南华系莲沱组与南沱组的古气候与氧化还原环境演化新证据

新元古代是冰川作用发育的重要时期,其中有2个重要的全球性冰期,即Sturtian和Marinoan冰期,对全球古环境、古气候、古海洋演化具有重要意义。中国宜昌地区分布的莲沱组和南沱组分别代表了在扬子板块发育的与Sturtian冰期前和Marinoan冰期相对应的沉积地层。随着地球化学分析方法的进步,新的地球化学手段,包括新的地球化学指标和Fe同位素等,可以为进一步探讨莲沱组与南沱组的沉积环境提供新的思路和证据。本研究对宜昌九龙湾剖面南沱组冰碛岩进行系统采样,并和莲沱组以砂岩为主的碎屑沉积岩进行对比分析,利用化学蚀变指数(CIA)、氧化还原敏感元素Mo、V、U和Fe同位素对比探讨二者古气候与氧化还原环境的演化。CIA的变化(53～78)表明,莲沱组沉积主体处于温暖的古气候下(CIA平均值约为78),直到Sturtian冰期前,莲沱组顶部出现气候转冷特征(CIA平均值为53);随着Marinoan冰期到来,南沱组沉积持续处于寒冷的古气候环境(CIA平均值为58)。莲沱组与南沱组样品均具有较低的Mo/Al、V/Al和U/Al值,表明二者沉积均处于氧化环境,但莲沱组主体比南沱组和莲沱组顶部样品...     

宜昌三斗坪地区南华系化学蚀变指数特征及南华系划分、对比的讨论

化学蚀变指数(chemicalindexofalteration)最早作为判别源岩区化学风化程度的指标而提出,随后又应用于对沉积物沉积环境的判定。化学蚀变指数的表达式为CIA=n(Al2O3)/[n(Al2O3)+n(CaO)+n(Na2O)+n(K2O)]×100。CaO代表硅酸盐中的CaO,n(CaO)=n(CaO)-n(CO2,方解石)-0.5·n(CO2,白云石)-10/3·n(P2O5)。化学蚀变指数研究样品的选取极为重要,最佳岩性为细碎屑岩,需要清除成岩过程中钾交代作用的影响。用成分变异指数(ICV)来判别沉积再循环作用和沉积物成分被改造的程度。用A—CN—K三角图解来判别物源区的源岩性质和样品钾交代的特征及其风化趋势。宜昌三斗坪地区南华系CIA研究表明该区南华系下统莲沱组下部的CIA值在50~65之间(干燥寒冷),上部为65~75之间(温暖潮湿)和顶部为55~60之间(干燥寒冷);南华系上统南沱组的CIA值基本在60~65之间(干燥寒冷),近顶部两个样品的CIA值达70(温暖潮湿)。上述CIA值变化表明本区南华纪经历自老到新由冰期干燥寒冷—间冰期温暖潮湿—冰期干燥寒冷沉积环境的变化过程。本文据此提出了新的扬子古陆南华系新的划分和对比方案。     

对南华系下统莲沱组CIA值寒冷气候认识的几点商榷——以鄂西神农架、湘西北南华系莲沱组为例

本文根据华南南华系莲沱组化学蚀变指数(CIA值)的不同曲线分布特征,把莲沱组CIA值不同曲线的解释与莲沱组沉积特征的相-古气候分析法进行对比,发现二者古气候变化特征不相吻合。再用类比方法,与南沱组寒冷气候进行类比分析,发现南沱组冰期沉积物十分单调,而莲沱组沉积物非常丰富,沉积构造呈多样性。CIA值精度受采样岩性、采样精度、汇源关系等多种因素控制。可以说,有什么样的母岩成分和风化剥蚀方式,就会在盆内形成什么类型的沉积物。此外,成岩作用和区域后期改造作用也不可小视。因此,CIA值必须与传统的相-古气候分析法以及其它相关方法紧密结合,才能相互验证,互相吻合,收到携手共进的效果。     

