云南中三疊世羅平生物群產出地層的地球化學特征和沉積環(huán)境

周長勇，張啟躍，呂濤，胡世學，謝韜，文芠，黃金元

中國地質調查局成都地質調查中心，成都，610081

內容提要：為了研究安尼期羅平生物群產出地層的沉積環(huán)境，從云南羅平地區(qū)關嶺組二段大凹子精測剖面采集50件樣品進行了主量、稀土、微量元素分析。分析結果表明，所有灰?guī)r樣品的K、Na含量較低，Mg/Ca比值也較低，反映羅平地區(qū)在中三疊世安尼期為溫暖潮濕的氣候條件；Sr/Ba比值(1.22～68.96，平均值為24.35)較高，m值(=100×MgO/Al2O3)為27.22 ～ 27400，平均值達到1432，稀土元素較低的Y/Ho比值，表現(xiàn)出平緩或者微弱的LREE虧損，以及與近岸河口沉積物相似的稀土配分曲線特征，指示其屬于近岸的碳酸鹽臺地內部盆地沉積。從剖面底部到頂部，Al、K、V、Ti和P等元素含量以及Co/Ti、Ni/Ti比值具有多個變化旋回，反映海平面升降變化頻繁，總體發(fā)生了兩次較大規(guī)模的海平面相對上升活動。所有樣品的V/(V+Ni)、V/Cr、Ni/Co、U/Th等元素比值、δU、lg(Ce/Ce*)等參數值都較高，反映沉積水體為相對低能、缺氧的環(huán)境。氧化還原敏感元素V、U、Co、Ni、Zn和Cr等呈現(xiàn)出鋸齒狀曲線特征，表明水體并不完全處于缺氧環(huán)境，而是隨著海平面周期性升降活動，底部水體表現(xiàn)為間歇性缺氧。結合地球化學及地層學資料，認為中三疊世安尼期羅平地區(qū)處于溫暖潮濕、還原、低能的離岸較近臺內盆地，這一時期海平面升降頻繁，底部水體為間歇性缺氧環(huán)境。

羅平生物群是新近發(fā)現(xiàn)的以海生魚類化石為主，共生有海生爬行類、棘皮動物、節(jié)肢動物、雙殼和腹足類等，生物門類多樣化的古生物化石群落(張啟躍等，2008；Hu Shixue et al., 2011)，該生物群主要產自于云南省東部羅平地區(qū)的關嶺組二段地層中，牙形石研究成果顯示其時代為中三疊世安尼期Pelsonian亞期(張啟躍等，2009)。關于羅平生物群產出地層的沉積環(huán)境，一種觀點認為其產出于臺間盆地相鈣屑濁流沉積環(huán)境(黃金元等，2009)，另一種觀點認為它是形成于碳酸鹽臺地內部具遠端變陡坡折的淺海深水盆地(白建科等，2010)。

近年來，元素地球化學方法在判別沉積巖沉積環(huán)境的研究中得到越來越廣泛的應用。由于地層中元素的分配及比值變化、組合都在一定程度上指示古氣候環(huán)境演化，因此沉積巖的元素地球化學特征是判別沉積環(huán)境的重要標志之一(林治家等，2008；彭海艷等，2006；陳永權和周新源，2009；常華進等，2009；經雅麗等，2005)。沉積物中的主量元素、微量元素及其比值對于分析沉積環(huán)境、探討海平面變化以及追索物源等方面都有重要意義。

本文是以羅平生物群化石大量產出的大凹子精細剖面為研究對象，通過系統(tǒng)采集灰?guī)r樣品進行主量元素、微量元素和稀土元素分析，從而討論羅平生物群產出地層的沉積地球化學特征，進而分析其沉積環(huán)境。

