中元古代晚期淺海高能沉積環(huán)境中的海綠石：以天津薊縣剖面鐵嶺組為例.docx

1、第15卷第4期2008年7月Vol.15Na4JuL2008Vol.15Na4JuL2008、地學(xué)前緣(中國地質(zhì)大學(xué)(北京)；北京大學(xué))EarthScienceFrontiers(ChinaUniversityofGeosciences.Beijing；PekingUniversity)中元古代晚期淺海高能沉積環(huán)境中的海綠石：以天津薊縣剖面鐵嶺組為例梅冥相W,楊鋒杰3,高金漢微，孟慶芬】.21. 中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家取點實臉室.北京100083中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京1000832. 山東科技大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院.山東青島266510MeiMingxiang1,2

2、,YangFengjie3,GaoJinhan1,2,MengQingfen1,21. StateKeyLaboratoryofGeologicalProcessesandMineralResources,ChinaUniversityofCieosciemes,Beijing100083,ChinaSchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences(lieijing),Beijing100083,China2. SchoolofEarthSciences,ShandongUniversityofS<-iencea

3、ndTechnology,Qtngdao266510,ChinaMeiMingxiang.YangFengjie,Gaojinhan.ctal.Glauconitesformedinthehigh-energyshallow-marineenvironmentofthelateMesoproterozoic»acasestudyfromTidingFormationatJixiansectioninTianjin.NorthChina.EarthScienceFrontiers»2008.15(4).146-158Abstract：Glauconiteisakindofhy

4、drous-layeredaluminiumsilicatemineral,andthiskindofmineralisfrequentlyusedasafacies-indicativemineral.Numerousstudiesonglauconitesformationindicatethatmodernglauconitesarcmainlyformedinthedeepersedimentaryenvironment,whichtendstoslowdownthesedimentationratesandcanbefurtherusedasadiscerningmarkforthe

5、condensedsectioninsequence-stratigraphicdivisions.GlauconitesdevelopedinlimestonesofthestromatoliticbiohemiinthesecondmemberoftheMesoproterozoicTidingFormationattheJixiansectioninTianjinCityofNorthChina,aremainlyrichintheboundarybetweenstromatolitesandtheleiolitesasafashionofcolloids,whichreflectthe

6、featuresoftheautochthonousglauconitethatisformedinhigh-cncrgyshallowsedimentaryenvironment.Also,thehighcontentofK2O(>8%)showsthattheseglauconitescanbegroupedwiththehigh-evolvedglauconites.Peculiaritiesoftheseautochthonousglauconites.Le.,thespecialformingsedimentaryenvironmentthatismarkedbythehigh

7、-energyshallowwater,theparticularoccurrenceformasafashionofcolloidsintheboundarybetweenstromatolitesandtheleiolites,theolderformingtimesthatisinthelateMesoproterozoic.indicatethattheseglauconitesare*stronglydifferentfromthemodernglauconites.Scdimcntologically»glauconitesfromtheMesoproterozoicTi

8、dingFormationattheJixiansectionreflectthatthenormallyhigh-energyshallowwaterisintheconditionoftheslightlyreducedstateresultedfromthelow-oxygcnlevelsintheairofthelateMesoproterozoic.Obviously*glauconitesinthestromatoliticlimestonesoftheMesoproterozoicTielingFormationcannotbeusedasadiscerningmarkofthe

9、condensedsectioninsequencestratigraphy,andcannotbegroupedintotheproductformedinthelongtermhiatus.1'hcrefore,glauconitesintheTidingFormationarctherepresentativeofthePrecambrian,whichindirectlyreflectthediversityoftheglauconiticformingenvironmentinthelongevolvinggeologicalhistory.收稿日期：2OO7-1O23；修回

