湖北宜昌早寒武世岩家河组-...素地球化学特征及其地质意义_汪宗欣_.pdf

湖北宜昌早寒武世岩家河组-水井沱组界线元素地球化学特征及其地质意义汪宗欣，曾雄伟*，苗凤彬，陈荣，刘浩WANG Zong-Xin,ZENG Xiong-Wei*,MIAO Feng-Bin,CHEN Rong,LIU Hao1.古生物与地质环境演化湖北省重点实验室，湖北 武汉 430205；2.中国地质调查局武汉地质调查中心（中南地质科技创新中心），湖北 武汉 4302051.Hubei Key Laboratory of Paleontology and Geological Environment Evolution,Wuhan 430205,Hubei,China;2.Wuhan Center,China Geological Survey(Geosciences Innovation Center of Central South China),Wuhan 430205,Hubei,China摘要：为揭示宜昌地区早寒武世岩家河组-水井沱组转换时期的沉积环境、物源及构造背景，本文对宜昌暮阳溪剖面岩家河组-水井沱组界线上下采集的样品进行了元素地球化学分析。结果表明：排除成岩作用和陆缘碎屑影响后，对比稀土元素北美页岩标准化配分曲线、(La/Sm)N、(Gd/Yb)N特征，岩家河组-水井沱组轻、重稀土元素存在一定程度分异，且水井沱组轻、重稀土元素分异程度较岩家河组强；U、V、Ni、Co、Cr、Cu富集系数，MoEF-UEF协变图及V/(V+Ni)、U表明岩家河组-水井沱组界线上下沉积时期总体处在缺氧还原环境中，但局部还原程度不一；La/Yb-REE图解、Eu/REE-LREE/HREE散点图和(K2O/Na2O)-SiO2图解特征显示岩家河组-水井沱组界线附近源岩主要为上地壳沉积岩类-玄武岩类，源区构造背景为被动大陆边缘。关键词：元素地球化学；岩家河组；水井沱组；早寒武世；湖北宜昌中图分类号：P534.41文献标识码：A文章编号：2097-0013（2023）02-0320-13Wang Z X,Zeng X W,Miao F B,Chen R and Liu H.2023.Geochemical Characteristics of Elements and Their Geological Significance in the Boundary between Yanjiahe Formation andShuijingtuo Formation of the Early Cambrian in Yichang area.South China Geology,39(2):320-332.Abstract:In order to reveal the depositional environment,provenance and structural setting of the EarlyCambrian Yanjiahe Formation-Shuijingtuo Formation transition period in Yichang area,this paper analyzedthe element geochemistry of samples collected from above and below the Yanjiahe Formation-ShuijingtuoFormation boundary in Muyangxi Section,Yichang.The results show that:Excluding diagenetic and margin-al clastic influences,the comparison of NASC standardized partition curve,(La/Sm)Nand(Gd/Yb)Ncharacter-istics of rare earth elements shows that the light rare earth elements of Yanjiahe Formation and ShuijingtuoFormation have mild to moderate differentiation,while the heavy rare earth elements have weak differentia-tion,and the light and heavy rare earth elements of Shuijingtuo Formation have stronger differentiation thanthat of Yanjiahe Formation.The enrichment coefficients of U,V,Ni,Co,Cr,Cu,MoEF-UEFcovariant diagram收稿日期：2022-12-30；修回日期：2023-3-30基金项目：古生物与地质环境演化湖北省重点实验室开放课题（PEL-202211）、中国商务部对外援助项目（2021 28）第一作者：汪宗欣（1992），男，工程师，主要从事油气藏形成机理与分布规律研究.E-mail：通讯作者：曾雄伟（1982），男，高级工程师，主要从事地层与古生物学研究.E-mail：第39卷 第2期2023年6月华 南 地 质South China GeologyVol.39,No.2,320-332Jun.,2023doi:10.3969/j.issn.2097-0013.2023.02.010第39卷 第2期埃迪卡拉纪寒武纪转换时期是地球历史上的关键转折时期之一，其间发生了一系列重大地质和生物演化事件，如全球性冰期事件、后生动物的出现等，是地质历史上地表环境与生物圈演化的重大变革期。宜昌地区埃迪卡拉纪-寒武纪地层发育完整，出露连续，且含有丰富的古生物化石，是研究晚前寒武纪-寒武纪生物地层的理想地区（郭俊锋等，2017）。