太康隆起上古生界稀土元素地球化學特征及其地質(zhì)意義

曾秋楠，張交東，于炳松，劉旭鋒，周新桂

1.中國地質(zhì)大學（北京），北京 100083

2.中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京 100083

南華北盆地位于華北板塊東南部，是在華北古生代克拉通基礎上發(fā)育起來的的中、新生代疊合盆地。盆地晚古生代沉積背景與華北古陸一致，海水自東北向西南侵進，石炭—二疊紀發(fā)育一套以海陸交互相為主的具陸源碎屑含煤建造特征的內(nèi)陸盆地沉積[1]。作為我國東部重要的油氣遠景區(qū)之一，南華北盆地石炭—二疊系沉積地層記錄完整，煤系地層發(fā)育，是該區(qū)重要的頁巖氣生儲有利層系。但是，海陸交互相地層砂巖和泥巖頻繁交互，垂向上具有較強的非均質(zhì)性，泥頁巖的發(fā)育受到沉積相帶的控制，泥頁巖中有機質(zhì)的富集和保存也受到沉積環(huán)境的古氣候、古水深、古鹽度和氧化還原特性等多方面的影響。因此，恢復煤系地層的古沉積環(huán)境在研究本區(qū)有機質(zhì)富集規(guī)律、確定頁巖氣有利層段等方面有重要意義。

稀土元素化學性質(zhì)穩(wěn)定，在風化剝蝕和沉積成巖過程中不易受變質(zhì)作用影響，可以被定量地保存下來，因此已被廣泛運用于確定沉積源區(qū)、研究古氣候特征和沉積水體條件等諸多方面[2-5]。本研究對南華北盆地太康隆起上古生界山西組和太原組巖心進行系統(tǒng)取樣，通過泥巖樣品稀土元素在垂向上的變化特征，探討本區(qū)石炭—二疊系含煤地層沉積過程中的古水體條件、古氣候條件及其對有機質(zhì)富集的影響。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

南華北盆地西起豫西隆起，東臨郯廬斷裂帶，北接渤海灣盆地，南至秦嶺大別造山帶，大地構(gòu)造上分為豫西隆起區(qū)、開封坳陷、太康隆起、周口坳陷、長山隆起、信陽—合肥坳陷、淮北隆起等7 個一級構(gòu)造單元[6]。太康隆起是南華北盆地的次級構(gòu)造單元，東為徐蚌隆起，西接豫西隆起，南與周口坳陷相鄰，北為開封坳陷，區(qū)內(nèi)發(fā)育新近系、古近系、三疊系、二疊系、石炭系、奧陶系、寒武系等地層,經(jīng)歷了嵩陽、五臺、晉寧、加里東、海西、印支、燕山、喜馬拉雅運動等多次構(gòu)造運動，其內(nèi)部構(gòu)造格局及地層保存等多受東秦嶺-大別造山帶及郯廬斷裂系影響[7]。晚石炭世，華北板塊與西伯利亞I板塊發(fā)生對接碰撞，古地勢演化為北高南低，海水由東南方向入侵，在華北地區(qū)形成了廣闊的陸表海環(huán)境，沉積了一套準碳酸鹽臺地相和三角洲—潟湖潮坪相的暗色砂泥巖、灰?guī)r和煤層，是華北地區(qū)主要的成煤期之一[8]。在此背景下，本區(qū)形成了連片發(fā)育的泥頁巖和煤層，具備一定的烴源巖基礎。

