康滇古陸東緣筇竹寺組沉積物源的風化特征
——以云南省楚雄市武定縣烏龍村剖面為例

楊永禎，郭嶺，方澤鑫，徐凱，張寰萌，師宇翔，武芳芳，陶威

1.西北大學大陸動力學國家重點實驗室，西安 710069

2.西北大學地質學系，西安 710069

0 引言

陸源碎屑沉積巖的元素化學特征主要受源巖礦物和源巖風化條件的控制，因此陸源沉積巖的多元素化學特征已被廣泛用于揭示物源、構造、風化過程、氣候變化和大陸地殼演化的性質[1]。揚子地區下寒武統筇竹寺組是目前頁巖氣勘探的重要層位，其中包含的黑色巖系是地球巖石圈、水圈、氣圈以及生物圈共同作用的結果，能夠反映地球演化中特定的地質環境，尤其是沉積時古海洋的環境[2-3]。前人對筇竹寺組的研究主要集中在黑色巖系，因為油氣田的生油、生氣母巖均來自黑色巖系，而且許多金屬礦床的形成與黑色巖系有關[3-6]。目前四川盆地下寒武統筇竹寺組已經發現了良好的天然氣顯示，展現出巨大的勘探前景，但是對筇竹寺組開展的研究主要集中在黑色巖系的烴源巖評價，儲層生、儲能力以及沉積環境上[5,7-10]，而對于筇竹寺組沉積巖的物質來源、母巖特征、沉積構造背景以及風化程度還缺乏較為深入的認識[3,11]。

因此，以滇東地區烏龍村剖面筇竹寺組為研究對象，利用主量元素和微量元素解析了筇竹寺組沉積巖源區的風化程度和古氣候，分析了筇竹寺組沉積巖的物質來源和沉積構造背景。旨在補充筇竹寺組的研究工作，加強筇竹寺組的基礎地球化學研究，期望能對滇東地區筇竹寺組的礦產資源選區提供一定的基礎參數和地質依據。

1 地質概況

1.1 構造背景

滇東地區位于上揚子地區南緣，印度板塊與歐亞板塊的碰撞接觸地帶東側（圖1a），屬于環太平洋構造域與特提斯構造域的交接復合帶。在地史發展中，經過歐亞板塊與岡瓦納板塊中的印度、蘭坪—思茅、保山、揚子、騰沖等板塊相互拼接，形成了如今復雜的大地構造格局[3,7]。早寒武世，該區處于康滇古陸、牛首山古陸以及瀘冕古陸三大古陸之間，武定縣烏龍村剖面具體位于滇東地區的西側、康滇古陸的東側，其沉積時以淺水陸棚相為優勢相帶（圖1b）。該剖面靠近康滇古陸，且出露完整，因此研究該剖面可以揭示筇竹寺組沉積巖物源區特征以及氣候變化。剖面起點坐標為25°34′55″ N、102°22′49″ E，海拔1 849.5 m；終點坐標為25°35′44″ N、102°23′49″ E，海拔1 890 m。

圖1 滇東大地構造位置（a，據文獻[3]修改）及滇東地區下寒武統筇竹寺組沉積相平面分布（b）Fig.1 (a) Geotectonic location of eastern Yunnan province (modified from reference [3]);(b) distribution of sedimentary facies in Lower Cambrian Qiongzhusi Formation,eastern Yunnan province

1.2 沉積特征

武定縣烏龍村剖面筇竹寺組地層出露完整（圖2），底部與下寒武統漁戶村組大海段灰色灰巖呈整合接觸，頂部與下寒武統滄浪鋪組厚層灰色粗砂巖呈整合接觸。烏龍村剖面共分13層，2～12層發育筇竹寺組，其中2～5 層為筇竹寺組石巖頭段，厚46.25 m，巖性以灰褐色—灰色粉砂巖、細砂巖為主，為濱岸相沉積；6～12層為筇竹寺組玉案山段，厚90.75 m，玉案山段沉積時期，海平面上升，巖性以灰綠色頁巖、灰色粉砂質頁巖為主，為陸棚相中淺水陸棚相沉積。

圖2 烏龍村剖面筇竹寺組沉積相分析圖Fig.2 Sedimentary facies analysis in Wulongcun profile of the Qiongzhusi Formation