鄂西走马地区南华纪大塘坡间冰期古气候研究

新元古代后期地球经历了至少两次全球规模的冰期,分别为Sturtian冰期和Marinoan冰期。鄂西走马地区南华系古城组与南沱组分别属于Sturtian和Marinoan冰期沉积,大塘坡组代表间冰期沉积。本文研究了走马地区ZK701钻孔岩芯大塘坡组细碎屑岩样品元素地球化学特征,计算了化学蚀变指数(CIA)、化学风化作用指数(CIW)、n(K)/n(Na)、n(Mg)/n(Ca)、Rb/Sr等古气候代用指标,探讨了研究区源区南华纪间冰期的古气候演化过程,结果显示:源区古城冰期晚期气候寒冷干燥(两件样品CIA值分别为57.1和58.1),大塘坡间冰期早期气候依然寒冷(CIA值介于56.5~64.6,均值59.8),大塘坡中晚期气候恢复温暖湿润(CIA值介于69.8~78.8,均值75.5);CIW、n(K)/n(Na)、n(Mg)/n(Ca)、Rb/Sr值等指标反映的古气候演化过程与CIA值反映一致。此外,对该钻孔大塘坡组下部的凝灰岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄测定,获得了658.1±2.6 Ma(MSWD=1.5,n=28)的n(206Pb)/n(238U)加权平均年龄,结合前人对扬子板块大塘坡组底部凝灰岩的同位素年代学研究成果认为,大塘坡间冰期早期(663~658 Ma),扬子板块上南华盆地内海冰虽已消融、但古陆物源区气候依然寒冷。该时期扬子板块"源、汇"两区气候条件可能不同步,其原因涉及深层次的岩石圈、水圈、大气圈和生物圈的耦合关系。     

鄂西走马地区南华纪古城期-南沱早期古气候和古氧相演化：来自细碎屑岩元素地球化学的证据

新元古代后期地球经历了至少两次全球规模的冰川期,分别为Sturtian冰期和Marinoan冰期。鄂西走马地区南华系古城组与南沱组分别属于Sturtian和Marinoan冰期沉积,大塘坡组代表间冰期沉积,同时,大塘坡期是我国重要的成锰时期。本文通过对走马地区ZK702钻孔岩心古城组、大塘坡组、南沱组底部细碎屑岩样品元素地球化学的研究,计算了CIA、CIW、PIA、Al/Ca、Rb/Sr、V/Cr、U/Th等特征值,探讨了该区南华纪冰期至间冰期的古气候和古氧相演化过程,结合岩石学证据认为：古城冰期气候寒冷干燥(CIA值从底部的69. 2过渡至57. 8,均值为62. 2),大塘坡间冰期早期气候依然寒冷(CIA值介于54. 3～62. 7,均值59. 7),大塘坡中晚期气候恢复温暖湿润并趋于稳定(CIA值介于70. 2～81. 1,均值75. 8),南沱冰期气候又转向寒冷干燥(CIA值由78. 6降低至61. 9),CIW、PIA、Rb/Sr值等指标反映的古气候演化过程与CIA值反映一致,Al/Ca值的变化也反映了陆源碎屑输入量随着古气候波动;V/Cr、U/Th、Ni/Co等比值反映出研究区古海洋古城期-南沱早期总体处于氧化环境,其中大塘坡早期处于弱氧化环境,古城期、大塘坡中晚期和南沱早期处于氧化环境;研究区大塘坡锰矿形成于间冰期早期寒冷气候下的弱氧化环境,气候转暖后锰矿停止沉积,锰矿成矿与古气候和古氧相具有耦合关系。     