10、日期：2OO712-10基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目（40472065）；中國石油化工股份有限公司海相前瞟性項9（CD8OO-O7-ZS164）作者簡介：梅冥相（1965-）.男.教授，博土生導(dǎo)師.沉積學(xué)和地層學(xué)專業(yè)。Email：menningxiang155表2鐵嶺組要層石灰?guī)r的電子探針分析結(jié)果表(主要氧化物)Table2Resultsoftheelectron-probeanalysisforthestromatoliticlimestonesoftheTidingFm>(Majoroxides)樣品編號巖石類型叫/%Na2OMgOAI2QSiOzP2O5K2OCaOTiO?M

11、nOFeOTL-9-1含海綠石灰?guī)r0.020.040.170.640.170.2855.310.270.240.25TL81薄膜狀海綠石0.064.2812,5448.438.68*5.850.070.128.09TL-9-3登層石灰?guī)r0.300.1556.570.120.33TL-83登層石灰?guī)r0.400.080.3056.390.170.53TL-9-2泥晶灰?guī)r0.350.2155.420.23TL82泥品灰?guī)r0.230.010.1157.31TL-GM-1泥晶海綠石0.224.9710.2150.978.550.550.2211.28TL-GM2泥晶海綠石0.545.2213.7749.

12、928.650.780.398.60TLGM3泥晶海綠石0.304.5411.7950.348.941.070.109.63TL-GM4泥晶海綠石0.205.0712.3849.748.410.820.359.56TL-G-1薄膜狀海綠石0.394.9913.4450.458.750.730.220.098.72TL-G-2薄膜狀海綠石0.474.5915.15.486.73TL-G-3薄膜狀海綠石0.425.2112.9049.648.761.64TL-G4薄膜狀海綠石0.385.0815.6249.798.590.617.53TL-G-5薄膜狀

13、海綠石0.314.9913.6350.139.280.350.430.397.91TLG-6薄膜狀海綠石0.195.0717.2830.260.465.5439.53%),氧化物構(gòu)成主要為氧化鈣(質(zhì)量分數(shù)為55.31%),但是具有一定的鉀元素質(zhì)分數(shù)(0.29%)和氧化鉀質(zhì)量分數(shù)(0.28%),而旦也含有較為復(fù)雜的其他組分如Na2O(0.02%)、Mg()(0.04%)、Al2O3(0.17%)、SiO2(0.64%)、P2Os(0.17%).TiO2(0.27%)、MnO(0.24%),FeO(0.25%),表明了具有初生海綠石的特點;后者為肉眼下較為純凈的海綠石，其元

14、素構(gòu)成與含海綠石灰?guī)r形成明顯的差異，即較高的鋁(6.64%)、硅(22.64%)和鉀(7.20%)元素含量，以及較高的相應(yīng)的氧化物構(gòu)成(AL。3：12.54%；Sift：48.43%；K2O：8.68%),與之相應(yīng)的是較低的鈣元素質(zhì)U分數(shù)(4.18%)和氧化鈣質(zhì)量分數(shù)(5.85%),尤其是氧化鉀含量超過了8%,所以該海綠石具有高成熟的海綠石的基本組分特征。(4)對海綠石的進一步分析更加明顯地表明了鐵嶺組疊層石巖礁灰?guī)r中海綠石所具有的高成熟海綠石的基本特點。對疊層石柱體之間的泥晶灰?guī)r(均一石灰?guī)r)中交代碳酸鹽泥晶的膠體狀海綠石(圖4C和D所示)、以及在疊層石柱體外壁呈薄膜狀產(chǎn)出的海綠石(圖2和圖

15、3所示)，前者稱為泥晶海綠石(表1和表2中的樣品TL-GM-1至TL-GM-4),后者稱為薄膜狀海綠石(表1和表2中的TLG-1至TL-G-6)O如表1和表2的樣品TL-GM-1至TL-GM-4所示，泥晶海綠石的鉀元素質(zhì)量分數(shù)為6.98%至7.42%,而對應(yīng)的紋化鉀質(zhì)量分數(shù)為8.41%至8.94%；而薄膜狀海綠石，即表1和表2中的樣品TL-G-1至TL-G-6所示，鉀元素質(zhì)量分數(shù)為6.74%至7.64%,對應(yīng)的氧化鉀質(zhì)量分數(shù)為8.12%至9.28%。簡耍的組分分析的結(jié)果表明，那些相對集中產(chǎn)出的海綠石具有高成熟海綠石的特點(如表2分析點TL-G-5的K2()質(zhì)量分數(shù)達9.28%),這與現(xiàn)代的原地

