贵州五河南沱组形成的氧化还原环境:地球化学与矿物学证据

新元古代海洋氧化还原条件是影响这一时期生物演化的重要原因,海相沉积物记录的各种地球化学信息是研究古海洋氧化还原条件的主要方式.南沱冰期由于缺乏含铁建造等化学沉积岩及黑色页岩,极大地制约了对这一时期氧化还原环境的研究.本文通过对贵州剑河五河剖面南沱组红色富铁杂砾岩开展沉积学、矿物学和地球化学研究,认为杂砾岩中Si、Al、Fe含量与大陆上地壳组成类似,但Ca、Na、Mg显示显著的亏损特征,反映冰期大陆的氧化风化作用.杂砾岩中的氧化还原敏感元素Mo和U反映出不同程度的富集,其协变趋势指示了铁、锰氧化物在氧化还原分层的海水中的穿梭作用.杂砾岩的红色色调是其中赤铁矿的富集所致,红色富铁杂砾岩在南沱组中的不规则分布表明赤铁矿是同冰期海水中亚铁离子氧化后,经后期脱水形成.该剖面南沱组中流水波痕构造、氧化还原敏感元素Mo和U的富集特征和红色杂砾岩中赤铁矿的形成,反映华南地区南沱冰期极端缺氧的还原环境.     

峡东地区埃迪卡拉系黑色页岩的微量元素和Fe同位素特征及其古环境意义

通过分析宜昌峡东地区九龙湾剖面埃迪卡拉系陡山沱组黑色页岩的微量元素和Fe同位素组成,对埃迪卡拉纪海洋的氧化还原状态进行了制约。黑色页岩氧化还原敏感元素的富集系数以及U/Th、V/(V+Ni)、V/Cr值等在陡山沱期存在着明显的演化趋势。这些趋势显示陡山沱组二段下部水体处于氧化的状态,陡山沱组二段上部水体处于还原状态,陡山沱组四段黑色页岩发育在氧化环境中。同时,陡山沱组二段下部黑色页岩富集重的Fe同位素,表明黑色页岩来自于海水的铁主要是以Fe3+的氧化物或氢氧化物形式沉淀的,进一步说明这个时期的水体处于氧化状态。综合黑色页岩微量元素和Fe同位素信息,显示在埃迪卡拉纪陡山沱早期海水经历了先氧化后还原的过程,陡山沱晚期海水变得氧化了。这种特征与埃迪卡拉纪陡山沱期生物群的出现和演化相对应,说明海洋的氧化为埃迪卡拉纪生物的出现和演化提供了前提条件。     

海洋沉积物中氧化还原敏感元素对水体环境缺氧状况的指示作用

近年来由于人为污染水体富营养化加剧,缺氧区面积不断增大,利用沉积物中氧化还原敏感元素反演水体缺氧情况已经发展成为海洋化学领域的热点研究方向。本文详细阐述了氧化还原敏感元素的富集机制,并总结了利用沉积物中氧化还原敏感元素在不同氧化还原条件下的富集程度反映海水缺氧程度和底质氧化还原状况的一系列指标,如Re/Mo、Cd/U、Th/U、V/Sc、V/(V+Ni)值,U—Mo共变模型,δ~(98/95)Mo,多指标微/痕量元素模型以及氧化还原敏感元素-有机质共变模型等。沉积物中Re、Mo含量、Re/Mo值、自生Mo/U值、Th/U值对上层水体缺氧和氧化条件区分良好,可定量指征上层水体的缺氧情况。沉积物中Re含量近似于1 ng/g(地壳值),Mo含量1μg/g(地壳值),Re/Mo值接近0.3×10~(-3),Mo—U富集系数比为(0.1～0.3)×现代海水,Th/U值2,可指示氧化环境;Re含量在10～30 ng/g,Mo含量近似于1μg/g,Re/Mo值10×10~(-3)～30×10~(-3),Mo—U富集系数比1×现代海水,Th/U值在0～2范围内,可指示缺氧环境;Re含量30 ng/g,Mo富集达到20～40μg/g,Re/Mo值接近0.7×10~(-3)(海水中Re/Mo值),Mo—U富集系数比为(3～10)×现代海水,可指示极度缺氧的硫化环境。Mo_(EF)—U_(EF)交会对数坐标图、氧化还原敏感元素-有机质共变模型指标可定性分析上层水体的缺氧情况;V/(V+Ni)值对于次氧化沉积物指示效果不佳;Cd/U值在次缺氧条件下的变化机制复杂,还需进一步研究。生物扰动、成岩作用、人为污染、水体局限、高有机碳通量、Fe、Mn氧化物循环等因素通过影响氧化还原敏感元素在沉积物中的富集与迁移,从而影响氧化还原敏感元素指标的应用,应剔除有机质吸附与陆源输入等非自生部分的影响,结合各种指标互相印证,综合判别水体氧化还原状态。     

