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1、矿物学、岩石学、矿床学专业优秀论文矿物学、岩石学、矿床学专业优秀论文 华南新元古代华南新元古代- -早寒武世沉早寒武世沉积地层地球化学研究及其古海洋环境意义积地层地球化学研究及其古海洋环境意义关键词：新元古代关键词：新元古代 早寒武世早寒武世 沉积地层沉积地层 位素地球化学位素地球化学 微量元素微量元素 古海洋环境古海洋环境摘要：在华南扬子地台中，大面积发育着较为连续的新元古代-早寒武世地层， 这些地层在华南各地具有不同的岩石组合，形成于不同的沉积相。世界上其他 地方新元古代-早寒武世地层也有发育，但是与其他地域相比华南具有低的热扰 动特征、多样的从深水至浅海的沉积相、最连续的沉积层、及保存完
2、好的多个 古生物化石群(如世界著名的澄江生物群)，这些特征使得华南新元古代-早寒武 世地层成为世界公认的古环境信息蕴藏的宝库，使得华南成为我们认识与理解 寒武纪大爆发事件的关键所在。因此，本论文选取华南新元古代-早寒武世几个 代表性剖面，开展了沉积岩 Pb-Pb 年代学，微量、稀土元素地球化学，和碳、 氧、锶、铅、硅同位素地球化学研究，试图用系统的地球化学方法来更进一步 揭示地史上这一重大转折时期和生命大爆发时期的古海洋环境的变迁。 如何 精确测定沉积岩的年龄，一直是一个令国际地学界关注的难题和前沿研究课题。 对我国前寒武纪-寒武纪沉积地层的年代学，前人研究较为薄弱。近年来，利用 Pb-Pb
3、同位素体系对黑色页岩进行精确定年已被证明具有可行性与可靠性。由 于华南新元古代-早寒武世地层中有丰富的黑色页岩赋存，因此本论文研究中， 我们利用 Pb-Pb 同位素体系，选取 U/Pb 比值高的黑色页岩样品，应用分步酸淋 滤技术对华南三个剖面的新元古代-早寒武世界线处黑色页岩进行了定年研究。 贵州遵义早寒武世牛蹄塘组黑色页岩与 Ni-Mo-PGE 多金属矿层具有较高的有机 碳含量和较大的 Pb 同位素比值变化范围： lt;#39;206gt;Pb/lt;#39;204gt;Pb 变化在 20.539694.1562 之间， lt;#39;207gt;Pb/lt;#39;204gt;Pb 变化在
4、 15.803620.1952 之间， lt;#39;208gt;Pb/lt;#39;204gt;ab 变化在 38.079939.2442 之间，Pb-Pb 等时线年龄为 56913Ma；安徽修宁早寒武世 荷塘组深水相黑色页岩 Pb 同位素比值变化范围相对较小： lt;#39;206gt;Pb/lt;#39;204gt;Pb 在 24.810538.1101 区间变化， lt;#39;207gt;pb/lt;#39;204gt;pb 在 16.033516.7829 区间变化， lt;#39;208gt;Pb/lt;#39;204gt;pb 在 38.601739.3912 区间变化，Pb-
5、Pb 等时线年龄为 53639Ma；贵州瓮安新元 古代陡山沱组磷矿上磷矿层底部黑色页岩的 Pb 同位素变化范围是： lt;#39;206gt;pb/lt;#39;204gt;pb 变化在 18.906343.7374，lt;#39;207gt;pb/lt;#39;204 gt;pb 变化在 15.648917.1261，lt;#39;208gt;pb/lt;#39;204 gt;Pb 变化在 37.744438.1990，Pb-Pb 等时线年龄为 57236Ma。我们 所得 Pb-Pb 年龄值和前人得到的年龄结果是吻合的。 对华南早寒武世黑色页岩及其中赋存的 Ni-Mo 硫化物矿石开展了微量元
