遼西四合屯地區(qū)早白堊世義縣組湖相沉積的元素地球化學(xué).pdf

1、早白堊世熱河群義縣組的湖相沉積地層主要出露于中國(guó)遼西地區(qū)。其中，北票四合屯地區(qū)的義縣組湖相沉積地層因盛產(chǎn)帶羽毛的恐龍、早期被子植物等熱河生物群珍稀化石而舉世聞名。國(guó)內(nèi)外的古生物學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家對(duì)這些化石已經(jīng)展開(kāi)了系統(tǒng)的研究工作，并取得一系列豐碩的成果。然而，學(xué)術(shù)界對(duì)熱河生物群生物的死亡原因和化石保存機(jī)制仍存有爭(zhēng)議。部分學(xué)者認(rèn)為熱河生物群生物的死亡、搬運(yùn)、埋藏和精美保存與湖盆周邊火山噴發(fā)和火山灰的沉積有關(guān);另一部分學(xué)者則認(rèn)為熱河生物群化石主

2、要保存在頁(yè)巖和泥巖中，生物的死亡和化石的保存與湖泊底層水的缺氧環(huán)境有關(guān)。這一爭(zhēng)議長(zhǎng)期存在的一個(gè)重要原因是，迄今為止，我們對(duì)于保存化石的載體——湖相頁(yè)巖和泥巖中細(xì)碎屑沉積物的來(lái)源、搬運(yùn)和沉積過(guò)程，及其受到火山灰輸入的影響程度了解的還很少。因此，本文選擇同時(shí)對(duì)義縣組湖相沉積的頁(yè)巖、泥巖和火山灰層進(jìn)行元素地球化學(xué)分析。通過(guò)運(yùn)用多種元素地球化學(xué)指標(biāo)探索早白堊世義縣組的構(gòu)造背景，追蹤義縣組湖相沉積的物源，揭示沉積物的風(fēng)化、分選和沉積過(guò)程，以及討論

3、火山灰層和頁(yè)巖、泥巖之間的關(guān)系，進(jìn)而探討熱河生物群化石精美保存的具體過(guò)程和機(jī)制。
　　本文對(duì)遼西四合屯地區(qū)義縣組的湖相沉積地層開(kāi)展了細(xì)致的研究。采樣位置位于四合屯古生物化石博物館旁，共采集了51個(gè)頁(yè)巖和泥巖樣品和9個(gè)火山灰樣品。通過(guò)對(duì)樣品主量元素和微量元素含量的測(cè)試和運(yùn)用多種元素地球化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行分析，我們得到以下主要結(jié)論:
　　(1)頁(yè)巖和泥巖樣品在La-Sc-Th和Th-Sc-Zd10三角圖中的分布區(qū)域較為集中，指示了大陸

4、島弧和活動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造背景。這一結(jié)果與前人對(duì)遼西早白堊世構(gòu)造背景的研究認(rèn)識(shí)基本一致。本文研究的四合屯化石博物館剖面保存了上百層的火山灰層，指示早白堊世四合屯湖發(fā)育期間湖盆附近地區(qū)發(fā)生了頻繁劇烈的火山活動(dòng)。大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造背景可能是早白堊世遼西地區(qū)火山頻繁噴發(fā)的重要原因。
　　(2)火山灰層樣品的化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)值相對(duì)較高，表明其可能遭受了中度的化學(xué)風(fēng)化作用。頁(yè)巖和泥巖樣品的CIA值較低，表明其遭受了相對(duì)較弱的化

5、學(xué)風(fēng)化作用，同時(shí)也可能反映了當(dāng)時(shí)相對(duì)干旱的氣候條件。A-CN-K判別圖、Zr/Sc vs Th/Sc判別圖以及Th/U vs Th判別圖也均指示頁(yè)巖和泥巖樣品受風(fēng)化、分選的影響較小。相比之下，火山灰層樣品受風(fēng)化和分選的影響相對(duì)較大，表明當(dāng)時(shí)的火山機(jī)構(gòu)可能與四合屯湖之間的距離較遠(yuǎn)，噴發(fā)到空中的火山灰經(jīng)長(zhǎng)距離搬運(yùn)分選后降落至四合屯湖的匯水盆地內(nèi)，然后在雨季經(jīng)流水搬運(yùn)至湖中沉積。火山灰經(jīng)受的風(fēng)力和流水的雙重分選作用可能是CIA值相對(duì)較高的重要

6、原因。另外，因?yàn)榛鹕綑C(jī)構(gòu)可能離湖泊較遠(yuǎn)，所以我們推測(cè)火山噴發(fā)可能并不是四合屯地區(qū)湖泊沉積物中埋藏的熱河生物群生物死亡的重要原因。
　　(3)微量元素指標(biāo)(REE配分模式、Hf vs La/Th、Th/Sc vs Cr/Th和La/Sc vs Co/Th)和主量元素指標(biāo)（A-CN-K三角圖）揭示了火山灰層與頁(yè)巖和泥巖存在明顯的物源差異。義縣組的頁(yè)巖和泥巖的物源主要來(lái)自長(zhǎng)英質(zhì)火成巖，是流域內(nèi)母巖風(fēng)化的產(chǎn)物，屬于正常的背景沉積;而火山灰

7、層則主要落于中性-長(zhǎng)英質(zhì)火成巖區(qū)域，表明其來(lái)源于中酸性爆發(fā)型火山噴發(fā)的產(chǎn)物，代表了四合屯湖發(fā)育期間，遠(yuǎn)處火山噴發(fā)的碎屑物質(zhì)經(jīng)風(fēng)力搬運(yùn)沉降至匯水盆地內(nèi)的地表，然后再經(jīng)流水搬運(yùn)至湖泊中發(fā)生的事件性沉積。頁(yè)巖、泥巖和火山灰層顯著的物源差異表明湖泊發(fā)育期間遠(yuǎn)處火山噴發(fā)搬運(yùn)來(lái)的火山灰不是湖相頁(yè)巖和泥巖背景沉積的重要物源。另外，絕大部分化石都保存在頁(yè)巖和泥巖中，火山灰層中卻很少有化石發(fā)現(xiàn)。因此，我們認(rèn)為頁(yè)巖和泥巖中保存的大量熱河生物群生物的死亡和埋