中国西南部云贵交界地区中上三叠统海相地层以产出丰富而精美的海生爬行动物化石为特色的重要生物群落而闻名(Cheng et al., 2004; Cheng et al., 2006; 郝维城等, 2006; Li, 2006; Li et al., 2006, 2008; Jiang et al., 2008; Wang et al., 2008; 张启跃等, 2008; 赵丽君等, 2008)。兴义动物群主要分布在黔西南与滇东交界地区的中上三叠统竹杆坡组下段近8 m厚的灰黑色纹层状灰岩夹薄层泥页岩之中(曾雄伟等, 2013)。其中脊椎动物组合与西特提斯中三叠世拉丁期生物组合极为相似, 暗示兴义动物群的时代应该为拉丁期, 但是该动物群的时代还存在争议(王成源等, 1998; Rieppel, 2000)。晚三叠世卡尼期早期的关岭生物群主要分布在贵州关岭至晴隆一带小凹组(原瓦窑组)下段上部近7 m厚的灰黑色薄中层泥灰岩及泥晶灰岩中(汪啸风等, 2009)。两生物群落中的海生脊椎动物既有较近的亲缘关系, 又存在明显的差异(Li, 2006; 赵丽君等, 2008)。部分学者从古地理特征方面分别分析了两生物群落的海洋环境(Li et al., 2007; Wang et al., 2008), 而用于环境恢复的重要地球化学分析仅部分学者用于关岭生物群的环境研究(陈孝红等, 2003; 唐宾等, 2005; 王尚彦, 2006)。笔者在云贵交界地区围绕两生物群研究工作中, 发现了1个同时产出兴义动物群及关岭生物群的完整剖面, 为研究中晚三叠世之交生物群落演化提供了非常好的基础(图 1)。文中重点通过分析地球化学演化趋势来研究中晚三叠世之交海洋环境演化对生物的制约。

图1

Fig.1

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	图1 云南罗平江底剖面位置Fig.1 Location of Jiangdi section in Luoping County, Yunnan Province

研究剖面位于云南与贵州交界的罗平县江底村(起点坐标N25° 02'56.5″, E104° 41'02.1″)(图 1)。该剖面地层自下而上划分为竹杆坡组和小凹组, 总厚162.8 m, 其下伏地层为杨柳井组中厚层白云岩, 上覆地层为赖石科组碎屑岩(图 2)。

图2

Fig.2

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	图2 云南罗平江底剖面岩性柱及化石分布Fig.2 Lithological column and fossil distribution in Jiangdi section of Luoping County, Yunnan Province

竹杆坡组厚121 m, 可分为下部纹层状灰岩段(厚72 m)及上部瘤状灰岩段(厚49 m)。纹层状灰岩段下部厚17.1 m, 岩性为灰— 深灰色中厚层藻纹层灰岩间夹粉晶灰岩、含生屑藻屑灰岩, 局部发育滑塌构造; 中部厚45.6 m, 岩性为灰色纹层状泥晶灰岩, 偶夹中层藻纹层灰岩、泥晶灰岩, 发育滑塌构造及层内微断层; 上部厚9.3 m, 岩性为深灰— 灰黑色纹层状泥晶灰岩、薄板状泥灰岩及中层泥晶灰岩, 局部滑塌构造发育, 距该段底部0~8.1 m段地层中见到贵州龙及鱼等兴义动物群分子。瘤状灰岩段岩性主要为深灰色中层瘤状泥晶灰岩、生屑泥晶灰岩、砾屑泥晶灰岩, 至顶部出现泥灰岩夹层, 富含海百合茎、双壳类及菊石等生物碎屑, 含较多燧石结核。

小凹组厚41.8 m。主体岩性为深灰— 灰黑色中厚层生屑泥晶灰岩夹薄层泥灰岩, 富含双壳类及菊石化石。距该组底部21.7 m处向上约15.4 m厚的地层中见到3块完整群居海百合及大型鱼龙类骨骼化石。该生物组合类型具典型关岭生物群组合特征, 说明关岭生物群范围扩展到黔西南与滇东交界地区。