贵州丹寨地区南华系地层地球化学特征及其对古气候、古环境的意义

南华系是地球历史上最重要的成冰时期,为了示踪冰期前后的气候与环境的变化,本文通过对南华系细屑岩的化学成分分析,重塑南华系古气候、古环境的演化过程。分析结果显示铁丝坳组具有明显低的CIA指数以及低Ti/Al比值,说明该时期主要以寒冷干燥气候为主,化学风化程度低,物源供应和沉积速率相对较低,为冰期特征,隆里组和大塘坡组具有高的CIA指数以及相对较高的Ti/Al比值,表明该时期主要以温暖湿润气候为主,化学风化程度相对较高,物源供应和沉积速率相对较高,为间冰期特征。南沱组的CIA指数以及Ti/Al比值具有交替变化特征,说明南沱组沉积时期气候存在冷暖交替变化,反映了冰期与间冰期的相互转换特征。另外,在铁丝坳组顶部和大塘坡组的下部以及南沱组中上部,具有一定程度的正Eu异常,说明在南华系沉积时期,存在热液活动,而这种热液活动可能与冰期的消亡存在着成因联系。     

黔东南华纪铁丝坳期-大塘坡期古气候的演变:来自CIA的证据

新元古代晚期是全球气候急剧变化的时期,目前可区分出至少2个全球性冰期事件。黔东地区南华纪地层中存在上下2个具有明显冰碛岩特征的地层:下部的两界河组-铁丝坳组与上部的南沱组,可分别与720 Ma的Sturtian冰期、650 Ma的Marinoan冰期事件相对应,而铁丝坳组与南沱组之间的大塘坡组则代表了间冰期的沉积。通过对铜仁松桃2口钻孔岩心铁丝坳组-大塘坡组样品主量元素的研究,探讨了Sturtian冰期晚期至其冰后期的古气候演变过程,结合化学地层学与岩石学证据,发现Sturtian冰期结束后,气候的回暖并非是突然出现,而是在主冰期结束之后尚存在短暂的小冰期。由下至上,钻孔样品的化学蚀变指数(CIA)平均值从Sturtian冰期末铁丝坳组顶部的51升至大塘坡组底部的60。大塘坡组底部CIA值波动较大,在52~68之间呈锯齿状震荡上升,代表古气候环境所发生的动荡变化,结合在大塘坡组底部所发现的组内冰碛岩层位,指示存在着短暂的寒冷事件。大塘坡组一段黑色炭质页岩的CIA值稳定在66左右,反映气候稳定在相对温暖的状态;大塘坡组二、三段粉砂质页岩CIA指数平均值为67,向上CIA值表现出逐渐下降的趋势,可能与Marinoan冰期启动所导致的气候转冷有关。通过A-CN-K三角图解判断沉积气候环境的稳定性与源岩成分,进一步证明了Sturtian冰期结束后气候的不稳定,以及间冰期稳定的温暖气候。冰期-间冰期波动的古气候演化可能与"大塘坡"型锰矿的成矿作用相关。     

用化学地层学研究新元古代地层划分和对比

随着传统地层学向多学科相互渗透的综合地层学方向的发展,笔者开展了湖北峡东地区新元古界震旦系和南华系的化学地层学研究。分别介绍了碳酸盐岩地层的稳定同位素和碎屑岩化学蚀变指数的研究方法和成果并依此提出新元古界划分和对比方案。震旦系碳酸盐岩中所获得的δ13C变化曲线和87Sr/86Sr比值与世界诸多剖面的变化曲线基本一致。南华系碎屑岩的化学蚀变指数(CIA)的特征是莲沱组下部CIA值为55~65(代表寒冷环境的CIA值),莲沱组上部CIA值则增至65~75(代表温湿环境),而莲沱组顶部两个样品的CIA值再次降为寒冷指数60~65;南沱组CIA值均为60~65,除了顶部(接近震旦系)的两个样品分别为69·4和70·9。上述CIA值的变化表明南华系以寒冷气侯为主,并且经历过“寒冷—温湿—寒冷”气候的演变条件下的沉积物。沉积相的多样性说明即使在“冰期”期间古构造、古地理环境对沉积物特征的影响依然存在。     

