桂东北吉维特阶与艾菲尔阶界线碳酸盐岩地球化学特征及古环境意义.pdf

桂东北吉维特阶与艾菲尔阶界线碳酸盐岩地球化学特征及古环境意义刘世杰1,2，管琪1,2，潘明3（1.河北地质大学,河北省战略性关键矿产资源重点实验室,河北石家庄050031；2.河北地质大学地球科学学院,河北省战略性关键矿产研究协同创新中心,河北石家庄050031；3.中国地质科学院岩溶地质研究所,广西桂林541004）摘要：依托阳朔县龙岩口艾菲尔阶与吉维特阶界线剖面，采集碳酸盐岩样品 10 个，通过显微特征、元素组分含量及相关元素的比值特征、碳氧同位素数据等，对该界线附近的古海洋沉积环境进行了分析和探讨。研究表明：样品 YS3 层位产牙形刺分子 Polygnathus intermedius，可归属于艾菲尔晚期ensensis 带，为该层位碳同位素偏移事件、Eiffelian 与 Givertian 界线以及 Kak 事件提供了准确的时限约束；参考 Wilson 的标准微相沉积模式，结合岩性特征，识别出 SMF23、SMF16、SMF4 和 SMF15 共四种微相类型；通过对碳酸盐岩主、微量元素及其比值分析，得出以下结论：YS1 至 YS2 对应阶段为沉积水体快速变深，且具有一定物源供给的沉积环境，反映了海侵初期，海洋环境由局限半局限台地相向斜坡相快速转变的地质过程；YS3 至 YS4 阶段低含量的陆源组分反映了水体较深、海平面相对较高的远岸沉积环境，该阶段海洋环境以缺氧为典型特征；YS5 至 YS10 阶段陆源组分含量逐渐增加，出现代表低能环境的放射状鲕粒灰岩，沉积区海平面呈现出明显下降的趋势，剖面中多个向上变厚的进积型层序是良好的沉积学响应；依据氧同位素，重建了古海水温度演化曲线，研究表明该时期海水平均温度为 21，为温暖的亚热带气候，与其位于赤道附近的古地理位置相吻合；样品YS3 层位碳同位素表现出的负偏移现象与摩洛哥全球界线层型剖面和北美加拿大地区同层位的13C 值曲线特征相吻合，共同反映了全球尺度海侵背景下的缺氧沉积环境。关键词：桂东北；Kak事件；碳酸盐岩；古环境；泥盆纪中图分类号：P588.245文献标识码：A文章编号:10014810（2023）03043612开放科学（资源服务）标识码（OSID）：0引言桂林地区泥盆系隶属于华南板块，随着古特提斯洋的开启，华南板块南、西和北缘为被动陆缘裂谷性质的大地构造背景12，在活动方式上表现为由志留纪末期的挤压转化为泥盆纪的拉张裂解。中泥盆世吉维特期开始，裂谷作用增强，桂中和桂西地区浅水台地被深水台间盆地切割，形成棋盘状分布的古地理格局，桂东北地区则形成了北东向狭长延伸的浅水碳酸盐岩台地和深水台沟相间排列的古地理资助项目：中国地质调查局地质调查项目（DD20221637，DD20190022）第一作者简介：刘世杰（1997），男，硕士研究生，矿物学、岩石学、矿床学专业。E-mail：。通信作者：管琪（1978），女，副教授，硕士生导师，研究方向为成因矿物学与岩石学。E-mail：。收稿日期：20220617第42卷第3期中国岩溶Vol.42No.32023年6月CARSOLOGICASINICAJun.2023刘世杰，管琪，潘明.桂东北吉维特阶与艾菲尔阶界线碳酸盐岩地球化学特征及古环境意义J.中国岩溶，2023，42（3）：436-447.DOI：10.11932/karst2023y019格局，这种格局控制了区内沉积相的分异作用及其展布规律。随着研究的深入，华南地区已识别并建立了中晚泥盆世代表不同沉积相类型的层型剖面，如滨岸碎屑岩碳酸盐岩相的象州大乐和横县六景剖面、深水台间盆地（台沟）相的南丹罗富剖面和局限台地相的桂林市唐家湾剖面34。依托这些典型剖面，华南泥盆系在生物地层、年代地层和岩石地层研究方面取得了重大进展。泥盆纪(419.2358.9Ma)是晚古生代的开端，此时地球经历了剧烈的环境和气候变化，具体表现为全球性海平面升降、海洋缺氧/贫氧以及生物灭绝/更替5。早中泥盆世，地球整体上处于温室气候，海洋动物种类具有多样性，从中泥盆世晚期至晚泥盆世，发生了 Kak-otomari 和 Frasnian-Famennian 生物灭绝事件，给全球海洋生物的演化造成了巨大影响，其成因同全球性气候变化，海平面的升降以及海洋氧化还原条件的异常变化有着密切的关系6。