安徽宿州寒武纪猴家山组灰岩微量元素地球化学特征

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பைடு நூலகம்
矿 物 岩 石
２０１３
表 １ 宿 州 地 区 寒 武 纪 猴 家 山 组 灰 岩 微 量 元 素 组 成 ．ｗ（Ｂ）／１０－６ Ｔａｂｌｅ １ Ｔｒａｃｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ （ｉｎ ［×１０－６］）ｆｏｒ ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｏｕｊｉａｓｈａｎ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｕｚｈｏｕ ａｒｅａ
切割机除去表面，仅 采 用 中 间 无 裂 隙 且 相 对 坚 硬 的
部分，随 后 将 其 粉 碎 至 １ｃｍ３ 左 右 的 小 块 并 用 超 纯 水进行３次振荡清洗。然后用经清洗无污染的玛瑙 碾 钵 破 碎 至 ２００ 目 以 下 ，送 至 实 验 室 进 行 制 样 分 析 。 样品元素测试分析均在中国科学院地球化学研究所
１ 地质背景
大区晋冀鲁豫地层分区徐州－宿县地层小 区 。 ［２］ 其 中所涉及的区域位 于 安 徽 省 宿 州 市 黑 风 岭 （图 １）， 区内新元古代和寒 武 纪 地 层 发 育 良 好，地 层 界 线 清 楚，岩性构成以 碳 酸 盐 岩 为 主。 下 寒 武 统 由 猴 家 山 组、馒头组构成，其中猴家山组（∈１ｈ）和下 伏 新 元 古 代沟后组 （Ｐｔ３ｇｈ）和 为 整 合 接 触 （图 ２）。 猴 家 山 组 岩 性 主 要 为 碳 酸 盐 岩 和 细 碎 屑 岩 ，可 见 石 盐 假 晶 ，沉 积 相 以 碳 酸 盐 岩 台 地 为 主 ，总 体 上 属 陆 表 浅 海 环 境 。
样品号
ＨＪＳ－１
Ｆｉｇ．１ Ｌｏｃａｔｉｏｎ （ａ）ａｎｄ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｍａｐ （ｂ）ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｒｅａ
组厚度野外出露较 薄，故 仅 采 取 ８ 块 代 表 性 标 本 进 行微量元 素 测 试。 寒 武 纪 猴 家 山 组 样 品 岩 性 为 灰
色－灰黑 色 中 厚 层 微 晶 灰 岩，岩 石 手 标 本 颜 色 浅，致 密 均 一 ，微 晶 结 构 ，均 一 块 状 构 造 。 全 岩 样 品 首 先 用
一般来讲，现代 浅 海 具 有 轻 微 Ｇｄ 正 异 常，Ｇｄ／ Ｇｄ＊ 在 １．０５～１．３ 范 围 之 间［７］，该 区 灰 岩 样 品 Ｇｄ／ Ｇｄ＊ 值在 ０．８１～１．２０ 之 间，多 数 样 品 值 大 于 １，与 现代浅海相 似，表 现 为 轻 微 的 Ｇｄ 正 异 常。 石 灰 岩 的 Ｙ／Ｈｏ 比 常 在 ４４ 左 右，猴 家 山 组 石 灰 岩 Ｙ／Ｈｏ 值在３４．１４～４８．５０ 之 间，基 本 接 近 正 常 灰 岩 值 。 ［７］ 另外，猴家山组也具有典型海相灰 岩 显 著 的 Ｙ 正 异 常 特 征 ，Ｙａｎｏｍａｌｙ 在１．３４～１．９２ 之 间 变 化 ，这 都 暗 示猴家山组基本没有受到陆源碎屑的混染。
研究区在构造上位于华北板块南缘淮北凹陷 带，乔秀夫等称之为古郯庐带 。 ［１］ 东临郯庐断 裂，现 今的构造布局主要受控于燕山期扬子板块和华北板 块的北西向挤压 作 用。 在 地 层 区 划 上，属 华 北 地 层
２ 样品采集及测试
研究样品 采 自 宿 州 市 东 部 栏 杆 乡 北 约 １１ｋｍ 黑 风 岭 （图１），野 外 产 状 为２８０°∠３５°。由 于 猴 家 山
【关 键 词 】 寒 武 纪 ；石 灰 岩 ；微 量 元 素 ；沉 积 环 境 ；宿 州 中 图 分 类 号 ：Ｐ５１２．２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００１－６８７２（２０１３）０１－００６９－０８
由于沉积物中 元 素 的 分 布 规 律、配 分 特 征 及 相 关 比 值 等 容 易 受 到 古 气 候 、古 环 境 的 影 响 。 因 此 ，沉 积物元素的特征在一定程度上反映了沉积环境的演 化历程。碳酸盐岩地球化学的研究主要集中在从特 征 元 素 含 量 及 其 相 关 比 值 、微 量 元 素 异 常 、稀 土 配 分 模 式 等 几 方 面 着 力 分 析 ，研 究 元 素 变 化 规 律 ，约 束 古 海水信息、沉积 环 境 及 构 造 背 景 等。 由 于 微 量 元 素
