陕南西乡寒武纪梅树村期微古生物群产出层位的地球化学特征及古环境和古气候条件研究

刘阳，邵铁全 ，刘云焕，赵雨豪，张亚楠，秦嘉琛，王琪，李林璐，周星宇，刘明金

1) 长安大学地球科学与资源学院，西安，710054；2) 陕西省早期生命与环境重点实验室，西安，710069

内容提要: 陕南西乡微体化石对于研究寒武纪大爆发具有非常重要的意义，前人研究大都局限于微体古生物的研究，而化石的成岩背景以及古环境研究尚属空白。因此本文通过测试主微量稀土元素及氧同位素来分析研究区的古沉积环境，在一定程度上填补了这一区域的空白。研究手段虽然在地化领域比较常见，但具有重要的参考价值。本文通过对富含小壳化石的“宽川铺段”及其上、下地层的微量元素Sr/Ba、Ni/Co、Sr/Cu、Rb/Sr、Mn/Fe等比值及主量元素、稀土元素含量、氧同位素特征的综合研究发现，研究区灯影组顶部环境为缺氧状态到宽川铺段弱氧化状态再到郭家坝组底部缺氧状态的海相沉积环境；水动力条件较弱，水体先上升后下降；上白云岩段、宽川铺段是较为温暖的气候，且比郭家坝组底部气候干旱。这对于研究该区寒武纪梅树村期的古环境和古气候变化具有重要的理论意义。

陕南西乡微古生物群是一个特异保存的微骨骼化石群，其化石赋存于陕南西乡境内寒武系底部灯影组宽川铺段含磷岩系中，化石组合面貌可与寒武纪梅树村期微骨骼化石对比，时代为寒武纪梅树村期，岩性主要为灰岩。朱茂炎(2010)将陕西南部西乡地区阎王碥组中的化石组合称为西乡生物群，因此秦嘉琛等(2019)将此地区称为西乡化石库。本文将陕南西乡张家沟剖面宽川铺段中的小壳化石组合称西乡微古生物群。西乡微古生物群位于陕西南部汉南地层地区，其北部为秦岭造山带，南部为四川盆地。学者们对华南地区，如川东南、川南及陕南等地区的灯影组进行了较为深入的沉积学研究，分析了白云岩的特征及形成环境(王鹏万等，2011；陈宝赟等，2014；周吉羚等，2015；陈雅丽等，2015；郑德顺等，2018)。近年来，人们对西乡微古生物群的研究主要集中在小壳动物化石方面(李忠平，1984，1988；郑亚娟，2012；刘云焕等，2013a，b，c，2014；邵铁全等，2015a，b，c；张亚楠等，2017；张虎，2019；秦嘉琛等，2019)，而对其产出层位的地球化学特征及沉积环境方面的研究较为薄弱(王琪，2017；张亚楠，2018；张虎，2019)，且应用地球化学方法对此区域古环境的研究尚未见到。因此，本文以西乡微古生物群产出层位的岩石特征、生物特征和岩石样品的主、微量元素、氧同位素测试结果为基础，结合区域地质背景，选用对沉积环境敏感度高的元素，分析研究区元素含量及其比值与沉积介质环境之间的对应关系，进而探讨西乡微古生物群产出层位的地球化学特征，恢复该区早寒武世梅树村期的古环境和古气候。

图1 研究区区域地质概况(修改自陈相霖等，2019)Fig. 1 Regional geology of the study area (modified from Chen Xianglin et al., 2019&)

1 地质概况及样品采集

1.1 地质概况

研究区域位于陕西省西乡县城西南方向约30 km处，米仓山北部，地理坐标为北纬32°40′00"～32°44′00"，东经107°20′00"～107°25′00"，面积约70 km2(图1)。地处大巴山腹地，地形以山地为主，平均海拔为980 m。气候属亚热带气候。

西乡微古生物群产出的位置在大地构造上属于扬子板块北缘，地层区划属于扬子地层区，大巴山地层分区，米仓山地层小区，汉南地层地区(李耀西等，1975)。涉及的地层主要是新元古代—早寒武世灯影组上白云岩段和宽川铺段(富含小壳化石)及早寒武世郭家坝组。地层产状平缓，略向西倾斜，沿沟谷出露较好，地层连续，为研究提供了较好的自然和地质条件。

