【摘 要】
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为探讨了早寒武世古海洋的氧化还原状态,我们对鄂北神农架地区早寒武世水井沱组地层中的黑色页岩开展了详细的主量元素和微量元素含量、总有机碳含量和有机碳同位素、无机碳—氧同位素、全岩Re-Os同位素和Mo同位素研究,并改进了传统的富有机质沉积岩Re-Os同位素分析的溶样方法。传统的逆王水溶样方法不能选择性地溶解出有机质中的Re-Os元素,为此我们引入纯硝酸溶样方法,并通过实验确定了最合适的溶样温度为23
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为探讨了早寒武世古海洋的氧化还原状态,我们对鄂北神农架地区早寒武世水井沱组地层中的黑色页岩开展了详细的主量元素和微量元素含量、总有机碳含量和有机碳同位素、无机碳—氧同位素、全岩Re-Os同位素和Mo同位素研究,并改进了传统的富有机质沉积岩Re-Os同位素分析的溶样方法。传统的逆王水溶样方法不能选择性地溶解出有机质中的Re-Os元素,为此我们引入纯硝酸溶样方法,并通过实验确定了最合适的溶样温度为230℃和溶样时长为24小时。在此条件下,纯硝酸溶样能够保证充分氧化有机质中Re-Os元素并且尽量避免硅质碎屑中Re-Os元素的溶出。为了得到神农架地区水井沱组黑色页岩准确的沉积年龄,我们对比纯硝酸溶样和传统逆王水溶样的Re-Os同位素分析结果,揭示黑色页岩采样时不仅要注意样品沉积环境的变化,尽量选取沉积环境稳定的样品,而且要注意采样间隔,不能过大,也不能过小。水井沱组黑色页岩样品初始187Os/188Os比值变化范围为0.627～1.799（假设沉积年龄为520 Ma）,初始Os同位素不均一,导致该层位样品的Re-Os同位素数据无法得到等时线,从而未能通过Re-Os同位素的方法获得该组地层的沉积年龄。通过无机碳同位素δ13Ccarb同位素变化对比与前人火山凝灰岩夹层锆石U-Pb年代学研究结果总结,我们认为该地层的沉积年龄为515～526 Ma。水井沱组黑色页岩样品无机碳同位素出现两次正偏,两次负偏。通过对比水井沱组样品的碳同位素数据与其他典型早寒武世剖面碳同位素变化序列,我们认为最后一次的碳同位素正异常可能对应于第二阶上部的碳同位素正异常CARE,对应于澄江生物群的爆发。基于区域氧化还原指标,我们将水井沱组地层划分为底部和上部两段（Ⅰ段和Ⅱ段）。Ⅰ段地层整体具有低的δ13Corg值（-31.80‰～-29.70‰）,显示较高的TOC含量（平均值为2.9±1.0 wt.%）和较高的氧化还原敏感性元素含量（平均值:U:18.6±5.4ppm、V:1023.6±344.2 ppm、Mo:43.6±18.6 ppm和Re:40.4±30.9 ppb）,以及较高的V/Cr、Ni/Co、V/（V+Ni）比值（平均值分别为15.78±3.50、15.60±4.40和0.87±0.06）和Mo-U元素富集指数比值(MoEF/UEF,平均值为5.1±1.6),表明Ⅰ段地层主要沉积于还原水体中。相比之下,Ⅱ段地层表现出较低的δ13Corg值（-28.70‰～-25.90‰）、TOC含量（平均值为1.6±0.6 wt.%）和氧化还原敏感性元素含量（平均值:U:4.8±1.5 ppm、V:135.0±47.8 ppm、Mo:12.8±6.5 ppm和Re:10.0±5.4 ppb）,以及较低的V/Cr、Ni/Co、V/（V+Ni）（平均值分别为2.08±0.48、5.74±1.75和0.72±0.06）和MoEF/UEF比值（平均值为4.7±1.6）,表明Ⅱ段地层主要沉积于氧化水体中。MoEF-UEF数据同样显示,从Ⅰ段到Ⅱ段,该套地层的沉积环境从还原环境逐渐演化为次氧化环境。Mo含量与TOC值数据揭示Ⅰ段地层沉积于开放—半开放的大陆边缘盆地。水井沱组Ⅰ段地层显示两次Mo同位素正偏,表明沉积水体在还原条件下经历了两次有限的脉冲式的增氧事件。Ⅰ段地层δ98Mo值整体缓慢升高显示沉积水体由底部至顶部还原强度逐渐减弱。
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