遼西早白堊世義縣組磚城子層湖相碳酸鹽巖地球化學(xué)特征及古湖泊學(xué)沉積意義

梁俊紅，孫寶亮，尹國(guó)英

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院地質(zhì)系，沈陽 110819；2.遼寧城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，沈陽 110122)

0 引言

湖相碳酸鹽巖是分布最為廣泛的一類陸相碳酸鹽巖，是在內(nèi)陸湖泊盆地中形成的，其包括淡水型、半咸水-咸水型和鹽湖型碳酸鹽巖[1]。湖相碳酸鹽巖是古盆地構(gòu)造相對(duì)活動(dòng)、水域面積持續(xù)衰減、沉積水體物理化學(xué)條件及區(qū)域性古氣候等信息的良好記錄載體，具有廣泛的地域分布性和較好的地質(zhì)歷史延續(xù)性，在中生代至現(xiàn)在多種類型的湖泊中沉積產(chǎn)出。碳酸鹽巖的碳、氧同位素組成被用于區(qū)別湖盆水系類型，也被用于辨識(shí)是湖泊相還是湖沼相[2-4]。湖相碳酸鹽巖沉積較早期成巖膠結(jié)物的δ13C組成特征反映了有機(jī)質(zhì)細(xì)菌分解的強(qiáng)度和類型，碳酸鹽巖的δ18O值能夠揭示形成湖盆底層水體原始來源的組成[5]。自生成因和生物成因的湖泊沉積碳酸鹽巖的穩(wěn)定同位素組成特征常被用作古氣候的指示器，對(duì)同位素組成的詳細(xì)研究有利于地質(zhì)學(xué)家們對(duì)古溫度、沉積巖沉積模式以及碳元素的循環(huán)等問題的深入了解，同位素組成特點(diǎn)顯著展示從開放型至封閉型湖泊的多變湖盆的差異性[6]。對(duì)湖盆相沉積碳酸鹽巖和非碳酸鹽巖礦物學(xué)信息、湖相碳酸鹽巖穩(wěn)定同位素和微量元素分析使得古湖盆季節(jié)性生產(chǎn)力、溫度變化和古水文的重建以及區(qū)域性古氣候的恢復(fù)成為可能[7-14]。

遼西早白堊世義縣盆地內(nèi)，義縣組沉積地層多數(shù)為火山噴發(fā)間歇期的河流相、湖泊相沉積，沉積厚度一般僅十幾米、幾十米和近百米，其中常出露多個(gè)與火山噴發(fā)物有關(guān)的火山沉積層以及薄層狀湖相碳酸鹽巖沉積層[15]。義縣盆地義縣組中部的“磚城子層”，從刀把地東北向北到小閻家屯東成弧形延伸到甘家屯河谷，在河谷東的英窩山南北、二道河子、腰馬山溝、金家溝直至大凌河楊家屯鐵路路塹多處出露，尤以英窩山出露較好，因而被確定為義縣組建階典型剖面。

英窩山剖面磚城子層的沉積巖厚度約為60 m，下伏黑褐色橄欖玄武巖。剖面下部為與中基性火山噴發(fā)作用有關(guān)的膨潤(rùn)土、膨潤(rùn)土質(zhì)礫巖以及膨潤(rùn)土質(zhì)粉砂巖，向上過渡為湖相碳酸鹽巖沉積層；剖面中部為膨潤(rùn)土質(zhì)礫巖、灰黑色泥巖、頁巖夾層以及碳酸鹽巖沉積組合，向上過渡為深-半深湖相的碳酸鹽巖、紋層狀頁巖沉積；剖面上部為與中基性火山噴發(fā)有關(guān)的膨潤(rùn)土化凝灰質(zhì)粉砂巖-灰褐色頁巖粗-細(xì)沉積韻律[16]。薄層的碳酸鹽巖沉積主要出現(xiàn)在該剖面的中、上部。本文通過對(duì)英窩山磚城子層中發(fā)育的多個(gè)薄層湖相碳酸鹽巖地球化學(xué)研究，以期對(duì)義縣組火山旋回中晚期陸相古湖盆沉積環(huán)境、水體演化及古氣候信息提供一定的幫助。

