康滇古陸東緣筇竹寺組地球化學(xué)特征及意義
——以云南省昭通市昭陽區(qū)鋅廠溝剖面為例

劉建清，何利，何平，冉敬，何佳偉，陳風(fēng)霖

中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，成都 610081

0 引言

頁巖氣研究源于北美地區(qū)，與之相比，中國南方古生界海相富有機(jī)質(zhì)頁巖具有層系多、時(shí)代老、熱演化程度高、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期次多、構(gòu)造變形復(fù)雜、地應(yīng)力狀態(tài)與地表?xiàng)l件復(fù)雜、保存條件復(fù)雜等特點(diǎn)。近年來，在這一復(fù)雜地區(qū)已取得龍馬溪組頁巖氣的突破，與龍馬溪組頁巖相比，下寒武統(tǒng)牛蹄塘組（筇竹寺組）頁巖的有機(jī)質(zhì)豐度、脆性和熱演化程度更高，裂縫更為發(fā)育，具有更大的沉積厚度和更廣泛的分布面積，頁巖氣資源潛力巨大，是中國頁巖氣勘探開發(fā)的另一個(gè)重點(diǎn)層系[1]。已有的關(guān)于筇竹寺組的研究，主要集中在有機(jī)質(zhì)類型及生烴潛力、儲(chǔ)層孔隙及裂縫特征、沉積相等，而對沉積地球化學(xué)及其成因意義的研究則相對較少[2-4]。本文以康滇古陸東緣云南省昭通市昭陽區(qū)鋅廠溝下寒武統(tǒng)筇竹寺組為例，在野外剖面測量基礎(chǔ)上，系統(tǒng)采集了巖石地球化學(xué)樣品，開展了常量元素、微量元素、稀土元素分析，并進(jìn)行了全面的研究。本文旨在報(bào)道這一相關(guān)研究成果，以豐富康滇古陸東緣筇竹寺組（牛蹄塘組）相關(guān)研究內(nèi)容，更全面地認(rèn)識(shí)該區(qū)筇竹寺組特征和成因機(jī)制。

1 剖面特征

下寒武統(tǒng)筇竹寺組剖面位于云南省昭通市昭陽區(qū)金沙江東岸鋅廠溝。該區(qū)位于早志留世黔中隆起北緣，龍馬溪組由于黔中隆起的影響，已沉積缺失或剝蝕，就頁巖氣勘探而言，龍馬溪組已不具勘探意義，僅筇竹寺組具勘探意義。早寒武世，該區(qū)位于康滇古陸東側(cè)，自康滇古陸向東，依次發(fā)育潮坪、淺水陸棚、深水陸棚相帶（圖1），為穩(wěn)定的克拉通地帶。

圖1 研究區(qū)及鄰區(qū)筇竹寺組沉積相圖Fig.1 Sedimentary facies of the Qiongzhusi Formation in the study area and adjacent area

剖面位于金沙江東岸一支溝（鋅廠溝）（剖面起點(diǎn)坐標(biāo)：103°13′46.21″E，27°34′13.29″N），見頂、底，底與下寒武統(tǒng)麥地坪組厚層粉晶白云巖為平行不整合接觸，頂與中寒武統(tǒng)滄浪鋪組紫紅色泥巖呈整合接觸。剖面共分29層，0層麥地坪組，29層為滄浪鋪組，除7～8層局部風(fēng)化和掩蓋較強(qiáng)外，其余露頭連續(xù)出露，剖面質(zhì)量較好。剖面縱向上兩分明顯（圖2），底部（1～5層）為灰黑色—黑色中厚層狀—薄層狀炭質(zhì)泥巖、炭質(zhì)粉砂巖、含炭質(zhì)泥巖，為烴源巖層（圖3），沉積相分析為深水陸棚環(huán)境，厚19.57 m；上部（6～28層）為灰—深灰色泥質(zhì)粉砂巖、深灰色泥巖、鈣泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，風(fēng)化面略帶淺黃灰色、淺黃綠色，普遍發(fā)育水平層理，局部（27層）見浪成對稱波痕（圖4）。其中17層、27層深灰色泥巖，為較差烴源巖層，分別厚6.46 m和13.17 m。沉積相分析主要為淺水陸棚，局部（17層、27層）為深水陸棚環(huán)境，反映上部有兩次短暫的水體加深過程。由于底部黑色頁巖較薄，總體以淺水陸棚為優(yōu)勢相帶。

圖2 鋅廠溝剖面沉積相分析圖Fig.2 Sedimentary facies analysis of the Xinchanggou profile

圖3 鋅廠溝剖面1～5層炭質(zhì)泥巖Fig.3 Layers 1?5 of carbonaceous mudstone in the Xinchanggou profile

圖4 鋅廠溝剖面27層浪成對稱波痕Fig.4 The symmetrical ripple marks formed by billows in the 27th layer of the Xinchanggou section