川西南地区五峰—龙马溪组黑色页岩古气候及物源特征: 来自新地2井地球化学记录*

晚奥陶世—早志留世之交是地球历史时期中的关键时段,该时段伴有全球生物大灭绝、冈瓦纳冰川以及火山事件。晚奥陶世末期的冰川事件历时相对较短,在中国尚未找到冰川存在的直接证据。为了更好地研究奥陶—志留纪交替时期是否存在古气候的变化,选取了川西南地区新地2井岩心中新鲜的上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组泥页岩样品,通过其主量、微量及稀土元素特征分析,采用多种化学风化指数判定源区风化作用强度及古气候条件。新地2井五峰—龙马溪组所有岩石样品成分变异指数(ICV)均大于1,表明源岩成分成熟度低,属构造活动时期的首次沉积。稀土元素表现为轻稀土富集、重稀土平坦并伴有明显的负Eu 异常,配分模式与花岗岩相似,表明源岩以亲花岗岩、长英质为主;A-CN-K图解、主量元素Al₂O₃/TiO₂值、微量元素Cr/Zr值和Th/Sc值也体现长英质成分为主的物源特征。化学蚀变指数(CIA)、化学风化指数(CIW)和斜长石蚀变指数(PIA)等多种化学风化作用指标均指示,晚奥陶世—早志留世古风化作用强度经历中等—低等—中等、古气候温暖湿润—寒冷干燥—温暖湿润的变化过程。CIA指数的低值指示的五峰组顶部(平均值64.14)、观音桥组(平均值61.7)和龙马溪组底部(平均值64.61)即赫南特期存在短暂的寒冷气候,间接证实了冈瓦纳冰川作用在中国华南地区存在相应的地球化学记录。     

塔里木板块新元古代地层化学蚀变指数研究及其意义

本文应用化学蚀变指数(CIA)方法,研究新疆库鲁克塔格地区新元古代地层,并探讨沉积时期的气候环境。贝义西组总体 CIA 值较低,介于51～56之间,具冰期环境特征。照壁山组 CIA 值为60左右,表明气候有所变暖。阿勒通沟组的CIA 值变化范围在48～61之间,顶部突变为69～71,说明阿勒通沟期经历了另一次寒冷事件,并以温暖环境结束。其上的特瑞爱肯组 CIA 值介于49～53之间,说明第三次经历寒冷干燥的气候环境。扎莫克提组,育肯沟组和水泉组的 CIA 均值为65,反映温暖条件下的沉积环境。新元古代末期汉格尔乔克组 CIA 值下降为56,暗示第四次出现寒冷气候环境。以上特征表明新疆库鲁克塔格地区新元古代的气候环境出现四次冷热交替变化。其中尤为重要的是阿勒通沟组中下部应为寒冷气候环境,而顶部突变为温暖气候环境,因此该组反映了一次明确的从冷到暖的气候变化过程,可以作为贝义西冰期和特瑞爱肯冰期之间的另一次独立冰期。本文的研究成果从地球化学角度支持塔里木板块新元古代四次冰期的划分方案。通过与扬子板块新元古代冰期划分方案的对比,认为塔里木板块新元古代四次冰期的前三次均已在华南板块以冰期或寒冷环境沉积形式出现。     