1 湖相碳酸鹽巖巖石類型

1.1 湖相碳酸鹽巖的基本類型

Freytet和Verrechia、Verrechia、Alonso-Zarza以及Schnurrenberger等為研究湖泊(沼)沉積巖石學(xué)提供了系統(tǒng)完整、較強(qiáng)參考性的綜述性文獻(xiàn)[17-20]。在國(guó)內(nèi)，王英華的《中國(guó)湖泊碳酸鹽巖》專著對(duì)湖相碳酸鹽巖進(jìn)行了詳盡的研究，其中包括碳酸鹽巖巖石學(xué)特征和分類，湖相碳酸鹽巖的成巖作用和沉積相模式，以及在石油地質(zhì)方面的意義等多方面內(nèi)容[21]。

湖相碳酸鹽巖盡管在類型上和巖石外貌上與海相碳酸鹽巖較為相似，但兩者形成條件和沉積環(huán)境卻存在很大差異，如湖平面升降、湖泊水體運(yùn)動(dòng)、湖區(qū)地形、生物繁衍和外源碎屑供給等情況都不同于海相環(huán)境。湖相碳酸鹽巖的形成明顯受控于古氣候、古水動(dòng)力和古水體介質(zhì)條件等因素的變化[22]。淡水型湖泊碳酸鹽巖的常見巖石標(biāo)準(zhǔn)微相有微(泥)晶、球粒、放射性鮞粒、微似核形石、疊層石以及各種化石。此外，往往還出現(xiàn)外源巖屑和內(nèi)碎屑?；Ｒ娝{(lán)細(xì)菌、藻類、腹足類、雙殼類、介形類、魚骨、魚鱗和牙齒化石及兩棲動(dòng)物化石遺跡。咸水型湖泊相碳酸鹽沉積少見化石，可含少量腹足類化石。湖泊碳酸鹽巖石常見沉積組構(gòu)為塊狀、紋層狀和季候紋層狀，結(jié)節(jié)(核)狀沉積，并發(fā)育生物擾動(dòng)構(gòu)造。

1.2 研究區(qū)湖相碳酸鹽巖巖石類型

中生代早白堊世，遼西義縣盆地在區(qū)域性構(gòu)造作用以及強(qiáng)烈火山作用等內(nèi)生營(yíng)力影響背景下，古湖盆受到陸相區(qū)域性氣候、侵蝕腹地物源供給、湖泊水體物化條件以及水生生態(tài)系統(tǒng)等外生營(yíng)力因素的綜合作用，形成比海相沉積純度較差的湖相碳酸鹽巖沉積。義縣組磚城子層碳酸鹽巖可劃分為泥(亮)晶白云巖、滑塌角礫質(zhì)白云巖、藻黏結(jié)白云巖、紋層狀白云巖、質(zhì)純白云巖等5種類型。

泥(亮)晶白云巖中常含大量球粒和介形生屑、少量植物化石及方解石質(zhì)內(nèi)碎屑。該類型常見球粒泥(亮)晶白云巖、泥晶白云巖、介形生屑球粒亮晶白云巖、球粒介形泥晶白云巖，含少量介形生屑泥晶白云巖、方解石質(zhì)內(nèi)碎屑泥晶白云巖等(圖1a，圖1b，圖1c)。紋層狀白云巖常常由細(xì)粒碎屑沉積紋層和與藍(lán)細(xì)菌、藻類生物黏結(jié)成因有關(guān)的沉積紋層構(gòu)成，前者顏色較淺，呈灰色、淺灰色調(diào)；后者顏色相對(duì)較深，呈黑色調(diào)，與前者相比紋層的厚度較小。該類型巖石常見含碳酸鹽巖夾層的紋層狀白云巖和紋層狀白云巖(圖1d)?；堑[質(zhì)白云巖是與沉積作用過程密切相關(guān)的沉積產(chǎn)物，位于剖面的中部(圖1e)。藻黏結(jié)灰?guī)r中常含燧石質(zhì)、膨潤(rùn)土質(zhì)組分，具有生物黏結(jié)成巖的巖石地質(zhì)特征。質(zhì)純白云巖沉積僅發(fā)育于英窩山剖面頂部，厚2～5 cm(圖1f)。在磚城子層剖面中還出現(xiàn)了與碳酸鹽巖有關(guān)的鈣質(zhì)泥巖，該類型較簡(jiǎn)單，顏色為土黃色、淺土黃色調(diào)，含大量的陸相泥質(zhì)成分為其特征。

