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湖北宜昌早寒武世岩家河组-水井沱组界线元素地球化学特征及其地质意义汪宗欣，曾雄伟*，苗凤彬，陈荣，刘浩WANG Zong-Xin,ZENG Xiong-Wei*,MIAO Feng-Bin,CHEN Rong,LIU Hao1.古生物与地质环境演化湖北省重点实验室，湖北 武汉 430205；2.中国地质调查局武汉地质调查中心（中南地质科技创新中心），湖北 武汉 4302051.Hubei Key Laboratory of Paleontology and Geological Environment Evolution,Wuhan 430205,Hubei,China;2.Wuhan Center,China Geological Survey(Geosciences Innovation Center of Central South China),Wuhan 430205,Hubei,China摘要：为揭示宜昌地区早寒武世岩家河组-水井沱组转换时期的沉积环境、物源及构造背景，本文对宜昌暮阳溪剖面岩家河组-水井沱组界线上下采集的样品进行了元素地球化学分析。结果表明：排除成岩作用和陆缘碎屑影响后，对比稀土元素北美页岩标准化配分曲线、(La/Sm)N、(Gd/Yb)N特征，岩家河组-水井沱组轻、重稀土元素存在一定程度分异，且水井沱组轻、重稀土元素分异程度较岩家河组强；U、V、Ni、Co、Cr、Cu富集系数，MoEF-UEF协变图及V/(V+Ni)、U表明岩家河组-水井沱组界线上下沉积时期总体处在缺氧还原环境中，但局部还原程度不一；La/Yb-REE图解、Eu/REE-LREE/HREE散点图和(K2O/Na2O)-SiO2图解特征显示岩家河组-水井沱组界线附近源岩主要为上地壳沉积岩类-玄武岩类，源区构造背景为被动大陆边缘。关键词：元素地球化学；岩家河组；水井沱组；早寒武世；湖北宜昌中图分类号：P534.41文献标识码：A文章编号：2097-0013（2023）02-0320-13Wang Z X,Zeng X W,Miao F B,Chen R and Liu H.2023.Geochemical Characteristics of Elements and Their Geological Significance in the Boundary between Yanjiahe Formation andShuijingtuo Formation of the Early Cambrian in Yichang area.South China Geology,39(2):320-332.Abstract:In order to reveal the depositional environment,provenance and structural setting of the EarlyCambrian Yanjiahe Formation-Shuijingtuo Formation transition period in Yichang area,this paper analyzedthe element geochemistry of samples collected from above and below the Yanjiahe Formation-ShuijingtuoFormation boundary in Muyangxi Section,Yichang.The results show that:Excluding diagenetic and margin-al clastic influences,the comparison of NASC standardized partition curve,(La/Sm)Nand(Gd/Yb)Ncharacter-istics of rare earth elements shows that the light rare earth elements of Yanjiahe Formation and ShuijingtuoFormation have mild to moderate differentiation,while the heavy rare earth elements have weak