2 樣品分析方法

2.1 樣品處理過程

在烏龍村剖面筇竹寺組共采集了38 件樣品，并對其中的10件樣品進行測試分析。樣品的主量元素分析在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成。首先在小型顎式破碎機對樣品進行破碎，然后將破碎后的碎石放在碳化鎢研缽托盤中，再放進振動式碎樣機中碎至200目以下。主量元素采用XRF 法完成，分析精度一般優于5%。樣品的微量元素和稀土元素分析在核工業北京地質研究所分析測試研究中心完成，利用ELEMENT XR 等離子體質譜儀進行分析，測試方法和依據符合GB/T 14506.30—2010《碳酸鹽巖石化學分析方法第30 部分：44 個元素含量測定》。主量元素、微量元素及稀土元素的分析結果分別見表1～3。

表1 滇東地區烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖主量元素含量表（%）Table 1 Contents of main elements in sedimentary rock of the Qiongzhusi Formation in Wulongcun profile,eastern Yunnan province (%)

表2 滇東地區烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖微量元素含量表（×10-6）Table 2 Contents of trace elements in sedimentary rock of the Qiongzhusi Formation in Wulongcun profile,eastern Yunnan province (×10-6)

表3 滇東地區烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖稀土元素含量表（×10-6）Table 3 Contents of rare earth elements in sedimentary rock of the Qiongzhusi Formation in Wulongcun profile,eastern Yunnan province (×10-6)

2.2 研究方法

化學蝕變指數（CIA）是定量分析源區風化程度和古氣候條件的重要指標。相關計算公式如下[14]：

式中：氧化物的含量都是摩爾含量，CaO*指硅酸鹽礦物中的CaO，在無法獨立獲得硅酸鹽礦物中的CaO含量時，要對CaO 含量進行校正。CaO*的間接計算公式如下[15]：

若計算后的CaOresidual＜Na2O，則認為CaO*=CaOresidual；若計算后的CaOresidual＞Na2O，則認為CaO*=Na2O。若計算后的CaOresidual＜0，則比較CaO和Na2O的含量，當樣品的CaO＜Na2O 時，則CaO*=CaO；當樣品的CaO＞Na2O時，則CaO*=Na2O。

沉積巖在成巖過程中會存在K交代作用，K交代作用增加了沉積巖中的K含量，從而導致了低的CIA值。因此需要計算無K 交代作用下的CIA 值，采用了Panahiet al.[16]提出的修正CIA（即CIAcorr）的方法：

式中：K2Ocorr是無K交代作用的巖石中K2O的含量，m代表母巖中K2O 的比例，本文m 的取值參考文獻[17]，其研究的地層是位于揚子板塊的埃迪卡拉紀地層和早寒武紀地層，并對CIA 進行了校正，利用了m值。因此，利用其校正后的CIA 值和相關數據反推出m 值，m 值為0.109 889 19，并運用在了本文中（之后所有的討論都基于校正后的CIA值）。

另外溫度作為評估古氣候的關鍵指標，是通過CIA值計算出來的，計算公式為[18]：

式中：T的單位為℃。

3 分析結果

3.1 地球化學

3.1.1 主量元素特征

烏龍村剖面沉積巖樣品主量元素含量見表1。樣品SiO2的含量為45.05%～79.31%（平均值為59.84%）；TiO2的含量為0.50%～0.87%（平均值為0.69%）；Al2O3的含量為8.62%～18.97%（平均值為14.88%）；TFe2O3（TFe2O3表示以Fe2O3表示全鐵含量）的含量為2.89%～7.33%（平均值為5.33%）；MnO的含量為0.01%～0.15%（平均值為0.073%）；MgO 的含量為1.21%～7.96%（平均值為4.53%）；CaO 的含量為0.03%～7.43%（平均值為2.24%）；Na2O 的含量為0.07%～0.11%（平均值為0.09%）；K2O 的含量為3.72%～5.54%（平均值為4.61%）；P2O5的含量為0.23%～0.56%（平均值為0.32%）。

將樣品主量元素與Tayloret al.[12]提出的上地殼元素含量（UCC）進行對比，并做標準化處理。圖3顯示，Ti、Fe、Mg、K、P 元素明顯富集，Si、Na、Ca 元素具有虧損的現象。特別是TFe2O3含量平均值高于UCC含量4.49%，可能與鐵元素在該地區的富集有關。相對富集的K2O含量總體高于UCC含量3.19%，其相對高含量可能與成巖過程中K交代作用有關[17]。

圖3 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖主量元素配分模式Fig.3 Major element distribution in Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile

樣品主量元素之間的相關性分析表明（表4），TFe2O3和Al2O3具有較好的正相關關系（相關系數為0.871 6），SiO2和MgO 具有很好的負相關關系（相關系數為-0.937 9）。鋁通常被認為是陸源物質的代表，因此Fe 元素也主要由陸源輸入[19]。SiO2與TFe2O3、MgO 和MnO 呈負相關，說明具有一定的粒度效應特征[20]，而MgO、CaO和MnO彼此呈正相關，MgO與MnO 的相關系數為0.311 0；CaO 和MnO 的相關系數為0.646 4；MgO 和CaO 的相關系數為0.801 4；P2O5與其他主量元素沒有很好的相關性。

表4 滇東地區烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖主量元素相關系數Table 4 Correlation coefficients for major elements in Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile,eastern Yunnan province

3.1.2 微量元素特征

烏龍村地區筇竹寺組沉積巖微量元素在地層縱向序列上變化較大（表2、圖4），將微量元素與上地殼元素含量（UCC）進行標準化處理（圖4）。相比上地殼元素含量，元素Sr、Mo、Tl、Pb、Nb、Hf 出現虧損，其中喜干型元素Sr 呈現明顯的虧損，Sr 的含量為48.80×10-6～95.00×10-6，明顯低于上地殼的含量（350.00×10-6），Sr 的虧損與其沉積水體環境有關，說明沉積期武定縣烏龍村地區氣候整體較為濕潤[21]。元素Li、Sc、V、Cr、Co、Y、Sb、Cs、Bi、U 整體上呈現正異常，其中元素Bi 呈現明顯的富集，Bi 的含量為0.15×10-6～4.83×10-6，明顯大于上地殼的含量（0.13×10-6），由于Bi元素通常被認為來源于成礦高溫熱液，因此烏龍村地區在沉積時可能存在熱液活動[22]。

圖4 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖微量元素配分模式Fig.4 Trace element distribution in Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile

其他元素都是部分樣品出現虧損，部分樣品出現富集，其中Zr有部分樣品出現正異常，說明鋯石可能出現了沉積分異[23]。雖然個別樣品的微量元素含量有所差別，但是標準化之后的整體趨勢卻很一致，說明筇竹寺組沉積巖具有相似的源區以及大地構造背景[24]。

3.1.3 稀土元素特征

烏龍村剖面樣品稀土元素濃度顯示（表3），樣品稀土元素總量介于161.86×10-6～250.57×10-6，平均值為196.08×10-6。其中輕稀土元素含量介于144.12×10-6～226.02×10-6，重稀土元素含量介于17.74×10-6～24.99×10-6，輕、重稀土元素比值（∑LREE/∑HREE）介于6.56～9.21，平均值為8.06，反映研究區筇竹寺組沉積巖的輕稀土元素相對富集，而重稀土元素相對虧損，這種LREE富集可能是黏土礦物中稀土元素吸附/解吸分餾的結果[25]。

利用球粒隕石標準值對筇竹寺組樣品的稀土元素含量進行了標準化處理（圖5）。稀土元素配分模式呈現右傾的趨勢，也反映了筇竹寺組輕稀土元素相對富集，而重稀土元素相對虧損。（La/Yb）n（下角的n 指采用北美頁巖標準化）比值反映的是稀土元素之間的分異程度，筇竹寺組樣品的（La/Yb）n比值介于1.03～1.48，平均值為1.22，反映了稀土元素分異程度不明顯，說明沉積物源相對穩定[26]。位于烏龍村剖面東側的朱家箐剖面的（La/Yb）n比值介于0.82～2.09，平均值為1.27，平均值較烏龍村剖面增大[27]，沉積速率有減小的趨勢，說明物源來自于西側[28]，因此物源區可能為康滇古陸。當（La/Sm）N＞1時，表明成巖物質來源有地幔柱或異常物質的加入，筇竹寺組樣品的(La/Sm)N比值介于2.83～4.80，都大于1，表明巖石中可能有深部物質的加入[29]，可能以上升洋流的方式使深部物質加入沉積巖。筇竹寺組樣品的Y/Ho 比值介于26.27～34.55，平均為30.04，表明硅質碎屑對兩個剖面的稀土元素組成有強烈影響[30]。微量元素配分曲線在Eu 元素處呈一個較明顯的“V”型，說明Eu 虧損，呈負異常（δEu 平均為0.75）；Ce 元素是地球表面條件下可以表現出價態變化的稀土元素，因此可以作為氧化還原條件的指標[31]。當δCe＜0.95 時，沉積巖在沉積時處于氧化環境，而研究區樣品的δCe 平均值為0.78，表明Ce元素相對虧損，且在沉積時整體處于弱氧化環境，其中最小值0.68，對應于WLC-04，表明該樣品在沉積時沉積環境氧化性較強[2]。