16、商成熟海綠石主要形成在“慢速、弱還原、較深水環(huán)境”曰幻的理念明顯不相符;結(jié)合上述的產(chǎn)出特征，鐵嶺組疊層石灰?guī)r中的高成熟海綠石既不是形成在“慢速的堆積作用環(huán)境，也不可能代表“具有地質(zhì)意義的沉積間斷”少曰，更不能作為“凝縮段”2.9.心6及其相關(guān)沉積的識別標志之一。就像Chfetz和Reid】w幻所描述的寒武系中的海綠石一樣，代表了一個非現(xiàn)實主義沉積實例3仞，表明海綠石在漫長的地質(zhì)歷史K河中其產(chǎn)出特征具有明顯的多樣性。5結(jié)語中元古代晚期的鐵嶺組疊層石生物層灰?guī)r中的海綠石，由于形成在特殊的地質(zhì)時代，成為前寒武紀碳酸鹽巖中海綠石產(chǎn)出及其海綠石化作用的一個特別的巖石記錄。本文所介紹中元古代晚期的鐵嶺組疊

17、層石生物層灰?guī)r中的海綠石.具有以下特點：(1)形成在淺海高能環(huán)境之中；(2)與其共生和伴生的沉積是相對快速的沉積;(3)明顯與黃鐵礦共生;(4)呈膠體形式產(chǎn)出而表現(xiàn)出原地海綠石的特點；(5)由于疊層石灰?guī)r和均一石灰?guī)r時較為典型的微生物碳酸鹽巖，鐵嶺組灰?guī)r中的海綠石與微生物活動存在一些關(guān)聯(lián)。本研究表明，在應(yīng)用現(xiàn)代海綠石的沉積模式去解釋巖石記錄時，不能生搬硬套；同時，中元古代晚期的鐵嶺組疊層石生物層灰?guī)r中的海綠石，以及共生的黃鐵礦晶體，表明了中元古代晚期的正常高能淺海具有弱還原的特點，從沉積學(xué)角度表明該時期的大氣含氧量還不能與現(xiàn)代相比擬，也反映了一些還有待于進一步研究的問題：如海綠石化與硫酸鹽還原

18、細菌等微生物的成因關(guān)系，前寒武紀具體的海綠石化機制等等。References：I OrdinGS,MatterA.DeglauconiarumorigineJ3.Sedimentology,1981,28：611-641.2AmorosiA.Glauconyandsequencestratigraphy：aconceptualframeworkofdistributioninsiliclasticsequences.JournalofSedimentaryResearch,1995.1565：419-425.3 AmorosiA.Detectingcompositional,spatial,a

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45、學(xué)前緣，2007»14(2)：197-204.地學(xué)前綠編輯制開通網(wǎng)絡(luò)投稿id本刊已開通網(wǎng)絡(luò)投稿，請直接進入地學(xué)前緣網(wǎng)站(http：/www.earthsciencefron(1) 網(wǎng)絡(luò)投稿：http:(2) E-mail：frontier(3) 郵寄投稿地址:100083北京學(xué)院路29號中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地學(xué)前緣編輯部投稿時請寫明通訊聯(lián)系人的Email和電活。中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地學(xué)前緣編輯部20080606Keywords：glauconite；TidingFormation,Mcsoproterozoic;Jixiansection摘要：海綠石是一種富鉀、富鐵的含水層狀鋁硅酸鹽