对该剖面牙形石的初步研究表明, Paragondolella polygnathiformis首现于竹杆坡组瘤状灰岩段底界之上约2 m处, 说明拉丁阶— 卡尼阶界线位于兴义动物群与关岭生物群之间。

为尽量避免后期成岩作用对测试结果的影响, 江底剖面地球化学样品只采取无风化、方解石脉、重结晶、破碎或裂隙发育的新鲜岩石。样品间距一般在1~4 m之间, 含兴义动物群层位附近以及小凹组样品间距控制在0.5~1.5 m, 共采集97件样品(图 2)。

主量元素SiO₂ 、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O、TiO₂、P₂O₅、MnO的前处理过程为:称取105 ℃烘干的0.6 g样品和6 g混合熔剂Li₂B₄O₇-LiBO₂-LiF(4.5︰1︰0.4)置于25 mL瓷坩埚中, 搅匀, 然后转移至铂金坩埚兼铸模内, 加入5滴浓度为1%的 LiBr(助脱模), 再置于高频感应熔样机上熔融, 冷却制成玻璃片自动剥离, 待仪器测定。FeO的前处理过程为:将0.5 g样品置于锥形瓶中, 用水湿润, 分别加入3~4 g氟化铵、3~4 g碳酸氢钠和25 mL浓盐酸, 盖上, 放电热板上煮沸20min左右, 取下加入10 mL硼酸和30~40 mL去离子水, 冷却, 重铬酸钾滴定, 至溶液变紫色, 待测。

微量元素Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Co、Sr、Ba、V、U、Th的前处理过程为:称取50 mg样品置于聚四氟乙烯塑料坩埚中, 依次加入1 mL的 HClO₄、3 mL的 HF、2 mL的 HNO₃, 置于电热板上加热至坩埚中HClO₄白烟冒尽, 取下冷却, 加入1 mL的(1+1)HCl和8 mL的 H₂O, 放在电热板上微热至完全溶解盐类后定容10 mL, 分取1 mL至10 mL比色管中并补加0.2 mL的 HNO₃, 定容至10 mL, 待测。

稀土元素的前处理过程为:称取全岩样品0.05 g置于聚四氟乙烯塑料坩埚中, 依次缓慢加入0.5 mL的 H₂SO₄、0.5 mL的 HClO₄、3 mL的 HF、1 mL的 HNO₃, 于控温电热板上加热至坩埚中白烟冒尽, 取下冷却, 加入1 mL的(1+1)HCl, 8 mL的 H₂O, 放在电热板上微热至完全溶解盐类后定容10 mL, 分取1 mL至10 mL比色管中并补加0.2 mL的 HNO₃, 定容至10 mL, 待测。

采用XRF玻璃熔片法分析SiO₂、Al₂O₃等10种常量元素, 采用ICP-MS方法分析Cu、Pb等11种微量元素及La、Ce等15种稀土元素的含量。所有样品的测试都在国土资源部中南矿产资源监督检测中心完成。SiO₂、Al₂O₃、K₂O和MnO的精度优于2%, Fe₂O₃、CaO和MgO的精度优于4%, Na₂O、TiO₂和P₂O₅的精度优于6%。所有微量元素的分析精度都优于5%。除Tb、Dy、Ho、Tm和Lu的精度优于10%以外, 其他稀土元素分析精度均优于4%。

