發布時間：2021-05-18所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 內容提要：下剛果盆地古近系Madingo組發育一套富有機質含磷泥巖，其上覆地層為Paloukou組粉砂質泥巖，下伏地層為Madingo組普通泥巖。應用薄片鑒定、掃描電鏡、能譜分析及面掃描等室內技術手段，對含磷泥巖、普通泥巖及粉砂質泥巖樣品進行了巖石學特征研究;在
內容提要：下剛果盆地古近系Madingo組發育一套富有機質含磷泥巖，其上覆地層為Paloukou組粉砂質泥巖，下伏地層為Madingo組普通泥巖。應用薄片鑒定、掃描電鏡、能譜分析及面掃描等室內技術手段，對含磷泥巖、普通泥巖及粉砂質泥巖樣品進行了巖石學特征研究;在樣品主量、微量及稀土元素測試的基礎上，分析含磷泥巖、普通泥巖及粉砂質泥巖沉積時期古海洋水體的氧化還原條件;通過相關性分析、聚類分析等數理統計的方法，探討研究區含磷泥巖沉積時期磷質來源及磷元素富集機制。研究結果表明：①含磷泥巖中微體古生物發育，以有孔蟲為主，磷酸鹽顆粒主要以膠狀集合體形式存在;②含磷泥巖沉積時期為分層氧化海洋環境，含磷泥巖Ce負異常特征主要與磷酸鹽礦物有關，攜帶Ce負異常特征的磷酸鹽礦物形成于表層氧化水體并在底層水中沉淀，而底層水為貧氧-缺氧環境，U和V等氧化還原敏感元素富集;③海相沉積巖中磷質來源包括陸源、熱液來源、生物來源、空源和宇宙源等幾種類型，分析認為生物來源是研究區含磷泥巖中磷質的主要來源;④生物在含磷泥巖磷元素富集過程中起到間接作用，主要受生物量和氧化還原條件的影響。生物既是磷質來源，又改變介質的氧化還原條件，使磷元素從含磷有機化合物中釋放出來并沉淀富集。
關鍵詞：下剛果盆地;Madingo組;含磷泥巖;成因;沉積學
微量元素是一種重要的地球化學示蹤劑，對指示沉積環境及沉積物的物質來源等具有十分重要的示蹤作用(YangJinghongetal.，2007)。對于海相沉積，微量元素普遍認為是追蹤水體氧化還原條件變化的良好工具，可以利用沉積巖中氧化還原敏感微量元素含量、微量元素比值及稀土元素Ce/Ce*比值來重建古海洋沉積環境的氧化還原狀態(ChangHuajinetal.，2009)。
相關期刊推薦：《地質學報》1922年創刊，為學術性刊物。刊登地質學及其相關學科的領域的研究成果，涉及地層學、古生物學、礦物巖石學、地球化學、構造地質、水文地質、第四紀地質等方面。讀者對象為地質科學研究人員及地質院校師生。設有：研究報告、文獻綜述、簡報、專題研究四個欄目。
關于磷塊巖成因研究經歷了以下幾個階段：①“生物成因”說認為磷塊巖由生物遺體堆積而成，但由于論證不足，處于假說和推理階段(DongyeMaixing，1992);②“化學成因說”是Kazakov提出的，認為富含P2O5的深層水隨洋流上升至淺海期間，由于溫度升高、壓力降低，磷酸鹽溶解度降低而以無機化學方式沉淀下來(DongyeMaixing，1992;MiWentian，2010);③O’Brienetal.(1981)和YeLianjunetal.(1989)等發展了Kazakov的洋流上升理論，肯定了生物成磷作用，而摒棄了無機成因。實驗證明海水中磷酸鈣是不飽和的，而且Mg2+的存在抑制磷灰石的沉淀(Nathanetal.，1976)，磷塊巖難以從海水中直接沉淀。Батурио(1985)通過實際觀察現代上升洋流活動區的磷結核，深入系統地分析了上升洋流對磷塊巖形成作用的影響，總結了“生物-成巖-成磷”模式，認為磷塊巖的形成包括生物吸收、沉積分解、成巖作用直至物理富集的過程。④隨著DSDP/ODP在古海洋學領域取得的研究進展，海洋磷循環的研究逐漸被重視，系統地從C-N-P-O等元素循環來解釋成磷現象成為趨勢(Algeoetal.，2007;Mortetal.，2007)。
