Geochemical characteristics and genesis of T/P boundary clay and event clay in Da-fang aera, Guizhou Province
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摘要:
黔北大方地区二叠纪及三叠纪地层发育, 在二叠系-三叠系界线处发现12~14cm厚的界线粘土, 在界线粘土层之上还发现3~4层5~18cm厚的火山事件粘土层。二叠系-三叠系界线粘土、事件粘土及松子坎段底部火山事件粘土岩(绿豆岩)均具有高的K2O和MgO含量; 二叠系-三叠系界线粘土的稀土元素特征与关岭组松子坎段底部绿豆岩相似, 与沙堡湾段事件粘土岩的稀土元素特征也十分相似, Eu异常较明显, 说明界线粘土及事件粘土成因均与火山活动有密切关系。界线粘土比事件粘土具更明显的Eu异常, 部分界线粘土还具有Ce异常。二叠系-三叠界线粘土、事件粘土及关岭组绿豆岩的源区均属于活动大陆边缘的长英质火山岩区, 为酸性的长英质火山岩喷发(火山灰)沉积的产物, 而沙堡湾段及九级滩段正常沉积泥岩的源区属于被动大陆边缘的长石砂岩岩区。界线粘土中, 大部分微量元素与事件粘土及关岭组绿豆岩中对应微量元素的含量相近, 但其中的Th、Y、Nb、Cd、Ga、In、Ta明显高于与火山活动有关的事件粘土及绿豆岩, 推测事件粘土与少量宇宙事件外来物质的加入有关。
Abstract:The Permian and Triassic strata are widely distributed over Dafang area, Guizhou Province. Clay at the boundary between Permian and Triassic was discovered which is 12~14cm in thickness. There are 3~4 beds of volcanic event clay above the boundary clay which are 5~18cm in thickness. K2O ang MgO are relatively high in boundary clay between Permian and Triassic, event clay and volcanic event clay lie at the bottom of Songzikan Member. Their REE characteristics are also similar to each other. Boundary clay and event clay are both related to volcanic activity, as shown by Eu deficiency. Eu deficiency of boundary clay is more obvious than that of event clay, and some of this clay also show Ce deficiency. Tectonic background of boundary clay and event clay is related to felsic volcanic ash deposit in active continental margin, which is different from things of mud of Shabaowan Member and Jiujitan Member whose source area was feldspar arenite. Most of the trace elements in boundary clay are similar to those in event clay except Th, Y, Nb, Cd, Ga, In and Ta which are much higher than in volcanic event clay. It is thus inferred that there might have existed a little material from cosmic event in boundary clay.
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图 1 研究区交通及剖面位置
PM34—白尼嘎界线剖面；PM43—营上界线剖面；PM22—夜朗组剖面；PM12—九级滩段剖面
Figure 1. Traffic and section locations in the study area
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图 2 大方地区二叠系—三叠系界线剖面粘土、事件粘土对比及部分元素含量分布
1—界线粘土；2—事件粘土；3—泥岩；4—粉砂质泥岩；5—泥质粉砂岩；6—泥质灰岩；7—生物碎屑灰岩；8—硅质生物碎屑灰岩；9—硅质砂质灰岩
Figure 2. Correlation of P/T boundary clay and event clay and content distribution of some elements in Dafang area