Kak事件(亦称为 otomari 事件)，在欧洲代表了一次黑色页岩沉积事件，最早由 House发现并命名7，发生在Eiffelian 与 Givertian 界线（以下简称 E-G 界线）附近，反映了全球海平面的上升和海洋缺氧，具有全球性质4,8，在摩洛哥、加拿大、捷克和我国华南六景等地均有报道9。泥盆纪是地质演化过程中生物和环境演化发生剧烈变化的时期，包括全球性的生物大灭绝事件和碳同位素漂移事件10。广西泥盆系的古生物学及沉积相研究已达到了较高的水平，主要的化石带和沉积相划分都已相当清楚1112，广泛发育的海相碳酸盐岩为在该区系统地开展元素地球化学和稳定同位素地球化学研究奠定了可靠的基础。地质时期古海洋环境的变化，如海水的氧化还原状态、海水盐度、海平面变化、古水深和生产力等信息必然记录在同时期沉积的碳酸盐岩中，岩石的地球化学特征为反演这些信息提供了有效方法、可靠的数据支撑和定量依据1314。碳、氧稳定同位素分析是解读碳酸盐岩沉积史、重建古环境及古气候和反演海洋条件变化的主要手段之一15，加拿大地区 Kak-otomari 事件层位的13C 值在1.4+0.2之间波动16，我国六景地区13C 值在 0.11.6之间4；全球界线层型剖面点即摩洛哥地区的值在7117。目前，桂东北地区仍缺乏 E-G 界线附近化学地层和事件地层的研究报道，与加拿大和捷克等地的 Kak 事件层位相比，研究区在沉积相和岩石组合方面存在明显差异，其碳同位素波动区间及演化趋势具体如何，还需进一步研究。本文以桂林阳朔地区龙岩口民塘组碳酸盐岩剖面为研究对象，通过微相和地球化学分析，重建关键事件层位的古海洋环境和古气候，可为深化桂东北地区民塘组以及 E-G 界线的认识提供新的依据。1区域地质概况研究区出露地层以泥盆系和下石炭统为主（图 1）。自早古生代以来，研究区构造事件频发，经历了加里东旋回、华力西旋回、印支旋回、燕山旋回、喜马拉雅旋回5个构造旋回，期间发生了广西运动、柳江运动、东吴运动、苏皖运动、桂西运动、印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动。其中加里东运动关闭了早古生代华南洋盆，奠定了区内褶皱基底，伴随海平面的上升18，研究区早泥盆世沉积了一套海陆交互相的信都组碎屑岩沉积组合，中泥盆世晚期海水从钦防一带继续向北侵入，研究区开始了海相碳酸盐岩的沉积历史，晚泥盆世至早石炭世形成了台盆（沟）相间的古地理格局，奠定了复杂的沉积相变体系格架，印支运动终结了研究区海相沉积的历史，转入陆内演化新阶段，从而形成了区内复杂的构造面貌。中泥盆世晚期至早石炭世是桂林碳酸盐岩发育的关键时期。中泥盆世晚期，研究区沉积分异作用开始发生，在局限半局限台地区沉积了唐家湾组白云岩、泥晶灰岩，在开阔台地相区则沉积了东岗岭组泥质灰岩、泥灰岩；晚泥盆世，由于引张作用持续增强，在地壳深陷处，形成了盆地或台沟，沉积了代表深水环境的榴江组硅质岩，在台地前缘斜坡相至边缘相区沉积了巴漆组泥晶灰岩、燧石条带灰岩，五指山组扁豆状灰岩以及融县组亮晶鲕粒灰岩，在相对浅水环境的台地上则沉积了厚达千米的桂林组、融县组、额头村组粒屑灰岩和白云岩等；早石炭世继承了晚泥盆世的古地理格局，在台地相区沉积了尧云岭组和英塘组泥晶灰岩和硅质岩，在盆地相区沉积了鹿寨组碳质页岩。研究区艾菲尔末期海侵达到高潮，兴坪至阳朔一带相继发生了不均衡凹陷，在唐家湾组白云岩基础上沉积了一套纹层状泥晶灰岩和薄层燧石条带泥晶灰岩，同沉积褶曲构造十分发育。因此，唐家湾组在桂林至阳朔一带所代表的沉积相并不完全相同，第42卷第3期刘世杰等：桂东北吉维特阶与艾菲尔阶界线碳酸盐岩地球化学特征及古环境意义437唐家湾建组剖面为局限半局限台地相，本研究剖面的唐家湾组下部白云岩所代表的沉积相与建组剖面相同，而上部具同沉积褶曲构造的颗粒灰岩则反映了斜坡相的沉积特征（图 2）。2剖面沉积特征2.1地层沉积特征艾菲尔阶与吉维特阶界线实测剖面位于桂林市阳朔县龙岩口村（E1103911，N244942），剖面走向 221，采集样品 10 件，露头情况良好，同沉积褶曲十分发育，岩石地层划分标志清晰，研究区正在开展15 万区域地质调查工作，西部已开展过 15 万兴坪幅和福利圩幅区调工作，具有一定研究基础。0 层：灰色中层至中厚层状粉晶白云岩（图 3A），向上逐渐变厚至厚层，单层厚度约 60cm，见 2 个向上变厚的沉积韵律，单个韵律厚度 2.8m。岩石表层可见较好刀坎状溶痕。