红层砂岩纳米级致色剂赋存状态及地质意义——以鄂尔多斯盆地下白垩统志丹群红层砂岩为例

红层是地球上广泛分布且具有特定指示环境意义的沉积物,一般认为在水体氧化环境下形成的赤铁矿胶结物是其主要致色矿物。目前,针对红层致色矿物的研究多停留在矿物识别层面,缺乏对其微观赋存状态及成因机制的深入研究。本文以鄂尔多斯盆地下白垩统志丹群陆相红层为例,采用岩芯-薄片-阴极发光-氩离子抛光扫描电镜的多尺度表征技术,首次揭示了红层砂岩纳米级致色剂——赤铁矿胶结物的微观赋存状态,并在此基础重新探讨了其成因机制。研究发现,红层砂岩致色剂赤铁矿胶结物主要为针状或片状,具有两种微观赋存状态：(1)呈包裹型发育在净砂岩的颗粒周缘,单个矿物颗粒长度在500～1000 nm之间,宽度在50 nm以下;(2)呈充填型发育在黏土矿物及云母等矿物颗粒的解理缝中,常常顺解理定向排列,受解理缝空间限制,单个矿物颗粒更小,长度一般小于500 nm,宽度在30 nm以下。红层砂岩中赤铁矿的产状和赋存状态表明其为褐铁矿早期脱水形成,在此之后又发育两期方解石胶结物,因此赤铁矿胶结物应主要形成于沉积和浅埋藏期,而非沉积后的抬升期。砂岩中赤铁矿胶结物的形成过程指示了一个干旱内陆沉积背景下大气水氧含量高的环境特征,这同样也是地质历史时期内的冰室状态,说明鄂尔多斯盆地下白垩统志丹群的红层砂岩对研究该时期全球冰室状态也具有重要启示意义。