1 剖面特征及樣品采集

所研究的大凹子剖面位于云南省羅平縣城南約20km的大凹子村(圖1)，剖面起點坐標為東經104°19′03.00″，北緯24°46′13.00″。剖面巖層近水平產出，巖性主要為關嶺組二段的深灰-灰黑色紋層狀、瘤狀泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r，在碳酸鹽巖夾層中發(fā)現(xiàn)有多層粘土巖。巖層中平行層理、波狀紋理、滑塌構造、包卷層理、正粒序、蟲跡等沉積構造發(fā)育，剖面描述見文獻(黃金元等，2009)。剖面總厚度為38.05m，本次研究主要選擇其下部化石出露較多的厚度為17.64m(1～165層)的巖層開展工作，這段地層自下而上可分為5個巖性段：C1(0～1.51m，1～9層)：深灰-灰黑色中厚層-薄層狀砂屑泥晶灰?guī)r、瘤狀泥晶灰?guī)r，具有波狀、沙紋層理，有生物擾動現(xiàn)象，含雙殼化石；C2(1.51～4.95m，10～68層)：灰黑色紋層狀泥晶灰?guī)r，夾有4層粘土巖，灰?guī)r中含有黃鐵礦顆粒，硅質結核發(fā)育，化石十分豐富，主要為魚類、海生爬行類、節(jié)肢類以及棘皮類、植物等化石；C3(4.95～6.06m，69～73層)：灰黑-深灰色中層狀含介殼瘤狀灰?guī)r，夾有一層泥巖，硅質結核發(fā)育，含海生爬行動物化石；C4(6.06～14.52m，74～152層)：灰黑-深灰色紋層狀泥晶灰?guī)r，并夾有多層粘土巖，中下部硅質結核發(fā)育，并見有包卷層理，魚類、海生爬行類、節(jié)肢類、棘皮類、植物等化石較豐富，并發(fā)現(xiàn)大型海生爬行動物腳印化石，上部見波狀層理及雙殼化石；C5(14.52～17.64m，153～165層)：深灰-灰黑色中薄層-厚層狀砂屑泥晶灰?guī)r，見有脈狀、波狀層理，含雙殼化石。在這5個巖性段中共采集了50件灰?guī)r樣品進行主量元素、微量元素和稀土元素的分析，從下往上采樣位置如表1所示。

圖1 云南羅平縣大凹子剖面位置圖Fig. 1 Location of the Dawazi section in Luoping County,Yunnan Province

2 樣品處理及分析方法

選擇巖性均一的灰?guī)r樣品，去掉表面的風化物后研磨至粉末(<200目)用于元素化學分析。巖石的主量、稀土、微量元素分析均在中國科學院廣州地球化學研究所同位素年代學和地球化學重點實驗室完成。主量元素采用XRF法在Rigaku100e型X-熒光光譜儀上分析，采用四硼酸鋰熔融制樣及粉末壓餅制樣，分析精度一般優(yōu)于2%。稀土和微量元素分析時先用HF+HNO3密封溶解樣品，然后再利用PE Elan 6000型ICP-MS質譜儀測定，具體處理方法和分析方法見文獻(劉穎等，1996)，分析精度優(yōu)于5%。

3 地球化學特征

主量元素、微量元素和稀土元素分析結果列在表1、表2中，其中，m= 100×MgO/Al2O3，Ce/Ce*= CePAAS/[(LaPAAS+ PrPAAS)/2]，La/La*=LaN/(3PrN-2NdN)，δU =2U/(U+Th/3)，下標N指后太古宙澳大利亞平均頁巖(post-Archean Australian shale, PAAS)標準化后的值(Taylor and McLennan, 1985)。

3.1 主量元素特征

大凹子剖面上各灰?guī)r樣品的主量元素組成(表1)相近，主要是以CaO和MgO為主，CaO的含量為4.44%～ 53.77%，平均值為46.58%，其中樣品PM27-23的CaO含量僅為4.44%，而SiO2的含量達到33.8%，可能是由于巖石內部含有較多硅質結核造成的。MgO含量為0.76%～18.10%，平均值為4.58%。SiO2含量除兩件樣品高于20%外，其余樣品均低于20%，最低僅為0.93%，平均值為4.70%。樣品中含有少量Al2O3(0.01%～11.50%，平均值為1.18%)、Fe2O3(0.08%～2.55%，平均值為0.52%)和K2O(0.07%～2.60%，平均值為0.48%)、P2O5(0.02%～0.17%，平均值0.06%)、NaO2(0.02%～0.16%，平均值為0.05%)、TiO2(0.01%～0.29%，平均值為0.04%)以及極少量的MnO(0.003%～0.018%，平均值為0.008%)。

所有樣品的MgO/CaO比值(0.014～0.705，平均值為0.118)較低，而鎂鋁比值(m= 100× MgO/ Al2O3)較高，為27.22～27400，平均值為1432。