2 樣品采集及測試方法

本次研究所選剖面位于南華北盆地太康隆起西部開封市尉氏縣，所有樣品采自上古生界參數(shù)井尉參1井，具體井位見圖1。本文以上古生界煤系地層—山西組和太原組為主要研究對象，另從上下整合接觸地層本溪組和下石盒子組中選擇性采樣，作為垂向連續(xù)變化趨勢參照對比，自本溪組頂部至下石盒子組共取樣28件，其中本溪組3件、太原組6件、山西組13件、下石盒子組6件。樣品均為泥巖或粉砂質(zhì)泥巖，未受風化作用影響，具體采樣位置見圖2。樣品分析由中石化勝利油田研究院石油地質(zhì)測試中心完成，稀土元素和微量元素（Ni和 Cr）采用 NexION300D 等離子體質(zhì)譜儀進行測定，巖石中有機碳分析采用有機碳分析儀（CS-600）依據(jù)GB/T 19145—2003測定。分析結(jié)果見表1。

圖1 研究區(qū)位置及早二疊世巖相古地理圖 （據(jù)曾秋楠，2019[9]修改）a.太康隆起區(qū)域構(gòu)造；b.太康隆起山西組沉積相；c.尉參1井上古生界巖性及采樣位置。Fig.1 Palaeogeographic map and location map of Early Permian of the study area

圖2 南華北盆地太康隆起上古生界泥巖球粒隕石標準化稀土元素分配模式a.下石盒子組，b.山西組，c.太原組，d.本溪組。Fig.2 Chondrite-normalized REE patterns of mudstone samples in Upper Paleozoic,Taikang Uplift,southern North China Basin

3 稀土地球化學特征

3.1 含量特征

測試共檢測出La、Ce、Pr、Eu、Y 等15種稀土元素（表1）。測試結(jié)果表明，本區(qū)上古生界本溪組、太原組、山西組和下石盒子組泥巖稀土元素具有不同的地球化學特征。本溪組泥巖稀土總量（∑REE）明顯相對較小，為 99.06×10?6～249.87×10?6，平均值 199.38×10?6；太原組∑REE 為 304.00×10?6～404.90×10?6，平均值 349.82×10?6；山西組∑REE 平均值略高于太原組，為 371.02×10?6，但波動幅度明顯較大，為 193.34×10?6～561.43×10?6，最高值與最低值之差達 368.09×10?6；下石盒子組∑REE為 87.18×10?6～386.12×10?6，平均值 243.58×10?6，相較山西組有所下降，但仍明顯高于本溪組（表2）。

上古生界泥巖整體表現(xiàn)出明顯的REE富集特征，高于大陸上地殼（UCC）（稀土平均含量∑REE為 146.4×10?6），也高于北美頁巖（173.21×10?6）。垂向上本溪組和太原組之間存在一期REE富集程度加劇事件，太原組和山西組泥巖存在REE超常富集現(xiàn)象（ΣREE分別為UCC標準值的2.12倍和2.27倍），至下石盒子組該趨勢波動下降。各稀土元素在垂向上的變化規(guī)律與∑REE基本一致，表明沉積過程中具有相同的物源[10]。

3.2 地球化學參數(shù)

研究沉積物稀土元素分配模式可以采用球粒隕石標準化[11]、北美頁巖（NASC）標準化[12]和澳大利亞后太古宙平均頁巖（PAAS）[13]標準化等多個方式。本文采用球粒隕石標準化研究樣品相對地球原始物質(zhì)的分異程度，以此討論沉積物源區(qū)特征；采用北美頁巖標準化研究沉積過程中的分異程度。

輕、重稀土元素比值∑LREE/∑HREE可以在一定程度上反映二者的分異程度。比值越大，輕稀土越富集，重稀土越虧損。研究區(qū)本溪組、太原組、山西組和下石盒子組4個層位的∑LREE/∑HREE平均值分別為5.84、10.26、10.76和9.00，具有明顯的輕稀土元素富集、重稀土元素虧損的特征。輕稀土元素的變化特征基本決定了稀土總量的變化特征。除本溪組外，太原組、山西組和下石盒子組的∑LREE/∑HREE比值與上地殼的∑LREE/∑HREE 比值（9.5）相近，與上地殼稀土元素分異情況相似，表明沉積過程中主要受到陸源碎屑物質(zhì)的影響。