1.2 样品采集及分析方法

本研究的主微量稀土元素样品采自于陕南张家沟剖面中灯影组的上白云岩段、宽川铺段(富含小壳化石)和郭家坝组。所采样品均为实测剖面上的新鲜岩石，未经蚀变、矿化和次生风化作用。此次共采11个样品进行主、微量元素测试。将这11个岩石样品洗净、晾干并研磨成200目粉末送至长安大学成矿作用及其动力学实验室进行测试。

主量元素测试采用X射线荧光光谱仪(XRF-1800型)。测试过程如下：精确称取0.5 g样品、5 g无水四硼酸锂、0.3 g NH4NO3氧化剂，充分混合，加入2滴Li2B4O7助容物，放置在自动熔炼仪中，在1000℃以上熔融；将熔融物倒入铂金模子形成扁平玻璃片；处理好的样品在X射线荧光光谱仪上完成主量元素测定，分析相对误差小于5%。

微量元素测试采用离子体质谱仪(Thermo Fischer X-7)。测试过程如下：精确称取40 mg样品粉末置于Teflon溶样罐中，加入0.5 mL的8 mol/L HNO3、1 mL浓HF后，加盖超声振荡15 min；放置在130～150 ℃的电热板上蒸至近干；加入0.5 mL的8 mol/L HNO3、0.5 mL浓HClO4，置于200 ℃的电热板上蒸至近干；加入0.5 mL的8 mol/L HNO3、1 mL浓HF于200℃保温5 d；蒸至近干，加入2 mL的8 mol/L HNO3加盖于150 ℃保温5 h；再次蒸至近干，加入2 mL的8 mol/L HNO3加盖于150 ℃保温5 h；将溶液转移到50 mL容量瓶中，加入1 mL的500×10-9In内标，用1% HNO3稀释至刻度。处理好的样品溶液在Finnigan MAT产的ICP-MS上完成微量、稀土元素测定，分析相对误差小于5%。

本次用于氧同位素分析的碳酸盐岩样品采自张家沟实测剖面，共计6件(表1)，样品的氧同位素组成由核工业北京地质研究院实验室完成。氧同位素样品制备采用100%磷酸法，岩石样品粉碎成 200 目后在烘箱中烘干；在25℃恒温真空条件下与100%的正磷酸反应；用液氮提纯、收集反应生成的CO2气体通过MAT-251型质谱仪中进行氧同位素分析，分析结果δ18O以V-SMOW和V-PDB为标准，分析精度为0.2‰(2σ)。

表1 陕南西乡微古生物群地区碳酸盐岩氧同位素分析数据Table 1 Oxygen isotope analysis data of carbonate rocks in Xixiang micropaleontological biota, southern Shaanxi

2 主要岩石特征

2.1 剖面列述

剖面位于西乡县大河镇河西乡窝坝村附近，扬子地台的北缘。

上覆地层下寒武统郭家坝组

7.80m

8. 褐黑色中薄层炭质页岩，含钙质结核

7.80 m

— — — — — —平行不整合— — — — — —

灯影组宽川铺段

33.59m

7. 深灰色中厚层灰岩。产丰富的早期骨骼化石，计有鰓曳动物(Priapulida)、动吻动物(Kinorhyncha)、软舌螺类(Hyoliths)、olivooids、阿纳巴管类(Anabaritids)、棘盔类(Acanthocassis)、单板类(Monoplacophora)、棱管壳类(Siphogonuchitids)、六方锥石类(Hexangulaconulariids)、锥石类(carinachitiids)、骨状壳类(Carinachitids)、近骨状壳(Paracarinachitids)、开腔骨类(Chancellorids)、原牙形类(Protoconodonts)、寒武钉类(Cambroclavids)、寒武松藻(Cambricodium)、螺旋状藻类(Spirelluscolumnaris)等及许多形态特异的疑难化石。