长江三峡地区成冰纪-埃迪卡拉纪转换时期微量元素和稀土元素地球化学特征

通过微量元素和稀土元素地球化学分析,对长江三峡地区陡山沱组层型剖面--田家园子剖面成冰系南沱组顶部和埃迪卡拉系陡山沱组下部102个岩石样品进行了地球化学研究。重点分析了氧化还原敏感元素(Zn,Co,U,Mo,Ni,V)的富集特征,并探讨其可能成因机制以及三峡地区成冰纪-埃迪卡拉纪转换时期的水体特征。结果表明:在南沱组顶部仅Zn和Co富集;在盖帽白云岩下部,氧化还原敏感元素均富集,而在盖帽白云岩上部,除Zn和V外,其他氧化还原敏感元素均亏损;在陡山沱组Ⅱ段下部,氧化还原敏感元素由最初的亏损,逐渐变为较稳定的富集。在陡山沱组下部,出现2次明显的富集峰值,分别出现在剖面的0.4m处(盖帽白云岩中间)和6.5m处(陡山沱组Ⅱ段下部)。整个剖面大部分样品具有Eu的轻微正异常(Eu/Eu^*＜1.6), 而在剖面0.4m和6.5m处,Eu具有明显的正异常,结合稀土配分类型、Y/Ho值、La异常、Ce异常等指标,推测这2次异常均可能受到深海热液流的影响,而缺氧海水的上涌造成水体缺氧,导致这些元素出现富集峰值。U/Th、V/(V+Ni)以及稀土元素指标综合指示,三峡地区南沱组顶部冰碛岩应为氧化环境下的沉积物;随着冰川消融,冰融淡水注入古海洋,陡山沱组盖帽碳酸盐的沉积受冰融淡水的影响,深部缺氧海水的上涌使沉积水体经历氧化-缺氧-氧化的转变,海水的分层性较强;而陡山沱组Ⅱ段下部沉积环境以分层性较弱的弱氧化环境为主。     

鄂西宜昌地区埃迪卡拉系陡山沱组页岩沉积环境及其页岩气地质意义

基于鄂西宜昌黄陵隆起周缘不同古地理部位埃迪卡拉系陡山沱组剖面的野外调查,岩石矿物和碳同位素样品的成分分析,页岩地球化学分析和物性实验结果,系统研究宜昌地区埃迪卡拉系陡山沱组二段页岩地层格架与分布、形成环境、地球化学和页岩气储集层特征。结果表明峡东宜昌地区在埃迪卡拉系陡山沱组二段下部页岩沉积于氧化环境,而中上部黑色页岩沉积形成于还原环境,碳酸盐是甲烷泄漏的结果。陡山沱组二段暗色泥页岩地层厚度超过50m,有机碳含量(TOC)普遍大于1%,局部地区超过2%,有机质类型以I型和Ⅱ1型为主,成熟度(Ro)变化于1.58%~2.38%之间,平均1.98%;矿物成分主要为碎屑矿物。与美国和中国页岩气主产区的页岩指标相比较,宜昌地区陡山沱组二段泥页岩具有形成页岩气良好地质条件。     

贵州晴隆丁头山铅锌矿床发现硒超常富集

1研究目的(Objective)硒(Se)是一种典型稀散元素,其地壳丰度为0.05×10^-6,主要富集在黑色岩系中。可以形成硒独立矿床,如渔塘坝硒矿床、拉尔玛硒-金矿床、遵义镍-钼-硒矿床等,还可与铅锌矿床、砂岩型铀矿伴生。统计结果表明,铅锌矿床硫化物Se含量通常<50×10^-6,且主要富集在方铅矿中,而闪锌矿Se含量往往<10×10^-6。本次发现贵州晴隆丁头山铅锌矿床闪锌矿硒显著超常富集。     

