豫西宜陽地區(qū)上二疊統(tǒng)孫家溝組上段鈣質(zhì)結(jié)核成因及其對古氣候的指示意義

鄭德順,祁帥帥,楊文濤,王艷鵬,李雨

(河南理工大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，河南 焦作 454000)

0 引 言

晚二疊世-早三疊世全球古氣候發(fā)生劇烈轉(zhuǎn)變，如表現(xiàn)為該時期溫度升高(利用牙形石中氧同位素證明)[1]、全球煤沉積間斷[2]、大量紅層出現(xiàn)[3]和陸表風(fēng)化作用增強[4-5]等。目前人們對該時期古環(huán)境和古氣候變化的研究主要集中在海相地層，而對同時期陸相地層的研究則相對不足[6]。陸相地層對古氣候和古環(huán)境的轉(zhuǎn)變更加敏感，揭示二疊紀末期陸相氣候環(huán)境變化是目前亟需解決的問題之一。

陸相沉積地層中沉積記錄的物理化學(xué)特征與它們形成時期的氣候和環(huán)境具有緊密的聯(lián)系。鈣質(zhì)結(jié)核是沉積地層中以碳酸鹽為主的結(jié)核狀沉積物，其作為沉積地層中重要的組成部分，在華北地區(qū)上二疊統(tǒng)孫家溝組沉積地層中廣泛分布[7-8]。鈣質(zhì)結(jié)核本身蘊含了豐富的古環(huán)境和古氣候信息，是二疊紀末期古氣候變化的靈敏記錄之一[9]。

前人對宜陽地區(qū)晚二疊世末期-早三疊世初期的地層研究主要集中在古生物和遺跡[10-11]、沉積環(huán)境分析[12]以及構(gòu)造演化[13]等方面，但對孫家溝組上段泥巖中鈣質(zhì)結(jié)核成因的研究較淺。本次研究選取上二疊統(tǒng)孫家溝組上段泥巖中鈣質(zhì)結(jié)核作為研究對象，通過利用巖石學(xué)以及地球化學(xué)等方法，對孫家溝組上段沉積時期的古湖泊封閉性、古鹽度和古氣候等方面進行分析，旨在揭示鈣質(zhì)結(jié)核形成機理，并進一步探討二疊紀末期陸地古氣候特征。

1 地質(zhì)背景

晚二疊世，柴達木、塔里木板塊與西伯利亞-蒙古板塊相互連接碰撞，華北板塊整體抬升[14]。由于北方抬升劇烈，地勢北高南低，海水向南退去；晚二疊世晚期，海水完全退出，盆地進入陸相沉積發(fā)展階段，發(fā)育一套以紫紅、灰紫色為主的泥砂巖層，具有河流-湖泊相沉積特征[10]。

二疊紀-三疊紀之交連續(xù)的陸相地層在豫西宜陽地區(qū)大雨淋剖面中具有完整出露，孫家溝組屬于上二疊統(tǒng)(圖1(a)，(b))。大雨淋剖面中的孫家溝組厚96 m，與下伏二疊系石盒子組平頂山砂巖段呈整合接觸，與上覆三疊系劉家溝組紫紅色石英砂巖呈整合接觸(圖1(c))。下伏地層石盒子組巖性以灰黃色厚層-巨厚層中粗粒長石石英砂巖為主，底部含有細礫；上覆劉家溝組的巖性單一，以塊狀紫紅色中細粒石英砂巖為主，夾有少量粉砂巖和泥巖，底部含磨圓度較好的礫石，層位穩(wěn)定。

孫家溝組地層出露較為完整，根據(jù)巖性組合特征分為上下兩段。下段發(fā)育一套土黃色、灰白色的粉砂巖夾薄層灰綠色、灰白色泥巖，土黃色中厚層砂巖中發(fā)育交錯層理。上段下部主要為厚層-巨厚層紫紅色泥巖夾一厚層粗砂巖，砂巖中發(fā)育大型楔狀交錯層理，中上部發(fā)育紫紅色泥巖夾數(shù)層鈣質(zhì)結(jié)核，頂部為厚層泥巖夾數(shù)層細粒砂巖薄層，整體屬于濱-淺湖沉積環(huán)境[11-12]。

