扬子陆块峡东地区新元古代沉积地层Ce同位素地层学研究

A significant transition for earth's evolution occurred during the period from the Neoproterozoic to Cambrian, coupled with highly influential events including cycling of glaciation-interglaciation, oceanic anoxic event, biological explosion and large-scale sedimentary mineralization. These events have been well-preserved in forms of sedimentary strata in the eastern Three Gorges, the Yangtze continental block, where is regarded as one of the best field area in South China for comprehensive studies on these global events. Therefore, these sedimentary strata thus are critical for our knowledge of the origin, nature and evolution of the events. Cerium is one of the two valence-variable rear earth elements, and variation in environmental redox condition may consequently result in variable extents of Ce anomaly and decoupled correlations between La-Ce and Sm-Nd isotopic systems; Elements Ce, Nd and Sr have distinct seawater resident times, their radiogenetic isotopes are thus extremely valuable in geochemical studies of tracing sedimentary provenance, variable time-scale mass balance of sedimentary basin and changes of depositional environment. Section profiles of the boundary strata of the Neoproterozoic Nantuo-Doushantuo Formations and the Neoproterozoic Dengying to Cambrian Shuijingtuo Formations occurring at the eastern Three-Gorges are to be taken as the subject of our study. Based on integrated Ce-Nd-Sr isotopes and trace- and major elemental analyses of the carbonatic- and fine-grained rocks of the boundary strata, the aims of this work is to depict the environmental signature and evolution trend of the sedimentary basin, characterize the sedimentary provenance and component affinities, and thus provide a new approach for exploring the origin, nature and correlation of these events.

地球的演化于新元古代-寒武纪时期发生了重大转折，发生了冰期-间冰期循环、缺氧事件、生物演化爆发和大规模沉积成矿等重大事件，而扬子陆块峡东地区以沉积地层的形式较完好地保存了这些重大事件的地质记录，是研究该重大转折期地质演化的理想地区。要了解这些具全球背景的重大环境事件成因、性质和演化，离不开对这些沉积地层的研究。Ce是稀土元素中具有可变价态的两个元素之一，环境条件的改变可导致Ce异常变化和La-Ce与Sm-Nd同位素体系间的脱偶现象；Ce-Nd-Sr具不同的海水居留时间，其放射成因同位素可对沉积盆地物质来源、不同时间尺度体系质量平衡和环境变化等进行有效示踪。本项目以峡东新元古代-寒武纪界线地层为研究对象，通过分析碳酸盐岩和细粒沉积岩的Ce-Nd-Sr同位素和元素组成，确定盆地环境性质及演化特征，分析沉积盆地源区端元物质组成和属性，为探讨地质事件的成因、性质和相互关系提供新的地球化学证据。

Ce属稀土元素(REE)，在自然界中具有相对稳定的地球化学性质，同时在地质作用过程中可因氧逸度的明显改变而发生变价，使得La-Ce同位素体系既具有高封闭温度同位素体系(与Sm-Nd体系类似)的定年和物质源区示踪性质，又具有应用于如识别强氧化-缺氧事件、伴随岩浆作用过程的区域地壳抬升事件等的明显优势。然而因La同位素组成和放射性衰变具特殊性，对La-Ce同位素体系的分析技术具较高要求，影响了其在地球科学领域的广泛应用。本项目以开展华南新元古代地质事件La-Ce同位素体系应用为主要内容，以位于鄂西峡东地区的南华-震旦纪地层和新元古代侵入岩为研究对象，开展和完成了以下三方面的工作：(1)通过对九龙湾-党家台路线剖面的选定，结合前人的研究成果，对南沱组-陡山组剖面和灯影组-水井沱组剖面进行了系统的样品采集和地球化学测试分析。研究表明，泥质岩地层Ce同位素组成具有与Nd同位素组成呈负相关的偶合关系，且变化范围明显大于后者，并指示碎屑岩的物源区主要为区域古下地壳；由南华系莲沱组至震旦系陡山沱组碎屑岩的ɛNd(t)值逐渐降低、ɛCe(t)值逐渐升高，反映沉积物中幔源物质的贡献逐渐增加，可能与新元古代早期华南陆块存在大规模幔源岩浆作用有关。本部分研究工作仍在进行之中；(2)对这些地层可能的沉积物源区即黄陵新元古代侵入杂岩进行了相应的研究，新元古代黄陵侵入杂岩的元素和Nd-Ce同位素地球化学特征显示，其岩浆作用伴随了明显的氧化过程，指示了区域构造演化以强烈的地壳抬升为特征，表明La-Ce同位素体系可作为示踪区域构造-岩浆事件性质的重要指示计；(3) 基于新元古代泥质岩多元同位素示踪所揭示存在显著幔源物质贡献的地球化学信息，对区内新元古代幔源岩浆作用进行了深入识别，研究成果不仅指示该期岩浆事件发生于源岩区相对缺水的区域构造背景，且证实了华南陆核区因新元古代地幔物质加入发生了显著的地壳增生，同时为识别造山-后造山过程幔源岩浆物质在沉积盆地中的存在，即盆-山偶合关系提供了研究新范例。