华南埃迪卡拉纪陡山沱期古海洋环境的氧化还原特征

【摘要】：目前华南埃迪卡拉系陡山沱组的海洋化学条件模型认为海水表层处于氧化状态，深部以缺氧富铁为主并穿插有楔状的硫化水体。上述模型主要依据三峡地区碳酸盐岩台地相的数据建立，而根据最近的古地理重建工作，这一地区沉积于台地内部的局限泻湖环境，与南华盆地的开阔海域之间被障壁所分隔。为了检验上述模型是否也适用于开阔海域，本文对南华盆地斜坡及盆地相剖面展开多种手段的综合研究，研究方法包括黄铁矿形态与粒度分析，碳、氧、硫稳定同位素分析，以及主量、微量元素分析等。这些工作取得的主要成果如下： 陡山沱组内的黄铁矿可依据其形态和粒度分布特征归入四种成因类型，其中A与B类黄铁矿分别为早期成岩过程中形成的自形/不定形黄铁矿与草莓状黄铁矿；而C、D类黄铁矿的粒度分布特征和现代硫化水体中析出的同沉积草莓状黄铁矿相近，可以作为水体硫化条件发育的证据。同沉积黄铁矿在不同剖面的分布情况表明，南华盆地的开阔海域中也发育水体硫化条件，且硫化条件在下斜坡比上斜坡更为强烈和持续。这一结果得到Mo、U、V富集系数的支持。但深入盆地后的硫化情况目前仍不清楚，有待进一步研究。此外，上斜坡的FeT/Al相对下斜坡明显贫瘠，表明南华盆地可能存在类似现代黑海的铁传输模式，即铁从含氧/次氧化相区迁移到缺氧/硫化相区重新沉积。 在各剖面纵向上，硫化段与非硫化段在厘米到分米级别的尺度上交替发育，表明化学界面的深度频繁发生变动，这在上斜坡剖面尤为明显。化石发育情况与硫化证据的对比显示，南华盆地陡山沱沉积时期真核生物的生存与分布受到硫化条件的控制。之前研究中部分化石证据与地球化学数据出现矛盾，可能是因为这些地球化学研究的分辨率不足以识别出影响生物生活和埋藏的米级以下的氧化还原条件变动。 在碳同位素方面，斜坡相δ13Ccarb曲线的偏移与同沉积黄铁矿的发育具有一定的相关性，这支持前人关于细菌硫酸盐还原作用（BSR）导致深水相δ13Ccarb普遍负偏的观点。但研究剖面内以成岩黄铁矿为主，表明沉积物内BSR作用对于碳同位素负偏的贡献可能大于水体中的BSR，因此南华盆地相区间的δ13Ccarb差异并不只是水体中同位素梯度的反映，也需要考虑深水区成岩作用的影响。 南华盆地陡山沱组的Δδ34S表明，陡山沱早期海水的硫酸盐含量大约在50至200μM的数量级，而晚期可能达到200μM以上。深水相黄铁矿的大量埋藏可能是陡山沱早期海水硫酸盐含量持续偏低的重要原因。在陡山沱沉积后期，深水缺氧环境的减少促进了硫酸盐在海水中的积累。