2 鈣質(zhì)結(jié)核特征

本文所研究的鈣質(zhì)結(jié)核位于孫家溝組上段的紫紅色泥巖中。按鈣質(zhì)結(jié)核的巖石學(xué)特征可分為Ⅰ類(B019、B041、B042)和Ⅱ類(B023～B040)。Ⅰ類為上段底部和頂部出現(xiàn)的鈣質(zhì)結(jié)核；底部結(jié)核呈紫紅色、灰白色，顏色分布不均，含有較多的粉砂和黏土物質(zhì)，遇稀鹽酸劇烈起泡，形狀主要為團塊狀，通常被泥巖包裹，直徑1～5 cm，呈層狀分布于泥巖中，垂直發(fā)育較厚，橫向發(fā)育不穩(wěn)定(圖2(a)，(b))；頂部泥巖中發(fā)育有土黃色姜結(jié)狀結(jié)核，大小不均，零星分布于泥巖中，結(jié)核表面有明顯的裂縫和后期風(fēng)化作用的痕跡(圖2(c))。Ⅱ類為分布于中上部以橢球狀為主的鈣質(zhì)結(jié)核，呈順層狀分布，受后期擠壓變形明顯(圖2(d)，(e))；該處結(jié)核表面呈灰黃色，新鮮面呈土黃色、部分灰白色，被紫紅色泥巖包裹(圖2(e))；結(jié)核與泥巖之間具有明顯界限，部分切穿層理，且橢球鈣質(zhì)結(jié)核內(nèi)部含有同心紋理，說明此處結(jié)核為沉積期的產(chǎn)物(圖2(e)，(f))；結(jié)核大小變化較大，直徑5～15 cm，孤立或呈群簇狀分布。

(a)研究區(qū)位置圖；(b)宜陽地區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)文獻[10]修改)；(c)孫家溝組綜合柱狀圖圖1 豫西宜陽地區(qū)孫家溝組剖面位置及地層綜合柱狀圖Fig.1 Section position and stratigraphic comprehensive histogram of the Sunjiagou formation in Yiyang area，western Henan province

將鈣質(zhì)結(jié)核磨制薄片觀察，具有以下特征：Ⅰ類姜結(jié)狀結(jié)核主要由微晶方解石組成，含量約50%；顏色較暗，含有少量的泥質(zhì)及陸源碎屑物質(zhì)，具交代殘留結(jié)構(gòu)，石英顆粒存在不同程度的溶蝕現(xiàn)象(圖3(a))；方解石圍繞碎屑石英等礦物呈櫛殼狀生長(圖3(b)，(c))，該類結(jié)核明顯遭受成巖作用影響。Ⅱ類鈣質(zhì)結(jié)核主要由亮晶方解石組成，方解石多呈塊狀和連生式充填膠結(jié)分布，質(zhì)量分數(shù)為40%～60%(圖3(d)，(e)，(f))；鈣質(zhì)結(jié)核中還含較多碎屑物質(zhì)，成分主要為黏土礦物和以細-粉砂級次棱角狀碎屑石英顆粒(圖3(e)，(f))；該類結(jié)核中的碎屑物質(zhì)自中心向邊緣呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢。

3 地球化學(xué)特征

3.1 樣品測試

測試樣品為宜陽縣大雨淋剖面孫家溝組上段泥巖中的鈣質(zhì)結(jié)核?？紤]到干擾因素對測試的影響，樣品采集過程中避開了風(fēng)化和有明顯后期蝕變現(xiàn)象的地段，以確保測試結(jié)果的準確性。樣品經(jīng)后期處理后，粉碎至200目左右，裝入封口袋備用。碳、氧同位素的測定主要利用磷酸鹽法；由碳酸鹽樣品與磷酸反應(yīng)產(chǎn)生CO2氣體，用高純氦氣將產(chǎn)生的CO2氣體帶入MAT253質(zhì)譜儀，測試碳、氧同位素組成；測試結(jié)果以白堊系皮狄組箭石(PDB)為標準，測試誤差一般小于0.01‰。碳、氧同位素測試在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室完成。