46、礦物，在沉積學(xué)領(lǐng)域常被作為一種普遍的指相礦物。多年研完的結(jié)果表明，現(xiàn)代海綠石主要形成在慢速、弱還原的較深水環(huán)境中而且還可以作為“凝縮段”的識別標志之一。天津薊縣剖面中元古界鐵嶺姐第二段灰?guī)r中的海綠石，產(chǎn)在高能會層石巖砸.之中，主要以膠體形式富集在登層石和均一石的邊界上，代表較為典型的原地海綠石；較高的氧化鉀含量（大于8%）而顯示出高成熟海綠石的特點。很明顯，鐵嶺組二段灰?guī)r中的原地高成熟海綠石，不但不能作為“凝縮段”的識別標志，而且也不是長時間地層間斷的產(chǎn)物。由于形成在正常高能淺海環(huán)境，而且處于中元古代末期，與現(xiàn)代沉積中的海綠石存在較大的差異，可能代表了中元古代末期的正常淺海還處于含氧量不夠充分

47、的弱還原狀態(tài)，最終使鐵玲組灰?guī)r中的海綠石成為前寒武紀海綠石產(chǎn)出的一個典型代表，也間接的表明了在漫長的地質(zhì)歷史演變過程中海綠石產(chǎn)出的多樣姓特點.關(guān)鍵詞：海綠石；鐵嶺組；中元古代縣剖面中圖分類號：P588文獻標識碼：A文章編號：1005-2321（2008）04-0146-13。前言海綠石是一種富鉀、富鐵的含水層狀鋁硅酸鹽礦物；以其特殊的暗綠色或墨綠色與圍巖形成明顯的反差。該礦物是三價鐵和二價鐵共存的富鐵礦物，所以形成海綠石需要弱氧化至弱還原的介質(zhì)條件;三價鐵、二價鐵都呈溶融狀態(tài)搬運，當(dāng)pH為23時，三價鐵開始沉淀，當(dāng)5.5<pH<7時，二價鐵開始沉淀，所以形成海綠石還需弱堿性介質(zhì)條件

48、。海綠石的形成不但需要適宜的介質(zhì)環(huán)境，還需要一定的物質(zhì)條件；在形成海綠石所需的各種元索中，鉀含址的高低至關(guān)重要。一般海水中鉀離子的濃度為380X10-6,而海綠石的形成則需要560XIO"的鉀離子。由于海水的電解作用，可使河水帶來的鉀、鐵和鋁物質(zhì)在近岸帶富集起來，在適宜的氧化還原條件下和適宜的酸堿度介質(zhì)中，再加上交互流動的水動力條件,便可形成海綠石。作為一種典型的表生成因礦物,海綠石較為廣泛地分布在海相沉積巖和現(xiàn)代沉積物之中。在地層記錄中，海綠石的產(chǎn)出形態(tài)多種多樣23】，從成因上講包括：（1）原地海綠石（autochthonousglaucony）,該類型的海綠石的基本特點是，沒有經(jīng)

49、過搬運作用的改造而遠離其形成地點；（2）異地海綠石（allochthonousglaucony）,經(jīng)過其他作用被搬運出其形成地點的海綠石。異地海綠石還可以進一步分為準原地（parautochthonous;或?qū)觾?nèi)）和碎屑（detrital；或?qū)油猓┖＞G石:準原地海綠石是指那些經(jīng)過風(fēng)暴流、潮汐流和重力流等的沖洗和篩選而遠離其形成地點的海綠石顆粒，但還是保存在同時代沉積之中;很明顯碎屑海綠石是指那些從更老的地層中改造而來的海綠石顆粒。海綠石常常以顆粒或碎屑的形式產(chǎn)出而容易被搬運；相反，當(dāng)海綠石以薄膜狀覆蓋層或結(jié)克層等多樣的底層形式產(chǎn)在不整合面或硬底面上時.無疑，則應(yīng)該屬于原地海綠石。Ordin和M

