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埃迪卡拉纪—寒武纪过渡期是地球早期生命史上最重要的时期之一，各生物集群的爆发辐射与灭绝事件往往与古海洋大规模的氧化还原条件以及古气候变化密切相关[1⁃6]。氧化还原条件对海洋表层生产力以及沉积速率有着重要影响[7⁃9]，是分析论证早期生命数量巨变地质成因的关键切入点[4]；同时，寒武纪纽芬兰世幸运阶初期全球地层记录了碳同位素显著负漂现象，海洋古环境变化造成的沉积有机质埋藏速率、水体盐度变化以及古气候影响的古风化作用等被揭示与碳同位素变化之间存在协同演化关系[2⁃10]。因此，研究纽芬兰世幸运期—第二期海洋古环境变化对同时代全球海洋的演变及生物活动、全球碳同位素漂移等显著地质事件具有重要意义[11]。
华南扬子地台发育完好的埃迪卡拉纪—寒武纪岩层，保存了一系列浅水—深水相连续剖面和最完整的生物化石记录，是研究早寒武世古海洋环境演变及其与早期动物演化相互作用的理想场所，已成为全球研究的热点[12]。早寒武世滇东地区位于扬子板块西南缘，紧邻华夏板块，渔户村组地层出露完整且分布广泛，是开展岩石特征及风化作用、古海洋环境演化的优良载体。前人对此做了多方面研究，Och et al.[3]通过对肖滩剖面的研究认为扬子地台早寒武纪海洋中存在普遍的缺氧状态，局部地区出现了缺氧的富铁性深层水；曹金鑫等[13]通过对白龙潭剖面磷块岩的研究认为渔户村组时期整体为高盐度干旱高能浅水的氧化环境；陈志明等[14]认为渔户村组早期含磷岩石组合是在海退背景下沉积的一套以碳酸盐为主的岩石组合；田升平[15]则认为滇东地区渔户村组期受到大规模海侵，位于弱氧化—弱还原水介质，水动力能量较强，古气候为温暖干燥的沉积环境；穆丹[16]认为其沉积环境是由缺氧还原环境逐渐过渡为弱氧化环境。
针对上扬子板块西南缘寒武纪早期海洋氧化作用强弱不明确、古气候特征不统一、生物爆发及磷富集的海洋盐度环境认识不清等问题，本文选取云南会泽朱家箐剖面为代表，对研究区渔户村组碳酸盐岩、含磷粉砂岩等开展了岩石学特征、主量元素、微量元素的系统分析，以解决古气候、古海洋氧化还原性及古盐度问题，明确该时期海洋氧化作用强度变化及反映的地貌和古气候变化，重建古海洋环境演化特征。该项研究对探索我国扬子地区寒武纪早期生命大爆发和磷矿富集的古气候、古海洋环境具有重要意义，也为了解寒武纪早期全球古海洋介质条件及磷循环提供了一个有效的窗口。
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埃迪卡拉纪晚期至寒武纪早期，扬子板块是处于低纬度孤立的板块[17]（图1a），大面积的海侵和沉降形成了整个华南西南半部的浅表海，期间扬子地区沿西北—东南方向依次展布为浅水碳酸盐台地—陆棚—斜坡—深水盆地相带[2]（图1b）。研究区位于扬子板块西南缘的云南东部地区，西侧为康滇古陆和泸定古陆，东南侧为牛首山古陆[6]（图1c）。寒武纪纽芬兰世幸运期—第二期，滇东地区主体上位于碳酸盐台地相带，沉积了一套浅海相的碳酸盐岩，同时伴生有少量碎屑岩及磷块岩。朱家箐剖面位于云南省东部曲靖市会泽县大海乡朱家箐（图1c，经纬度：26°17′56.32″ N， 103°13′21.87″ E，海拔：1 953 m），剖面出露完整，地层连续，记录了埃迪卡拉纪晚期到寒武纪早期高分辨率的古海洋环境演化信息[8]。
图 1 研究区地质简图
Figure 1. Geological profile map of study area
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滇东地区埃迪卡拉系—寒武系发育齐全，各组段呈整合接触，地层厚度由南向北逐渐增厚[18]（图2）。其中南部梅树村剖面小歪头山段岩石类型以粉砂质白云岩、磷质白云岩为主；中部干箐剖面主要为硅质白云岩；朱家箐剖面以硅质白云岩和白云岩为主；蜂子箐剖面主要为粉砂质白云岩；北部肖滩剖面主要为硅质白云岩；整体上地层厚度变化不大。到中谊村组沉积时期，南部梅树村剖面主要为磷块岩和白云岩互层；中部干箐剖面主要为粉砂岩和泥质粉砂岩；朱家箐剖面以磷块岩和泥质粉砂岩为主；蜂子箐剖面主要为磷质白云岩和硅质白云岩；北部肖滩剖面主要为磷质白云岩和泥质白云岩，地层厚度在中部朱家箐地区较大。大海段沉积时期，南部梅树村剖面以白云岩为主，厚度较小；中部干箐剖面以灰岩和白云岩为主；朱家箐剖面主要为白云岩，泥质粉砂岩和灰岩；蜂子箐剖面以灰岩和灰质白云岩为主；北部肖滩剖面以厚层的灰岩为主，该时期北部肖滩剖面大海段地层厚度较大（图2）。
图 2 滇东地区埃迪卡拉系—寒武系典型剖面地层对比图
Figure 2. Stratigraphic correlation of typical Ediacaran⁃Cambrian sections in east Yunnan
朱家箐剖面渔户村组主要岩石类型包括白云岩、硅质岩、粉砂岩、磷块岩、灰岩等，岩石颜色总体上呈灰色—灰黑色，表明该时期整体处于还原环境，前人将含有一定数量有机碳的黑色硅质岩、碎屑岩、磷块岩等组合岩性统称为黑色岩系[19]。小歪头山段厚约25 m，以灰黑色硅质白云岩为主（图3a），硅质白云岩以中薄层—中层状产出，矿物组成主要为方解石、白云石和黏土矿物胶结物（图3g），具泥晶—细晶结构，一般形成于潮坪亚相的潮下带，局部可见断层和擦痕（图3b），中夹有硅质岩夹层，硅质岩主要矿物成分为石英，含有极少量长石以及泥质黏土质矿物，岩石致密且坚硬，常具有硅质胶团结构，前人推测可能形成于深海热液上涌，顶部为粉砂质白云岩，反映了潮间的浅水环境；中谊村段厚约70 m，以磷块岩和粉砂岩互层为主（图3c），该段也是滇东磷矿的主要产出层位。综合野外露头观察和岩石薄片的镜下鉴定，磷块岩的类型主要有粒屑磷块岩、泥晶磷块岩、鲕粒白云岩、颗粒磷块岩和生屑磷块岩，磷块岩的矿物组成主要为碳氟磷灰石、白云石、黏土矿物以及少量黄铁矿，具有鲕粒结构（图3h）、泥晶结构，发育交错层理、波状层理、透镜状层理等，反映磷块岩形成于近岸浅水环境，如潮间高能带等；大海段厚约25 m，底部以白云岩为主（图3i），中部夹有粉砂—泥质粉砂层，发育平行层理（图3d），顶部为中层灰岩，有生物屑泥晶结构，富含小壳化石（图3e），多形成于低能的潮间—潮下带（图4）；上覆筇竹寺组灰黑色泥质粉砂岩整合接触于大海段之上[20⁃23]（图3f）。
图 3 朱家箐剖面岩石类型
Figure 3. Rock types of Zhujiaqing section
图 4 朱家箐剖面综合柱状图
Figure 4. Comprehensive histogram of sediments in Zhujiaqing section
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本次样品均采集于云南省会泽县朱家箐剖面，在除掉表层风化较严重的岩石之后[24]，尽可能选择新鲜样品，并避开脉体、重结晶及风化严重部位[25]，由下至上均匀间距采样，共采集样品11块（图5）。
