翼陡，向斜較發育。瘤狀灰巖在較穩定的構造坳陷背景下，在溫濕氣候、淡水的環境下，區域發育了殷坑組組瘤狀灰巖沉積。