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图 3 大方金坡乡白泥嘠二叠系—三叠系界线剖面
Figure 3. The measured section of T/P boundary at Bainiga Jinpo Villiage, Dafang County
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图 4 大方六龙乡营上二叠系—三叠系界线剖面
Figure 4. The measured section of T/P boundary at Yingshang Liulong Villiage, Dafang County
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图 5 PM43剖面界线粘土及事件粘土球粒陨石稀土元素配分曲线
Figure 5. Chondrite-normalized REE patterns of P/T boundary clay and event clay from section PM43
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图 6 PM43剖面界线粘土及事件粘土球粒陨石稀土元素配分曲线
Figure 6. Chondrite-normalized REE patterns of P/T boundary clay and event clay from section PM43
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图 7 沙堡湾段及九级滩段泥岩球粒陨石稀土元素配分曲线
Figure 7. Chondrite-normalized REE patterns of mudstone from Shabaowan and Jiujitan Member
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图 8 界线粘土与绿豆岩球粒陨石稀土元素配分曲线
Figure 8. Chondrite-normalized REE patterns of P/T boundary clay and green bean rock
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图 9 事件粘土与绿豆岩球粒陨石稀土元素配分曲线
Figure 9. Chondrite-normalized REE patterns of event clay and green bean rock
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图 10 界线粘土Th-Hf-Co投点图
A—长英质火山岩；B—页岩（克拉通盆地）；C—石英岩（克拉通盆地）；D—长石砂岩；E—杂砂岩（弧）
Figure 10. Diagram of tectonic setting discrimination of Th-Hf-Co from P/T boundary clay
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图 11 不同类型岩石Th-Hf-Co投点图
A—长英质火山岩；B—页岩(克拉通盆地)；C—石英岩（克拉通盆地）；D—长石砂岩；E—杂砂岩（弧）
Figure 11. Diagram of tectonic setting discrimination of Th-Hf-Co from different kinds of rocks
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图 12 不同类型岩石Th-Sc-Zr/10投点图
A—大洋岛弧；B—大陆岛弧；C—活动大陆边缘；D—被动大陆边缘
Figure 12. Diagram of tectonoc setting discrimination of Th-Sc-Zr/10 from different kinds of rocks
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图 13 不同类型岩石La-Th-Sc投点图
A—大洋岛弧；B—大陆岛弧；C—活动大陆边缘；D—被动大陆边缘
Figure 13. Diagram of tectonic setting discrimination of La-Th-Sc from different kinds of rocks
下三叠统夜郎组沙堡湾段（T1y）s ＞10.48m 8.灰绿色中-薄层钙质泥岩夹深灰色薄层粉砂质泥岩。单层厚3~15cm，含双壳化石，具水平层理，风化面褐黄色、黄灰色（未测至顶） 3.50m 7.灰色－绿灰色中-薄层粉砂质泥岩，岩性较均匀。单层厚度1~3cm, 具水平层理 2.33m 6.底部为6cm厚的灰绿色粘土岩（事件粘土），质地纯净、细腻而柔滑；中下部为黄灰色中层泥质粉砂岩，其中含丰富的双壳、腕足化石；上部为5~8cm厚度不等的灰绿色粘土岩（事件粘土） 2.33m 5.黄绿色薄层钙质泥岩夹深灰色薄层钙质粉砂岩。钙质泥岩与钙质粉砂岩厚度比约3:1，岩石中含丰富的双壳类化石，岩石单层厚度4~10cm。底部为5cm厚的灰绿色粘土岩（事件粘土） 0.74m 4.黄灰色中层泥质粉砂岩。单层厚度10~15cm，具水平层理 1.31m 3.下部为12cm厚的灰绿色－灰白色粘土岩（界线粘土），质地纯净、细腻、有滑感，湿水后具塑性。上部为灰绿色薄层钙质泥岩，具水平层理 0.27m ———————整合接触——————— 上二叠统合山组（P3h） ＞8.14m 2.灰色-黄灰色中层生物碎屑灰岩，含丰富的腕足、海百合茎化石及碎屑。顶部发育一层厚3~10cm的灰黑色硅质灰岩 1.58m 1.深灰色厚层生物碎屑灰岩，层厚60~80cm，含腕足、 
