韩宗珠， 王　传， 李安龙， 高　芳， 徐翠玲， 何雨旸

(中国海洋大学 1.海洋地球科学学院; 2.海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东 青岛 266100)



安徽巢湖平顶山P-T界面元素地球化学特征及地质意义*

韩宗珠1,2， 王传2， 李安龙1,2， 高芳2， 徐翠玲2， 何雨旸2

(中国海洋大学 1.海洋地球科学学院; 2.海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东 青岛 266100)

对安徽巢湖平顶山地区二叠系大隆组与三叠系殷坑组界面附近(P-T界面)的17件岩石样品进行地球化学研究表明 ：(1)研究区大隆组沉积岩主要来源于后太古宙上陆壳的沉积岩、长英质岩石，殷坑组的沉积岩来源为后太古宙上陆壳的沉积岩，有部分基性组分的加入。(2)殷坑组地层样品成分变异指数(ICV)值表明为活动大陆边缘首次直接沉积的产物；大隆组地层ICV值指示大隆组样品的成熟度较高,为稳定构造环境下沉积的产物，可能经历了一定程度的再循环而发生均一化。殷坑组样品化学蚀变指数CIA值表明经历了寒冷、干燥条件下的弱的化学风化作用。大隆组样品CIA值指示经历了经历了炎热、潮湿条件下的强烈的化学风化作用。(3)本区殷坑组沉积岩可能形成于被动大陆边缘-活动大陆边缘过渡构造环境下，大隆组沉积物源区主要以大陆岛弧-活动大陆边缘构造环境为主。

平顶山；二叠系/三叠系界面；元素地球化学；沉积环境；构造背景

引用格式：韩宗珠，王传，李安龙，等. 安徽巢湖平顶山P-T界面元素地球化学特征及地质意义[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2016, 46(9): 85-95.

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近些年来，许多学者运用古生物、古地磁、古环境、古地层等手段对海相二叠系-三叠系界面和陆相二叠系-三叠系界面进行了许多地质学相关研究，并获得了丰富的成果[1-12]。但是对于本区P-T界面处地球化学方面的研究一直较缺乏，因此本文选择在巢北平顶山向斜南东翼一标志剖面开展二叠系-三叠系界面元素地球化学方面的研究，通过对该区域二叠系-三叠系界线两侧的殷坑组和大隆组灰岩、泥灰岩、泥岩、硅质岩的研究，利用岩相学、主量元素地球化学、微量元素地球化学、稀土元素地球化学等手段，分析了二叠系-三叠系界面及两侧地层的物源特征，沉积特征和构造环境特征，探讨了安徽巢湖平顶山地区P/T界面元素地球化学特征及地质意义。

1　地质背景

巢湖北部地区位于安徽省中部长江中下游地区，构造上位于扬子板块的东北部、郯庐断裂带的东侧、半汤复式背斜的西翼。南缘以桥头集-东关断层为界，西缘以夏阁-圣桥断层(滁河断裂带的一部分)为界。本区中生代以来的构造活动强烈，奠定了区内的基本构造格架，尤其是三叠纪末的印支运动在本区表现最为明显，以NNE-SSW向褶皱为主，伴随有一系列的纵断层、横断层和斜断层。平顶山构造上位于下扬子断块北缘的巢北沉积区，受印支运动和郯庐深大断裂的影响，该地区发育褶皱和断裂。褶皱走向为35°～40°，在平面上呈“M”形延伸[14]，本次研究样品取自平顶山向斜东南翼(见图1)。主要由龟山、马家山、平顶山、朝阳山、碾盘山、凤凰山、大尖山、炬嶂山等组成。最高峰大尖山海拔高程350m，一般山区海拔高程100～300m，最低狮子口海拔高程仅20m。岩性和地质构造对巢北山系的地貌发育起着主控作用形成的褶皱构造影响了三叠系早、中期以前形成的全部地层，受带的影响，断层极为发育，性质复杂。

2　样品采集与分析方法

样品采集地点位于安徽巢湖平顶山向斜南东翼，主体为大隆组地层，其次为殷坑组地层，另采集少量龙潭组样品，采集剖面如图2。由于样品T1y-13位于P-T界面处，该样品分析所得数据与其他样品有较大不同，故在此标出。样品采样位置图中标出，从左往右依次是T1y-04～P3d-19。从研究区P-T界面两侧选取17件代表性岩石样品，粉碎至200目称取样品5g并进行压片在海底科学与探测技术教育部重点实验室进行了岩矿镜下鉴定、XRF分析(分析结果列入表1)，测试精度优于0.5%；同时在海底科学与探测技术教育部重点实验室地球化学实验室对17件岩石样品进行ICP-MS和ICP-AES微量元素测定，测试精度优于5%。

