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湘黔地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩地球化学特征和古海洋环境

赵相宽  
【摘要】:早寒武世处于全球第二次大氧化事件—新元古氧化事件(NOE)后期。随着雪球地球完全消融、Rodinia超大陆解体和全球海平面快速上升,大气氧含量显著增加、海洋化学条件发生显著变化,引起了后生动物的崛起和快速多样化。有关这个时期的海洋氧化还原条件及其演变过程仍然存在很多争论。本文选择位于台地-斜坡过渡带的贵州何家普和湖南四都坪剖面,以早寒武世牛蹄塘组黑色页岩为研究对象,试图通过综合研究进一步认识寒武纪初期的海洋化学条件演变。在与前人对华南其他剖面研究成果对比的基础上,本文重点通过黄铁矿形态学和沉积地化元素分析,对牛蹄塘组黑色页岩的成因进行讨论,并在此基础上分析寒武纪初期的海洋氧化还原条件。在研究剖面上,牛蹄塘组黑色页岩的Al、Th含量均远低于晚太古代澳大利亚页岩(PAAS)值,表明样品受陆源影响较小。黑色页岩经标准化后显示轻微的Ce/Ce*负异常和Eu/Eu*正异常,稀土元素(REE)不富集,不具热液成因特征。故样品的REE特征一定程度上可反映古海洋的氧化还原条件。而轻稀土元素(LREE)富集和Ce/Ce*轻微负异常则反映缺氧-硫化的水体条件。据黑页岩中RSE元素含量,Mo/TOC比值以及二者关系投图,何家普剖面总体上处于半局限-开放盆地环境;四都坪剖面中部处于局限-半局限的盆地环境,顶部显示盆地局限性减弱。四都坪相较于何家普剖面更靠近台地方向。在何家普剖面上,牛蹄塘组中部富含草莓状黄铁矿,顶部见有草莓状黄铁矿印模;莓球黄铁矿平均粒径均10μm;氧化还原敏感元素(RSE)在下-中部富集,顶部呈下降趋势。V/Ni,Ni/Cr,V/(V+Ni),Mo_(EF)-U_(EF),DOP-T,Fe_T/Al等参数也都显示出相似的特征。表明牛蹄塘组底部和中部形成于稳定的硫化环境;向上有一次硫化增强,顶部硫化条件呈下降趋势。在四都坪剖面上,草莓状黄铁矿在牛蹄塘组中部间断出现,顶部大量发育;平均粒径均10μm;由于盆地局限性的影响,RSE在中部虽然富集,但程度比何家普剖面低,顶部RSE富集度与中部相当。其余参数也显示相似趋势,但总体上硫化条件也呈减弱趋势。与华南其它同期剖面的研究对比表明,寒武纪早期海洋可能继承了埃迪卡拉纪分层的“硫化楔”海洋模型;本文研究的两个剖面均处于“硫化楔”带。但随着时间发展,两剖面的硫化条件均呈减弱趋势。这表明海水含氧量有明显增加;而海水中Fe、Mo等元素浓度的显著增加为后生动物的发展提供了重要条件。


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