大巴山南缘城口-巫溪地区龙马溪组底部重晶石特征及其古环境意义

摘要

研究区（城口-巫溪地区）下志留统龙马溪组底部广泛发育重晶石结核和条带，究其形成机制未有学者深入研究。对此，本文选取城口明中和巫溪徐家坝五峰-龙马溪组剖面出露的重晶石，通过细致地薄片鉴定、扫描电镜观察和X衍射等分析手段对重晶石结核及条带进行岩石学、矿物学研究。在此基础上，结合重晶石的锶同位素特征及研究区（明中剖面和巫溪1井）五峰组顶部-龙马溪组底部黑色泥岩、硅质泥岩和硅质岩的元素地球化学特征对重晶石形成环境及机制进行分析。这些研究将为认识四川盆地北部地区早志留世（鲁丹阶）古海洋环境及成岩条件提供重要的信息。
　　研究区五峰组-龙马溪底部发育含放射虫硅质岩、硅质泥岩并夹火山碎屑岩（斑脱岩和凝灰岩），重晶石结核和条带发育在龙马溪组底部。城口明中剖面、巫溪徐家坝剖面一共发育4种类型的重晶石（钡矿物）产出形式:重晶石结核、含重晶石硅质岩条带、钡-白云石条带和重晶石-石膏纹层。6种重晶石晶体形态:亚微米级椭球形重晶石晶体、毡状（板状）重晶石晶体、片状重晶石晶体、菱形重晶石晶体、树枝状重晶石晶体结构、溶蚀状重晶石晶体。
　　重晶石结核的87Sr/86Sr比值(0.7087-0.7093)明显高于同时期的海水87Sr/86Sr比值(0.7078)，低于围岩的87Sr/86Sr比值，表明重晶石不是热液直接与海水作用形成的，黑色页岩中的重晶石结核的87Sr/86Sr比值并不能充分反演区域深部流体的来源，并且锶（钡）的来源与海水有密切关系。
　　研究区硅质岩的主量元素研究表明五峰-龙马溪早期为大陆边缘的构造背景，硅质岩具有生物沉积的特征;对微量元素研究表明研究区该时期为滞留的缺氧海水环境，硅质岩是正常海水沉积形成的，热液影响不大。同样，稀土元素也反映出研究区五峰-龙马溪早期热水活动并不强烈。
　　硅质岩（围岩）的微量元素研究中，硅质岩的生物钡含量极高，表明生物对钡有富集作用。此外，对剖面上凝灰岩的能谱分析表明，凝灰岩条带有相当高的钡含量。因此，火山物质也为重晶石（钡矿物）的形成提供了钡源。
　　经过细致的岩石学、矿物学研究认为:条带中含大量重晶石脉，片状重晶石晶体、菱形重晶石晶体、树枝状重晶石晶体结构为脉体中观察到的重晶石，这些重晶石显然是晚于龙马溪组的沉积时期，重晶石脉也应该为后期伸展构造运动作用下深部热液向上渗透形成的。除此之外，重晶石结核和条带形成于沉积物-水界面之间浅埋藏、未压实的孔隙水环境。组成结核和条带的矿物有重晶石，碳酸盐矿物（白云石、钡白云石）、石膏、钡沸石和黄铁矿。这些矿物组成是甲烷渗流事件的物质响应。随着沉积物的不断埋深，伴随着微生物细菌作用消耗大量的SO42-，当埋藏到一定的深度孔隙水中的SO42-发生亏损（硫酸盐耗竭区），有机质的分解和生物钡的溶解，形成大量的CH4气体和Ba2+向上扩散。当向上扩散的Ba2+超过了向下重晶石的埋藏，也就是说当Ba2+扩散出了硫酸盐耗竭区，就会在SO42-亏损附近形成重晶石前缘带。向上扩散CH4的和残留海水中的SO42-导致甲烷气体的厌氧氧化(AOM)，这有利于形成黄铁矿和一些自生碳酸盐矿物，伴随着有机质的不断分解，甲烷气体可能输入到海水中，在氧化-还原界面之上氧化生成二氧化碳。如果这个输入量足够大（在无钡矿物的沉积区也有可能伴随有机质分解成的甲烷气体），便会造成温室效应加快了冰川的融化从而导致海平面的上升。因此，本文认为龙马溪组底部发育的重晶石，有助于认识龙马溪组早期古海洋生物-化学乃至四川盆地北边构造环境。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题依据、研究目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 中国重晶石资源及研究现状

1．2．2 不同类型的重晶石研究现状

1．2．3 川北五峰-龙马溪组泥岩沉积构造环境

1．3 存在的主要问题

1．4 主要研究内容

1．5 研究思路及技术路线图

1．6 完成的主要工作量

1．7 主要成果与认识

第2章 区域地质背景

2．1 四川盆地地质构造简介

2．2 城口-巫溪地区构造特征

2．3 城口-巫溪地区地层特征

2．5 研究剖面特征

第3章 重晶石特征研究

3．1 明中剖面重晶石岩石学、矿物学特征

3．1．1 岩石矿物组分特征

3．1．2 重晶石结核

3．1．3 含重晶石硅质岩条带

3．1．4 钡-白云石条带

3．2 徐家坝剖面重晶石岩石学、矿物特征

3．2．1 岩石矿物组分特征

3．2．2 重晶石结核

3．2．3 含重晶石硅质岩条带

3．2．4 钡-白云石条带

3．2．5 重晶石纹层

3．3 岩石学、矿物学对重晶石成因的约束

第4章 岩石地球化学研究

4．1 硅质岩元素地球化学

4．1．2 主量元素

4．1．3 微量元素

4．14 稀土元素

4．2 重晶石锶同位素地球化学

4．3 小结

第5章 重晶石形成机制及古环境意义

5．1 重晶石形成机制探讨

5．2 硫酸还原菌的作用

5．3 古环境意义

5．4 小结

5．5 不足与展望

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果