资源描述：
书书书 辽北辽河群碳酸盐岩碳氧同位素特征及其地质意义 汤好书陈衍景 武广赖勇 北京大学 造山带与地壳演化重点实验室 北京 中国科学院广州地球化学研究所成矿动力学重点实验室 广州 收稿 改回 摘要辽宁省关门山地区辽河群形成时代限于 之间辽河群关门山组白云岩的 件样品的 介于 之间具有明显的正异常特征值为 指示了对 事件的响应 其中未遭受后期流体作用的 件样品的 和 明显高于受到流体作用的 件样品表明流体作用使碳酸盐岩 和 降低 在地质历史中以 时期的全球性 正漂移最强烈而辽河群强烈的 正漂移现象指示辽河群沉积于 之间 关键词辽河群 正漂移 事件 环境灾变 中图法分类号 事件 古元古 代 正 漂 移 事 件 又 称 为 事 件 或 事件 是指 期间的全球碳酸盐岩碳同位素正漂移及一系列大气 圈生物圈水圈和岩石圈表层性质的剧变事件 最早报道该事件他们在 年发现俄罗 斯 和芬兰的 之前的碳酸盐岩富集 又在 年发现南非 省 的白云岩 高达 并将其与大气圈快速充氧事件等现象联系起来 自 年国际地层委员会在前寒武纪分期方案中增设 界线以来 界线地质事件的性质受到关注 很多学者开展了研究 其中 海相碳酸盐岩 正漂移现象在各大陆均有发现 唐国军等及其引文 表 依据 正漂 岩石学报 国家 项目 和 和自然科学基金项目编号 和 资助 第一作者简介 汤好书 女 年生 博士研究生 矿床学专业 通讯作者 陈衍景 表 世界部分地区古元古代 正漂移现象 地层单位所在洲 样数年代 的绢云母片岩组欧洲 组欧洲 白云岩地层欧洲 组欧洲 组欧洲 组欧洲 石灰岩地层欧洲 大理岩地层欧洲 的 系欧洲 的 白云岩欧洲 的 组欧洲 群非洲 超群非洲 群非洲 系非洲 群北美洲 的 组北美洲 的 组北美洲 群的 白云岩北美洲 的 组北美洲 辽河群关门山组亚洲 本文 超群 组亚洲 群 组澳洲 超群 群 组南美洲 超群 群 组南美洲 移揭示了全球环境变化 记录了基诺超大陆 最后裂解时 间 证实了根据沉积物稀土元 素地球化学特征所揭示的 环境突变事件 陈衍景等 显然 事件是早前寒武纪研究取得的重要进展 对地球早期演化研究提出了许多新问题 然而中国有无此 事件发生 或者有何响应或记录 前人缺乏专门讨论 虽然部分学者报道过古元古代碳酸盐岩地层或相关矿床的 碳氧同位素数据芮宗瑶等 陈衍 景等 陈从喜等 个别数据显 示出 正异常的信息但不足以说明 事件在中国 发生与否 针对这一问题我们系统研究了辽河群碳酸盐岩 地层的地球化学特征 辽河群及其形成年龄 据张秋生等倪培孙敏等和 研究辽河群出露在辽吉地块辽吉地块由辽 北辽东和龙岗等地体组成 个地体的基底均为太古宙花岗 岩 绿岩带组成并在太古宙末期的拼合 造山过程中遭受不 同程度的变形变质和破坏 古元古代早期辽吉地块发生 裂解广泛发育了 时期的沉积建造即辽河 群 辽河群主要岩性为碎屑岩碳酸盐岩硅质岩蒸发岩以 及部分火山岩火山碎屑岩夹层 该套地层赋存有大量的石 墨大理石菱镁矿滑石硼矿石棉 铁矿等多种沉积变 岩石学报 质矿产以及金铅 锌铀等多种金属矿床 在不同地区辽 河群的岩性组合变质程度和含矿性等不尽相同导致不同 地区的辽河群又有不同的名称和细分方案例如在辽东地 体的丹东宽甸一带被称为宽甸群在龙岗地体被称为集安 群在辽北地体称为北辽河群 据辽宁省地质矿产局辽北地体的辽河群主要发 育在泛河盆地内图 为一套浅变质的中酸性火山岩和碳 酸盐岩地层由辽宁区调队在 区调过程中命名为 辽河群并参照辽东地区的辽河群划分层序确定其形成于 古元古代 泛河盆地呈 