由式(5)和式(6)可知權重系數在偏好父節(jié)點的選擇過程中尤為關鍵。不同的權重系數可導致不同的選擇結果。現(xiàn)有的關于復合度量的權重系數的確定多是基于專家的個人經驗,主觀性太強。為此本文提出的RPL-FAHP協(xié)議采用模糊層次分析法確定復合度量中各個路由度量的權重系數。RPL-FAHP結合各候選父節(jié)點評價的層次結構、模糊一致性矩陣及層次分析法對各個路由度量的權重因子進行定性和定量的分析,實現(xiàn)各個路由度量最優(yōu)的權重分配方案,進而選擇最優(yōu)的候選父節(jié)點為偏好父節(jié)點,有效地改善網絡性能。

從主量元素、微量元素間的相關性(表3)來看，CaO與SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3呈現(xiàn)明顯的負相關，說明沉積過程中碳酸鹽礦物的沉淀和生成受陸源物質的影響較大。

3.2 稀土、微量元素特征

剖面上所有灰?guī)r樣品的稀土總量(表2)較低，為5.18×10-6～86.32×10-6，平均值為21.46×10-6，不具有明顯的La正異常(La/La*=0.74～1.33，平均為0.94)，具有微弱的Ce負異常(Ce/Ce*=0.81～1.03，平均為0.93)，Y/Ho比值較低(18.26～42.89，平均為27.67)。從稀土配分曲線(圖2)來看，所有樣品的曲線基本一致，主要表現(xiàn)為平坦型，具有微弱的LREE虧損(PrN/SmN=0.72～1.05，平均值為0.93；PrN/YbN=0.55～2.17，平均值為1.08)，與近岸河口沉積物平均值配分曲線特征相近，而與深海粘土配分曲線所表現(xiàn)出的輕稀土元素明顯虧損特征不同。多數曲線顯示出較弱的正銪異常，僅有少數樣品表現(xiàn)出明顯的負銪異常。

表1 云南羅平縣大凹子剖面主量元素分析結果(%)Table 1 Major element concentrations(%) measured in whole-rock samples from the Dawazi section in Luoping County, Yunnan Province

表2 云南羅平縣大凹子剖面稀土、微量元素分析結果(×10-6)Table 2 Rare earth and trace element concentrations (×10-6) measured in whole-rock samples from the Dawazi section in Luoping County, Yunnan Province

(續(xù)表 2)

(續(xù)表 2)

圖2 云南羅平縣大凹子剖面稀土元素配分曲線(深海粘土值據沈華悌,1990；近岸河口沉積物平均值據馬榮林等,2010)Fig. 2 PAAS-normalized REE patterns of the samples from the Dawazi section in Luoping County, Yunnan Province (REE concentrations of deep-sea clay after Shen Huati, 1990; the average of REE concentrations in coastal and estuarial deposits after Ma Ronglin et al., 2010)

大凹子剖面樣品的微量元素含量(表2)與后太古宙澳大利亞頁巖值(PAAS)相比，除V、Ba、Sr、U等元素略富集外，Sc、Cr、Co、Ni、Zr、Hf、Th、Rb等元素明顯虧損。V、U、Co、Ni、Zn和Cr等氧化還原敏感元素的含量沿層序發(fā)生了明顯的變化，主要表現(xiàn)出兩期明顯的富集(圖3a～3f)。第一期是在2.42m附近，從底部開始到2.42m，V、Zr、Th元素在2.42～2.87m附近有一個顯著的轉折點。之后，又回落到較低值。另一期富集是在6.20m附近，從2.87m開始它們的含量總體上較低，到6.20m附近達到峰值，Zn、Cr元素在6.20～6.83m附近有一個顯著的轉折點。

一些不相容和高場強元素，如Ti、Zr、Sc和Th的含量在剖面上變化情況如圖3g～3j所示，元素Ti、Sc在6.20～6.83m附近有一個顯著的轉折點，元素Zr、Th在2.42～2.87m附近有一個顯著的轉折點，之后，又回落到較低值。

