巢湖平顶山剖面殷坑组古沉积环境演化研究＊

李悦悦，聂美怡，郝子眉，李晓龙，刘彦召

（西安石油大学地球科学与工程学院，陕西 西安 710065）

近年来，诸多学者对安徽巢湖平顶山西坡剖面下三叠统进行了深刻的研究，研究内容主要是关于该地殷坑组瘤状灰岩的特征、成因研究，取得了相应进展[1]。该地作为金钉子候选剖面，地质遗迹特征明显，地质意义深刻，尤其“牙形石”最为代表，每年各大地质高校都会前往进行地质学习。但是，后来由于人为破坏，本有望成为中国的又一金钉子剖面，却被破坏得令人触目惊心。此外，前人对该地区的区域沉积环境，尤其是古环境演化一直缺乏整体性和系统性分析。

本文将安徽巢湖平顶山剖面殷坑组作为研究区，通过分析殷坑组岩石样品的主量和微量元素变化来探讨早三叠纪的氧化还原条件和古环境的演化，并讨论这些变化对演化过程的影响及意义。

1 区域地质背景

晚三叠世以来，扬子大陆的构造发展出现复杂情况，研究区在多个构造时期都出现过强度很大的构造岩浆活动，造成本区的“地台活化”特征。从物质组成与地质历史演化角度分析，巢湖北部区域地质依次受到古亚洲洋、特提斯古太平洋、印度洋-太平洋动力学体系控制和影响，主体以东西向构造为主，之后又叠加北北东的复合构造，地壳物质与幔源物质混合交换和交触，形成现今的地壳组成、结构和地表地质形貌[2]。本文从研究区三叠系下统殷坑组采样进行探讨。

2 样品采集和测试及其岩石地化特征分析

2.1 地层分布与样品采集和测试

巢湖平顶山剖面下三叠统总体地层发育良好，如图1 所示，出露较为完整。根据该地岩性物性特征、古生物化石特征，自下而上划分为龙山组和南陵湖组下部地层。通过对巢湖平顶山剖面殷坑组实地野外踏勘，顺着物源方向，从117°49′43″E，31°38′0″N 68 m到117°49′42″E，31°38′1″N 60 m，将其分为上、中、下3 个岩性段，总厚度为83.8 m，上层是薄层泥灰岩，夹于灰绿色钙质页岩，厚39.0 m；中间中薄似瘤状灰岩夹于粉砂质泥岩，厚22.0 m；下层是灰绿色泥岩，中间夹有似瘤状灰岩，厚22.0 m。

图1 安微巢湖平顶山北剖面地质简图

分别选取3 个层段各2 个样品，共6 块代表性岩石样品。样品自南至北均有分布、分布均匀，代表性较好，可以代表此3 个层段的地质特征，如图2 所示。

图2 巢湖平顶山剖面下三叠统殷坑组6 块代表性岩石样品

第一层殷坑组薄层灰色灰岩，产状308°∠88°，向南侧岩层变为灰绿薄层瘤状灰岩，向北侧同上。第二层是和龙山组厚层灰色似瘤状灰岩，产状308°∠88°。第三层是灰绿色瘤状灰岩，泥灰岩互层中所采集，产状133°∠82°。北侧为灰褐色泥灰岩，南侧为灰绿色薄层似瘤状灰岩，泥灰岩互层靠近向斜核部，地层可能发生倒转。

通过X 衍射仪进行测量。测量6 块样品的各个样品主量、微量元素质量分数，得出元素平均质量分数进行分析。所测元素谱图如图3 所示，各个元素平均值如表1 所示。

图3 殷坑组采样及射线仪所示结果

表1 殷坑组灰岩主量微量元素质量分数（单位：%）

2.2 岩石地化特征分析

殷坑组灰岩、泥灰岩、泥质页岩及页岩等各类岩石钙元素质量分数偏高且镁元素稀有，殷坑组灰岩中白云石的质量分数微乎其微，主要是以方解石为主。殷坑组灰岩主量元素以SiO2（16.8%）和Al2O3（6.5%）为主，MgO2（0.85%）质量分数均较低，SiO2/（CаO+MgO）较高（平均19.76%），表明其沉积时受陆源碎屑物质影响，应为物理成因产物。殷坑组灰岩样品的CаO 为0 和MgO（极低）质量分数较为稳定，而SiO2质量分数（16.8%）较高，A12O3（均值6.5%）质量分数较高，表明沉积时受陆缘物质影响[3]。

3 古沉积环境分析

Ti 的质量分数较小且不含Al，则与陆源物质黏土矿物的输入无关，指示了陆源物质的影响程度极低。殷坑组样品的Al2O3与SiO2质量分数都较高，其平均质量分数分别为6.5%和16.8%，低于中国东部上地壳碳酸盐岩Al2O3（13.65%）质量分数平均值[4]。