(a)，(b)上段底部紫紅色泥巖中發(fā)育鈣質(zhì)結(jié)核；(c)孫家溝組頂部發(fā)育姜結(jié)狀鈣質(zhì)結(jié)核；(d)上段中上部Ⅱ類結(jié)核宏觀賦存層位狀態(tài)；(e)上段中上部發(fā)育Ⅱ類橢球狀鈣質(zhì)結(jié)核；(f)橢球狀鈣質(zhì)結(jié)核內(nèi)部含有同心紋理圖2 宜陽地區(qū)孫家溝組上段鈣質(zhì)結(jié)核野外宏觀分布照片F(xiàn)ig.2 Visual distribution photographs of the carbonate concretes in the upper part of the Sunjiagou formation in Yiyang area，western Henan province

(a)結(jié)核中石英顆粒具有不同程度的溶蝕和交代現(xiàn)象(正交光，×100)；(b)，(c)姜結(jié)狀結(jié)核中方解石圍繞礦物呈櫛殼狀生長，含有少量的泥質(zhì)物和石英(單偏光，×100)；(d)，(e)橢球狀結(jié)核主要礦物為方解石，碎屑物質(zhì)較少(單偏光，×100)；(f)方解石含量較高，碎屑礦物主要以石英和泥質(zhì)物為主(正交光，×100)；Cal：方解石；m-Cal：微晶方解石；Qz：石英碎屑圖3 鈣質(zhì)結(jié)核的鏡下顯微特征Fig.3 Microscopic characteristics of calcareous concretion

3.2 測試結(jié)果與檢驗

測試結(jié)果如表1所示，剖面中鈣質(zhì)結(jié)核的碳同位素含量介于-8.53‰～-0.29‰，平均為-3.54‰；氧同位素含量介于-12.45‰～-2.75‰，平均為-6.22‰。孫家溝組上段Ⅰ類鈣質(zhì)結(jié)核的碳同位素整體變化不明顯，而氧同位素變化較大，呈現(xiàn)明顯的負偏；Ⅱ類橢球狀結(jié)核的碳、氧同位素變化較平緩，整體處于穩(wěn)定態(tài)勢。

表1 宜陽地區(qū)孫家溝組上段樣品的碳、氧同位素及微量元素測試結(jié)果Tab.1 Analytical data of carbon，oxygen isotope and trace elemental from upper part of the Sunjiagou formation in Yiyang area

利用碳、氧同位素進行湖泊古環(huán)境研究時，選取保存有原始碳、氧同位素的樣品對研究結(jié)果具有重要的影響[15]。對樣品數(shù)據(jù)是否為原始沉積進行檢驗的方法主要為氧同位素指標[16]，其對后期成巖作用比較敏感，前人研究認為，當(dāng)樣品中的w(δ18O)<-10‰，表明發(fā)生明顯后期成巖作用，不能代表原始沉積時的地質(zhì)信息[17-18]。本次研究選取11個結(jié)核樣品進行測試。測試結(jié)果表明，Ⅰ類鈣質(zhì)結(jié)核3組樣品的w(δ18O)<-10‰，在分析沉積古環(huán)境、古氣候時應(yīng)剔除。Ⅱ類鈣質(zhì)結(jié)核中8組樣品中除1組(B025)數(shù)據(jù)異常外，其余7組氧同位素含量為-4.77‰～-2.75‰，平均值為-3.42‰；該類結(jié)核的宏觀和微觀特征均未發(fā)現(xiàn)任何蝕變現(xiàn)象，表明樣品沒有受到成巖作用影響，能夠保存沉積時原始環(huán)境碳、氧同位素特征。

4 討 論

4.1 古湖泊封閉性

通過對湖相原生碳酸鹽巖中碳、氧同位素的相關(guān)性分析，進而確定古湖泊的封閉性已成為一種重要手段[18]。開放型湖泊水體更新速度快，湖水中的碳、氧同位素缺少時間演化，水體中碳、氧同位素組成基本反映注入水的同位素特征，且二者之間的相關(guān)性弱或無相關(guān)性；現(xiàn)代湖泊中碳酸鹽巖碳、氧同位素的研究結(jié)果顯示，在以w(δ18O)為橫坐標、w(δ13C)為縱坐標的坐標系中(圖4)，其投點基本上落在第三象限，如瑞士Greifensee、美國Henderson和以色列Huleh等[19]的研究。封閉性較好、水體長時間處于滯留型湖泊，水體性質(zhì)較為穩(wěn)定，其碳、氧同位素含量主要受降水量與蒸發(fā)量的控制；隨蒸發(fā)作用的持續(xù)進行，較輕的16O和12C優(yōu)先排出，造成水體中較重的18O和13C含量相對富集，二者具有同步性，相關(guān)系數(shù)平方值R2>0.5，封閉性強度與相關(guān)系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系；現(xiàn)代封閉型湖泊中氧同位素值正負均有，碳同位素值基本為正值，其投點多落在一、二象限為，如美國Great Salt Lack、Turkala和Natron-Magadi等[20-21]的研究。