图 5 朱家箐剖面实测地质剖面图
Figure 5. Measured geological profile of Zhujiaqing section
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本次实验样品的前处理工作包括样品粗碎和细碎，粗碎采用防污染式小型颚式破碎机，将样品破碎至2~5 mm，后盛放在碳化钨研钵托盘中进入振动式碎样机中碎至200目以下，每次实验前后先用清水清洗实验仪器后用75%乙醇溶液擦拭，确保样品之间无污染。主量元素测试在大陆动力学国家重点实验室完成，所用仪器为日本理学（RIGAKU）RIX2100扫描型全自动X射线荧光光谱仪，首先将细碎至200目的样品在105 ℃烘4 h后取出，在干燥器中保存；后称取1.2~1.4 g全岩粉末样品在925 ℃高温炉中煅烧3~4 h，待样品冷却后进行烧失量测定；将冷却后的粉末样品与助熔剂（四硼酸锂）和氧化剂（硝酸铵）按指定比例混合匀后，放入铂金坩埚中，加入1.5%的脱模剂（溴化锂溶液）2~3滴，将坩埚在高频熔样机中1 200 ℃下熔融，冷却后将制成的褐色玻璃片放在X射线荧光光谱仪上进行主量元素测试，分析精度优于5%。样品的微量元素和稀土元素分析均在核工业北京地质研究所分析测试研究中心完成，利用NexION300D 等离子体质谱仪进行分析，元素的测试误差低于10%[26]。
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朱家箐剖面渔户村组主量元素分析结果见表1。总体来看，朱家箐剖面渔户村组沉积岩主量元素主要包括SiO2、Al2O3、CaO、MgO、P2O5、K2O和Na2O。其中小歪头山段SiO2含量介于7.3%~64.18%（平均为33.68%），Al2O3含量介于1.33%~5.45%（平均为3.14%），CaO含量介于6.77%~27.51%（平均为18.97%），MgO含量介于4.53%~18.82%（平均为11.56%），（K2O+Na2O）含量介于0.70%~2.01%（平均为1.31%）。烧失量值较高，介于14.74%~42.36%（平均为28.84%），这与小歪头山段高的碳酸盐岩矿物含量有关；中谊村段SiO2含量介于7.66%~83.23%（平均为43.3%），Al2O3含量介于0.66%~5.41%（平均为2.49%），CaO含量介于2.05%~26.30%（平均为16.31%），MgO含量介于0.11%~6.01%（平均为1.73%），（K2O+Na2O）含量介于0.58%~2.31%（平均为1.34%）。烧失量值相对较低，介于2.02%~20.34%（平均为6.73%）。其中磷块岩以富含P2O5和CaO为特征，P2O5含量介于11.18%~30.34%（平均为20.19%），一般将P2O5含量大于8%定名为磷块岩[14]；大海段SiO2含量介于9.36%~65.75%（平均为38.21%），Al2O3含量介于0.60%~16.92%（平均为8.56%），CaO含量介于0.13%~27.15%（平均为13.85%），MgO含量介于0.71%~19.16%（平均为9.36%），（K2O+Na2O）含量介于0.25%~11.67%（平均为5.50%）。烧失量值相对较高，介于2.06%~41.88%（平均为21.47%）。
表 1 滇东地区朱家箐剖面渔户村组沉积岩主量元素含量表（%）
Table 1. Content of major elements in sedimentary rocks of the Zhujiaqing section, Yuhucun Formation, east Yunnan (%)
主量元素 ZJJ-02 ZJJ-06 ZJJ-07 ZJJ-11 ZJJ-15 ZJJ-18 ZJJ-19 ZJJ-20 ZJJ-23 ZJJ-26 ZJJ-30 NASC UCC SiO2 8.13 64.18 55.09 7.30 63.07 83.23 19.26 7.66 9.36 65.75 39.51 60.41 65.89 TiO2 0.06 0.23 0.15 0.06 0.13 0.27 0.03 0.02 0.03 0.24 0.31 1.06 0.50 Al2O3 2.01 5.45 3.76 1.33 3.18 5.41 0.66 0.70 0.60 16.92 8.15 17.66 15.17 TFe2O3 1.44 1.81 2.05 0.73 1.66 2.20 0.46 0.45 0.54 2.58 3.21 6.26 4.49 MnO 0.14 0.03 0.07 0.09 0.34 0.18 0.03 0.52 0.10 0 0.07 0.10 0.07 MgO 17.53 4.53 5.34 18.82 0.30 0.52 0.11 6.01 19.16 0.71 8.21 1.57 2.20 CaO 27.40 6.77 14.20 27.51 12.46 2.05 26.30 24.44 27.15 0.13 14.26 5.02 4.19 Na2O 0.09 0.12 0.07 0.20 0.07 0.06 0.11 0.34 0.05 0.14 0.07 4.36 3.89 K2O 0.69 1.89 1.67 0.50 1.63 2.25 0.47 0.43 0.20 11.53 4.50 2.93 3.19 P2O5 0.26 0.35 0.36 0.61 11.18 1.49 30.34 19.05 0.70 0.14 0.92 0.50 0.20 LOI 41.09 14.74 17.18 42.36 2.41 2.16 2.02 20.34 41.88 2.06 20.48 — — TOTAL 98.84 100.10 99.94 99.51 96.43 99.82 79.79 79.96 99.77 100.20 99.69 — — SiO2 /Al2O3 4.045 11.776 14.652 5.489 19.833 15.384 29.182 10.943 15.600 3.886 4.848 — — K/Na 7.667 15.750 23.857 2.500 23.286 37.500 4.273 1.265 4.000 82.357 64.286 — — 注： UCC据文献[27]；NASC据文献[28]。为了表征渔户村组沉积岩主量元素特征，将样品数据分别与大陆上地壳和北美页岩进行对比，并做标准化处理（图6）。由图6a可知，小歪头山段样品MgO、MnO、CaO和P2O5元素相对于大陆上地壳富集，其余元素相对亏损；中谊村段MnO和P2O5元素相对于大陆上地壳富集，其余元素相对亏损；大海段MgO、MnO、CaO、K2O和P2O5元素相对富集，其他元素则是相对亏损；由图6b可知，相对于北美页岩，小歪头山段样品MnO、MgO、CaO元素相对富集，而其他元素相对亏损；中谊村段MnO和P2O5元素相对富集，其他元素相对亏损；大海段MgO、CaO元素相对富集，其他元素则是相对亏损。