圖5 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖稀土元素配分模式圖Fig.5 Rare earth element distribution in Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile

3.2 沉積物分類和成熟度

Lg（SiO2/Al2O3）與Lg（TFe2O3/K2O）投影圖表明（圖6）[32]，筇竹寺組沉積巖樣品落入長石砂巖、雜砂巖和頁巖的范圍，反映了沉積巖礦物成熟度較低的特征，其中鎂鐵質礦物不穩定。導致沉積巖巖性類型、化學組成發生明顯變化的因素即是表征沉積巖粒度特征的SiO2/Al2O3值，即沉積巖類型由長石砂巖向頁巖變化，是沉積巖粒度變細的結果[20]，與對烏龍村剖面筇竹寺組巖性的劃分相一致。

圖6 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖Lg（SiO2/Al2O3）-Lg（TFe2O3/K2O）投影圖（底圖據文獻[32]）Fig.6 Lg(SiO2/Al2O3) vs.Lg(TFe2O3/K2O) in Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile(base map after reference [32])

4 討論

4.1 風化與古氣候

4.1.1 沉積巖源巖風化與沉積再循環

根據研究區主量元素的特征，可以反映源區風化的強度。A-CN-K 圖解（圖7a）[33-34]顯示，樣品的風化趨勢與A-K邊平行，但理想風化趨勢下，風化趨勢線應與A-CN 邊平行，且樣品點與UCC 進行比較，發現存在K富集的現象。表明沉積巖在成巖過程中存在K 交代作用，K 交代作用增加了沉積巖中的K 含量，從而導致了低的CIA 值。因此，對樣品的K2O 含量用公式（1～5）進行校正后，筇竹寺組所有的沉積巖樣品在A-CN-K 圖解中都落入強烈化學風化的范圍內（圖7b），樣品均落于A-K 線上。說明相較于鉀長石，斜長石基本上已經完全被風化，強烈的化學風化使Na元素強烈流失，符合鈉比鉀更容易遭受風化的特征[35]，化學風化的加劇與更高的溫度、更多的酸沉降和更快的成土反應速率有關[36-38]，或者這些過程的組合。沉積巖可能來自玄武巖和花崗巖混合的上地殼源巖。

圖7 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖A-CN-K 圖解(底圖據文獻[33-34])（a）校正前的A-CN-K圖解；（b）較正后的A-CN-K圖解Fig.7 A-CN-K diagram for Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile (base map after references [33-34])

樣品的成分成熟度和分選程度可以用Th/Sc-Zr/Sc 圖解來反映。筇竹寺組沉積巖樣品的Th/Sc 比值為0.52～1.40，而Zr/Sc比值為6.79～17.36，分布在長英質區域附近，說明筇竹寺組沉積巖主要來自長英質基巖。沉積巖具有較低的Zr/Sc 比率（有9 個樣品＜17），表明沉積巖成分主要受源巖成分控制，而不是沉積物質的循環改造[23]。

4.1.2 古氣候

CIA 值可以用來反映古氣候。強烈的化學風化與溫暖和潮濕的條件有關，而弱的化學風化則表示寒冷和干旱的條件。若CIA≤50則代表母巖未風化；若50＜CIA≤65 則代表弱風化；若65＜CIA≤85 則代表中等風化，風化產物含有蒙脫石、伊利石和白云母；若85＜CIA≤100則代表強烈風化，風化產物中含有黏土礦物如三水鋁石和高嶺石等[39]。盡管沉積物供應變化或水力分選等其他非風化因素增加了黏土礦物，但CIA仍然是反映源區古氣候最可靠的指標[40-41]。烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖的CIAcorr值均大于80，結合巖相古地理圖[11]，反映了亞熱帶溫暖濕潤的古氣候條件。根據公式（6）計算出的古溫度為22.67 ℃～23.52 ℃，也說明烏龍村地區在早寒武世處于相對溫暖的環境。

