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1、EARTH AND ENVIRONMENTAL SCIENCE Carbonates and Evaporites Volume 11, Number 1, 19-31, DOI: 10.1007/BF03175782 用元素地球化学区分温带碳酸盐岩及其成岩环境：基于对新西兰新生代灰岩的勘探PeterR. Winefield, Campbell S. Nelson and A. PeterW.HodderDepartment ofEarth Sciences, University ofWaikato. Private Bag 3105,Hamilton. New ZealandPresent
2、 address: Centre for OreDepositandExploration Studies. University of Tasmania,GPOBox 252C. Hobart. Australia文摘:利用元素地球化学特征区分处于初级阶段的温带碳酸盐和热带碳酸盐岩相。在特殊情况下,除了个别例子很少基本数据是存在于温带碳酸盐岩。针对来自新西兰温带新生代石灰岩的近600碳酸盐岩样品平均值为镁5500 ppm;铁2500 ppm;钠1400ppm; 锶 550 ppm;锰500 ppm。总的来说,不论古代和现代的，与典型的热带碳酸盐相比镁和锶含量较低，钠、铁，锰含量较高。这些元素
3、二元情节组合可以用来区别热带与温带碳酸盐,符合温度系数平衡常数为碳酸盐溶解。在新西兰其中Na-Sr值被特别选中,定义的这种“独特”的温和的领域石灰岩其中锶值10-1000ppm、钠值500-5000ppm 从各种元素-元素回归线的关系的斜率来推测埋藏过程时海洋、气象信息以及石灰石成岩作用，构建总结元素模型全面评估石灰石形成过程受到这些过程影响的个别岩石钩成。地球化学研究其他证据结果表明埋藏或埋藏/海洋过程主导成岩作用的大部分发生在新西兰,但Plio-Pleistocen石灰石的东部地区渐强降水的信号也是很明显的e 介绍近年来已经有越来越多的文献记录现代温带酸盐岩沉积(例如)参考Nelson19
4、88a;Jameset 1992;Boreen缪群。1993;凯利。1995年,亨利克等。1995年)。事实上,自Chave(1967)挑战传统浅水碳酸盐概念和观察,指出碳酸盐岩沉积发生在热带地区之外的现代地区,大量的构造、矿物学、成岩和地球化学指标为区分已经提出了热带碳酸酯(例如温带,尼尔森1988b)。然而,这些标准的应用正用来识别的古老温和的石灰岩与有记录的巨大的可供识别的热带代表比尚处于起步和例子相对较少。本文探讨了利用元素地球化学为温带碳酸酯。该方案已经提前各种各样的塔斯马尼亚的例子,现代与古代(例如,Rao1981,1988年,1990aandb,1991年,Raoand Jaya
5、wardane;RaoandAdabi1992 25,2005 Amini;在1995年),关于澳大利亚东南部中集中发表几个对碳酸盐岩温和沉积元素分析。因此, 要求任何化学标准温带属热带碳酸盐区在分测试之前要进行实验验证。在新西兰有很多好的记录的温带新生代灰岩 (例如,纳尔逊1978年,尼尔森等。1988a(a)和(b)。已经有一些勘探化学调查(摩根1919年,金1 % 2;Mooreand Belliss 1979)。这里我们尝试以矫正部分不足:(1) 对于广泛的新西兰新生代石灰岩编制综合元素数据库的,(b)使用这些资料来深化指标与识别。另外,我们探索了在新西兰埋藏成岩过程中利用元素地球化学