4 討論

4.1 測試樣品判別沉積環(huán)境的可靠性

由于碳酸鹽巖中的微量元素及稀土元素分布特征能夠代表沉積時水體的微量元素及稀土元素分布特征，因此可用它們示蹤碳酸鹽巖形成的環(huán)境(黃晶等，2009)。我們在判斷海相灰?guī)r能否作為古海洋環(huán)境研究對象的標準首先是評價其成巖作用程度，一般來說，Mn/Sr比值低于2.0，δ18OPDB值高于-10‰的灰?guī)r樣品可認為成巖作用可以忽略(陳永權和周新源，2009；Kaufman et al., 1993；Kaufman and Knoll，1995)。從剖面上50件灰?guī)r樣品的分析結果來看，其Mn/Sr比值為0.005～0.277，平均值為0.086，遠遠低于2，其中分析28件樣品的δ18OPDB值均高于-10‰(孫媛媛等，2009)，因此我們認為這些灰?guī)r樣品的成巖作用基本可以忽略，可以反映古海水的成分特征。另外表3中顯示，微量元素與碳酸鹽巖中主要成分CaO和MgO的相關性都比較差(相關系數|r|均小于0.4，n=50)，表明微量元素受碳酸鹽巖成巖作用影響較小。

由于陸源碎屑是沉積物或沉積巖中常見的組分，因此在進行沉積環(huán)境判別前還必須評估碎屑物質的影響。研究表明，Al/(Al+Fe+Mn)比值可以用來反映富含鋁硅酸鹽、Fe、Mn以及Al氫氧化合物等的陸源沉積物輸入到海洋環(huán)境中的程度(Fio et al., 2010)。剖面上50件樣品中，除了3.61m處樣品PM27-41呈現(xiàn)出極低的Al/(Al+Fe+Mn)比值(=0.04)外，其余樣品的比值為0.31～0.82左右，在Fe/Ti— Al/(Al+Fe+Mn)圖解(圖5)中，投點主要集中于陸源物質端元附近，說明沉積過程中有較多的陸源碎屑物質輸入。

由于稀土元素在風化、搬運、沉積和成巖過程中具有很強的穩(wěn)定性(Murray et al., 1992)，且它們在海水中的溶解度非常低，故沉積巖較高的稀土總量很可能是碎屑礦物繼承的結果。如果分析的沉積物或沉積巖總稀土含量大大低于常用作標準化的平均頁巖(PAAS)的ΣREE值(184.8×10-6)，說明受陸源物質影響小。大凹子剖面50件樣品的稀土總量為5.16×10-6～86.32×10-6，平均值為21.46×10-6，遠遠小于PAAS的稀土總量，說明沉積物中稀土元素受陸源物質影響也很小。

4.2 古氣候

MgO/CaO值是氣候變化的良好指示劑，當鈉鹽、鉀鹽等易溶性鹽類不參與沉淀時，在干旱氣候條件下，MgO/CaO 值高，斜率陡，而在潮濕氣候條件下，所生成灰?guī)r的CaO高，MgO較小，故MgO/CaO值高指示干熱氣候，低值指示潮濕氣候；而當鈉鹽、鉀鹽等易溶性鹽類參與沉淀時，其MgO/CaO低值和K+、Na+的相對高值共同指示干熱氣候(汪凱明和羅順社，2009b)。大凹子剖面灰?guī)r中K2O、Na2O平均含量分別為0.48%、0.05%，可見K+、Na+含量很低，說明易溶性鹽類幾乎不參與沉淀?；?guī)r的MgO/CaO值較低，為0.014～0.705，平均值為0.118，指示中三疊世安尼期羅平地區(qū)處于比較潮濕氣候。

對大凹子剖面進行氧同位素研究后發(fā)現(xiàn)，羅平地區(qū)古海水溫度大致在27～32℃之間，平均為29℃左右(孫媛媛等，2009)，說明當時氣候比較溫暖?？傮w來說，羅平地區(qū)中三疊世安尼期為溫暖潮濕的氣候環(huán)境，適合海洋生物的大量繁殖棲息，這也是該地區(qū)灰?guī)r中得以發(fā)現(xiàn)大量古生物化石的原因。

4.3 古水深及相對海平面變化

Sr/Ba值是反映古沉積環(huán)境的一個重要參數，一般認為海相沉積Sr/Ba>1，而陸相沉積Sr/Ba<1(經雅麗等，2005；趙一陽和鄢明才，1994)。大凹子剖面上灰?guī)r樣品的Sr/Ba值為1.22～68.96，平均值為24.35，表明它們都是在海相環(huán)境中沉積而成。