4.2 物源特征

微量元素在沉積巖中的含量及其組合關系研究沉積巖源區母巖的性質已經被廣泛應用，例如元素Th、Co、Sc、Hf、Zr、Y、Ho等不活潑元素和REE就可以用來判別物源[24]。Y-La圖解顯示（圖8），筇竹寺組樣品與上地殼的成分非常吻合；Y/Ho-ΣREE 圖解顯示（圖8），筇竹寺組樣品主要落在陸源沉積物附近。硅質碎屑主要以黏土礦物和重礦物的形式向海洋沉積物提供大量稀土元素，這些稀土元素通常被釋放到沉積物孔隙水中。由于稀土元素含量高，即使是少量的硅質碎屑（即巖體的百分之幾）也足以賦予沉積巖陸源稀土元素特征，硅質碎屑組分的Y/Ho 比值大多介于25～30，因此沉積巖的源巖可能為富含硅質成分的陸源沉積巖[25,30]。Th/Sc-Zr/Sc 圖解顯示（圖9a）[42]，筇竹寺組樣品主要來自長英質源巖，有一個樣品可能經歷了沉積物再循環。La/Yb-ΣREE 圖解顯示（圖9b），筇竹寺組樣品主要落入沉積巖—鈣質泥巖、花崗巖和堿性玄武巖相交的區域，花崗巖的代入可能是沉積物K2O 含量較高的原因。在地球表面環境中，Eu異常最有助于追蹤稀土元素的來源，從而可能區分碎屑、風成、火山和熱液輸入[25,43-46]。負Eu 異常（即δEu＜1.0）通常與晚期貧Eu 巖漿沉淀的長英質礦物有關[25]。Zhaoet al.[30]分析了梅山和大峽口剖面PTB的稀土元素分布，證明其大多數樣品的稀土元素組成具有強烈的硅質碎屑特征，并得出結論，火山物質的輸入可能是Eu負異常的原因。因此，筇竹寺組沉積巖的物源來自大陸上地殼源，可能也存在與火山相關的長英質礦物的加入。

圖8 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖Y-La 圖解和Y/Ho-ΣREE 判別圖解（底圖據文獻[30]）Fig.8 Y vs.La and Y/Ho vs.ΣREE discriminant diagrams for Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile (base map after reference [30])

圖9 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖物源性質判別圖（a）Th/Sc與Zr/Sc關系圖，底圖據文獻[42]；（b）La/Yb-ΣREE關系圖，底圖據文獻[12]；（c）La/Th-Hf關系圖，底圖據文獻[12]；（d）Co/Th-La/Sc關系圖，底圖據文獻[47]Fig.9 Discriminant diagram for provenance attributes of Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile

元素La、Th常賦存于酸性巖，Zr主要存在于鋯石中，而Sc、Cr、Co 富集于基性巖中。因此，La/Th、La/Sc、Co/Th的比值能反映沉積源巖區鎂鐵質與長英質物質的相對比例[17,23-24]。La/Th-Hf 圖解顯示（圖9c），樣品主要落入長英質源區和長英質與基性混合源區，長英質主要是指硅酸鹽礦物，說明沉積巖源區含有硅含量較高的沉積巖。Co/Th-La/Sc 圖解顯示（圖9d）[47]，樣品主要落入安山巖、花崗巖與TTG平均成分區，大多數樣品都非常靠近TTG成分，TTG由英云閃長巖、花崗閃長巖和奧長花崗巖組成[48]，說明樣品主要來自酸性巖，并且有基性巖的混入。Co/Th比值變化較大，說明筇竹寺組沉積巖可能存在不同的物源。

前人研究表明，康滇古陸廣泛發育1 500～1 700 Ma 中元古代的地層，元古代以上的地層可能由于沉積剝蝕或沉積缺失，現今都已不存在。楚雄地區典型的元古代地層有東川群、會理群以及湯丹群，發育大量的灰黑色板巖、凝灰巖、灰色凝灰質板巖、濁流成因的灰色塊狀變凝灰質礫巖與含礫凝灰質砂巖、球顆玄武巖以及大量的花崗巖。其中東川群被揭示含有大量的S 型花崗巖源區，表明揚子陸塊西南緣存在較早的酸性成分的大陸地殼。球顆玄武巖顯示為大陸板內低鈦拉斑海相玄武巖，形成于伸展構造環境，這可能是沉積巖中顯示有深部物質的來源。花崗巖大多來自格林威爾造山期的巖漿活動，因此東川群、會理群以及湯丹群被認為是古元古代末期康滇地區陸內裂谷拉張事件和揚子陸塊周緣中元古代末期Rodinia 匯聚過程的產物[11,49-52]。因此，基于筇竹寺組沉積巖物源示蹤以及上述分析來看，康滇古陸石英沉積物源區的（長英質基巖）東川群、會理群以及湯丹群很可能為康滇古陸東側的武定烏龍村地區筇竹寺組提供濱岸沉積和淺水陸棚沉積的砂泥巖，其中沉積巖K2O 含量較高可能來自花崗巖和凝灰巖的代入，基性巖的混入可能來自源區的球顆玄武巖[11]。同時結合野外的巖石學特征，發現濱岸沉積的砂巖粒度較粗，顏色一般為氧化色，且石英含量較高，說明搬運距離短，成分成熟度相對較低；淺水陸棚相沉積的頁巖和粉砂質頁巖石英含量也較高，搬運距離也相對較短，成分成熟度也相對較低。