扬子地块新元古代裂谷盆地莲沱组沉积分异及其物源分析

扬子地块莲沱组及相当地层单元的划分和对比,一直是我国南华系（即Cryogenian）研究关键难题之一.新元古代裂谷盆地开启早期,构造-沉积分异作用,同裂谷相变很大,使得盆地边缘区地层序列不完整.过分依赖岩石地层单元对比,历存分歧,典型的就是关于莲沱组与板溪群地层对比、时代归属以及莲沱组的沉积环境问题.本文通过对扬子地块东南缘莲沱组沉积古环境分析和锆石U-Pb精确定年,认为莲沱组沉积时限为790~720 Ma,相当于板溪群中上部,是华南新元古代裂谷盆地沉积充填序列的第Ⅱ旋回.莲沱组顶部U-Pb最小年龄约720 Ma,制约了扬子地块Sturtian冰期的启动年龄≤720 Ma.通过对中扬子地块从北向南展布的莲沱组陆相-海陆过渡相-海相不同的沉积单元岩相组合的沉积特征观察研究,分析沉积环境并建立了沉积模式;莲沱组及休宁组碎屑锆石记录了莲沱组沉积时该盆地在780~760 Ma经历了持续热隆升与地层剥蚀,揭示了中国南方扬子和华夏地块聚合与裂解事件的重要信息.      

三峡地区新元古代莲沱组底部凝灰岩锆石SHRIMP U-Pb年代学及其地质意义

湖北三峡地区发育一套新元古代地层,其可能记录了地球系统的一系列剧变,如莲沱组可能记录了与Rodinia超大陆的裂解以及南华冰期起始时间等相关的地质信息。然而,莲沱组的沉积年龄及区域地层对比却仍存在较大争议,限制了我们对这些地质信息的理解。本文从花鸡坡剖面莲沱组底部凝灰岩层获得两组SHRIMP U-Pb锆石年龄（810±7）、（763±10）Ma,前者可能为莲沱组下伏黄陵花岗岩剥蚀后再沉积的结果,而后者应代表莲沱组底部沉积开始的年龄。结合前人在三峡地区对莲沱组地层年代学的研究,认为莲沱组沉积年龄为780~714 Ma,区域上可与滇中、川西澄江组/开建桥组及湘北的板溪群、黔东南的下江群及桂北的丹洲群进行对比,但其缺失下江系早期—中早期（820~790 Ma）沉积地层,因此只相当于下江群、丹洲群的中上部地层。     

对峡东莲沱组与湖南五强溪组对比问题的认识^＊

峡东莲沱组与湖南板溪群五强溪组或漠滨组之间的关系素有争议,湖南省地矿局区调队将峡东莲沱组与湖南五强溪组对比是值得商榷的问题。本文提出峡东莲沱组沉积时代应晚于长安亚冰期,应与富禄间冰期早期地层即石门县杨家坪渫水河组,湘北、湘西莲沱组及湘中江口组含铁砂岩段相当的认识。     

南华系“渫水河组”的对比及其冰川沉积特征的探讨

在著名的湖南省石门县杨家坪剖面,围绕"渫水河组"的地层对比问题长期存在争论,有对比于宜昌峡区莲沱组的,有对比于本省板溪群的,也有对比于广西北部富禄组的。最近获得的年龄数据似乎确认了它对比于莲沱组的方案,但是当莲沱组年龄在原始数据基础上采用先进方法重新进行计算所得的年龄,却和广西三门街组刚发表的年龄值十分相似,于是"渫水河组"的地层位置又出现了新的问题。在目前已经看不到的一些重要冰川沉积构造的基础上,论证它应该是江口冰期的地层,并确认它与富禄组的对比。它实际上应对比于黔东北的"两界河组"。"两界河组"和"铁丝坳组"或"古城组"合起来相当于富禄组。根据地层命名规则,应该取消"渫水河组",而代之以两界河段,成为富禄组下部的一个次一级地层单位。     

对峡东莲沱组与湖南板溪群对比问题的一点浅见

通过对峡东至湖南境内板溪群、震旦纪地层的剖面结构及横相变化的研究,结合同位素测年和古地磁资料,肯定了湖南板溪群是扬子地台南缘裂陷海盆内具类复理石建造特征的陆源碎屑沉积,其沉积时限从930±20Ma 至790±10Ma,属青白口纪;峡区莲沱组是扬子地台上一套具磨拉石建造特征的陆源碎屑岩系,其沉积从760～780Ma 起始,属震旦纪。它与板溪群不是同期异相沉积而是新老关系,分别代表地史发展过程中某一特定时期的岩石组合。峡东莲沱组仅相当湘西北地区的渫水河组,湘中湘西地区的观音田组。     

