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(jì)南盤河盆地最北、發(fā)育良好的孤立碳酸鹽巖平臺(tái)。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(tái)地中部羅甸縣邊陽(yáng)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(shí)期海相碳酸鹽巖鍶同位素組成的良好場(chǎng)所。用鍶同位素的比值n(87Sr)/n(86Sr)來(lái)研究海平面變化和地層對(duì)比及定年,已成了近年來(lái)地層學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。有關(guān)研究表明:Sr是示蹤海平面變化的靈敏指標(biāo)之一(Burkeetal.,1982;Veizetetal.,1974),Burke等早在1982年就建立了顯生宙以來(lái)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(jí)海平面升降旋回對(duì)應(yīng)(Dieneretal.,1996;Cumminsetal.,1994),Koepnick等(1990)補(bǔ)充所建立的三疊紀(jì)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(guó)南方很多地方P—T界線附近沉積連續(xù),是彌補(bǔ)歐洲、北美地區(qū)不足的理想之地。國(guó)內(nèi)自上世紀(jì)90年代以來(lái),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(yīng)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(xué)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(jì)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(guò)最近得到了補(bǔ)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(gòu)造位置屬揚(yáng)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(gòu)筑了一個(gè)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(gè)高起伏的具侵蝕斷崖的孤立碳酸鹽巖臺(tái)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(jié)束了其漫長(zhǎng)的發(fā)展演化歷史。地處大貴州灘中部的羅甸縣邊陽(yáng)鎮(zhèn)打?qū)⑵拭媛额^良好,為一套淺水碳酸鹽巖臺(tái)地連續(xù)沉積,缺失揚(yáng)子大臺(tái)地常見的界線粘土層,以及其上的頁(yè)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(méi)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(cè)定野外采集無(wú)脈體、無(wú)變形、無(wú)蝕變的新鮮碳酸鹽巖樣品,在南京大學(xué)現(xiàn)代分析測(cè)試中心用HAc方法進(jìn)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(jī)分離取出上層部分清液,上離子交換柱進(jìn)行Rb、Sr分離。再用超純水提取分離純化后的Sr進(jìn)質(zhì)譜計(jì)測(cè)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(guó)NBS987標(biāo)準(zhǔn)值(0.710225)。從這些樣品相應(yīng)的微量元素的分析結(jié)果來(lái)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(xué)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(xué)研究樣品的Mn/Sr比值,一般應(yīng)小于2)?？梢娫撈拭鏄悠肥艹蓭r作用的影響小,進(jìn)行鍶的同位素分析是可行的,得出的分析結(jié)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(jì)厚度81m,P—T界線位于取樣累計(jì)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(gè)極值點(diǎn),它們分別位于P—T界線之上30.4m(累計(jì)厚度72m)處(n(87Sr)/n(86Sr)為0.707096)和界線之下0.5m(累計(jì)厚度41.1m)處(n(87Sr)/n(86Sr)為0.707520)及界線之下37.2m(累計(jì)厚度4.4m)處(n(87Sr)/n(86Sr)為0.707490)。它們與上、下層間均為突變關(guān)系,是異常值,應(yīng)當(dāng)剔除。剔除后,鍶同位素組成的演化趨勢(shì)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(shì)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(dòng)。然而,揚(yáng)子臺(tái)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(shì)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(shì)是與眾不同的。4殼源碳質(zhì)細(xì)胞因子及其制約作用鍶在海水中存留的時(shí)間(1Ma以上)大大地超出了其混合時(shí)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(duì)富放射性成因的鍶,n(87Sr)/n(86Sr)比值較高)和幔源鍶(相對(duì)貧放射性成因的鍶,n(87Sr)/n(86Sr)比值較低)制約(Palmeretal.,1985,1989)。有關(guān)研究表明,海水的n(87Sr)/n(86Sr)比值變化與海平面變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,海平面上升,陸地面積減小,經(jīng)古老巖石風(fēng)化剝蝕而帶入海水的富放射性成因的鍶也相應(yīng)減少,因而n(87Sr)/n(86Sr)比值就會(huì)降低。此外,海平面的上升常對(duì)應(yīng)于海底擴(kuò)張的加劇期,進(jìn)入海水的貧放射性成因的慢源鍶也就相應(yīng)增多,這也會(huì)造成n(87Sr)/n(86Sr)比值的降低,前述二者共同作用的結(jié)果,導(dǎo)致n(87Sr)/n(86Sr)比值變小。反之,當(dāng)海平面下降,則n(87Sr)/n(86Sr)比值增大?？傊?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(bào)道的很多地方這一時(shí)期的n(87Sr)/n(86Sr)比值,不但沒(méi)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(jì)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(hù),風(fēng)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(jìn)到同時(shí)代的海洋中;潮濕氣候帶陸地的擴(kuò)張帶來(lái)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(shì)與其它地方同時(shí)期鍶同位素組成的演化趨勢(shì)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(guān),其處于大貴州灘內(nèi)部,這是一個(gè)特殊的地貌單元(遠(yuǎn)離陸地,四周為深水盆地的孤立碳酸鹽巖臺(tái)地,類似于現(xiàn)代的巴哈馬灘),長(zhǎng)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(tái)地。P—T界線附近沒(méi)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(fù)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(shì),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(dú)特的色彩。由于陸源物質(zhì)對(duì)大貴州灘碳酸鹽沉積的影響小,導(dǎo)致了殼源鍶對(duì)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(shí)期的鍶同位素組成的演化趨勢(shì)(呈急劇上升)。當(dāng)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(dāng)時(shí)海水的鍶同位素組成特點(diǎn),還有待于在南盤江盆地中其它孤立碳酸鹽巖臺(tái)地上進(jìn)一步研究驗(yàn)證。5州灘p—結(jié)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(dòng)頻繁,特別是界線上下10m左右范圍內(nèi),但