早三疊世鮞粒和巨鮞差異成因及其古環(huán)境意義

關鍵詞粒；巨;成因機制;古海洋環(huán)境;早三疊世;元壩地區(qū)

第一作者簡介，男，1999年出生，碩士研究生，地質(zhì)資源與地質(zhì)工程，E-mail：1367903935@qq.com

通信作者，男，講師，E-mail：799285676@qq.com

中圖分類號P512.2 文獻標志碼A

DOI：10.14027/j.issn.1000-0550.2023.083

CSTR： 32268.14/j.cjxb.62-1038.2023.083

0 引言

鮞粒（本文特指鈣質(zhì)粒）是由核心和多個殼層組成的球狀包殼顆粒，粒徑通常小于 2mm ，粒徑大于2mm 往往被稱為巨鮞[1-2]。鮞粒和巨鮞因其獨特的組構特征和油氣儲集能力，常被用于古海洋環(huán)境、古氣候和油氣成藏等研究，因此其形成機制和分布規(guī)律備受國內(nèi)外學者關注37。傳統(tǒng)觀點認為粒和巨主要形成于水動力較強、碳酸鹽飽和的淺水環(huán)境，屬于“無機成因\"[6-8]。近年來，越來越多證據(jù)表明微生物活動是鮞粒和巨鮞形成的必要條件之一，屬于“有機成因”，如鮞粒和巨鮞中見微生物組構和鉆孔、相對負偏的碳同位素等[9-14]。但是，粒“有機成因\"也遭到部分學者質(zhì)疑，認為微生物組構和鉆孔是粒形成之后微生物活動的產(chǎn)物，并不能作為微生物直接參與粒形成的證據(jù)。盡管鮞粒和巨的成因還存在不少爭議，但多數(shù)學者認為其在古海洋環(huán)境和古氣候重建中具有重要意義[11-12]。

二疊紀一三疊紀之交（PTB，大約 252Ma 前發(fā)生了顯生宙以來最嚴重的生物集群滅絕事件，約70% 的陸地生物和 90% 的海洋生物消失[15-18]。由于地質(zhì)歷史時期鮞粒和巨主要分布在大陸架邊緣和斜坡（如新元古代、寒武系和早三疊世）[9-23]，因此多數(shù)學者認為早三疊世粒和巨的形成與深部海水（具有缺氧、富營養(yǎng)物質(zhì)和碳酸鹽巖飽和的特征）頻繁上涌有關[21-24]。Lehmann et al.24]認為超高碳酸鈣飽和度和強水動力的共同作用是控制早三疊世巨形成的關鍵。古強等25則認為早三疊世巨的形成與強水動力無明顯關系，主要與微生物作用和碳酸鹽飽和度的快速增加有關。Lietal.23利用巨形成的物理和化學模型發(fā)現(xiàn)，早三疊世海水的碳酸鹽飽和度遠高于現(xiàn)今海水，也認為超高碳酸鈣飽和度是誘發(fā)巨形成的主要因素。然而，Tanetal.2在研究早寒武系巨形成時認為，深部缺氧、碳酸鹽飽和的海水上涌只是巨形成的前提條件，而間歇性風暴作用是直接誘發(fā)巨形成的關鍵因素。

基于上述背景，本文對四川盆地元壩地區(qū)早三疊世飛仙關組二段（飛二段）臺地邊緣帶的鮞粒和巨灰?guī)r進行了精細研究。主要致力于：（1）對比分析元壩地區(qū)飛二段鮞粒和巨鮞的巖石學和巖相學特征，討論早三疊世鮞粒和巨的沉積環(huán)境；（2）利用原位微區(qū)LA-ICP-MS分析粒和巨鮞同心圈層的微量元素和稀土元素，對比早三疊世鮞粒和巨鮞古海水性質(zhì)；（3）探討早三疊世古海水性質(zhì)頻繁變化的原因以及對生物復蘇的影響，旨在對鮞粒和巨鮞的成因及早三疊世古海洋環(huán)境研究提供更多依據(jù)。

1地質(zhì)背景

四川盆地位于揚子地區(qū)西緣，是我國典型的多旋回疊合含油氣盆地。在早三疊世沉積時期，全球淺水碳酸鹽臺地廣泛發(fā)育粒和巨沉積27-31]（圖1a）。四川盆地處于古特提斯洋東岸，以淺水碳酸鹽臺地為主（圖1a）。在該時期四川盆地受“峨眉地裂運動影響，其東北部發(fā)育開江一梁平海槽30，海槽兩側(cè)以鮞粒和巨鮞沉積為主。海槽西側(cè)早三疊世飛仙關組鮞粒和巨鮞受白云石化改造較弱，是研究早三疊世鮞粒和巨鮞成因及其古環(huán)境意義的理想對象。研究區(qū)位于海槽西側(cè)，在行政區(qū)劃上屬于廣元、巴中和閬中市（圖1b）。根據(jù)巖石地層差異，前人將研究區(qū)飛仙關組從下到上劃分為四段（圖1b），分別為飛一段、飛二段、飛三段和飛四段，其中飛一段發(fā)育臺緣斜坡沉積，水體較深，能量較小，巖性主要為青灰色薄層灰質(zhì)泥巖和微晶灰?guī)r；飛二段發(fā)育臺地邊緣，巖性主要為中一厚層鮞粒灰?guī)r和薄層巨鮞灰?guī)r；飛三段發(fā)育局限臺地，巖性主要為含膏紫紅色泥巖和淺灰色鈣質(zhì)泥巖，底部見一套淺灰色粒灰?guī)r；飛四段發(fā)育蒸發(fā)臺地，巖性主要為膏鹽巖和泥晶云巖。元壩地區(qū)早三疊世飛仙關組鮞粒和巨主要分布在飛二段（圖1c）。