綜上，筇竹寺組沉積巖主要來自康滇古陸東川群、會理群和湯丹群中的花崗巖和富含長英質礦物的沉積巖等上地殼長英質巖石，存在基性巖的混入。濱岸相沉積巖主要來自東川群、會理群以及湯丹群顆粒較粗的凝灰質砂巖、凝灰巖、石英含量高的花崗巖以及一些基性巖；淺水陸棚相沉積巖主要來自東川群、會理群以及湯丹群顆粒較細的凝灰質板巖、凝灰巖、石英含量高的花崗巖以及一些基性巖。因此，利用地球化學分析以及巖石學分析，可以反映該區筇竹寺組砂泥巖的物源特征。

4.3 構造背景

4.3.1 成巖構造背景

根據沉積巖的主量元素，可以對沉積巖形成時的構造背景進行判別。Sugisakiet al.[53]提出MnO/TiO2可以用來判別沉積巖的沉積環境；當MnO/TiO2＜0.5 時，表明沉積巖形成于大陸坡或邊緣海環境；當MnO/TiO2比值介于0.5～3.5 時，表明沉積巖形成于大洋底環境。烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖樣品MnO/TiO2比值介于0.01～0.25，表明沉積巖形成于大陸坡或邊緣海環境。

Murrayet al.[54-55]認 為（Al2O3）N/（Al2O3+Fe2O3）N比值可以作為構造環境的判別指標。當（Al2O3）N/(Al2O3+Fe2O3）N的比值介于0.6～0.9 時，表明沉積巖形成于大陸邊緣環境；當（Al2O3）N/（Al2O3+Fe2O3）N的比值介于0.4～0.7時，表明沉積巖形成于遠洋深海環境；當（Al2O3）N/（Al2O3+Fe2O3）N的比值介于0.1～0.4 時，表明沉積巖形成于洋脊海嶺環境。烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖樣品（Al2O3）N/（Al2O3+Fe2O3）N的比值介于0.79～0.85，說明沉積巖形成于大陸邊緣環境。Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）-Fe2O3/TiO2圖解顯示（圖10），樣品基本都落在大陸邊緣環境，部分樣品落在與遠洋沉積環境的過渡區域[56]，表明沉積水體加深，海平面上升。

圖10 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖（Al2O3）/（Al2O3+Fe2O3）-Fe2O3/TiO2 判別圖（底圖據文獻[56]）A.洋中脊沉積環境；B.遠洋沉積環境；C.大陸邊緣沉積環境Fig.10 Discriminant diagram of (Al2O3)/(Al2O3+Fe2O3-Fe2O3/TiO2 in Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile (base map after reference [56])

4.3.2 源區構造背景

Roseret al.[57]提出了K2O+Na2O-SiO2構造背景判別圖（圖11a），在該圖中可以看出沉積巖源區構造背景為被動大陸邊緣環境。McLennanet al.[42]通過對不同構造背景下沉積巖的研究，提出了SiO2/Al2O3-K2O/Na2O構造背景判別圖[42]（圖11b），投點后發現樣品點均落在被動大陸邊緣區域。Bhatia[58]提出了TiO2-TFe2O3+MgO 判別圖（圖11c），投點后發現樣品點大部分都落在被動大陸邊緣范圍內，個別樣品也落在被動大陸邊緣附近，說明沉積巖主要來源于被動大陸邊緣構造環境。以上三個判別圖均表明滇東地區筇竹寺組沉積巖源區構造背景為被動大陸邊緣環境。

