在喀斯特和裂谷环境中发生的多阶段铝土矿化作用（早白垩世，西班牙西南部伊比利亚盆地）：一种跨学科的研究方法

《Sedimentary Geology》：Multi-episodic bauxitization in a karstic and rifted setting (early cretaceous, South-western Iberian Basin, Spain): An interdisciplinary approach

铝土矿作为重要沉积档案，其形成与区域构造演化密切相关。本研究以西班牙Cuenca地区晚白垩世-早侏罗世铝土矿为例，通过矿物学、沉积学及古土壤分析，揭示多阶段成矿过程：早期构造稳定期发育原地铝土化（高岭土+拜沸石），晚期裂谷期因差异沉降导致再沉积及氧化作用叠加。发现铁质微结壳、裂隙充填及书型高岭土等典型特征，建立五阶段成矿模型（稳定期-裂谷期转换-再沉积-氧化-碳酸盐沉积），为复杂构造环境下的铝土矿成因提供新证据。该模型整合了构造活动、古气候（热带湿润）及水文条件（水位波动）的多因素控制机制。

　　在本文中，我们探讨了西班牙中部的Cuenca区域的红土沉积物，它们作为地质演化的重要沉积记录，揭示了该地区在晚侏罗纪至早白垩纪的裂谷期所经历的古气候、古地理和地壳动力学过程。通过对这些红土沉积物的多学科分析，我们能够重建其形成过程，并揭示其在区域地壳演化中的意义。红土沉积物不仅记录了古气候的变化，还为理解复杂地质背景下的古地理和地壳演化提供了关键信息，即使在沉积记录不完整或看似同质的环境中也是如此。

红土沉积物是宝贵的沉积记录，它们能够反映出沉积环境的动态变化。这些沉积物中保存的古土壤剖面显示了多阶段的沉积、再沉积、侵蚀、土壤形成和红土化过程，这些过程与地壳活动密切相关。红土沉积物中的书本状高岭土聚集、铁质球粒和球粒以及土壤层的存在，表明红土化过程可能发生在原位。另一方面，破碎的球粒和球粒、碎裂结构以及红土C层的存在，也显示出一定的再沉积作用。自生的氧化铁矿物表明了红土化过程的最佳条件，而沉积物顶部的铁质壳层和土壤层则可能代表了后期的铁化阶段。此外，还记录了一个随后的高岭土化阶段，可能是由富含二氧化硅的流体渗透所致。

通过整合地层学、沉积学和矿物学数据，我们识别出了红土沉积物形成的连续阶段，这些阶段由区域地壳演化所塑造。提出的地层和土壤形成模型增强了研究结果的区域意义，并使得对地壳演化相对时间序列的精确定义成为可能。这些结果强调了红土沉积物作为古气候指标的潜力，同时也展示了它们在复杂地质环境中重建古地理和地壳条件的强有力工具。即使在缺乏传统沉积记录的背景下，这些沉积物也能提供有价值的信息。

在Serranía de Cuenca地区，发现了大量的红土露头。此前的研究表明，该区域有自己的古地理演化过程，与南西伊比利亚区域的其他子区相比更为独特。这体现在一个显著的沉积间断面上，即上侏罗纪与下白垩纪之间的断层。从Tithonian末期到Barremian早期，Cuenca区域经历了一个长期的区域沉积间断，这与相对地壳稳定性和有限的沉降有关。从晚Barremian开始，同沉积地壳活动重新激活，标志着Cuenca盆地的正式形成。这个盆地由一系列半地堑和地堑组成，沉积物是在拉伸地壳条件下形成的，包括本文研究的红土沉积物。

在多学科方法的框架下，结合该区域的特殊性，我们提出了两个红土露头的分析结果，它们位于伊比利亚山脉的Cuenca区域，是该地区地壳动力学和古地理演化重建的关键。这些露头揭示了从晚侏罗纪地壳稳定到晚Barremian形成高度分隔的同沉积盆地的演化过程。研究的露头保留了在喀斯特化环境中形成的古土壤的卓越记录，这些环境的变化受到地壳活动的控制。通过研究这两个露头，我们识别出了一系列从上侏罗纪到下白垩纪的连续形成阶段。对每个阶段相关土壤类型进行的详细表征揭示了诸如地壳稳定、差异沉降、侵蚀、沉积再搬运以及水位波动等过程的印记，这些过程记录在红土剖面的矿物学、结构和水文演变中。

此外，两个露头之间的相关性和从局部尺度得出的结论加强了这一序列的区域有效性，并允许对控制这一序列的地壳活动时间线进行精确的相对年代划分。这项工作强调了红土沉积物的巨大潜力，不仅作为气候指标，还作为有价值的地层和土壤记录，使其成为解读长期古地理和地壳过程的有力工具，即使在常规沉积记录不可用的情况下也是如此。

本研究的主要目标是通过综合的多学科方法，对Cuenca区域两个露头中的红土沉积物形成和演化阶段进行表征。为此，结合了矿物学、结构、地层学和土壤形成分析，并将其整合在已知的局部和区域古地理演化框架中，主要从地壳、气候和古环境的角度进行探讨。

在Serranía de Cuenca地区的两个红土露头进行了详细的实地测绘、记录和取样。记录和取样的层次包括红土沉积物所在区域以及其上覆的湿润碳酸盐沉积物。对这些露头的床层进行了厚度、岩性、颜色、结构和沉积结构的研究，并进行了代表性的取样，以进行进一步的沉积和矿物学分析。总共取样了48个样本：31个来自Fuente La Teja露头，17个来自Los Aliagares露头。