7.30 m

6. 灰白色巨厚层块状夹白云岩条带灰岩

3.30 m

5. 灰白色厚层块状灰岩

12.70 m

4. 浅灰色中厚层含燧石条带灰岩

1.50 m

3. 灰白色厚层块状灰岩

6.25 m

2. 灰白—灰黑色中厚层含沥青质生物碎屑灰岩。计有鳃曳动物(Priapulida)、动吻动物(Kinorhyncha)、软舌螺类(Hyoliths)、olivooids、阿纳巴管类(Anabaritids)、棘盔类(Acanthocassis)、单板类(Monoplacophora)、棱管壳类(Siphogonuchitids)、六方锥石类(Hexangulacomulariids)、锥石类(carinachitiids)、骨状壳类(Carinachitids)、近骨状壳(Paracarinachitids)、开腔骨类(Chancellorids)、原牙形类(Protoconodonts)、寒武钉类(Cambroclavids)、寒武松藻(Cambricodium)、螺旋状藻类(Spirelluscolunnaris)等及许多形态特异的疑难化石

2.54 m

------------整合------------

震旦系灯影组上白云岩段

1.灰白色中薄层状白云岩，条带状

1.60 m

2.2 地层及岩石特征

在地层划分上西乡微古生物群产出层位隶属于灯影组宽川铺段。灯影组是跨时代的，在本区自下而上为上白云岩段、宽川铺段，其中上白云岩段属于晚震旦世，宽川铺段属于早寒武世梅树村期(张虎，2019)。

灯影组上白云岩段：该段与上覆地层为连续沉积，主要岩性为灰白色中—薄层状白云岩，岩石呈粉晶结构，整体致密，主要由白云石晶体组成，白云石晶体间充填部分为褐色的泥质和褐黑色的沥青质。粉晶白云岩水平层理发育，暴露标志不发育，不含鸟眼和帐篷构造，缺石盐假晶。

灯影组宽川铺段：该段与下伏灯影组上白云岩段为连续沉积，与上覆郭家坝组呈平行不整合接触。主要岩性为含沥青质灰岩及厚层块状灰岩，富含丰富的小壳化石。宽川铺段根据岩性及小壳化石含量可进一步划分为3层。

第1层：在剖面上为第2层，富含多门类的小壳化石，岩性为灰白色—灰黑色含沥青质生物碎屑灰岩，岩石呈粉晶结构及泥粉晶结构，含生物碎屑，大量褐黑色的沥青质充填于方解石晶体之间和晶间微裂细缝中。

第2层：在剖面上为3～6层，地层中不含化石。岩性为灰色厚层块状灰岩，岩石呈粉晶结构，主要由粉晶方解石组成，部分方解石呈细晶结构。

第3层：在剖面上为第7层，含多门类小壳化石，但与第1层相比小壳化石的丰度降低。岩性为灰白色灰岩，岩石呈泥粉晶结构，主要由粉晶方解石晶体组成，部分方解石呈泥晶结构。

郭家坝组：与下伏地层呈平行不整合接触(图2)。岩性主要为褐黑色炭质页岩，含钙质结核，结核颜色为灰黑色。岩石主要由粉砂级石英碎屑颗粒组成，见部分长石、云母及各类岩屑组成，碎屑颗粒间为点—线接触，孔隙式胶结，碎屑颗粒磨圆度以次棱状为主，分选较好。

图2 陕南西乡微古生物群地区岩石特征及平行不整合接触: (a)灯影组宽川铺段含生物碎屑灰岩；(b)灯影组宽川铺段块状灰岩；(c)郭家坝组炭质页岩；(d)宽川铺段与郭家坝组平行不整合界线Fig. 2 Rock characteristics and parallel unconformity contacts in the Xixiang micropaleontological biota area in southern Shaanxi: (a)bioclastic limestone in the Kuanchuanpu Member of the Dengying Formation;(b)block limestone in the Kuanchuanpu Member of the Dengying Formation;(c)carbonaceous shale of the Guojiaba Formation; (d)parallel unconformity boundary between the Kuanchuanpu Formation and the Guojiaba Formation