圖1 義縣組磚城子英窩山剖面碳酸鹽巖沉積巖石類型Fig.1 Types of sedimentary carbonate rock at Yingwoshan section of Zhuanchengzi layer of Yixian Formationa.介形生屑泥晶白云巖(yws-4)；b.球粒泥(亮)晶白云巖(yws-3)；c.含輪藻球粒亮晶白云巖(yws-6)；d.紋層狀白云巖(yws-15)；e.碳酸鹽巖滑塌角礫質(zhì)白云巖(yws-16)；f.剖面頂部白云巖沉積夾層

2 湖相碳酸鹽巖碳氧同位素地球化學(xué)特征

取自世界多地的湖相碳酸鹽巖的碳、氧同位素組成呈現(xiàn)與時(shí)間有關(guān)的協(xié)相關(guān)性，其常代表湖泊封閉水體或長(zhǎng)滯留時(shí)間的古水體特性。相反，碳、氧同位素組分與時(shí)間具弱或無協(xié)相關(guān)是具短滯留時(shí)間的開放湖泊水體沉積結(jié)果。受湖盆地理位置和氣候背景、盆地水文條件和水體演化因素影響，封閉型湖泊碳、氧同位素呈現(xiàn)獨(dú)特的、協(xié)相關(guān)趨勢(shì)的組成特征[23-25]。形成時(shí)代久遠(yuǎn)的碳酸鹽沉積物可能遭受較強(qiáng)的成巖作用影響致使原始沉積物中的碳、氧同位素值因交換而發(fā)生變化，但中生代之后的樣品應(yīng)用碳酸鹽巖的δ13C和δ18O值分析沉積環(huán)境則很有效。泥晶、微晶方解石微細(xì)粒組成的巖石具有很低的原始孔隙度，能有效阻止巖石在成巖過程中與流體進(jìn)行交換的成巖蝕變性，以此認(rèn)為樣品的碳、氧同位素組分受后期成巖改造的可能性極小，基本能夠反映沉積期原始湖水的碳、氧同位素信息[26]。此外，湖相碳酸鹽巖的δ13C、δ18O測(cè)量值之間呈可忽略的相關(guān)性，這些證據(jù)指示后期碳酸鹽巖成巖作用對(duì)巖石具微弱的影響[27-28]。本次在英窩山剖面采集的碳酸鹽巖樣品具有微(泥)晶巖相以及碳酸鹽巖碳、氧同位素不相關(guān)性特征，因此，對(duì)碳酸鹽巖地球化學(xué)特征的研究能較好指示沉積原始水體介質(zhì)和沉積古環(huán)境性質(zhì)。

2.1 研究區(qū)碳酸鹽巖碳、氧地球化學(xué)特征

對(duì)取自英窩山剖面多個(gè)碳酸鹽巖沉積層的11個(gè)巖石樣品進(jìn)行了碳、氧同位素測(cè)定，其中10個(gè)為全巖分析，樣品yws-18為質(zhì)純櫛狀白云巖(圖2)。δ13C值除1個(gè)樣品(yws-4)外全部為負(fù)值，變化范圍為-3.44×10-3～0.27×10-3，平均值為-1.21×10-3；δ18O數(shù)值變化范圍-15.73×10-3～-9.93×10-3，平均值為-11.32×10-3(表1)。含植物碎片介形生屑泥晶白云巖(yws-13)的δ13C值為-3.44×10-3。手標(biāo)本于顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，樣品中含一定量的植物化石碳屑，其低負(fù)值應(yīng)與有機(jī)碳的存在有關(guān)。剖面頂部碳酸鹽巖沉積層樣品yws-18，δ13C=-1.01×10-3，δ18O=-15.73×10-3。

圖2 義縣組磚城子層英窩山剖面柱狀圖及碳酸鹽巖取樣位置圖Fig.2 Column of Zhuanchengzi layers of Yingwoshan section with sampling position

碳酸鹽巖石標(biāo)本樣品主量元素化學(xué)分析表明，w(CaO)=30.88%，w(MgO)=20.29%，w(LOI)=45.87%，Σ(CaO+MgO+LOI)=97.04%；N(Ca)/N(Mg)=(30.88/56)/(20.29/40)=1.08，x(CO2)=45.87÷44=1.04。結(jié)合室內(nèi)巖石手標(biāo)本與稀鹽酸反應(yīng)微弱或幾乎不反應(yīng)，推斷其為白云石組成的白云巖。該樣品氧同位素異常負(fù)偏，可能與大量富含δ16O水體短期注入，致使湖水水文開放狀態(tài)加強(qiáng)有關(guān)。