(据文献[13]修改Modified after Wang et al[13], 2005)

3　岩石学特征

大隆组样品以硅质泥岩、硅质岩、泥岩为主，表现为硅质泥岩、硅质岩和泥岩互层，呈层状构造；殷坑组样品以灰岩、泥灰岩为主，样品多显黄色。硅质岩颜色为黑色或灰黑色，较新鲜，呈层状构造；灰岩新鲜，呈泥晶结构，块状构造，主要成分为泥晶方解石，含少量黏土矿物。两组地层中部分典型样品镜下岩矿鉴定，特征如下：

(1)T1y-08：泥灰岩，主要矿物成分为泥晶方解石，含量大约55%，其次为黏土矿物，含量超过30%，另含少量动物碎屑，推测为菊石化石，泥晶结构，块状构造(见图3)。

(2)P3d-04：泥岩，黏土矿物为主，含量超过90%，含少量动物化石碎屑，推测为菊石化石，泥状结构，块状构造(见图4)。

(3)P3d-07：硅质泥岩，主要成分为黏土矿物，含量大约65%,其次为硅质，含少量动物化石碎屑，推测为菊石化石，泥状结构，块状构造(见图5)。

(4)P3d-24：硅质岩，硅质含量超过90%，呈结核状，含少量黏土矿物，隐晶质结构，薄层状构造(见图6)。

从所选取样品的镜下鉴定结果可以看出，殷坑组地层和大隆组地层在矿物组合和含量方面有着较大的不同，殷坑组地层岩石中钙质成分普遍较高，镜下鉴定主要以泥晶方解石为主；大隆组样品以硅质成分较高为标志，硅质岩中硅质成分主要呈结核状。

表1研究区地层简表(部分)

Table1Stratigraphicdivisionofthestudyarea(portion)

图2　安徽巢湖平顶山向斜南东翼殷坑组—龙潭组地层剖面简图

图3　T1y-08 泥灰岩 (正交偏光 10×20)

图4　P3d-04 泥岩　(正交偏光 10×20)

图5　P3d-07 硅质泥岩 (正交偏光 10×20)

图6　P3d-24 硅质岩　(正交偏光 10×10)

4　岩石地球化学特征

4.1 主量元素地球化学

对此，京东集团执行副总裁兼首席公共事务官蓝烨表示，中国庞大的市场以及消费者对品质需求的不断提升，让任何一个外国优质品牌都难以忽视。同时，京东集团于进博会开幕当天宣布：进博会期间，京东集团预计直接签约并采购近千亿元进口品牌商品。

主量元素数据列于表2。通过观察不同样品中主量元素分布的特征，可以较为清晰地观察到不同岩性之间造岩元素含量之间的差异。两组地层中，SiO2含量变化较大，在殷坑组中SiO2含量在37.38%～66.83%，均值为47.28%，大隆组中SiO2含量44.09%～80.23%，均值64.54%。界面两侧SiO2含量出现突变，由于界面两侧岩性不同造成这种差异。Al2O3含量较高且变化较大，泥灰岩T1y-04、T1y-08中含量较低，分别为4.60%和5.04%，硅质岩P3d-13中含量中等，为7.42%，钙质泥岩T1y-11中含量中等，为9.27%，泥岩T1y-13、P3d-04中含量最高，分别为24.33%和22.47%。其余样品含量差异不大，介于12.52%～16.86%，平均含量为14.97%。Na2O含量普遍较低，很多样品低于XRF检测下限，可能是Na在化学侵蚀过程中比Al、K活泼,更易于从母岩中迁移出来[16-17]。最高值出现在硅质岩P3d-13中，含量为0.17%。CaO含量殷坑组含量较高，均值为19.04%，大隆组含量较低，均值为0.86%。