鎂鋁比值m= 100×MgO/ Al2O3是根據沉積巖層中MgO的親海性，Al2O3的親陸性特征而建立的比值關系。在不同類型的沉積環(huán)境中m值的變化范圍是：①淡水沉積環(huán)境m< 1; ②陸海過渡性沉積環(huán)境m為1～10; ③海水沉積環(huán)境(水體鹽度> 30. 63% )m為10～500; ④陸表海環(huán)境(或澙湖碳酸鹽巖沉積環(huán)境)m> 500。在某些內陸湖泊, 隨著湖水的逐漸咸化, 湖積物的m值也逐漸增大。因此可以確認，m值可以作為判別沉積環(huán)境的標志之一。從現(xiàn)有情況看，m值可作為從寒武紀至現(xiàn)代各地史時期的沉積物形成環(huán)境的判斷標志(經雅麗等，2005)。所分析灰?guī)r樣品的m值為27.22～27400，平均值達到1432，表明沉積環(huán)境為水體較淺、底部水體停滯的陸表?；蛱妓猁}臺地內部小盆地環(huán)境。

剖面灰?guī)r樣品基本無明顯的La的正異常，平緩或者微弱的LREE虧損，以及較低的Y/Ho比值，這些特征更接近河流/河口相的REE特征(Lawrence and Kamber, 2006; Bolhar and Van Kranendonk, 2007)，其配分曲線明顯不同于深海沉積物曲線特征，而與近岸河口沉積物曲線特征相似。另外研究發(fā)現(xiàn)，Rb/K比值隨鹽度而變(Campbell and Williams, 1965)，一般正常的海相頁巖中該比值大于0.006，微咸水頁巖的該比值大于0.004，河流沉積的該比值為0.0028(李進龍和陳東敬，2003)，剖面上灰?guī)r樣品的Rb/K比值為0.0004～0.0052，平均值為0.0027，也與河流沉積物比值相近。在大凹子剖面的灰?guī)r中，發(fā)現(xiàn)有保存完好的植物以及陸生節(jié)肢動物化石(Hu Shixue et al., 2011)，另外于大凹子地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的等足類化石，研究認為它主要棲息于淡水環(huán)境(Fu Wanlu et al., 2010)。這些地球化學特征及化石證據均表明該地區(qū)在沉積過程中有淡水注入，這說明了其古地理位置離岸較近，來自陸地的植物、陸生節(jié)肢動物化石以及來自淡水環(huán)境的等足類化石未經過遠距離的搬運，得以完整保存。

圖3 云南羅平縣大凹子剖面元素含量及比值曲線圖Fig. 3 Stratigraphic profiles of element concentrations and element concentration ratios of the samples from the Dawazi section in Luoping County, Yunnan Province

巖性特征可以反映水體的相對深淺，從所研究的5個巖性段的巖性特征來看，C1、C3、C5反映出水體相對較淺，C2、C4反映水體相對較深。而從元素特征來看，Al、K、V、Ti和P的含量從淺水到深水總體呈增加趨勢，故可用于指示古水深及海平面的變化(汪凱明和羅順社，2009a)。另外Co、Ni、Mo、Cu等元素向遠洋方向增加，Co/Ti和Ni/Ti值可作為距陸地距離的標志，其值常距陸地距離的增加而增大(劉鵬舉等，2005)。在大凹子剖面上，C1到C2、C3到C4這兩個巖性轉換面附近，V、Ti、Al、K和P等元素的含量總體呈現(xiàn)出兩個變化趨勢，在2.42m和6.83m有兩次明顯的含量增加的峰值，表明海水相對變深。Co/Ti和Ni/Ti比值也顯示出兩次比值增大，表明離岸距離的增加，海平面相對上升(圖3a, 3g, 3l～3o)。這與巖性特征反映出的水體相對變化特征是一致的。在C2、C4這兩個巖性段內部，Al、K、V、Ti、P等元素含量以及Co/Ti、Ni/Ti比值也呈現(xiàn)出多個變化旋回，變化曲線呈鋸齒狀，反映在此期間海平面周期性升降變化頻繁。