根據(jù)碳酸鹽巖碳、氧同位素的分析數(shù)值可區(qū)別海水、半咸水和淡水水體中沉積的灰?guī)r。Keith和Weber曾提出如下的經(jīng)驗(yàn)公式：Z=2.048×(δ13C+50)+0.498×(δ18O+50)，式中的δ為PDB標(biāo)準(zhǔn)[29]。當(dāng)Z>120時(shí)為海相灰?guī)r，為咸水-半咸水環(huán)境；Z<120時(shí)為淡水灰?guī)r，為淡水環(huán)境；Z=120時(shí)為未定型灰?guī)r。研究區(qū)湖相碳酸鹽巖的Z值變化范圍114.78～122.39，平均值為119.19，數(shù)值高度集中，且呈咸水—半咸水灰?guī)r的地球化學(xué)特征，從而反映義縣組該期沉積早期水體鹽度較高，且在中期短暫水體注入，水體鹽度略降低，隨后鹽度再次增加的演化特征，整體表現(xiàn)為咸水—半咸水封閉型湖泊沉積環(huán)境(圖2)。

表1 下白堊統(tǒng)義縣組磚城子層湖相碳酸鹽巖的碳、氧同位素組成特征Table 1 C, O isotopic composition of lacustrine carbonate rocks of Zhuanchengzi layer of Early Cretaceous Yixian Formation

2.2 古湖泊的開放型和封閉型特征

陸相古湖泊沉積的原生碳酸鹽巖的碳、氧同位素是研究古環(huán)境和古氣候變化的重要指標(biāo)[30-31]。湖泊碳酸鹽沉積物中碳同位素的變化受湖水中溶解無機(jī)碳同位素組成以及無機(jī)碳與碳酸鹽巖沉淀礦物之間分餾效應(yīng)的控制?，F(xiàn)代湖泊水體的δ13C值的范圍與注入其中的雨水、河水和地下水相似，這些水體中溶解碳同位素值約為-10.00×10-3。在淡水湖泊中，碳酸鹽巖沉積物的碳同位素值-12.00×10-3～-6.00×10-3。當(dāng)?shù)⑷肓繙p少，湖泊水面縮小，或湖水停滯時(shí)間較長(zhǎng)，湖泊中溶解鹽類濃度上升，從而轉(zhuǎn)化為咸水湖泊。湖水中沉淀沉積物的δ13C值則達(dá)到湖水與大氣CO2平衡時(shí)的最大值+5.00×10-3。超咸水鹽湖中沉淀的方解石和文石的異常δ13C值更可高達(dá)+13.00×10-3。湖泊碳酸鹽巖的氧同位素值主要受湖泊水體氧同位素組成、碳酸鹽沉淀生成及殼體形成時(shí)的古溫度、水文收支平衡狀態(tài)等影響。湖水氧同位素組成主要來自大氣降水、地表水、地下水，其變化又受到氣溫和湖泊水體平衡狀態(tài)的制約。當(dāng)湖泊為開放型時(shí)，水體流動(dòng)性強(qiáng)，湖水水體滯留時(shí)間較短，蒸發(fā)作用對(duì)湖水氧同位素的影響小，此時(shí)湖水氧同位素與注入河水和降雨氧同位素成分一致，湖泊沉積的碳酸鹽巖具有高負(fù)值特征[4,30]。區(qū)域性氣候干燥，注入水量減少以及強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用下，湖泊演變?yōu)榉忾]型。湖泊水體停留時(shí)間變長(zhǎng)，較輕的氧同位素16O優(yōu)先從湖面逸出，造成湖水中氧同位素18O值富集，沉淀的碳酸鹽巖氧同位素發(fā)生正偏。因此，氧同位素的正偏和負(fù)偏能夠指示區(qū)域性干旱或潮濕的氣候變化趨勢(shì)。在開放型湖泊中，因受遞增生產(chǎn)力而形成的碳酸鹽巖沉積物能夠保留最大的碳同位素δ13C值和最小的氧同位素δ18O值，兩者之間呈現(xiàn)反相關(guān)性[32]。在封閉型湖泊中，原生碳酸鹽巖沉積物中記錄了最大的碳同位素δ13C值和最大的氧同位素δ18O值，相反兩者之間呈現(xiàn)正相關(guān)性[33-34]。不管何種類型湖泊，碳酸鹽巖富集氧同位素δ18O均可歸因于干旱氣候和強(qiáng)蒸發(fā)量，即較高氣溫的原因[35-39]。