向延伸嵌于华北克拉通北缘与 兴蒙造山带之间西界为郯庐断裂北界为沙河断裂南为浑 河断裂面积约 泛河盆地岩浆活动微弱但可见较 多辉绿岩呈岩墙岩株岩床状侵入位于辽河群不同层位也 可见辉绿岩侵入到二道沟组等辽河群的上覆地层 关门山地区的辽河群内蕴涵关门山大型铅锌矿芮宗瑶 等因此研究程度较高自下而上划分为大迫山组康 庄子组和关门山组总厚 主要岩性从下而上依次为 碎屑岩泥质岩石灰岩和白云岩构成一个浅海相沉积旋 回 底部碎屑岩不整合超覆于太古宙的鞍山群之上 其中 关门山组厚 芮宗瑶等被细分为 个岩性段 下段为灰白色块状粉晶泥晶白云岩和含粉砂的泥晶白云岩 夹板岩 中段为豆状硅质亮晶白云岩花斑状硅质泥晶白云 岩条带状含藻泥晶白云岩和含石英砂屑的细晶泥晶藻白 云岩盛产叠层石化石 上段为灰白色泥晶藻白云岩泥晶 砂屑白云岩亮晶泥晶砾屑白云岩夹紫红色泥晶白云岩产 叠层石化石 辽河群地层的形成时间尚未准确厘定但多数学者认为 其形成于 或 倪培 陈从喜 在辽北据 芮宗瑶等关门山组的上覆地层石门组的 等时 线年龄为 关门山矿区东山地段的辉绿岩之单 颗锆石 粒铅同位素模式年龄为 小西沟地 区的蚀变含钾长石石英辉绿岩中的锆石 粒铅同位素模 式年龄为 采自三家子北部侵入于关门山组的 强蚀变辉绿岩中的锆石给出 和 的 两组铅同位素模式年龄 在辽东宽甸地区宽甸杂岩不整合 于鞍山群之上上为辽河群不整合覆盖姜春潮 据 宽甸杂岩 等时线年龄为 等时线年龄为 等时线年 龄为 花岗岩锆石 上交点年龄为 斜长角闪岩钕亏损地幔模式年龄 为 花岗岩钕亏损地幔模式年龄 为 因此宽甸杂岩被认为形成于 孙敏等 而辽河群则相应地形成在 之后 鉴于上述本文推测辽北关门山组应沉积在 之 后 之前即 之间 图 关门山区域地质略图据芮宗瑶等简化 汤好书等 辽北辽河群碳酸盐岩碳 氧同位素特征及其地质意义 图 关门山组地层剖面地质和采样示意图 样品与测试 为检验辽河群是否存在碳同位素正漂移现象我们选择 碳酸盐岩地层发育较好的关门山组进行了系统的剖面地球 化学研究 关门山组在关门山铅锌矿区最为发育是关门山 组的命名地和典型剖面所在地本文样品系沿关门山组典型 剖面系统采集采样剖面图 始于关门山铅锌矿矿区以北 的李地沟村地理坐标为 和 止于小西沟矿区以南的白垩系火山岩覆盖区地理坐标为 和 共采集 件白云岩样品 采样剖面的地层柱状图和样品点示意于图 件白云岩样品的碳氧同位素组成由中国地质科学院 矿产资源研究所国土资源部同位素实验室完成表 碳 氧同位素样品制备采用磷酸法即在真空系统中白云岩样品 与的磷酸于 水浴恒温反应 收集释放出 的 用于质谱分析 经 型质谱仪测定 以 为标准报出分别以 和 标准报出 采用分馏系数 校正 采用公式 计算得到 实验精度 结果及讨论 沉积之后地质作用的影响 碳酸盐岩在沉积之后的成岩变质和热液蚀变作用中均 会发生同位素分馏一般导致 和 降低 蒋少涌 蒋少涌等 陈衍景等 祁进平等 而探 讨碳酸盐岩的原始同位素组成需要理解和筛分沉积之后所 图关门山地区关门山组地层柱状图及碳和氧同位素组成 遭受的成岩变质及流体作用的影响 那么如何揭示碳酸 盐岩初始沉积时的 和 组成呢 以及 认为 成岩作用通常使 降低降低程度达 通过对 件前寒武纪灰岩和白云岩的碳氧同 位素值统计研究认为深变质或重结晶的碳酸盐岩 值 比同时代未经变质者低约 据 对密西西比 组白云岩研究 岩石学报 表 关门山组地层的 和 样号采样点样品 含粉砂白云岩 粉砂质白云岩 粉砂质白云岩 含砂泥质白云岩 白云岩 泥质白云岩 泥质白云岩 泥质白云岩 