三峡地区南沱组与陡山沱组地球化学特征及其意义

摘要

华南扬子陆块新元古代地层出露完整并大规模分布，新元古代时期气候剧烈变化，发生了多次冰期事件。南沱组冰碛岩与其之上的陡山沱组沉积岩具有独特的沉积构造、同位素地球化学特性和古生物化石，研究南沱组与陡山沱组沉积地层可以对其物源和沉积环境提供限定，并对了解新元古代古环境、古气候以及生命的演化等记录和起因起到了很大的作用。
　　湖北宜昌九龙湾剖面的南沱组冰碛岩是扬子北部南华纪的冰成杂砾岩，与新元古代黄陵花岗岩呈不整合接触。南沱组冰碛岩成分复杂，分选性差，缺乏可对比的标志，其沉积时代和物源组成研究较少且存在争议。我们对南沱组冰碛岩开展锆石U-Pb同位素定年工作，获得了最年轻的锆石年龄为706±7Ma，结合前人对陡山沱组底部以及大塘坡组顶部的火山凝灰岩锆石U-Pb同位素定年的研究结果，南沱组沉积年龄被限定为654-635Ma，可与Marinoan冰期对应。所获得锆石U-Pb年龄谱峰值主要分为～3.0 Ga，2.5-2.3 Ga，2.05-1.95 Ga和900-700Ma，反映了扬子陆块四次地壳再造事件，其中古元古代和太古代年龄与崆岭杂岩相似，900-800Ma和800-700Ma的锆石年龄与附近黄陵花岗岩和扬予北缘岩体一致。冰碛砂岩的微量元素和同位素组成分异明显，可能是扬子北缘岩体、黄陵花岗岩和崆岭杂岩不同程度混合的结果。南沱组冰碛岩中包裹的花岗质砾石表现出不同的微量元素特征，具有偏低的稀土元素含量和亏损的重稀土元素组成，结合其锆石U-Pb同位素年龄和Sr-Nd-Pb同位素特征，这些花岗质砾石主体可能来自于附近黄陵花岗岩和崆岭岩基。南沱组冰硕岩的物质组成特征反映了新元古代时期，扬子地区强烈的裂谷岩浆作用所导致的北高南低的地势环境。
　　九龙湾剖面的陡山沱组在岩性上从下到上依次分为帽碳酸盐岩，黑色页岩与白云岩互层，白云岩与薄层灰岩互层，黑色页岩。用3.4 M的醋酸将陡山沱组第一段帽碳酸盐岩分离，得到纯碳酸盐岩和硅质碎屑组分。其中纯碳酸盐岩组分的REE+Y模式特征表现出弱的中稀土富集，Ce元素由负至正异常(Ce/Ce*为0.86-1.40)，La元素正异常(La/La*为1.02-1.42)，Y/Ho比值为36.8-49.5，反映其沉积于一个波动的内陆架海相环境，伴随有淡水的输入，而无海底热液流体的影响。陡山沱组所有样品的Sr同位素组成变化比较大，初始比值从0.704030至0.712720，其中高的Sr同位素组成代表强陆源风化条件，并指示其沉积时有来自于河水的明显贡献。随地层层序自下而上，陡山沱组沉积岩的初始143Nd/144Nd值逐步降低，同位索Nd同位素模式年龄值逐步升高，说明在沉积作用过程中，剥蚀源区的地壳物质平均形成年龄有规律的变化。根据不同的地球化学特征，将陡山沱组划分为上段和下段两个部分。陡山沱组下段岩层相比于上段岩层(εNd(t):-9.26～-11.48，Th/Sc:0.61-1.67)含有更低的Nd同位索组成(εNd(t):-2.05～-7.35)和Th/Sc比值(0.14-1.41)，反映了陡山沱组下段的沉积物源比较年轻（例如扬子北缘新元古代岩体），而上段则具有相对成熟的古老大陆地壳物质（例如崆岭杂岩)。并且顶部黑色页岩Sr-Nd同位素组成指示其沉积物源来自成熟的大陆地壳，同时Nd同位素的亏损地幔模式年龄为2.06 Ga-2.24 Ga，εNd(560 Ma)在-11.48至-9.26之间，与扬子地区出露的太古代崆岭杂岩体接近，说明黑色页岩的源岩可能来自崆岭杂岩体。陡山沱组Pb同位素组成特征同样指示沉积物源以古老地壳物质为主。结合前人的C同位素数据，我们认为沉积相以及相应的元素和同位素组成的改变很可能与古环境和古气候的突变有关，由此可以推测当时海平面和大气中含氧量的变化。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1．新元古代冰期事件

1．1．2．扬子陆块区域地层

1．1．3．黑色页岩

1．1．4．陡山沱期生物群与碳同位素变化

1．2 选题依据

1．3 研究内容

1．4 工作量小结

第二章 区域地质背景

第三章 样品处理与分析方法

3．1 粉末样品制备

3．2 前期分离纯化

3．3 全岩主量元素分析

3．4 微量元素分析

3．5 Sr-Nd-Pb同位素分析

3．6 锆石U-Pb定年

第四章 南沱组物源特征

4．1 引言

4．2 样品特征

4．3 锆石U-Pb年代学结果

4．4 全岩微量元素组成

4．5 Sr-Nd-Pb同位素组成

4．6 南沱组的沉积时代

4．7 南沱组冰碛岩的物质组成和源区特征

4．8 构造意义

4．9 小结

第五章 陡山沱组沉积序列

5．1 引言

5．2 陡山沱组第一段

5．2．1． 碳酸盐岩分离前的全岩样品

5．2．2 纯碳酸盐组分

5．2．3． 残渣组分

5．3 陡山沱组第二段

5．4 陡山沱组第三段

5．5 陡山沱组第四段

5．5．1．Sr-Nd-Pb同位素

5．5．2．主量元素

5．5．3．微量元素

5．6 微量元素对沉积环境的限定

5．6．1．非碳酸盐组分的影响

5．6．2．成岩作用的影响

5．7 帽碳酸盐岩的微量元素特征

5．8 地球化学特征对沉积物源的限定

5．9 陡山沱组对古环境和古气候的指示意义

5．10 小结

第六章 结论

参考文献

附录

致谢

已发表或待发表论文及摘要