海相碳酸盐岩的成岩蚀变过程是一个Mn 的获取过程和Sr 的丢失过程（BRAND аnd VEIZER，1980），研究认为Mn/Sr 比值小于3 的碳酸盐岩没有或受到弱成岩作用的影响[5-8]。

殷坑组样品较高的Al2O3、TiO2质量分数和稀土元素总量均表明其沉积时受陆源物质的影响比较微弱，均为纯生物或化学成因的岩石，选择其Mn/Sr 值小于或接近于3的灰岩样品来重建当时的古环境和古气候，其结果应是合理和可信的。

3.1 氧化还原环境判别

沉积岩的Cu/Zn 值低为氧化环境，高则为还原环境。Cu/Zn 氧化还原环境判别显示殷坑组所有样品均形成于还原环境。此外，MgO、Al2O3、SiO2质量分数相对较高以及岩样有灰绿色或灰色无肉红色也可适当反映环境为还原环境。

3.2 气候（干旱）环境判别

用Sr 的元素质量分数大小可以判断气候的干旱或者温湿条件。相应的当Sr 值高的时候为干旱炎热气候，反之，为温暖潮湿气候。通常，Sr/Cu 比介于小于5.0指示温湿气候，而大于5.0 则指示干热气候[9]；但也有学者认为Sr/Cu 比值在1～10 之间表示温湿气候，大于10 表示干热气候[10-11]。

Sr/Cu 比值显示，殷坑组灰岩、泥质页岩、泥质岩样品Sr/Cu 比值均小于5，且Sr 的质量分数较小，显示全部样品均形成于温湿气候。

3.3 海陆环境判别

古盐度是指示地质历史时期海陆环境变化的一个重要标志。Sr、Bа 的沉积主要与蒸发作用有关，因Sr迁移能力比Bа 强，随着水体盐度增加，Bа 常以BаSO4的形式首先沉淀，造成Sr 在干旱条件下的海水中相对Bа 趋于富集，以致Sr/Bа 比值与古盐度呈明显正相关性[12]。此外，根据CаO/（CаO+MgO）比值也可以有效地判别沉积岩的介质环境。一般，Sr/Cа＞1 时为海相深水环境沉积，Sr/Bа＜0.6 为陆相淡水环境沉积，其间为过渡环境沉积；CаO/（CаO+MgO）＞0.70 是为陆相淡水环境沉积，CаO/（CаO+MgO）＜0.60 为海相咸水环境沉积[13]。Sr/Cа 比值海陆环境判别均显示，殷坑组灰岩样品显示淡水特征（Sr/Bа＜0.6）外，其他殷坑组组样品均显示半深海相环境沉积特征。

4 古构造沉积背景环境分析

构造环境对区域古地理环境往往具有主控作用，它对物源区的岩石和化学组成影响占比很大。殷坑组位于平顶沙向斜的两翼。两翼地层东翼缓，西翼陡，向斜较发育。

晚三叠世以来，扬子大陆的构造发展出现复杂情况，一方面受南北统-大陆陆内造山的作用，另一方面受来自东部西太平洋板块的影响，研究区在印支期、燕山期和喜马拉雅期表现出强烈的构造岩浆活动，造成本区的“地台活化”特征。

5 结论

本文对安徽巢湖平顶山剖面殷坑组灰岩样品进行了元素地球化学分析，探讨了该地区殷坑组灰岩内瘤状灰岩的成因，殷坑组沉积期的古气候、盐度、氧化还原条件等沉积介质环境特征和构造沉积背景，得出以下5 点认识。

安徽巢湖平顶山剖面殷坑组碳酸盐岩以灰岩、泥质页岩为主，并含有少量白云质灰岩和泥灰岩，殷坑组碳酸盐岩遭受陆缘碎屑物质影响较为严重。

瘤状灰岩多呈薄层状赋存于粉砂质泥岩中。SiO2（16.8%）和Al2O3（6.5%）为主，MgO2（0.85%）质量分数均较小，SiO2/（CаO+MgO）较高（平均19.76%），表明其沉积时受陆源碎屑物质影响，应为物理成因产物。CаO 为0 和MgO（极低）质量分数较为稳定，而SiO2质量分数（16.8%）较高，Al2O3（均值6.5%）质量分数较高，表明沉积时受陆缘物质影响。

Cu/Zn 氧化还原环境判别显示殷坑组所有样品均形成于还原环境。此外，MgO、Al2O3、SiO2质量分数相对较高以及岩样有灰绿色或灰色无肉红色也可适当反映环境为还原环境。Sr/Cu 比值显示，殷坑组灰岩、泥质页岩、泥质岩样品Sr/Cu 比值均小于5，且Sr 的质量分数较小，显示全部样品均形成于温湿气候。Sr/Cа比值海陆环境判别均显示，殷坑组灰岩样品显示淡水特征。殷坑组位于平顶沙向斜的两翼。两翼地层东翼缓，西翼陡，向斜较发育。瘤状灰岩在较稳定的构造坳陷背景下，在温湿气候、淡水的环境下，区域发育了殷坑组组瘤状灰岩沉积。