表4 云南羅平縣大凹子剖面元素比值特征對比表Table 4 Characteristics of element concentration ratios of the samples from the Dawazi section in Luoping County, Yunnan Province

從圖3p中可以看出，隨著海水的上漲，Al/(Al+Fe+Mn)比值增大，表明海水中輸入陸源碎屑物質增加。Rb/K比值可來指示古鹽度變化特征(Campbell and Williams, 1965)，Rb/K有兩次比值增大(圖3q)，表明鹽度增加，這與陸源碎屑物質增加是一致的(圖4)。

綜上所述，羅平地區(qū)在中三疊世安尼期海平面周期性升降，但總體表現(xiàn)出兩次較大規(guī)模的海平面相對上升的活動，伴隨著海平面的上升，陸源碎屑物質輸入增加，海水鹽度增大。

圖4 云南省羅平縣大凹子剖面樣品的Fe/Ti— Al/(Al+Fe+Mn)圖解(據Ito等，2005)Fig. 4 Fe/Ti vs. Al/(Al+Fe+Mn) plots for the samples from the Dawazi section in Luoping County, Yunnan Province (after Ito et al., 2005)

4.4 氧化還原環(huán)境

U、V和Mo具有多種化學價態(tài)，沉積時受氧化還原狀態(tài)影響顯著，在沉積物或沉積巖中它們多數為自生組分，成巖作用中幾乎不發(fā)生遷移，保持了沉積時的原始記錄。因此，U、V和Mo是恢復古海洋氧化還原的理想指標。如果沉積物或沉積巖中U、V、Mo與Ni、Cu的含量較高且具有較好的正相關關系，可以認為它們沉積時的環(huán)境很可能是缺氧的(常華進等，2009)。剖面上所有灰?guī)r樣品的U、V與Ni、Cu的含量較高，U與Ni、Cu表現(xiàn)出較好的正相關關系(r=0.27，n=50；r=0.70，n=50)，V與Ni、Cu也表現(xiàn)出正相關性(r=0.13，n=50；r=0.63，n=50)，反映當時的沉積環(huán)境為相對缺氧環(huán)境。

由于某些微量元素在特定的氧化還原狀態(tài)下性質相似，但在其他氧化還原狀態(tài)下它們性質迥異，造成了它們在不同的氧化還原環(huán)境中的組成和富集程度的差別，因此可以利用這些元素的比值來進行環(huán)境重建(常華進等，2009)。研究發(fā)現(xiàn)沉積巖中的V/(V+Ni)比值(Rimmer, 2004；Hatch and Leventhal, 1992)、V/Cr比值(Jones and Manning, 1994)、Ni/Co比值(Jones and Manning, 1994; Scheffler et al., 2006)、U/Th比值(Jones and Manning, 1994)等均可作為判別古海洋氧化還原環(huán)境的重要參數，并提出了相應的判別指標(表4)，吳朝東等(1999)利用鈾總量和自生鈾量關系建立了δU(δU =2U/(U+Th/3))來判別缺氧環(huán)境。海水中Ce異常與氧化還原環(huán)境有很好的對應關系(German and Elderfield, 1990)，這是因為Ce為變價元素，在氧化環(huán)境下很容易從Ce3+氧化為Ce4+，形成難溶解的CeO3沉淀，造成海水中Ce虧損，因此Wright等(1987)提出采用參數lg(Ce/Ce*)來判別海水的氧化還原環(huán)境(表4)。

從表4中可以看出，剖面灰?guī)r樣品的V/(V+Ni)、V/Cr、Ni/Co、U/Th等元素比值均比較高，δU、lg(Ce/Ce*)參數值也較高，指示出沉積環(huán)境為相對缺氧環(huán)境，反映水體能量較低，由于表層混合水體較薄，水體垂向混合作用弱，同時，羅平地區(qū)處于碳酸鹽臺地內部小盆地的古地理位置也在一定程度上限制了橫向水體的廣泛交換，造成底部水體供氧不足，從而形成半封閉型的停滯缺氧環(huán)境。