2樣品采集與測試分析

2.1巖相觀察和巖性鑒定

本次選取了兩條野外剖面（江油二郎廟龍?zhí)洞迤拭婧蛷V元朝天剖面）和7口鉆井巖心（元壩2、元壩3、元壩16、元壩21、元壩22、元壩27和元壩205井）開展研究。野外和鉆井的巖相和巖性識別主要依靠肉眼觀察、放大鏡和 5% 稀鹽酸。為了減少成巖作用的影響，鮞粒和巨樣品采集時盡量避開溶蝕孔洞和裂縫發(fā)育區(qū)，共采集了40個新鮮面樣品（其中野外剖面10個，鉆井巖心30個）。為了減少不同層位古海水化學性質(zhì)變化的影響，本次研究粒和巨樣品全部取自于同一位置和同一層位，即元壩地區(qū)飛二段中上部（圖1c）。粒和巨鮞的微觀觀察在成都理工大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室完成。

2.2原位微區(qū)微量元素和Sr同位素測試

在光學顯微鏡和陰極發(fā)光顯微鏡觀察的基礎之上，依據(jù)重結晶情況和陰極發(fā)光（不發(fā)光）情況等，選取受成巖作用影響弱的粒和巨樣品。本次共挑選出9個樣品進行原位微區(qū)微量元素分析，其中粒巖樣6個共16個點位，巨鮞巖樣3個共18個點位。原位微區(qū)微量元素分析用于測定巨以及正常粒碳酸鹽巖組分的微量元素和REE濃度。在開始分析前，利用陰極發(fā)光（成都理工大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室）確定目標靶點，以確定最佳灼蝕位置同時避免可能存在的干擾，例如溶孔、石英礦脈以及瀝青等。原位微區(qū)微量元素和Sr同位素測試在武漢上譜分析科技有限責任公司開展，在高倍顯微鏡下確定靶點并編號，然后在反射光下找到相應點位讓電腦自動記錄每張薄片的點位坐標，使用GeoLasHD激光剝蝕系統(tǒng)，Agilent7900等離子體質(zhì)譜儀分析結果，激光能量 80mJ ，頻率 5Hz ，激光束斑直徑 44μm 。使用國際標準和內(nèi)部標準獨立協(xié)議[32]校準元素濃度，微量元素校正標準樣品：NIST610、BHVO-2G、BIR-1G、BCR-2G。本文采用后太古代澳大利亞頁巖（PAAS）對稀土元素 +Y （REY）含量歸一化，以便進行比較33]。此外，在原位微區(qū)微量元素分析的基礎之上，選取20個點位進行Sr同位素分析（粒和巨分別10個點位）。Sr同位素測試使用GeoLasHD激光剝蝕系統(tǒng)對點位灼蝕，采用激光束斑直徑為 60μm ，能量強度為 10J/cm² ，重復頻率為10Hz，使用多接收質(zhì)譜MC-ICP-MS檢測粒和巨 Sr 同位素值，標樣推薦值：MAD：0.71180，Durango：0.70632，YG0440：0.71372，CPX05G：0.70741，HNB-12：0.703 86，YG4301：0.703 43。 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 分析誤差小于0.00020。

3 巖相學特征

3.1 粒灰?guī)r

元壩地區(qū)早三疊世飛仙關組粒灰?guī)r主要發(fā)育在飛二段的臺地邊緣，由多套向上變淺的米級沉積序列組成，沉積序列中上部發(fā)育厚層、塊狀粒灰?guī)r層（圖1c、圖2a），粒類型多為同心和復（粒徑多介于 0.8～1.2mm ，且見大量粒溶蝕后形成的針狀溶孔和鑄模孔（圖2b，c），主要是文石在地表大氣淡水環(huán)境中溶蝕形成的。沉積序列中部主要發(fā)育厚層狀鮞粒灰?guī)r，以同心鮞和泥晶鮞為主（粒徑普遍介于0.5～0.8mm ，沉積序列下部的微晶灰?guī)r中含有少量泥晶。多數(shù)粒的核心為有機質(zhì)含量較高的似球粒，少見生物碎屑，指示粒形成的海水條件不利于后生生物發(fā)育。多數(shù)粒表現(xiàn)為顆粒支撐，基質(zhì)為亮晶方解石膠結物（圖2d，e），說明粒形成于水動力較強的淺水環(huán)境。此外，在鮞粒灰?guī)r中常見強水動力環(huán)境下形成的破碎和多次搬運形成的復，也說明粒形成的水動力較強（圖2f）。

（a）厚層、塊狀粒灰?guī)r，發(fā)育在米級向上變淺沉積序列的中上部，旺蒼高陽剖面；（b）照片a中黑色方框區(qū)域放大，在塊狀粒灰?guī)r中見針狀溶孔；（c）溶孔粒灰?guī)r，紅色部分為溶孔，鑄體薄片，單偏光，元壩27井；（d）同心，粒分選較好，直徑介于 0.5～0.8mm ，亮晶膠結，單偏光，元壩5井；（e）同心，亮晶膠結，部分粒泥晶化，但仍見同心紋層（黃色箭頭），粒內(nèi)溶孔被瀝青充填，單偏光，元壩22井;（f）破碎和復（黃色箭頭），指示強水動力，單偏光，元壩3井； Π（Π_g） 文石質(zhì)礦物成分的磚砌結構（黃色箭頭），單偏光，元壩205井；（h）粒紋層中保留的針狀文石晶體結構（黃色箭頭），單偏光，元壩2井;i）粒的陰極發(fā)光表現(xiàn)為不發(fā)光，元壩224井