图 6 朱家箐地区渔户村组沉积岩主量元素配分模式
Figure 6. Distribution patterns of major elements in sedimentary rocks in Zhujiaqing area of the Yuhucun Formation
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朱家箐剖面渔户村组微量元素含量见表2。为了分析样品中微量元素的含量特征，将其分别与上地壳（UCC）和北美页岩（NASC）进行对比，标准化蛛网图见图7。相比于上地壳元素含量，元素Be、Sc、Rb、In、Th、Nb、Ta、Zr、Hf 出现亏损，元素Sb、W整体上呈现正异常（图7a），其中硅质岩样品元素Bi呈现明显的富集，由于Bi元素通常被认为来源于成矿高温热液，因此朱家箐地区硅质岩在沉积时可能存在热液活动[29]。相比于北美页岩元素含量，元素Sc、Cr、Co、Ni、Rb、Th、Cs、Zr、Hf 出现亏损，元素W整体上呈现正异常（图7b）。
表 2 滇东地区朱家箐剖面渔户村组沉积岩微量元素含量表（×10-6）
Table 2. Trace element contents of sedimentary rocks of the Zhujiaqing section, Yuhucun Formation, east Yunnan (×10-6)
微量元素 ZJJ-02 ZJJ-06 ZJJ-07 ZJJ-11 ZJJ-15 ZJJ-18 ZJJ-19 ZJJ-20 ZJJ-23 ZJJ-26 ZJJ-30 UCC NASC Li 5.30 12.40 24.40 3.93 5.12 6.22 4.72 3.89 1.29 19.60 30.50 20.00 — Be 0.77 2.06 1.50 0.74 1.82 2.05 1.77 0.90 0.31 1.84 1.32 3.00 — Sc 2.19 5.48 4.11 1.82 4.15 5.95 1.04 1.37 0.78 7.72 7.16 11.00 14.90 V 302.0 265.0 162.0 378.0 34.5 61.0 21.5 26.0 11.9 19.6 35.0 60.0 — Cr 37.6 71.4 32.9 57.2 63.5 33.7 12.5 5.6 4.4 12.2 22.9 35.0 124.5 Co 9.57 23.60 22.30 6.71 11.20 10.60 6.83 15.60 7.65 8.58 5.97 10.00 25.70 Ni 24.4 47.6 32.2 20.3 47.8 15.4 24.1 17.9 13.9 2.1 12.3 40.0 58.0 Cu 17.0 36.1 28.2 9.0 13.2 16.4 3.6 2.0 2.3 3.8 10.3 25.0 — Zn 31.7 56.8 63.6 69.5 167.0 25.1 12.1 9.1 63.4 12.3 370.0 71.0 — Ga 2.39 7.90 5.45 1.93 4.73 7.42 2.20 1.89 0.93 19.40 9.16 17.00 — Rb 17.1 53.2 40.0 12.6 25.9 46.0 6.6 6.8 5.4 96.3 68.7 112.0 125.0 Sr 872.0 173.0 247.0 314.0 300.0 48.2 760.0 427.0 65.1 23.6 162.0 350.0 142.0 Y 13.6 19.5 22.0 19.8 127.0 22.5 100.0 145 8.4 37.7 25.8 22.0 — Mo 3.81 11.50 3.15 0.51 1.58 5.76 1.33 1.05 0.18 0.98 0.71 1.50 — Cd 0.299 0.202 0.244 1.480 1.130 0.140 0.043 0.046 0.342 0.107 1.990 0.100 — In 0.006 0.017 0.011 0.004 0.015 0.032 0.005 0.006 0.021 0.032 0.028 0.050 — Sb 2.55 2.22 1.99 1.30 2.73 1.07 1.20 0.64 0.95 0.50 0.49 0.20 2.09 Cs 0.96 3.17 2.72 1.00 2.56 4.25 0.60 0.23 0.20 3.36 5.51 3.70 5.16 Ba 3 465 3 338 2 366 889 544 545 327 304 81.6 2 755 815 550 636 W 37.5 57.1 112.0 36.0 88.5 52.4 76.6 34.9 57.9 65.3 32.6 2.0 2.1 Re 0.014 0.057 0.011 0.005 0.008 <0.002 0.002 <0.002 <0.002 <0.002 <0.002 0.400 — Tl 0.417 0.896 0.595 0.240 0.678 0.875 0.249 0.118 0.094 1.590 0.692 0.750 — Pb 12.2 32.7 32.0 13.0 88.4 22.5 28.0 22.6 10.8 23.0 34.1 20.0 — Bi 0.078 0.224 0.211 0.037 0.034 0.145 0.024 0.006 0.015 0.115 0.120 0.130 — Th 1.94 4.74 3.39 1.43 3.13 4.59 0.95 1.60 0.85 13.5 5.18 10.70 12.30 U 3.03 11.10 4.14 3.84 3.26 7.81 16.30 13.3 1.32 1.92 2.15 2.80 2.66 Nb 2.75 6.37 4.37 1.99 3.18 6.42 0.95 0.50 0.79 107.00 6.42 25.00 — Ta 0.25 0.43 0.37 0.17 0.13 0.25 0.07 0.06 0.09 7.38 0.57 1.00 — Zr 21.4 56.3 36.3 15.1 6.8 41.7 2.0 4.9 7.4 370.0 69.1 190.0 200.0 Hf 0.637 1.620 1.120 0.468 0.232 1.080 0.127 0.195 0.235 10.200 2.410 5.800 6.300 U/Th 1.562 2.342 1.221 2.685 1.042 1.702 17.122 8.313 1.555 0.142 0.415 — — V/Cr 8.032 3.711 4.924 6.608 0.543 1.810 1.720 4.618 2.686 1.607 1.528 — — V/（V+Ni） 0.925 0.848 0.834 0.949 0.419 0.798 0.471 0.592 0.461 0.905 0.740 — — Sr/Cu 51.294 4.792 8.759 34.928 22.727 2.939 208.791 211.386 28.060 6.277 15.728 — — Th/U 0.640 0.427 0.819 0.372 0.960 0.588 0.058 0.120 0.643 7.031 2.409 — — Sr/Ca 31.825 25.554 17.394 11.414 24.077 23.512 28.897 17.471 2.398 181.538 11.360 — — 注： UCC含量参考文献[27]；NASC含量参考自文献[28]。