1 层：灰色灰黑色薄层含燧石泥晶灰岩与纹层状生物屑藻砂屑灰岩组成的沉积韵律（图 2），两者厚0200400 km平乐县阳朔县沙子镇CCCCQQQCQ123456789101112D3gD3gD3gD2tD2tD2tD1lD1lD2xD2xD2xD3gBA图1研究区晚泥盆世岩相古地理图和地质图1-古陆2-浅海沉积区3-半深海沉积区4-深海沉积区5-断裂构造线6-石炭系7-第四系8-莲花山组9-信都组10-唐家湾组11-桂林组12-剖面位置Fig.1LithofaciespalaeogeographicmapandgeologicalmapinthelateDevonianofthestudyarea1-ancientland;2-shallow-seasedimentaryarea;3-semideep-seasedimentaryarea;4-deep-seasedimentarea;5-fracture;6-Carboniferousstrata;7-Quaternary;8-LianhuashanFormation;9-XinduFormation;10-TangjiawanFormation;11-GuilinFormation;12-sectionlocation1 m2214321007 m216402383023251YS10YS9YS8YS7YS6YS5YS4YS3YS2YS12 m1.5 m纹层状构造水平层理滑塌层理生物屑砂屑灰岩含燧石泥晶灰岩泥晶灰岩有孔虫屑泥晶灰岩白云岩亮晶灰岩纹层状灰岩角砾灰岩E/G 界线处图2阳朔县龙岩口剖面及采样位置图Fig.2LongyankousectionandsamplinglocationmapofYangshuo438中国岩溶2023年度比 21。燧石含量较少，零星出露于层面接触部位，纹层状生物屑藻砂屑灰岩层的同沉积滑塌层理十分发育，反映了斜坡相沉积特征，顶部为中层状泥亮晶砂屑灰岩。在样品YS3 处产牙形分子Polygnathusintermedius，该牙形分子最早由 Wittekindt 发现并对其进行命名19，其主要产出于艾菲尔晚期，在研究区可归属于 Eiffelian 顶部 ensensis 带。2 层：灰黑色黑色薄层泥晶灰岩，以薄层为主要特征，见较好纹层状构造反映了沉积速率较低的相对深水沉积环境。3 层：灰色灰黑色薄层泥晶灰岩（发育水平层理）与中薄层泥晶生物屑砂屑灰岩组成的沉积韵律，两者厚度比 51，形成向上变厚的进积型沉积层序。4 层：灰色中层状泥晶藻砂屑鲕粒灰岩与薄层泥晶灰岩组成的沉积韵律，两者厚度比 21，总体显向上变厚的进积型沉积层序（图 2），中层状泥晶灰藻砂屑鲕粒灰岩层面可见比较丰富的双孔层孔虫化石（图 3D），镜下可见放射状藻鲕粒（图 3d）。剖面中碳酸盐岩的层厚与颗粒粗细在垂向上有着较为规律的变化，总体上呈现出一个由浅到深再变浅的过程，即白云岩沉积阶段海水相对较浅，为局限半局限台地沉积环境，随后岩性由细晶白云岩转变为具有滑塌特征的纹层状泥晶灰岩，沉积水体表现出一个较为明显的由浅到深的快速转变过程，最后在 3、4 层表现出多个向上变厚的进积型层序，出现代表低能环境的放射状鲕粒灰岩，沉积相由斜坡相转变为台地相，反映了沉积区海水逐渐变浅的趋势。2.2典型样品岩石学特征细晶白云岩：样品基本上由晶粒白云石组成，约占样品总量97%。均匀分布。结晶粒度0.250.06mm，细晶级。样品中还包含有石英、铁质和泥质等。纹层状不等晶生物屑藻砂屑灰岩：不等晶生物屑藻砂屑结构，层状构造。样品基本上由藻内碎屑、生物屑和填隙物共同组成。藻内碎屑约占样品总量35%，粒度基本上属砂屑级内碎屑，为蓝绿藻及其分泌物粘结方解石质灰泥在塑半塑性条件下沉积盆内破碎、沉积而成。生物屑约占样品总量 30%，属砂级生物屑，门类以钙球屑为主，棘皮屑、双壳屑、介形虫屑、有孔虫屑等次之。填隙物约占样品总量33%。分布于藻内碎屑、生物屑之间，对藻内碎屑、生物屑起胶结作用（相当于基底式胶结）。泥晶生物屑砂屑灰岩：泥晶生物屑砂屑结构，层状构造。样品基本上由内碎屑、生物屑和填隙物共同组成。