铁对浅水碳酸盐沉积早期成岩作用影响研究

浅水碳酸盐沉积早期成岩作用过程中的同沉积溶解，是目前碳酸盐沉积学、化石埋藏学、地层学中一个新的研究热点，随陆源物质带入的铁是其中极重要的影响因素。当Fe3+较为丰富时，沉积物孔隙水超饱和产生碳酸盐胶结，反之则导致溶解。目前研究主要涉及相对"富铁"的碳酸盐沉积，对产生碳酸盐同沉积溶解/同生胶结巨大分野的铁含量边界条件等仍不清楚。华南地区中二叠世浅水碳酸盐沉积环境经历了陆源物质输入的大型旋回性变化，是研究铁对浅海碳酸盐沉积早期成岩作用（胶结/溶解）影响的理想层段。设计项目针对该层段铁含量特征、变化及其与早期成岩作用的关系，探索引起碳酸盐同生胶结/同沉积溶解作用分野的铁含量阀值范围及其影响因素，具重要的沉积学、古生态学和地层学意义。

铁元素作为地壳中丰度最高的元素之一，参与一系列的生物地球化学作用，对全球海洋的生物地球化学过程具有重要意义。如提高海洋原始生产力，中和硫酸盐还原作用产生的硫化物，通过抑制沉积物内的生物扰动来影响沉积有机质与孔隙水中溶氧的接触时间、进而影响磷循环和有机质埋藏。在碳酸盐沉积物早期成岩过程中，铁组分发生异化铁还原作用，其发育程度直接影响孔隙水的化学性质，进而影响钙质沉积物的胶结和溶解。.本项目重点针对四川广元上寺剖面和广西来宾铁桥剖面中二叠统地层，开展了系统的岩石磁学特征(8897个样品)、地球化学特征(156个样品)和成岩作用研究。测试结果表明：1）广西来宾铁桥剖面中二叠世碳酸盐岩地层中铁组分含量经历了一次明显的从多到少再增加的变化。栖霞组底部全铁(氧化物)含量多数位于0.5~1.1%之间，下部(H26层)含量降至500ppm至1000~2000ppm；至栖霞组中部(H64)普遍含量只有100-200ppm，显示了极低的铁含量(氧化物)；至栖霞组顶部-茅口组底部，铁含量再次上升至与H26相当的水平。2)铁组分含量与反映陆源碎屑物质输入的Al、Ti呈明显正相关，表明研究层段碳酸盐岩中的铁组分主要来源于陆源碎屑输入。3）岩石磁化率与Al、Ti含量和铁组分含量正相关，表明陆源物质的输入控制了地层剖面磁化率的变化，有效地表征了陆源碎屑物质的输入。即中二叠世华南地区经历了一次明显的陆源碎屑物质输入由多到少再增加的变化。.极低的陆源碎屑物质输入和极低的铁组分含量，导致沉积物孔隙水硫化、抑制了内栖生物的发育，促进了有机质的保存，形成了栖霞组海相烃源岩的物质基础。极低的陆源碎屑物质输入将导致孔隙水不饱和、钙质生物碎屑的溶解。而伴随陆源碎屑物质输入的铁组分的增加，通过异化铁还原，促进了碳酸盐饱和度的增加，有利于钙质生物碎屑的保存。在合适的条件下，保存为生物化石丰富的介壳层(BBC群落)。本次分析表明，铁组分含量约为0.8～1.0%才能够使得孔隙水有利于化石介壳的保存，低于该值时则孔隙水不饱和、钙质生物碎屑趋于溶解。高于该值的时候，碳酸盐沉积则因差异压实作用成为含泥质灰岩。.此外，本次研究对同期台地内部似球粒滩、台地边缘高能生物礁-滩的演化和早三叠世钙质巨型鲕粒的成因进行了深入解剖。