differentia-tion,and the light and heavy rare earth elements of Shuijingtuo Formation have stronger differentiation thanthat of Yanjiahe Formation.The enrichment coefficients of U,V,Ni,Co,Cr,Cu,MoEF-UEFcovariant diagram收稿日期：2022-12-30；修回日期：2023-3-30基金项目：古生物与地质环境演化湖北省重点实验室开放课题（PEL-202211）、中国商务部对外援助项目（2021 28）第一作者：汪宗欣（1992），男，工程师，主要从事油气藏形成机理与分布规律研究.E-mail：通讯作者：曾雄伟（1982），男，高级工程师，主要从事地层与古生物学研究.E-mail：第39卷 第2期2023年6月华 南 地 质South China GeologyVol.39,No.2,320-332Jun.,2023doi:10.3969/j.issn.2097-0013.2023.02.010第39卷 第2期埃迪卡拉纪寒武纪转换时期是地球历史上的关键转折时期之一，其间发生了一系列重大地质和生物演化事件，如全球性冰期事件、后生动物的出现等，是地质历史上地表环境与生物圈演化的重大变革期。宜昌地区埃迪卡拉纪-寒武纪地层发育完整，出露连续，且含有丰富的古生物化石，是研究晚前寒武纪-寒武纪生物地层的理想地区（郭俊锋等，2017）。近年来，众多学者通过年代地层学、岩石地层学、生物地层学、同位素地层学及古环境古地理等手段，围绕宜昌地区岩家河组-水井沱组沉积时期的生物地层组合、气候条件、氧化还原环境、硅质岩成因、页岩气成藏条件等进行了详细分析研究（Ishikawa et al.，2008，2013；危凯等，2015；田兴磊和雒昆利，2017；郭俊锋等，2017；陈孝红等，2018；潘时妹等，2018），并取得了系列成果，但通过元素地球化学手段表征早寒武世岩家河组-水井沱组转换时期的沉积环境、物源及构造背景的研究相对较少。无机元素作为一种重要的地球化学示踪剂，被广泛应用于各地质过程（岩浆作用、变质作用等）、沉积环境恢复、物源分析和构造背景研究等领域。对于沉积岩而言，其中的微量、稀土元素除了受到元素本身特性的影响外，还受到如古气候、海平面变化等环境因素的影响，但是受岩石风化、搬运、沉积、成岩等物理化学作用的影响不明显，从而具有较稳定的特性。基于此特性，利用元素地球化学研究沉积物沉积时期环境特征具有重要的意义。本文以宜昌暮阳溪剖面岩家河组-水井沱组界线附近黑色页岩为研究对象，通过分析其元素地球化学特征，以期揭示该区早寒武世岩家河组-水井沱组转换时期的沉积环境、物源及构造背景，初步探讨界线上下的差异性，从而为宜昌地区早寒武世岩家河组-水井沱组环境变化提供参考依据。1 区域地质背景及剖面描述新元古代Rodinia超大陆裂解，扬子陆块与华夏陆块碰撞，碰撞带发生裂陷后逐渐演化成华南克拉通盆地。埃迪卡拉纪晚期-早寒武世华南板块处于北半球的中-低纬度位置，是全球埃迪卡拉系-寒武系发育最好的地区之一，并随着全球海平面上升自东向西接受海侵沉积，将浅水台地相-深水盆地相的沉积记录和化石组合良好的保存了下来（赵坤等，2020）。宜昌地区在大地构造上属于华南板块北部，位于黄陵基底隆起带宜昌斜坡，区内震旦系-志留系环绕黄陵结晶基底分布（图1a）。其中震旦系下统以陆相碎屑岩及冰碛砾岩沉积为主，上统为硅质岩、白云质灰岩及白云岩，分布稳定。而寒武系经历多期次的海平面升降历程，沉积了大套浅海碳酸盐岩夹碎屑岩。寒武系岩家河组主要分布在黄陵背斜的西侧与南侧、长阳背斜的核部，在庙河江对岸、宜昌三斗坪岩家河和长阳合子坳一带发育良好（罗胜元等，2020，2022）。在湖北宜昌点军区暮阳溪地区发育一套灰黑色极薄层页岩-黑色硅质岩-含硅磷质砾屑白云岩-灰岩沉积的岩家河组地层，与上覆水井沱组灰黑色泥灰岩-炭质页岩平行不整合接触，表现为由台地相向盆地相转变。本文主要对岩家河组-水井沱组界线进行研究，因此截取岩家河组顶部2.10 m黑色页岩、硅质岩、白云岩和水井沱组下部黑色泥灰岩、锅底灰岩、炭质页岩等地层，厚度约为9.80 m，共7层，见图1b。由下往上分别为：（1）3.1 m厚的岩家河组深灰色厚层状粉晶灰岩，间夹几层灰黑色极薄层页岩（图2a）。