宜陽盆地孫家溝組上段鈣質(zhì)結(jié)核中未受后期成巖作用影響的碳、氧同位數(shù)據(jù)點分布情況如圖4所示。鈣質(zhì)結(jié)核中的碳、氧同位素落在第三象限內(nèi)，靠近原點，具較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)的平方值R2=0.56。鈣質(zhì)結(jié)核中的碳、氧同位素變化及相關(guān)性反映孫家溝組上段結(jié)核形成時期沉積古湖泊為封閉型。

4.2 古鹽度

湖相沉積中，利用碳酸鹽巖中碳、氧同位素的含量能夠反映湖水的鹽度特征，且鹽度與碳、氧同位素之間呈正相關(guān)關(guān)系[22]。M.L.Keith等[23]提出利用碳酸鹽礦物的碳、氧同位素組成來區(qū)分碳酸鹽巖沉積環(huán)境的經(jīng)驗公式Z=2.048×(δ13CV-PDB+50)+0.498×(δ18OV-PDB+50)，式中δ13C和δ18O均用PDB作標準。當(dāng)Z>120時，為咸水沉積；當(dāng)Z<120時，為淡水沉積；當(dāng)Z=120時，說明水體還未定型[24]。通過對現(xiàn)代陸相鹽湖研究，如對中國的青海湖和美國西部地區(qū)的咸水湖泊中碳酸鹽巖的碳、氧同位素研究，發(fā)現(xiàn)它們的Z值都大于120[19]，表明利用Z值區(qū)分湖泊是否為咸水環(huán)境是可行的。

圖4 宜陽地區(qū)孫家溝組上段碳、氧同位素組成及沉積環(huán)境分析(據(jù)文獻[20，24]修改)Fig.4 Diagram showing carbon and oxygen isotope compositions and analytical results of sedimentary environment from the upper part of the Sunjiagou formation in Yiyang area

孫家溝組上段Z值計算結(jié)果如表1所示，Z值的變化范圍為114.45～122.62，平均值為118.60。由Z值的變化特征可得，孫家溝組上段結(jié)核形成期的古湖泊環(huán)境為半咸水-咸水。此外，在封閉型湖泊水體中鹽度主要受蒸發(fā)量和降水量的控制；利用氧同位素的變化特征也能夠推斷古鹽度的變化趨勢，蒸發(fā)作用越強，氧同位素值越大[18]。利用鹽度計算公式S=δ18O+21.2/0.61可計算沉積物沉積時的湖泊水體鹽度大小。孫鎮(zhèn)城等[25]利用鹽度值(S)把湖泊含鹽度劃分為：淡水湖泊(0～0.5‰)，半咸水湖泊(0.6‰～35‰)，咸水湖泊(36‰～50‰)，鹽水湖(>51‰)。通過計算得出孫家溝組上段古鹽度變化范圍，為29.98‰～32‰，平均值為31.32‰，從而得出孫家溝組上段鈣質(zhì)結(jié)核沉積時為半咸水湖泊。綜合Z值和S值的分析表明，孫家溝組上段Ⅱ類結(jié)核形成時期應(yīng)該為半咸水-咸水沉積。

4.3 古氣候

湖泊中原生碳酸鹽巖的碳、氧同位素含量變化是研究古氣候的重要指標[15]。封閉型湖泊中，受外來徑流和大氣降水?dāng)y帶的大量16O，12C影響，碳、氧同位素會明顯降低；相反，當(dāng)干旱氣候持續(xù)，湖泊的蒸發(fā)量遠大于降水量時，較輕的16O，12C會從水體逸出，湖水所含的碳、氧同位素發(fā)生富集，使原生碳酸鹽中的同位素含量增加[18，20，24]。