内碎屑约占样品总量 67%，粒度属砂屑级内碎屑，次棱角状、次圆状、圆状，磨蚀度较低而分ABCDab1 mm500 m200 m2 mmcd钙球屑内碎屑腕足屑图3龙岩口剖面碳酸盐岩宏观及薄片显微特征A-细晶白云岩a-细晶白云岩显微照片B-纹层状生物屑藻砂屑灰岩b-生物屑藻砂屑灰岩显微照片C-向上变厚的沉积特征c-泥晶生物屑砂屑灰岩显微照片D-层孔虫生物屑灰岩d-泥晶藻砂屑鲕粒灰岩显微照片Fig.3MacroscopicandmicroscopiccharacteristicsofcarbonaterocksinLongyankousectionA-finecrystallinedolomite;a-micrographoffinecrystallinedolomite;B-layeredbioclasticandalgallimestone;b-micrographofbioclastandalgaelimestone;C-sedimentarycharacteristicsofupwardthickening;c-micrographofmicritebioclasticlimestone;D-stromatoporoidandbioclasticlimestone;d-micrographofmicriticooliticlimestone第42卷第3期刘世杰等：桂东北吉维特阶与艾菲尔阶界线碳酸盐岩地球化学特征及古环境意义439选好。生物屑约占样品总量 25%，粒度属砾砂级生物屑，门类以钙球屑为主。填隙物约占样品总量 6%，结晶粒度为泥晶级，对内碎屑、生物屑起胶结作用（相当于接触式胶结）。泥晶藻砂屑鲕粒灰岩：生物碎屑结构，层状构造。样品基本上由生物屑、内碎屑、藻鲕粒和填隙物共同组成。生物屑约占样品总量 50%，粒度基本上属砾砂级生物屑，门类以珊瑚屑和钙球屑主见，粒度两级分化，以砾级和细砂级为主。内碎屑约占样品总量 25%，粒度基本上属砂屑级内碎屑，次棱角状、次圆状、圆状，磨蚀度较低而分选较好。藻鲕粒约占样品总量6%，为放射鲕，呈次圆状、圆状，圆度极好，鲕核为内碎屑构成。填隙物约占样品总量 23%，成分为方解石，结晶粒度粉泥晶为主，对生物屑、内碎屑、藻鲕粒起胶结作用（相当于孔隙式胶结）。2.3碳酸盐岩微相划分碳酸盐岩中的颗粒类型及其特征是划分微相类型、分析沉积环境的重要依据20。本文根据碳酸盐岩薄片中颗粒的相对含量、类型、主要生物化石特征等并参考 Wilson 的标准微相及其相模式21将龙岩口剖面出露的碳酸盐岩识别出 4 种微相类型。微相 1（MF1）无化石灰泥岩或泥晶白云岩：该微相以富含细晶白云石为特征，具层状构造，内部几乎没有颗粒或生屑，该微相可与标准微相 SMF23 相对比，主要沉积于局限半局限台地沉积环境。微相 2（MF2）似球粒藻粘结灰岩：该微相以富含藻内碎屑为特征，具有藻内碎屑、生物屑和填隙物各自偏集呈层纹条纹条带状特点，生物屑以钙球屑主见，棘皮屑、双壳屑、介形虫屑、有孔虫屑等次见，该微相可与标准微相 SMF16 相对比，主要沉积于开阔台地环境。微相 3（MF3，图 3c）生屑内碎屑泥粒灰岩：该微相以较少量的生屑颗粒和大量的内碎屑颗粒为特征，岩石为颗粒支撑，颗粒间充填有少量的泥晶基质，该微相可与标准微相 SMF4 相对比，主要沉积于斜坡相低能环境。微相 4（MF4，图 3d）鲕粒颗粒灰岩，含放射鲕：该微相含有放射鲕颗粒为特征，以包壳圈层放射状排列为特征的放射鲕通常形成于低能的局限半局限台地环境，该微相可与标准微相 SMF15 相对比。3测试结果及检验3.1样品测试与结果本次研究按照岩性组合特征划分为 6 层，共采集碳酸盐岩样品 10 个，对每个样品分别进行了主微量元素分析和碳氧同位素分析。主量和微量元素测试工作在武汉上谱分析科技有限责任公司完成，测试方法要点：主量元素由荷兰PANalytical生产的Axios仪器利用熔片X射线荧光光谱法（XRF）测定，并采用等离子光谱和化学法测定进行相互检测。微量元素和稀土元素采用美国PerkinElmer公司生产的Elan9000型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定。主量元素分析精度和准确度优于5%，微量、稀土元素分析精度和准确度优于 10%。碳氧同位素测试工作在国土资源部岩溶地质资源环境监督检测中心完成。检测器为 MAT253 质谱仪。分析程序：首先将样品加入反应瓶，密闭，充气针送氦气，并抽出瓶中空气(8min)。自动进样器中边加酸边进行样品分析，样品加酸与分析之间间隔1h，从而保证反应进行完全。反应生成的 CO2由氦气带入 MAT253 检测器，高能电子束轰击离子化，经过加速电场，不同质荷比(m/z44、m/z45、m/z46)气态离子进入磁场分离成不同的离子束，进入接收器并转换为电信号，测定碳氧同位素比值。碳氧同位素分析精度为 0.20。测试结果详见表 1。3.2地球化学数据的有效性检验海相碳酸盐岩受到成岩作用以及后期改造作用的影响，所蕴含的原始海水信息有可能会受到不同程度的失真。