南海大洋红层成因机制及其记录的古海洋信息

IODP 349 discovered oceanic red bed in the South China Sea (SCS) for the first time, which covers oceanic basalts directly and records paleo-ocean information after the seafloor spreading. It is considered the oceanic red bed results from oceanic oxygen-enriched event. But we find the oceanic red bed in the SCS and Sanshui Basin covers magmatic rock directly and propose that geothermal temperature plays an important role in the formation of oceanic red bed, expanding the research for the geological significance of red beds. We aim to conduct an experiment to simulate the sediment reddening in the different sedimentation and diagenetic environment, reveal the control action of temperature and oxygen-fugacity to oceanic red bed colours formation and output, occurrence state and colourations, elaborate the necessary and optimum conditions of hematite formation, provide theoretical basis for control facts of the oceanic red bed. We also compare the oceanic red bed in the SCS with the overlying non-red sediment and Sanshui continental red beds, conduct research on petrology, mineralogy and geochemistry, use inclusion temperature method to fill the gap of red layer temperature data, figure out the relationship of oceanic red bed and magmatic thermal event, reveal the genetic mechanism and paleo-ocean information in the SCS. With the information, we can analysis the oceanic red bed effect on the geological thermal events, paleo-environmental changes and seafloor spreading and consider the control factor of oceanic red bed and its geological significance with a fresh perspective.

IODP349航次首次在南海发现大洋红层，直接覆盖于大洋玄武岩之上，记录了海底扩张结束后重要的古海洋信息。普遍认为大洋红层是大洋富氧事件的结果，然而我们发现南海与三水盆地红层都直接上覆于岩浆岩，基于前期研究提出地热温度对红层形成具有重要作用的新认识，为红层地质意义研究拓展了思路。拟设计实验模拟沉积物在不同沉积-成岩环境中变红的过程，量化揭示温度和氧逸度条件对红层色素形成方式与产量、以及赋存状态与染色效应等特征的控制作用，阐述赤铁矿形成所必要和最佳条件范围，为重新认识红层控制因素提供理论依据；将南海大洋红层与上覆非红沉积、三水陆相红层对比，开展系统的岩石学矿物学与地球化学研究，利用包裹体测温法填补红层测温数据的空白，挖掘红层与岩浆热事件的关系，揭示南海大洋红层成因及其记录的古海洋信息，探讨南海红层对地质热事件、古环境变迁或海底扩张等重大地质事件的指示意义，以新的角度思考红层成因及其地质意义。

南海东部次海盆U1434站位大洋红层与南海北部陆缘红层相似，直接覆盖于大规模岩浆岩之上；西北次海盆U1499站位位于洋-陆过渡带附近，覆盖于厚层砾岩之上；二者处于不同的构造位置和下伏地层环境之中，因此我们分别探讨了U1434和U1499站位大洋红层致色机制及其沉积-成岩环境。为给海相红层成因研究提供参照和指导，采集了南海北部陆缘红色-非红色沉积样品进行系统分析，并且设计了氧逸度实验和地热温度实验以模拟沉积－成岩过程中相应要素对红层色素形成的控制作用，进而开展海相与陆相、红色与非红色沉积、以及实测与实验样品的详细对比研究。我们对沉积物样品的全岩主量与微量元素含量以及不同价位铁元素含量进行测定，分析沉积物物源特征以及沉积-成岩过程中水体氧化还原环境；结合漫反射光谱分析了铁氧化物赋存状态及其致色效应；通过沉积物碳氧同位素分析，判断其是否经历过后期热液改造作用；利用红层锆石(U-Th)/He热年代学数据分析其成岩温度特征；收集沉积物粒度、粘土矿物含量与堆积速率分析数据，探讨红层沉积动力学特征。研究结果揭示自生赤铁矿是红层的主要致色矿物；确定了南海北部陆缘红层起源于高地热温度作用；U1434站位沉积物铁元素赋存状态及其致色效应与北部陆缘红色-非红色沉积、地热温度实验样品相似，暗示其红层可能起源于沉积－成岩阶段的高地热温度作用；U1499站位早中新世红层发育于开放海盆，太平洋深层水的输入为南海北部底层水提供了游离氧而形成稳定产出的红层，中-晚中新世“红-绿”韵律沉积则主要受控于冰期/间冰期旋回对当时东亚季风以及太平洋深层水和南极底层水强弱变化的控制。