鋅廠溝剖面筇竹寺組泥頁巖主要由石英、鉀長石、斜長石、方解石、白云石、黏土礦物組成（表1）。全巖X衍射顯示，石英含量33～45，平均40，鉀長石含量0～14，平均6.6，斜長石含量0～30，平均14.4，方解石含量0～18，平均6.3，白云石含量0～15，平均6.6，黏土礦物含量12～39，平均26.3。顯微鏡下，石英呈棱角狀或次棱角狀，粒徑0.05 mm左右，顆粒間充填泥質(zhì)、碳質(zhì)等成分；長石顆粒，棱角狀，粒徑0.05 mm左右，局部可見聚片雙晶；方解石和白云石呈泥晶—微晶集合體，其中夾雜泥質(zhì)成分和少量粉砂狀石英碎屑，為膠結(jié)物；泥質(zhì)呈孔隙式或基底式膠結(jié)石英碎屑，為隱晶質(zhì)狀或重結(jié)晶形成雛晶狀云母，其中夾雜少量碳質(zhì)成分。從其粉砂級(jí)顆粒為主的碎屑巖結(jié)構(gòu)及石英等碎屑顆粒中低含量特征，分析巖石進(jìn)行了長距離的搬運(yùn)，結(jié)合野外顏色、巖性等特征，綜合分析為淺水陸棚沉積環(huán)境。

表1 鋅廠溝剖面筇竹寺組泥頁巖全巖礦物X衍射含量（%）Table 1 X?ray diffraction content of whole rock in the mud?shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section(%)

2 分析方法

本次在鋅廠溝剖面自下而上有代表性地采集了13件樣品。全巖主、微量元素分析在中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心分析測試中心進(jìn)行。使用PW2404型熒光光譜儀（XRF）進(jìn)行主量元素的測定，實(shí)驗(yàn)流程依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14506.14—2010；采用ELEMENT XR型電感耦合等離子質(zhì)譜儀（ICP-MS）進(jìn)行微量元素的測定，實(shí)驗(yàn)流程依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14506.30—2010。經(jīng)國家標(biāo)樣GDW07104的監(jiān)控，全巖主、微量元素的分析精度分別優(yōu)于5%和10%。本文全巖主、微量元素、稀土元素的分析結(jié)果見表2～4[5-13]。

表2 鋅廠溝剖面下寒武統(tǒng)筇竹寺組泥頁巖主量元素含量表（%）Table 2 The main element contents of mud and shale in the Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section(%)

3 分析結(jié)果

3.1 主量元素

研究區(qū)主量元素含量及特征參數(shù)見表2，5[14-16]。由表可看出筇竹寺組泥頁巖SiO2含量51.33%～73.27%，Al2O3含量12.00%～16.30%，樣品BaO含量較高，為0.05%～0.14%。

對主量元素在沉積巖中的含量分析，可以用來判別沉積巖的沉積環(huán)境、沉積物來源及生物、熱水作用等。Sugisakiet al.[14]認(rèn)為MnO/TiO2的比值可以用來判別沉積巖的沉積環(huán)境：MnO/TiO2<0.5時(shí)為大陸坡或邊緣海環(huán)境；而MnO/TiO2介于0.5～3.5時(shí)，形成于大洋底環(huán)境。研究區(qū)MnO/TiO2比值介于0.01～0.15，表明形成于大陸坡或邊緣海環(huán)境。

Murrayet al.[15-16]認(rèn)為（Al2O3）N/（Al2O3+Fe2O3）N（分子數(shù)之比）可以作為構(gòu)造環(huán)境判別的合理標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)（Al2O3）N/（Al2O3+Fe2O3）N比值在0.6～0.9時(shí)，沉積環(huán)境為大陸邊緣環(huán)境；當(dāng)（Al2O3）N/（Al2O3+Fe2O3）N比值在0.1～0.4時(shí)，為洋脊海嶺環(huán)境。研究區(qū)（Al2O3）N/（Al2O3+Fe2O3）N比值在0.76～0.95之間，平均0.84（圖5、表5），表明其形成于大陸邊緣環(huán)境。

表5 鋅廠溝剖面筇竹寺組主量元素特征參數(shù)值Table 5 Characteristic parameter values for the principal elements of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

（Al2O3）/（Al2O3+Fe2O3）-Fe2O3/TiO2判別圖主要位于大陸邊緣環(huán)境，少數(shù)處于與遠(yuǎn)洋沉積環(huán)境的過渡區(qū)域（圖5）[6]，表明沉積于淺水陸棚沉積環(huán)境，并逐漸向深水沉積環(huán)境過渡的區(qū)域。

圖5 鋅廠溝剖面筇竹寺組泥頁巖Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）?Fe2O3/TiO2判 別 圖Ⅰ.洋中脊沉積環(huán)境；Ⅱ.大陸邊緣沉積環(huán)境；Ⅲ.遠(yuǎn)洋沉積環(huán)境Fig.5 The discriminant diagram of Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）?Fe2O3/TiO2 in the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou sectionⅠ.Sedimentary environment of mid?ocean ridge;Ⅱ.Continental margin sedimentary environment;Ⅲ.Oceanic sedimentary environment