表1 太康隆起上古生界泥巖稀土元素質(zhì)量分數(shù)表Table 1 REE content of the Upper Paleozoic samples on Taikang Uplift

（La/Yb）N和（Ce/Yb）N可以反映稀土元素標準化圖解中曲線的傾斜程度。經(jīng)球粒隕石標準化后，研究區(qū)本溪組泥巖（La/Yb）N為0.92～5.55，平均值為 2.82，（Ce/Yb）N為 0.93～6.02，平均值為 4.01；太原組泥巖（La/Yb）N為9.63～13.26，平均值為10.82，（Ce/Yb）N為 7.20～10.04，平均值為 7.91；山西組泥巖 （La/Yb）N為6.75～14.69，平均值為10.29，（Ce/Yb）N為4.74～10.49，平均值為7.39；下石盒子組泥巖（La/Yb）N為2.46～10.73，平均值為7.30，（Ce/Yb）N為 2.21～7.97，平均值為 5.67。4 個層位泥巖樣品的輕、重稀土元素分異程度均較大，其中太原組和山西組分異程度相近，明顯高于本溪組和下石盒子組（表3）。

表2 太康隆起上古生界不同層段泥巖稀土元素質(zhì)量分數(shù)Table 2 Comparison of REE contents in mudstone from different formations on Taikang Uplift

經(jīng)球粒隕石標準化后可知，除本溪組泥巖樣品表現(xiàn)出明顯的Ce正異常以外（δCeN平均值為1.63），太原組、山西組和下石盒子組泥巖樣品均表現(xiàn)為極弱的Ce負異常（δCeN平均值分別為0.97、0.95和0.99），相對于球粒隕石分異不明顯。4個層位的泥巖樣品相對于球粒隕石均表現(xiàn)為明顯的Eu負異常（δEuN平均值由下至上分別為0.67、0.63、0.59 和 0.73）（表3）。

北美頁巖標準化的下石盒子組（La/Yb）S的平均值為1.04，與北美頁巖（1.00）基本相近；太原組和山西組的（La/Yb）S的平均值分別為1.55和1.47，明顯高于北美頁巖，表明輕、重稀土元素分異程度較大，輕稀土元素相對富集；本溪組的（La/Yb）S的平均值為0.40，表明輕稀土元素虧損，重稀土元素相對富集。δCeS由下至上平均值分別為1.49、0.89、0.87和0.91，即太原組、山西組和下石盒子組泥巖樣品相對于北美頁巖整體呈較弱的Ce負異常，本溪組為較弱的正異常。δEuS由下至上平均值分別為0.90、0.85、0.79和0.98，即本溪組、太原組和山西組泥巖樣品相對于北美頁巖整體呈較弱的Eu負異常，下石盒子組泥巖樣品相對于北美頁巖分異不明顯（表3）。

3.3 分布模式

由球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖（圖2）可以看出，從太原組到下石盒子組的配分曲線均顯示La-Sm段曲線斜率相對較大，Gd-Er段曲線平緩，Eu和Tm呈谷狀負異常，表明輕稀土元素富集且分異程度較大，重稀土元素相對虧損，分異程度較低，基本為典型的沉積巖稀土配分特征。

北美頁巖標準化元素配分模式圖顯示，本溪組樣品的REE配分曲線表現(xiàn)為較為平緩的左傾型（圖3d），表明本溪組輕稀土元素相對虧損，重稀土元素相對富集，Ce異常變化范圍較大，整體表現(xiàn)為較弱的 Ce 負異常（δCeS：0.14～1.97，平均值 0.90），并具有明顯的Eu負異常（δEuS：0.21～0.61，平均值0.40）。太原組、山西組和下石盒子組的REE分布特征均表現(xiàn)為平坦的NASC標準化配分模式，其中山西組相比太原組具有較弱的Ce負異常和較強的Eu負異常（圖3b、3c），下石盒子組，輕稀土元素的富集程度和輕、重稀土元素的分異程度均略低（圖3a）。