长江口及其邻近海域表层沉积物中氧化还原敏感性微量元素的环境指示意义

对长江口及其邻近海域表层沉积物和底层悬浮体中氧化还原敏感元素分布规律和富集特征进行了分析与研究。结果表明氧化还原敏感元素在研究区具有明显的“离岸富集”特征,去除粒度效应、陆源碎屑来源组分和有机质的吸附作用等因素的影响之后,氧化还原敏感元素仍显示出在缺氧区的富集。通过同一站位底层悬浮体和沉积物中氧化还原敏感元素含量的分析比较,发现底层水缺氧是导致氧化还原敏感元素Mo、Cd、V等在沉积物中富集的主要原因。Mo、Cd、V等元素的不同富集程度可用来反映缺氧区的缺氧程度。因此,Mo, Cd, V等RSE在长江口外缺氧区及其邻近海域具有氧化还原环境指示意义,可以指示长江口外缺氧区的存在与大体范围,并可在一定程度上用来衡量缺氧区的缺氧程度。U理论上虽然也对环境的氧化还原条件敏感,但由于受陆源碎屑来源组分的影响较大,在长江口外缺氧区的富集并不明显,因此U在研究区不具有氧化还原环境指示意义。     

安康西部农田土壤硒形态及农作物富硒特征

笔者在安康西部县域土壤地球化学调查评价基础上,研究了紫阳、汉阴两县农田土壤Se含量及赋存形态、主要农作物富Se能力特征。研究区农作物根系土Se平均含量为1.24×10~(-6)～2.27×10~(-6),高于天然富硒土地划定标准(DD-2019-10)2.1～4.7倍。土壤中Se各形态含量占全量的比例由高到低排序为:残渣态(0.891×10~(-6))腐殖酸结合态(0.255×10~(-6))强有机结合态(0.217×10~(-6))水溶态(0.015×10~(-6))≥碳酸盐结合态(0.015×10~(-6))离子交换态(0.012×10~(-6))铁锰氧化态(0.008×10~(-6))。8种农作物可食部位Se含量均达到或超过富硒农产品标准,农作物Se富集系数由大到小排序为:油菜(1.03)水稻(0.47)大蒜(0.36)茶叶(0.20)玉米(0.13)红薯(0.11)、魔芋(0.10)土豆(0.08)。建议当地农业生产充分利用土壤的Se资源,按照作物富Se能力大小合理规划种植结构。     

南华盆地南沱冰期海水氧化还原特征

新元古代冰期冰盖可能覆盖整个地球表面,冰期海洋环境条件以及真核生物如何度过“雪球地球”的极端环境条件,是学术界普遍关心的科学问题。同冰期化学沉积岩的缺乏,严重制约了对冰期海洋环境的了解。贵州东部南沱组中发育的同冰期白云岩,为探讨这一时期海洋氧化还原环境提供了理想的材料。利用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）对采集于贵州松桃一钻孔岩心南沱组中同冰期白云岩进行了稀土和微量元素分析,结果表明:研究区南沱组白云岩稀土元素含量在（10.33~67.91）×10-6之间;Ce/Ce*值范围为0.72~1.12,平均值为0.97;Fe含量（1 470~37 200）×10-6,平均值为9 902×10-6;Mn含量（4 040~17 500）×10-6,平均值为10 476×10-6。白云岩中高的铁、锰含量以及Ce无异常,反映南华盆地南沱冰期海洋基本处于富铁缺氧的状态。与贵州其他两个钻孔岩心中南沱组白云岩的沉积特征和Ce异常特征的对比分析表明,南华盆地南沱冰期近岸海水氧化程度较高,可能反映了冰川融水是同冰期氧气进入海洋的重要渠道,有氧的滨海区域可能为冰期真核生物提供了栖息场所。     

岑巩页岩气区块牛蹄塘组黑色页岩稀土元素地球化学特征及沉积环境分析

岑巩页岩气区块发育牛蹄塘组黑色页岩是一套优质烃源岩,是我国页岩气勘探开发亟待突破的重点层系之一。对该套黑色页岩采用电感耦合等离子体质谱仪(ICPMS)进行稀土元素(REE)测试分析,以揭示黑色页岩沉积环境。结果表明:总体上稀土元素总量较低(ΣREE为72.64×10~(-6)~156.98×10~(-6)),LREE相对富集(LREE/HREE为5.22~11.8),铕负异常较显著(δEu为0.40~0.58),铈呈弱负异常(δCe为0.74~0.98)。研究区黑色页岩母岩为先期沉积岩,形成于被动大陆边缘的相对较深的浅海斜坡环境;在早寒武世曾发生过一次明显的海侵-海退过程;沉积时水体为弱还原缺氧环境,沉积过程中有一个短暂的充氧期;沉积过程受到较强的热水作用的影响,上部和下部沉积速率低于中部;黑色页岩有机碳含量(TOC)与ΣREE存在较为明显的负相关性。对岑巩页岩气区块牛蹄塘组黑色页岩稀土元素地球化学分析,可为该区块进一步开展页岩气勘探开发工作提供参考。