通過對孫家溝組上段封閉型半咸水-咸水湖泊沉積鈣質(zhì)結(jié)核中的碳、氧同位素的變化趨勢和鹽度分析(圖5)，認為沉積早期可能受降水或地表徑流注入的影響，碳、氧同位素含量同時降低，這一時期的蒸發(fā)量小于降水量；隨著蒸發(fā)作用增強，湖水水位持續(xù)下降，湖泊中碳、氧同位素呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，湖水的鹽度升高，表明此時干旱氣候的持續(xù)；當(dāng)碳、氧同位素的值達到最大時，蒸發(fā)作用最強，湖水水位下降到最低，湖水鹽度達到最高，成為咸水湖泊，說明此時干旱最為強烈。

通過鈣質(zhì)結(jié)核的碳、氧同位素含量分析，可以推斷出，孫家溝組上段鈣質(zhì)結(jié)核形成時的古氣候主要以干熱型為主；野外觀察發(fā)現(xiàn)Ⅱ類結(jié)核與泥巖層呈韻律性分布，推斷該時期在干熱的氣候環(huán)境中可能也會存在一定的降水過程。

圖5 宜陽地區(qū)孫家溝組上段沉積時期的古湖泊特征Fig.5 Paleo-lacustrine characteristics during the deposition of the upper part of the Sunjiagou formation in Yiyang area

4.4 鈣質(zhì)結(jié)核成因

Ⅱ類結(jié)核的厚度較薄呈層狀分布，與圍巖層具有明顯的界線；碳、氧同位素數(shù)據(jù)以及鏡下觀察顯示其未受成巖作用影響，此處結(jié)核應(yīng)為同生期或準同生期的產(chǎn)物。蒸發(fā)作用的持續(xù)進行使封閉型古湖泊中碳酸鹽產(chǎn)生富集，當(dāng)碳酸鹽含量達到一定的量后會飽和析出并在膠結(jié)作用下發(fā)生沉淀。由于下部存在早期沉積形成的泥巖層，較重的碳酸鹽在泥巖層上部沉淀，且隨著蒸發(fā)作用持續(xù)進行，碳酸鹽飽和析出量逐漸增多，結(jié)核初級形態(tài)開始形成(圖6-Ⅱ-a)；在炎熱干旱的氣候背景下，隨著碳酸鹽不斷地析出與膠結(jié)作用的持續(xù)進行，促進鈣質(zhì)結(jié)核不斷生長(圖6-Ⅱ-ⅰ)，早期形成的結(jié)核在未完全固結(jié)的狀態(tài)下形成包殼或結(jié)核層[28]；同時新的結(jié)核也在不斷地生成(圖6-Ⅱ-ⅱ、ⅲ)。Ⅱ類結(jié)核內(nèi)部存在同心圓紋理(圖2(f))，表明其由內(nèi)向外生長[30]。此外，后期沉積的泥質(zhì)巖層覆蓋在未固結(jié)的結(jié)核層之上，隨著上覆沉積物的增加以及該時期干旱氣候的影響，使結(jié)核受到擠壓-固結(jié)成型，最終形成沉積地層中發(fā)育的各種形態(tài)的鈣質(zhì)結(jié)核。

Ⅰ類：成巖期形成的結(jié)核；Ⅱ類：同生期形成的結(jié)核，ⅰ、ⅱ、ⅲ代表Ⅱ類結(jié)核的形成期次圖6 鈣質(zhì)結(jié)核成因模式Fig.6 Conceptual model illustrating mechanism of calcareous concretion

4.5 對氣候的指示意義

二疊紀末期發(fā)生了一系列重大的地質(zhì)事件，如生物滅絕事件、全球煤沉積間斷以及全球升溫事件等，這些事件的發(fā)生往往與古氣候的變化存在緊密聯(lián)系[31]。根據(jù)牙形石中氧同位素恢復(fù)表層海水溫度變化，指明二疊紀-三疊紀之交海水溫度至少升高4 ℃，總體處于32 ℃以上[32]；通過對中國西北部博格達山古土壤風(fēng)化指數(shù)(CIA-K)建立的古降水量，顯示二疊紀末期年均降水量從1 100 mL突降至230 mL[33]。這些特征表明晚二疊世末期-早三疊世初期全球溫度具有明顯升高，濕度 減小的趨勢。研究區(qū)所處的華北南緣在二疊紀整體為一套含煤沉積建造，山西組和石盒子組沉積期間形成的含煤地層分布廣泛，表明當(dāng)時處于溫暖潮濕的氣候環(huán)境；自晚二疊世孫家溝組沉積時期開始，含煤地層間斷，表明氣候發(fā)生明顯改變；該時期形成的大量紅色陸源碎屑巖層被認為是炎熱干旱氣候環(huán)境的標志[34-35]。譚聰[36]通過對鄰近鄂爾多斯地區(qū)上二疊統(tǒng)-下三疊統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，該套紅層為原始沉積，化石含量少，以及指示干旱氣候的坡縷石的出現(xiàn)，都表明該套地層在炎熱干旱的環(huán)境下形成。