圖11 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖物源區構造背景主量元素判別圖解圖a底圖據文獻[57]；圖b底圖據文獻[42]；圖c底圖據文獻[58]；A1.玄武質和安山質碎屑的島弧環境；A2.長英質侵入巖碎屑的進化島弧環境Fig.11 Discriminant diagram for major elements in tectonic setting of the provenance of Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile(a) base map after reference [57];(b) base map after reference [42];(c) base map after reference [58]

稀土元素在不同構造環境的沉積巖中具有不同的特征。若沉積巖表現為輕稀土元素富集且Eu 元素呈負異常，說明沉積巖源巖來源于被動大陸邊緣；若沉積巖表現為重稀土元素富集且無Eu元素虧損，則說明沉積巖源巖來源于活動大陸邊緣[23]。筇竹寺組沉積巖樣品稀土元素特征表現為輕稀土元素相對富集，重稀土元素相對虧損，且Eu 元素呈明顯的負異常，因此可以推斷滇東地區下寒武統筇竹寺組沉積巖物源區構造背景為被動大陸邊緣環境。

微量元素的含量也可以用來指示構造環境，例如La、Ce、Nd、Th、Zr、Hf、Nb、Ti 等元素比主量元素具有更強的穩定性，在水體中不活潑，并且滯留時間較短，在經歷了初次風化便可進入沉積物中。因此筆者利用Bhatiaet al.[59]提出的La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10 圖解判別源區構造背景[59]。La-Th-Sc 和Th-Sc-Zr/10 圖解顯示，樣品均落在大陸島弧的區域內（圖12），說明筇竹寺組沉積巖的成因與大陸島弧構造背景有關。由于源區含有大量的凝灰質巖石，筇竹寺組沉積巖中可能含有這些凝灰質巖石的成分，因此微量元素投點落在大陸島弧范圍內是合理的[24]。源區構造背景不同，沉積巖稀土元素的特征也有所不同。Bhatia[58]通過研究認為稀土元素的特征值可以用來鑒別不同沉積盆地構造背景的雜砂巖[58]，該方法被前人廣泛應用[60-63]。由于烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖樣品包括泥頁巖，考慮在相同構造背景下，泥頁巖中稀土元素的質量分數要比同時期沉積的雜砂巖高20%左右[58]，所以將樣品泥頁巖中的稀土元素含量除以1.2，計算了新的相關參數，再與不同構造背景的雜砂巖稀土元素特征值進行對比（表5），結果顯示，沉積巖物源區具有與大陸島弧構造背景幾乎完全一致的屬性，也說明筇竹寺組沉積巖的成因與大陸島弧構造背景有關。

表5 筇竹寺組沉積巖樣品均值與不同大地構造背景雜砂巖的REE特征比較Table 5 REE characteristics of sample mean for Qiongzhusi Formation sedimentary rock and graywackes from different tectonic settings

圖12 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖物源區構造背景微量元素判別圖解(底圖據文獻[59])（a）La-Th-Sc圖解；（b）Th-Sc-Zr/10圖解；ACM：活動大陸邊緣；PM：被動大陸邊緣；CIA：大陸島弧；OIA：大洋島弧；微量元素單位為10-6Fig.12 Discriminant diagram for trace elements in tectonic setting of the provenance of Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile (base map after reference [59])

久凱等[5]研究認為，上揚子地區在早寒武世，盆地類型以克拉通盆地、克拉通邊緣盆地和被動大陸邊緣盆地為主，整體表現出古斜坡背景[5]。許效松等[64]研究認為，揚子西部的康滇古陸為克拉通邊緣古隆起，在寒武紀沉積時其東緣均有邊緣相沉積物。在主量元素分析的基礎上，確定康滇古陸東緣筇竹寺組沉積巖主要形成于被動大陸邊緣環境。被動大陸邊緣又稱穩定大陸邊緣，是由于大洋巖石圈的擴張造成的由拉伸斷裂所控制的寬闊大陸邊緣，其鄰接的大陸和洋盆屬同一板塊，由大陸架大陸坡和陸隆所構成，無海溝發育[65]。揚子地區自新元古代青白口紀以來，一直處于Rodinia 大陸的西北邊緣位置，受Rodinia 大陸裂解影響，揚子地區廣泛發育以北東向—近東西向為主的裂谷。進入震旦紀后，揚子地區盆地原型由裂谷盆地向被動陸源坳陷或克拉通內裂陷型盆地演變。直到早古生代晚期Gondwana 大陸聚合之前，揚子地塊一直處于被動大陸邊緣的板塊構造背景[66]，這與本文得出的滇東地區位于被動大陸邊緣的構造背景是一致的。另外在筇竹寺組沉積期，上揚子地區發生的構造運動是興凱運動Ⅱ幕，這一幕相當于劉樹根等[67]所稱興凱裂陷槽的壯年期，構造運動性質以拉張裂陷為主要特征[68]，強烈拉張的背景在華南陸塊與東岡瓦納的碰撞中逐漸結束[69]，這也與被動大陸邊緣的特點相符合。因此在滇東地區筇竹寺組沉積期，沉積構造背景為Rodinia 大陸裂解形成的被動大陸邊緣環境。受興凱運動的影響，上揚子地臺進一步區域性裂解，并沉降而導致海水侵入[68]，這與烏龍村剖面筇竹寺組地層從濱岸沉積到淺水陸棚沉積的轉變具有良好的對應關系。