4.2 稀土元素地球化学

在样品稀土元素北美页岩标准化蛛网图中(见图7)，所有样品均表现为右倾斜的REE配分模式，LREE/HREE比值在5.59～12.81之间，平均为8.41， (La/Yb)N介于5.64～11.35之间，平均为8.08。这可能是由于轻稀土元素离子半径比重稀土元素大,被吸附能力强,故重稀土元素更易于留聚[21],形成了轻稀土元素特别富集的特点。值得注意的是，样品T1y-113、P3d-01、、P3d-04和P3d-07的∑REE含量相对较高(187.8×10-6～358.1×10-6)，可能和其含有较多的碎屑组份有关。其中，殷坑组钙质泥岩、泥灰岩和大隆组的硅质泥岩样品P3d-17、P3d-18、P3d-19的LREE/HREE、(La/Yb)N值较其他样品高，尤其是大隆组的3个样品，轻重稀土分馏十分明显，表明当时的沉积环境和物源发生变化。(La/Sm)N介于2.18～8.40之间，平均为4.36，轻稀土分馏中等，(Gd/Yb)N介于0.81～2.02之间，平均为1.25，重稀土分馏较低，但殷坑组的钙质泥岩、泥灰岩样品的(Gd/Yb)N明显高于其他样品，表明其代表的地层沉积特点与大隆组地层存在差异。全部样品Eu均表现为负异常，δEu在0.34～0.87之间，平均为0.63，上地壳中大离子亲石元素的含量相对于原始地幔明显偏高,轻重稀土分异明显,元素分异作用使下地壳中Eu元素富集而上地壳中Eu元素亏损,因而上地壳表现出明显的Eu的负异常[22]。殷坑组钙质泥岩、泥灰岩样品的δEu值明显高于其他样品，界面处泥岩T1y-13的δEu值则出现最低值。δCe在0.70～0.87之间，平均为0.79，也表现为负异常，样品之间差异较小。

图7　样品稀土元素北美页岩标准化蛛网图

4.3 微量元素地球化学

在样品微量元素北美页岩标准化蛛网图中(见图8)，Zr、Cs、Th、U、Pr、Nd、Sm等元素均表现为富集，Rb、Pb、Nb、Sr、Dy、Eu、Sc等元素均表现为亏损。可以看到，元素富集程度在不同样品之间既有差异，又有相似之处，同种岩性之间则具有非常一致的趋势，泥岩中大部分元素表现为富集状态，而其他岩性大部分元素表现平稳。Cs、Y均显示富集，Ba、Sr均显示亏损。Sc在泥灰岩和钙质泥岩中表现为亏损，在泥岩、硅质泥岩、硅质岩表现正常或弱亏损。Co在灰岩、钙质泥岩以及泥岩T1y-13中表现为亏损，在硅质泥岩、硅质岩以及泥岩P3d-04中显示为正常或弱亏损。Zr在硅质岩中表现为亏损，在泥岩T1y-13表现为富集，在其他岩性中则表现正常。Hf在泥岩中表现为富集，在其他岩性中表现为轻微亏损。U在灰岩、钙质泥岩中表现为亏损，在硅质泥岩、硅质岩及泥岩中表现为富集。

图8　样品微量元素蛛网图

5　讨论

5.1 沉积物源分析

沉积岩中(Gd/Yb)N值可以反映母岩的特点，太古宙地层(Gd/Yb)N值常大于2.0，后太古宙年轻地层(Gd/Yb)N值小于2.0[23]。研究区样品(Gd/Yb)N值(见表2)0.81～2.02，均值为1.25，小于2.0表明其母岩来自于年轻的后太古宙。研究区中所有的均呈现Eu负异常(0.34～0.87之间，平均为0.63)，与后太古代沉积物特征一致[23]，与前面(Gd/Yb)N值所得结论一致，说明研究区的物源区主要为后太古宙的地质体。研究区稀土元素配分模式呈轻稀土富集、重稀土亏损与明显的Eu负异常表明其主要物质来源于上地壳。K和Rb是亲石元素，在风化和变质作用过程中相对比较活跃，但它们在碎屑沉积岩中的含量可以反映沉积物源区的特征[24]。 研究区沉积岩的K2O-Rb线性相关系数为239，与地壳平均值基本一致[25],从K2O-Rb图解中(见图9b)可以看出，研究区中大隆组的样品均位于K/Rb比值239的线上说明大隆组沉积岩样品的物质来源主要为中酸性组分，而殷坑组样品均位于K/Rb比值239线的下方，说明殷坑组沉积岩样品为中酸性物质组分并混有少量的基性物质组分。将样品投于∑REE和La/Yb源岩判别图解(见图9a)中，殷坑组样品除了1个落入花岗岩和碱性玄武岩两种岩性的交汇区内，其余3个样品均落入沉积岩区域内。大隆组样品分布较散落，有6个样品落入沉积岩区域，1个样品落入花岗岩区域，7个样品落入花岗岩与碱性玄武岩两种岩性的交汇区内。由此可知，殷坑组源岩主要为沉积岩，混有少量基性成分。大隆组样品源岩主要为沉积岩沉积岩和花岗岩，混有少量基性成分。在La/Th-Hf源区属性判别图解(见图9c)上,大多数样品落入长英质源区和混合长英质源区/基性源区，与上述各项图解所得结论基本一致。综合3个判别图解分析，研究区大隆组沉积岩主要来源于后太古宙上陆壳的沉积岩、长英质岩石，殷坑组的沉积岩来源为后太古宙上陆壳的沉积岩，有部分基性组分的加入。