图3 陕南西乡微古生物群地区岩石显微特征: (a)、(b)第1层粉晶白云岩(灯影组上白云岩段)；(c)、(d)第2层粉晶白云岩(灯影组宽川铺段)；(e)第7层泥粉晶灰岩(灯影组宽川铺段)；(f)第8层炭质页岩(郭家坝组)Fig. 3 Microscopic characteristics of rocks in Xixiang micropaleontological biota area in southern Shaanxi: (a), (b)the 1st layer of powdery crystal dolostone(the Upper Dolostone Member of the Dengying Formation);(c), (d)the 2nd layer of powdery crystal dolostone(the Kuanchuanpu Member of the Dengying Formation);(e)the 7th layer of micrite limestone(the Kuanchuanpu Member of the Dengying Formation);(f)the 8th layer carbonaceous shale(the Guojiaba Formation) Dol—白云石; Cal—方解石Dol—dolomite; Cal—calcite

3 岩石地球化学特征

3.1 数据可靠性分析

在使用样品的主、微量元素及氧同位素之前，需分析数据的可靠性。碳酸盐岩在成岩过程中易受到陆源碎屑物质的混染，使其原始元素特征被掩盖，因此要分析数据的可靠性。主量元素TiO2、Al2O3、TFe2O3及K2O为陆源组分的代表，研究区碳酸盐岩的主量元素TiO2、Al2O3、TFe2O3、K2O含量均在0.7%以下；微量元素Sc<1.02×10-6，Th<0.92×10-6，Hf<0.26×10-6，Zr<9.60×10-6，均小于上地壳的元素含量(Sc为14.90×10-6，Th为2.30×10-6，Hf为5.80×10-6，Zr为240×10-6)(陈宝斌等，2014)；稀土元素∑REE+Y的均值为11.08，小于100 μg/g(江文剑等，2016)，表明样品不受陆源碎屑物质的影响，可用于重建古气候、恢复古环境。在成岩过程中，原岩中的δ18O值会因为水/岩的交换作用而明显较低。当δ18O值低于-10‰时，表明样品的氧同位素与原始组成相比可能发生显著的变化；当δ18O值为-10‰～-5‰时，表明其氧同位素较原来组成可能发生轻微变化( Kaufman and Knoll, 1995；罗顺社和汪凯明，2010)。样品中δ18O值为-8.8‰～-6.8‰，平均值为-7.9‰，表明样品中同位素发生微弱改变，可以反映原始沉积信息。

3.2 主量元素特征

研究区碳酸盐岩中CaO的含量介于27.02%～55.34%之间，平均值为41.23%；SiO2含量介于0.01%～12.47%之间，平均值为3.36%；MgO含量介于0.50%～20.25%之间，平均值为10.44%；Fe2O3含量介于0.03%～0.69%之间，平均值为0.295%；Al2O3含量介于0.01%～0.65%之间，平均值为0.25%；K2O含量介于0.01%～0.22%之间，平均值为0.084%；TiO2、MnO、Na2O的含量较低。西乡微古生物群产出地层的碳酸盐岩主量元素含量从高到低依次为：CaO>MgO>SiO2>Fe2O3>Al2O3>K2O>MnO>Na2O>TiO2。灯影组上白云岩段中白云岩的CaO含量介于27.02%～30.73%之间，平均值为29.04%，接近纯白云岩的含量(CaO为30.4%)(陈宝斌等，2014)；灯影组宽川铺段中灰岩的CaO含量介于30.01%～55.34%之间，平均值为48.55%，接近纯灰岩的含量(CaO为56%)(潘明等，2017)。郭家坝组页岩中CaO的含量介于0.07%～1.20%之间，平均值为0.52%；SiO2含量介于61.34%～67.49%之间，平均值为65.08%；MgO含量介于1.06%～1.65%之间，平均值为1.28%；Fe2O3含量介于3.38%～5.86%之间，平均值为4.27%；Al2O3含量介于13.96%～15.55%之间，平均值为14.81%；K2O含量介于3.21%～4.02%之间，平均值为3.63%。页岩的主量元素含量从高到低依次为：SiO2>Al2O3>Fe2O3>K2O>Na2O>MgO>TiO2>CaO>MnO。碳酸盐岩样品呈Mg相对富集、Al相对亏损的特征，表明具有亲海性。页岩样品呈Al相对富集、Mg相对亏损的特征，表明具有亲陆性(表2)(李曼洁等，2020)。