在湖泊類型判別分析時(shí)，地質(zhì)學(xué)家常以碳、氧同位素所建坐標(biāo)系中的分布區(qū)域來進(jìn)行，開放型湖泊與封閉型湖泊中沉積的碳酸鹽碳、氧同位素δ13C和δ18O值具有不同的數(shù)值分布區(qū)?，F(xiàn)代開放型湖泊碳酸鹽巖的δ13C和δ18O值均為負(fù)值，位于第3象限。δ13C值在0～-10.00×10-3，δ18O值在-5.00×10-3～-15.00×10-3，由于注入水體時(shí)間滯留較短，碳氧同位素的組成控制因素不同，兩者的變化趨勢(shì)呈不相關(guān)性或弱相關(guān)。而在封閉型湖泊中，碳酸鹽巖的δ13C基本為正值，δ18O值可正負(fù)，其數(shù)值分布于第1、2象限。δ13C值變化較小，0.00～+5.00×10-3，δ18O值變化相對(duì)較大，在-10.00×10-3～+5.00×10-3，碳氧同位素?cái)?shù)值呈相關(guān)性。

圖3 義縣組磚城子層碳酸鹽巖碳氧同位素組成與沉積環(huán)境分析Fig.3 C, O isotopic composition vs sedimentary environments of carbonate rocks of Zhuanchengzi layer of Yixian Formation

將義縣組磚城子層的碳酸鹽巖碳、氧同位素?cái)?shù)據(jù)投點(diǎn)于判別圖，其古湖泊沉積期的δ13C、δ18O值多數(shù)落于第3象限，僅有1點(diǎn)投入第2象限(圖3)，位于超咸水與淡水湖泊過渡透點(diǎn)區(qū)。除剖面頂部yws-18之外，數(shù)據(jù)呈高度集中。δ13C=0.27×10-3～-3.44×10-3；δ18O=-9.93×10-3～-11.46×10-3。δ13C和δ18O值相關(guān)系數(shù)r=0.005，不具相關(guān)性。碳、氧同位素?cái)?shù)值分布表現(xiàn)為由暫時(shí)水體注入致使湖水呈現(xiàn)短暫開放、整體封閉的水文狀態(tài)特征。

3 古湖泊學(xué)的主量、微量元素地球化學(xué)證據(jù)

3.1 主量元素地球化學(xué)特征

本次對(duì)研究剖面由下至上采集的12塊碳酸鹽巖樣品進(jìn)行了主量元素地球化學(xué)分析，其分析結(jié)果如表2所述。

CaO、MgO與燒失量LOI的含量：研究區(qū)碳酸鹽巖的w(CaO)=15.43%～30.88%，均值為21.60%；w(MgO)=11.82%～20.29%，均值為15.15%；燒失量LOI在26.13%～45.87%，均值為34.40%。w(CaO+MgO+LOI)=53.38%～97.04%，均值為71.15%。三者的變化范圍較大，指示沉積環(huán)境的變化頻繁特征。

SiO2、Al2O3和Fe2O3陸源組分的含量：w(SiO2)=0.48%～36.74%，均值24.23%；w(Al2O3)=0.19%～3.17%，均值為1.54%；w(Fe2O3)=1.11%～3.13%，均值為2.00%；陸源組分w(Al2O3+SiO2+Fe2O3)=2.19%～44.87%，平均值為27.77%。三者變化范圍較廣，且w(SiO2)值變化極其明顯，反映沉積環(huán)境變化強(qiáng)烈，古湖泊沉積過程中大量、多期陸源，特別是陸源石英巖屑、火山灰質(zhì)組分輸入的參與。

x(Mg)/x(Ca)摩爾比：碳酸鹽巖樣品中的x(Mg)/x(Ca)=0.92～1.01，均值0.99。該比值反映巖石中碳酸鹽巖為白云巖化強(qiáng)烈，體現(xiàn)陸相湖泊沉積碳酸鹽巖與海相灰?guī)r差異性。