3.2 稀土元素

鋅廠溝剖面筇竹寺組泥頁巖ΣREE較高，為180.60～550.55（表3），表明該區(qū)泥頁巖對稀土元素具有一定程度的富集，其中上部黃色、灰色泥頁巖、粉砂巖一般為180～200，底部兩件黑色頁巖（粉砂巖），分別為491.61及550.55，突然增高，表明黑色巖系對稀土元素具有極大的富集作用。該區(qū)LREE/HREE為2.13～9.71，9.71為極個(gè)別值（ZXP-4Hx1），一般為2～3；[w（La）/w（Yb）]N為1.00～6.73，6.73為極個(gè)別值（ZXP-4Hx1），一般為1.25左右；樣品經(jīng)北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化后呈較為平坦的曲線[17]，略向右傾斜，表明輕稀土有弱富集作用（圖6）。

表3 鋅廠溝剖面筇竹寺組泥頁巖稀土元素含量（10-6）及特征參數(shù)值Table 3 The contents of rare earth elements(10-6)and the characteristic parameters in the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

圖6 鋅廠溝剖面筇竹寺組泥頁巖稀土元素配分模式圖Fig.6 Distribution patterns of rare?earth elements in the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

Windeet al.[18]認(rèn)為自然界的Ce為變價(jià)元素，有Ce3+和Ce4+兩個(gè)價(jià)態(tài)，一般情況下Ce對氧化—還原條件的反映比較敏感：在氧化環(huán)境下，氧化作用會(huì)使得低價(jià)的Ce3+轉(zhuǎn)化為高價(jià)的Ce4+，Ce4+很難溶解，因而海水中Ce出現(xiàn)虧損而成為負(fù)異常，導(dǎo)致沉積物中的Ce呈現(xiàn)正異常；相反，當(dāng)處于缺氧環(huán)境下，Ce元素被還原以Ce3+形式釋放到水中，導(dǎo)致海水由負(fù)Ce異常向正異常轉(zhuǎn)化，沉積物中Ce就會(huì)虧損，呈現(xiàn)負(fù)異常。該區(qū)筇竹寺組泥頁巖δCe均為負(fù)異常，呈0.72～0.96之間變化（表3），平均值0.91，表明形成于缺氧還原的環(huán)境，其中最小值0.72，對應(yīng)于ZXP-4Hx1炭質(zhì)泥巖，表明處于所有樣品中最缺氧的環(huán)境。

Eu同樣屬于變價(jià)元素，有Eu2+和Eu3+兩種價(jià)態(tài)，Eu異常主要取決于Eu2+、Eu3+的平衡。一般情況下Eu呈Eu3+，而在強(qiáng)酸、還原條件下Eu3+被還原為Eu2+，引起海水中Eu虧損，沉積物中Eu富集；而在堿性、氧化條件下，Eu2+被氧化成Eu3+，引起海水中Eu富集，沉積物中Eu虧損[19-20]。該區(qū)筇竹寺組泥頁巖稀土元素δEu均為正異常，呈1.12～1.29之間變化（表3），表明為酸性、還原環(huán)境。

當(dāng)沉積物中La/Ce比值小于1時(shí)，認(rèn)為其沉積過程中受到熱水作用的影響[20]。在La-Ce關(guān)系圖上（圖7），13個(gè)樣品La/Ce值全部小于1，為0.39～0.91，0.91為個(gè)別值（圖7），均值0.55，表明其沉積過程中有熱水作用的參與。為研究該區(qū)稀土元素的物質(zhì)來源，對該區(qū)筇竹寺組13件泥頁巖作了La/Yb-Ce/La關(guān)系進(jìn)行了作圖，樣品主要落點(diǎn)于深海沉積物、鐵鎂巖、海底玄武巖的共同區(qū)域內(nèi)，僅一個(gè)點(diǎn)位于上述三個(gè)區(qū)以外（圖8）[21]。

圖7 鋅廠溝剖面筇竹寺組泥頁巖La?Ce關(guān)系圖Fig.7 La?Ce relation diagram for the mud and shale of Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

圖8 鋅廠溝剖面筇竹寺組泥頁巖La/Yb?Ce/La關(guān)系圖Fig.8 La/yb?ce/La diagram for the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

3.3 微量元素

研究區(qū)微量元素含量及地殼豐度值見表4及圖9[5-13]，從表中可以看出筇竹寺組泥頁巖對微量元素具一定的富集現(xiàn)象。富集系數(shù)在4倍以上的有Hf、Pb、W、Ag、Au四個(gè)元素，其中Au富集系數(shù)最大，可達(dá)13.86；富集系數(shù)在2～4倍的有Th、U兩個(gè)元素；富集系數(shù)在1～2倍的有Rb、Ba、Ga、V、Zn、Mo、Cd、Sn、Zr八個(gè)元素；富集系數(shù)小于1的Ta、Nb、Sr、Cr、Co、Cu、Ge、In、Mn九個(gè)元素。總的來說，大部分微量元素具一定的富集現(xiàn)象，少部分微量元素存在貧化現(xiàn)象。對微量元素采用原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化生成的蜘蛛圖（圖10）可以看出[22-23]，U、Pb明顯富集，Nb、Sr明顯虧損，Ce、Eu相對弱虧損，Th、La、、Nd、Hf、Gd相對弱富集。