鮞粒的原始礦物是判別海水性質(zhì)的重要依據(jù)。元壩地區(qū)飛仙關組部分粒的紋層中見“磚砌結構”（圖 2g ，這種結構主要是文石溶解或新生變形被嚴格限制在單個紋層內(nèi)形成的，是文石鮞的判別標志之一[34。此外，多數(shù)粒紋層由針狀的碳酸鹽晶體組成，這些針狀碳酸鹽晶體多為文石（圖2h）。在陰極發(fā)光下，多數(shù)粒表現(xiàn)為不發(fā)光（圖2i），指示這些粒受后期成巖作用改造較弱。

3.2 巨鮞

元壩地區(qū)早三疊世巨鮞也主要出現(xiàn)在飛二段的臺地邊緣，但其發(fā)育不受向上變淺沉積序列控制，在沉積序列的不同部位均有分布（圖 ^3a，b ）。多數(shù)巨灰?guī)r呈薄層分布，底界面多為沖刷面，下部巨密集分布且粒徑較大，向上巨的發(fā)育程度和粒徑大小均減小（圖3a），指示巨發(fā)育與間接性強水動力有關，且隨著水動力逐漸減弱數(shù)量和直徑逐漸減小。此外，巨表現(xiàn)出較差的分選性（圖3b），進一步說明其形成于間接性強水動力環(huán)境，多與風暴作用有關。顯微觀察發(fā)現(xiàn)，巨普遍具有深色和淺色紋層的韻律同心圈層，粒徑大小介于 2～5mm 。巨的核心類型多樣，見生物碎屑、暗色球粒甚至普通鮞粒（圖3c，d），可能在強水動力下，生物碎屑和粒可作為核心，繼續(xù)生長形成巨25]。

（a）巨發(fā)育在微晶灰?guī)r中底部見沖刷面（黃色虛線），向上巨的發(fā)育程度和粒徑大小逐漸降低，元壩27井；（b）巨發(fā)育在粒灰?guī)r中，粒徑大小不一，分選較差，龍?zhí)洞迤拭妫唬╟）以核心為生物碎屑的巨，受風暴影響再沉積形成，單偏光，元壩21井；（d）以粒為核心的巨，亮晶膠結，單偏光，元壩205井；（e）巨包殼，由鑲嵌狀碳酸鹽巖晶粒組成（黃色箭頭），單偏光，元壩204井；（f）核心為粒的巨鮞，核心被溶蝕，見殘余粒結構，指示兩者的原始礦物不同，包殼中見暗色微生物鉆孔，單偏光，元壩205井； Π（Π_g） 巨紋層中見疑似藍細菌的鏈狀結構（黃色方框內(nèi)），單偏光，元壩3井

巨的原始礦物與鮞粒的原始礦物存在明顯差異。巨包殼紋層主要由鑲嵌狀的碳酸鹽晶粒組成（圖3e），而這些鑲嵌狀晶體多被認為是低鎂方解石[4。巨的包殼一般保存較好，而粒多被溶蝕或者重結晶（圖3f，指示普通粒的原始礦物較巨不穩(wěn)定，更易遭受溶蝕形成溶孔。在地表環(huán)境下，低鎂方解石比文石更加穩(wěn)定。此外，在巨鮞包殼中見暗色微生物鉆孔（圖3e）和疑似藍細菌的鏈狀結構（圖3g），指示微生物活動與巨形成密切相關。

4地球化學特征

4.1陸源碎屑和成巖作用影響評價

前人研究認為粒特別是文石質(zhì)粒不穩(wěn)定，易從不穩(wěn)定文石質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定低鎂方解石質(zhì)，但仍能保留當時原始海水化學信息[35]。盡管如此，本次所選樣品還是避開了重結晶粒，而是選擇紋層保存較好的粒和巨，同時分析了陸源碎屑和成巖作用等對元壩地區(qū)鮞粒和巨稀土元素 +Y （REY成分的影響。如果碳酸鹽巖被陸源碎屑污染，則測得的Al，Zr，Th，U 等元素含量與？REE之間呈正相關關系[36-37]，，本次利用元素和稀土元素的相關性分析，評價了陸源碎屑和成巖作用影響（圖4）。AI和U與∑REE相關性較差（圖 ^4a，b） ，說明這些樣品受到的陸源碎屑影響較小。此外， Mn 氧化物對Ce異常影響較大，元壩地區(qū)鮞粒和巨的 Mn 和Ce異常交會圖（圖4e）顯示，兩者的相關性不明顯（ R²=0.0015 ，這意味著 Mn 氧化物未對粒和巨的Ce異常特征造成明顯影響。而Ba含量會對8Eu值產(chǎn)生影響，導致Eu正異常偏高[38]。分析結果顯示兩者并無明顯相關性（圖4f， R²=0.0355 ）。

Mn/Sr 比值是判斷碳酸鹽礦物是否遭受成巖蝕變的重要指標，如果 Mn/Sr 小于1，則表示碳酸鹽巖樣品中的成巖作用影響可忽略不計2。本次測試的粒和巨鮞樣品都具有極低 Mn/Sr 值（圖4d， Mn/Sr 介于0.002＼～0.040），表明選取的樣品受到的成巖蝕變非常微弱。海水成因的碳酸鹽巖礦物在陰極發(fā)光下，一般不發(fā)光，但在成巖蝕變之后一般發(fā)紅色光2。本次測試的粒和巨均不發(fā)光（圖2i）。此外，所選取的鮞粒和巨樣品沒有呈現(xiàn)MREE富集的“帽形\"稀土元素配分型式（圖5），MREE（ |Pr_N/Yb_N? 與 Mn 含量之間相關性較弱（圖4c），指示稀土元素含量受到孔隙流體的成巖影響較弱[36]

a）Al含量與∑REE濃度無明顯正相關；（b）U含量與∑REE濃度無明顯正相關； （c）Mn 含量與 Pr_SN/Yb_SN 相關性較弱；（d）所有樣品的 Mn/Sr 顯示低值；（e）Ce異量的關系，兩者相關性較差，意味著 Mn （氫氧）氧化物對粒和巨的干擾可以忽略不計； （f）Eu 異常與Ba含量的關系，兩者無明顯相關性

