下扬子地区晚古生代及中生代初期沉积岩地球化学

发布时间：2019-01-10 12:52

【摘要】：沉积岩记录着地球表面演化历史的重要信息。碳酸盐的沉积和成岩过程及其对海水组成变化和碳循环的指示等一直是地球科学研究的热点问题。碎屑沉积物对化学风化的指示也可以提供有关气候变化的重要信息。隶属华南陆块的巢湖地区发育有完整的从石炭纪到三叠纪的碳酸盐岩和碎屑沉积岩,是研究碳酸盐和碎屑沉积物的沉积和成岩过程,恢复古海水组成、化学风化和气候的变化以及示踪陆源输入等科学问题最理想的天然实验室。本学位论文采用碳酸盐碳氧同位素和主微量元素等多种地球化学手段,对巢湖地区不同时代和类型的碳酸盐岩以及碎屑沉积物进行了详细的研究,结果用来认识碳酸盐元素组成对海水和陆源输入的指示;识别碎屑沉积物中各个元素组成的控制因素,进而选取合适的无素建立新的化学风化指标;寻求区分自生碳酸盐与原始海相碳酸盐的地球化学方法;找到一个能够用于恢复碳酸盐沉积和成岩历史的地球化学方法。对巢湖石炭纪的灰岩进行了主微量元素和碳氧同位素组成等方面的研究,结果用来理解碳酸盐元素组成对古海水组成和陆源输入的记录。依据元素与Al和Th之间的相关性,不同元素显示出不同比例的海水与陆源物质之间的混合。这些主要取决于方解石-海水分配系数(Dx)、海水-上地壳分配系数(Kx)以及元素的氧化还原敏感性。具有高和中等Kx值的水溶性元素元素如Na、Mg、P、V、Cr、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo和U在方解石中有较高的含量,可能记录海水的组成。与此相反,具有低Kx值的水不溶性元素如Be、Al、Sc、Co、Ga、Cs、REE、Hf阳Th在碳酸盐中有低的含量,因此可以用来指示陆源输入。碳酸盐的碳同位素组成从早石炭世中期Visean到晚石炭世末期Gzhelian)显示有三次正漂移和三次负漂移,与世界上其他地区同时期沉积碳酸盐的碳同位素变化可以对比。δ13℃低值段对应由Y/Ho、(Nd/Yb)PAAS、Th阳Sc所指示的高的陆源输入。在陆源输入高值段的碎屑沉积物有高的化学蚀变指数(CIA),代表高程度的化学风化。因此,高温可能是造成δ13C负漂移的原因,而高强度的化学风化可能是造成碎屑物质输入增加的原因。另一方面δ13C的正漂移可能对应石炭纪的冰川作用增强的寒冷时期,这些是Cl(Visean末期到Serpukhovian早期)、C2(Bashkirian明到Moscovian早期)和C3(Gzhelian斯)。对碳酸盐中元素的地球化学行为有系统的了解之后,使得应用这些元素来研究碳酸盐的沉积和成岩过程成为可能。有一种成岩碳酸盐,也就是自生碳酸盐,最近被认为是除原始海相碳酸盐和有机碳之外的第三个主要的全球碳汇。区分自生碳酸盐和原始海相碳酸盐对于理解全球碳循环及其在大气氧含量演化中的作用都有着重要意义。根据对早三叠世巢湖阴都山剖面碳酸盐的微区地球化学测量,发现在铀含量和碳同位素图解上,白生碳酸盐的生长沿着一条与原始海相碳酸盐不同的轨迹。表明将这两个地球化学参数相结合起来可以区分两个碳酸盐汇。自生碳酸盐分布在早三叠世的Smithian时期而不是Spathian时期。表明碳酸盐自生作用范围的扩大可能是大气二氧化碳含量增加的负反馈。利用自生碳酸盐的鉴别方法,我们发现陡山沱组对应Shuram寻常段并不是自生碳酸盐加入造成的。为了理解碎屑沉积物中元素的地球化学行为和建立指示化学风化强度变化的新指示,本文研究了巢湖地区平顶山西剖面的泥质灰岩和钙质泥岩中碎屑物质的主微量元素和碳酸盐的碳氧同位素。依据元素之间的相关性以及它们在剖面上的变化,碎屑沉积物的元素可以被划分为四组。第一组由紧密相关的Al、Th、Sc、Be、In、Ga、K、Rb和Cs组成。这是由于它们在化学风化过程中不具有活动性。第二组是由Ca和Na组成,这两个元素在剖面上显示有与Th和Sc相反的变化,这是由于它们在风化剖面上具有活动性。第三组由高场强元素如Ti、Nb、Ta、Zr和Hf组成,这些元素之间有紧密的相关性,这是由于它们主要赋存在重矿物中,因而对水力学分选和风力搬运的沉积物的加入敏感。第四组是由和S含量紧密相关的氧化还原敏感性元素如Co、Cu、Fe、Mn和Ni组成,这些元素主要赋存在硫化物中。Tb、Sc、Ca和Na不容易受到源区变化的影响,而且不容易受到水力学分选的影响,因此被选取用以建立化学风化的指标。对数风化指标如log(Th/Ca)、log(Sc,Ca)、log[Th/(Na/5+Ca)]和log[Sc/(Na/5+Ca)]在二叠纪和三叠纪边界、Griesbachian中期和Smithian早期同时增加,代表化学风化的增强。接近于花岗闪长岩极端风化产物的值出现在Griesbachian中晚期和Smithian早期.表明这些时期极端的化学风化和超热的古环境。这些与前人在其他地区以及用其他方法的研究结果一致。为了找到一个能够获取碳酸盐的沉积环境和成岩过程的地球化学方法,本文应用REE+Y和碳氧同位素对巢湖石炭纪到三叠纪的海相碳酸盐进行了详细研究。在现代的浅水碳酸盐台地,存在与海平面下降有关的连续的成岩区域的变化。这一关系对于鉴定碳酸盐的成岩区域、解释碳酸盐的碳同位素漂移以及解释碳酸盐碳氧同位素的正相关性都具有重要的意义。然而,这一关系却不容易在古代碳酸盐中发现,-这是由于有关海平面变化的信息可能难以获得。本文采用纯磷酸盐的REE+Y内蔼元素比值关系图,例如Y/Ho 对(Nd/Yb)PASS,发现结果可以强烈地指示海水和淡水之间的混合。纯碳酸盐的REE+Y配分型式显示出有规律的沿地层的变化,反映可能与相对海平面变化有关的淡水加入的规律变化。碳酸盐碳氧同位素和其他证据指示的成岩区的变化与REE+Y配分型式所指示的相对海平面变化具有明显的对应关系。因此,利用纯碳酸盐的REE+Y配分型式和碳氧同位素组成可以获得海相碳酸盐的耦合的沉积环境和成岩区域变化。早中三卺世的相对海平面下降以及最后的淡水加入与华南华北板块聚合造成的区域性盆地抬升有直接关系。
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【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P588.2
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本文编号：2406334