3.2 古湖泊學(xué)的微量元素地球化學(xué)特征

(1)古鹽度——Ni、Sr、Ga含量及w(Sr)/w(Ba)比值

湖泊相沉積物中，微量元素Ni、Sr和Ga等對(duì)沉積水體的鹽度條件十分敏感，常被用于區(qū)分沉積水體鹽度判定。沉積巖中，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(Ni)>40×10-6，w(Sr)>800×10-6，w(Ga)<8×10-6，為咸水環(huán)境；當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(Ni)<25×10-6，w(Sr)<90×10-6，w(Ga)>17×10-6，為淡水環(huán)境[40-41]。野外采集11個(gè)巖石樣品微量元素分析可知，w(Sr)=110.4×10-6～1360.2×10-6，平均值為876.32×10-6；w(Ga)=0.152×10-6～14.13×10-6，平均值為3.88×10-6，有一個(gè)樣品yws-8為14.13×10-6，其余均小于8×10-6，指示沉積湖泊水體為咸水環(huán)境(表3)。

表2 下白堊統(tǒng)義縣組磚城子層湖相碳酸鹽巖主量元素含量特征Table 2 Major element contents of lacustrine carbonate rocks of Zhuanchengzi layer of Yixian Formation

表3 下白堊統(tǒng)義縣組磚城子層湖相碳酸鹽微量元素含量及元素比值指標(biāo)Table 3 Trace element contents and indices of ratio of the elements of lacustrine carbonates from Zhuanchengzi layer of Early Cretaceous Yixian Formation

(2)水體介質(zhì)氧化-還原判別指標(biāo)——V、Ni、Cr、Mn、Cu、U、Th含量及比值

微量元素在沉積物或沉積巖中的富集與否與沉積時(shí)的氧化還原狀態(tài)關(guān)系密切，它們?cè)诔练e物或沉積巖中的含量可以反映沉積環(huán)境的氧化還原狀態(tài)。不同的微量元素具有不同的氧化還原敏感度，它們?cè)诓煌难趸€原區(qū)間表現(xiàn)不同，Cr、U和V的高價(jià)態(tài)離子可以在缺氧脫硝酸的環(huán)境下被還原并發(fā)生富集，而Ni、Cu、Co、Zn、Cd和Mo則主要富集在發(fā)生硫酸鹽還原的環(huán)境中。因此，可以利用w(V)/w(V+Ni)、w(V)/w(Cr)、w(Ni)/w(Co)、w(U)/w(Th)值以及δU值將沉積環(huán)境的氧化還原程度區(qū)分開來(表4)。

表4 古水體氧化—還原環(huán)境微量元素判別指標(biāo)[45]Table 4 Discrimination diagram of trace element geochemical indices of water body in paleo environment

w(V)/w(V+Ni)值：該比值可反映水體分層性強(qiáng)弱和氧化還原性，高于0.77分層強(qiáng)，介于0.6～0.77分層中等，<0.6分層弱。研究區(qū)義縣組樣品w(V)/w(V+Ni)值為0.51～0.83，平均值為0.71，且多數(shù)集中于0.6～0.84區(qū)間(見表3)，指示沉積時(shí)底層水體分層強(qiáng)，水體環(huán)境以半封閉—封閉的缺氧還原強(qiáng)分層環(huán)境為主，可能存在短暫的中等分層水體環(huán)境。

w(V)/w(Cr)、w(Ni)/w(Co)值：沉積巖中的w(V)/w(Cr)值常被用于古水體的氧化還原性，其值越高代表水體還原性越強(qiáng)。本文樣品w(V)/w(Cr)值介于1.59～8.28之間，多數(shù)>2.0，由下向上數(shù)值呈增大的趨勢(shì)。表明義縣組磚城子層沉積期古水體沉積環(huán)境由缺氧向次富氧的變化趨勢(shì)。w(Ni)/w(Co)值為8.02～23.21，均值13.34，其數(shù)值均大于7.0，反映沉積時(shí)水體介質(zhì)缺氧沉積環(huán)境特點(diǎn)。

(3)古氣候地球化學(xué)判別指標(biāo)——Sr、w(Sr)/w(Cu)、w(Rb)/w(Sr)