因此，为了确保样品的碳氧同位素组成能够较为真实地反映古海洋信息，必须对测试数据 的 有 效 性 进 行 检 验。依 据 前 人 的 研 究 成果22，当 18O5时，表明样品已经遭受了成岩蚀变作用的影响，但其碳氧同位素组成仍可以反映原始海水信息；当 18O10时，样品所代表的原始海水信息已经失真。还有一部分学者认为，通过分析碳、氧同位素数据是否具有线性关系也可以判别其有效性，如果两者之间存在线性关系则表明碳酸盐岩遭受了成岩蚀变，这样的数据将不能够真实的反映古海洋信息。本文采集的 10 个样品，数据在59之间（表 1），且平均值为6.9，且两者之间不具有线性关系（图 4），表明数据是有效的。440中国岩溶2023年4地球化学特征4.1元素地球化学特征4.1.1主量元素特征剖面中大部分岩石样品中代表陆源元素的 SiO2、Al2O3和 Fe2O3含量很低（图 5），总体反映了远离物源区的较深水沉积环境。值得注意的是 YS1、YS2，尤其是 YS2 中的 SiO2、Al2O3和 Fe2O3含量明显高于后期沉积的岩石，主要是因为在艾菲尔晚期可能出现了短暂的海退事件，沉积物中混入了来自陆源的铁质和泥质，进入吉维特期，伴随海侵的不断扩大，陆地面积的持续减小，沉积区距离物源区不断变远，能够获得的陆源物质变少。因此，碳酸盐岩样品中SiO2、Al2O3和 Fe2O3含量在纵向上总体表现出 YS1-YS2 高位降低，YS3-YS6 稳定保持在较低水平，YS7-YS10 小幅逐渐回升的特征。除 YS1 和 YS2 外，其余样品CaO 含量较高而且保持稳定在54.27%54.91%之间，平均值为 54.52%，十分接近纯灰岩 56%的化学理论值。MgO 含量在 0.54%0.862%之间，平均值为 0.68%，（CaO+MgO+LOI）在 98.46%99.13%之间，平均值为 98.78%，多项指标反映了Kak 事件之后比较稳定的沉积环境。4.1.2微量元素特征Ni 值正异常通常被认为与陨石撞击事件或大区域的热液、火山活动等地质灾变事件有关4，其次 Ni表 1阳朔县龙岩口剖面碳酸盐岩元素及同位素数据Table1ElementandisotopedataofcarbonaterocksinLongyankousectionofYangshuo样号YS1YS2YS3YS4YS5YS6YS7YS8YS9YS10SiO21.1946.0410.7010.4390.4830.3610.5450.6620.5700.740TiO20.0130.0810.0100.0090.0070.0080.0070.0100.0110.006Al2O30.2411.5840.1010.0540.0570.0910.0740.1570.1290.076TFe2O30.1150.6320.0470.0260.0690.0470.0630.0880.0680.038MnO0.0080.0080.0040.0050.0050.0070.0050.0050.0030.004MgO3.8624.8630.6630.5620.7710.5400.7120.6760.8640.665CaO50.30644.67554.31354.77554.54354.90854.44654.40254.26754.541Na2O00.0240.0150.0170.0130.0100.0170.0100.0010.010K2O0.0820.6200.0360.0120.0210.0200.0230.0460.0380.020P2O50.0170.0470.0180.0170.0150.0110.0120.0160.0100.010LOI43.71740.56743.48043.61843.57743.67843.54543.60143.59943.526V5.0626.105.063.942.182.031.806.333.682.09Ni6.4112.406.706.336.606.225.937.236.326.03Sr161186238204270197258275252210La1.023.750.590.400.920.620.741.090.630.62Cr1.627.840.910.751.000.731.221.551.040.86Ce1.927.821.240.721.771.121.462.181.321.0813C3.232