（2）底部由10 cm黑色硅质岩组成；中and value of V/(V+Ni)and U indicate that the sedimentary period above and below the boundary of Yanjia-he Formation and Shuijingtuo Formation was generally in anoxic reduction environment,but the local reduc-tion degree was different.La/Yb-REE、Eu/REE-LREE/HREE and(K2O/Na2O)-SiO2suggest that theremay be a mixture source of sedimentary rocks and basalt from upper crust near the Yanjiahe Formation-Shui-jingtuo Formation boundary.The tectonic setting of the source area is the passive continental margin.Key words:element geochemistry;Yanjiahe Formation;Shuijingtuo Formation;Early Cambrian;Yichang,Hubei汪宗欣等：湖北宜昌早寒武世岩家河组-水井沱组界线元素地球化学特征及其地质意义321华 南 地 质2023 年部为40 cm厚的黑色薄层页岩夹硅质岩；上部为45 cm厚的深灰色含硅磷质砾屑白云岩；顶部以黄色泥岩为主，与水井沱组呈平行不整合接触（图2a、2b）。（3）70 cm厚的灰黑色中层状泥灰岩，富含海绿石，含硅磷质小结核(图2b、2c）。（4）50 cm厚的灰黑色薄层状泥灰岩夹黑色薄层状钙质页岩(图2c）。（5）下部80 cm厚的深灰色厚层状含磷质结核锅底灰岩，结核大小3 cm4 cm；上部1.3 m厚的灰黑色极薄层炭质页岩(图2d），组成明显的海侵序列。（6）下部厚约1.2 m的深灰色中层状粉晶灰岩，偶见个别细晶磷质灰岩；上部厚约1.15 m的灰黑色极薄层炭质页岩，夹少量小型灰岩透镜体（图2e）。（7）下部厚约0.35 m深灰色中层状锅底灰岩；上部厚约1.6m的灰黑色极薄层炭质硅质页岩（图2f）。对比郭俊峰等（2017）、胡亚和陈孝红（2017）等人研究的宜昌秭归滚石坳剖面岩性描述，本剖面所记录的层位应对应岩家河组第、层。2 样品采集与测试方法样品采集于湖北省宜昌市点军区暮阳溪附近，距土城乡约30 km，构造位置位于黄陵背斜南翼，共采集样品11个，其中岩家河组5个，水井沱组6个。在采集过程中尽量选取新鲜无杂质的样品，避开方解石和石英脉体充填的裂缝位置以及铁锰氧化物的污染。样品测试在自然资源部中南矿产资源监督检测中心完成，在尽量避免污染的条件下现将样品粉碎至200目，主量元素采用X荧光光谱仪AXIOS MAX测定，微量元素测试采用电感耦合等离子体质谱仪X-SERIES 测定，分析精度均控制在5%以内。图1 研究区地质简图（a）和暮阳溪剖面岩性柱状图（b）Fig.1 Geologic diagram of study area(a)and Lithologic column diagram of Muyangxi Section(b)Pt.元古宇；Nh-Z.南华系-震旦系；-O.寒武系-奥陶系；S.志留系；D-P.泥盆系-二叠系；T.三叠系；J.侏罗系；K.白垩系322第39卷 第2期图2 宜昌暮阳溪剖面野外露头照片Fig.2 Outcrop photos of the Miyangxi Section,Yichang3 元素地球化学特征主量元素特征见表1，研究区岩家河组SiO2含量为41.1257.77 wt.%，平均为46.18 wt.%，Al2O3含量为 7.4113.44 wt.%，平均为 9.78 wt.%，CaO含量为7.1821.81 wt.%，平均为12.90 wt.%，MgO含量为0.844.04 wt.%，平均为1.87 wt.%，K2O含量为2.474.81 wt.%，平均为3.43 wt.%，Na2O含量为 0.090.16 wt.%，平均为 0.12 wt.%。水井沱组SiO2含量为33.8457.76 wt.%，平均为48.09 wt.%，Al2O3含量为8.1716.49 wt.