下剛果盆地古近系Madingo組上段發育一套以含磷泥巖為主體的富有機質細粒巖，是下剛果盆地鹽上海相烴源巖的主力層位。前人對該套海相烴源巖已進行了一定程度的研究，但研究內容主要集中于烴源巖的巖相特征、有機地球化學特征以及分析烴源巖發育的控制因素等幾個方面(CaoJunetal.，2014;JiShaocongetal.，2017)，對于Madingo組上段含磷泥巖這套特殊地層的沉積環境及形成機制的研究較為欠缺。因此，本文通過分析研究區Madingo組含磷泥巖及其下伏Madingo組普通泥巖、上覆Paloukou組粉砂質泥巖的主量、微量和稀土元素地球化學特征，對該地區Madingo組含磷泥巖沉積時期水體氧化還原條件進行了研究，并探討了Madingo組含磷泥巖磷質來源及磷元素富集機制。
1區域地質概況
下剛果盆地位于南大西洋非洲西海岸，是西非被動大陸邊緣系列含鹽盆地之一，北部以馬永巴高原與加蓬盆地相鄰，南部以安布里什高原與寬扎盆圖1下剛果盆地位置及A井地層柱狀圖Fig.1LocationofLowerCongoBasinandstratigraphiccolumnofwellA(a)—下剛果盆地位置;(b)—A井地層柱狀圖(a)—LocationoftheLowerCongoBasin;(b)—stratigraphiccolumnofwellA地相鄰，東部以前寒武系基底露頭和變質沉積物為界，西部邊界以洋殼的出現為標志，A井位于下剛果盆地中部(圖1)。晚侏羅世，隨著岡瓦納大陸的裂解，非洲和南美洲大陸開始分離。受南大西洋裂谷作用和持續漂移的控制，盆地經歷了晚侏羅世-早白堊世Aptian期裂谷階段、早白堊世Aptian期過渡階段和早白堊世Aptian期以后的漂移拗陷階段3個階段。Aptian期，受持續的海侵及干旱氣候的影響，形成了廣泛分布的鹽巖層。受漂移拗陷階段南大西洋不斷擴張的影響，Madingo組沉積時期，下剛果盆地過渡到半封閉的海洋環境，在陸架背景下發育高有機質豐度的海相泥巖，是下剛果盆地最重要的一套海相烴源巖。Paloukou組沉積時期，西非陸上遭受抬升剝蝕，大量陸源碎屑搬運至深水盆地形成規模不等的深水濁積扇(ZhengYingzhao，2012)。
2樣品與實驗
本次研究所需樣品采自下剛果盆地A井Madingo組和Paloukou組，共29個巖屑樣品，其中Madingo組普通泥巖9個樣品，含磷泥巖10個樣品，Paloukou組粉砂質泥巖10個樣品。所有樣品均用瑪瑙研缽無污染粉碎至200目以上，由中國地質大學(武漢)生物地質與環境地質國家重點實驗室分別進行主量元素和微量元素(包括稀土元素)測試。所有樣品均制作成普通薄片，在光學顯微鏡下進行顯微巖石構造、礦物組成及古生物分析。將典型樣品制作成電子探針片，通過背散射、能譜分析、面掃描等技術方法進行研究，由中國地質大學(武漢)地質過程和礦產資源國家重點實驗室完成。主量元素含量由XRF-1800波長掃描X射線熒光光譜儀進行測定，首先將樣品在烘箱中105℃下烘干2小時，再以45Li2B4O7+10LiBO2+5LiF為混合熔劑、NH4NO3和LiBr為分析純試劑，將烘干的樣品在高頻熔融爐1000℃下熔融制片，最后采用XRF-1800波長掃描X射線熒光光譜儀進行測定，測試功率2500W，儀器恒溫35℃。
微量元素(包括稀土元素)含量由儀器ICP-MS(Agilent7700X)進行測定。用于ICP-MS分析的樣品處理如下：①準確稱取粉末樣品50±1mg置于Teflon坩堝中;②用1～2滴高純水潤濕樣品，然后依次加入1mLHNO3和1mLHF;③將Teflon坩堝放入鋼套，擰緊后置于烘箱中于190±5℃加熱48h以上;④待溶樣彈冷卻，開蓋后置于電熱板上(115℃)蒸干，然后加入1mLHNO3并再次蒸干(保證Teflon坩堝壁無液體，如有黑色懸浮物，則蒸干后加入1～2滴HClO4，再次蒸干);⑤加入3mL30%HNO3，再次將Teflon坩堝放入鋼套，擰緊后置于烘箱中于190±5℃加熱12h以上;⑥將溶液轉入聚乙烯料瓶中，并用2%HNO3稀釋至約100g后，密閉保存以備ICP-TOF-MS測試。
3巖石學特征