3.3 微量元素特征

碳酸盐岩样品中Sr含量介于42.36～292.79 μg/g之间，范围波动较大，平均值为152.51 μg/g；Ba含量介于28.23～349.79 μg/g之间，平均值为80.12 μg/g；V含量介于2.01～9.61 μg/g之间，平均值为6.29 μg/g；Ni含量介于23.06～121.60 μg/g之间，平均值为45.75 μg/g；Cr含量介于1.30～11.18 μg/g之间，平均值为3.67 μg/g；Cu含量介于0.43～5.11 μg/g之间，平均值为2.19 μg/g；Co含量介于2.93～5.60 μg/g之间，平均值为4.09 μg/g。郭家坝组页岩样品中Sr含量介于68.31～95.61 μg/g之间，平均值为82.05 μg/g；Ba含量介于793.10～876.40 μg/g之间，平均值为844.62 μg/g；V含量介于163.10～319.68 μg/g之间，平均值为240.87 μg/g；Ni含量介于67.15～112.43 μg/g之间，平均值为88.47 μg/g；Cr含量介于101.28～104.79 μg/g之间，平均值为102.88 μg/g；Cu含量介于11.75～41.8 μg/g之间，平均值为25.53 μg/g；Co含量介于4.18～18.96 μg/g之间，平均值为9.15 μg/g。对比现代海水中的碳酸盐岩沉积物Sr的含量，研究区Sr含量偏低(Baker and Brun, 1985；田洋等，2014)。Mn/Sr的值能反映海水的性质，样品的Mn/Sr值低表明受成蚀变影响较低，能代表原始海水的性质。一般来说Mn/Sr>2说明海水的代表性较差，反映其在成岩过程中受到大气淡水的作用(朱勇超，2014；任影等，2018；袁桃等，2018；刘志波等，2021)。本次实验过程中Mn/Sr值均小于0.01，表明本次实验数据具有可靠性，并且不受大气淡水的影响。因此，导致碳酸盐岩Sr含量偏低的原因可能是成岩过程中的重结晶作用导致的(郭晓强等，2020；任影等，2018)。图4表明研究区岩石样品具有较好的均一性，元素含量变化趋势基本一致，通过对表2及图4的分析可知，Ba、U、Ta元素富集，Th、Nb、Ti元素亏损，综合分析微量元素数据可得，碳酸盐岩样品中喜干性元素Ta、U、Ba、Sr相对富集，喜湿性元素Hf、Th相对亏损，指示相对干旱气候；郭家坝组页岩样品中Hf、Th元素相对富集，Ba、Sr元素相对亏损，指示相对潮湿气候(李曼洁等，2020)。

表2 陕南西乡微古生物群地区主、微量元素测定结果Table 2 Determination results of major and trace elements in Xixiang micropaleontological biota area in southern Shaanxi

图4 微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig. 4 Primitive mantle-normalized trace element spider diagram

表3 陕南西乡微古生物群地区稀土元素测定结果Table 3 Determination results of rare earth elements in Xixiang micropaleontological biota area in southern Shaanxi

3.4 稀土元素特征

海水中稀土元素总量较低，亏损轻稀土，具La轻微正异常、Ce负异常；陆源物质稀土元素总量较高，富集轻稀土或中稀土，无明显元素异常。研究区碳酸盐岩的稀土元素总含量(∑REE)介于4.72×10-6～11.37×10-6μg/g之间，平均值为7.825×10-6μg/g，低于典型海相灰岩值28×10-6μg/g(Bellanca et al., 1997)，远低于北美页岩组合样173.2×10-6μg/g(Gromet et al., 1984)，表明灰岩沉积时受陆源物质的影响微弱。郭家坝组页岩的稀土元素总量介于155.67×10-6～186.75×10-6μg/g之间，平均值为175.91×10-6μg/g(表3)，表明郭家坝组的页岩源于陆源碎屑岩。

图5 陕南西乡微古生物群地区北美页岩均一化稀土配分图(标准化数据：McLennen，1989)Fig. 5 REE distribution pattern normalized by North American shale in Xixiang micropaleontological biota area in southern Shaanxi (standardized data: Mclennen, 1989)