图 7 朱家箐地区渔户村组微量元素配分模式
Figure 7. Distribution patterns of trace elements in Zhujiaqing area of the Yuhucun Formation
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朱家箐剖面渔户村组稀土元素分析结果见表3。稀土元素总量介于22.325×10-6~244.62×10-6，平均为103.04×10-6；其中轻稀土元素含量介于19.227×10-6~223.67×10-6，重稀土元素含量介于3.098×10-6~35.66×10-6。利用球粒陨石标准值对渔户村组样品的稀土元素含量进行了标准化处理（图8），图中可以看出渔户村组样品球粒陨石标准化后配分曲线显示“右倾”特征，即轻稀土元素相对富集，重稀土元素相对平坦的配分模式，稀土配分型式较为稳定相似，较好地反映了物源一致性。
表 3 滇东地区朱家箐剖面渔户村组沉积岩稀土元素含量表（×10-6）
Table 3. REE content of sedimentary rocks at Zhujiaqing section, Yuhucun Formation, east Yunnan (×10-6)
稀土元素 ZJJ-02 ZJJ-06 ZJJ-07 ZJJ-11 ZJJ-15 ZJJ-18 ZJJ-19 ZJJ-20 ZJJ-23 ZJJ-26 ZJJ-30 球粒陨石 La 11.6 19.9 22.4 11.2 38.5 16.9 40.8 53.4 5.76 65.3 17.4 0.30 Ce 18.8 32.7 36.9 13.2 29.8 24.6 22.8 31.4 6.81 108 27.5 0.80 Pr 2.24 4.07 4.14 2.15 7.16 3.25 5.41 7.97 1.08 10.9 4.19 0.12 Nd 8.93 15.9 16.3 8.81 31.3 12.8 22.8 34.7 4.56 32.9 17.5 0.60 Sm 1.6 2.82 2.88 1.65 6.18 2.49 3.8 6.28 0.831 5.5 3.45 0.19 Eu 1.15 1.18 1.07 0.537 1.93 0.531 0.844 1.37 0.186 1.07 0.741 0.07 Gd 1.61 2.68 2.83 1.73 7.03 2.36 4.53 7.55 0.838 5.54 3.18 0.26 Tb 0.304 0.478 0.501 0.318 1.44 0.473 0.884 1.46 0.153 1.04 0.615 0.05 Dy 1.72 2.68 2.84 1.93 9.72 2.83 6.01 9.29 0.886 6.08 3.51 0.32 Ho 0.364 0.547 0.606 0.433 2.39 0.624 1.51 2.28 0.184 1.21 0.722 0.07 Er 0.984 1.57 1.62 1.18 6.63 1.72 4.11 6.11 0.478 3.22 1.87 0.21 Tm 0.167 0.275 0.267 0.186 1.15 0.308 0.677 0.951 0.076 0.539 0.331 0.03 Yb 1.01 1.63 1.53 1.04 6.40 1.95 3.23 4.69 0.42 2.93 1.89 0.21 Lu 0.149 0.214 0.201 0.138 0.903 0.271 0.422 0.607 0.06 0.391 0.256 0.03 ∑REE 50.628 86.644 94.085 44.502 150.533 71.107 117.827 168.058 22.325 244.62 83.155 — ∑LREE 44.32 76.57 83.69 37.547 114.87 60.571 96.454 135.12 19.227 223.67 70.781 — ∑HREE 6.308 10.074 10.395 6.955 35.663 10.536 21.373 32.938 3.098 20.95 12.374 — 注： 稀土元素含量∑REE=La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu+Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu；轻稀土元素含量∑LREE=La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu；重稀土元素含量∑HREE=Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu；球粒陨石稀土元素据文献[30]。
图 8 朱家箐剖面渔户村组沉积岩稀土元素球粒陨石配分模式
Figure 8. REE chondrite distribution patterns of Yuhucun Formation sedimentary rocks in Zhujiaqing section
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碳酸盐岩在沉积过程中可能受到后期成岩蚀变作用、风化作用等因素影响[24]，从而改变地球化学信息对古海水环境的原始记录，因此需要对数据有效性进行检验评估[25]。研究区碳酸盐岩样品镜下颗粒粒度较细，以泥粉晶为主，反映成岩改造作用弱。结合地球化学数据参数对数据可靠性进行检验评估，所用部分参数情况见表2。
海相碳酸盐岩随着成岩蚀变作用的加强，Sr元素含量减少，Mn元素含量增加，因此前人用Mn/Sr值来评估碳酸盐岩成岩蚀变的程度[25]。一般来说，当Mn/Sr<2时，说明样品很好地保存了原始海洋信息；当Mn/Sr<10时，碳酸盐岩未受到强烈的成岩蚀变作用，其元素组成可代表原始海洋沉积记录。朱家箐剖面小歪头山段碳酸盐样品值均小于3，大海段样品Mn/Sr值相对增大，但总体小于10。这说明朱家箐剖面碳酸盐样品受成岩作用及后期蚀变作用影响较小，可以反映成岩的原始沉积环境信息。