4.2微量元素差異

自然界中文石和低鎂方解石的 Sr 濃度存在明顯差異，因此可依據(jù) Sr 含量判別粒和巨的原始礦物34。元壩地區(qū)早三疊世鮞粒紋層的 Sr 含量介于850～7000μg/g （平均為 2151.62μg/g） ，巨的 Sr 含量較低，介于 622～1231μg/g （平均為 732.98μg/g ，指示粒和巨鮞的原始礦物存在差異。鈉濃度、 Sr/Ba 和K/Na常被用作古鹽度的恢復指標3。分析發(fā)現(xiàn)元壩地區(qū)早三疊世巨鮞平均鈉濃度為 119.12μg/g Sr/Ba 值平均為 403.49，K/Na 值平均為0.970 n=19 ；而普通粒的平均鈉濃度為 243.37|ug/g Sr/Ba 值平均為 654.27，K/Na 值平均為1.95（ n=15 ），粒形成的古鹽度明顯高于巨。Fe濃度、V/（ ΔV+Ni 和V/Cr比值可以指示古環(huán)境氧化還原條件變化9.3。元壩地區(qū)早三疊世粒的Fe含量介于 750～2600μg/g （平均為941.23μg/g ）， V/（V+Ni） 平均值為0.71，V/Cr平均值為2.11（ n=15 ）；而巨的Fe含量介于 141～555μg/g （平均為 247.92μg/g ）， V/（V+Ni） 平均值為0.56，V/Cr平均值為1.15（ n=19 （表1）。這些數(shù)據(jù)說明粒形成于更加還原的海水中。

4.3 Sr同位素差異

海水Sr同位素組成主要受河流通量和地幔通量的比例控制[39]。河水的 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 平均比值為0.71190，熱液 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 比值為 0.70350^[39] 。海水中 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 值的增加可歸因于大陸風化增強帶來的更多放射性 Sr 輸入，指示陸源風化作用增強[3941]。元壩地區(qū)早三疊世巨鮞 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 值介于0.70732＼～0.70738，平均值為0.70736（ n=10 ），而鮞粒 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 值介于 0.707 25～ 0.70731（表3），平均值較低，為 0.70729（n=10） 。元壩地區(qū)早三疊世巨鮞 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 值普遍大于鮞粒，指示陸源風化作用增加，其沉積環(huán)境有明顯變化

4.4粒和巨REE特征差異

碳酸鹽巖粒的稀土元素研究采用PAAS對樣品進行標準化，分析樣品的LREE、MREE、LREE/HREE ??δEu??δCe 等指標， δCe 和 δEu 用Lawrence etal.[42]的方法進行計算，具體公式為：

（Ce/Ce^*）_N=Ce_N/（Pr_N×（Pr_N/Nd_N））

（Eu/Eu^*）_N=Eu_N/（Sm_N²×Tb_N）^1/3

（Pr/Pr^*）_N=Pr_N/（0.5Ce_N+0.5Nd_N）

式中： （Ce/Ce^*）_N 表示Ce異常值， Eu.Pr 同理， X_N 表示X元素PAAS標準化后的值。

表2和表3列出了粒和巨的微量和REY含量，以及 La_N/Yb_N，δEu.δCe 等，巨和粒的PAAS標準化REY模式顯示：巨具有LREE相對HREE虧損（平均 La_N/Yb_N=0.41 ）、Ce負異常（平均 δCe=0.91 ）較弱的 Eu 正異常（平均 δEu=1.31 和較高Y/Ho值特征（平均為45.46）;粒顯示LREE相對HREE富集（平均 La_N/Yb_N=1.23 ）、較弱的Ce正異常（平均 δCe=1.02 ）、較強的Eu正異常（平均 δEu=1.73 和較低Y/Ho值（平均為34.21）特征（圖5）。

5討論

5.1早三疊世輀粒和巨輀的沉積環(huán)境

5.1.1水動力條件的差異

傳統(tǒng)觀點認為水動力條件是控制粒（特別是巨）發(fā)育、粒徑大小的主要因素[21-23.27]，但該推斷被不少學者質(zhì)疑，認為微生物作用和碳酸鹽飽和度才是粒和巨形成的關鍵[20.24]。然而，本次研究認為水動力條件仍是控制粒和巨發(fā)育的重要因素。

巖相古地理顯示，元壩地區(qū)早三疊世鮞粒和巨鮞主要分布在臺地邊緣和臺內(nèi)古地貌高地等水動力較強的區(qū)域，在臺內(nèi)洼地、斜坡和盆地等碳酸鹽飽和、水動力弱的區(qū)域欠發(fā)育（圖1b），這說明水動力大小是控制鮞粒和巨發(fā)育和分布的重要因素。此外，通過觀察巖心和薄片也發(fā)現(xiàn)，元壩地區(qū)早三疊世鮞粒和巨鮞類型多為同心，發(fā)育亮晶膠結，也指示其形成于強水動力條件。

