【摘要】：沉積巖記錄著地球表面演化歷史的重要信息。碳酸鹽的沉積和成巖過(guò)程及其對(duì)海水組成變化和碳循環(huán)的指示等一直是地球科學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。碎屑沉積物對(duì)化學(xué)風(fēng)化的指示也可以提供有關(guān)氣候變化的重要信息。隸屬華南陸塊的巢湖地區(qū)發(fā)育有完整的從石炭紀(jì)到三疊紀(jì)的碳酸鹽巖和碎屑沉積巖,是研究碳酸鹽和碎屑沉積物的沉積和成巖過(guò)程,恢復(fù)古海水組成、化學(xué)風(fēng)化和氣候的變化以及示蹤陸源輸入等科學(xué)問(wèn)題最理想的天然實(shí)驗(yàn)室。本學(xué)位論文采用碳酸鹽碳氧同位素和主微量元素等多種地球化學(xué)手段,對(duì)巢湖地區(qū)不同時(shí)代和類型的碳酸鹽巖以及碎屑沉積物進(jìn)行了詳細(xì)的研究,結(jié)果用來(lái)認(rèn)識(shí)碳酸鹽元素組成對(duì)海水和陸源輸入的指示;識(shí)別碎屑沉積物中各個(gè)元素組成的控制因素,進(jìn)而選取合適的無(wú)素建立新的化學(xué)風(fēng)化指標(biāo);尋求區(qū)分自生碳酸鹽與原始海相碳酸鹽的地球化學(xué)方法;找到一個(gè)能夠用于恢復(fù)碳酸鹽沉積和成巖歷史的地球化學(xué)方法。對(duì)巢湖石炭紀(jì)的灰?guī)r進(jìn)行了主微量元素和碳氧同位素組成等方面的研究,結(jié)果用來(lái)理解碳酸鹽元素組成對(duì)古海水組成和陸源輸入的記錄。依據(jù)元素與Al和Th之間的相關(guān)性,不同元素顯示出不同比例的海水與陸源物質(zhì)之間的混合。這些主要取決于方解石-海水分配系數(shù)(Dx)、海水-上地殼分配系數(shù)(Kx)以及元素的氧化還原敏感性。具有高和中等Kx值的水溶性元素元素如Na、Mg、P、V、Cr、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo和U在方解石中有較高的含量,可能記錄海水的組成。與此相反,具有低Kx值的水不溶性元素如Be、Al、Sc、Co、Ga、Cs、REE、Hf陽(yáng)Th在碳酸鹽中有低的含量,因此可以用來(lái)指示陸源輸入。碳酸鹽的碳同位素組成從早石炭世中期Visean到晚石炭世末期Gzhelian)顯示有三次正漂移和三次負(fù)漂移,與世界上其他地區(qū)同時(shí)期沉積碳酸鹽的碳同位素變化可以對(duì)比。δ13℃低值段對(duì)應(yīng)由Y/Ho、(Nd/Yb)PAAS、Th陽(yáng)Sc所指示的高的陸源輸入。在陸源輸入高值段的碎屑沉積物有高的化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA),代表高程度的化學(xué)風(fēng)化。因此,高溫可能是造成δ13C負(fù)漂移的原因,而高強(qiáng)度的化學(xué)風(fēng)化可能是造成碎屑物質(zhì)輸入增加的原因。另一方面δ13C的正漂移可能對(duì)應(yīng)石炭紀(jì)的冰川作用增強(qiáng)的寒冷時(shí)期,這些是Cl(Visean末期到Serpukhovian早期)、C2(Bashkirian明到Moscovian早期)和C3(Gzhelian斯)。對(duì)碳酸鹽中元素的地球化學(xué)行為有系統(tǒng)的了解之后,使得應(yīng)用這些元素來(lái)研究碳酸鹽的沉積和成巖過(guò)程成為可能。有一種成巖碳酸鹽,也就是自生碳酸鹽,最近被認(rèn)為是除原始海相碳酸鹽和有機(jī)碳之外的第三個(gè)主要的全球碳匯。區(qū)分自生碳酸鹽和原始海相碳酸鹽對(duì)于理解全球碳循環(huán)及其在大氣氧含量演化中的作用都有著重要意義。根據(jù)對(duì)早三疊世巢湖陰都山剖面碳酸鹽的微區(qū)地球化學(xué)測(cè)量,發(fā)現(xiàn)在鈾含量和碳同位素圖解上,白生碳酸鹽的生長(zhǎng)沿著一條與原始海相碳酸鹽不同的軌跡。表明將這兩個(gè)地球化學(xué)參數(shù)相結(jié)合起來(lái)可以區(qū)分兩個(gè)碳酸鹽匯。自生碳酸鹽分布在早三疊世的Smithian時(shí)期而不是Spathian時(shí)期。表明碳酸鹽自生作用范圍的擴(kuò)大可能是大氣二氧化碳含量增加的負(fù)反饋。