泥质白云岩 泥质白云岩 含泥白云岩 含砂泥白云岩 砂质白云岩 粉砂质白云岩 含砂白云岩 含砂白云岩 含泥砂质白云岩 泥质白云岩 泥质白云岩 白云岩 泥质白云岩 含粉砂白云岩 含粉砂白云岩 白云岩 白云岩 含泥白云岩 砂质白云岩 含泥白云岩 含砂泥质白云岩 泥质白云岩 含砂白云岩 砂质白云岩 含泥白云岩 含砂泥质白云岩 泥质白云岩 泥质白云岩 白云质粉砂岩 泥质白云岩 含泥白云岩 含泥白云岩 泥质白云岩 白云岩 平均 汤好书等 辽北辽河群碳酸盐岩碳 氧同位素特征及其地质意义 值较好记录了流体 岩石相互作用的历史重结晶白云岩 值变化较大但重结晶过程没有导致显著的 值及 的改变 由上可见碳酸盐岩的 相对于 值更 易发生变化 甚至建议 值可作为灵敏 的流体蚀变作用的指示剂 而且学者们还尝试运用 值判别碳酸盐岩遭受流体蚀变与否冯伟民等 和 主张判别碳酸盐岩遭受流体蚀变者的最低 值为而 则主张最低 值 为 关于碳酸盐岩 相对于 更易变化的原因一些 学者 进行了专门研究 据 在开放体系中当流体 岩石比值 很低时 方解石或碳酸盐矿物即能与富水 流体之间达到氧同位素分馏平衡 而就碳同位素分馏平衡 而言则要求 高达其原因是碳酸盐岩中丰富的碳含 量可以缓冲由流体 岩石作用所引起的 值变化 鉴于上述原因碳酸盐岩沉积物在成岩变质等后期地 质作用过程中其 和 值基本呈降低趋势即实测 和 值低于原始沉积时的碳酸盐岩的 和 值 在 图中碳酸盐 和 值的变化可见 种情况 和 均 呈 宽 泛 的 同 步 降 低 趋 势 这是最 常见的变化趋势 是高 比值的 流体作用或成岩 变质作用的结果 近乎平行于 轴 的极端变化趋势由较低 比值的流体作用引起 近乎平行于 轴的极端变化趋 势极为少见 解释其为碳酸盐岩地层 遭受蚀变的结果我们进一步认为这是碳酸盐岩地层受碳质 流体作用的特定现象塔里木盆地二叠纪碳酸盐岩地层碳氧 同位素变化潘金花等 也具有这种特征 辽河群碳酸盐岩 正漂移 据统计 前寒武纪沉积碳酸盐岩的 值为 而且时代越老值越低 值为 左右其中石灰岩 值为 白云岩的 值为 且不随地质时代变化蒋少涌 表 中 件白云岩 样品的 值在 之间平均 明显高于 海相碳酸盐岩的 值平均值 正异常显著反映这些碳酸盐岩并非形成于正常海相 件 样品的 介于 平均 而且 与 之间相关系数为 图 属于最常见的碳酸盐 地层的 变化趋势通常被解释为成岩 变质过程 中流体与碳酸盐岩间发生了同位素交换的结果或者碳酸盐 岩形成时沉积环境发生了变化桑树勋等 在图 中关门山组样品呈现两种变化趋势 当 图 李地沟白云岩碳氧同位素组成相关图 和 区分别示意成岩作用和后期流体作用过程的同位素变化 时与 值均较高二者同步降低可能是成 岩 变质导致的沉积物重结晶作用的结果图 中的 区 当 时 值变化幅度小呈近乎平行 轴的变化趋势图 中的 区可解释为地层重结晶之后再 次遭受流体作用的结果且 比值低流体富水 如此以 来我们可以根据 的样品的 和 值来推 断原岩沉积时的碳酸盐碳氧同位素组成 在 的 样品中最大值为 最大值为 可近似 地作为初始沉积碳酸盐的 和 值 事实上关门山 组绝大多数白云岩样品的 值都落在 之间 图 值为 图 后者符合古元古代 中 元古代全球碳酸盐 变化模式 如果按照 的观点即成岩作用一 般导致碳酸盐的 值亏损约 那么关门山组碳酸 盐的初始 值应为 此估计值与实测关门山组样 品的最高 值为 一致 可见根据两种估计方案 得出了相似的结果即沉积碳酸盐的初始 值为 值为 二者均有正异常特征 在
展开阅读全文