4 稀土元素地質(zhì)意義

4.1 成巖作用影響的討論

前人研究表明，成巖作用對泥巖REE存在一定的影響，可能改變Ce的異常值，使δCeN與δEuN呈良好的負相關、δCeN與∑REE呈良好的正相關[14]。研究區(qū)4個層位泥巖樣品的δCeN、δEuN和∑REE之間不存在明顯的相關性（圖4），表明成巖作用對樣品REE的影響十分有限，δCeN與（La/Sm）N之間較差的相關性也表明樣品的Ce異?？梢源碓汲练e物的信息，利用稀土元素恢復古沉積環(huán)境具有較大的可靠度。

4.2 稀土元素的古環(huán)境意義

4.2.1 氧化還原性

沉積物的Ce異常可以反映沉積水體的氧化—還原條件。前文已述δCeS由下至上平均值分別為1.49、0.89、0.87和0.91，即太原組、山西組和下石盒子組泥巖樣品相對于北美頁巖整體呈較弱的Ce負異常，本溪組為較弱的正異常。一般認為δCeS負異常是海相沉積環(huán)境的指標，但在邊緣海、淺海及封閉海域中Ce異常一般不明顯，不發(fā)生虧損，在開闊海域則會發(fā)生嚴重虧損[15]。因此，可以認為研究區(qū)泥巖受到一定程度的海水影響，太原期和山西期影響更大，整體為弱還原—弱氧化環(huán)境。

表3 太康隆起上古生界泥巖稀土元素地球化學參數(shù)Table 3 REE geochemical parameters of samples from Upper Paleozoic,Taikang Uplift

此外，Ce異常指數(shù)還可以用δCeanom表示，依據(jù)Elderfield H等提出的定義，其計算公式為：

δCeanom=lg[3ω（Ce）N/（2ω（La）N+ω（Nd）N）]

當δCeanom＜?0.1時，表明Ce虧損，反映沉積水體為氧化環(huán)境；當δCeanom＞?0.1時，表明Ce富集，反映沉積水體為還原環(huán)境[16]。

研究區(qū)本溪組δCeanom為0.05～0.44，平均值為0.18；太原組δCeanom為?0.06～?0.03，平均值為?0.04；山西組δCeanom為?0.08～?0.03，平均值為?0.05；下石盒子組 δCeanom為?0.05～0.01，平均值為?0.02。4個層位的δCeanom均大于?0.1，表明各段地層氧化還原條件差別不大，整體形成于缺氧的還原環(huán)境。其中，太原組沉積時海侵范圍擴大，沉積水體變深，沉積環(huán)境整體比較穩(wěn)定，更利于有機質(zhì)的保存，進而形成富有機質(zhì)泥巖；山西組含煤地層沉積期發(fā)生過多期區(qū)域性海侵海退事件，沉積環(huán)境相對動蕩，沉積物階段性暴露于地表，受到一定程度的氧化，導致呈δCeanom弱負異常，并且波動范圍明顯較大。

圖3 南華北盆地太康隆起上古生界泥巖北美頁巖標準化稀土元素分配模式a.下石盒子組，b.山西組，c.太原組，d.本溪組。Fig.3 NASC-normalized REE patterns of Upper Paleozoic mudstone samples,Taikang Uplift,southern North China Basin

圖4 研究區(qū)泥巖 δCeN-δEuN、δCeN-∑REE、δCeN-（La/Sm）N 相關性圖解Fig.4 Diagrams of δCeN-δEuN,δCeN-∑REE and δCeN-（La/Sm）N for Upper Paleozoic mudstone samples of the study area