.837.052.721.382.881.331.091.441.8618O6.865.827.187.346.697.757.238.475.626.41MgO/CaO0.0770.1090.0120.0100.0140.0100.0130.0120.0160.012Ce/La1.882.092.101.801.921.811.972.002.101.74V/Cr3.123.335.565.252.182.781.484.083.542.43古温度t/21162223202522281519024(YS3)689876513C(VPVD)/18O(VPVD)/图4阳朔县龙岩口剖面碳氧同位素散点分布图Fig.4CarbonandoxygenisotopesscatterdiagramoftheLongyankousection,Yangshuo第42卷第3期刘世杰等：桂东北吉维特阶与艾菲尔阶界线碳酸盐岩地球化学特征及古环境意义441容易受到黏土矿物的吸附作用，如果沉积区距物源区较近，外源输入的黏土物质增多也会导致 Ni 含量的 增 加。本 文 样 品中 Ni 含 量 介 于 5.9310612.4106之间，数值波动范围大，在样品 YS2 处有一次明显的正异常且达到峰值 12.4106。Sr 具有较强的迁移能力，通常情况下，靠近物源区的沉积物中 Sr值较低，伴随沉积水体的加深，Sr 元素含量逐渐增加，因此 Sr 元素在纵向上的增加可作为水体加深标志23，文中 Sr 元素平均含量为 225.1，YS1 和 YS2 处最低，YS3 至 YS8 总体呈现出波动中上升的趋势。4.2碳、氧同位素特征剖面中，大部分样品碳同位素介于1.092.83之间，保持平稳趋势；但值得注意的是，在YS3 处（7.05）与 YS6 处（2.88）表现出两次明显的负偏移，其中 YS6 处偏移幅度为1.5，YS3 处偏移幅度高达4.22；氧同位素值从 YS1 处开始就表现出在波动中下降的趋势，在 YS8 处达到最低值8.47，而在 YS9 处发生显著正偏移，偏移幅度为2.85。5讨论5.1古海水温度18O 值不仅受古海水盐度的影响，也会受到古民塘组层号样品号岩性柱54YS10SiO2/%MgO/CaOCaO+MgO+LOINi/106Sr/106Al2O3/%TFe2O3/%CaO/%MgO/%YS9YS8YS7YS6YS5YS4YS3YS2YS1YS10YS9YS8YS7YS6YS5YS4YS3YS2YS13210民塘组5432100246024600.40.050.1088 90 92 94 96 9802468 10 12 141502503500.81.200.20.40.64050 60图5龙岩口剖面碳酸盐岩主量元素（%）和微量元素（106）分布特征Fig.5Variationcurvesofmajor（%）andtraceelements（106）incarbonaterocksofLongyankousection442中国岩溶2023年海水温度的制约。据前人研究表明，18O 值可作为恢复古海水温度的可靠指标，本文采用前人提出并校正的古水温（t）计算公式24：t(C)=15.9764.2(18O18O+0.22)+0.13(18O18O+0.22)2(1)式中：18O 为所有有效样品 18O 平均值与第四系海相碳酸盐岩 18O 平均值（1.2）的差值25。由此获得古海水温度数据见表 1，海水平均温度为 21，反映了温暖的亚热带气候，与其位于赤道附近的古地理气候相吻合。但在 YS2 和 YS8 处（15 和16）存在两次较为明显的低温时期。5.2古气候前人多以 MgO/CaO 比值作为古气候变化的识别标志26（表 1）。灰岩中较低的 MgO/CaO 值，表明了潮湿的气候条件；较高的 MgO/CaO 值，代表了干燥的气候条件27。纵向上，本文碳酸盐岩样品 MgO/CaO 的值阶段变化较为明显，在 YS1 和 YS2 处 MgO/CaO 的平均值为 0.092，在 YS3 至 YS10 的 MgO/CaO的平均值为 0.012，反映出沉积期间气候从干燥到潮湿的快速转变过程，是沉积区水体快速变深的气候响应。5.3氧化还原环境稀土元素中 La 值受古氧化还原环境条件的影响较小，大量实际应用表明，Ce/La 值对于古氧化还原条件非常敏感，可很好地指示古氧相28。当该值小于 1.8 时，指示富氧条件，当该值处于 1.82.0 时，指示贫氧条件，当该值大于 2，代表厌氧环境。