在V/Cr隨剖面厚度變化曲線圖上(圖3r)我們發(fā)現(xiàn)，隨著海平面的相對上升，V/Cr比值增大，說明底部水體的含氧量減少，處于更缺氧的環(huán)境。氧化還原敏感元素V、U、Co、Ni、Zn和Cr的變化也可以指示水體的氧化還原環(huán)境變化(Tribovillarda et al., 2006; Morford and Emerson, 1999)，在C1到C2、C3到C4這兩個巖性轉換面附近，隨著這兩次較大規(guī)模海平面相對上升，這些元素相對富集，反映出水體相對缺氧。在C2、C4這兩個巖性段內部，V、U、Co、Ni、Zn和Cr等呈現(xiàn)出鋸齒狀曲線特征，表明隨著海平面周期升降活動，底部水體表現(xiàn)為間歇性缺氧，這與野外觀察剖面沉積構造反映出的證據是一致的(白建科等，2010)。正是這種間歇性缺氧的環(huán)境，使得中三疊世安尼期羅平地區(qū)大量棲息繁殖的海洋生物死亡后遺體得以完好保存，包括一些從岸邊短距離搬運過來的植物、陸生節(jié)肢動物以及隨淡水注入而漂浮過來的等足類化石都得以完好保存下來，而未發(fā)生氧化分解，最終形成羅平生物群保存精美的古生物化石。

5 結論

(1)羅平生物群化石產出地層灰?guī)r樣品的Mn/Sr比值為0.005～0.277，平均值為0.086，遠遠低于2，反映其成巖作用較弱，可以反映古海水成分。微量元素含量與Al2O3、TiO2或Th不具有很好的線性關系，ΣREE為5.18×10-6～86.32×10-6，平均值為21.46×10-6，遠遠低于PAAS的ΣREE值(184.8×10-6)，反映沉積物或沉積巖中微量元素、稀土元素受陸源碎屑影響小，可以用于判斷沉積環(huán)境。

(2)剖面上灰?guī)r樣品的K2O、Na2O含量低，MgO/CaO值(為0.014～0.705，平均值為0.118)較低，反映羅平地區(qū)在中三疊世安尼期為溫暖潮濕的氣候條件。

(3)灰?guī)r樣品的Sr/Ba為1.22～68.96，平均值為24.35，m值為27.22～27400，平均值達到1432，稀土元素表現(xiàn)出平緩或者微弱的LREE虧損，以及較低的Y/Ho比值，稀土配分曲線與近岸河口沉積物曲線特征相似，結合化石組合特征，判斷羅平生物群產出地層屬于近岸的碳酸鹽臺地內部盆地沉積，水體不太深，有較多的陸源碎屑物質供應。根據Al、K、V、Ti和P等元素含量以及Co/Ti和Ni/Ti比值特征判斷，羅平地區(qū)海平面升降變化頻繁，發(fā)生了兩次較大規(guī)模的海平面相對上升的活動。

(4)灰?guī)r樣品的U、V與Ni、Cu的含量較高且具有較好的正相關關系，V/(V+Ni)、V/Cr、Ni/Co、U/Th等元素比值、δU、lg(Ce/Ce*)等參數值都較高，反映沉積水體為相對缺氧的環(huán)境。在C2、C4這兩個巖性段內部，氧化還原敏感元素V、U、Co、Ni、Zn和Cr等呈現(xiàn)出鋸齒狀曲線特征，表明水體并不完全是缺氧環(huán)境，而是隨著海平面周期升降活動，底部水體表現(xiàn)為間歇性缺氧，這是中三疊世安尼期羅平地區(qū)大量繁殖棲息的生物死亡后得以完整保存形成化石的重要原因。

(5)結合地球化學及地層學資料，初步判斷中三疊世安尼期羅平地區(qū)處于溫暖潮濕的離岸較近的碳酸鹽臺地內部盆地，海洋生物大量繁殖，這一時期海平面升降較為頻繁，并有兩次較大規(guī)模的海平面相對上升事件，隨著海平面的上升，底部水體垂向混合作用變弱，臺內盆地的地形又在一定程度上限制了水體的橫向交換，從而形成低能、缺氧的沉積環(huán)境，防止了死亡生物遺體的腐爛分解，得以完好保存并最終形成化石。

致謝:主量、微量、稀土元素分析由中國科學院廣州地球化學研究所完成，成文過程中與中國地質大學(武漢)陳中強教授進行了有益的探討，中國科學技術大學沈延安教授閱讀了本文初稿，并提出了寶貴意見，在此一并表示感謝。