6、素和稀土元素地球化学研究并 对其代表的古环境意义及矿床成因进行了探讨。这些样品的微量元素特征分布 有两种规律：对于高场强元素，例如 Zr，Hf， Nb，Ta，Sc，Th，及稀土元素 等，元素之间含量呈较好的正相关关系，并且这些元素在黑色页岩与 Ni-Mo 矿 间有着一致的相关性。对于氧化还原敏感性元素，例如 V，Ni，Mo，U，Mn 等， 元素含量的变化关系在黑色页岩和 Ni-Mo 硫化物矿床中存在差别，这种差别可 能是由两类岩(矿)石之间金属元素的不同来源造成的，这种特征支持 Ni-Mo 硫 化物矿床的热液成因假说。黑色页岩的稀土元素配分模式可分为两组：一组呈 “V”型模式，另一组呈平坦的右
7、倾模式，并具有负的 Ce，Eu 异常特征。Ni-Mo 硫化物矿石的稀土元素配分模式与黑色页岩的第二组相近，呈平坦的右倾模式， 但具有负 Ce 异常和正 Eu 异常。正 Eu 异常通常被认为是在还原海水中形成的热 液喷气成因的块状硫化物矿床的标志性特征，这种特征支持 Ni-Mo 硫化物矿床 的形成有热液作用。Ni-Mo 硫化物矿石具有高 Y/Ho 比值也支持这种推论。对瓮 安磷矿地层和磷矿石开展了详细的元素地球化学研究。磷矿床中，Mn/Sr 比值 分析表明碳酸盐岩组分所受的后期成岩作用较磷酸盐矿物明显，这同时说明磷 酸盐矿物可能更适合作为古环境讨论的对象。瓮安磷矿磷块岩存在不同的矿石 类型，如颗
8、粒状磷块岩和胶磷矿矿石，两者之间存在明显的地球化学差异。颗 粒磷矿石较胶磷矿更富集 V，Mn，Th，Rb，体现了碎屑特征。尽管胶磷矿与颗 粒磷矿都呈现中稀土元素(MREE)富集特征，但是颗粒磷矿不具有负 Ce 异常特征， 而胶磷矿负 Ce 异常特征明显。这说明颗粒磷块岩不是同沉积形成的，它的形成 时间要更早，这与上下磷矿层定年得到的年龄结果的巨大差异相吻合(上层： 57614Ma，下层：599.34.2Ma)。所研究的磷酸盐相的中稀土元素(MREE)富 集特征与 Halay(2004)报道的含铁孔隙水稀土元素特征一致，推测该区磷块岩 的形成可能与含铁的上升洋流有关。 华南早寒武世牛蹄塘组黑色页
9、岩中普遍 赋存有磷结核，前人对这些磷结核的研究十分薄弱，对其成因及形成时的古海 洋沉积环境了解甚少。本文对南京幕府山早寒武世牛蹄塘组黑色页岩中的磷结 核开展了详细的地球化学研究。磷结核从内而外具有很好的地球化学对称性， P，Ca，Mn，V，Mo，Cr，Y，REE 等含量从内而外呈增高趋势，U，U/Th 比值及 Eu 异常从内而外呈降低趋势。稀土元素特征也呈对称性分布，从内而外稀土元 素含量增加，而且对称点的样品之间具有相似的稀土配分模式，这种对称性特 征体现了磷结核逐层生长且沉积微环境逐渐变化的规律。内层样品稀土元素配 分模式呈“海水型” ，但有正 Eu 异常，推测稀土元素主要来源于海水，并可
10、能 有热液加入：外层结核呈中稀土元素(MREE)富集特征，负 Ce 异常，推测这种中 稀土元素(MREE)富集特征可能与含铁孔隙水有关。对于正 Eu 异常从磷结核内核 而外环降低的规律性，本文认为很可能是由热液加入造成的，核心向边部的降 低体现了热液在孔隙水中所占的份额逐渐减少，体现了热液与正常沉积孔隙水 两端元混合的特征。 本文对浙江煤山剖面，贵州瓮安剖面和中南剖面中的碳 酸盐进行了碳同位素研究，发现在新元古代陡山沱组顶底界存在两次碳同位素 负漂移事件，这一结果与前人的一致。本文推测在南沱顶部的帽碳酸盐碳同位 素负漂移可能与冰期有关；而陡山沱组一灯影组交界处的碳同位素负异常，可 能与 Kau
11、fman(1993)提出的海水的翻转有关。对安徽修宁剖面深水相黑色页岩 与宜昌白果园剖面黑色页岩的有机碳与无机碳进行了碳同位素研究，发现从陡 山沱组底部到灯影组，有机碳同位素与无机碳同位素有着相同的变化规律：陡 山沱顶底界存在有机碳同位素的负漂移。特别是本文发现了宜昌白果园剖面陡山沱组 4 段黑色页岩的有机碳的碳同位素组成十分低，竞达到-39.2，这些极 低的有机碳碳同位素数据在前寒武纪黑色页岩地层中尚属首次发现。冰期后， 大气 COlt;,2gt;浓度增加，生物作用分馏增大，这可能是导致陡山 沱顶底有机碳负漂移的重要原因。白果园剖面极低的有机碳同位素(-39.2- 37.7)可能指示了区域性