%，平均为11.47 wt.%，CaO 含量为 5.2118.83 wt.%，平均为 9.76 wt.%，MgO 含量为 1.756.45 wt.%，平均为 4.19 wt.%，K2O 含量为 3.175.57 wt.%，平均为 4.07 wt.%，Na2O含量为0.080.99 wt.%，平均为0.39 wt.%。在岩家河组与水井沱组界线附近CaO、MgO、K2O含量明显降低，而Fe2O3含量显著增大。岩家河组稀土元素总量（REE）介于124.6310-6214.2910-6之间，平均为162.5110-6，其中轻稀土元素（LREE）含量较高，为 108.6710-6191.83 10-6，平均为 140.34 10-6，重稀土元素（HREE）相对较低，为15.9610-637.9610-6，平均为22.1710-6，明显小于轻稀土元素含量。水井沱组REE值介于113.610-6453.6710-6之间，平均为184.5610-6，LREE为96.1210-6410.4610-6，平均为165.6410-6，HREE为10.8110-643.2110-6，平均为18.9310-6。岩家河组与水井沱组个别样品REE明显高于北美页岩（NASC）（173.2110-6）、后太古宙澳大利亚平均页岩（PAAS）（184.3710-6）的平均值，其他均接近大陆上地壳平均值（146.4010-6）（表1）。LREE/HREE比值可以有效地反映样品中轻、重稀土元素的分异程度，其中岩家河组(La/Yb)N为0.711.78，平均为1.31，轻、重稀土元素含量比（LREE/HREE）为4.148.54，平均为6.73，相对低于北美页岩值7.44（Haskin，1966），水井沱组(La/Yb)N为0.992.51，平均为1.64，轻、重稀土元素含 量 比（LREE/HREE）为 7.249.62，平 均 为8.56，高于北美页岩值7.44（Haskin，1966），表明岩家河组、水井沱组轻、重稀土元素分异较弱，但水井沱组轻、重稀土元素分异程度较岩家河组稍强。在稀土元素北美页岩标准化配分模式图（图3）中可看出，岩家河组各个样品间配分模式差异较小，各曲线近似平行，整体表现出轻微“左倾”，(La/Sm)N为0.821.35，平均为 1.12，(Gd/Yb)N为 0.961.68，平均为1.20，水井沱组曲线近乎水平，各曲线近似程度较岩家河组差，(La/Sm)N为0.712.63，平均为1.39，(Gd/Yb)N为0.553.29，平均为1.42，均表明岩家河组和水井沱组轻、重稀土元素分馏程度较弱，且岩家河组物源相对水井沱组更加稳定。汪宗欣等：湖北宜昌早寒武世岩家河组-水井沱组界线元素地球化学特征及其地质意义323华 南 地 质2023 年表1 宜昌暮阳溪剖面地球化学元素测试结果及比值参数Table 1 Geochemical element test results and ratio parameters in the Muyangxi Section of YichangSiO2Al2O3Fe2O3FeOCaOMgOK2ONa2OTiO2P2O5MnO灼失ZrThVUNiMoCoCrCuLaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuYVEFUEFNiEFCoEFCrEFCuEFUEFMoEF57.7610.063.571.996.671.753.170.950.590.200.0912.7915310.314242.283.855.112.960.842.628.356.66.224.74.841.124.410.744.500.942.640.422.770.3925.81.7825.642.861.051.041.6025.6454.4557.4611.652.402.505.251.873.670.990.670.160.0412.8215810.615853.699.056.912.571.635.629.456.66.1624.04.661.104.180.684.120.852.420.382.570.3622.41.7128.122.920.881.061.1628.1248.5653.3213.592.082.875.214.145.520.130.650.390.0211.611513.61847.5751.15.1312.916