利用自生碳酸鹽的鑒別方法,我們發(fā)現(xiàn)陡山沱組對(duì)應(yīng)Shuram尋常段并不是自生碳酸鹽加入造成的。為了理解碎屑沉積物中元素的地球化學(xué)行為和建立指示化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度變化的新指示,本文研究了巢湖地區(qū)平頂山西剖面的泥質(zhì)灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖中碎屑物質(zhì)的主微量元素和碳酸鹽的碳氧同位素。依據(jù)元素之間的相關(guān)性以及它們?cè)谄拭嫔系淖兓?碎屑沉積物的元素可以被劃分為四組。第一組由緊密相關(guān)的Al、Th、Sc、Be、In、Ga、K、Rb和Cs組成。這是由于它們?cè)诨瘜W(xué)風(fēng)化過(guò)程中不具有活動(dòng)性。第二組是由Ca和Na組成,這兩個(gè)元素在剖面上顯示有與Th和Sc相反的變化,這是由于它們?cè)陲L(fēng)化剖面上具有活動(dòng)性。第三組由高場(chǎng)強(qiáng)元素如Ti、Nb、Ta、Zr和Hf組成,這些元素之間有緊密的相關(guān)性,這是由于它們主要賦存在重礦物中,因而對(duì)水力學(xué)分選和風(fēng)力搬運(yùn)的沉積物的加入敏感。第四組是由和S含量緊密相關(guān)的氧化還原敏感性元素如Co、Cu、Fe、Mn和Ni組成,這些元素主要賦存在硫化物中。Tb、Sc、Ca和Na不容易受到源區(qū)變化的影響,而且不容易受到水力學(xué)分選的影響,因此被選取用以建立化學(xué)風(fēng)化的指標(biāo)。對(duì)數(shù)風(fēng)化指標(biāo)如log(Th/Ca)、log(Sc,Ca)、log[Th/(Na/5+Ca)]和log[Sc/(Na/5+Ca)]在二疊紀(jì)和三疊紀(jì)邊界、Griesbachian中期和Smithian早期同時(shí)增加,代表化學(xué)風(fēng)化的增強(qiáng)。接近于花崗閃長(zhǎng)巖極端風(fēng)化產(chǎn)物的值出現(xiàn)在Griesbachian中晚期和Smithian早期.表明這些時(shí)期極端的化學(xué)風(fēng)化和超熱的古環(huán)境。這些與前人在其他地區(qū)以及用其他方法的研究結(jié)果一致。為了找到一個(gè)能夠獲取碳酸鹽的沉積環(huán)境和成巖過(guò)程的地球化學(xué)方法,本文應(yīng)用REE+Y和碳氧同位素對(duì)巢湖石炭紀(jì)到三疊紀(jì)的海相碳酸鹽進(jìn)行了詳細(xì)研究。在現(xiàn)代的淺水碳酸鹽臺(tái)地,存在與海平面下降有關(guān)的連續(xù)的成巖區(qū)域的變化。這一關(guān)系對(duì)于鑒定碳酸鹽的成巖區(qū)域、解釋碳酸鹽的碳同位素漂移以及解釋碳酸鹽碳氧同位素的正相關(guān)性都具有重要的意義。然而,這一關(guān)系卻不容易在古代碳酸鹽中發(fā)現(xiàn),-這是由于有關(guān)海平面變化的信息可能難以獲得。本文采用純磷酸鹽的REE+Y內(nèi)藹元素比值關(guān)系圖,例如Y/Ho 對(duì)(Nd/Yb)PASS,發(fā)現(xiàn)結(jié)果可以強(qiáng)烈地指示海水和淡水之間的混合。純碳酸鹽的REE+Y配分型式顯示出有規(guī)律的沿地層的變化,反映可能與相對(duì)海平面變化有關(guān)的淡水加入的規(guī)律變化。碳酸鹽碳氧同位素和其他證據(jù)指示的成巖區(qū)的變化與REE+Y配分型式所指示的相對(duì)海平面變化具有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此,利用純碳酸鹽的REE+Y配分型式和碳氧同位素組成可以獲得海相碳酸鹽的耦合的沉積環(huán)境和成巖區(qū)域變化。早中三巹世的相對(duì)海平面下降以及最后的淡水加入與華南華北板塊聚合造成的區(qū)域性盆地抬升有直接關(guān)系。
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【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P588.2
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本文編號(hào)：2406334