4.2.2 沉積速率

前人研究表明，REE的分異程度可以反映沉積速率[15]。由于各稀土元素在電價、吸附性等方面的差異，稀土元素會隨沉積水體的變化發(fā)生分異，主要表現(xiàn)為輕、重稀土元素之間的分異，以及鈰元素和銪元素與其他元素之間的分異。這是因為在海（湖）水環(huán)境中，黏土等細碎屑質(zhì)和懸浮物是吸附REE的主要載體，當懸浮物在海水中停留時間較長時，REE有充分的時間被分解，進入海水的REE也有充足的時間被細粒物質(zhì)或懸浮物吸附，導致REE強烈分異，沉積物的輕、重稀土元素相應地出現(xiàn)富集或虧損，Ce也會隨沉積水體的氧化還原條件發(fā)生選擇性分異。當沉降速率較快時，REE隨吸附物快速沉降，與海水發(fā)生交換的機會少，其分異程度相應較弱，沉積物的REE頁巖標準化分配曲線平緩，Ce分異不明顯或呈弱負異常，曲線斜率（可以用（La/Yb）S的值表示）一般在1左右。

由（La/Yb）S來指示的REE分異程度可以看出，本溪組的沉積速率明顯較高，（La/Yb）S平均值為0.40；太原組樣品的（La/Yb）S為 1.38～1.90，平均值為1.55，反映了太原組的沉積速率顯著降低，為低能、缺氧環(huán)境，與太原組沉積期海侵面積擴大，沉積水體變深的構(gòu)造背景相符；山西組沉積速率波動幅度大，整體與太原組相近，（La/Yb）S為 0.96～2.10，平均值為1.47；下石盒子組（La/Yb）S為0.35～1.53，平均值為1.04，表明沉積速率隨環(huán)境變化再次升高。各層段殘余有機碳含量（TOC）的差別也證實了這一點。水體中黏土等細碎屑質(zhì)和懸浮物除了易吸附REE以外，也是吸附有機質(zhì)的主要載體，因此有機質(zhì)具有隨沉積速率變大而減小的趨勢[17]。本溪組沉降速率大，泥巖TOC平均值為0.32（n=3）；太原組和山西組泥巖TOC則分別為1.77（n=4）和1.00（n=8），表明沉積速率較低時，有機質(zhì)能夠充分被吸附，并隨細粒物質(zhì)的沉降而保存下來。這一特征在垂向剖面上也很明顯，太原組和山西組泥巖樣品的TOC高值與（La/Yb）S低值有良好的對應關系（圖5）。

4.3 沉積源區(qū)構(gòu)造背景的討論

稀土元素由于其自身穩(wěn)定的化學性質(zhì)，后期風化作用、沉積分選、成巖作用和蝕變作用對沉積物中稀土元素的組成影響較弱，可以在一定程度上保存源巖的稀土特征[18]。REE特征相近代表物源相同或存在一定的相關性，因此，可以利用沉積巖稀土元素特征對物源區(qū)構(gòu)造環(huán)境進行討論。

從本區(qū)樣品球粒隕石標準化的稀土元素分配與典型構(gòu)造背景模式的對比可知，太原組、山西組和下石盒子組典型泥巖樣品的REE分布曲線特征整體相近，顯示物源具有大陸邊緣構(gòu)造背景的親和性；本溪組典型泥巖樣品以輕微的Ce正異常和Eu異常不明顯為特征區(qū)別于另外3個層位，但整體仍具有大陸邊緣構(gòu)造背景的親和性（圖6a）。本次測試中所有樣品均出現(xiàn)顯著的銩（Tm）負異常，與常規(guī)稀土元素分配模式不符。銩元素是稀土元素中含量最少的元素，可以認為是實驗誤差所致。由于其化學性質(zhì)穩(wěn)定，不涉及關鍵化學參數(shù)，不影響其他元素數(shù)據(jù)的使用。

