川西南地区五峰组—龙马溪组沉积环境及有机质富集模式

为了明确川西南地区五峰组—龙马溪组富有机质页岩的沉积环境演化特征及有机质主控因素,充分利用元素地球化学和有机地球化学方法,获得了YD1井五峰组—龙马溪组总有机碳(TOC)、主量和微量元素含量纵向变化特征,探讨了五峰组—龙马溪组古环境演化特征及有机质富集机制。结果表明:龙马溪组总有机碳(平均值为4.50%)整体高于五峰组(平均值为1.26%);地球化学指标V/Cr值、C_(org)/P值、Mo含量及Mo/TOC值表明,五峰组—龙马溪组沉积期,沉积环境处于中等—强的局限程度,同时海水经历了氧化—次氧化(五峰组V/Cr平均值为3.39,C_(org)/P平均值为138.16,Mo平均含量为4.28×10^(-6))向缺氧硫化(龙马溪组V/Cr平均值为6.71,C_(org)/P平均值为249.38,Mo平均含量为61.49×10^(-6))的变化过程;古生产力指标Ni含量、(Ni+Cu)/Al值、Ba_(bio)含量指示五峰组—龙马溪组均具有相对较高的生产力水平,这主要归因于同期频繁火山活动引起的丰富营养物质的输入以及上升流的发育。总有机碳与陆源输入指标、氧化-还原指标、古生产力指标相关性分析发现:五峰组和龙马溪组有机质富集主要受控于沉积环境的氧化-还原条件;氧化—次氧化的水体环境抑制了五峰组有机质的保存;强烈的缺氧条件及较高的生产力水平共同促成龙马溪组较高的有机质含量,使得龙马溪组更加有利于页岩气开发。

埃达克岩与热液成矿过程中钾镁同位素分馏及其指示意义:以驱龙斑岩铜矿床为例

为研究后碰撞埃达克质岩岩浆分异和热液过程中的钾镁同位素分馏行为及其对斑岩铜矿床岩石成因的指示意义,本文对藏南驱龙斑岩铜矿床的一套埃达克质岩石开展了钾镁同位素分析。该套岩石包括闪长质包体、花岗闪长岩和花岗斑岩,后者是超大型斑岩铜矿床的成矿母岩。已有研究结果证实,这3套岩石很可能是由同一来源的不同程度的部分熔融和分离结晶作用形成的。研究结果表明,闪长质包体、花岗闪长岩和花岗斑岩的δ^(41)K组成分别为-0.38‰~-0.22‰、-0.43‰~-0.34‰和-0.59‰~-0.36‰。尽管3类岩石各自变化范围较小,但整体上δ^(41)K与K 2O和SiO_(2)含量呈现明显负相关趋势,表明全岩钾元素迁移和钾同位素发生了解耦,钾同位素产生了分馏。在闪长质包体花岗闪长岩演化期间,δ^(41)K与Sc和Y含量呈明显正相关关系,这指示了在该演化期间可能主要是角闪石分离结晶导致了钾同位素分馏。相比之下,花岗斑岩中具有明显的钾同位素组成变化,在花岗斑岩演化期间,δ^(41)K与Eu/Eu*和Sr含量呈正相关关系,表明在岩石演化晚期钾同位素的分馏可能主要跟斜长石分离结晶有关。然而,通过瑞利分馏模拟表明仅矿物分离结晶难以实现如此大的钾同位素分馏,花岗斑岩中的钾同位素分馏是岩浆热液共同作用的结果。值得注意的是,闪长质包体具有比地幔更重的钾同位素组成,导致这种现象的原因可能是复杂多样的:一方面,下地壳可能具有比地幔更重的钾同位素组成,岩浆混合机制下导致源区具有重钾同位素组成;另一方面,驱龙斑岩铜矿床的岩浆源区受到俯冲板片来源的富重钾流体/熔体所交代,导致其源区的钾同位素组成偏重。相比之下,这3类岩石的镁同位素组成比较类似(闪长质包体:-0.36‰~-0.19‰;花岗闪长岩:-0.28‰~-0.13‰;花岗斑岩:-0.44‰~-0.13‰),并且落在了地幔和下地壳范围内。这3类岩石的δ^(26)Mg跟MgO和SiO_(2)含量之间不存在相关性,表明埃达克质岩浆分异过程中(角闪石和黑云母)也不产生镁同位素分馏,与前人对花岗岩中镁同位素分馏行为的结论相一致。作为典型的热液型矿床,藏南驱龙斑岩铜矿床和江西德兴斑岩铜矿床在热液蚀变过程中均产生了钾镁同位素分馏。德兴斑岩铜矿床大部分蚀变岩的钾镁同位素值都高于新鲜岩浆岩,具有显著的钾镁同位素组成变化;相比之下,驱龙斑岩铜矿床埃达克质岩岩石的钾镁同位素组成大部分位于岩浆岩基线值范围内,受热液蚀变作用影响不显著。此外,驱龙斑岩铜矿床花岗斑岩中铜大量富集,岩浆热液流体出溶是导致铜大量富集的主要原因,可能至少有两种不同性质(温度、盐度)的热液流体导致花岗斑岩中钾镁同位素组成局部波动变化,这些流体不仅改变了花岗岩斑岩的钾镁同位素组成,并且从高度演化的岩浆中提取金属元素,最终导致铜成矿。