然而，微量元素分析所得出的結論是物源區位于大陸島弧構造背景，這與主量元素得出的被動大陸邊緣存在較大的差異。劉建清等[11]通過對康滇古陸東緣鋅廠溝剖面沉積巖地球化學特征的分析，確定了康滇古陸東緣筇竹寺組沉積巖主要形成于大陸邊緣環境，這與本文主量元素分析得出的結論是一致的；另外，劉建清等[11]還認為筇竹寺組沉積巖與海底噴發的海相玄武巖、鎂鐵質巖有關（球顆玄武巖），熱液作用參與了筇竹寺組沉積巖的沉積過程，帶來了大量的微量元素。于炳松等[70]對塔里木盆地布拉克剖面下寒武統底部硅質巖的微量元素和稀土元素進行了研究，認為大洋盆地背景中的物質被上升洋流帶到了大陸邊緣陸棚環境中發生沉積，造成了處于陸棚環境中的沉積巖保留了大洋盆地背景的地球化學特征。另外被動大陸邊緣由于物源的復雜性，且樣品沒有經歷強烈的沉積再循環作用，沉積巖繼承了源巖形成時的大陸島弧型或活動大陸邊緣的微量元素信息[47]。

因此，認為滇東地區筇竹寺組沉積巖在寒武世早期筇竹寺組沉積時，沉積巖主要形成于被動大陸邊緣環境，沉積巖保留了其源巖形成時的大陸島弧地球化學特征，另外熱液作用的參與帶來了微量元素（圖13）[71]，并通過上升洋流將這些微量元素帶到了大陸邊緣陸棚環境中進行沉積。因此利用微量元素進行構造背景判別時，沉積巖樣品落入大陸島弧范圍內，并導致與主量元素得出的結論不同。

圖13 烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖Zn-Ni-Co 三角圖（底圖據文獻[71]）Fig.13 Zn-Ni-Co ternary diagram of for Qiongzhusi Formation sedimentary rock,Wulongcun profile(base map after reference [71])

5 結論

（1）校正后的CIA 值表明烏龍村剖面筇竹寺組沉積巖經歷了強烈的化學風化作用，沉積巖源區處于溫暖濕潤的氣候條件；Th/Sc-Zr/Sc圖解表明沉積巖成分主要受源巖成分控制，而不是沉積物質的循環改造。沉積巖的地球化學特征能夠較好地指示源巖組分。

（2）通過樣品在Y-La 圖解、Y/Ho-ΣREE 圖解、Th/Sc-Zr/Sc圖解、La/Yb-ΣREE圖解、La/Th-Hf圖解和Co/Th-La/Sc 圖解中的投點，分析出筇竹寺組沉積巖源巖主要是康滇古陸東川群、會理群和湯丹群中的凝灰質巖石、花崗巖以及富含長英質礦物的沉積巖等上地殼長英質巖石，存在基性巖的混入。K2O含量較高的巖石主要來自格林威爾造山期的巖漿活動帶來的花崗巖以及康滇古陸東川群、會理群和湯丹群中的凝灰巖。

（3）筇竹寺組沉積巖主要形成于大陸邊緣環境，主量元素特征表明筇竹寺組沉積巖物源區屬于被動大陸邊緣構造背景，微量元素特征顯示其為大陸島弧構造背景，這種異常情況主要與沉積巖未經歷沉積再循環有關。沉積巖保留了源巖形成時的地球化學元素特征，使在大陸邊緣陸棚環境中的沉積巖保留了島弧環境形成的物質的地球化學性質。

致謝 審稿專家和編輯老師對本文進行了嚴格而細致的審理，并提出了許多建設性的意見，使得本文質量極大地提高，在此表示衷心的感謝。