图 ３ 宿 州 地 区 寒 武 纪 猴 家 山 组 灰 岩 （Ａ）蛛 网 图 和 （Ｂ）稀 土 配 分 图
Ｆｉｇ．３ Ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ ｍａｎｔｌｅ－ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｔｒａｃｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｐａｔｔｅｒｎｓ （Ａ）ａｎｄ ＰＡＡＳ－ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ＲＥＥ ｐａｔｔｅｒｎｓ （Ｂ）ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｍｅ－ ｓｔｏｎｅ ｉｎ Ｈｏｕｊｉａｓｈａｎ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｓｕｚｈｏｕ ａｒｅａ
矿床地球化学 国 家 重 点 实 验 室ＩＣＰ－ＭＳ 完 成，大 多 数 元 素 分 析 精 度 优 于 ５％ ，共 测 试 代 表 性 样 品 ８ 个 。
图 ２ 宿 州 地 区 寒 武 纪 猴 家 山 组 地 层 柱 状 图
Ｆｉｇ．２ Ｓｔｒａｔｉｇｒａｐｈｉｃ ｃｏｌｕｍｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｒｅａ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｓ
３ 测试结果
样品微量元 素 测 试 结 果 见 表 １，其 中 ΣＲＥＥ 为
第 ３３ 卷 第 １ 期
陈 松 等 ：安 徽 宿 州 寒 武 纪 猴 家 山 组 灰 岩 微 量 元 素 地 球 化 学 特 征
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稀土总量，ＮｄＳＮ／ＹｂＳＮ （ＳＮ 代 表 后 太 古 宙 页 岩 标 准 化［３］）在一定程度 上 反 映 了 样 品 总 的 稀 土 元 素 分 异 情 况 ，在 同 一 种 岩 石 类 型 中 ，该 比 值 大 反 映 轻 稀 土 相 对 重 稀 土 富 集。Ｃｅ／Ｃｅ＊ 和 Ｅｕ／Ｅｕ＊ 表 示 的 是 Ｃｅ， Ｅｕ 相 对 其 相 邻 元 素 的 分 异 程 度 ，往 往 与 古 海 洋 氧 化 还原环境和物源等 因 素 有 关［４］。Ｙ／Ｈｏ和 Ｙ／Ｄｙ是 反映 Ｙ 相对其相邻元素 Ｈｏ和 Ｄｙ的分异程度。
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矿 物 岩 石
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的研究尚待深入。 为 此，以 宿 州 栏 杆 镇 黑 风 岭 发 育 的寒武系猴家山组 石 灰 岩 为 研 究 对 象，希 望 系 统 的 岩石学和微量元素 地 球 化 学 分 析，能 够 探 讨 微 量 元 素 特 征 、来 源 及 其 形 成 环 境 ，并 在 此 基 础 上 明 晰 宿 州 地区早寒武世海相 沉 积 环 境，对 于 理 解 华 北 板 块 南 缘早寒武世海洋环境及沉积背景具有一定的意义。
收 稿 日 期 ：２０１２－０９－１２； 改 回 日 期 ：２０１３－０１－２４ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 （４１１７３１０６）；安 徽 省 教 育 厅 自 然 科 学 项 目 （ＫＪ２０１１Ｂ１７７）；宿 州 学 院 科 研 平 台 开 放 课 题 （２０１１ＹＫＦ２２） 作 者 简 介 ：陈 松 ，男 ，２９ 岁 ，讲 师 （博 士 生 ），地 质 学 专 业 ，研 究 方 向 ：沉 积 学 及 地 球 化 学 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｚｘｙｃｈｅｎｓｏｎｇ＠１６３．ｃｏｍ
所有灰岩样品中 Ｚｒ含量 较 低，平 均 为 ３．３３，远
低于页岩 组 合 样 （２１０×１０－６）［３］，Ｕ，Ｐｂ 和 Ｓｒ含 量 较高，在 蛛 网 图 上 呈 现 明 显 的 峰。 样 品 稀 土 总 量