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沉积岩主量元素、微量元素及稀土元素受沉积环境及水体特征的影响，因此可以利用元素地球化学参数特征及构建的判别图解来推断沉积环境和恢复古气候条件[23]。沉积环境的氧化还原状态影响相应敏感元素的溶解度，从而导致其在氧化还原性介质下的富集差异性。Jones et al.[31]提出U/Th、V/Cr可以反映古氧化还原条件，其中U/Th<0.75代表氧化环境，0.75<U/Th<1.25代表贫氧环境，U/Th>1.25代表还原介质；V/Cr<2.00指示氧化环境，2.00<V/Cr<4.25指示贫氧环境，V/Cr>4.25指示强还原介质[32]。V/（V+Ni）也可以用来指示古氧化还原条件，在还原环境中，V元素会以难溶络合物显示出显著富集的特征，其中V/（V+Ni）<0.46反映氧化环境，0.46<V/（V+Ni）<0.60反映贫氧环境，0.60<V/（V+Ni）<0.84反映缺氧环境，V/（V+Ni）>0.84反映硫化环境[33⁃36]。
由表2可以看出，研究区渔户组样品U/Th介于0.14~2.68，平均为1.41（n=9），朱家箐剖面U/Th除个别样品（ZJJ-26、ZJJ-30）小于0.75外，其余均大于1.25，反映贫氧—缺氧环境；V/Cr介于0.54~8.03，平均为3.44（n=11），多介于2~8，反映贫氧—还原水体环境；V/（V+Ni）介于0.42~0.95，平均为0.72（n=11），除ZJJ-15外，其余均大于0.46，反映水体分层弱的缺氧—还原环境。从渔户村期氧化还原性纵向剖面来看，早期到晚期，整体上海水还原性为先减弱后增强的过程，但是在次级旋回中出现三个减弱—增强的趋势，即小歪头山段沉积时期海水还原性出现先减小后增大的旋回变化，中谊村段和大海段同样出现了先减小后增大的旋回变化，与同时期全球海平面变化相符（图9）[37]。
图 9 朱家箐剖面渔户村组地化元素判别图
Figure 9. Geochemical element discriminant map for Zhujiaqing section, Yuhucun Formation
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元素地球化学作为古气候判别的重要手段之一，如微量元素Sr/Cu、主量元素SiO2/Al2O3、Al2O3/MgO、Th/U均对判别古气候具有较好的指示作用。气候干燥时，SiO2/Al2O3>4，气候温暖湿润时，SiO2/Al2O3<4[13]；喜干Sr元素与喜湿Cu元素的比值对气候有灵敏的指示，一般来说，Sr/Cu>5指示干旱气候，1.3<Sr/Cu<5.0则表示潮湿环境；U元素在还原环境中以不可溶的U4+存在；Th元素的化学性质相对稳定，多赋存于抗风化矿物中，因此常用Th/U值表示古风化作用强度，一般而言，风化作用弱代表了干旱的气候条件。
由表1可以看出，研究区渔户村组样品SiO2/Al2O3介于3.89~29.18，平均为12.33（n=9），除ZJJ-26比值为3.89外，其余均大于4，反映了朱家箐渔户村组沉积时处于干旱的环境。由表2可以看出，Sr/Cu介于2.94~211.39，平均为54.15（n=9），朱家箐样品均远大于5，仅有ZJJ-06、ZJJ-18比值低于5，可能与硅质岩的热液上涌成因有关，古气候判别结果与上述SiO2/Al2O3垂向上具有较好的一致性；研究区渔户村组样品Th/U值介于0.05~7.03，平均为1.28，大陆上地壳值为3.82，比较可知样品总体风化程度低，佐证了该沉积时期古气候总体为干旱气候环境。纵向上，渔户村期气候整体为干旱—湿润的过程，但在小歪头山段、中谊村段和大海段沉积时期出现了三个干旱—湿润的次级旋回变化，进一步印证了渔户组期间波动性升温事件及寒武纪早期干湿交替的气候特征[38⁃40]。
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古盐度是沉积岩对沉积介质盐度的记录，是古环境重建的一项重要指标。由于Sr元素溶解度大于Ca元素，在水介质继续浓缩下才沉淀析出，所以Sr元素与Ca元素的比值可以灵敏地反映海水盐度变化，且海水盐度越大，Sr/Ca值越大[41]；而K和Na元素是活动性较强的碱金属元素，随着水体盐度的增大，K元素相对于Na元素吸附量更大，故K/Na随着水体盐度增大而增大[42⁃44]。由表1、2可知，研究区渔户村样品除个别样品外，大多数样品均为高值，指示高盐度的海水沉积环境。纵向上来看，渔户村组小歪头山段、中谊村段和大海段沉积时期，古盐度经历了三个增大—减小的次级变化旋回，与海平面和古气候具有较好的对应关系，即海平面降低古盐度增大，古气候湿润时期古盐度降低。这与寒武系早期陆表海的沉积背景相符合[23]。
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综合上述研究，扬子地区早寒武世渔户村组沉积的海域受古构造和古地形的控制，总体为较稳定的碳酸盐台地沉积环境[21]，但沉积物的粒度变化表明该段沉积环境曾经历了潮下—潮间—潮上的多个旋回。
埃迪卡拉纪晚期，研究区在海侵背景下形成以厚层碳酸盐岩为主的清水型沉积[45]；进入小歪头山段沉积时期，V/Cr值指示局部水体先降低后升高，Sr/Ca值指示古盐度先增大后减小，沉积环境由潮下带向潮间带转换。小歪头山段底部受到上升洋流作用，沉积了一套硅质岩和硅质白云岩[46]。由于上升洋流带来大量磷质，在古地理环境、生物、沉积环境等多因素控制下[47]，使得洋流携带及洋流冲刷外滩所形成的碎屑物质大量沉积下来，风暴作用和潮汐、波浪作用为磷质富集再沉积提供重要营力[48]，形成一套厚层的磷块岩和泥质粉砂岩互层。其中中谊村段下部水动力较强，磷块岩中鲕粒、砾屑、生物碎屑明显，后期环境的演化规律为潮间高能带到潮间—潮下带过渡，水动力条件有所下降，发育透镜状—波状层理，沉积环境为相对较稳定的潮间环境；大海段时期，海水深度下降，海水还原性减弱，蒸发作用强烈，海水盐度增加，沉积了一套厚层白云岩，经过较长一段时间沉积后，海平面再次上升，陆源供给增强，沉积了一套暗色的泥质粉砂岩和灰岩，沉积环境由潮上带向潮间—潮下带转换。综合来看，研究区渔户村组主要为滨海潮坪带，纵向上海水还原性整体为先减弱后增强的过程，但是在次级旋回中出现三个减弱—增强的过程，与同时期全球海平面变化相符。
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（1） 滇东会泽地区渔户村组主要为一套浅海相的碳酸盐岩，同时伴生有少量碎屑岩及磷块岩，形成于碳酸盐台地潮坪相带，分为潮上—潮间和潮下带微相。
（2） 研究区寒武纪渔户村组沉积时期古海洋处于贫氧—缺氧环境，海水还原性经历了三个减小—增大的次级旋回变化过程；气候整体为干旱气候环境，但在渔户村组沉积时期出现干旱—湿润的过程，包括三个干旱—湿润的次级旋回；古海洋盐度经历了三个增大—减小的变化旋回。区域海平面变化和古气候与全球寒武纪早期具有一致性。