Sm/Nd比值也可以反映物質(zhì)來源。Sm和Nd均為不相容元素，通常在地質(zhì)地殼作用過程中不發(fā)生分異。不同性質(zhì)地球物質(zhì)的Sm/Nd比值變化范圍較小，如地幔為0.260～0.375，大洋玄武巖為0.234～0.425，海水為0.211，頁巖為0.209。本區(qū)除本溪組樣品的Sm/Nd比值相對較高以外（平均值為0.26），太原組、山西組和下石盒子組泥巖樣品的Sm/Nd比值相近，主要分布在0.16～0.23，平均值分別為0.17、0.18和0.17，反映物源為上地殼。

(La/Yb）N-ΣREE判別圖可以進一步揭示源巖的屬性[19]。太原組和山西組樣品分布點高度集中，大部分落在花崗巖區(qū)和花崗巖與沉積巖重疊區(qū)，山西組另有部分樣品落在沉積巖區(qū)，表明太原期和山西期具有較為統(tǒng)一的物源，沉積物源主要來自上地殼長英質(zhì)源區(qū)，但二者之間仍存在一定的差異。本溪組樣品主要落在玄武巖區(qū)，表明物源受海相環(huán)境控制；下石盒子組樣品點較為分散，橫跨多個區(qū)域，揭示了較為動蕩的沉積環(huán)境和混雜物源，與沉積速率的變化相符。

圖5 太康隆起尉參1井稀土元素質(zhì)量分數(shù)及地球化學參數(shù)垂向分布圖Fig.5 Vertical distribution of REE contents and geochemical parameters of Well Weican-1 in Taikang Uplift

圖6 太康隆起上古生界泥巖源巖構(gòu)造背景判別a.泥巖球粒隕石標準化稀土元素分布曲線與典型構(gòu)造背景砂巖的對比，b.（La/Yb）N-ΣREE 判別圖 （底圖據(jù) Bhatia，1985），c.泥巖 δEuP-（Gd/Yb）P 散點圖 （底圖據(jù) McLennan 等，1993[20]）；d.泥巖 Ni-Cr散點圖 （底圖據(jù) Taylor等，1986[21]）。Fig.6 Tectonic settings of the mudstone samples in Upper Paleozoic,Taikang Uplift a.comparison of chondrite normalized REE patterns of mudstone with various tectonic settings，b.（La/Yb）N-ΣREE diagram （base map after Bhatia,1985），c.Scattered diagram of δEup-（Gd/Yb）p of the mudstones samples （base map after McLennan et al.1993），d.Scattered diagram of Ni-Cr of the sampled mudstones （base map after Taylor et al.1986）

稀土元素比值中，δEuP和（Gd/Yb）P可以用來判定源巖性質(zhì)和形成地質(zhì)年代。一般認為顯生宙形成的花崗巖類由于富含富鉀長石，通常具有Eu弱虧損、HREE強烈虧損和（Gd/Yb）P＜2的特征。δEuP-（Gd/Yb）P圖解表明，研究區(qū)石炭—二疊系泥巖樣品的（Gd/Yb）P為0.41～1.51，落在后太古宇區(qū)域；山西組泥巖樣品中δEuP＜0.85的樣品相對其他組明顯較多，表明山西組有部分物源是形成于后太古宙的花崗巖類，與（La/Yb）N-ΣREE圖解所示結(jié)論相符。結(jié)合微量元素Ni-Cr圖解，可以進一步驗證太原組、山西組和下石盒子組泥巖的母巖主要形成于后太古宙，因為后太古宙泥巖相較于太古宙具有更高的長英質(zhì)組分含量，而鎂鐵質(zhì)元素，尤其是Ni和Co的含量更低[22]。