近年来，众多学者通过年代地层学、岩石地层学、生物地层学、同位素地层学及古环境古地理等手段，围绕宜昌地区岩家河组-水井沱组沉积时期的生物地层组合、气候条件、氧化还原环境、硅质岩成因、页岩气成藏条件等进行了详细分析研究（Ishikawa et al.，2008，2013；危凯等，2015；田兴磊和雒昆利，2017；郭俊锋等，2017；陈孝红等，2018；潘时妹等，2018），并取得了系列成果，但通过元素地球化学手段表征早寒武世岩家河组-水井沱组转换时期的沉积环境、物源及构造背景的研究相对较少。无机元素作为一种重要的地球化学示踪剂，被广泛应用于各地质过程（岩浆作用、变质作用等）、沉积环境恢复、物源分析和构造背景研究等领域。对于沉积岩而言，其中的微量、稀土元素除了受到元素本身特性的影响外，还受到如古气候、海平面变化等环境因素的影响，但是受岩石风化、搬运、沉积、成岩等物理化学作用的影响不明显，从而具有较稳定的特性。基于此特性，利用元素地球化学研究沉积物沉积时期环境特征具有重要的意义。本文以宜昌暮阳溪剖面岩家河组-水井沱组界线附近黑色页岩为研究对象，通过分析其元素地球化学特征，以期揭示该区早寒武世岩家河组-水井沱组转换时期的沉积环境、物源及构造背景，初步探讨界线上下的差异性，从而为宜昌地区早寒武世岩家河组-水井沱组环境变化提供参考依据。1 区域地质背景及剖面描述新元古代Rodinia超大陆裂解，扬子陆块与华夏陆块碰撞，碰撞带发生裂陷后逐渐演化成华南克拉通盆地。埃迪卡拉纪晚期-早寒武世华南板块处于北半球的中-低纬度位置，是全球埃迪卡拉系-寒武系发育最好的地区之一，并随着全球海平面上升自东向西接受海侵沉积，将浅水台地相-深水盆地相的沉积记录和化石组合良好的保存了下来（赵坤等，2020）。宜昌地区在大地构造上属于华南板块北部，位于黄陵基底隆起带宜昌斜坡，区内震旦系-志留系环绕黄陵结晶基底分布（图1a）。其中震旦系下统以陆相碎屑岩及冰碛砾岩沉积为主，上统为硅质岩、白云质灰岩及白云岩，分布稳定。而寒武系经历多期次的海平面升降历程，沉积了大套浅海碳酸盐岩夹碎屑岩。寒武系岩家河组主要分布在黄陵背斜的西侧与南侧、长阳背斜的核部，在庙河江对岸、宜昌三斗坪岩家河和长阳合子坳一带发育良好（罗胜元等，2020，2022）。在湖北宜昌点军区暮阳溪地区发育一套灰黑色极薄层页岩-黑色硅质岩-含硅磷质砾屑白云岩-灰岩沉积的岩家河组地层，与上覆水井沱组灰黑色泥灰岩-炭质页岩平行不整合接触，表现为由台地相向盆地相转变。本文主要对岩家河组-水井沱组界线进行研究，因此截取岩家河组顶部2.10 m黑色页岩、硅质岩、白云岩和水井沱组下部黑色泥灰岩、锅底灰岩、炭质页岩等地层，厚度约为9.80 m，共7层，见图1b。由下往上分别为：（1）3.1 m厚的岩家河组深灰色厚层状粉晶灰岩，间夹几层灰黑色极薄层页岩（图2a）。（2）底部由10 cm黑色硅质岩组成；中and value of V/(V+Ni)and U indicate that the sedimentary period above and below the boundary of Yanjia-he Formation and Shuijingtuo Formation was generally in anoxic reduction environment,but the local reduc-tion degree was different.La/Yb-REE、Eu/REE-LREE/HREE and(K2O/Na2O)-SiO2suggest that theremay be a mixture source of sedimentary rocks and basalt from upper crust near the Yanjiahe Formation-Shui-jingtuo Formation boundary.The tectonic setting of the source area is the passive continental margin.Key words:element geochemistry;Yanjiahe Formation;Shuijingtuo Formation;Early Cambrian;Yichang,Hubei汪宗欣等：湖北宜昌早寒武世岩家河组-水井沱组界线元素地球化学特征及其地质意义321华 南 地 质2023 年部为40 cm厚的黑色薄层页岩夹硅质岩；上部为45 cm厚的深灰色含硅磷质砾屑白云岩；顶部以黄色泥岩为主，与水井沱组呈平行不整合接触（图2a、2b）。（3）70 cm厚的灰黑色中层状泥灰岩，富含海绿石，含硅磷质小结核(图2b、2c）。（4）50 cm厚的灰黑色薄层状泥灰岩夹黑色薄层状钙质页岩(图2c）。（5）下部80 cm厚的深灰色厚层状含磷质结核锅底灰岩，结核大小3 cm4 cm；上部1.3 m厚的灰黑色极薄层炭质页岩(图2d），组成明显的海侵序列。（6）下部厚约1.2 m的深灰色中层状粉晶灰岩，偶见个别细晶磷质灰岩；上部厚约1.15 m的灰黑色极薄层炭质页岩，夹少量小型灰岩透镜体（图2e）。（7）下部厚约0.35 m深灰色中层状锅底灰岩；上部厚约1.6m的灰黑色极薄层炭质硅质页岩（图2f）。对比郭俊峰等（2017）、胡亚和陈孝红（2017）等人研究的宜昌秭归滚石坳剖面岩性描述，本剖面所记录的层位应对应岩家河组第、层。2 样品采集与测试方法样品采集于湖北省宜昌市点军区暮阳溪附近，距土城乡约30 km，构造位置位于黄陵背斜南翼，共采集样品11个，其中岩家河组5个，水井沱组6个。在采集过程中尽量选取新鲜无杂质的样品，避开方解石和石英脉体充填的裂缝位置以及铁锰氧化物的污染。样品测试在自然资源部中南矿产资源监督检测中心完成，在尽量避免污染的条件下现将样品粉碎至200目，主量元素采用X荧光光谱仪AXIOS MAX测定，微