通过X射线衍射（XRD）对样本的矿物组成进行了分析。在Fuente La Teja露头的0到17米处，矿物组成主要由高岭土（25-70%）、赤铁矿（13-54%）、针铁矿（<5-32%）和 Boehmite（17-38%）组成，其中还有少量的二氧化钛（如金红石或锐钛矿）和二氧化硅。相比之下，Fuente La Teja露头的17-19米处主要由方解石（48-50%）、高岭土（30-34%）和针铁矿（6%）组成，其中还有少量的伊利石相、金红石、二氧化硅和 Diaspore（<5%）。另一方面，Los Aliagares露头的粘土层中高岭土含量较高，达到40-43%，而 Boehmite则完全缺失。针铁矿和赤铁矿在这些粘土层中也存在，但含量较低，约为11-38%。此外，二氧化钛和二氧化硅在这些粘土层中也有所体现，而 Boehmite则完全缺失。

在Fuente La Teja和Los Aliagares露头的粘土层中，我们观察到了高岭土的书本状聚集，以及针铁矿和赤铁矿的微裂缝和微腔体。这些特征表明了红土化过程的自生性，因为它们可能不会在长时间的搬运过程中保存下来。这些矿物组合在世界各地的自生红土中也有所描述，因此我们的观察表明，这两个露头中至少发生了一次自生红土化过程。

在两个露头的粘土层中，观察到了大量的针铁矿和赤铁矿组成的球粒。这些球粒通常具有椭圆形的形态，核部的矿物组成与粘土层的基质相似，而壳部则由铁质组成。这些特征表明了球粒的自生性和与粘土层的同步形成。这些球粒通常具有较少的破碎，但有时也会发现微小的碎片。在某些情况下，球粒周围会形成一层薄薄的、淡黄色的壳部，这可能表明了球粒形成过程的初始阶段。此外，在球粒的核部中，有时可以观察到来自其他球粒的碎片，这表明了某些程度的搬运和再沉积。

在Fuente La Teja露头的土壤类型1和2中，我们发现了Boehmite的存在。虽然在FESEM图像中未观察到Boehmite，但EDS分析表明它与高岭土和针铁矿等矿物共同存在，因此可能是在红土化过程中形成的。这表明了红土化过程的更强烈作用，可能与更稳定地壳活动有关。针铁矿和赤铁矿在粘土层的基质和球粒的核部中以微小的异形晶体形式存在，这表明了这些矿物的自生性。然而，这些相位也以间生的方式存在于高岭土的书本状聚集体中，有时会取代高岭土的薄片。这一特征表明了针铁矿和赤铁矿的后期沉淀与高岭土的形成过程有关。此外，这些间生相位似乎与基质中的微裂缝和宏观的滑动面有关，这些滑动面由铁氧化物和氢氧化铁填充。这可能表明了广泛的铁再迁移和浓度过程。

总体而言，红土化过程主要由化学作用主导，并发生在温暖湿润的气候条件下，如热带或亚热带地区。这些红土沉积物的形成可能与晚白垩纪的伊比利亚山脉的气候条件有关。此外，多方面的沉积学证据表明，Cuenca盆地在晚白垩纪经历了季风气候，这导致了有限的水供应和较高的蒸发率。然而，根据本研究的结果，红土沉积物的形成过程在Tithonian到Barremian期间可能经历了较长的有利气候阶段。

在两个露头中，我们观察到了一系列的沉积和土壤特征，这些特征表明了红土沉积物的形成过程和时间序列。通过整合这些特征，我们提出了一个关于红土沉积物形成的地质模型，该模型反映了在不同的地壳演化阶段中发生的多阶段过程。通过将这一模型与该地区的古地理演化进行比较，我们能够确定红土沉积物形成的时间框架。

在研究过程中，我们观察到的红土沉积物的形成过程和时间序列表明了地壳活动和气候条件的相互作用。在Cuenca区域，红土沉积物的形成过程可能受到地壳活动的控制，尤其是在晚Tithonian到早Barremian期间，该区域经历了相对的地壳稳定性和较高的水供应。在这些阶段，红土沉积物可能是在稳定地壳条件下形成的，随后在晚Barremian期间，随着地壳活动的重新激活，红土沉积物的形成过程可能发生了变化。

研究的红土沉积物显示了多阶段的形成过程，这些过程受到地壳活动和沉积环境的控制。在Fuente La Teja露头中，红土沉积物的形成过程可能经历了多个阶段，包括早期的红土化、后期的铁化和可能的高岭土化。这些过程可能在不同的地壳活动阶段中发生，并且在沉积过程中相互作用。

此外，红土沉积物的形成过程可能受到气候条件的影响，如季风气候和降雨模式的变化。这些变化可能导致了红土沉积物的形成和再搬运。在某些情况下，这些气候条件可能与地壳活动有关，如地壳沉降和抬升。这些气候条件可能在红土沉积物的形成过程中发挥了重要作用，尤其是在地壳活动频繁的时期。

综上所述，通过对Cuenca区域的红土沉积物的详细研究，我们能够揭示其形成过程和时间序列，以及其在区域地壳演化中的意义。这些红土沉积物不仅提供了关于古气候的重要信息，还展示了它们在复杂地质环境中作为古地理和地壳演化记录的潜力。因此，红土沉积物可以被视为一种重要的地质记录，它们能够帮助我们更好地理解地壳活动和气候条件对沉积过程的影响。