6.56m 
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下三叠统夜郎组沙堡湾段（T1ys） ＞18.50m 8.黄绿色中-薄层粉砂质泥岩（未测至顶） 16.36m 7.黄绿色-灰白色粘土岩（事件粘土） 0.18m 6.黄绿色中层含粉砂质钙质泥岩，层厚15~20cm 0.59m 5.黄绿色薄层－页片状粘土岩（事件粘土） 0.14m 4.深灰色中-薄层泥质微晶灰岩，中部夹有5cm厚的绿色鳞片状水云母粘土岩（事件粘土） 0.41m 3.黄绿色粘土岩（事件粘土） 0.14m 2.深灰色中层含硅质泥质灰岩，层厚10~15cm 0.68m 1.黄绿色粘土岩（界线粘土） 0.14m ———————整合接触——————— 上二叠统合山组（P3h） ＞6.76m 0.深灰色中-薄层生物碎屑灰岩夹含泥质生物碎屑灰岩，产 6.76m
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表 1 研究区上二叠统—下三叠统地层单元及主要岩性
Table 1 Stratigraphic units and main lithological characteristics of Upper Permian-Lower Triassic
组 段 主要岩性 杨柳井组T2y) 灰色、浅灰色中-厚层白云岩、灰质白云岩 关岭组(T2g) 狮子山段(T2gsz) 灰色、深灰色中-厚层牛物碎屑灰岩、微晶灰岩、砂屑灰岩 松子坎段(T2gs） 灰色、黄灰色中-厚层泥质白云岩、白云岩，底部为淡黄绿色绿豆岩 嘉陵江组(T1j) 四段(T1j4) 上部灰色中-厚层泥质白云岩夹白云岩、膏溶角砾岩 三段(T1j3) 灰色中-厚层灰岩、蠕虫状灰岩灰色、黄灰色、白云质泥岩夹泥灰岩 二段(T1j2) 灰色、黄灰色、白云质泥岩夹泥灰岩 一段(T1jl) 灰色、深灰色薄-厚层灰岩、蠕虫状灰岩夹鲕状灰岩 夜郎组(T1y) 九级滩段(T1yj) 喑紫色夹灰绿色泥岩、粉砂质泥岩、砂质泥岩 黄村坝段(T1yh) 下部深灰色薄-中厚层泥质灰岩，中上部为灰色厚层灰岩、鲕状灰岩 沙堡湾段(T1ys) 黄灰色、黄绿色泥岩。底部为界线粘土层，下部夹火山事件粘土层 合山组(P3h) 灰色、深灰色生物碎屑灰岩、含燧石结核或条带灰岩 龙潭组(P3l) 褐黄色、灰绿泥质粉砂岩、炭质泥岩夹灰岩及多层煤层
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表 2 不同类型粘土岩及泥岩主量元素含量和平均值
Table 2 Chemical composition and average chemical composition of different clay
% 类型 样品号 岩性 SiO2 FeO K2O Na2O CaO MgO AlO3 Fe2O3 P2O5 TiO2 MnO 界线黏土 PM43-1H 黄绿色粘土岩 59.5 0.19 6.3 0.094 0.81 2.23 23.7 0.79 0.051 0.26 0.004 PM34-3H1 灰绿色粘土岩 50.8 0.99 6.11 0.11 2.42 3.66 23.55 1.11 0.07 0.21 0.005 PM34-3H2 灰白色粘土岩 54.66 0.21 5.94 0.13 0.57 2.91 23.64 1.12 0.084 0.29 0.007 主量元素平均值 54.99 0.46 6.12 0.11 1.27 2.93 23.63 1.01 0.07 0.25 0.01 沙堡湾段事件黏土 PM43-3H 黄绿色粘土岩 57.14 0.56 6.38 0.13 0.72 2.63 23.54 2.38 0.11 0.57 0.004 PM43-4H 绿色粘土岩 57.78 1.03 6.02 0.12 0.62 2.83 23.03 1.7 0.035 0.13 0.005 PM43-5H 黄绿色粘土岩 37.2 0.59 5.15 0.11 15.74 2.04 19.25 1.33 0.089 0.36 0.15 PM43-7H 灰白色粘土岩 30.82 0.53 4.74 0.07 21.95 1.88 16.16 1.11 0.061 0.28 0.16 PM34-5H 灰绿色黏土岩 59.46 0.63 5.56 0.067 0.46 3.09 18.4 3.32 0.084 0.49 0.013 PM34-6H 灰绿色粘土岩 52.48 0.68 7.68 0.078 0.4 3.45 23.72 1.77 0.078 0.47 0.015 主量元素平均值 49.15 0.67 5.92 0.1 6.65 2.65 20.68 1.94 0.08 0.38 0.06 沙堡湾段泥岩 PM43-6H 黄绿色泥岩 