進一步分析發(fā)現(xiàn)，元壩地區(qū)早三疊世鮞粒主要發(fā)育在向上變淺沉積序列的中上部，由下到上粒具有逐漸增多、粒徑不斷增大和鑄模孔增多的特征（圖2a、圖6），說明粒形成于水動力較強且易暴露的淺水環(huán)境。然而，巨鮞灰?guī)r的發(fā)育不受向上變淺的沉積旋回控制，在沉積旋回下部的微晶灰?guī)r和中上部的鮞粒灰?guī)r均有分布（圖6）。巨灰?guī)r與下伏微晶灰?guī)r或者粒灰?guī)r的接觸面表現(xiàn)為不平整接觸，發(fā)育明顯的侵蝕底面。巨灰?guī)r的分選性較差，粒徑主要介于 2～5mm （圖3a、圖6）。這些現(xiàn)象說明巨鮞形成于間歇性強水動力環(huán)境中，特別是風暴作用發(fā)育環(huán)境。大量研究發(fā)現(xiàn)早三疊時期大氣具有超高的 CO₂ 分壓，這不僅引起了全球低緯度地區(qū)的氣溫和海水表層溫度明顯升高，也導致當時風暴等極端天氣頻發(fā)[16-19]。因此，粒形成于正常浪基面之上且水動力較強的淺水環(huán)境，而巨鮞形成于風暴浪基面之上且間歇性水動力影響（多為風暴作用）較強的環(huán)境。

5.1.2原始沉積礦物差異

研究發(fā)現(xiàn)元壩地區(qū)早三疊世鮞粒和巨鮞的原始礦物并不完全一致，粒的原始礦物主要為文石，而巨主要為低鎂方解石，主要依據(jù)如下：（1）晶體結構差異。晶體結構是判斷碳酸鹽礦物成分的重要依據(jù)，文石屬于斜方晶系，晶體以沿C軸生長的針狀、柱狀、纖維狀為主，而方解石為三方晶系，晶體以粒狀和鑲嵌狀為主[34。研究區(qū)早三疊世粒主要由針狀文石晶體組成（圖2h），且見文石質(zhì)同心特有的“磚砌結構”（圖 2g ），而巨則主要由鑲嵌狀低鎂方解石晶體組成（圖3e）；（2）穩(wěn)定性差異。文石和高鎂方解石在地表大氣淡水環(huán)境下不穩(wěn)定易發(fā)生溶蝕，同時在埋藏環(huán)境下由于熱力學不穩(wěn)定易發(fā)生重結晶，可轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的低鎂方解石[34]。研究區(qū)粒灰?guī)r中常見鑄模孔、粒內(nèi)溶孔和重結晶（圖2b、圖6），而巨鮞灰?guī)r中卻十分少見，指示巨的原始礦物成分比鮞粒更加穩(wěn)定。 （3）Sr 含量差異。自然界中，文石的Sr含量較高，而低鎂方解石的 Sr 含量較低[43-44]。元壩地區(qū)鮞粒的 Sr 含量介于 850～7000μg/g ，而巨Sr含量介于 622～1231μg/g （圖7c），接近現(xiàn)代海洋環(huán)境下低鎂方解石質(zhì)沉積物濃度 （1500～2000μg/g）^[43]， 這進一步指示鮞粒和巨鮞的原始礦物分別由文石和低鎂方解石組成。

鮞粒原始礦物成分與海水化學成分之間存在關聯(lián)，是探究古海水化學成分變化的重要依據(jù)[19-23]Sandberg[45]提出在 Mg²⁺/Ca²⁺ 大于2的海水中（文石海）鮞粒原生礦物主要為文石和高鎂方解石，而在Mg²⁺/Ca²⁺ 小于2的海水中（方解石海）主要為低鎂方解石。本次研究發(fā)現(xiàn)元壩地區(qū)早三疊時期粒和巨的原始礦物表現(xiàn)出文石和低鎂方解石的差異，指示早三疊世海水化學成分并不穩(wěn)定。

5.1.3古鹽度條件差異

Na濃度已被廣泛用作碳酸鹽巖中可能的古鹽度指標，研究樣本中巨平均鈉濃度為 119.12μg/g 普通鮞粒的平均鈉濃度為 243.37|ug/g ，但僅靠鈉含量指示古鹽度存在爭議，因此本文還參考了 Sr/Ba，K/ Na、B等可以指示古鹽度的指標[22.36]。 Sr/Ba 比值上升表明水體鹽度增加，氣候干旱，蒸發(fā)強烈。K/Na值也可指示鹽度，K/Na值越大表示水體鹽度越高3。元壩地區(qū)飛仙關組粒較巨含有更高的 Sr/Ba 值和K/Na值（圖7a，b），且具有較好的線性關系（圖7a），指示普通鮞粒沉積海水環(huán)境可能具有更高的鹽度，氣候較干旱，蒸發(fā)強烈，而在巨出現(xiàn)時期，氣候變得相對濕潤，海水鹽度降低。

5.1.4氧化還原條件差異

V/（ ΔV+Ni 比值可以用來評估古海水氧化還原條件4，其值小于0.6表示古海洋水體貧氧環(huán)境，介于0.60＼～0.84指示缺氧弱分層水體，大于0.84則表明為靜海相還原環(huán)境4；V/Cr比值也被人們用來指示氧化還原條件，其值小于2表示富氧環(huán)境，介于2＼～4.25指示環(huán)境缺氧，大于4.25指示還原環(huán)境48，然而這些判別標準主要是基于碎屑巖的氧化還原研究。碳酸鹽巖的V、Ni和Cr等元素含量較低，易受多種因素控制，不能簡單按照碎屑巖劃分標準進行氧化還原環(huán)境判識，但可以通過比值來推斷氧化還原程度的變化49]。元壩地區(qū)早三疊世鮞粒的 V/（V+Ni） 平均為0.71，V/Cr平均為2.11，巨 V/（V+Ni） 平均為0.56，V/Cr平均為1.15，V/Cr比值與V/ （V+Ni） 比值協(xié)同性較好（圖8a），同時粒樣品平均Fe含量高于巨（圖8b），指示其沉積時海水較鐵化（巨平均Fe含量為248μg/g ，粒平均Fe含量為 941μg/g ）， V/（V+Ni） ！V/Cr和Fe元素含量表明粒形成于更加還原的海水中。