表4 鋅廠溝剖面筇竹寺組泥頁巖微量元素含量（10-6）及特征參數(shù)值Table 4 The contents of trace elements(10-6)and the characteristic parameters in the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

圖9 鋅廠溝剖面筇竹寺組地球化學(xué)剖面（a）主量元素、稀土元素及部分微量元素地球化學(xué)剖面；（b）部分微量元素地球化學(xué)剖面Fig.9 Geochemical profile of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section(a)geochemical profiles of major elements,rare earth elements,and some trace elements;(b)some trace element geochemical profiles

圖10 鋅廠溝剖面筇竹寺組泥頁巖微量元素蜘蛛圖Fig.10 Spider diagram of mud and shale trace elements from the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

根據(jù)前人的研究，較高的Ba、U含量可作為海水熱水沉積的判別標(biāo)準(zhǔn)[24]。研究區(qū)筇竹寺組泥頁巖Ba、U含量普遍較高。Ba的含量474～1 240（圖9、表4），平均776.38，為地殼平均值的1.99倍（Ba的地殼豐度值為390[5]）；U的含量為2.54～21.20，平均17.70，為地殼平均值的2.97倍（U的地殼豐度值為1.70[5]）。這些表明，該區(qū)筇竹寺組在沉積過程中可能有熱水作用的參與。

據(jù)Andersonet al.[25]的研究，在非缺氧沉積環(huán)境下，Mo的含量在2（單位10-6，下同）以下，Mo在缺氧的沉積環(huán)境中，具有較高的含量，含V較高的巖石一般在還原條件下形成。該區(qū)筇竹寺組泥頁巖，ZXP-1Hx1、ZXP-4Hx1為筇竹寺組底部的黑色炭質(zhì)粉砂巖、黑色炭質(zhì)泥巖，Mo分別為4.47和3.74（圖9、表4），為13件樣品最大值，反映為缺氧還原環(huán)境；另在ZXP-11Hx1、ZXP-28Hx1分別為2.62、2.85，其余均小于2，反映往上還原程度逐漸減弱，局部仍出現(xiàn)還原環(huán)境，為水體深度震蕩，局部加深的結(jié)果。剖面測量過程中17層、27層附近分別為兩層深灰色泥巖，水體較深，樣品局部Mo增大可能受此影響。就V值而言，底部ZXP-1Hx1、ZXP-4Hx1兩件黑色泥（粉砂）巖值 較 大，分 別 為110、106（圖9），ZXP-17Hx1、ZXP-27Hx1灰色泥巖分別為205、226，其余樣品值則較小，反映了V值與沉積環(huán)境具一定的對應(yīng)關(guān)系。

Cronan[26]認(rèn)為，一般情況下Zn、Ni、Cu元素主要來源于原生的熱水環(huán)境，Co元素則主要來自于水成的沉積環(huán)境。在Zn-Ni-Co三角圖中[10]，該區(qū)樣品主落點(diǎn)于Zn-Ni一側(cè)，并主要落于熱水沉積物范圍內(nèi)（圖11），反映了筇竹寺組泥頁巖沉積過程中熱水作用的參與。Bostr?met al.[6]認(rèn)為，通常情況下熱水環(huán)境形成的沉積巖，一般U/Th>1，而正常環(huán)境下形成的沉積巖U/Th<1。研究區(qū)13件樣品U/Th值介于0.19～0.83（圖9），以底部ZXP-1Hx1最大（0.83）。在U-Th關(guān)系圖（圖12）樣品落點(diǎn)于正常遠(yuǎn)洋沉積的范圍。因此，綜合各學(xué)者提出的參數(shù)指標(biāo)，認(rèn)為該區(qū)筇竹寺組泥頁巖沉積過程中，可能在一定程度上受到熱水作用的影響，并以底部影響最為明顯。

圖11 鋅廠溝剖面筇竹寺組泥頁巖Zn?Ni?Co三角圖Fig.11 Triangular diagram of Zn?Ni?Co for the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

圖12 鋅廠溝剖面筇竹寺組U?Th關(guān)系圖Fig.12 U?Th relation diagram for the mud and shale of the Qiongzhusi Formation in the Xinchanggou section

微量元素（Co、Zn）在沉積物中的含量也可作為沉積環(huán)境判別的依據(jù)。Toth[13]認(rèn)為，當(dāng)沉積物質(zhì)來源于熱水成因時(shí)，Co/Zn比值一般比較小，其平均值為0.15；而來源于其他環(huán)境的沉積物質(zhì)時(shí)（如錳結(jié)殼或結(jié)核），Co/Zn比值一般為2.5左右。研究區(qū)筇竹寺組泥頁巖Co/Zn比值0.01～0.22，平均值0.14，表明其沉積時(shí)受到熱水作用的影響。