6、提供相对重要海洋、气象信息。 新西兰温带灰岩 温和的大陆架上广泛分布在灰岩新生代序列,特别是在Oligoceneearliest中新两岛,Plio-Pleistocene在北岛(图1)。这些代表了(60 and 35S之间(纳尔逊1978)主要是凉爽的气候条件,也有一些暖温带有时也有亚热带 (Hornibrook 1992) 频谱的石灰石类型存在(砾状灰岩、灰岩、碳酸盐岩泥岩),但都通常70%)(通常用小到适量(0-30%)的siliciclasts(纳尔逊1979)。他们的骨骼的成分是苔藓虫类,双壳类软体动物,echinoderms苔藓虫和foraminifera、深海,并为附著船底的甲壳动
7、物,与当地的重要从珊瑚红藻,到腕足类。碳酸盐岩泥岩(或泥晶灰岩),主要是由主要的微化石浮游有孔虫类 (纳尔逊1978年)。图1。这个年龄段, 在新生代温带灰岩分布及典型的骨骼构成的主要事件。字母沿顶部的图参插图地图中显示的新西兰的沉积盆地。垂直的线显示的近似年龄范围以外的单位,定义了低石灰石的关键。这个代码向对每个lithostratigaphic名称的主导骨骼组合（Hayton等）。(1995)。Ba =barnomol; Bi =bimol; Br =bryomol; Ec =echinofor; Nf =nannofor; Ra =rhoda/gal; andRe =rhodecbfor
8、.新西兰成岩环境和温带碳酸盐镁和锶 (图5B)新西兰灰岩主要极低的含量低,从三个比较领域的主要方解石相结合,冷水矿物学的原产地,以及成岩改造。温菲尔德，尼尔森，和霍德勒这些不同的骨骼类型组合可以确定特定温度的环境，并且可以通过其骨骼组成来对新西兰灰岩进行系统分类，（海顿等，1995），个别单位如1图所示。除了上新世至中新世出露的灰岩中，有少量到中等量级的文石保存在双壳类化石中之外，所有的新西兰灰岩无论是骨骼还是粘土都主要为低Mg方解石（ 4 mol的MgCO3）（纳尔逊1978.纳尔逊等人1988.霍得和纳尔逊1996）任何亚碳酸盐矿物在原始沉积中已经被固定或者被溶解，这个过程显然是发生在成岩
9、之前的。碳酸盐元素在地球化学上的一些控制作用普遍的理论和次要元素的地球化学应用可以帮助我们阐明碳酸盐沉积和成岩环境，在这个方面，有几位科学家做的不错，其中包括米利曼（1974年），Veizer（1983），莫里森和布兰德（1986年），布兰德和莫里森（1987年）以及莫尔斯和麦肯齐（1990年），在这里我们不详细阐述。广义上说，石灰石的化学成分反映了现有条件下的沉积物理化学环境，以及随后的叠加成岩作用。在沉积阶段地球化学的原始控制主要包括：自然因素和碳酸盐组分的相对丰度及其矿物学，水的温度和盐度以及陆源沉积物的影响。热带碳酸盐以文石和高镁（12molMgCO）方解石为主，它们通常在骨架（如珊瑚
10、和钙质绿藻）和有机沉淀物中（如ooids和纤维泥）。大多数温带产物通常包括低镁 4 mol的MgCO）和中等含量镁（4-12摩尔MgCO）方解石，几乎主要为骨架（如苔藓虫，藤壶，epifaunal双壳类，andforaminifera）（纳尔逊1988b; BoneandJames1993年）。对于在文石中钙替代锶，在镁方解石被镁替代，这种亲和力是众所周知的（Milliman1974）。在这些方解石中，锶的沉淀作用可能随着镁含量的增加而加强，Sr，和Mg的含量直接与水温的上升有关系，（例如，Morseand麦肯齐1990）。 Na值反映（LandandHoops1973）周围水域的盐度，以及生
11、物分馏，动力学和流体包裹体影响（Morrison和Brand1986年）。Fe 和Mn的含量强烈依赖于Eh和周围水域的化学作用，相对的高浓度可能加入了来源于陆源的物质（勒纳尔1984; Rao和Jayawardane 1994;Rao和Amini 1995年）来自温带塔斯曼大陆架的现代骨骼碳酸盐和典型的巴哈曼热带碳酸盐在Rao的研究中已经被多次强调（1990,1991）一些相关数据在表1中已经总结，这些都表明，平均而言，原生的表生塔斯曼尼亚碳酸盐含有相对较少的Sr和Mg但是Na Fe Mn却要比热带大陆架碳酸盐更富，基于这一点，Rao发明了元素-元素曲线图，用这些组合来区分现代温带和热带碳酸盐