50、atter1-41總結(jié)海綠石的形成模式，認為海綠石質(zhì)礦物首先沉淀在微孔隙（大小在510m）中，然后伴隨著宿主礦物的溶蝕作用，該過程被簡稱為海綠石化作用。最初的沉淀物是垂直于底層的“富鐵和富鉀的海綠石質(zhì)蒙脫石”，然后逐漸演變成窗格狀組構(gòu)。隨著更多的自生海綠石質(zhì)蒙脫石的生成，微孔隙的剩余空間逐漸被填滿,最初的海綠石質(zhì)蒙脫石沉淀物則開始經(jīng)歷成熟作用（成片作用），最終達到較高的鐵含量;但是,只有鉀含量隨著不同的成熟作用階段而逐漸升高。隨著成熟作用的增強，海綠石質(zhì)蒙脫石會被重結(jié)品成海綠石質(zhì)云母，其氧化鉀的含量最高可以達到9%。所以說，海綠石質(zhì)礦物不是被解釋為先成礦物的蝕變作用產(chǎn)物，而是經(jīng)歷了早期的溶蝕作

51、用和晚期的成熟作用的結(jié)果。最為重要的是，根據(jù)該模式，海綠石的表面顏色所指示的鉀含鼠就成為海綠石成熟度的指標，由此可將海綠石分為C2-3J：（D貧鉀的初生海綠石（氧化鉀含危2%4%）；（2）低成熟海綠石（氧化鉀含量小于4%6%）；（3）成熟的海綠石（氧化鉀含量小于6%8%）；（4）高成熟的海綠石（氧化鉀含最大于8%）?，F(xiàn)代海綠石主要形成在陸架邊緣和大陸斜坡的上部，水深范圍為50500m,一般為100-200m的環(huán)境;水溫一般為1520正常鹽度，pH值為7.5-8.5,且沉積緩慢的區(qū)域ri<511o另外,一個普遍的概念是，海綠石質(zhì)礦物的形成作用代表了一個慢速的堆積作用環(huán)境心,而且成熟度越高則

52、代表所經(jīng)歷的沉積間斷越長，那些氧化鉀含量：大于7%的海綠石質(zhì)礦物可能代表了具有地質(zhì)意義的沉積間斷口因此，海綠石特別是原地海綠石就成為“慢速、弱還原、較深水環(huán)境”的指相礦物,并被應(yīng)用到層序地層學(xué)研究中，常常在淺海沉積中被作為“凝縮段”及其相關(guān)沉積的識別標志之一田'W6。更為重要的是，在地層記錄中也存在一些例外,如美國西南部的寒武系和奧陶系中的原地海綠石,則形成在淺海至潮坪環(huán)境中3*】；與該實例相似，產(chǎn)在天津薊縣剖面中元古界鐵嶺組第二段高能疊層石生物層灰?guī)r中的海綠石，以膠體薄膜狀的形式發(fā)育在疊層石柱體與柱體間的均一石灰?guī)r的邊界上，表明原地海綠石的基本特點，明顯不同于現(xiàn)代海洋環(huán)境中的海綠石。

53、天津薊縣剖面中元古界鐵嶺組第二段高能疊層石生物層灰?guī)r中的海綠石，主要產(chǎn)在疊層石的外壁，也代表了一個特別的巖石記錄，即不能用現(xiàn)代海洋環(huán)境的海綠石的產(chǎn)出特征來解釋古老的巖石i己錄;同時，特別的產(chǎn)出形態(tài)，有可能從沉積學(xué)的角度表明中元古代末期（1000Ma）的正常潮下高能淺海環(huán)境含氧量還不夠充分，從而賦予鐵嶺組第二段疊層石巖礁中海綠石的特殊意義。1海綠石產(chǎn)出背景天津薊縣剖面的鐵嶺組大致可以劃分為兩個段9加（或兩個亞組；圖1）：第一段（或稱為代莊子亞組），以一套含鑰白云巖為特征，夾灰綠色和雜色白云質(zhì)含錠含鉀泥頁巖薄層;第二段（或稱為老虎頂亞組），為一套發(fā)育疊層石生物層的厚層塊狀灰?guī)r,下部和上部發(fā)育白云巖