67.54 1.8 2.99 0.38 2.84 2.15 12.97 1.79 0.14 1.02 0.019 PM43-8H 黄绿色泥岩 55.98 3.63 3.04 0.41 4.16 3.52 15.79 3.84 0.12 1.05 0.03 PM22-28b 黄绿色泥岩 59.36 1.88 3.23 0.38 0.68 3.21 15.6 6.15 0.13 1.11 0.11 PM34-7H 绿灰色泥岩 59.84 3.16 3.17 0.49 0.51 4.39 15.55 4.43 0.14 0.94 0.054 主量元素平均值 60.68 2.62 3.11 0.42 2.05 3.32 14.98 4.05 0.13 1.03 0.05 九级滩段 PM12-13H 紫红色泥岩 20.81 1.36 0.92 1.3 34.46 1.83 5.85 2.81 0.12 1.09 0.12 PM12-26b 紫色砂质泥岩 52.48 2.7 1.98 3.19 1.6 4.35 14.13 8.37 0.32 3.36 0.21 主量元素平均值 36.65 2.03 1.45 2.25 18.03 3.09 9.99 5.59 0.22 2.23 0.17 关岭组绿豆岩 D4139K 黄绿色绿豆岩 65.94 0.6 6.77 0.085 0.65 5.02 13.6 0.86 0.12 0.26 0.005 D4192K 黄绿色绿豆岩 66.18 0.5 6.95 0.065 0.44 5.01 13.96 0.85 0.13 0.26 0.004 主量元素平均值 66.06 0.55 6.86 0.08 0.54 5.01 13.78 0.86 0.12 0.26 0.0045 注：由四川省冶金地质岩矿测试屮心测试
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表 3 不同类型粘土岩及泥岩稀土元素参数平均值
Table 3 Average content of REE parameters from different kinds of clays and mudstones
类型 样件数 (La/Yb)N (La/Sm)N (Ce/Yb)N (Gd/Yb)N ∑REE
/10-6LREE
/10-6HREE
/10-6LREE
/HREEδCe δEu Ceanom La/Yb 界线粘土 3 1.87 2.52 1.11 0.45 416.86 300.85 116.02 2.80 0.62 0.25 -0.01 3.15 事件粘土 6 4.17 3.23 2.81 0.66 444.88 377.48 67.39 5.82 0.79 0.49 0.13 7.03 夜郎组泥岩 4 5.45 2.82 3.19 1.04 244.75 209.64 35.11 6.09 0.68 0.69 0.05 9.18 九级滩段泥岩 2 8.48 3.82 5.36 1.43 218.73 193.01 25.72 7.56 0.77 0.99 0.11 14.29 关岭组绿豆岩 2 2.30 2.41 1.53 0.64 134.87 101.53 33.34 3.04 0.81 0.19 0.14 3.88
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表 4 不同层位不同类型岩石粘土岩及泥岩稀土元素含量
Table 4 Content of REE from different kinds of clays and mudstones in different strata
10-6 类 型 样品号 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 界线
粘土PM43-1H 82.1 194 21.6 74.7 16.2 0.89 12.3 2.84 22.0 4.43 16.8 2.51 17.9 2.52 PM34-3H1 26.2 29.6 7.18 28.8 9.58 1.00 15.5 3.59 31.3 7.97 20.5 4.07 29.2 3.79 PM34-3H2 115 135 30.3 101 26.9 2.29 27.9 5.44 44.3 8.59 26.2 4.91 29.0 4.31 事件
粘土PM43-3H 91.2 178 22.1 81.0 15.5 2.02 12.5 2.42 17.1 3.66 12.2 1.76 12.2 1.81 PM43-4H 62.7 132 16.3 53.1 12.9 1.48 13.2 3.36 27.0 4.75 17.1 2.46 20.9 2.37 PM43-5H 113 202 28.6 108 19.7 3.05 15.4 3.27 20.3 3.95 12.7 2.14 14.8 1.90 PM43-7H 55.7 125 16.5 65.6 14.8 2.51 12.6 2.45 18.1 2.89 10.1 1.50 9.22 1.32 PM34-5H 98.8 181 25.7 85.8 17.9 2.26 13.7 2.37 15.8 3.39 11.8 1.64 12.4 1.88 PM34-6H 96.4 198 28.2 87.5 18.5 2.15 12.3 2.00 15.0 2.43 9.72 