V和Ni都集中于由葉綠素分離出來的卟啉化合物中，在還原的酸性條件下（靜水盆地中），V4+最穩(wěn)定；而Ni的溶解度不受氧化還原條件的影響，在缺氧的條件下可以形成Ni的硫化物[27]。靜海和缺氧環(huán)境中卟啉的（V）N/（V+Ni）N的值大于0.5，而氧化條件下小于0.4[28]。Dill[29]認(rèn)為V也可以吸附于礦物表面，因此，巖石中V的含量比單純的卟啉中有所增高，致使上述比值相應(yīng)地大于0.57和小于0.46。Tysonet al.[7]，Joneset al.[8]，Wignall[9]根據(jù)底水中溶解氧的含量，將盆地水體劃分為三種類型：氧化的溶解氧在水體中的含量大于2 mL/L；弱氧化的2～0.2 mL/L；缺氧的0.2～0 mL/L。同時(shí)給出了區(qū)別它們沉積環(huán)境的微量元素地球化學(xué)標(biāo)志：當(dāng)（V）N/（V+Ni）N為1～0.83時(shí)為靜水環(huán)境，當(dāng)比值為0.83～0.57時(shí)為缺氧環(huán)境，當(dāng)比值為0.57～0.46時(shí)為弱氧化環(huán)境，當(dāng)比值<0.46時(shí)為氧化環(huán)境。研究區(qū)筇竹寺組泥頁巖（V）N/（V+Ni）N比值0.75～0.90，平均0.81，從上述參數(shù)反映為缺氧環(huán)境沉積。

謝桂青等[11]對沉積巖的海洋沉積環(huán)境進(jìn)行了研究，認(rèn)為只有沉積環(huán)境為深海至滯留淺海才會(huì)形成（Sr）N/（Ba）N小于1的巖石。研究區(qū)筇竹寺組比值（Sr）N/（Ba）N為0.07～0.27（圖9），平均0.17，表明形成于較深水的海洋環(huán)境。

夏菲等[12]提出（Cu）N/（Zn）N比值用來判斷沉積巖的沉積環(huán)境，當(dāng)（Cu）N/（Zn）N比值較大時(shí)沉積環(huán)境為較還原的環(huán)境，當(dāng)（Cu）N/（Zn）N比值較小時(shí)為較氧化的環(huán)境。具體而言，當(dāng)（Cu）N/（Zn）N比值在0.2～1.0時(shí)表示沉積環(huán)境為缺氧環(huán)境，當(dāng)（Cu）N/（Zn）N比值<0.2時(shí)沉積環(huán)境為氧化環(huán)境。研究區(qū)筇竹寺組泥頁巖（Cu）N/（Zn）N比值僅ZXP-11Hx1、ZXP-13Hx1小于0.2，分別為0.12、0.03，其余主要分布于0.23～0.36，總體平均值0.37，最大值0.98對應(yīng)ZXP-17Hx1灰色泥巖（圖9），因此，該區(qū)筇竹寺組整體為缺氧的還原環(huán)境。ZXP-17Hx1野外剖面測量分析為深水陸棚沉積環(huán)境，與微量元素分析結(jié)果較為一致。

4 討論

4.1 物源分析

關(guān)于滇東北昭通地區(qū)，筇竹寺組的沉積物來源，主量元素（Al）N/（Al+Fe+Mn）N比值及（Si）N/（Si+Al+Fe）N比值，表明沉積物來自陸源及碎屑物源區(qū)；主量元素特征參數(shù)MnO/TiO2、（Al2O3）N/（Al2O3+Fe2O3）N及（Al2O3）/（Al2O3+Fe2O3）-Fe2O3/TiO2判別圖主要表明該區(qū)筇竹寺組形成于大陸坡或邊緣海；在La/Yb-Ce/La關(guān)系圖中（圖8），樣品主要落點(diǎn)于深海沉積物、鐵鎂巖、海底玄武巖的共同區(qū)域內(nèi)，僅一個(gè)點(diǎn)位于上述三個(gè)區(qū)以外。近年來的研究表明，康滇古陸發(fā)育1 500～1 700 Ma中元古代東川群、會(huì)理群深水相灰黑色板巖（泥巖）、深水濁流成因灰色變凝灰質(zhì)礫巖、枕狀玄武巖、輝綠巖、A型花崗巖等，其中球顆玄武巖顯示為大陸板內(nèi)低鈦拉斑海相玄武巖，形成于伸展構(gòu)造環(huán)境，A型花崗巖亦被認(rèn)為是非造山伸展環(huán)境—板內(nèi)裂谷構(gòu)造環(huán)境，鑒于上述等依據(jù)，東川群、會(huì)理群被認(rèn)為是Columbia超大陸裂解的產(chǎn)物[30-32]，主要為一套深水相砂泥巖及海相基性火山巖建造。因此，從筇竹寺組沉積物源示蹤及康滇古陸中元古沉積建造來看，東川群、會(huì)理群很可能為東側(cè)的滇東北昭通地區(qū)筇竹寺組提供深海沉積的砂泥巖（后經(jīng)格林威爾造山運(yùn)動(dòng)形成砂板巖）、以及海底噴發(fā)的海相玄武巖、鐵鎂質(zhì)巖等，其中圖8中位于主要落點(diǎn)外的一個(gè)點(diǎn)則可能來自康滇古陸的中元古代花崗巖。由于康滇地軸元古代以上沉積地層現(xiàn)今已多不存在，是沉積缺失還是后期剝蝕不清楚，以往對康滇古陸沉積相編圖都是基于周邊沉積建造進(jìn)行的分析。本次基于地球化學(xué)分析，可認(rèn)為在筇竹寺期康滇地軸是一物源區(qū)和古隆起，研究區(qū)位于康滇古陸東緣的大陸坡或邊緣海，這為該區(qū)沉積環(huán)境的劃分提供了地球化學(xué)的依據(jù)，與李延鈞等[4]關(guān)于川南筇竹寺組沉積微相分析的認(rèn)識(shí)是一致的。同時(shí)，從鋅廠溝剖面筇竹寺組泥頁巖巖石學(xué)成分可看出，該區(qū)巖石呈典型的碎屑結(jié)構(gòu)，其碎屑顆粒呈粉砂級(jí)，直徑約0.05 mm，石英含量不高（33～45，平均40），這一方面是較長距離搬運(yùn)的結(jié)果，與源區(qū)沉積物顆粒較細(xì)、石英含量不高也有著密切的關(guān)系。從上面的分析，筇竹寺組物源主要來自主要來東川群、會(huì)理群顆粒較細(xì)的泥巖（板巖）以及石英含量不高的基性巖，少有石英含量較高的花崗巖。因此，從巖石學(xué)特征及巖石結(jié)構(gòu)，也反映了該區(qū)筇竹寺組泥頁巖物源特征。