鏡下觀察可知，粉砂質泥巖顏色較淺，以灰黃色、灰色為主。礦物成分以黏土礦物為主，可見大量的粉砂級的陸源碎屑顆粒均勻分布(圖2a、b);含磷泥巖中可見大量的微體古生物化石，以有孔蟲為主，形狀以圓形、橢圓形為主，大小介于50～200μm之間。可見少量的黏土-粉砂級的陸源碎屑石英、長石顆粒零星分布(圖2c)。磷酸鹽顆粒主要以膠狀集合體形式存在，形狀不規則，大小介于100～200μm之間，缺少生屑磷酸鹽顆粒(圖2d)。從能譜圖可知，磷酸鹽顆粒成分以磷、鈣元素為主，氧元素次之，面掃描可知磷酸鹽顆粒成分均勻(圖3);與粉砂質泥巖相比，普通泥巖顏色較深，以灰色、灰黑色為主。礦物成分以黏土礦物為主，可見黏土-粉砂級的陸源碎屑石英、長石顆粒均勻分布，未見古生物化石(圖2e、f)。
4地球化學特征
4.1主量元素
含磷泥巖的P2O5含量較高，介于0.50%～1.42%之間，平均含量為0.95%，且隨著深度增加逐漸降低。而粉砂質泥巖和普通泥巖的P2O5含量均較低，平均含量分別為0.27%和0.35%;不同巖性之間TiO2、Al2O3和CaO含量也具有明顯的差別，粉砂質泥巖的TiO2含量(0.57%，平均含量，下同)高于含磷泥巖的TiO2含量(0.35%)和普通泥巖的TiO2含量(0.46%)，粉砂質泥巖的Al2O3含量(18.80%)高于含磷泥巖的Al2O3含量(9.99%)和普通泥巖的Al2O3含量(10.52%)，而粉砂質泥巖的CaO含量(1.57%)低于含磷泥巖的CaO含量(10.36%)和普通泥巖的CaO含量(5.60%)(表1)。
4.2微量元素
微量元素富集系數計算公式為：EF(元素X)=(元素X/Al)樣品/(元素X/Al)平均頁巖，若EF>1，表示元素X相對平均頁巖富集，若EF<1，表示元素X相對平均頁巖虧損。
計算結果表明，微量元素富集系數EF在不同巖性之間及含磷泥巖內均存在明顯差異，其中U、V、Cr、Ni、Cu和Zn元素具有相似的變化規律，不同巖性之間表現為EF(含磷泥巖)>EF(普通泥巖)>EF(粉砂質泥巖);在含磷泥巖內具有明顯兩分的特征，其中S-11～S-17樣品P2O5含量相對較高，平均值為1.12%，U、V、Cr、Ni、Cu、Zn元素富集系數也相對較高，平均值分別為5.34、13.97、3.99、2.76、3.11和8.38，而S-18～S-20樣品P2O5含量相對較低，平均值為0.56%，U、V、Cr、Ni、Cu、Zn元素富集系數也相對較低，平均值分別為2.97、3.38、2.88、1.56、1.75和4.16。
另外，微量元素比值U/Th、Ni/Co和V/Cr與U、V等元素富集系數的變化規律一致，不同巖性之間含磷泥巖元素比值最高、普通泥巖次之、粉砂質泥巖最低，在含磷泥巖內與S-18～S-20樣品相比，S-11～S-17樣品的元素比值明顯較高(表2)。
4.3稀土元素
稀土元素分析結果表明，不同巖性樣品的∑REE(稀土元素總量)差別很大，粉砂質泥巖的∑REE最高，介于194.10×10-6～240.54×10-6，平均值為214.37×10-6，普通泥巖次之，介于160.03×10-6～180.25×10-6，平均值為169.92×10-6，含磷泥巖的∑REE變化較大，介于111.26×10-6～195.88×10-6(表3)。由稀土元素配分曲線圖可以看出，粉砂質泥巖輕稀土(LREE)富集，重稀土(HREE)虧損，無或具有弱的Ce負異常，Eu正異常明顯(圖4a);含磷泥巖具有明顯的Ce負異常和Eu正異常(圖4b-c);普通泥巖Ce無明顯異常，Eu正異常明顯(圖4d)。
本文采用的Ce異常和Eu異常定量計算的公式(YaoChunyan，2009)分別為：Ce/Ce*=3CeN/(2LaN+NdN)，Eu/Eu*=2EuN/(SmN+GdN)，式中N指北美頁巖標準化值(Haskinetal.，1966)，Ce/Ce*(Eu/Eu*)>1指示Ce(Eu)正異常，Ce/Ce*(Eu/Eu*)<1指示Ce(Eu)負異常。——論文作者：季少聰1)，楊香華2)，朱紅濤2)，康洪全3)
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