634.230.842.55.4619.83.470.763.100.492.760.581.640.271.730.2417.01.713.411.290.782.100.953.413.7539.958.174.892.0816.005.423.180.100.395.660.0213.7331.13.4296.63.4735.90.345.5798.56.9778.716927.311219.83.6616.82.4512.42.255.310.593.040.3775.41.492.601.510.562.070.322.600.4146.2316.493.741.126.605.485.570.090.790.300.0213.2524520.422235.328.61.665.4681.320.436.838.44.0913.72.490.642.440.453.160.752.300.402.660.3721.91.7013.090.600.270.850.4713.091.0033.848.842.991.9618.836.453.320.080.501.820.0320.9794.511.556.85.5626.94.6114.081.217.838.855.98.0631.45.481.124.900.733.940.782.030.291.730.2326.10.813.841.051.301.580.763.845.1844.968.2823.060.457.181.182.470.090.524.840.056.6913610.421225.813421620.088.436.953.777.910.640.97.081.656.861.046.001.273.460.482.950.4048.03.2319.055.571.991.841.6919.05259.3445.2313.443.851.0013.732.064.810.111.032.080.0312.2923121.224439.730.419.810.018440.431.744.06.6727.05.001.134.640.744.350.942.660.412.740.3833.62.2918.060.780.612.351.1418.0614.6541.1211.903.782.2612.864.044.400.100.882.180.0316.0220417.120437.163.423.120.713238.831.939.76.2425.24.591.044.290.684.120.902.550.402.640.3833.42.1619.061.831.431.911.2319.0619.3057.777.411.341.868.940.842.650.160.384.150.0113.8199.48.91126054.495.986.75.7126811542.349.610.043.99.242.169.331.6510.82.326.370.935.800.7683.021.4444.884.450.636.225.8744.88116.3241.847.851.191.9121.811.212.810.110.511.530.0318.861078.1742.012.326.75.935.3167.419.436.843.67.5933.06.191.325.620.874.881.002.600.362.000.2637.00.679.581.170.561.480.939.587.51样品号层位YPS-6水井沱组YPS-5YPS-4YPS-3YPS-2YPS-1YPY-5岩家河组YPY-4YPY-3YPY-2YPY-1324第39卷 第2期图4 湖北宜昌暮阳溪剖面岩家河组-水井沱组界线稀土元素相关性分析Fig.4 Correlation analysis of rare earth elements at the Yanjiahe Formation-Shuijingtuo Formation boundary in theMuyangxi Section,Yichang,Hubei图3 湖北宜昌暮阳溪剖面岩家河组(a)和水井沱组(b)稀土元素北美页岩标准化配分模式图Fig.3 The standardized partition pattern of rare earth