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蓟县下马岭组菱铁矿的成因及古海洋意义

张衎  朱祥坤  
【摘要】:蓟县铁岭子村附近新出露的下马岭组下部黑色岩系中富含菱铁矿,对这些菱铁矿形成机制的认识直接关系到对下马岭期乃至中元古代古海洋氧化还原状态和地球化学性质的判断。文中利用碳同位素对其成因加以制约,进而反演该时期的古海洋环境。结果显示,研究区菱铁矿的δ~13 C的变化范围为-19.2‰~-7.8‰,平均约-15.0‰,明显富集碳的轻同位素。根据自然界中不同碳库的碳同位素组成特征,判定这些菱铁矿中的碳主要来源于有机碳。虽然海洋中大量有机质被氧化释放出富12 C的CO_2溶解于海水后可直接沉淀出轻同位素富集的碳酸盐岩,但这往往要求极端氧化的水体环境,而这种情况下并不能形成菱铁矿沉淀,因此认为研究区菱铁矿应是成岩过程中由有机质降解产生的CO_2与孔隙水中的Fe~(2+)结合的产物。海洋中的铁首先以氧化铁或氢氧化铁的形式沉淀下来,并与有机质一起埋藏于海底缺氧带中,后在成岩过程中发生氧化还原反应,三价铁作为氧化剂氧化有机质使之生成CO_2,有机质则作为还原剂将三价铁还原为二价铁,二者结合即构成菱铁矿。同时,有机质热脱羧反应提供的CO_2保证了更多的二价铁以菱铁矿的形式保存在地层中。海洋中铁的沉淀形式表明,至少在燕辽海盆,下马岭期古海洋已呈现广泛氧化状态,其氧化程度足以将海洋中的铁氧化为三价铁。同时,地层中的硫含量极低,说明该时期古海洋贫硫。然而下马岭期燕辽海盆广泛氧化、贫硫的古海洋特征不同于传统的分层海洋模式,对此有必要进行更深入系统的研究。

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