Sedimentary Geochemical Characteristics and Paleoenvironmental Reconstruction of the Lower Cambrian Yuhucun Formation in Huize Area, Eastern Yunnan
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摘要: 目的 埃迪卡拉纪—寒武纪过渡期是地球早期生命演化极为重要的时期，多细胞生命的爆发、辐射与该时期古气候、海水氧含量及海洋沉积环境有着密不可分的关系。为了揭示寒武纪早期生命大爆发时期的古气候和古海洋环境， 方法 以记录寒武纪生命大爆发“事发现场”的滇东地区寒武纪地层为研究对象，基于野外典型露头剖面的详细观察和描述，进行岩石学和沉积学特征的研究，结合主量元素、微量元素和稀土元素的测试分析结果，对滇东会泽朱家箐地区渔户村组沉积时期古海洋及古气候古环境进行重建。 结果 U/Th、V/Cr、V/（V+Ni）值指示会泽地区下寒武统渔户村组沉积时期古海洋处于贫氧—缺氧环境，海水还原性总体上为先减弱后增强的过程，这一过程包含了三个减小—增大的次级旋回变化；Sr/Ca、K/Na值指示古海洋盐度经历了三个增大—减小的次级变化旋回；Sr/Cu、SiO2/Al2O3值指示古气候总体为干旱气候环境，但期间发生波动性升温事件，反映了寒武系早期干湿交替的气候特征。 结论 滇东地区渔户村组沉积时期古海洋环境和古气候的重建，对揭示寒武纪纽芬兰世早期全球生物演变与沉积环境协同演化规律具有重要的意义。Abstract: Objective The Precambrian Ediacaran⁃Cambrian transition period is extremely important for the evolution of early life on Earth. The explosion and radiation of multicellular life are closely related to the paleoclimate， seawater oxygen content and marine sedimentary environment during this period. In order to reveal the paleoclimate and paleomarine environment during the early eruption of life in the Cambrian， and to understand the relationship between the global paleomarine medium conditions and the co-evolution of early life in the early Cambrian， this study considers Cambrian strata in eastern Yunnan province which recorded the scenario of the eruption of life in the Cambrian. Methods The petrological and sedimentological characteristics are based on detailed descriptions of typical outcrop sections in the field. The paleo-ocean， paleoclimate and paleoenvironment of the Yuhucun Formation in Zhujiaqing area， Huize， eastern Yunnan province were reconstructed from tests and analysis of major elements， trace elements and rare earth elements. Results The Yuhucun Formation in this region was found to be mainly a set of shallow marine carbonate rocks， accompanied by a small amount of clastic rocks and phosphorite. It was formed in the tidal flat facies belt of the carbonate platform， divided between supratidal-intertidal and subtidal microfacies. The U/Th， V/Cr and V/（V+Ni） values indicate that the paleo-ocean was in an oxygen-poor-anoxic environment during the deposition of the lower Cambrian Yuhucun Formation in the Huize area， and the seawater reducibility was generally weakened. The Sr/Ca and K/Na values indicate that the paleo-ocean salinity experienced three secondary increase/decrease cycles. The Sr/Cu and SiO2/Al2O3 values indicate that the paleoclimate was generally arid， but fluctuating warming events during the period reflect dry/wet alternation in the early Cambrian. The regional sea-level change and paleoclimate are consistent with the early Cambrian. Conclusions This reconstruction of the paleomarine environment and paleoclimate during the sedimentary period of the Yuhucun Formation in eastern Yunnan reveals the co-evolution of global biological evolution and sedimentary environment in the early Cambrian Newfoundland.