稀土元素（REE）特征可定性、定量地指示碳酸鹽巖沉積環(huán)境的氧化還原狀態(tài)，主要參考指標有 La_v/ Yb_v.Ce 和Eu異常以及Y/Ho比值[2742]。氧化水體中稀土元素一般表現(xiàn)為LREE的虧損，而弱氧和缺氧水體具有富LREE特征[50-51]，通常情況下用 La_N/Yb_N 代替LREE_v/HREE_v La_N/Yb_N 小于1代表LREE相對HREE虧損[7]。本研究巨樣品平均 La_s/Yb_s=0.41（n=19） ，LREE相對虧損，而普通粒平均 La_v/Yb_v=1.23（n= 15），LREE相對富集，其次粒的平均Y/Ho值低于巨，弱氧和缺氧水體中Y/Ho值會降低[50.52-53]

碳酸鹽巖Eu正異常一般與還原性高溫熱液流體 gt;200% ）有關，可指示高溫熱液的影響。近年來，不少研究發(fā)現(xiàn)在弱氧或缺氧條件下Eu被還原為 Eu²⁺ Eu 離子的半徑增大，從而更易代替 Ca²⁺ 進入碳酸鹽晶格中，與相鄰元素性質(zhì)發(fā)生分異，也可以引起Eu正異常[54-56]。本次研究發(fā)現(xiàn)粒具有較明顯的Eu正異常，這可能與其形成于還原的海水環(huán)境有關，而非受熱液的影響。這主要是因為高溫熱液流體進入洋底與深部還原海水混合后，溶解的 Eu²⁺ 離子未被氧化，使得深部海水具有Eu正異常的特征。受深部海水頻繁上涌的影響，Eu正異常的海水與淺水臺地海水混合，由于早三疊世淺水臺地仍處于還原環(huán)境，溶解的 Eu²⁺ 離子在淺水臺地仍未氧化，導致淺水臺地海水保留了Eu正異常的特征。因此，粒Eu正異常不僅指示了淺水臺地還原環(huán)境，還一定程a）B元素含量和K/Na比值呈現(xiàn)較好協(xié)同性，巨紋層數(shù)值聚集在較低區(qū)間；（b）粒Sr/Ba比值總體呈現(xiàn)大于粒的趨勢；（c）粒的Sr含量明顯高于巨示其沉積環(huán)境以“文石海”為主；（d）巨 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 普遍大于鮞粒，指示巨沉積時期大陸風化加劇度上證實了深部海水頻繁上涌的影響。

Ce異常可定量的說明碳酸鹽巖沉積環(huán)境的氧化還原狀態(tài)。 Ce³⁺ 在氧化環(huán)境中會被氧化成不溶于水的 Ce⁴⁺ ，有機質(zhì)、 Mn -Fe氧化物和黏土顆粒優(yōu)先吸附Ce⁴⁺ ，使水體呈現(xiàn)Ce虧損 δCelt;1 ）。而弱氧或缺氧水體中，富 Mn -Fe氧化物/氫氧化物的顆粒會發(fā)生還原溶解導致 Ce⁴⁺ 被還原為 Ce³⁺ 并釋放到水體中，促使Ce在海水中富集，并呈現(xiàn)Ce正異常 （δCelt;1 ）[57]。La的異常會影響到Ce異常的計算結果，使用（ ΔCe/Ce^*）_N 與（Pr/Pr^*）_i 的交會圖的方法可以避免線性計算中正La異常的干擾[37，58，結果顯示巨的數(shù)據(jù)平均值位于正常的負Ce異常區(qū)域，代表弱氧化沉積環(huán)境，粒的數(shù)據(jù)平均值位于正常的Ce正異常區(qū)域，表示還原沉積環(huán)境（圖9）。

5.2早三疊世鮞粒和巨鮞成因及古環(huán)境意義

二疊紀一三疊紀之交（PTB）發(fā)生了顯生宙以來最嚴重的生物集群滅絕事件，火山活動、大規(guī)模海侵、極高的 CO₂ 分壓和高溫、海水缺氧和硫化等多種極端環(huán)境事件是造成這次生物滅絕的主要原因[15-19，59]。部分極端環(huán)境事件持續(xù)至早三疊世，不僅嚴重延緩了生物復蘇，還與早三疊世全球鮞粒和巨的廣泛分布存在一定的耦合關系[19]。

5.2.1 早三疊世鮞粒成因及古環(huán)境意義

基于鮞粒沉積環(huán)境分析，認為元壩地區(qū)早三疊世飛二段粒主要形成于強水動力、缺氧、較高鹽度和碳酸鹽飽和的文石海中（圖10a），主要與以下極端環(huán)境事件有關：（1）與海洋缺氧事件的聯(lián)系。元壩地區(qū)飛二段粒雖形成于臺地邊緣淺水環(huán)境，但普遍缺氧，這多與早三疊世深部海水頻繁上涌有關[21-23]

