台湾甲仙地区早上新世冷泉白云岩的地质地球化学特征及沉积环境

白云石成因一直是地学中尚未解决的难题,海底冷泉系统中发育的原生白云石为解决白云石成因问题提供了新途径。台湾甲仙白云仙谷早上新世盐水坑组页岩地层中发育有冷泉白云岩,其流体来源和沉积环境并不清楚。本文通过矿物学和岩石学,结合碳氧同位素、微量和稀土元素地球化学,探索该冷泉白云岩的流体特征和形成环境,为解决白云石成因提供参考。白云仙谷冷泉白云岩以烟囱状或透镜状产出于页岩中,碳酸盐矿物均为泥微晶白云石,含量为61.4%~88.0%。冷泉白云岩的δ13C为−27.08‰~−10.58‰,指示形成白云石的碳源可能是热成因甲烷和海水的混合。Ni/Co均值为12.54,稀土元素配分模式呈中稀土富集、无Ce异常,均表明冷泉白云岩形成于弱还原的沉积环境。在弱还原环境中的冷泉微生物的作用下,促进了HCO3−的增加和SO4^(2−)的消耗,可能有利于冷泉白云石的形成。

海底冷泉环境中的白云石(岩)研究现状

白云岩成因问题一直是个未解之谜,近年提出的微生物成因模式受到了广泛关注。白云石在现代和古代冷泉环境中普遍发育,以白云石为主的冷泉白云岩主要呈烟囱状和管状产出,微观上可见菱形白云石,也有梭形和哑铃状的白云石。冷泉白云石碳同位素值变化较大,指示了可能主要来源于冷泉渗漏甲烷、海水溶解无机碳、有机质氧化和产甲烷残余的CO2等,而氧同位素值的变化可能与甲烷水合物的生成与分解、黏土矿物的脱水和沉积温度等有关。半封闭的冷泉渗漏环境中的微生物甲烷缺氧氧化和硫酸盐还原作用可能有利于白云石的沉淀。与微生物实验相结合的冷泉白云岩研究可能是"白云岩问题"取得突破的新方向。