滇东碳酸盐岩风化壳地球化学及生物风化特征

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云南省独特的气候和地质条件,使得在滇东地区发育了广泛的红色碳酸盐岩风化壳。本文采用了元素地球化学、矿物学、扫描电镜、电子探针分析手段,综合研究了滇东典型的红土风化壳的物质来源、元素演化特征以及生物风化的广泛存在问题,同时对滇东的红色风化壳的矿物学特征、元素地球化学特征进行探讨,发现了铁钠指标(Fe/Na)作为碳酸盐岩风化壳研究的重要指示作用,并对地衣风化白云岩和铝铁矿石进行了细致的探讨。  对比研究了发育在灰岩上的3个红土风化壳和发育在白云岩之上的2个红土风化壳。通过对云南东部五个典型碳酸盐岩红色风化壳的元素地球化学、矿物学特征研究得到以下几点认识:  1、下伏基岩为白云岩的2个剖面和下伏基岩为灰岩的3个剖面,均发育了典型的红土层;根据Ti vs Al,Al vs Zr,Ti vs Zr,Nb vs Ti以及Mn/Al,Ca/Al,K/Al vs剖面深度,在滇东4个红色碳酸盐岩风化壳SL1,SL2,NGSL,GM剖面是原位风化剖面,三家村SJC红土剖面的红土物源不只是下伏基岩,其红土发育过程中可能经历了坡积作用。  2、虽然CIA的计算结果显示5个剖面的红土层风化程度很高,但是UCC标准化的K却都在红土层得到了富集,说明次生黏土矿物在云南特定的干湿交替气候下相对稳定。  3、REE球粒陨石标准化显示除了SJC的红土层有区别于基岩的Ce正异常的出现,但是整体上5个剖面的稀土元素分布模式均与各自的基岩相似,存在一定的继承特性。  4、基于迁移率的元素迁移结果显示,灰岩和白云岩发育的风化壳在元素迁移方面差异较大。三家村剖面的元素迁移特征、Fe vs Al关系异常、Ce正异常综合推断此剖面并非原位风化。  5、铁钠指标作为一个相关性极强的指标可以的应用于碳酸盐岩风化壳的研究,因为铁氧化物与U有较强的亲和性、氧化还原同步性,可以利用Fe/Na vs U二维图指示地层发育顺序。  6、通过Fisher典型判别分析方法,建立了一个新的适用于滇东碳酸盐岩风化壳的风化程度指标YC(Yunnan Carbonate),YC指标随着风化程度增强而减小,并且克服了CIA指标不能有效区分碳酸盐岩红土发育程度的缺陷。  通过元素含量变化和矿物学的结果分析,得出结论:化学风化在云南的架木革JMG粉状白云岩剖面中并非主要作用。本文着重对架木革粉状白云岩剖面、红舍克铝铁矿石及环形石生物风化进行了扫描电镜的系统研究,得到如下认识:  1、架木革半风化白云岩剖面从基岩到顶部,主要是受到地衣的生物破坏作用;地衣对白云岩剖面进行风化的可分为五个阶段;(Stage1):白云岩中因为易溶解矿物的溶解或者物理作用呈现出一些孔隙,(如图5-6所示,含Fe颗粒在基岩中风化后留下的孔洞),地衣菌丝就利用这些孔隙,进行机械破坏作用;(Stage2):地衣通过分泌有机螯合物等溶解晶体获取生命必需的营养成分;(Stage3):有机酸(H+)或菌丝呼吸作用产生的CO2进一步大量溶解白云岩晶体,使得孔隙越来越大;(Stage4):晶体被彻底溶解并破坏,导致地衣存在的区域出现较大的孔,地衣菌丝可以继续存在在大孔中(Stage4A)或者选择继续破坏其他区域,留下空洞(Stage4B);(Stage5):地衣破坏过的孔隙在物理、化学、生物因素作用下下被扩大为肉眼可见的小孔。  2、利用扫描电镜的线扫描方法,观测到了地衣与白云岩晶体之间的物质交换,认为铬是地衣进行生物侵蚀的重要媒介,既可以作为有机铬酸去溶蚀矿物,又可以将多余的铬酸以铁尖晶石的方式排除体外。  3、通过主量元素测定、扫描电镜等手段发现了白云岩风化过程中从母岩到风化前端Mg/Ca的下降趋势,以及在地衣作用下白云岩晶体的Mg/Ca变化趋势。  4、从红舍克环形石观测到底贝壳类铁钙质化石说明,红舍克地区曾经历了海相沉积并至今被完整的保留了下来,推测环形石的形成就类似于鹅卵石在浅海区域翻滚而形成的。
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