【摘 要】
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早期成岩碳酸盐岩结核广泛分布于地质历史记录中,忠实地记录了过去地质流体的信息,能够用于示踪生物地球化学反应过程、指示成岩作用带和反映古环境的变化。台湾国姓地区中新世海相页岩中广泛发育菱铁矿结核,关于其成因及生长机制并不清楚。为此,本研究对台湾国姓乡猴洞坑组下部页岩中的菱铁矿结核开展了沉积学、岩石学、矿物学、主微量元素和碳氧同位素的综合研究。猴洞坑组下部灰色页岩层内发育有古代冷泉碳酸盐岩,主要的碳酸
【基金项目】
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国家重点研究发展计划（2018YFC0310003）； 国家自然科学基金（41673029,41730528）； 上海海洋大学青年教师科研启动基金项目；
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早期成岩碳酸盐岩结核广泛分布于地质历史记录中,忠实地记录了过去地质流体的信息,能够用于示踪生物地球化学反应过程、指示成岩作用带和反映古环境的变化。台湾国姓地区中新世海相页岩中广泛发育菱铁矿结核,关于其成因及生长机制并不清楚。为此,本研究对台湾国姓乡猴洞坑组下部页岩中的菱铁矿结核开展了沉积学、岩石学、矿物学、主微量元素和碳氧同位素的综合研究。猴洞坑组下部灰色页岩层内发育有古代冷泉碳酸盐岩,主要的碳酸盐岩矿物为方解石、白云石。而我们研究的菱铁矿结核也产出于下部页岩内,并且夹于上下两套冷泉碳酸盐岩之间。结核多呈块状和椭球状,大多数结核直径在5-10cm不等,以泥微晶菱铁矿为主,内部结构均一。薄片和扫描电镜观察发现保存完好的有孔虫等生物碎屑和草莓状黄铁矿,说明结核是早期成岩的产物。草莓状黄铁矿的直径大部分为6-10μm,并且还发现有自形晶八面体黄铁矿,这指示了菱铁矿结核可能形成于弱氧化的沉积环境。除此之外,菱铁矿的稀土元素配分模式展示出轻稀土亏损（NdN/Yb N平均值为0.70）,中稀土富集（GdN/Yb N平均值为1.62）的特征,说明成岩流体受到海水的影响,并且沉淀可能发生于次氧化带下部的铁还原区域,中稀土富集是此带显著的特征之一。菱铁矿结核普遍显示微弱的Ce正异常或负异常（0.96-1.09）,经La较正后显示Ce无异常,且较低的Y/Ho比值（25.30-32.86）等特征也表明菱铁矿可能形成于次氧化带。在次氧化带的下部,铁的氧化物或铁的氢氧化物被有机质被还原,产生的HCO3-提升了孔隙流体的碱度,结合生成的大量Fe2+,促进了菱铁矿的沉淀。菱铁矿与海水相近似且相对低于海水值的碳、氧同位素(δ13C:-1.2‰,δ18O:-0.7‰),明显不同于冷泉碳酸盐岩的碳同位素值。最低的δ13C值为-2.4‰,表明菱铁矿沉淀时所需的HCO3-除了海水之外,还有有机质的参与,相对较正的值说明有机质的贡献较小。两个菱铁矿结核（G9和GX8）的抛光面均一,无水平层理和环带状结构;通过对结核进行由中心至边缘连续取样,Ca、Mg元素由中心至边缘表现出系统的变化,且在结核边缘处急剧降低;陆源碎屑代表性元素（Al、K、Ti等）由中心至边缘含量逐渐增加,说明结核是一个由中心向外逐渐扩散生长的过程。稳定碳氧同位素测试结果显示G9结核的δ13C值由中心-2.4‰向边缘逐渐增大,δ18O值由中心-1.4‰向外总体上也呈现增加的趋势;GX8则显示出相反的趋势,δ13C和δ18O值均由中心至边缘逐渐变负。两个结核不同的同位素变化趋势表明在形成过程中受到不同流体来源的影响。综合以上证据表明国姓地区的菱铁矿可能为同心生长模式。
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