12、带，并特别强调了Sr/Na表格的实用性，这种表格是从Sr/Na比值中演变过来的。随着成岩蚀变作用的进行，碳酸盐中的Sr Na Mg含量普遍减少，然而Fe和Mn的含量有逐渐增加的趋势，这个现象暗示了曾经在成岩中经受蚀变作用或已稳定的古老灰岩与当今与之相似的灰岩之间具有明显不同的元素富集，尽管“记忆效应在沉积物和最终的岩石有一定程度的表现，古代灰岩和现代碳酸盐的地球化学反差，在一般情况下以温带举例，要缺乏活动性，因为它们通常已方解石为主，这个自然现象赋予了它一个相对较低成岩潜力（例如，纳尔逊等人1988a;。詹姆斯和Bone1989年）。图2。示意图(1992)改编自马歇尔。典型的趋势显示个别元素
13、(和稳定同位素)的价值与成岩改造。“真正的”化学变化在个体石灰石或元素依靠成岩作用的过程和沉积物可用的具体离子(或者同位素)。热带碳酸盐以文石和高镁（12molMgCO）方解石为主，它们通常在骨架（如珊瑚和钙质绿藻）和有机沉淀物中（如ooids和纤维泥）。大多数温带产物通常包括低镁 4 mol的MgCO）和中等含量镁（4-12摩尔MgCO）方解石，几乎主要为骨架（如苔藓虫，藤壶，epifaunal双壳类，andforaminifera）（纳尔逊1988b; BoneandJames1993年）。对于在文石中钙替代锶，在镁方解石被镁替代，这种亲和力是众所周知的（Milliman1974）。在这些
14、方解石中，锶的沉淀作用可能随着镁含量的增加而加强，Sr，和Mg的含量直接与水温的上升有关系，（例如，Morseand麦肯齐1990）。 Na值反映（LandandHoops1973）周围水域的盐度，以及生物分馏，动力学和流体包裹体影响（Morrison和Brand1986年）。Fe 和Mn的含量强烈依赖于Eh和周围水域的化学作用，相对的高浓度可能加入了来源于陆源的物质（勒纳尔1984; Rao和Jayawardane 1994;Rao和Amini 1995年）方法用于地球化学分析的新鲜散装样品来自野外采集，主要是由胡德和海顿在进行岩石学研究过程中在新西兰地区出露的新生代灰岩样本。（图1）。通过
15、一个一环形研磨机制备了569种样品粉末，这个研磨机有碳化钨头，以防止任何铁污染。约1 g样品粉末被溶解在1M的HCl中并经过适当稀释，解决的方案如下：通过原子吸收光谱进行了钙，镁，钠，铁，锶，锰的分析，要完全按照罗宾逊（1980）的程序。Ca和Mg精度为1，钠，铁，锶，锰为 5。更具体的细节分析技术是由Winefield（1995）所记录的并且可以根据要求进行操作和图形的分析，最后通过使用Microsoft Excel 5.0得出结论。用这些零散的元素分析数据来表征新西兰灰岩主要由以下几个原因。这些原因包括：勘察的性质和区域覆盖面的研究和对一些基本地球化学数据的需求量以及合理维护时间和分析大量
16、样品的成本，以及自己所做的结果与其他已发表的文献中的数据进行比较的能力（如，Rao温带碳酸盐1986,1990 a and b，1991年），一个对普遍偏低成岩潜力和温带碳酸盐整体相对化学均匀性和稳定性的评价（见更早），以及对零散化学品的分析结果的认可可以对古环境提供有益的信息（例如，罗宾逊1980年; Scudeler Baccelle和Marrusso1983年，勒纳尔1984年，1986年;饶1991; Jenkyns等。 1994年）。结果新西兰新生代灰岩中的碳酸盐元素分析数据已经得出，样品的浓度范围比较窄（图3）。平均钙值约为百万分之42万，平均镁5500ppm，平均Na1400ppm，平均Fe2400 ppmSr平均为550 ppm Mn平均为500 ppm。比较不同的新生代沉积盆地的石灰石元素数据（图1）发现相对较小的变化（图4），这表明可通过这些温带灰岩进行区域延展，