element chondrites at the Yanjiahe Formation(a)and ShuijingtuoFormation(b)in the Muyangxi Section,Yichang,Hubei汪宗欣等：湖北宜昌早寒武世岩家河组-水井沱组界线元素地球化学特征及其地质意义Co/ZnUV/(V+Ni)REELREEHREELREE/HREEY/HoLa/Yb100（Eu/REE）(La/Yb)N(La/Sm)N(Gd/Yb)NEu/Eu*(La/Yb)球0.491.850.63138.57121.7616.817.2427.4510.22810.991.040.950.746.900.401.880.61137.48121.9215.567.8426.3511.44801.111.120.970.767.730.521.250.78113.60102.7910.819.5129.3117.80671.721.581.070.7112.030.231.510.73453.67410.4643.219.5033.5125.89812.510.713.290.6117.490.171.680.89108.6596.1212.537.6729.2013.83591.342.630.550.799.350.871.180.68155.39140.7614.639.6233.4622.43722.171.261.690.6615.160.221.760.61214.29191.8322.468.5437.8018.20771.761.351.390.7212.300.251.700.89132.36115.5016.866.8535.7411.57851.121.131.010.727.820.991.730.76124.63108.6715.966.8137.1112.08831.171.240.970.728.170.221.900.93195.16157.2037.964.1435.787.291110.710.820.960.714.930.311.640.61146.09128.5017.597.3137.0018.40901.781.061.680.6812.43样品号层位YPS-6水井沱组YPS-5YPS-4YPS-3YPS-2YPS-1YPY-5岩家河组YPY-4YPY-3YPY-2YPY-1注：主量元素含量单位为wt.%,微量元素含量单位为10-6，下标N表示元素相对NASC标准化，下标“EF”表示元素的富集系数，下标“球”表示元素相对球粒陨石标准化；Ce=CeN/(LaNPrN)1/2（据Shields and Stille,2001），Eu/Eu*=Eu球/(Sm球Gd球)1/2（据Boynton，1984）续表1325华 南 地 质2023 年另外，Webb and Kamber（2000）研究发现，当岩石中Y/Ho比值大于PAAS标准（比值为27），且接近现代海水Y/Ho值（比值为44）时，表明岩石沉积时没有或仅有少量陆缘碎屑加入。本次研究中第10号样品Y/Ho比值26.35，与27极其接近，且其他样品均大于27，相对接近现代海水Y/Ho比值，同样表明陆缘碎屑影响较小。4.3 氧化还原环境分析学者研究发现（McLennan，1989），以平均地壳或者PAAS中部分微量元素含量作为参照标准，沉表2 氧化还原环境敏感的元素与Al2O3、TiO2、Zr和Th相关性Table 2 Correlation between elements sensitive to redox environment and Al2O3,TiO2,Zr and Th样品数=11Al2O3TiO2ZrThVUNiMoCoCrCuAl2O310.790.780.83-0.230.19-0.32-0.380.02-0.02-0.23TiO210.880.9-0.270.32-0.25-0.240.280.04-0.16Zr10.92-0.080.55-0.05-0.030.21-0.010.02Th1-0.070.32-0.26-0.190.20.17-0.01V10.540.370.28-0.260.830.95U10.520.310.050.310.66Ni10.890.490.090.51Mo10.470.050.38Co1-0.16-0.06Cr10.79Cu14 讨论4.1 成岩作用影响Shields and Stille（2001）研究发现，当岩石受到后期成岩作用影响时，部分稀土元素含量会发生变化，从而导致利用元素地球化学指标恢复古沉积环境存在较大误差。