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Key words:
- Yangtze Plate /
- Yuhucun Formation /
- Zhujiaqing section /
- phosphorite /
- paleoenvironment
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图 2 滇东地区埃迪卡拉系—寒武系典型剖面地层对比图
Figure 2. Stratigraphic correlation of typical Ediacaran⁃Cambrian sections in east Yunnan
图 6 朱家箐地区渔户村组沉积岩主量元素配分模式
Figure 6. Distribution patterns of major elements in sedimentary rocks in Zhujiaqing area of the Yuhucun Formation
图 7 朱家箐地区渔户村组微量元素配分模式
Figure 7. Distribution patterns of trace elements in Zhujiaqing area of the Yuhucun Formation
图 8 朱家箐剖面渔户村组沉积岩稀土元素球粒陨石配分模式
Figure 8. REE chondrite distribution patterns of Yuhucun Formation sedimentary rocks in Zhujiaqing section
图 9 朱家箐剖面渔户村组地化元素判别图
Figure 9. Geochemical element discriminant map for Zhujiaqing section, Yuhucun Formation
表 1 滇东地区朱家箐剖面渔户村组沉积岩主量元素含量表（%）
Table 1. Content of major elements in sedimentary rocks of the Zhujiaqing section, Yuhucun Formation, east Yunnan (%)
主量元素 ZJJ-02 ZJJ-06 ZJJ-07 ZJJ-11 ZJJ-15 ZJJ-18 ZJJ-19 ZJJ-20 ZJJ-23 ZJJ-26 ZJJ-30 NASC UCC SiO2 8.13 64.18 55.09 7.30 63.07 83.23 19.26 7.66 9.36 65.75 39.51 60.41 65.89 TiO2 0.06 0.23 0.15 0.06 0.13 0.27 0.03 0.02 0.03 0.24 0.31 1.06 0.50 Al2O3 2.01 5.45 3.76 1.33 3.18 5.41 0.66 0.70 0.60 16.92 8.15 17.66 15.17 TFe2O3 1.44 1.81 2.05 0.73 1.66 2.20 0.46 0.45 0.54 2.58 3.21 6.26 4.49 MnO 0.14 0.03 0.07 0.09 0.34 0.18 0.03 0.52 0.10 0 0.07 0.10 0.07 MgO 17.53 4.53 5.34 18.82 0.30 0.52 0.11 6.01 19.16 0.71 8.21 1.57 2.20 CaO 27.40 6.77 14.20 27.51 12.46 2.05 26.30 24.44 27.15 0.13 14.26 5.02 4.19 Na2O 0.09 0.12 0.07 0.20 0.07 0.06 0.11 0.34 0.05 0.14 0.07 4.36 3.89 K2O 0.69 1.89 1.67 0.50 1.63 2.25 0.47 0.43 0.20 11.53 4.50 2.93 3.19 P2O5 0.26 0.35 0.36 0.61 11.18 1.49 30.34 19.05 0.70 0.14 0.92 0.50 0.20 LOI 41.09 14.74 17.18 42.36 2.41 2.16 2.02 20.34 41.88 2.06 20.48 — — TOTAL 98.84 100.10 99.94 99.51 96.43 99.82 79.79 79.96 99.77 100.20 99.69 — — SiO2 /Al2O3 4.045 11.776 14.652 5.489 19.833 15.384 29.182 10.943 15.600 3.886 4.848 — — K/Na 7.667 15.750 23.857 2.500 23.286 37.500 4.273 1.265 4.000 82.357 64.286 — — 注： UCC据文献[27]；NASC据文献[28]。
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表 2 滇东地区朱家箐剖面渔户村组沉积岩微量元素含量表（×10-6）
Table 2. Trace element contents of sedimentary rocks of the Zhujiaqing section, Yuhucun Formation, east Yunnan (×10-6)
微量元素 ZJJ-02 ZJJ-06 ZJJ-07 ZJJ-11 ZJJ-15 ZJJ-18 ZJJ-19 ZJJ-20 ZJJ-23 ZJJ-26 ZJJ-30 UCC NASC Li 5.30 12.40 24.40 3.93 5.12 6.22 4.72 3.89 1.29 19.60 30.50 20.00 — Be 0.77 2.06 1.50 0.74 1.82 2.05 1.77 0.90 0.31 1.84 1.32 3.00 — Sc 2.19 5.48 4.11 1.82 4.15 5.95 1.04 1.37 0.78 7.72 7.16 11.00 14.90 V 302.0 265.0 162.0 378.0 34.5 61.0 21.5 26.0 11.9 19.6 35.0 60.0 — Cr 37.6 71.4 32.9 57.2 63.5 33.7 12.5 5.6 4.4 12.2 22.9 35.0 124.5 Co 9.57 23.60 22.30 6.71 11.20 10.60 6.83 15.60 7.65 8.58 5.97 10.00 25.70 Ni 24.4 47.6 32.2 20.3 47.8 15.4 24.1 17.9 13.9 2.1 12.3 40.0 58.0 Cu 17.0 36.1 28.2 9.0 13.2 16.4 3.6 2.0 2.3 3.8 10.3 25.0 — Zn 31.7 56.8 63.6 69.5 167.0 25.1 12.1 9.1 63.4 12.3 370.0 71.0 — Ga 2.39 7.90 5.45 1.93 4.73 7.42 2.20 1.89 0.93 19.40 9.16 17.00 — Rb 17.1 53.2 40.0 12.6 25.9 46.0 6.6 6.8 5.4 96.3 68.7 112.0 125.0 Sr 872.0 173.0 247.0 314.0 300.0 48.2 760.0 427.0 65.1 23.6 162.0 350.0 142.0 Y 13.6 19.5 22.0 19.8 127.0 22.5 100.0 145 8.4 37.7 25.8 22.0 — Mo 3.81 11.50 3.15 0.51 1.58 5.76 1.33 1.05 0.18 0.98 0.71 1.50 — Cd 0.299 0.202 0.244 1.480 