晚二疊世晚期在宜陽地區(qū)孫家溝組上段泥巖層中發(fā)育大量鈣質(zhì)結(jié)核，通過對其所含碳、氧同位素與微量元素的變化分析得出，該段整體處于干旱-半干旱的氣候狀態(tài)，蒸發(fā)量遠大于降水量。該種氣候的影響表現(xiàn)為：降水量和地表徑流的減少，使封閉型湖泊水面降低，湖水中所含碳酸鹽產(chǎn)生富集且含量逐漸增加，最終飽和并膠結(jié)析出，聚集成核并在蒸發(fā)作用下不斷生長，在成巖早期形成以層狀分布的Ⅱ類結(jié)核；由于干旱氣候的持續(xù)和加強，湖水退卻，早期沉積地層暴露地表，其中所蘊含的方解石由不飽和狀態(tài)迅速演變?yōu)轱柡突蜻^飽和狀態(tài)，產(chǎn)生大量鈣質(zhì)沉淀，在后期成巖作用過程中形成大量Ⅰ類結(jié)核。Ⅱ類鈣質(zhì)結(jié)核層與泥巖層呈韻律層分布，且結(jié)核形成時期的古鹽度更高，也能夠反映古湖泊較久遠的水體鹽度變化，揭示了鈣質(zhì)結(jié)核形成時的古氣候蒸發(fā)強度與泥質(zhì)巖沉積時相比更加強烈。晚二疊世早期到晚期宜陽地區(qū)孫家溝組上下兩段的巖性組合和顏色變化同樣能夠顯示古氣候發(fā)生變化(圖1)，即由相對濕潤向炎熱半干旱-干旱轉(zhuǎn)變[12]。

利用鈣質(zhì)結(jié)核所揭示的宜陽地區(qū)上二疊統(tǒng)孫家溝上段的古氣候特征，與曹瑩[8]對華北南緣石川河與義馬剖面孫家溝組風(fēng)化指標的研究所得出的氣候向干熱型轉(zhuǎn)變的結(jié)論，以及譚聰[36]利用地球化學(xué)特征與黏土礦物對鄰近鄂爾多斯地區(qū)孫家溝組的古氣候的研究所得出的結(jié)論相吻合。由此可得，鈣質(zhì)結(jié)核作為沉積記錄之一，其本身所蘊含的沉積環(huán)境信息能夠指示古氣候的變化。

5 結(jié) 論

(1)通過對孫家溝組上段地層中鈣質(zhì)結(jié)核宏觀和微觀特征分析，可以把其分為Ⅰ類和Ⅱ類。Ⅰ類結(jié)核呈團塊和姜結(jié)狀，存在明顯的溶蝕、交代現(xiàn)象，方解石繞礦物聚集生長，表明其形成于成巖期，受成巖作用的影響；Ⅱ類結(jié)核具有同心圓紋理，與圍巖具有明顯的界線，主要在沉積過程中由碳酸鹽膠結(jié)析出凝聚成核，且由內(nèi)向外生長，表明其為同生期的產(chǎn)物。

(2)根據(jù)鈣質(zhì)結(jié)核中碳、氧同位素相關(guān)性、鹽度指標“Z”值與“S”值的大小，得出孫家溝組上段鈣質(zhì)結(jié)核形成時期以封閉型咸水-半咸水湖泊沉積為主；基于碳、氧同位素的變化得出孫家溝組上段以炎熱干旱氣候為主，蒸發(fā)作用強烈。

(3)通過對鈣質(zhì)結(jié)核進行研究，得出豫西宜陽地區(qū)上二疊統(tǒng)孫家溝組上段的古氣候主要干熱型為主。該結(jié)論與前人研究所得華北其他地區(qū)上二疊統(tǒng)孫家溝組的古氣候特征相吻合，表明利用鈣質(zhì)結(jié)核對古氣候進行解釋是可行的。