泥岩中稀土元素能否记录底层水氧化还原条件？——英格兰克利夫兰盆地普林斯巴阶-托阿尔阶（下侏罗统）及T-OAE事件的地球化学证据

为解决泥岩中稀土元素(REEs)是否能够有效记录古海洋底层水氧化还原条件这一关键科学问题，研究人员对英格兰克利夫兰盆地普林斯巴阶-中托阿尔阶连续沉积序列开展了系统的REE地球化学研究。通过对比现代海洋系统REE行为特征，结合多指标古环境重建，发现泥岩REE模式主要受矿物组成和粒度控制，而非底层水氧化还原条件。该研究否定了将泥岩REE作为古氧化还原指标的传统认识，为古海洋环境重建提供了重要方法论指导。

　　

在古海洋学和沉积学领域，准确重建地质历史时期的海洋氧化还原条件一直是科学家们面临的重大挑战。稀土元素(REEs)因其特殊的氧化还原敏感性，特别是铈(Ce)异常现象，长期以来被视为潜在的氧化还原代用指标。然而，关于泥岩中REE模式能否真实记录底层水氧化还原条件这一基本科学问题，学术界仍存在广泛争议。英格兰克利夫兰盆地保存了全球最完整的下侏罗统海相沉积序列，特别是记录了著名的托阿尔阶大洋缺氧事件(T-OAE)，为检验REE的古环境指示意义提供了理想材料。

由英国金斯顿大学Ian Jarvis领衔的研究团队，通过对克利夫兰盆地Dove's Nest钻孔岩芯的系统采样分析，结合现代海洋REE地球化学行为的系统梳理，开展了一项开创性的研究。这项发表在《Proceedings of the Geologists' Association》的重要工作，首次全面评估了从氧化到硫化（euxinic）的完整氧化还原序列中泥岩REE模式的变化特征。

研究人员采用了多学科交叉的研究方法：首先对钻孔岩芯进行高分辨率采样（n=276），利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)精确测定REE含量；建立详细的化学地层学框架，整合碳同位素(δ¹³C_org)、总有机碳(TOC)和主微量元素数据；通过PAAS标准化处理REE数据，计算Ce/Ce*等异常指标；结合统计学方法分析REE与沉积学参数的相关性；最后与现代海洋系统（如卡里亚科海盆和黑海）的REE行为进行对比验证。

研究结果揭示了几个重要发现：

1. 矿物组成控制：泥岩显示平坦的PAAS标准化REE模式，REE主要赋存于硅酸盐黏土矿物中。磷酸盐矿物（如碳酸盐氟磷灰石）的存在会导致显著的中稀土富集(MREE/MREE*)模式。
2. 粒度效应：普林斯巴阶较粗粒泥岩显示轻稀土(LREE)和重稀土(HREE)富集，而托阿尔阶细粒泥岩更接近现代河流黏土平均值(WRAC)。
3. 氧化还原不敏感性：从氧化(oxic)到硫化(euxinic)环境，泥岩REE模式未显示系统性变化，与TOC、Mo等氧化还原指标无显著相关性。
4. 异常特征：Ce异常(Ce/Ce*)与Mn含量呈弱正相关，但变化范围有限(0.89-1.14)，不能明确指示氧化还原条件。
5. 成岩影响：自生矿物（如菱铁矿、方解石胶结物）具有独特的REE指纹，但仅在高含量时显著影响全岩模式。

在讨论部分，作者强调这项研究对古环境重建方法学的重要修正。虽然现代海洋学观察证实水体REE分布对氧化还原变化敏感，但沉积记录中这一信号被陆源输入和成岩过程强烈改造。特别是磷酸盐矿物对MREE的选择性富集，可能反映孔隙水特征而非底层水条件。这一认识挑战了将泥岩REE作为古氧化还原指标的普遍做法，建议未来研究应结合矿物学分异和相态分析。

该研究的创新价值在于：首次在完整氧化还原序列中验证泥岩REE的指示意义；建立了沉积环境-矿物组成-REE模式的响应关系；为正确解读地质记录中的REE信号提供了理论框架。这些发现不仅适用于侏罗纪研究，对更古老地层和行星科学中的环境重建同样具有指导意义。研究同时指出，特定自生矿物（如磷酸盐、碳酸盐）的REE特征仍可能保留原始环境信息，但需要结合矿物学证据进行谨慎解读。