1.38 9.56 1.31 泥岩 PM43-6H 39.5 70.7 10.4 38.9 9.81 1.63 8.52 1.62 9.65 1.64 5.04 0.82 4.59 0.78 PM43-8H 35.9 67.1 9.01 31.9 6.68 1.28 5.45 1.03 6.29 1.17 4.02 0.59 4.25 0.61 PM22-28b 47.9 92.5 12.1 50.4 9.56 2.06 8.14 1.39 8.49 1.65 4.41 0.81 4.59 0.77 PM34-7H 71.7 91.6 23.7 90.4 19.8 3.94 14.5 2.65 15.8 2.74 8.29 1.24 7.78 1.09 九级滩 PM12-13H 26.0 49.5 6.30 24.1 4.24 1.26 4.09 0.74 3.91 0.76 2.41 0.32 1.95 0.34 段泥岩 PM12-26b 66.6 121 16.5 56.3 11.0 3.26 11.3 1.87 10.4 2.03 5.52 0.79 4.38 0.61 关岭组 D4139K 24.6 45.7 5.73 20.4 5.93 0.37 6.40 1.25 9.95 2.02 6.13 0.97 5.80 0.88 绿豆岩 D4192K 22.5 46.1 5.59 19.5 6.28 0.34 6.26 1.34 8.95 2.16 6.39 0.93 6.39 0.87 注：由四川省冶金地质岩矿测试中心测试
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表 5 不同层位不同类型粘土岩及泥岩稀土元素参数
Table 5 REE parameters from different kinds of clays and mudstones in different strata
类型 样品号 (La/Yb)N (La/Sm)N (Ce/Yb)N (Gd/Yb)N ∑REE
/10-6LREE
/10-6HREE
/10-6LREE/
HREEδCe δEu Ceanom La/Yb 界线
粘土PM43-1H 2.72 3.16 2.19 0.42 470.86 389.44 81.42 4.78 0.946 0.201 0.211 4.578 PM34-3H1 0.53 1.71 0.20 0.33 218.15 102.25 115.90 0.88 0.444 0.279 -0.138 0.897 PM34-3H2 2.35 2.68 0.94 0.59 561.58 410.85 150.73 2.73 0.468 0.280 -0.090 3.966 事件
粘土PM43-3H 4.44 3.68 2.94 0.63 453.11 389.43 63.68 6.12 0.806 0.471 0.130 7.471 PM43-4H 1.78 3.05 1.27 0.39 369.17 277.89 91.27 3.04 0.844 0.379 0.169 2.992 PM43-5H 4.53 3.58 2.77 0.64 548.91 474.37 74.54 6.36 0.730 0.564 0.084 7.622 PM43-7H 3.59 2.35 2.74 0.84 338.30 280.10 58.20 4.81 0.854 0.599 0.149 6.040 PM34-5H 4.72 3.45 2.95 0.68 474.90 411.94 62.96 6.54 0.738 0.464 0.108 7.952 PM34-6H 5.99 3.26 4.19 0.79 484.87 431.18 53.70 8.03 0.786 0.446 0.151 10.090 泥岩 PM43-6H 5.12 2.52 3.12 1.14 203.67 171.01 32.66 5.24 0.715 0.583 0.079 8.620 PM43-8H 5.01 3.36 3.19 0.79 175.29 151.86 23.43 6.48 0.762 0.687 0.112 8.443 PM22-28b 6.19 3.13 4.07 1.09 244.78 214.53 30.25 7.09 0.784 0.762 0.101 10.432 PM34-7H 5.47 2.26 2.38 1.14 355.24 301.16 54.09 5.57 0.462 0.741 -0.108 9.213 九级滩 PM12-13H 7.95 3.84 5.14 1.29 126.01 111.49 14.52 7.68 0.787 1.002 0.114 13.385 段泥岩 PM12-26b 9.02 3.80 5.58 1.58 311.44 274.52 36.92 7.43 0.744 0.981 0.107 15.186 关岭组 D4139K 2.51 2.59 1.59 0.68 136.07 102.68 33.39 3.07 0.781 0.202 0.120 4.232 绿豆岩 D4192K 2.09 2.24 1.46 0.60 133.67 100.38 33.29 3.01 0.839 0.182 0.156 3.524
