貴州南部大貴州灘碳酸鹽巖碳酸鹽巖特征

貴州南部大貴州灘碳酸鹽巖碳酸鹽巖特征

“貴州大灘”是三疊紀南盤河盆地最北、發(fā)育良好的孤立碳酸鹽巖平臺。主要位于貴州南部的羅甸縣、平塘縣境,向南尚延入廣西北部(圖1)。研究剖面位于臺地中部羅甸縣邊陽鎮(zhèn)打?qū)⒋鍠|側(cè),二疊系—三疊系界線附近地層為一套連續(xù)的發(fā)育完整的碳酸鹽巖,是研究該時期海相碳酸鹽巖鍶同位素組成的良好場所。用鍶同位素的比值n(87Sr)/n(86Sr)來研究海平面變化和地層對比及定年,已成了近年來地層學研究的熱點之一。有關研究表明:Sr是示蹤海平面變化的靈敏指標之一(Burkeetal.,1982;Veizetetal.,1974),Burke等早在1982年就建立了顯生宙以來全球海水n(87Sr)/n(86Sr)變化曲線。一些研究成果表明,古生代高分辨率的n(87Sr)/n(86Sr)變化曲線與3級海平面升降旋回對應(Dieneretal.,1996;Cumminsetal.,1994),Koepnick等(1990)補充所建立的三疊紀海水的n(87Sr)/n(86Sr)變化曲線,由于P—T界線附近存在沉積間斷,因而曲線不連續(xù)。我國南方很多地方P—T界線附近沉積連續(xù),是彌補歐洲、北美地區(qū)不足的理想之地。國內(nèi)自上世紀90年代以來,已開始了一些鍶同位素組成在海平面變化、沉積環(huán)境分析和地層定年方面的應用研究工作(黃思靜等,1997,2001,2002,2004a,2004b,2005,2006a,2006b,2006c;石和等,2002,2003a,2003b;李華芹等,1994;張自超等,1995;楊杰東等,1994,2001;李榮西等,2000;謝淵等,2000;田景春等,1995;劉燕學等,2006;向芳等,2001;史忠生等,2003;韋剛健,1995;崔秉荃等,1993;鄭榮才等,1997),但涉及到三疊紀鍶同位素研究較少(黃思靜等,2005;2006a;2006b;2006c),特別是P—T界線附近鍶同位素組成資料更少,不過最近得到了補充(黃思靜等,2008)。1晚三疊世晚期巖相古地理研究剖面所在的大貴州灘(圖1),其大地構造位置屬揚子陸塊邊緣(程裕淇,1994)。大貴州灘在晚二疊世已具雛形,在早三疊世具有邊緣鮞灘和輕微的盆地邊緣斜坡,其地貌高差大約為50～100m;至中三疊世灘邊緣的Tubiphytes礁開始發(fā)育,從而構筑了一個具有400多米高差的地貌景觀,并且盆地邊緣斜坡變陡,到中三疊世晚期,大貴州灘演變成了一個高起伏的具侵蝕斷崖的孤立碳酸鹽巖臺地(Lehrmannetal.,1998)。大貴州灘最終被晚三疊世的硅質(zhì)碎屑沉積掩埋,而結束了其漫長的發(fā)展演化歷史。地處大貴州灘中部的羅甸縣邊陽鎮(zhèn)打?qū)⑵拭媛额^良好,為一套淺水碳酸鹽巖臺地連續(xù)沉積,缺失揚子大臺地常見的界線粘土層,以及其上的頁巖和其下的薄層硅質(zhì)巖與玻屑凝灰?guī)r。早三疊世藻類微生物層(丘)直接覆蓋在晚二疊世的生物碎屑灰?guī)r和礁灰?guī)r之上,沒有沉積間斷,但巖石類型和生物面貌卻截然不同(Lehrmannetal.,1998,1999,2001,2003;Payneetal.,2004)。藻類微生物層為鈣質(zhì)微生物骨架灰?guī)r,骨架由呈不規(guī)則狀及樹枝狀分布的黑色球狀化石組成,其間的不規(guī)則孔洞被灰泥和骨骼殘片充填,巖石外形呈波狀至疊層狀。