揭秘地质历史时期最大碳同位素负偏事件的本质

碳循环通过大气-海洋的酸碱及氧化还原过程对地球表层化学环境起着关键控制作用,是地球表层环境演化的“发动机”.因而,弄清地球碳循环演化对于理解地球宜居性演化至关重要.作为地球宜居性演化过程中由前寒武纪向显生宙-现代地球系统转变的关键期,埃迪卡拉纪(635~539Ma)在全球范围内发生了地质历史上最大的一次沉积碳酸盐碳同位素组成(δ^(13)Ccarb)的负偏事件。

寒武纪早期南华盆地盐度及水文动力学过程重建

尽管对寒武纪早期南华盆地已开展了大量古环境重建研究,但南华盆地在寒武纪早期与广海之间的连通性仍不明确,这阻碍了对该时期海洋氧化还原状态演化及其与寒武纪大爆发关系的深入认识.针对上述问题,本研究分析了来自南华盆地内不同水深的三个下寒武系剖面(陆架边缘相道沱、斜坡-盆地相袁家和渣拉沟)的全岩B/Ga组成--这一新近提出的、可用于地质历史时期水体盐度重建的理想指标,以期对寒武纪第2~3期南华盆地的盐度及水文动力学过程进行重建.结果显示,在寒武纪早期南华盆地内的水体盐度存在一个由浅水向深水逐渐增加的梯度,该梯度在九门冲组/牛蹄塘组/渣拉沟组的黑色页岩沉积阶段尤为显著.我们认为该盐度梯度可能是在一个中等局限盆地内由临近陆块上输入大量淡水和广海输入海水相混合的结果.在约9Myr的研究区间内,三个剖面的水体盐度均显示出逐渐增加的趋势,这可能反映了全球海平面升高或区域构造活动所引起的广海海水输入的增强.推测南华盆地与广海之间连通性的增强可能减弱了盆地内水体的分层性,同时缩小了缺氧环境在深水的发育,这与其他全球因素(如大气氧含量增加)一起导致了南华盆地内氧化海水的扩张,并进一步影响了寒武纪生命大爆发在华南地区的表达.研究表明,在利用边缘海沉积开展早期动物和海洋氧含量关系研究时需要综合考虑盆地内的水文动力学条件.

埃迪卡拉纪海洋表层溶解氧含量的时空波动及其对海洋碳循环扰动的启示

埃迪卡拉纪(635~539Ma)发生了地质历史上最大的一次无机碳同位素(δ^(13)C_(carb))负漂移事件(简称为SE事件).该事件常被解释为大气-海洋的氧含量增加对表生有机质氧化的结果,然而已有数据多难以直接约束氧含量的变化.因此,重建SE及其前后海洋溶解氧含量([O_(2)])演化对于认识当时海洋碳循环扰动的发生机制具有重要意义.碳酸盐岩I/(Ca+Mg)是近年来发展起来的能够定量反映古海洋表层海水[O_(2)]的有效指标.本文分析了塔里木古陆Mochia-Khutuk(简写为MK)剖面埃迪卡拉系水泉组SE事件相关地层的I/(Ca+Mg)组成,发现在该剖面上I/(Ca+Mg)与δ^(13)C_(carb)具有同向、同步变化的关系,即I/(Ca+Mg)平均值先随δ^(13)C_(carb)的降低由2.2μmol/mol下降至0.8μmol/mol,后随δ^(13)C_(carb)的恢复增加至3.4μmol/mol.类比现代海洋最小含氧带的I/(Ca+Mg)组成和氧含量关系,推测SE事件中在δ^(13)C_(carb)负偏阶段MK剖面区域表层海水的氧含量由>20~70μmol/L降低至<20~70μmol/L,这可能反映了深海富含溶解有机碳(DOC)及Fe^(2+)等其他还原物质的海水上涌对表层溶解氧的消耗.MK剖面的I/(Ca+Mg)演化特征明显不同于同时期其他古陆的记录,表明埃迪卡拉纪海洋表层海水氧含量主要受到局部因素(如纬度、温度、生产力和缺氧水体上涌等)的控制,具有显著的时空差异性.该特征进一步表明埃迪卡拉纪大气氧含量仍旧较低,还不足以主导古海洋表层溶解氧含量.研究结果支持SE时期陆架空间差异性氧化而非前人认为的该时期古海洋及其DOC库总体显著或完全的氧化.