54、和白云質(zhì)灰?guī)r。鐵嶺組兩個段之頂均發(fā)育鐵質(zhì)白云巖構(gòu)成的古風(fēng)化殼或古土壤層,代表了較長時間的地層間斷，由此而代表明顯的構(gòu)造不整合面，分別稱之為鐵嶺上升和芹峪上升。多年來的研究表明，鐵嶺組的形成時限大致為1200-1050Ma,屬于中元古代晚期的窄帶紀。后來，根據(jù)北京西山鐵嶺組之上的下馬嶺組碳酸鹽巖中的Pb-Pb年齡值為（879±18）Ma的數(shù)據(jù)'J,又將鐵嶺組的分布時限推斷為1200900Maf最近,高林志等在北京西山下馬嶺組中獲得了下馬嶺租凝灰?guī)r錯石年齡為（1368±12）Ma的數(shù)據(jù)有可能表明鐵嶺組的時代分布更老一些。鐵嶺組主要分布在中元古代晚期的窄帶紀，分布實現(xiàn)大致

55、為1200-1000Ma,這得到了來自于鐵嶺組第二段疊層石灰?guī)r中分布在疊層石外壁的海綠石的"ALAr年齡數(shù)據(jù)的支持;如果再考慮到鐵嶺蛆頂部明顯的古風(fēng)化殼，以及上覆的下馬嶺組底部由鐵嶺組頂部的古風(fēng)化作用產(chǎn)物在海侵初期堆積而成的鋁土鐵質(zhì)巖系（圖1）,有可能鐵嶺組與上覆的下馬嶺組之間的地層間斷時限可達到100Ma左右mi,那么，鐵嶺組的上限時限不小于1000MaU920.2628J的認識更加符合基本事實。在前人沉積學(xué)和地層學(xué)研究的基礎(chǔ)上冷叫，可將薊縣剖面的鐵嶺組劃分為兩個三級層序（圖1的DS|至D&）。這種立足于從巖相序列到米級旋回、從沉積相序列到三級層序的識別的工作方法325,對

56、于年代地層分辨率較低的前寒武紀地層，同樣是一種尋找更多的沉積學(xué)規(guī)律的有效途徑K36J。三級層序DS,由鐵嶺組第一段的含鉉白云巖地層所構(gòu)成（圖1）,中厚層含鉉白云巖與薄層白云質(zhì)泥頁巖所組成的環(huán)潮坪型碳酸鹽米級旋回32M代表了該層序的基本特點，只是在早期高水位體系域（EHST）中米級旋回的下部單元為厚層塊狀含錠疊層石白云巖,代表了下潮間坪相的沉積。該層序的海侵體系域（TST）為上潮間坪含錠白云巖構(gòu)成;層序的晚期高水位體系域（LHST）則為一個向上變淺到暴露的相序為特征，從上潮間坪含鉉白云巖到暴露相含鐵質(zhì)白云質(zhì)泥巖構(gòu)成的古風(fēng)化殼，從而也表明該層序的頂界面是一個明顯的暴露間斷面，即“鐵嶺上升”不整合面安?！?，而與該層序的底界面大套巖系的突然變化面相對應(yīng)。三級層序D&由鐵嶺組第二段的灰?guī)r為主的地層所構(gòu)成（圖1）,層序的TST單元為一個從潮間坪灰質(zhì)白云巖到潮下坪登層石灰?guī)r的向上變深的退積序列所構(gòu)成;層序的LHST單元正好相反，為一個向上變淺至暴露的進積序列所組成，從潮下坪疊層石灰?guī)r變淺至潮上坪泥晶白云巖、甚至到含鐵泥巖構(gòu)成的古風(fēng)化殼，再加上上覆下馬嶺組底部的厚度為20余米的鋁土鐵質(zhì)巖系（為海侵初期海水