（圖10a）。早三疊世深層海水具有缺氧、碳酸鹽飽和、高堿度和低 SO₄² 濃度的特征，且富含 HCO₃^-，CO₃^2- 和HS。深部海水頻繁上涌勢必造成淺層海水缺氧，缺氧的海水有利于硫酸還原菌大量繁殖，微生物硫化還原作用可消耗大量 SO₄^2- 并誘導碳酸鹽沉淀，可提高淺層海水的堿度、 CaCO₃ 飽和度和降低 SO₄^2- 濃度。與此同時，深層海水上涌也可以通過 HCO₃^- 和CO₃^2- 的大量輸入提高淺層海水碳酸鹽飽和，并通過HS^-+H₂O?H₂S+HO^- 化學反應機制提高海水的堿度，從而促進鮞粒形成[61-62]。（2）與溫度異常的聯(lián)系。前人研究認為，早三疊世全球低緯度地區(qū)氣溫和海水溫度明顯升高。本次研究發(fā)現(xiàn)鮞粒平均鈉濃度為243μg/g ，超過高鹽環(huán)境閾值 （230μg/g）^[22] ，這可能與當時超高的 CO₂ 分壓導致的氣候變暖有關，海水溫度升高會提高碳酸鈣飽和度，促進粒的形成[3]。（3）與陸源風化增強的聯(lián)系。鮞粒 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 平均值為0.707 29，高于晚二疊長興組末期海水（0.70711）[62]，指示早三疊世陸源風化加強，而陸源風化增強可維持海水富營養(yǎng)化和碳酸鹽飽和。（4）與微生物爆發(fā)的聯(lián)系。由于深部海水上涌和陸源風化增強可維持淺層海水富營養(yǎng)化，這導致了早三疊世微生物爆發(fā)。微生物廣泛參與鮞粒的形成，特別是暗色紋層的形成[19]。

綜合分析認為，早三疊世粒的大規(guī)模形成并非受單一因素的控制，而是受強水動力、大規(guī)模海洋缺氧、氣候變暖和微生物等因素共同作用。由于元壩地區(qū)早三疊世飛仙關組的粒主要分布在飛二段臺地（大陸架）邊緣，而臺地邊緣頻繁受深部海水上涌的影響（圖10a），所以強水動力和深部海水上涌是控制早三疊世鮞粒形成的關鍵因素。深部海水上涌造成淺層海水缺氧可能是制約早三疊系海洋生態(tài)系統(tǒng)復蘇的重要原因。

5.2.2早三疊世巨成因及環(huán)境意義

基于巨鮞巖相和地球化學分析，認為元壩地區(qū)早三疊世飛二段巨形成于間歇性強水動力（多為風暴作用）弱氧化和碳酸鹽飽和的“方解石海”中（圖 10b ）。本次研究選取的粒和巨樣品均來自同一地區(qū)（元壩地區(qū)）和同一層位（飛二段中上部），甚至同一米級旋回（圖6），鮞粒和巨原始礦物的差異指示早三疊世海水化學性質(zhì)在短時間內(nèi)頻繁發(fā)生變化。由于鮞粒和巨形成的大背景（如深部海水頻繁上涌、超高的 CO₂ 分壓、陸源風化增強等）是相似的，所以間歇性強水動力是造成巨和鮞粒差異成因的關鍵因素（圖10）。前人研究認為，全球早三疊世的風暴作用極為頻繁[15-19]，是引起早三疊世間歇性強水動力的主要原因。因此，風暴作用不僅是誘導早三疊世巨鮞形成的重要因素，也可能是維持早三疊世淺層海水化學性質(zhì)頻繁變化的重要原因。

早三疊世風暴作用導致淺海化學性質(zhì)發(fā)生變化的原因主要是大氣氧含量增加和陸源風化增強的特殊背景64]。元壩地區(qū)早三疊世巨沉積時海水環(huán)境鹽度較低、 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 值較高（巨平均 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 為0.70736，鮞粒 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 平均值為0.70729），指示與風暴作用有關的強降水可增加陸源地表水（河水）輸入淺層海水。由于早三疊世大氣氧含量逐漸增加，地表水普遍氧化，大量氧化地表水輸入海洋，增加了淺層海水的氧含量。與此同時，風暴作用引起的巨大波浪增加了海水與空氣的接觸面積，進一步造成淺層海水氧化。在風暴作用的影響下，早三疊世海水開始出現(xiàn)氧化還原分層的特征，即表層海水氧化、大陸架海水硫化和深層海水缺氧[27.60]。巨形成于淺水環(huán)境，因此其具有弱氧化特征。另外，大陸風化作用的加劇可溶蝕大量暴露在地表的碳酸鹽礦物，使地表水中的 Ca²⁺ 增加[3。風暴作用引起的強降水可使大量富 Ca²⁺ 的陸源地表水輸入淺層海水，造成淺層海水的Mg/Ca 比值降低。由于分層海水的存在，淺層氧化、低 Mg/Ca 海水和深層缺氧、高 Mg/Ca 海水的物質(zhì)交換并不順暢，可在淺層海水中形成短暫的弱氧化“方解石海\"（圖10b）。

雖然風暴作用引起的強降水會造成淺層海水堿度和碳酸鹽飽和度一定程度的降低，但這種影響在深部海水頻繁上涌的大背景下是微弱的。Lietal.23]利用巨形成的物理和化學模型分析認為早三疊世巨鮞形成的海水碳酸鹽飽和度仍是現(xiàn)今海水的7倍以上。此外，深部海水上涌和陸源風化為淺層海水提供了大量的營養(yǎng)物質(zhì)，維持了當時海水的富營養(yǎng)化[]。海水富營養(yǎng)化促使淺層海水藍細菌大規(guī)模爆發(fā)，其新陳代謝活動和相關胞外聚合物（EPS）降解可提高微環(huán)境堿度和碳酸鹽飽和度14]。不少學者在巨中發(fā)現(xiàn)大量藍細菌和EPS，表明藍細菌可能大規(guī)模參與巨形成[12-14.5-67]，該推斷被巨鮞中的鏈狀藍細菌證實（圖 3g ）。