因此可以通过Ce与REE、Eu的相关性来表征成岩作用影响，当Ce 与REE、Eu的相关性越好时，成岩作用影响越明显，数据的可靠性差，反之成岩作用影响小，数据的真实性好。本组样品中Ce-REE（图4a）、Ce-Eu（图4b）的相关性指数R2分析结果分别为0.0186和0.0291，均远小于1，表明本组11个样品几乎没有受到后期成岩作用的影响，利用元素地球化学指标恢复古环境是可靠的。4.2 陆缘碎屑影响有学者认为大多数沉积岩中陆源碎屑贡献部分微量元素元素来源（Tribovilld et al.,2006），因此在使用微量元素恢复沉积环境之前需对陆源碎屑注入的影响进行评估。Th、Al、Ti、Zr 等元素主要来源于陆源风化产物，前期沉积成岩过程中相对较稳定且在后期次生作用中不易迁移，能够较好地检验是否有陆源碎屑加入。部分金属元素如U、V、Co等，对沉积水介质的氧化还原状态比较敏感，这些元素的赋存状态及其在沉积物中的富集状态受到氧化还原状态的控制，如U、V元素在还原环境下容易富集，而Co、Cr、Ni在氧化条件下易于富集，但是陆缘碎屑的参与会导致U、V、Co等指示氧化还原环境的元素异常富集，进而影响数据的有效性。鉴于此，将对氧化还原环境敏感的元素如V、U、Ni、Mo、Co、Cr等与Th、Al、Ti、Zr相关性来进行判别，如果元素与Th、Al表现出良好的正相关且Th、Al、Ti的含量与后太古宙澳大利亚平均页岩（PAAS）平均页岩值相近，则反映出元素的含量受到陆缘碎屑物质的控制作用，不能够准确反映出沉积环境（田兴磊等，2014；杜洋等，2016）。从表2中可看出，V、U、Ni、Mo、Co、Cr、Cu与Al2O3、TiO2、Zr、Th相关性均比较小，表明V、U、Ni、Mo、Co、Cr、Cu等元素基本不受陆缘碎屑影响。326第39卷 第2期积岩中微量元素的富集与亏损可表征古海洋的氧化还原环境。当沉积岩中某种微量元素相对平均地壳或者PAAS高，表明该元素富集，反之则为亏损。然而，沉积岩物质成分变化大，仅根据高于或低于地壳（或PAAS）值认定微量元素的富集或亏损会产生偏差（常华进等，2009）。为了消除这种影响，可以通过 Al 标准化后的富集系数（enrichment factors,EF）来直观表示（Piper and Perkins,2004）。某一微量元素的富集系数（EF）可表示为：EF元素X=（X/Al）样品/（X/Al）PAAS。如果富集系数大于1，则表明该元素富集，反之则亏损。部分金属元素如U、V、Co等，对沉积水介质的氧化还原状态比较敏感，这些元素的赋存状态及其在沉积物中的富集状态受到氧化还原状态的控制，如U、V元素在还原环境下容易富集，而Co、Cr、Ni易在氧化环境下富集（Jones and Manning,1994）。学者研究发现，当沉积物或沉积岩中U、V与Ni、Cu同时明显富集且U、V相比Ni、Cu更加富集则指示硫化环境，表明水体指示硫化环境。当沉积物或沉积岩中U、V与Ni、Cu的含量较高且具有较好的正相关关系，或者当 U 和 V 含量较高，发生富集而Co、Ni、Cu不相对富集时，可以认为它们沉积时为缺氧环境。如果沉积物或沉积岩中U、V与Ni、Cu的含量比较低，相对都不富集时，可能指示氧化环境（Tribovillard et al.,2006；闫斌等，2014；曾雄伟和王志宏，2022）。另外，钼（Mo）和铀（U）是目前使用最广和最有效的微量元素指标，可利用MoEF-UEF协变图来表征沉积环境的氧化还原状态（Algeo andTribovillard,2009），数据点靠近右上部，即偏向MoEF，指示硫化环境，数据点靠近左下方，即偏向UEF，指示次氧化环境，中间过渡区域则为缺氧环境（张晓潼等，2022）。由表1可看出，本次测试数据显示微量元素U、V、Ni、Co、Cr、Cu富集系数总体上均高于PAAS平均值，其富集系数平均数分别为3.54、17.03、2.18、0.92、2.04、1.47，显示出岩家河组-水井沱组过渡沉积时期为还原环境。但从更加精细的角度，岩家河组-水井沱组界线附近（图5），下部岩家河组（样品YPY-2）V、U、Ni、Co、Cr、Cu富集系数分别为21.44、44.88、4.45、0.63、6.22、5.87，富集系数值相对于PAAS值明显富集，且V、U相对于Ni、Co、Cr、Cu更加富集，且在MoEF-UEF协变图中处在最靠近MoEF的位置（图6），反映该黑色页岩沉积环境为硫化环境。