4.2 沉積環(huán)境

關(guān)于滇東北昭通地區(qū)筇竹寺組沉積環(huán)境，微量元素Mo、V反映底部為還原環(huán)境，往上有兩次水體短暫加深還原過程，（V）N/（V+Ni）N比值反映為缺氧環(huán)境沉積，（Sr）N/（Ba）N比值表明形成于較深水的海洋環(huán)境，（Cu）N/（Zn）N比值表明整體為缺氧的還原環(huán)境，往上有局部加深過程，且上部局部缺氧程度稍弱；稀土元素北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化后呈較為平坦的曲線，略向右傾斜，輕稀土有弱富集作用。δCe表明形成于缺氧還原的環(huán)境，底部為最缺氧的環(huán)境；δEu表明為酸性、還原環(huán)境。上述特征與野外剖面測量沉積相的分析是一致的，筇竹寺組底部為深水陸棚還原環(huán)境，上部總體為淺水陸棚沉積環(huán)境，局部（17層、27層）有水體加深為深水陸棚沉積環(huán)境。總體上該區(qū)以淺水陸棚為優(yōu)勢相，以缺氧還原的沉積環(huán)境為特點(diǎn)，形成于較深水的海洋環(huán)境，底部最為缺氧，向上由于沉積物的加積作用和短期地殼沉降，水體總體逐漸變淺，局部缺氧程度減弱，并在局部顯示為再次缺氧環(huán)境。稀土元素中反映存在酸性環(huán)境，這一特征可能與底部炭質(zhì)頁巖和中上部灰色泥巖有機(jī)質(zhì)成熟，有機(jī)酸的形成有關(guān)。

4.3 熱水、生物作用

關(guān)于該區(qū)筇竹寺組的生物、熱水作用及元素的富集，主量元素（SiO2）N/（Al2O3）N比值及微量元素Ba、U含量、Zn-Ni-Co三角圖、U/Th比值、Co/Zn比值表明有生物或熱水作用的參與；微量元素中Rb、Ba、Ga、V、Zn、Mo、Cd、Sn、Zr有明顯的富集。李勝榮等[33]研究了湘黔寒武系底部黑色巖系的貴金屬來源，認(rèn)為其可能與海水噴流作用有關(guān)，系由海底熱水通過深循環(huán)汲取元古宙武陵期基性—超基性巖物質(zhì)的產(chǎn)物，在噴流作用最強(qiáng)地段很可能形成具工業(yè)價(jià)值的多元素礦床。事實(shí)上，在震旦紀(jì)燈影期也表現(xiàn)出熱水沉積特征。彭軍等[34]研究了揚(yáng)子板塊東南緣震旦系留茶坡組和老堡組硅質(zhì)巖特征，顯示為熱水沉積。近年來，在中上揚(yáng)子牛蹄塘組（筇竹寺組）與燈影組（留茶坡組/老堡組）界面發(fā)現(xiàn)多層凝灰?guī)r[35-36]。這些凝灰?guī)r的發(fā)現(xiàn)表明，牛蹄塘組（筇竹寺組）與燈影組（留茶坡組/老堡組）界面的火山活動(dòng)為牛蹄塘組（筇竹寺組）熱水沉積提供了熱源條件。而該區(qū)，筇竹寺組沉積物有生物作用的參與，則可能與寒武紀(jì)生物大爆發(fā)有著密切的關(guān)系。事實(shí)上，牛蹄塘組（筇竹寺組）與燈影組（留茶坡組/老堡組）之間不僅有小規(guī)模火山活動(dòng)，還表現(xiàn)出差異性隆升和隆凹相間的裂谷盆地格局，是桐灣運(yùn)動(dòng)的結(jié)果[37]。在研究區(qū)筇竹寺組厚385.69 m，底部黑色頁巖厚19.57 m，以淺水陸棚為優(yōu)勢相帶；在昭通以東的鎮(zhèn)雄昭101井，筇竹寺組厚524 m，以深水陸棚為優(yōu)勢相帶；再往東再往東至鎮(zhèn)雄縣芒部鎮(zhèn)芒1井，筇竹寺組厚418 m，為一水下隆起。在鎮(zhèn)雄一帶，為一凹陷槽。據(jù)此，建立了研究區(qū)及鄰區(qū)的沉積模式，自西向東依次為康滇古陸—潮坪—淺水陸棚—深水陸棚—水下隆起（圖13）。