5.2 研究区风化-沉积特征

图9　殷坑组—大隆组沉积岩源区属性判别图

地壳在遭受化学风化过程中，长石矿物是最重要的母源矿物，Na、K、Ca等以离子形式随地表流体大量流失，同时形成黏土矿物。在此过程中，风化产物中主成分Al2O3的摩尔分数将随化学风化的强度变化。据此，NesbittandYoung提出将化学蚀变指数-CIA(ChemicalIndexofAlteration)作为一种反映源区物质遭受风化作用强弱的指标，并应用于古元古代碎屑岩的研究[26]。CIA<70, 反映源区经历了寒冷、干燥的条件下的弱的化学风化 作用,CIA=70～75, 反映源区经历了温暖、湿润条件下的中等化学风化作用,CIA>75, 说明源区经历了炎热、潮湿条件下的强烈的化学风化作用。由表1可知，殷坑组样品中除了T1y-13显示高的CIA值之外，其余3个样品的CIA值均小于70。而大隆组样品的CIA值除了P3d-12为74.48，低于80，其余样品的CIA值均大于80，均值为83.40。说明殷坑组样品经历了寒冷、干燥条件下的弱的化学风化作用。大隆组样品经历了经历了炎热、潮湿条件下的强烈的化学风化作用。

5.3 物源区构造背景分析

沉积物源区构造背景与碎屑岩中微量元素含量的变化存在必然联系，碎屑岩微量元素可以很好地反映物源区的大地构造背景和构造演化特征。由表3可知，殷坑组样品TiO2、Al2O3含量，微量元素La、Ce、Ree含量及(La/Yb)N、(Gb/Yb)N、Th/Sc、La/Sc值与在大洋岛弧背景下形成的碎屑沉积岩明显不同，而与活动大陆边缘背景值相似。大隆组样品中∑REE、La、和Ce值的区间分别为98.06～291.49、20.43～53.75和55.19～112.7，而大陆岛弧与活动大陆边缘的∑REE、La、和Ce值，大陆岛弧与活动大陆边缘的∑REE、La、和Ce值分别介于146～186、27～37和59～78，大隆组样品的∑REE、La、和Ce值涵盖了大陆岛弧、活动大陆边缘背景下形成的碎屑沉积岩的∑REE、La、和Ce值。大隆组样品各项地球化学参数的均值大部分落入大陆岛弧与活动大陆边缘背景值的区间内或是在其附近。

Th和La倾向于长英质岩石中富集,而Sc和Co则倾向于铁镁质岩石中富集,所以这两类元素的比值对碎屑沉积岩源区岩石组成具有指示意义[28-29]。Bhatia等[30]研究了东澳大利亚已知物源区构造环境的古代泥岩及杂砂岩,发现其稀土、微量元素含量与源区类型和构造背景之间存在对应关系,并给出不同构造环境下的沉积岩稀土特征、微量元素La—Th—Sc、Th—Sc—Zr/10三相判别图解。图10是殷坑组和大隆组全部分析样品的La—Th—Sc和Th—Sc—Zr/10构造环境判别图。由图可知,所分析的殷坑组和大隆组沉积岩的投点分布比较集中。大隆组大部分样品落入大陆岛弧范围内，少量样品落入大陆边缘范围内，殷坑组样品均落入大陆边缘范围内。所研究的三叠系殷坑组地层ICV值(见表1)均大于1.0，均值为4.77，指示其形成原岩中含有少量黏土矿物，碎屑岩的成熟度较差，可推测殷坑组沉积岩形成时构造环境与物源区相似，综合表2、表4与La—Th—Sc、Th—Sc—Zr/10三相判别图解可得，殷坑组沉积岩可能形成于被动大陆边缘-活动大陆边缘过渡转换构造环境下，也在一定程度上说明研究区在早三叠世或更早可能处于扬子板块与华北克拉通缝合的阶段，大隆组沉积物源区主要以大陆岛弧-活动大陆边缘构造环境为主。

(A大洋岛弧A.Oceanicislandarc;B大陆岛弧B.Continentalislandarc;C活动大陆边缘C.Activecontinentalmargin;D被动大陆边缘D.Passivecontinentalmargin.)