1.130 0.140 0.043 0.046 0.342 0.107 1.990 0.100 — In 0.006 0.017 0.011 0.004 0.015 0.032 0.005 0.006 0.021 0.032 0.028 0.050 — Sb 2.55 2.22 1.99 1.30 2.73 1.07 1.20 0.64 0.95 0.50 0.49 0.20 2.09 Cs 0.96 3.17 2.72 1.00 2.56 4.25 0.60 0.23 0.20 3.36 5.51 3.70 5.16 Ba 3 465 3 338 2 366 889 544 545 327 304 81.6 2 755 815 550 636 W 37.5 57.1 112.0 36.0 88.5 52.4 76.6 34.9 57.9 65.3 32.6 2.0 2.1 Re 0.014 0.057 0.011 0.005 0.008 <0.002 0.002 <0.002 <0.002 <0.002 <0.002 0.400 — Tl 0.417 0.896 0.595 0.240 0.678 0.875 0.249 0.118 0.094 1.590 0.692 0.750 — Pb 12.2 32.7 32.0 13.0 88.4 22.5 28.0 22.6 10.8 23.0 34.1 20.0 — Bi 0.078 0.224 0.211 0.037 0.034 0.145 0.024 0.006 0.015 0.115 0.120 0.130 — Th 1.94 4.74 3.39 1.43 3.13 4.59 0.95 1.60 0.85 13.5 5.18 10.70 12.30 U 3.03 11.10 4.14 3.84 3.26 7.81 16.30 13.3 1.32 1.92 2.15 2.80 2.66 Nb 2.75 6.37 4.37 1.99 3.18 6.42 0.95 0.50 0.79 107.00 6.42 25.00 — Ta 0.25 0.43 0.37 0.17 0.13 0.25 0.07 0.06 0.09 7.38 0.57 1.00 — Zr 21.4 56.3 36.3 15.1 6.8 41.7 2.0 4.9 7.4 370.0 69.1 190.0 200.0 Hf 0.637 1.620 1.120 0.468 0.232 1.080 0.127 0.195 0.235 10.200 2.410 5.800 6.300 U/Th 1.562 2.342 1.221 2.685 1.042 1.702 17.122 8.313 1.555 0.142 0.415 — — V/Cr 8.032 3.711 4.924 6.608 0.543 1.810 1.720 4.618 2.686 1.607 1.528 — — V/（V+Ni） 0.925 0.848 0.834 0.949 0.419 0.798 0.471 0.592 0.461 0.905 0.740 — — Sr/Cu 51.294 4.792 8.759 34.928 22.727 2.939 208.791 211.386 28.060 6.277 15.728 — — Th/U 0.640 0.427 0.819 0.372 0.960 0.588 0.058 0.120 0.643 7.031 2.409 — — Sr/Ca 31.825 25.554 17.394 11.414 24.077 23.512 28.897 17.471 2.398 181.538 11.360 — — 注： UCC含量参考文献[27]；NASC含量参考自文献[28]。
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表 3 滇东地区朱家箐剖面渔户村组沉积岩稀土元素含量表（×10-6）
Table 3. REE content of sedimentary rocks at Zhujiaqing section, Yuhucun Formation, east Yunnan (×10-6)
稀土元素 ZJJ-02 ZJJ-06 ZJJ-07 ZJJ-11 ZJJ-15 ZJJ-18 ZJJ-19 ZJJ-20 ZJJ-23 ZJJ-26 ZJJ-30 球粒陨石 La 11.6 19.9 22.4 11.2 38.5 16.9 40.8 53.4 5.76 65.3 17.4 0.30 Ce 18.8 32.7 36.9 13.2 29.8 24.6 22.8 31.4 6.81 108 27.5 0.80 Pr 2.24 4.07 4.14 2.15 7.16 3.25 5.41 7.97 1.08 10.9 4.19 0.12 Nd 8.93 15.9 16.3 8.81 31.3 12.8 22.8 34.7 4.56 32.9 17.5 0.60 Sm 1.6 2.82 2.88 1.65 6.18 2.49 3.8 6.28 0.831 5.5 3.45 0.19 Eu 1.15 1.18 1.07 0.537 1.93 0.531 0.844 1.37 0.186 1.07 0.741 0.07 Gd 1.61 2.68 2.83 1.73 7.03 2.36 4.53 7.55 0.838 5.54 3.18 0.26 Tb 0.304 0.478 0.501 0.318 1.44 0.473 0.884 1.46 0.153 1.04 0.615 0.05 Dy 1.72 2.68 2.84 1.93 9.72 2.83 6.01 9.29 0.886 6.08 3.51 0.32 Ho 0.364 0.547 0.606 0.433 2.39 0.624 1.51 2.28 0.184 1.21 0.722 0.07 Er 0.984 1.57 1.62 1.18 6.63 1.72 4.11 6.11 0.478 3.22 1.87 0.21 Tm 0.167 0.275 0.267 0.186 1.15 0.308 0.677 0.951 0.076 0.539 0.331 0.03 Yb 1.01 1.63 1.53 1.04 6.40 1.95 3.23 4.69 0.42 2.93 1.89 0.21 Lu 0.149 0.214 0.201 0.138 0.903 0.271 0.422 0.607 0.06 0.391 0.256 0.03 ∑REE 50.628 86.644 94.085 44.502 150.533 71.107 117.827 168.058 22.325 244.62 83.155 — ∑LREE 44.32 76.57 83.69 37.547 114.87 60.571 96.454 135.12 19.227 223.67 70.781 — ∑HREE 6.308 10.074 10.395 6.955 35.663 10.536 21.373 32.938 3.098 20.95 12.374 — 注： 稀土元素含量∑REE=La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu+Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu；轻稀土元素含量∑LREE=La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu；重稀土元素含量∑HREE=Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu；球粒陨石稀土元素据文献[30]。
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