样品常量和微量元素的测试结果见表1。剖面样品的常量元素含量除CaO呈现出向上降低的趋势外, 其他元素都表现为总体向上增高的特点; 此外, 个别元素在某些层位还出现异常波动(如Na₂O在竹杆坡组纹层灰岩段顶部为低值, MnO在竹杆坡组瘤状灰岩段底部和小凹组底部出现高值)。常量元素含量的这种变化与露头观察的岩性特征具有很好的对应性。研究样品中Al、Ti、Th含量大多数远低于北美页岩平均值, 说明沉积物所含微量元素主要源于自身沉积, 能够用来反映古海洋环境。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 云南罗平江底剖面样品常量元素和微量元素分析结果（阴影部分代表生物群层位数据） Table 1 Analytical results of the major and trace elements of samples from Jiangdi section of Luoping County, Yunnan Province (dark shaded areas corresponding to cluster of biotas samples)

表1 云南罗平江底剖面样品常量元素和微量元素分析结果（阴影部分代表生物群层位数据） Table 1 Analytical results of the major and trace elements of samples from Jiangdi section of Luoping County, Yunnan Province (dark shaded areas corresponding to cluster of biotas samples)

样品稀土元素的测试结果和计算结果见表2。REE数据依据北美页岩(NASC)标准化(Gromet et al., 1984), Ce异常、Eu异常分别定义为Ce/Ce^* =Ce_n/(La_n× Pr_n)^1/2, Eu/Eu^* =Eu_n/(Sm_n× Gd_n)^1/2(n代表北美页岩标准化后数据)(Yan et al., 2009)。成岩作用会改变岩石Ce异常值, 导致Ce异常值与Eu异常值具有较好的相关性、Ce异常值与∑ REE具有较好的正相关性(Zeng et al., 2011)。江底剖面样品的Ce异常值与Eu异常值无明显相关性(r=0.22), 与∑ REE也无明显相关性(r=0.21), 说明测试样品的REE受到成岩作用的影响十分有限。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 云南罗平江底剖面样品稀土元素(μ g/g)分析结果及计算结果(阴影部分代表生物群层位数据) Table 2 Analytical and calculated results of REEs of samples from Jiangdi section of Luoping County, Yunnan Province (dark shaded areas corresponging to cluster of biotas samples)

表2 云南罗平江底剖面样品稀土元素(μ g/g)分析结果及计算结果(阴影部分代表生物群层位数据) Table 2 Analytical and calculated results of REEs of samples from Jiangdi section of Luoping County, Yunnan Province (dark shaded areas corresponging to cluster of biotas samples)

研究样品经北美页岩标准化后的REE分布模式如图3。测试样品∑ REE在0.36~99.17 μ g/g之间, 平均值为12.62 μ g/g, 多数远低于北美页岩样品。Y/Ho值在15.11~68.75之间, 平均值为36.13, 低于正常灰岩值(44), 反映样品稀土元素特征受到了陆源碎屑的影响(常华进等, 2009)。LREE/HREE值在3.42~17.41之间, 平均值为6.81, 明显富集轻稀土; (La/Yb)_n变化较大, 在0.44~4.19之间, 平均值为1.05; (La/Sm)_n 在0.66~2.68之间, 平均值1.17; Er/Nd 值在0.03~0.24之间, 平均值为0.12。Ce/Ce^* 值在0.55~1.05之间, 平均值为0.83; Eu/Eu^* 值在0.27~2.85之间, 平均值为1.09。

图3

Fig.3

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	图3 云南罗平江底剖面稀土元素页岩标准化分布型式Fig.3 NASC-normalized REE distribution pattern in Jiangdi section of Luoping County, Yunnan Province

通过对云南罗平江底剖面微量、稀土元素的地球化学研究, 得出以下认识:

1)云贵交界地区竹杆坡组纹层状灰岩段和小凹组主要为缺氧环境, 而竹杆坡组瘤状灰岩段以贫氧环境为主。

2)兴义动物群和关岭生物群都是在底层水体含氧量逐步增加的过程中形成的。

3)生物演替与氧化还原环境波动的地层吻合表明两者之间存在着因果关系, 海水的氧化还原状态是影响生物演替的重要因素。