LaN/YbN的值反映轻、重稀土元素的富集程度，比值越大，则表明轻稀土元素越富集(李曼洁等，2020)。研究区碳酸盐岩样品的LaN/YbN值介于0.59～1.33 μg/g之间，平均值为0.89 μg/g；Ce/Ce*值介于0.58～0.99 μg/g之间，均值为0.81 μg/g，呈现出轻微负异常；图5指示碳酸盐岩稀土元素的含量总体变化微弱，呈较弱的轻稀土亏损，表明其为海相沉积。郭家坝组页岩则表现中稀土元素富集，Eu和Gd正异常，轻稀土和重稀土含量较为相似，表明郭家坝组页岩为陆源碎屑岩。

4 沉积环境分析

4.1 岩石特征与沉积环境

根据结构、成因将本区岩石分为粉晶白云岩、生物碎屑灰岩、粉晶灰岩、泥粉晶灰岩、炭质页岩。灯影组白云岩主要分布于上白云岩段，呈条带状产出，白云岩以粉晶结构为主，伴生水平层理指示较低能的沉积环境。生物碎屑灰岩分布于灯影组宽川铺段底部，生屑体积分数高，为60%～80%，基质以粉晶方解石为主，指示水体较浅、水流顺畅的沉积环境；粉晶灰岩主要分布于宽川铺段中部，发育水平层理，呈中—厚层状产出，不含生物碎屑，基质为粉晶方解石，指示能量较低、水体较深的沉积环境；炭质页岩分布于郭家坝组，以泥质和粉砂质为主，呈褐黑色，碎屑颗粒磨圆度以次棱状为主、分选较好，指示水动力条件较弱的还原环境。

4.2 地球化学特征与沉积环境

碳酸盐岩与页岩一样，微量元素Ni、Co等氧化还原敏感元素的比值，可以判断古海水的氧化还原环境(陈宝赟等，2018)。Ni/Co<5为富氧环境，7>Ni/Co>5为弱氧化环境，Ni/Co>7为还原环境(Rimmer, 2004; 周长勇等，2014；Yandoka et al., 2015; 赵岩等，2016；王峰等，2017；陈宝赟等，2018)。研究区上白云岩段Ni/Co值介于10.46～41.50之间，平均值为23.52，指示缺氧环境。宽川铺段Ni/Co值介于4.92～8.75之间，仅有一件样品值低于5，平均值为6.45，指示弱氧化环境。郭家坝组Ni/Co值介于4.53～26.15之间，平均值为15.58，指示缺氧环境。表明灯影组顶部为缺氧—弱氧化环境，郭家坝组底部为缺氧环境。

Sr为喜干型元素，Cu为喜湿型元素，通常Sr/Cu值介于1.3～5.0之间指示潮湿气候，而大于5.0则指示干旱气候(许中杰等，2012；Ma Lin et al., 2015; Moradi et al., 2016; 王琳霖等，2018；吴灿灿等，2018; Song Jian et al., 2018)。Rb/Sr值指示古气候，在不同的气候条件下，Sr置换Ca2+的程度不同。干旱气候环境中CaO的含量高，Sr置换Ca2+的程度高，使得岩石中Sr含量增大。由于放射性母体87Rb半衰期很长(4.88×1010a)，而且在海洋中Rb/Sr含量很低，使得Sr在海洋中存留时，由铷衰变产生的87Rb是微乎其微的，甚至可以忽略不计(金章东和张恩楼，2002；高林志等，2004；王涛等，2005)。因此，Rb/Sr高值指示气候潮湿(Ma Lin et al., 2015; Bai Yueyue et al., 2015; Moradi et al., 2016; 王琳霖等，2018；郭晓强等，2020)。碳酸盐岩主量元素MgO/CaO值也同样可以指示古气候，Mg2+在成岩过程中只有一小部分参与到碳酸盐沉淀中，因此水中的Mg2+含量要远大于Ca2+含量(孟昊等，2016；王琳霖等，2018；张妮等，2012；陈林等，2021)。研究区上白云岩段Sr/Cu值介于8.29～49.84之间，平均值为26.41；Rb/Sr值介于0.02～0.09之间，平均值为0.07；MgO/CaO值介于0.59～0.68之间，平均值为0.65，指示干旱气候。宽川铺段Sr/Cu值介于22.36～574.098之间，平均值为295.80；Rb/Sr值介于0.001～0.088之间，平均值为0.024；MgO/CaO值介于0.01～0.67之间，平均值为0.16，指示相对干旱气候。郭家坝组Sr/Cu值介于2.29～5.81之间，平均值为3.89；Rb/Sr值介于0.69～1.34之间，平均值为0.92；MgO/CaO值介于1.38～16.29之间，平均值为7.11，指示相对潮湿气候。