本文数据 YS1-YS10 平均值为 1.94，反映了整体为贫氧-厌氧的沉积环境，尤其 YS2 和 YS3 两处比值均大于2，指示了厌氧的强还原环境（图 6A）。此外，V/Cr 值也经常作为判断氧化还原环境的特征指标29，当2V/Cr4.25 代表厌氧环境。YS1-YS10 平均值为 3.38，YS3 和 YS4 两处比值分别为 5.56 和 5.25（图 6B），与 Ce/La 值具有十分相似的指示特征。5.4古水深与离岸距离YS1 和 YS2 具有高的 MgO/CaO 值以及代表陆源性质的 SiO2、Al2O3、Fe2O3和 TiO2含量，指示了具有一定物源供给的近岸沉积环境，反映了海侵初期，海洋环境由浅至深的快速转变过程。YS3 和 YS4 两处的 V/Cr 和 Ce/La 值明显高于其他层位，而 SiO2、Al2O3、Fe2O3和 TiO2含量明显降低，这种典型的厌氧环境、纹层状泥晶灰岩以及低含量的陆源组分反映了沉积水体较深、海平面相对较高的远岸沉积环境。YS5 至 YS10 各项指标具有较小范围的波动性，其中陆源组分含量逐渐增加，岩石中代表较高水体动能的亮晶灰岩出现，说明沉积区海平面呈现出在波动中下降的趋势，多个向上变厚的进积型层序以及亮-泥晶藻鲕粒灰岩是良好的沉积学响应。5.5E-G 界线附近 Kak 事件的对比分析显生宙中在关键界面或边界附近的 13C 漂移事件与古海洋中的生物灾变事件、氧化还原条件和海平面变化等因素有直接关系30。Kak 事件（亦称Otomari 事件）发生于艾菲尔阶牙形刺 ensensis 带内，位于摩洛哥 JebdelMechIrdane 剖面 E/G 界线附近，代表了一次海平面大规模快速上升，缺氧环境条件2.22.0Ce/La1.81.60YS2YS4YS6样品编号YS8YS10a.厌氧环境贫氧环境富氧环境65V/Cr41230YS2YS4YS6样品编号YS8YS10b.厌氧环境贫氧环境富氧环境图6龙岩口剖面碳酸盐岩氧化还原环境判别Fig.6DiscriminationofredoxenvironmentofcarbonaterocksinLongyankousection第42卷第3期刘世杰等：桂东北吉维特阶与艾菲尔阶界线碳酸盐岩地球化学特征及古环境意义443下的沉积事件。前人研究表明，加拿大地区横跨中泥盆统的剖面中，出现两次 13C 的负漂移，分别由0.8到-0.3和-0.3到-0.8；摩洛哥地区 E/G 界线处，碳酸盐岩样品中 13C 同样存在负偏移现象17。因此，E/G 界线处 13Ccarb的负漂移普遍被认为是 Kak 事件的响应31。本剖面样品 YS3 层位产牙形分子 Polygnathus intermedius，归属于艾菲尔晚期ensensis 带，代表了该层位的时限约束（图 7），样品YS3 的 13C 值表现出明显负偏移，然后迅速正偏移的特征，负偏移幅度达-4.22，正偏移幅度为-5.67，与上述摩洛哥的全球 EG 界线层型剖面和加拿大地区同层位的 13C 值曲线特征相吻合（图 7）。共同反映了全球尺度海侵背景下的缺氧沉积环境，纹层状层理、滑塌褶曲以及显著的地球化学特征是其良好的沉积学响应。6结论通过对阳朔龙岩口中泥盆统民塘组剖面的岩石学和地球化学分析，得出以下几点新认识：（1）参考 Wilson 划分的 24 个标准微相及其相模式，可以识别出无化石泥晶灰岩或白云岩、似球粒藻粘结灰岩、生屑内碎屑泥粒灰岩和含放射鲕颗粒灰岩 4 种微相类型，进而划分出局限台地相、斜坡相、开阔台地相 3 个沉积亚相；（2）综合岩石学、元素地球化学和碳氧同位素分析结果，YS1-YS2 阶段为沉积环境快速变深，且具有一定物源供给的沉积环境，由唐家湾组白云岩到具滑塌褶曲特征的薄层泥晶灰岩，反映了海侵初期，海洋环境由局限-半局限台地向斜坡相快速转变的地质阶岩性柱样号本文数据海平面变化低高图例层号543GivertianEifferian210YS1016222345614G200 mEPolygnathus intermedius012YS9YS8YS7YS6YS5YS4YS3YS2YS18 6 4 2987654013C(VPVD)18O(VPVD)Kack 事件Ontario,CANDAJebel Mech Irdan,MOROCCO图7碳同位素演化曲线（包括本文数据曲线，加拿大 Ontario 