ＲＥＥ 在２．１９×１０－６～９．９５×１０－６之间变化，远 低 于 北美页岩组合样（１７３．２×１０－６）［５］，暗示区域 灰 岩 沉 积 时 受 陆 源 物 质 的 影 响 比 较 微 弱［６］，所 有 灰 岩 样 品
及其 相 关 比 值 对 于 氧 化－还 原 环 境、古 盐 度、古 气 候 等水体及气候环境 具 有 较 强 的 敏 感 性，因 此 根 据 微 量元素特征，研究 古 海 水 的 氧 化 还 原 条 件、盐 度、古 气候等信息的研究成果颇为丰富。
宿州 地 区 位 于 安 徽 省 北 部，该 区 寒 武 纪 地 层 发 育齐全，界线清晰，有 关 岩 石 学、地 层 学 相 关 的 研 究 已经很深入了，然关 于 该 区 寒 武 纪 石 灰 岩 微 量 元 素
稀土总量均低于现代海相沉积物稀土总量。样品轻
重稀 土 分 异 较 弱，ＬＲＥＥ／ＨＲＥＥ 值 在 ０．８７～２．６６ 之间；轻 稀 土 略 亏 损，ＮｄＳＮ／ＹｂＳＮ 在 ０．３５～１．２８ 之 间。正 常 海 水 的 ＬａＳＮ／ＮｄＳＮ 值 在 ０．８～２ 范 围 之 内［７］，该区灰 岩 样 品 ＬａＳＮ／ＮｄＳＮ 值 在 ０．８９～１．２２ 之 间 ，显 示 正 常 海 水 的 特 征 。
图 １ 宿 州 地 区 地 理 位 置 （ａ）和 地 质 图 （ｂ）
Ｐｔ３ｊｙ．贾园组；Ｐｔ３ｎ．倪 园 组；Ｐｔ３ｊｄ．九 顶 山 组；Ｐｔ３ｚｑ．张 渠 组；Ｐｔ３ｗｊ．魏 集 组；Ｐｔ３ｓｊ．史 家 组；Ｐｔ３ｗｓ．望 山 组；Ｐｔ３ｊｓｚ．金 山 寨 组； Ｐｔ３ｇｈ．沟 后 组 ；∈１ｈ．猴 家 山 组 ；∈１ｍ．馒 头 组 ；∈１ｍｚ．毛 庄 组 ；∈２ｘ．徐 庄 组 ；Ｑ．第 四 系
烄 １．宿州学院地球科学与工程学院，安徽 宿州 ２３４０００； 烌
２．中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏 徐州 ２２１１１６；
烆
３．武警黄金六支队，河南 三门峡 ４７２０００
烎
【摘 要】 为研究寒武纪猴 家 山 组 石 灰 岩 地 球 化 学 特 征 及 地 质 背 景 ，对 宿 州 地 区 寒 武 纪 猴家山组石灰岩进行系统的岩 石 学 和 微 量 元 素 地 球 化 学 测 试 ，分 析 灰 岩 中 微 量 元 素 的 来 源及其特征，探讨古海水及古气候条件，反演灰岩 形 成 的 海 水 稀 土 配 分 模 式 。 研 究 结 果 表 明：猴家山组石灰岩元素 Ｕ，Ｐｂ，Ｓｒ富 集，Ｎｂ，Ｐｒ，Ｚｒ，Ｈｆ明 显 亏 损；稀 土 总 量 偏 低 （２．１９× １０－６～９．９５×１０－６），轻 稀 土 略 亏 损 ，ＮｄＳＮ／ＹｂＳＮ 值 在 ０．３５～１．２８ 变 化 ，轻 重 稀 土 分 异 微 弱，石灰岩样品均具有程度不 同 的 Ｌａ正 异 常、Ｃｅ负 异 常 和 Ｙ 正 异 常；Ｍｏ，Ｖ 等 元 素 指 示 了氧 化 程 度 较 高 的 水 体 环 境，Ｓｒ／Ｂａ，Ｓｒ／Ｃｕ 反 映 了 盐 度 较 大 的 海 洋 环 境 和 干 旱 的 气 候 条 件；猴家山组灰岩反演海水稀土特征与新元古代海水 略 有 差 异，与 正 常 海 水 稀 土 组 成 特 征 一致。
在 微 量 元 素 原 始 地 幔 标 准 化 蛛 网 图 上 （图 ３Ａ）， 样品均表现出较好 的 一 致 性，所 有 样 品 元 素 变 化 趋 势 基 本 一 致 ，平 行 分 布 ，与 上 地 壳 平 均 组 成 具 有 明 显 的差异。具体看来，表现为明显的 Ｕ，Ｐｂ，Ｓｒ富集及 Ｎｂ，Ｐｒ，Ｚｒ，Ｈｆ的亏损，且所有 样 品 基 本 都 在 上 地 壳 标准化 之 下，只 有 Ｓｒ含 量 接 近 地 壳 平 均 值，样 品 蛛 网图形式与大陆地 壳 有 明 显 差 异，暗 示 了 灰 岩 样 品 较少受到陆源物质的混染。在后太古宙页岩标准化 稀土配分图解中（图 ３Ｂ），８ 件 样 品 的 配 分 形 式 也 基 本一 致。 整 体 看 来，轻 稀 土 略 亏 损，重 稀 土 富 集；样 品均表现为明显的 Ｃｅ负异常，Ｌａ，Ｙ 正异常，样品 ２ 和５表现为明显的 Ｅｕ负异常。
卷 （Ｖｏｌｕｍｅ）３３，期 （Ｎｕｍｂｅｒ）１，总 （Ｔｏｔａｌ）１３１ 页 （Ｐａｇｅｓ）６９－７６，２０１３，３，（Ｍａｒ，２０１３）
矿 物 岩 石 Ｊ ＭＩＮＥＲＡＬ ＰＥＴＲＯＬ
安徽宿州寒武纪猴家山组灰岩微量元素 地球化学特征
陈 松１，２， 桂 和 荣１， 孙 林 华１， 王 晓３