水体温度是控制碳酸盐岩稳定同位素组分的重要因素之一，温度对δ18O值影响较大，而对δ13C值的影响甚微。因此，利用δ18O值可以有效的测定古海水的温度(任影等，2016)。研究区剖面δ18O的平均值为-7.87‰，由于中生代以前的样品会受到较强烈的蚀变作用，使得原始沉积物中δ18O值发生改变，从而降低δ18O指示古水温的可靠性。因此，需要对δ18O进行年代校正(Keith and Weber，1964)，研究区碳酸盐岩δ18O的平均值为-7.87‰，第四纪海相碳酸盐岩的δ18O平均值为-1.2‰，二者差值为-6.67‰，以此进行年代校正，得到δ18O校正值。根据Graig(1961)计算古水温的经验公式：t=16.9-4.2(δ18O校正+0.22)+0.13(δ18O校正+0.22)2(张秀莲，1985；任影等，2016；童乐等，2019；Zhang Lan et al., 2020)。根据这一公式对研究区进行古水温计算，得出上白云岩段沉积时期古温度大致为24.00℃，宽川铺段古温度介于16.52～25.40 ℃之间。说明当时该区主要为相对温暖的温度。

图6 西乡地区微量元素趋势图Fig. 6 Trend map of trace elements in Xixiang area

沉积环境中微量元素在纵向上的变化可以反映沉积时水体深度的变化。一般而言，Sr/Ba值随水体深度的增大而增大，Ba与Sr相比，Ba的溶解度要低，容易形成难溶的BaSO4，多数Ba在近岸富集，Sr的迁移能力要高于Ba的迁移能力，可迁移至大海深处(潘明等，2015)。Mn/Fe值恢复古水深，Fe易氧化，多在离岸近的地方富集，Mn相对Fe较稳定，能在离岸远的地方富集，因此Mn/Fe值从海岸到深海不断增加(熊小辉等，2011；潘明等，2015)。研究区上白云岩段Sr/Ba的平均值为0.87，Mn/Fe的平均值为0.29。宽川铺段Sr/Ba的平均值为4.89，Mn/Fe的平均值为0.31。郭家坝组Sr/Ba的平均值为0.10，Mn/Fe的平均值为0.003。图6可以看出西乡微古生物群地区水深总体上是先增大后减小，指示上白云段到宽川铺段水体加深，宽川铺段到郭家坝组水深减小。

5 结论

(1)碳酸盐岩样品中Mg相对富集、Al相对亏损；轻稀土亏损，具La轻微正异常、Ce负异常；Ta、U、Ba、Sr元素相对富集，指示气候为相对干旱的海相环境。郭家坝组页岩样品中Al相对富集、Mg相对亏损；中稀土元素富集，Eu和Gd呈正异常；Hf、Th元素相对富集，指示其为陆源碎屑物质，气候较为湿润，说明宽川铺段到郭家坝组之间发生地壳抬升，导致更多陆源碎屑物质进入到海相环境中。

(2)西乡微古生物群地区的岩性主要为粉晶白云岩、粉晶灰岩、生物碎屑灰岩及炭质页岩；根据主、微量元素、氧同位素及稀土元素特征分析，研究区Ni/Co、Sr/Cu、Rb/Sr、MgO/CaO的值综合指示上白云岩段、宽川铺段为较为温暖的气候，且比郭家坝组底部气候干旱。

(3)Mn/Fe、Sr/Ba的值变化指示西乡微古生物群地区整体水深从上云岩段到宽川铺段水体相对上升，到郭家坝组水体相对下降；Ni/Co值指示灯影组上白云岩段为缺氧环境，灯影组宽川铺段为弱氧化环境，郭家坝组底部为缺氧环境。从而说明灯影组上白云段到宽川铺段地壳下沉，海平面上升，发生海侵，到郭家坝组底部时地壳上升，海平面下降，发生海退。