2n97sr同位素測定野外采集無脈體、無變形、無蝕變的新鮮碳酸鹽巖樣品,在南京大學現(xiàn)代分析測試中心用HAc方法進行分析。首先將樣品破碎混合均勻,稱取0.2g樣品,用0.5MHAc浸泡并攪拌15min,后用離心機分離取出上層部分清液,上離子交換柱進行Rb、Sr分離。再用超純水提取分離純化后的Sr進質(zhì)譜計測定n(87Sr)/n(86Sr)同位素豐度比值。質(zhì)譜儀為VG354型同位素質(zhì)譜儀,n(87Sr)/n(86Sr)同位素豐度比值用美國NBS987標準值(0.710225)。從這些樣品相應的微量元素的分析結果來看,Sr含量都在250×10-6以上,最低的278×10-6,最高的1266×10-6,平均445×10-6,樣品含量都大于Derry(1989)建議的鍶同位素地層學研究樣品所需的Sr含量的最小值(200×10-6),且Mn/Sr比值,除兩件樣品的比值大于2外,其余樣品的比值都小于2(鍶同位素地層學研究樣品的Mn/Sr比值,一般應小于2)?？梢娫撈拭鏄悠肥艹蓭r作用的影響小,進行鍶的同位素分析是可行的,得出的分析結果能夠較好地反映海水的鍶同位素組成。3p—打?qū)⑵拭鍼—T界線附近鍶同位素組成打?qū)⑵拭鍼—T界線附近地層的采樣位置及鍶同位素組成列于表1。P—T界線附近地層層序見圖2,二疊系頂部主要為厚層生物屑泥?；?guī)r,而三疊系底部則主要為鈣質(zhì)微生物骨架灰?guī)r及厚層粒泥灰?guī)r。取樣的累計厚度81m,P—T界線位于取樣累計厚度的41.6m處,可見界線上、下的取樣厚度大致各占一半,共取樣品91件。在剖面中有3個極值點,它們分別位于P—T界線之上30.4m(累計厚度72m)處(n(87Sr)/n(86Sr)為0.707096)和界線之下0.5m(累計厚度41.1m)處(n(87Sr)/n(86Sr)為0.707520)及界線之下37.2m(累計厚度4.4m)處(n(87Sr)/n(86Sr)為0.707490)。它們與上、下層間均為突變關系,是異常值,應當剔除。剔除后,鍶同位素組成的演化趨勢如圖2所示。鍶同位素比值變化在0.707269～0.707407之間,平均為0.707327,比現(xiàn)代海水的鍶同位素比值的平均值(0.709073)(Denison,1994)低。二疊系頂部的鍶同位素比值的平均值為0.707323,而三疊系底部的鍶同位素比值的平均值為0.707330,略高于二疊系頂部的平均值。從圖2可看出,P—T界線附近鍶同位素組成曲線的演化趨勢從晚二疊世末期到早三疊世初期,總體上并未發(fā)生明顯變化,僅在P—T界線上下10m左右的范圍內(nèi)比值發(fā)生小幅度的頻繁波動。然而,揚子臺地和世界上其它一些地方P—T界線附近鍶同位素組成的演化是呈明顯上升趨勢的(Veizeretal.,1999;Korteetal.,2003、2006;黃思靜等,2008)。由此可見,該區(qū)P—T界線附近鍶同位素組成的演化趨勢是與眾不同的。4殼源碳質(zhì)細胞因子及其制約作用鍶在海水中存留的時間(1Ma以上)大大地超出了其混合時間(約1ka),因而鍶同位素組成在海水中是均一的(McArthuretal.,1992)。