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。國內(nèi)外的古生物學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家對這些化石已經(jīng)展開了系統(tǒng)的研究工作，并取得一系列豐碩的成果。然而，學(xué)術(shù)界對熱河生物群生物的死亡原因和化石保存機制仍存有爭議。部分學(xué)者認為熱河生物群生物的死亡、搬運、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)者則認為熱河生物群化石主

2、要保存在頁巖和泥巖中，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)。這一爭議長期存在的一個重要原因是，迄今為止，我們對于保存化石的載體——湖相頁巖和泥巖中細碎屑沉積物的來源、搬運和沉積過程，及其受到火山灰輸入的影響程度了解的還很少。因此，本文選擇同時對義縣組湖相沉積的頁巖、泥巖和火山灰層進行元素地球化學(xué)分析。通過運用多種元素地球化學(xué)指標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、分選和沉積過程，以及討論

3、火山灰層和頁巖、泥巖之間的關(guān)系，進而探討熱河生物群化石精美保存的具體過程和機制。
　　本文對遼西四合屯地區(qū)義縣組的湖相沉積地層開展了細致的研究。采樣位置位于四合屯古生物化石博物館旁，共采集了51個頁巖和泥巖樣品和9個火山灰樣品。通過對樣品主量元素和微量元素含量的測試和運用多種元素地球化學(xué)指標進行分析，我們得到以下主要結(jié)論:
　　(1)頁巖和泥巖樣品在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、島弧和活動大陸邊緣的構(gòu)造背景。這一結(jié)果與前人對遼西早白堊世構(gòu)造背景的研究認識基本一致。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。大陸島弧和活動大陸邊緣的構(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)值相對較高，表明其可能遭受了中度的化學(xué)風(fēng)化作用。頁巖和泥巖樣品的CIA值較低，表明其遭受了相對較弱的化

5、學(xué)風(fēng)化作用，同時也可能反映了當(dāng)時相對干旱的氣候條件。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較大，表明當(dāng)時的火山機構(gòu)可能與四合屯湖之間的距離較遠，噴發(fā)到空中的火山灰經(jīng)長距離搬運分選后降落至四合屯湖的匯水盆地內(nèi)，然后在雨季經(jīng)流水搬運至湖中沉積?；鹕交医?jīng)受的風(fēng)力和流水的雙重分選作用可能是CIA值相對較高的重要

6、原因。另外，因為火山機構(gòu)可能離湖泊較遠，所以我們推測火山噴發(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(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（A-CN-K三角圖）揭示了火山灰層與頁巖和泥巖存在明顯的物源差異。義縣組的頁巖和泥巖的物源主要來自長英質(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-長英質(zhì)火成巖區(qū)域，表明其來源于中酸性爆發(fā)型火山噴發(fā)的產(chǎn)物，代表了四合屯湖發(fā)育期間，遠處火山噴發(fā)的碎屑物質(zhì)經(jīng)風(fēng)力搬運沉降至匯水盆地內(nèi)的地表，然后再經(jīng)流水搬運至湖泊中發(fā)生的事件性沉積。頁巖、泥巖和火山灰層顯著的物源差異表明湖泊發(fā)育期間遠處火山噴發(fā)搬運來的火山灰不是湖相頁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，我們認為頁巖和泥巖中保存的大量熱河生物群生物的死亡和埋