Sr、Ba同屬堿土金屬，內(nèi)生地質(zhì)作用過程中表現(xiàn)出極強(qiáng)地球化學(xué)相似性質(zhì)。但在外生沉積地質(zhì)作用中，由于其化學(xué)性質(zhì)微小差異，而使其發(fā)生地球化學(xué)的分異。Ba2+半徑較大，具有比Sr小的水合能，在淡水環(huán)境中更易于被黏土礦物、膠體以及有機(jī)質(zhì)吸附；Sr具有比Ba較大的活動(dòng)性，在搬運(yùn)過程中不易形成化學(xué)沉淀，因此水體中游離的Sr大部分被搬運(yùn)到更遠(yuǎn)的湖盆和海洋中。正是如此，陸相沉積物中相對(duì)富集Ba貧Sr，而在湖盆、海相沉積中相對(duì)富集Sr貧Ba。義縣組該沉積期碳酸鹽巖中，w(Sr)=110.4×10-6～1360.2×10-6，均值876.32×10-6；w(Ba)=2.95×10-6～328.00×10-6，均值145.27×10-6，兩者表現(xiàn)為強(qiáng)烈的元素地球沉積化學(xué)分異結(jié)果。

陸相盆地內(nèi)，Sr元素的高含量一般與干旱炎熱氣候條件下的湖水濃縮沉淀有關(guān)。通常認(rèn)為w(Sr)/w(Cu)=1.3～5.0，為溫暖濕潤(rùn)氣候；w(Sr)/w(Cu)=5.0～10.0，為半潮濕—半干旱氣候；w(Sr)/w(Cu)>10.0，表示具有炎熱干旱古氣候[42]。義縣組該沉積期的w(Sr)/w(Cu)值除1個(gè)樣品yws-8為5.09，其余均遠(yuǎn)大于10.0，數(shù)值介于54.94～1260.71，均值為213.79，反映炎熱干旱古氣候特征。w(Rb)/w(Sr)值也被用于反映古氣候的演化特征。低的w(Rb)/w(Sr)值指示不利于與巖石風(fēng)化作用的干旱或寒冷氣候條件，相反在溫暖期形成的沉積物中出現(xiàn)較高的w(Rb)/w(Sr)比值[54]。本文w(Rb)/w(Sr)值介于0.00～0.66，變化幅度較小，反映義縣組磚城子層沉積期干旱的古氣候特征。

4 結(jié)論

中生代早白堊世，遼西義縣盆地義縣組英窩山磚城子層為一套古湖泊相沉積，剖面自下而上發(fā)育數(shù)層薄層碳酸鹽巖沉積層。碳酸鹽巖的巖石學(xué)、碳氧同位素和主量、微量元素地球化學(xué)詳細(xì)研究揭示該期古湖泊學(xué)的沉積信息。

(1)在區(qū)域性構(gòu)造作用以及強(qiáng)烈火山作用的背景下，受區(qū)域性氣候、物源供給、湖泊水體條件等因素的綜合作用，形成剖面產(chǎn)出的多層、薄層的湖相碳酸鹽巖沉積。碳酸鹽巖主要包括泥(亮)晶白云巖、滑塌角礫質(zhì)白云巖、藻黏結(jié)白云巖、紋層狀白云巖和白云巖5種類型。

(2)湖相碳酸鹽巖碳氧同位素分析結(jié)果表明，δ13C值為-3.44×10-3～0.27×10-3，δ18O值為-15.73×10-3～-9.93×10-3，鹽度Z數(shù)值變化較小。義縣組該期沉積早期水體鹽度較高，中期存在短暫水體注入，水體鹽度略降低，隨后鹽度再次增加的演化趨勢(shì)，整體表現(xiàn)為咸水—半咸水封閉型湖泊沉積環(huán)境。

(3)碳酸鹽巖主量元素w(CaO+MgO+LOI)和陸源組分w(Al2O3+SiO2+Fe2O3)以及x(Mg)/x(Ca)摩爾比反映沉積環(huán)境變化頻繁，沉積過程中大量、多期陸源組分輸入的參與。微量元素Sr、Ga含量以及w(Sr)/w(Ba)>1指示沉積湖泊水體為咸水環(huán)境；w(V)/w(V+Ni)、w(V)/w(Cr)、w(U)/w(Th)值以及δU氧化-還原指標(biāo)指示為半封閉—封閉的缺氧還原強(qiáng)分層水體沉積環(huán)境；w(Sr)/w(Cu)和w(Rb)/w(Sr)值反映炎熱干旱氣候類型。碳酸鹽巖地球化學(xué)研究指示古湖泊為干旱氣候背景下的半咸水—咸水、缺氧還原強(qiáng)分層的半封閉—封閉類型。