12、特征，这些黑色页岩可能形成于还原的滞留盆地，这 种环境下，有机质可能经过多次分馏，导致极低的有机碳同位素特征。 前人 研究发现，利用生物的磷质壳体磷酸盐氧同位素可以计算出海水温度。研究中， 我们对沉积磷块岩与小壳化石的磷质壳体进行氧同位素分析，结果发现，小壳 化石的磷质壳体具有最高的 lt;#39;18gt;O(16.817)， 而且具有最低的 Mn/Sr 比值(0.2)，这说明小壳化石的磷质壳体是原生的，可以 用来计算古温度。计算出来的温度为 28.429.2。由于扬子板块于早寒武 纪处于赤道附近，而且利用生物壳体计算出来的水温应该反应的是表层水温， 所以这一温度数据可以与现代的赤道表层海水
13、温度相对比，略高于现代水温。 硅是沉积岩中的一种主要组分，前人研究表明 Si 元素由于不同的来源会有不同 的 lt;#39;30gt;Si 值，原生的含 Si 沉积物 lt;#39;30gt;Si 值变化在 00.7，热液硅的 lt;#39;30gt;Si 值变化在-2.1-0.2。 因此本文尝 试分析了一些硅质岩的硅同位素，发现安徽修宁剖面及云南大海剖面硅质岩 lt;#39;30gt;Si 变化在-0.21.3，体现了沉积特征。 但是大海段的硅质白云岩与化石中的充填石英的 lt;#39;30gt;Si 体现了热液特征。正文内容正文内容在华南扬子地台中，大面积发育着较为连续的新元古代-早寒武世
14、地层，这 些地层在华南各地具有不同的岩石组合，形成于不同的沉积相。世界上其他地 方新元古代-早寒武世地层也有发育，但是与其他地域相比华南具有低的热扰动 特征、多样的从深水至浅海的沉积相、最连续的沉积层、及保存完好的多个古 生物化石群(如世界著名的澄江生物群)，这些特征使得华南新元古代-早寒武世 地层成为世界公认的古环境信息蕴藏的宝库，使得华南成为我们认识与理解寒 武纪大爆发事件的关键所在。因此，本论文选取华南新元古代-早寒武世几个代 表性剖面，开展了沉积岩 Pb-Pb 年代学，微量、稀土元素地球化学，和碳、氧、 锶、铅、硅同位素地球化学研究，试图用系统的地球化学方法来更进一步揭示 地史上这一重
15、大转折时期和生命大爆发时期的古海洋环境的变迁。 如何精确 测定沉积岩的年龄，一直是一个令国际地学界关注的难题和前沿研究课题。对 我国前寒武纪-寒武纪沉积地层的年代学，前人研究较为薄弱。近年来，利用 Pb-Pb 同位素体系对黑色页岩进行精确定年已被证明具有可行性与可靠性。由 于华南新元古代-早寒武世地层中有丰富的黑色页岩赋存，因此本论文研究中， 我们利用 Pb-Pb 同位素体系，选取 U/Pb 比值高的黑色页岩样品，应用分步酸淋 滤技术对华南三个剖面的新元古代-早寒武世界线处黑色页岩进行了定年研究。 贵州遵义早寒武世牛蹄塘组黑色页岩与 Ni-Mo-PGE 多金属矿层具有较高的有机 碳含量和较大的
16、 Pb 同位素比值变化范围： lt;#39;206gt;Pb/lt;#39;204gt;Pb 变化在 20.539694.1562 之间， lt;#39;207gt;Pb/lt;#39;204gt;Pb 变化在 15.803620.1952 之间， lt;#39;208gt;Pb/lt;#39;204gt;ab 变化在 38.079939.2442 之间，Pb-Pb 等时线年龄为 56913Ma；安徽修宁早寒武世 荷塘组深水相黑色页岩 Pb 同位素比值变化范围相对较小： lt;#39;206gt;Pb/lt;#39;204gt;Pb 在 24.810538.1101 区间变化， lt;#39;207gt;pb/lt;#39;204gt;pb 在 16.033516.7829 区间变化， lt;#39;208gt;Pb/lt;#39;204gt;pb 在 38.601739.3912 区间变化，Pb-Pb 等时线年龄为 53639Ma；贵州瓮安新
