库鲁克塔格地区下寒武统西大山组黑色页岩的钼同位素特征及其对古海洋环境的指示意义

In recent years, molybdenum isotope has attracted wide attention as a global seawater redox index. Many scholars have carried out molybdenum isotope analysis of the Ediacaran-Lower Cambrian black shale to reconstruct the redox state of seawater during this important transitional period. All those applications are based on the chemical behavior of molybdenum isotope observed in modern oceans, making it controversial for the interpretation of those Mo isotope data. The basic premise for the application of Mo isotope is that “the Mo isotopes of seawater are globally homogenous”. This premise is valid for modern fully oxygenated ocean, but may be invalid for Ediacaran-Early Cambrian seawater, which may be full of anoxic bottom water. Hence, application of Mo isotope for pale-marine redox state requires more study on the homogeneity of molybdenum isotopes in paleo-oceans. .Mo isotope data for Ediacaran-Lower Cambrian black shale are dominantly from the margin of the Yangtze Plate. Data from a single region are not insufficient to research the homogeneity of Mo isotope in the global seawater. Therefore, this study will carried out Mo isotope analysis of the Ediacaran-Lower Cambrian black shale from another basin, Tarim Basin. By comparing the Mo isotope data between the Tarim Basin and the margin of Yangtze Plate, this study will research the homogeneity of molybdenum isotope in Ediacaran-Early Cambrian oceans, which can be expected to provide theoretical basis for the application of molybdenum on pale-ocean, and then better reconstruct the redox state of Ediacaran-Early Cambrian seawater.

近年来，许多学者对埃迪卡拉系-下寒武统的黑色页岩进行了钼同位素分析，以期限定这一重要时期海水的氧化还原状态。Mo同位素的应用的基本前提假设是“海水的Mo同位素是均一的”。对于现代完全氧化的海水来说，海水中的钼同位素十分均一；但是对于可能以还原性海水为主的埃迪卡拉－早寒武世时期，还不清楚当时海水的钼同位素组成是否在全球范围内都是均一的，这可能导致了目前在钼同位素数据解释上的争议。因此，合理的应用钼同位素指标需要对古海洋中钼同位素的均一性进行更加深入的研究。以往的研究主要集中在扬子板块边缘，但是单个区域的数据不足以讨论钼同位素在全球范围内的均一性。因此，本课题对塔里木盆地埃迪卡拉－下寒武统黑色页岩进行了钼同位素分析，通过与扬子板块边缘的等时地层进行对比，探讨埃迪卡拉-早寒武世海水钼同位素是否均一的问题，为古海洋钼同位素的应用提供理论依据，以期更好的限定埃迪卡拉-早寒武世海水的氧化还原状态。

本项目对库鲁克塔格地区下寒武统地层进行了主量，微量，铁组分，Re-Os同位素分析和Mo同位素分析，拟来与华南盆地下寒武统地层的沉积环境以及Mo同位素特征进行对比分析，进而论证寒武纪时期的全球海水Mo同位素是否具有均一性。分析结果表明，研究地层的岩石普遍具有较高的稀土总量（32-223 ppm，平均值95.93 ppm），相对富集轻稀土，(La/Yb)N比值在0.8-2.1之间（平均值1.27），大部分样品表现出了明显的Eu/Eu*负异常, 具有明显的稳定大陆边缘沉积物的特征。其中样品KT1-8,10,16表现出较低的稀土总量 （32-48 ppm），KT-,9,11为Eu/Eu*正异常，表明可能有短暂的深部物质输入。样品Mo/TOC平均值为14.46 ppm/wt%，MoEF/UEF随着Mo，U的富集逐渐增大，这些都表明沉积水体为开放性水体。常规氧化还原指标Corg/P，V/Cr，Ni/Co, U/Th，V/(V+Ni)指示沉积水体为还原性条件。样品的FeHR/FeT>0.38以上，FePy/FeHR>0.7以上，表明沉积水体为硫化性水体。总体而言，研究地层的沉积条件与华南盆地大陆边缘中深部硫化楔的沉积条件相似。研究地层的Mo同位素表现出了较大的波动（0.06-2.3‰），Mo同位素变化表现出了两种趋势，其一可能与长石石英等硅质碎屑带入具有轻同位素特征的Mo有关，表现出δ98/95Mo与自生Mo含量的负相关，另一种可能与受深部热液影响形成的甲烷与硫酸根反应生成自生CaCO3和硫化氢的过程有关，δ98/95Mo与自生Mo含量以及CaO呈正相关。因此，我们认为富CaO的样品更能反映海水的Mo同位素组成。这些样品的平均Mo/TOC值为16.69 ppm/wt%，平均δ98/95Mo为1.48 ‰，最大δ98/95Mo为2.3 ‰，这些特征与华南盆地大陆边缘早寒武沉积极为相似（平均Mo/TOC值为14.46 ppm/wt%，平均δ98/95Mo为1.0 ‰，最大δ98/95Mo为2.29 ‰），这表明早寒武世海水的Mo同位素具有良好的均一性，δ98/95Mo作为全球性指标在早古生代时期可能也具有良好的适用性。另外，研究区域的Mo同位素数据也进一步支持了前人从华南盆地得到的结论，即具有高Mo储量和高δ98/95Mo的早寒武世海水可能已经发生了广泛的氧化。