區(qū)域資料顯示，晚石炭世中期本溪組沉積時，南華北地區(qū)為南、北、西三面高，向東、東北傾斜的斜坡環(huán)境，沉積中心在研究區(qū)東北方的邯鄲—肥城以北地區(qū)。本次研究采集的本溪組樣品均位于本溪組頂層，對應晚石炭世末期，該時期海水退縮。早二疊世初再次發(fā)生海侵，由東向南、向西的海侵范圍進一步擴大，沉積中心來到研究區(qū)所在的鄭州—臨沂一帶，沉積環(huán)境為典型的淺水陸表海，發(fā)育海相灰?guī)r和煤層交互出現(xiàn)的沉積序列，這一點在尉參1井鉆遇地層巖性上有所體現(xiàn)。至早二疊世末，受興蒙洋向華北板塊俯沖加劇的影響，華北北緣的古陰山再度上升，沉積范圍大規(guī)模向東南退縮。受海西運動影響，盆地整體上表現(xiàn)為由弱伸展背景的克拉通內(nèi)坳陷向克拉通內(nèi)陸（含煤）坳陷轉(zhuǎn)變。

結(jié)合上古生界泥巖稀土元素對物源屬性的指示和已有的區(qū)域構(gòu)造演化認識，可以認為太康隆起地區(qū)太原組和山西組具有不同的物源亞區(qū)，太原組沉積物源可能來自秦嶺造山帶中的華北板塊南緣帶，山西組沉積物源可能還包括北秦嶺構(gòu)造帶[23]，母巖物質(zhì)均源自上地殼，為花崗巖和沉積巖混合物源。

4.4 稀土元素與有機質(zhì)富集關系的討論

稀土元素在垂向上的變化規(guī)律可以反映沉積水體的變化，而沉積水體成分的變化又受到古氣候的直接影響，因此，可以用稀土元素的變化特征來討論古氣候的演變[24]。一般認為，ΣREE的高值代表陸源碎屑輸入大，指示溫濕氣候條件，低值代表陸源輸入少，指示干旱氣候[10]。研究區(qū)各層位樣品的ΣREE與TOC均具有一定的正相關性（圖7），垂向上TOC高值段與ΣREE高值段對應良好（圖5），表明稀土元素豐度高的泥巖主要對應富有機質(zhì)層段。根據(jù)有機質(zhì)的形成與保存條件可知，殘余有機碳質(zhì)量分數(shù)高的層段指示溫暖濕潤的氣候環(huán)境，低值段指示干冷或干燥的氣候環(huán)境[25]。

根據(jù)ΣREE、(La/Yb）S和TOC垂向上的變化規(guī)律，結(jié)合區(qū)域沉積背景，尉參1井本溪組頂部至下石盒子組底部的連續(xù)剖面可以分為5個層段（圖5）。

（1）本溪組頂部鋁土泥巖段沉積時期（對應井段 2 809～2 822 m），∑REE 值和（La/Yb）S明顯較低，表明沉積水體淺，沉降速率大，陸源物質(zhì)注入不豐富，表現(xiàn)出相對干旱的氣候特征。有機碳含量也相應較低，為全井段最低處，本溪組頂部泥巖宏觀表現(xiàn)為淺灰色—灰色。

（2）向上至太原組上部泥巖段沉積初期（2 774～2 809 m），∑REE 值和（La/Yb）S穩(wěn)步增大，且二者變化趨勢相同，表明沉積水體加深的同時，物源注入加大，沉降速率降低致使REE發(fā)生充分分異，表現(xiàn)為溫暖濕潤的氣候條件。有機質(zhì)在這一時期得到充分的富集，表現(xiàn)為在太原組泥巖的TOC為全井段碳質(zhì)泥巖和煤以外的最大值，向上隨（La/Yb）S的減小穩(wěn)定降低。

（3）太原組頂部碳質(zhì)泥巖到山西組中部煤層以下的泥巖連續(xù)發(fā)育層段（2 718～2 774 m），∑REE 值和（La/Yb）S不再具有相同的變化趨勢，太原組頂部和山西組底部灰色泥巖夾灰?guī)r層段，∑REE值整體較高，波動較明顯，但（La/Yb）S曲線平緩無波動，小于下伏層段，表明物源豐富且穩(wěn)定，沉降速率升高，稀土元素分異不明顯，有機質(zhì)含量最高值低于下伏層段，但整體較高，基本保持在約2%，指示溫暖濕潤的氣候環(huán)境。