桂北地区丹洲群锆石U-Pb年代学及对华南新元古代裂谷作用期次的启示

桂北地区丹洲群是南华裂谷盆地南段的一套连续裂谷充填沉积,厘定各组沉积时限及区域地层关系,对理解华南新元古代裂谷作用期次具有重要意义。本文利用LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年,获得丹洲群合桐组二段和拱洞组底部凝灰岩夹层形成年龄分别为801±4 Ma和781±5 Ma。研究表明,丹洲群白竹组和合桐组一段与下江群甲路组和乌叶组、板溪群沧水铺组和马底驿组、西乡群孙家河组及陆良组一段相当,沉积时限为820~800 Ma;合桐组二段与下江群番召组相当,沉积时限为800~780 Ma;拱洞组可与下江群清水江组、平略组和隆里组,板溪群五强溪组中上部和牛牯坪组,西乡群大石沟组中上部和三郎铺组,陆良组二段及澄江组、开建桥组、莲沱组、虹赤村组和上墅组的中上部直接对比,沉积时限为780~725 Ma。华南新元古代裂谷盆地系统的典型地层锆石年龄存在5组高峰,峰值年龄分别为818±2 Ma、802±1 Ma、780±4 Ma、756±4 Ma及728±5 Ma。综合华南新元古代岩浆活动特征及盆地沉积演化过程,确定华南新元古代裂谷作用可分为两期:820~800 Ma和800~725 Ma。此外,华南新元古代岩浆活动与裂谷作用之间存在明显的耦合关系,但各期岩浆活动对各裂谷盆地的影响程度存在差异。     

U–Pb dating of zircons from tuff layer,sandstone and tillite samples in the uppermost Liantuo Formation and the lowermost Nantuo Formation in Three Gorges area,South China

Uranium-lead (U–Pb) dating was conducted on zircons in tuff layers and sandstone samples from the uppermost Liantuo Formation and in a tillite sample from the lowermost Nantuo Formation in Three Gorges area, South China, using SHRIMP and LA-ICP-MS techniques. Zircons from these samples yielded age spectrum (within 1000 Ma) of ∼890, ∼830, ∼780, ∼730, and 646 Ma. Zircons from the Liantuo tuffs have a weighted mean ²⁰⁶Pb/²³⁸U age of 734.1 ± 8.1 Ma (2σ, n = 7, MSWD = 0.48), which was regarded as the best estimation of the upper boundary age of the Liantuo Formation. Combining with previous geochronologic data, the Liantuo Formation was proposed to be a pre-Chang′an glaciation unit, and it is comparable to the middle-upper Banxi/Danzhou Group in South China.     

滇中新元古代澄江组层型剖面锆石U-Pb年代学及其地质意义

澄江组是华南新元古代地层中的重要地层单元之一,其确切沉积时限对于建立和完善华南新元古代区域地层格架具有关键意义。对滇中澄江组层型剖面顶部的凝灰岩夹层进行高精度SHRIMP锆石U-Pb定年研究,获得3组有效的206Pb/238U加权平均年龄值,其分别为(819±14)Ma(MSWD=0.15)、(781±11)Ma(MSWD=0.24)和(725±11)Ma(MSWD=0.65)。其中,最年轻的一组年龄值(725±11)Ma被解释为澄江组顶部凝灰岩夹层的形成时间,可以代表滇中澄江组的顶界年龄,从而进一步确认澄江组的沉积时限为800～725 Ma。结合相关研究资料,证实澄江组与开建桥组、莲沱组的沉积时限基本相当,三者与下冰期长安组不存在对比关系,而应与冰期前板溪群的上部进行对比。此外,推测两组年龄值较老的锆石可能是与新元古代罗迪尼亚(Rodinia)超大陆裂解有关的幕式岩浆活动的记录。