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表 6 不同类型粘土岩及泥岩微量元素平均含量
Table 6 Average content of trace elements from different kinds of clays and muds
10-6 类 型 样件数 Th Hf Co la Sc Y Nb Ta U Ga Ge Cd In Zr 界线粘土 3 53.0 23.9 1.7 74.5 15.4 190.3 49.0 5.8 14.7 38.1 0.8 0.5 0.3 268.0 事件粘土 6 49.8 25.3 3.1 86.2 13.7 104.0 23.7 2.8 7.9 25.6 0.8 0.3 0.1 366.8 夜郎组泥岩 4 13.2 9.9 13.3 48.8 16.8 49.4 19.0 2.3 2.3 19.4 1.2 0.3 0.1 183.3 九级滩段泥岩 2 7.06 11.19 24.07 46.30 15.00 39.41 29.94 1.83 1.53 15.28 1.11 0.09 0.06 207.00 关岭组绿豆岩 2 28.35 9.70 1.72 23.53 2.80 54.29 12.53 1.38 8.65 20.18 2.07 0.08 0.10 157.00
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表 7 不同层位不同类型粘土岩及泥岩微量元素分析结果
Table 7 Content of trace elements from different kinds of clays and mudstones in different strata
10-6 类型 样品号 岩 性 Th Hf Co la Sc Y Nb Ta U Ga Ge Cd In Zr 界线
粘土PM43-1H 黄绿色粘土岩 56.5 23.7 1.18 82.1 15.3 132 48.6 5.47 14.4 36.7 0.60 0.26 0.24 265 PM34-3H1 灰绿色粘土岩 49.6 23.2 3.00 26.2 16.4 196 50.2 6.69 14.9 36.9 0.83 0.79 0.28 212 PM34-3H2 灰白色粘土岩 52.8 24.8 1.02 115 14.5 243 48.0 5.33 14.9 40.8 1.10 0.31 0.23 327 事件
粘土PM43-3H 黄绿色粘土岩 56.3 31.7 3.94 91.2 11.9 98.7 34.9 3.07 9.46 26.9 0.91 0.28 0.14 556 PM43-4H 绿色粘土岩 50.5 15.4 2.65 62.7 14.4 159 17.3 2.93 10.0 28.7 0.97 0.16 0.13 155 PM43-5H 黄绿色粘土岩 48.0 22.1 4.08 113 15.6 116 19.8 2.45 8.32 22.1 0.55 0.35 0.12 284 PM43-7H 灰白色粘土岩 34.8 22.2 3.02 55.7 13.4 98.6 15.7 1.89 4.53 17.7 0.57 0.36 0.12 264 PM34-5H 灰绿色粘土岩 47.1 29.8 3.06 98.8 9.51 84.1 28.8 3.84 9.42 27.3 0.96 0.18 0.13 502 PM34-6H 灰绿色粘土岩 62.4 30.3 2.08 96.4 17.4 67.7 25.8 2.82 5.72 30.8 1.13 0.17 0.18 440 泥岩 PM43-6H 黄绿色泥岩 12.5 9.95 9.01 39.5 14.9 47.0 17.4 1.32 1.93 16.1 1.56 0.24 0.080 12.5 PM43-8H 黄绿色泥岩 11.8 9.35 10.1 35.9 16.4 33.8 16.7 1.42 1.99 16.8 1.49 0.14 0.070 11.8 PM22-28b 黄绿色泥岩 13.2 10.7 23.7 47.9 18.9 41.1 22.0 1.73 2.57 23.2 0.020 0.36 0.082 13.2 PM34-7H 绿灰色泥岩 15.3 9.80 10.4 71.7 16.9 75.6 19.9 4.73 2.88 21.7 1.84 0.31 0.095 15.3 九级滩 PM12-13H 紫红色泥岩 4.62 6.52 15.6 26.0 9.25 20.6 14.0 0.89 1.41 9.38 0.60 0.075 0.033 76.0 段泥岩 PM12-26b 紫红色粉砂岩 9.50 15.9 32.5 66.6 20.7 58.2 45.9 2.77 1.64 21.2 1.61 0.11 0.081 338 关岭组 D4139K 黄绿色绿豆岩 28.9 10.3 2.23 24.6 2.99 55.9 12.8 1.45 9.19 21.0 2.19 0.088 0.11 159 绿豆岩 D4192K 黄绿色绿豆岩 27.8 9.11 1.21 22.5 2.62 52.7 12.3 1.31 8.12 19.4 1.95 0.068 0.10 155 注：由四川省冶金地质岩矿测试中心测试
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