川西南下寒武統麥地坪組—筇竹寺組元素地球化學特征及其古環境意義

摘 要 【目的】埃迪卡拉紀—寒武紀作為地質歷史上的一個關鍵轉折時期，地球系統在構造演化、氣候波動、海洋環境和生物群落演化等方面都發生了巨大轉變。深入研究這一時期的沉積物來源、古水深、古鹽度和氧化還原條件，具有重要意義。【方法】選取四川盆地西南地區JS1井麥地坪組和筇竹寺組樣品，詳細開展了有機碳（TOC）、主量元素、微量元素和稀土元素分析。【結果與結論】麥地坪組—筇竹寺組物質來源較為一致，母巖以沉積巖和花崗巖為主，物源區形成于大陸邊緣環境。麥地坪組輕稀土相對重稀土富集（（La/Yb）N=6.05），輕微右傾，δEu的平均值略小于1，指示正常海水沉積，水體較淺，受熱液作用影響不明顯。筇竹寺組輕重稀土分異明顯（（La/Yb）N=7.69），輕稀土富集，重稀土虧損，右傾明顯，具有弱的δCe和δEu負異常，可能與間歇性熱液活動有關。此外，不同鉆井對比分析表明，麥地坪組沉積期水體以氧化環境為主，區域上表現為潮坪相—淺水陸棚相的沉積體系；筇竹寺組整體屬于厭氧環境，其底部為還原環境，向上缺氧程度降低，區域上表現為淺水—深水陸棚相沉積體系。

關鍵詞 沉積環境；氧化還原指標；麥地坪組；筇竹寺組；下寒武統；四川盆地

第一作者簡介 陳威振，男，1991年出生，博士研究生，構造地質學、沉積學，E-mail： cbhtcdut@163.com

通信作者 田景春，男，博士，教授，沉積學，E-mail： tjc@cdu.edu.cn

中圖分類號 P512.2 文獻標志碼 A

0 引言

埃迪卡拉紀—寒武紀作為地質歷史上重大環境變化和生物演化的關鍵時期之一，冰期事件、全球氣候、海洋環境、生物演化與構造演化等發生了劇烈變化。這一時期中國南方揚子板塊早寒武世廣泛沉積一套富有機質黑色巖系，為解譯該時期的海洋環境和生命演化提供了關鍵信息。四川盆地連續沉積埃迪卡拉紀—寒武紀過渡時期海相沉積巖，為探索該時期古海洋沉積環境演化提供了一個可視化窗口。目前的研究工作主要集中在下寒武統烴源巖發育規模、有機質富集機理、儲層特征、油氣勘探與預測等研究，并取得了較好進展[1?5]。然而，對于氧化還原指標與沉積環境演化的認識存在著較大分歧，古環境與地球化學分析結果尚不統一[1?3，6?7]。眾多學者認為下寒武統海洋環境存在淺水氧化和深水缺氧（甚至富氧）的氧化分層，且深層海水可能已經開始大規模氧化，發生在寒武紀早期著名的生物大爆發事件進一步暗示了深層海水的氧化[8?9]。在此背景下四川盆地西南緣分別發育了以潮坪相沉積環境為主的麥地坪組和以陸棚相沉積體系為主的筇竹寺組。然而，部分學者認為四川盆地西南緣麥地坪組—筇竹寺組沉積期始終處于淺水—深水陸棚相沉積環境之中[3?4，10]。

本文以四川盆地西南緣地區JS1井下寒武統麥地坪組—筇竹寺組為研究對象，重點開展了稀土元素地球化學特征分析，結合主、微量元素示蹤，對研究區物源屬性、沉積—構造背景及區域氧化還原特征進行研究，為進一步明確川西南地區麥地坪組—筇竹寺組沉積特征和古環境演化提供依據。

1 地質背景

晚震旦世—早寒武世上揚子地區整體位于岡瓦納大陸北緣的被動大陸邊緣盆地[11]，在Rodinia（羅迪尼亞）超大陸裂解和Gondwana（岡瓦納）大陸聚合的共同影響下，經歷了多期次構造運動，其中以擠壓性質為主的桐灣運動和以裂陷性質為主的興凱地裂運動，對四川盆地的影響最為廣泛，使得在構造反轉過程中，臺地內進一步發生裂陷，形成“綿陽—長寧”裂陷槽，導致該時期的古地理格局和沉積—成巖環境發生了顯著變化[12?14]，形成了康滇古陸物源區—裂陷槽沉積區（西緩東陡）的沉積格局[5]。因此，下寒武統麥地坪—筇竹寺組沉積期，揚子板塊經歷由陸內裂谷—被動大陸邊緣—穩定地臺的演化階段[15?16]。

早寒武世，四川盆地整體表現為西高東低的古地理格局，自西向東依次發育濱岸相、潮坪相、淺水陸棚相、深水陸棚相與盆地相。川西南地區位于裂陷槽西側緩坡帶（圖1），寒武系出露較為完整，下寒武統可劃分為麥地坪組、筇竹寺組、滄浪鋪組和龍王廟組[4?5，17?19]。麥地坪組與下伏燈影組呈不整合接觸，與上伏筇竹寺組呈平行不整合接觸，筇竹寺組與上覆滄浪鋪組呈整合接觸[20]（圖1）。

通過對JS1井巖屑與顯微薄片觀察，麥地坪組以含磷—磷質白云巖、砂屑磷塊巖（圖2a，b）、硅質磷塊巖、含粉砂質頁巖及黑色硅質巖（圖2c）為主，硅質、碳酸鹽與磷灰石為其主要礦物組分，含少量黏土質、磷質、硅質結核。垂向上，碳酸鹽類礦物含量逐漸增加，硅質含量逐漸降低，白云巖與磷塊巖互層發育，并以富磷質組分為其主要識別特征。筇竹寺組以灰色泥巖、粉砂質泥巖、深灰色頁巖、灰質粉砂巖、灰—淺灰色粉砂巖，泥質粉砂巖不等厚互層為主。底部黑色頁巖層段（圖2d，f），顏色較深，粒度較細，水平層理發育，石英顆粒多呈棱角—次棱角狀，分選較好，隨著粉砂質含量的增加，向上逐漸過渡為深灰色、灰黑色粉砂質頁巖，有機質含量較高，富含生物化石（圖2e）。