辽西四合屯地区早白垩世义县组湖相沉积的元素地球化学

摘要

早白垩世热河群义县组的湖相沉积地层主要出露于中国辽西地区。其中，北票四合屯地区的义县组湖相沉积地层因盛产带羽毛的恐龙、早期被子植物等热河生物群珍稀化石而举世闻名。国内外的古生物学家和地质学家对这些化石已经展开了系统的研究工作，并取得一系列丰硕的成果。然而，学术界对热河生物群生物的死亡原因和化石保存机制仍存有争议。部分学者认为热河生物群生物的死亡、搬运、埋藏和精美保存与湖盆周边火山喷发和火山灰的沉积有关;另一部分学者则认为热河生物群化石主要保存在页岩和泥岩中，生物的死亡和化石的保存与湖泊底层水的缺氧环境有关。这一争议长期存在的一个重要原因是，迄今为止，我们对于保存化石的载体——湖相页岩和泥岩中细碎屑沉积物的来源、搬运和沉积过程，及其受到火山灰输入的影响程度了解的还很少。因此，本文选择同时对义县组湖相沉积的页岩、泥岩和火山灰层进行元素地球化学分析。通过运用多种元素地球化学指标探索早白垩世义县组的构造背景，追踪义县组湖相沉积的物源，揭示沉积物的风化、分选和沉积过程，以及讨论火山灰层和页岩、泥岩之间的关系，进而探讨热河生物群化石精美保存的具体过程和机制。
　　本文对辽西四合屯地区义县组的湖相沉积地层开展了细致的研究。采样位置位于四合屯古生物化石博物馆旁，共采集了51个页岩和泥岩样品和9个火山灰样品。通过对样品主量元素和微量元素含量的测试和运用多种元素地球化学指标进行分析，我们得到以下主要结论:
　　(1)页岩和泥岩样品在La-Sc-Th和Th-Sc-Zd10三角图中的分布区域较为集中，指示了大陆岛弧和活动大陆边缘的构造背景。这一结果与前人对辽西早白垩世构造背景的研究认识基本一致。本文研究的四合屯化石博物馆剖面保存了上百层的火山灰层，指示早白垩世四合屯湖发育期间湖盆附近地区发生了频繁剧烈的火山活动。大陆岛弧和活动大陆边缘的构造背景可能是早白垩世辽西地区火山频繁喷发的重要原因。
　　(2)火山灰层样品的化学蚀变指数(CIA)值相对较高，表明其可能遭受了中度的化学风化作用。页岩和泥岩样品的CIA值较低，表明其遭受了相对较弱的化学风化作用，同时也可能反映了当时相对干旱的气候条件。A-CN-K判别图、Zr/Sc vs Th/Sc判别图以及Th/U vs Th判别图也均指示页岩和泥岩样品受风化、分选的影响较小。相比之下，火山灰层样品受风化和分选的影响相对较大，表明当时的火山机构可能与四合屯湖之间的距离较远，喷发到空中的火山灰经长距离搬运分选后降落至四合屯湖的汇水盆地内，然后在雨季经流水搬运至湖中沉积。火山灰经受的风力和流水的双重分选作用可能是CIA值相对较高的重要原因。另外，因为火山机构可能离湖泊较远，所以我们推测火山喷发可能并不是四合屯地区湖泊沉积物中埋藏的热河生物群生物死亡的重要原因。
　　(3)微量元素指标(REE配分模式、Hf vs La/Th、Th/Sc vs Cr/Th和La/Sc vs Co/Th)和主量元素指标（A-CN-K三角图）揭示了火山灰层与页岩和泥岩存在明显的物源差异。义县组的页岩和泥岩的物源主要来自长英质火成岩，是流域内母岩风化的产物，属于正常的背景沉积;而火山灰层则主要落于中性-长英质火成岩区域，表明其来源于中酸性爆发型火山喷发的产物，代表了四合屯湖发育期间，远处火山喷发的碎屑物质经风力搬运沉降至汇水盆地内的地表，然后再经流水搬运至湖泊中发生的事件性沉积。页岩、泥岩和火山灰层显著的物源差异表明湖泊发育期间远处火山喷发搬运来的火山灰不是湖相页岩和泥岩背景沉积的重要物源。另外，绝大部分化石都保存在页岩和泥岩中，火山灰层中却很少有化石发现。因此，我们认为页岩和泥岩中保存的大量热河生物群生物的死亡和埋藏与火山活动可能并没有直接的联系。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 基本内容概述

1．2 化石保存的讨论

1．3 选题来源与研究内容

第2章 地质背景

2．1 地层

2．2 时代

2．2．1 义县组时代

2．2．2 尖山沟层的时代

2．2．3 四合屯湖沉积时代

2．3 气候条件

第3章 研究区域和实验方法

3．1 研究区域

3．2 测量方法

3．2．1 主量元素测量方法

3．2．2 微量和稀土元素测量方法

第4章 元素地球化学判别方法

4．1 构造背景

4．2 风化与分选作用

4．3 物源

第5章 测试结果

第6章 义县组元素地球化学数据讨论

6．1 构造背景

6．2 风化和分选作用

6．3 物源

第7章 结论

参考文献

致谢

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