圖13 康滇古陸東緣筇竹寺組沉積模式圖Fig.13 Sedimentary patterns of the Qiongzhusi Formation in the eastern margin of the ancient Kangding?Yunnan land

4.4 區(qū)域變化

在上揚(yáng)子地區(qū)，與筇竹寺組大致同期沉積是牛蹄塘組，但二者在空間分布及巖石組合特征有一定的差別。牛蹄塘組主要分布于揚(yáng)子?xùn)|南緣渝東南秀山及湘西一帶，主要為黑色碳質(zhì)頁巖，偶夾硅質(zhì)巖及磷塊巖，在湘西尚可見重晶石產(chǎn)出，底部缺失麥地坪組（或梅樹村組、漁戶村組），與燈影組白云巖平行不整合接觸，頂部為明心寺組（或耙榔組）黃綠色泥頁巖，厚約110 m；筇竹寺組主要分布于康滇古陸東緣，下部為黑色炭質(zhì)頁巖，上部為黃綠色泥頁巖，下部與下寒武統(tǒng)麥地坪組（或梅樹村組、漁戶村組）含磷地層平行不整合接觸，上部見滄浪鋪組紫紅色泥頁巖，厚300～500 m。在前人研究基礎(chǔ)上，認(rèn)為研究區(qū)筇竹寺組與揚(yáng)子?xùn)|南緣牛蹄塘組在地球化學(xué)特征有明顯的差異。

就稀土總量而言，在研究區(qū)ΣREE值為180.60～550.55，平均值為254.91，在渝東南秀山ΣREE值為140.25～211.73，平均值為182.03，在湘西黑色巖系重晶石為52.01，硅質(zhì)巖為62.36～73.16，石煤為195～261，磷塊巖為866～1 849[38-39]。因此，稀土總量與巖性密切相關(guān)，滇東北筇竹寺組底部主要為黑色頁巖，渝東南秀山牛蹄塘組底部為黑色頁巖夾硅質(zhì)巖或互層，黑色頁巖或磷塊巖或具有較到的吸附性，而硅質(zhì)巖、重晶石吸附能力較弱；δCe在研究區(qū)0.72～0.96，平均0.91，渝東南秀山0.86～1.03，平均0.97，湘西硅質(zhì)巖和磷塊巖中分別為0.20～0.43和0.33～0.46。δEu在研究區(qū)1.12～1.29，平均1.19，渝東南秀山1.16～3.48，平均2.56，湘西黑色巖系重晶石和硅質(zhì)巖1.12～3.32。根據(jù)前述判別標(biāo)準(zhǔn)，δCe、δEu反映的總體情況，渝東南秀山及湘西牛蹄塘組比滇東北筇竹寺組具有更具還原和酸性環(huán)境。

就微量元素富集而言，在研究區(qū)，Ni含量12.9～58.2，平均41.85，在渝東南秀山一帶Ni含量13.69～238.57，平均134.76，在湘西Ni含量一般大于92；Mo在研究區(qū)含量0.49～4.47，平均1.77，在湘西多大于44，在這一地區(qū)的石煤中可達(dá)187；V在研究區(qū)86.60～226.00，平均149.12，在渝東南秀山一帶含量在130.94～1 114.04之間，平均504.68，在湘西可見形成工業(yè)礦床，測試分析含量112.03～4 834.23，平均2 057.56；Ge在研究區(qū)0.92～1.67，平均1.36，在湘西桃源、沅陵一帶比較富集，含量在200～400；Mn在研究區(qū)54.21～766.71，平均488.50，在湘西一般為202～852；在研究區(qū)Ba含量為474.00～1 240.00，平均776.30，而在渝東南秀山Ba含量1 353.75～17 689.80，平均9 366.19；U在研究區(qū)2.54～17.7，平均5.05，在渝東南13.95～106.08，平均54.61[38-39]。因此，重慶東南秀山一帶及湘西牛蹄塘組微量元素較滇東北地區(qū)筇竹寺組更為富集，反映的熱水作用更為強(qiáng)烈。