图10构造背景判别图

Fig.10Tectonicsettingdiscriminationdiagram

6　结论

综合殷坑组与大隆组及界面处岩石学与元素地球化学方面的研究，得出以下几点结论：

(1)研究区大隆组沉积岩主要来源于后太古宙上陆壳的沉积岩、长英质岩石，殷坑组的沉积岩来源为后太古宙上陆壳的沉积岩，有部分基性组分的加入。

(2)三叠系殷坑组地层ICV值均大于1.0，均值为4.77，指示其形成原岩中含有少量黏土矿物，碎屑岩的成熟度较差，很可能代表活动大陆边缘首次直接沉积的产物。二叠系大隆组地层ICV值均小于1.0，最大值为0.98，最小值为0.57，均值为0.73，指示大隆组样品碎屑岩的成熟度较高,为稳定构造环境下沉积的产物，并且沉积物质中含有一定的黏土矿物，可能经历了一定程度的再循环而发生均一化。殷坑组样品(CIA均值为36.82)经历了寒冷、干燥条件下的弱的化学风化作用。大隆组样品(CIA均值为83.40)经历了经历了炎热、潮湿条件下的强烈的化学风化作用。

(3)样品的主要化学成分、微量元素组成及各项图解、参数显示，本区殷坑组沉积岩可能形成于被动大陆边缘-活动大陆边缘过渡构造环境下，大隆组沉积岩可能形成于大陆岛弧-活动大陆边缘构造环境下。

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责任编辑徐环

The Typomorphic Characteristics and Geological Significance of ElementGeochemistryofP-TInterfacefromthePingdingshanAreaofChaohu,AnhuiProvince

HANZong-Zhu1,2,WANGChuan2,LIAn-Long1,2,GAOFang2,XUCui-Ling2,HEYu-Yang2

(OceanUniversityofChina, 1.CollegeofMarineGeosciences; 2.TheKeyLabofSubmarineGeosciencesandProspectingTechniques,MinistryofEducation,Qingdao266100，China)

ThegeochemicalcharacteristicsofthesamplesfromtheP-TinterfaceofthePingdingshanareaofChaohu，AnhuiProvinceshowthattheprotolithofDalongformationinthestudyareaaremainlysedimentaryrocksandfelsicrocksfromthecontinentalcrustinthepost-Archaean,theprotolithofYinkengformationaremainlysedimentaryrocksfromthecontinentalcrustinthepost-Archaeanwiththeadditionofsomebasicrocks.Thecompositionvariationindex(ICV)valuesofYinkenggoupsamplesshowsthattheproductthefirstdepositioninactivecontinentalmargin.TheICVvaluesofDalongformationindicatingthatthematurityofthesamplesfromDalongformationishigher.It’stheproductofstabletectonicenvironmentdeposit,mayexperiencedrecycleandhomogenization.ThemeanvalueofthechemicalalterationindexofYinkengformationsamplesindicatingthesourcematerialmayhaveexperiencedacold,dryconditionsofweakchemicalweathering.TheCIAmeanvalueofDalongformationsamplesindicatesthatthesourcematerialhasundergonestrongchemicalweatheringinwarm-hot,humiditycondition.ThetectonicsettingofsedimentaryrocksofYinkengformationmaybethetransitionbetweenthepassivecontinentalmarginandtheactivecontinentalmargins.ThesourcematerialofDalongformationmaybeformedinthetectonicsettingofthecontinentalislandarc-activecontinentalmargins.

Pingdingshan;permian-Triassicinterface；elementgeochemistry；depositionalenvironment；tectonicsetting

国家自然科学基金项目(41376053)资助

2015-05-19；

2015-07-20

韩宗珠(1964-)，男，教授,主要从事海底岩石学和海洋地球化学研究。E-mail:hanzongzhu@ouc.edu.cn

P591

A

1672-5174(2016)09-085-11

10.16441/j.cnki.hdxb.20150186

SupportedbyProjectsoftheNationalNaturalScienceFoundactionofChina(41376053)