海水中的鍶同位素組成主要受殼源鍶(相對富放射性成因的鍶,n(87Sr)/n(86Sr)比值較高)和幔源鍶(相對貧放射性成因的鍶,n(87Sr)/n(86Sr)比值較低)制約(Palmeretal.,1985,1989)。有關研究表明,海水的n(87Sr)/n(86Sr)比值變化與海平面變化呈負相關關系,海平面上升,陸地面積減小,經(jīng)古老巖石風化剝蝕而帶入海水的富放射性成因的鍶也相應減少,因而n(87Sr)/n(86Sr)比值就會降低。此外,海平面的上升常對應于海底擴張的加劇期,進入海水的貧放射性成因的慢源鍶也就相應增多,這也會造成n(87Sr)/n(86Sr)比值的降低,前述二者共同作用的結果,導致n(87Sr)/n(86Sr)比值變小。反之,當海平面下降,則n(87Sr)/n(86Sr)比值增大。總之,海水的n(87Sr)/n(86Sr)比值變化受控于海平面的升降變化(李榮西等,2000)。從Haq(1987)的全球海平面變化曲線可以看出,從晚二疊世末期到早三疊世初期,海平面總體處于上升階段。然而,從已報道的很多地方這一時期的n(87Sr)/n(86Sr)比值,不但沒有下降,反而急劇上升(Veizeretal.,1999;Korteetal.,2003,2006;McArthuretal.,2001;黃思靜等,2008),上升速率居顯生宙之首(黃思靜等,2006)。在全球海平面上升的大背景下,造成這種狀況的原因被解釋為,二疊紀末期生物大絕滅后,處于生態(tài)空白期,古陸缺乏植被的保護,風化剝蝕加劇,不斷增加的碎屑物質(zhì)的供給和放射性成因鍶進到同時代的海洋中;潮濕氣候帶陸地的擴張帶來的放射性成因鍶通量的增加(Korteetal.,2003;黃思靜等,2006,2008)。大貴州灘晚二疊世末至早三疊世初鍶同位素組成的演化趨勢與其它地方同時期鍶同位素組成的演化趨勢不同,究其原因,除了受全球性事件的控制外,可能與打?qū)⑵拭嫠幍奈恢糜嘘P,其處于大貴州灘內(nèi)部,這是一個特殊的地貌單元(遠離陸地,四周為深水盆地的孤立碳酸鹽巖臺地,類似于現(xiàn)代的巴哈馬灘),長期處于一種水淺、清潔、循環(huán)良好的環(huán)境,受陸源物質(zhì)的影響小,而有別于其它與陸相連的臺地。P—T界線附近沒有發(fā)現(xiàn)陸源碎屑巖和火山碎屑巖,為一套連續(xù)的淺水碳酸鹽沉積。早三疊世初藻類微生物層(丘)的反復出現(xiàn)(Lehrmannetal.,2001),也顯示了大貴州灘特殊的沉積環(huán)境。鍶同位素組成的演化趨勢,可能既受全球性事件的影響,又受地方性條件的制約,因而顯示了其獨特的色彩。由于陸源物質(zhì)對大貴州灘碳酸鹽沉積的影響小,導致了殼源鍶對鍶同位素組成的制約作用減弱,因而P—T界線附近鍶同位素組成總體上未發(fā)生明顯變化,而不同于其它地方同時期的鍶同位素組成的演化趨勢(呈急劇上升)。當然,大貴州灘P—T界線附近鍶同位素組成是否真正反映了當時海水的鍶同位素組成特點,還有待于在南盤江盆地中其它孤立碳酸鹽巖臺地上進一步研究驗證。5州灘p—結論(1)大貴州灘P—T界線附近鍶同位素n(87Sr)/n(86Sr)比值變化于0.707269～0.707407之間,平均0.707327,低于現(xiàn)代海水鍶同位素比值的平均值(0.709073)。(2)大貴州灘P—T界線附近鍶同位素n(87Sr)/n(86Sr)比值變化曲線表明,從晚二疊世末期—早三疊世初期,鍶同位素比值雖小幅度起伏波動頻繁,特別是界線上下10m左右范圍內(nèi),但