（4）山西組中部灰黑色含煤泥頁巖段（2 702～2 718 m）∑REE 值和（La/Yb）S變化趨勢相近，波動明顯但范圍較小，∑REE值整體較下伏地層略有降低，（La/Yb）S值整體較下伏地層略有升高，表明物源豐富，沉降速率大，水平面相對下伏地層沉積時期略有降低，泥巖TOC含量較高并發(fā)育3 m厚煤層，結(jié)合區(qū)域沉積背景，代表了溫濕氣候條件下淺水三角洲沉積體系中的分流間沼澤環(huán)境。

圖7 研究區(qū)泥巖 TOC-∑REE 相關性圖解Fig.7 Diagrams of TOC-∑REE for mudstone samples of the study area

（5）山西組上部碎屑巖層段（俗稱大占砂巖、香炭砂巖和小紫泥巖段）（對應井深 2 670～2 702 m），∑REE值和（La/Yb）S變化趨勢一致，波動范圍大，整體均高于下伏泥巖段，但TOC降低，表明沉積環(huán)境較為動蕩，結(jié)合區(qū)域沉積背景，可以認為該時期為經(jīng)歷了一次海侵—海退變化的三角洲平原環(huán)境。

5 結(jié)論

（1）太康隆起上古生界泥巖中稀土元素總量較高，高于大陸上地殼（UCC）和北美頁巖。∑LREE/∑HREE、（La/Yb）N和（Ce/Yb）N等化學參數(shù)表明本溪組稀土元素特征與太原組、山西組和下石盒子組明顯不同，其∑REE相對較低，稀土元素分異程度較低，具有明顯的δCeS正異常和（La/Yb）S負異常，輕稀土元素相對虧損，重稀土元素相對富集。太原組和山西組稀土元素總量高，輕、重稀土元素分異程度相近，明顯高于本溪組和下石盒子組，分配模式為輕稀土元素富集且分異程度較大，重稀土元素相對虧損且分異程度較低，具有較弱的Ce負異常和較弱的Eu負異常。

（2）泥巖的Ce異常值反映本溪組至下石盒子組氧化還原條件相近，整體形成于缺氧的還原環(huán)境，受到一定程度的海水影響。太原組沉積時海侵范圍擴大，沉積水體變深，沉積環(huán)境整體比較穩(wěn)定；山西組含煤地層沉積期發(fā)生過多期區(qū)域性海侵海退事件，沉積環(huán)境相對動蕩。

（3）稀土元素分布模式、Sm/Nd比值和（La/Yb）NΣREE判別圖等顯示太原組和山西組樣品分布點高度集中，大部分落在花崗巖區(qū)和花崗巖與沉積巖重疊區(qū)，沉積物源主要來自上地殼長英質(zhì)源區(qū)。結(jié)合δEuP-（Gd/Yb）P圖解可以認為太原組和山西組泥巖的母巖形成于后太古宙，主要為活動性大陸邊緣抬升基地物源。

（4）（La/Yb）S可以表示 REE 的分異程度，進一步反映沉積速率。本溪組的（La/Yb）S平均值最小，太原組和山西組明顯增大，且山西組的（La/Yb）S波動范圍相對更大，下石盒子組的（La/Yb）S平均值減小，表明沉積速率先降低再增大。結(jié)合泥巖TOC在垂向上的變化特征可知，研究層位自下而上沉積時期氣候條件經(jīng)歷了由冷干向溫濕的轉(zhuǎn)變，太原組沉降速率低，沉積環(huán)境穩(wěn)定，氣候條件溫濕，是最有利于有機質(zhì)富集和保存的層段。