早寒武纪小壳化石的地球化学研究

寒武纪是生命的开端，化石则是生命开始的直接证据，因寒武纪地层对揭示生命的成因具有重大意义，多年来寒武纪地层是众多学科领域关注的热点。对寒武纪的研究，在古生物学方面，已经取得了很好的进展；但是对于这些生物所赖以生存的环境的研究还仅停留在定性阶段，仅限于利用环境指标反应环境的变化。而且，经过成岩作用过程，沉积岩可能已经改变了与海洋所达成的化学平衡。Longinelli等（1973）提出了利用沉积磷酸盐与水的氧同位素平衡的方法计算沉积阶段的古水温，这一温度计为利用小壳化石壳同位素组成计算古水温提供可能。但是，这种可能变成现实的前提条件是：小壳化石的磷酸盐壳质是原生的。小壳化石在存在于寒武纪底部白云岩层，在华南分布广泛。采样点位于云南省会泽县大海乡乡村公路旁。化石形体上呈圆锥型，具有坚硬的磷酸钙壳体，体腔常被石英充填。化石含量高的地层可富集成矿，例如贵州织金磷矿属于这种矿床类型。经过磷酸的浸泡，化石壳饰已被破坏，扫描电镜下呈现不规则的溶蚀坑。偏光镜下化石的横截面上可以看到石英填充物晶形完好。对采集样品进行了元素及同位素地球化学分析，分析结果表明，小壳化石的磷酸盐部分比碳酸盐部分含有更高的REE；Mn/Sr 按 SSF2＜FB＜SSF1＜DH－23 递增，体现了小壳化石中的磷酸盐部分后期成岩作用的影响最小，其可能能够反应古海水特征。小壳化石与颗粒磷的磷酸根氧同位素δ18Ophos在误差范围内是一致的，根据公式 Longinelli 等（1973）计算出来的古海洋温度为28.4～29.4℃。化石中的碳酸盐部分与基质白云岩在碳同位素δ13Ccarb上基本一致。另外，本项研究首次采用硅同位素方法探讨小壳化石中的石英的来源，结果表明化石与基质石英的Si同位素相当［（－0.6＋0.1）‰］，体现了热液特征，与寒武纪底部硅质岩硅同位素特征 0.4‰～1.4‰ 完全不同。化石的磷酸盐成分（SSF）与颗粒状磷矿（FB）成分具有较低的 Mn/Sr比值（0.12，0.23），壳体的碳酸盐成分的 Mn/Sr比值为8.5，基质白云岩 Mn/Sr比值高达200。小壳化石与颗粒状磷矿的磷酸盐氧同位素相近［（16.8＋0.2）‰］，高于相近磷块岩地层（13.3‰～15.9‰）。成岩作用对磷酸盐氧同位素的影响是使氧同位素降低，从这点意义上说小壳化石受成岩作用或后期矿化作用的影响更小。这些分析数据表明，小壳化石中壳体的磷酸盐成分是原生成分。经酸分离的小壳化石表面的溶蚀坑表明，磷酸盐并不是化石壳体的唯一成分，碳酸盐也可能是壳体的组成成分。碳同位素分析表明，壳质中碳酸盐部分与基质白云岩具有相近的δ13C，而且壳体中碳酸盐成分的 Mn/Sr 比值也不高。所以，碳酸盐部分也可能是原生的。根据公式 Longinelli 等（1973）计算出来的古海洋温度为 28.4～29.4℃，Ling等（2004）发表了关于前寒武纪古海水温度的数据，建议 32～34℃ 为前寒武纪古海水温度的上限，但是他所研究分析的磷块岩受成岩作用的影响很大，所以计算的温度较高。从某种意义上说，越小的计算值越接近真正的古海水温度。华南早寒武纪有没有热液这一问题对于发育于早寒武世黑色页岩系中的 Ni－Mo－PGE 多金属硫化物矿床的成因问题尤其重要。热液与沉积成矿观点一直在争论着，从某种意义上说，笔者的Si同位素结果支持了热液成因观点。