向上至岩家河组顶部黑色页岩（样品YPY-3，YPY-4），V、U、Ni、Co、Cr、Cu富集系数平均值分别为 2.56、18.72、2.73、1.34、2.03、1.35，对比 PAAS 显图5 湖北宜昌暮阳溪剖面岩家河组-水井沱组界线元素富集系数及参数比值Fig.5 Element enrichment coefficient and parameter ratio of the boundary between Yanjiahe Formation and Shuijingtuo Formation inMuyangxi Section,Yichang,Hubei图例同图1.汪宗欣等：湖北宜昌早寒武世岩家河组-水井沱组界线元素地球化学特征及其地质意义327华 南 地 质2023 年示出相对较明显富集特征，且V、U相对于Ni、Co、Cu明显富集，表明岩家河组顶部黑色页岩发育于次硫化-缺氧环境，至岩家河组顶部（YPY-5），MoEF-UEF协变图表征其为硫化环境。至水井沱组底部，样品YPS-1中V、U、Ni、Co、Cr、Cu富集系数对比岩家河组明显降低，表明其水体环境中氧含量有所增加。至YPS-2样品时，V、U元素富集系数为1.70、13.09，对比于 YPS-1 样品富集系数明显增大，而Ni、Co、Cr、Cu元素富集系数则为0.60、0.27、0.85、0.47，比 YPS-1 样品富集系数明显减小，相对于PAAS 亏损，表明该时期海水处于缺氧状态，MoEF-UEF协变图表现出同样特征。向上YPS-3至YPS-6号样品，V、U、Ni、Co、Cr、Cu富集系数平均值分别为1.67、14.94、2.15、0.82、1.57、1.01，富集系数平均值相对于PAAS显示出明显的富集特征，且U相对于Ni、Co、Cr、Cu明显富集，而V则相对不明显，表明此段黑色页岩沉积时期海水环境为弱硫化的还原环境。其中YPS-3至YPS-4号样品V、U、Ni、Co、Cr、Cu富集系数相较于YPS-5至YPS-6号样品更加富集，且在MoEF-UEF协变图中靠近硫化环境，因此推测YPS-5至YPS-6号样品沉积时期海水还原程度可能比YPS-3至YPS-4号样品更高。另外，部分微量元素在不同的氧化还原条件下会发生含量的变化（杜洋等，2016），如Th在地表低温条件下性质比较稳定，常富集于抗风化能力较强的岩石中，在还原性水体中化学性质相对稳定，U、V、Mo、Cr、Co等在氧化条件下呈高价态稳定化合物溶解在海水中，还原条件下呈低价易被有机质颗粒吸附富集或形成络合物发生沉淀。Hatch andLeventhal（1992）对北美宾夕法尼亚海相黑色页岩研究发现V/(V+Ni)值不受岩性的影响且不同比值反映不同的氧化还原环境，当0.84V/(V+Ni)0.89时，表明水体为高度分层硫化环境，当为0.54V/(V+Ni)0.82时，表明水体分层较差的缺氧环境，当0.46V/(V+Ni)1.00时，沉积物沉积环境为缺氧环境，U1.00时，则为氧化环境。如图 5 所示，岩家河组U 介于 1.641.90 之间，平均值为1.75，而水井沱组U介于1.251.88，平均值为1.56，表明该段岩石沉积环境为还原环境。在纵向上，U值由下往上经历了由大变小又变大的过程，特别是在水井沱组底界线附近，样品U值为1.18，明显较上下岩石测试数据低，与上述富集系数表征该处岩石还原程度较低相吻合。而对于V/(V+Ni），样品YPY-2、YPY-4、YPS-2中V/(V+Ni）值大于0.82，表明水体为高度分层的硫化环境，其他样品 V/(V+Ni）值则均在 0.520.82 之间，为水体分层相对较差的缺氧环境，纵向上由下向上，界线处岩家河组沉积时期水体由强还原环境逐渐向缺氧-硫化环境转变，水体含氧量相对增加，至水井沱组底部含氧量最高，水体环境为缺氧环境，向上有一个短期的水体含氧量小且分层明显的硫化环境（样品YPS-2），后又变化为缺氧环境。综上，岩家河组-水井沱组沉积时期总体处在缺氧还原环境中，但局部还原程度不一。本文岩家河组下部黑色页岩沉积环境为高度分层的硫化环境，向上变化为次硫化-缺氧环境，至水井沱组底图6 湖北宜昌暮阳溪剖面岩家河组-水井沱组界线MoEF-UEF协变图Fig.6 MoEF-UEFcovar