地質(zhì)歷史時期，巨鮞常形成于缺氧、高堿性和碳酸鹽飽和的強水動力淺水環(huán)境，它的形成常與風暴作用和深部缺氧海水上涌有關，往往代表了海洋環(huán)境惡化2。然而本次研究發(fā)現(xiàn)，在飛二段大氣逐漸氧化、大陸風化作用加劇的背景下，風暴作用不僅誘發(fā)了巨形成，還促進了海洋環(huán)境改善。造成這種差異的主要原因是巨形成的背景不同，如果巨形成時期大氣氧含量低和大陸風化作用較弱，風暴對海洋環(huán)境則無明顯改善作用，而具備大氣氧含量高和大陸風化作用強的條件時（如早三疊世），風暴作用則會對海洋環(huán)境起到明顯改善作用。

6結論

（1）元壩地區(qū)早三疊世飛二段鮞粒和巨鮞類型以同心為主，發(fā)育亮晶膠結。粒主要分布在向上變淺米級旋回的中上部，而巨的分布不受沉積旋回控制，在米級旋回的任何部位均有分布。粒灰?guī)r發(fā)育大量鑄模孔和重結晶，而巨灰?guī)r欠發(fā)育，指示鮞粒的原始礦物較巨更不穩(wěn)定。

（2）元壩地區(qū)早三疊世飛二段鮞粒形成于強水動力（臺緣）缺氧和碳酸鹽飽和的“文石海”。鮞粒的形成與深部海水上涌、氣候變暖、陸源風化加強和微生物爆發(fā)等極端環(huán)境事件有關，其中深部海水頻繁上涌和強水動力是控制粒形成的關鍵因素。

（3）早三疊世巨鮞與鮞粒的形成環(huán)境呈現(xiàn)一定差異。巨鮞形成于間歇性強水動力（如風暴作用）、弱氧化和碳酸鹽飽和的“方解石海”。巨鮞的形成不僅與深部海水上涌、氣候變暖、陸源風化加強和微生物爆發(fā)等環(huán)境事件有關，還與極端風暴氣候有關。

（4）在大氣氧化、大陸風化作用加劇的背景下，風暴作用引起的強降水增加了氧化、富 Ca²⁺ 陸源地表水向海水的輸人，使得表層海水逐漸氧化、并降低了Ma/Ca 值，這可能是早三疊世缺氧“文石海”和弱氧化“方解石海”頻繁變化，以及早三疊世海水環(huán)境逐漸改善的重要原因。

致謝感謝中石化西南油氣分公司在巖心觀察和取心過程中給予的幫助，感謝五位審稿專家和編輯部老師提出寶貴的修改意見。

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Abstract：[Objective] The Early Triassic was a special geological period after the mass extinction of organisms， during whichooliticand giantooliticdeposits were widelydeveloped in shallow carbonate platforms worldwide.However，there isstillsignificant controversyregarding theoriginand paleomarineenvironmental significanceofoolitic and giant olitic deposits.Methods]Basedon field and core observations，this studyutilized petrological，mineralogical，andgeochemicalanalyses toexplore thesdimentarycharacteristics，genesis，andpaleoenvironmental significance of the Early Triasic Feixianguan Formation oolites and giant olites in the Yuanba area.[Results]Research shows that theoolites and giant oolites of the Feixianguan Formation in the Yuanba area primarily developed in the margin zoneof the section 2of FeixianguanFormation.The types ofoolitesare concentricand single crystal olites， which are developed in the middleandupper partof the meter scale sedimentary cycle andare produced in thick layers and blocks，indicating thatthey were formed inashalow waterenvironment with strong hydrodynamic forces and easy exposure. Giant ooids are primarily composed of concentric ooids，which are developed inthe upper part of the meter scale sedimentary cycle andthe lower partof the mud crystal limestone.Theyare produced inathin layer and have clearerosionat the bottom，indicatingthat theywere formed underintermitent strong hydrodynamicconditions， mostlydue to storm action.Basedon geochemical analysis，the Srcontent intheconcentric layer ofoolites is found to be high，and thecrystal structure is mostly needle-likeorrod-shaped，indicating thatthe original minerals are aragonitedeposits.However，theSrcontentintheconcentriclayersof giantooids isrelativelylow，andtheircrystal structureisirregularlyinlaid，indicating thattheiroriginal mineralsarecalcitedeposits.Inaddition，theconcentric layer ofolites has characteristics such as high Fecontent，weak positiveCe anomaly，clear positive Eu anomaly，enrichment of lightrare earth element （LREE）relative to heavy rareearth element （HREE），andlowY/Ho values，indicating that it was formed inareducing environment of iron mineralization.Giant ooids have characteristics such as low Fe content，weak negative Ceanomalies，relative HREE depletion of LREE，and high Y/Ho values，indicating that they were formed in a weaklyoxidizing environment.[Conclusions] Comprehensive analysis suggests that during the sedimentary period of the EarlyTriasic Feixianguan Formation，theseawater was mainlycharacterized by the anoxic aragonite sea.However，inthecontextof gradualatmosphericoxidationand strengthened continental weathering，intermittent storm action increased the input of terrestrial materials（particularly Ca ²⁺ ）and oxidants，resulting in a decrease in Mg/Cain sallow seawaterand weak oxidation，as wellas the development of atransient weak oxidation calcitesea.Thismay be the cause forthe gradual improvementof the marine environmentandslow biologicalrecovery in the Early Triassic.

KeyWords：oolites；giant olites；genetic mechanism；paleomarine environment；Early Triasic；Yuanba district