地区的数据曲线，摩洛哥地区曲线）及海平面变化曲线1-白云岩2-灰岩3-含燧石灰岩4-亮晶灰岩5-纹层状灰岩6-角砾灰岩Fig.7Theevolutioncurveofcarbonisotopes(includingthedataofthispaper,carbonisotopecurvesinOntario,CanadaandcarbonisotopecurveinMorocco),sealevelchangecurve1-dolomite;2-limestone;3-chertlimestone;4-sparrylimestone;5-layeredlimestone;6-breccialimestone444中国岩溶2023年过程；YS3 和 YS4 阶段低含量的陆源组分反映了水体较深、海平面相对较高的远岸沉积环境，该阶段海洋环境以缺氧为典型特征，具有全球一致性；YS5 至YS10 各项指标波动性较小，其中陆源组分含量逐渐增加，岩石中代表低能环境的放射状鲕粒灰岩的出现，说明沉积区海平面呈现出明显下降的趋势，剖面中多个向上变厚的进积型层序是良好的沉积学响应；（3）样品 YS3 层位产牙形刺分子 Polygnathusintermedius，可归属于艾菲尔晚期 ensensis 带，为该层位碳同位素表现出的负偏移现象提供了较为精准的时限约束。与摩洛哥 E-G 界线全球层型剖面和加拿大地区同层位的 13C 值曲线特征相吻合，共同反映了全球尺度海侵背景下的缺氧沉积环境，是Kak 事件的沉积学响应。参考文献曾允孚,陈洪德,张锦泉,刘文均.华南泥盆纪沉积盆地类型和主要特征J.沉积学报,1992,10（3）：104-113.ZENGYunfu,CHENHongde,ZHANGJinquan,LIUWenjun.TypesandmaincharacteristicsofDevoniansedimentarybasininSouthChinaJ.ActaSedimentologicaSinica,1992,10（3）：104-113.1陈洪德,曾允孚.右江盆地的性质及演化讨论J.岩相古地理,1990（1）：28-37.CHENHongde,ZENGYunfu.NatureandevolutionoftheYou-jiang BasinJ.Sedimentary Geology and Tethyan Geology,1990（1）：28-37.2郭文,张朝锋,王晓鹏.天峨-南丹地区泥盆系罗富组页岩气成藏条件及有利区预测J.石油地质与工程,2018,32（1）：22-26,123.GUOWen,ZHANGChaofeng,WANGXiaopeng.Geologicalconditionsforshalegasaccumulationandfavorableareapredic-tionofLuofuFormationofDevonianinTiane-NandanareaJ.PetroleumGeologyandEngineering,2018,32（1）：22-26,123.3刘疆,白志强.广西横县六景泥盆系艾菲尔阶吉维特阶之交化学地层研究J.地质论评,2008（5）：683-693,724.LIUJiang,BAIZhiqiang.ChemostratigraphyofEifelian-Give-tianstageboundaryatLiujingsection,Guangxi,SouthChinaJ.GeologicalReview,2008（5）：683-693,724.4Thomas J Suttner,Erika Kido,Carlo Corradini,StanislavaVodrkov,MonicaPondrelli,LucaSimonetto.Conodontdiver-sityacrossthelateEifelianKakEpisodeofthesouthernAlpinerealm(centralCarnicAlps,Austria/Italy)J.Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology,2017,479：34-47.5JoachimskiMM,BreisigS,BuggischW,TalentJA,MawsonR,GerekeM,MorrowJR,DayJ,WeddigeK.Devonianclimateandreefevolution:Insightsfromoxygen