就一些特征參數(shù)而言，U/Th在研究區(qū)0.19～0.83，平均0.35，渝東南秀山1.28～12.01，平均6.19，在湘西大部分大于1，甚至接近100；Co/Zn在研究區(qū)0.01～0.22，平均0.14，渝東南秀山0.03～0.22，平均0.08；（V）N/（V+Ni）N在研究區(qū)0.75～0.90，平均0.81，在渝東南秀山0.75～0.92，平均0.83；（Sr）N/（Ba）N在研究區(qū)為0.07～0.27，平均0.17，渝東南秀山0.02～0.23，平均0.06；（Cu）N/（Zn）N在研究區(qū)為0.03～0.98，平均0.37，渝東南秀山0.22～1.29，平均0.50[38]。根據(jù)前述的判別標(biāo)準(zhǔn)，渝東南秀山及湘西地區(qū)反映出比滇東北地區(qū)熱水作用更為強(qiáng)烈，為更為缺氧、還原，更為酸性的環(huán)境，水體更深。

渝東南秀山及湘西地區(qū)位于揚(yáng)子?xùn)|南緣典型的被動(dòng)大陸邊緣，綜合以上分析，認(rèn)為該區(qū)牛蹄塘組較滇東北地區(qū)筇竹寺組，反映出熱液活動(dòng)更為強(qiáng)烈，微量元素更富集，水體更深，更為缺氧、還原和酸性環(huán)境。事實(shí)上，渝東南秀山及湘西地區(qū)牛蹄塘組及燈影組普遍見硅質(zhì)巖，在湘西甚至可見重晶石，這些都是該區(qū)熱水作用較為強(qiáng)烈的表現(xiàn)。

5 結(jié)論

云南省昭通市昭陽區(qū)鋅廠溝位于康滇古陸東緣，在剖面測量及樣品采集的基礎(chǔ)上，建立了該區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組的地球化學(xué)剖面特征，為該區(qū)筇竹寺組沉積古地理分析、物源分析、形成環(huán)境分析等提供了定量的地球化學(xué)數(shù)據(jù)。基于以上的論述，有如下結(jié)論：

（1）主量元素比值及特征參數(shù)（Al）N/（Al+Fe+Mn）N、（Si）N/（Si+Al+Fe）N、MnO/TiO2、（Al2O3）N/（Al2O3+Fe2O3）N，（Al2O3）/（Al2O3+Fe2O3）-Fe2O3/TiO2判別圖，稀土元素La/Yb-Ce/La關(guān)系圖及物源分析表明，滇東北昭通地區(qū)筇竹寺組物源主要來自康滇古陸中元古界東川群、會(huì)理群砂泥巖、海相玄武巖，并可能有少許同時(shí)代花崗巖，筇竹寺組形成于康滇古陸東緣大陸坡或邊緣海，與沉積相分析的淺水陸棚環(huán)境較為一致。在綜合分析筇竹寺區(qū)區(qū)域厚度變化及綜合研究基礎(chǔ)上，建立了筇竹寺組沉積模式，自西向東為康滇古陸—潮坪—淺水陸棚—深水陸棚—水下隆起。

（2）稀土總量ΣREE較高，特別是在底部黑色頁巖中更高，北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化曲線呈平坦?fàn)睿p稀土弱富集。稀土元素δCe值、δEu值及微量元素Mo、V含量、（V）N/（V+Ni）N比值、（Cu）N/（Zn）N比值反映昭通昭陽區(qū)鋅廠溝筇竹寺組底部為深水陸棚環(huán)境，上部總體為淺水陸棚環(huán)境，并在局部水體短暫加深為深水陸棚環(huán)境。總體上該區(qū)以淺水陸棚為優(yōu)勢相，以缺氧、酸性、還原環(huán)境為特點(diǎn)，形成于較深水海洋環(huán)境，底部最為缺氧，向上水體總體逐漸變淺，局部缺氧程度減弱，并在局部顯示為再次缺氧環(huán)境。其酸性環(huán)境，可能與底部炭質(zhì)頁巖和中上部灰色泥巖有機(jī)質(zhì)成熟，有機(jī)酸的形成有關(guān)。

（3）微量元素中Rb、Ba、Ga、V、Zn、Mo、Cd、Sn、Zr有明顯的富集，主量元素（SiO2）N/（Al2O3）N比值及微量元素Ba、U含量、Zn-Ni-Co三角圖、U/Th比值、Co/Zn比值表明有生物或熱水作用的參與。其微量元素的富集與震旦系燈影組（留茶坡組/老堡組）和筇竹寺組（牛蹄塘組）之間桐灣運(yùn)動(dòng)期間的火山作用導(dǎo)致的熱水噴流沉積有著密切的關(guān)系，沉積物中的熱水作用參與有確切的火山作用依據(jù)。桐灣運(yùn)動(dòng)的差異隆升也是形成鎮(zhèn)雄一帶深凹槽的主導(dǎo)因素。沉積物中生物作用的參與，可能與寒武紀(jì)生物大爆發(fā)有著密切的關(guān)系。