综述：对巴拉圭上二叠统Tacuary地层中裸子植物木材的光谱学和扫描电子显微镜-能谱（SEM-EDS）研究

《Journal of South American Earth Sciences》：Spectroscopic and SEM-EDS studies of gymnosperm wood from the Upper Permian Tacuary Formation, Paraguay

本研究对阿根廷瓜亚拉省Arroyo Vino地区上二叠统Tacury Formation的树化石进行了矿物学与物化特性分析，采用SEM-EDS、CRS及GIS等方法，发现硅质矿物α-石英、moganite及重金属矿物（Fe, Ni, Cr等），揭示矿物化过程与古环境的关系，为东帕拉圭地区古气候及古生物地理研究提供依据。

　　

摘要

本文对来自塔库阿里组（上二叠统）的石化木的矿物学研究和物理化学特性进行了分析，样本取自瓜伊拉省的阿罗约维诺地区。研究方法包括现场观察、采样、宏观观察、岩石学显微镜观察、配备能量分散X射线光谱仪（EDS）的扫描电子显微镜（SEM）分析、共聚焦拉曼光谱（CRS）以及地理信息系统（GIS）的应用。研究识别出了硅酸盐和重金属矿物的多形体，并检测到了铁、镍、铬以及微量的锶、锗、铼等过渡金属的存在。此外，还从瓜伊拉盆地的角度解释了塔库阿里组化石木的矿化过程，旨在探讨古植物学特征、推断古环境、东帕拉圭地区的古气候，并阐明该类群的古生物地理分布。

引言

本研究的目的是展示对塔库阿里组裸子植物木质部分的矿物学研究结果。这是首次对帕拉圭二叠纪木材进行矿物学和物理化学特性的系统分析。研究地点阿罗约维诺发现了包括Australoxylon texeirae在内的木段。采用材料与方法部分所述的方法对样品进行了多种矿化现象的分析。这项研究的意义在于揭示了化石材料中的硅化作用，提供了关于沉积环境、成岩作用的信息，并探讨了其作为古环境指标的潜在价值。

关于石化木矿物学的研究包括Mitra和Sen（1956年）的研究，他们利用X射线衍射技术分析了印度比哈尔邦二叠纪地层中的Araucarioxylon (Dadoxylon)属植物；Mitchell（1967年）在美国弗吉尼亚州夏洛茨维尔发现的下白垩统木材中鉴定出了假象纤维状的三水铝石；Buurman（1974年）通过XRD和SEM技术研究了荷兰海尔德兰省瓦赫宁根地区的木材矿物学和物理化学特性，解释了细胞壁成分在缓慢矿化过程中凝结成高度煤化化合物或被矿物质替代的现象（即硅化作用），这一过程的结果取决于硅化剂的来源和性质。

在阿罗约维诺的塔库阿里组中，Herbst（1972年）发现了与轮藻（Leonardosia）相关的遗迹，以及巨孢子（Trileites nitens）、石松类（Brasilodendron）、介形虫和双壳类动物的印迹，如Pyramus aff. anceps、Plesiocyprinella carinata和Pinzonella neotropica sensu（Runnegar和Newell，1974年）；同时在这些沉积物及其周边地区还发现了植物残骸（多为丝状形态）。自Herbst等人（1987年）的研究以来，后续研究还包括Crisafulli和Herbst（2009年）、Leiva Verón等人（2012年）、Vallejos Leiz（2017年）以及Zuliani等人（2023年）的研究，这些研究证实了这些化石木材与松柏目（Coniferales）、银杏目（Ginkgoales）、柏目（Taxales）及单子叶植物门（Monilophyta）的亲缘关系。

地理与地质背景

样品采集自瓜伊拉省科洛尼亚独立区北部特比库阿里-米河（Tebicuary-mí River）的支流阿罗约维诺（Arroyo Vino）。该地点属于Crisafulli和Herbst（2009年）定义的典型研究区域，坐标为25°39′16.17″S 56°13′1.61″W（图1）。该地区位于梅尔加雷霍（Melgarejo）西北约7公里处，独立城（Independencia）东北方向6公里处，距离特比库阿里-米河1公里。瓜伊拉省地处帕拉圭东部中心。

研究材料

微古生物学样品来源于瓜伊拉省阿罗约维诺地区的采集样本，该地区出露有塔库阿里组（Independence Group）的地层。这些样品属于上二叠统，编号为CTES-PB 12339（碎片I）和CTES-PMP 2653薄片，属于拉斐尔·赫斯特博士（Dr. Rafael Herbst）的化石收藏馆，目前保存在东北国立大学的应用生态学中心（CECOAL-CONICET-UNNE）。

光学描述

图3a和b显示的是样品在放入扫描电子显微镜（SEM）真空室之前的状态，此时样品将受到背散射电子的照射。

最显著的特征是可见清晰排列的浅紫色和深色线条，这些线条反映了早期木材与晚期木材之间的转变（图3b）。样品表面含有嵌入致密基质中的乳白色石英晶体。

结论

对阿罗约维诺地区二叠纪木材的物理化学和矿物学分析表明，这些木材经历了多阶段的矿化过程，形成了多种硅酸盐多形体，如α-石英、莫甘石（lutecite）和玉髓。这些矿物与含有高原子序数过渡金属的矿物相关，包括氧化物（赤铁矿、钛铁矿、金红石和锡矿）、氧氢氧化物（针铁矿）、铬酸盐（铬铁矿）、铝酸盐（硅线石）以及硅酸盐（无水石榴石：andradite、uvarovite）等。

作者贡献声明

E. Baez：负责撰写、审稿与编辑、原始稿撰写、软件使用、方法设计、实验设计、数据分析及概念构建。A. Crisafulli：负责撰写、审稿与编辑、原始稿撰写、研究监督及资金申请。A. Kanbour：负责原始稿撰写、实验设计及数据管理。P. Zuliani：负责原始稿撰写、方法设计及实验设计。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢帕拉圭的咨询地质学家Báez Presser Jaime提供的帮助及共享的参考资料，以及阿根廷Bionanotechnology研究所（INBIONATEC-CONICET-UNSE）的Claudio Borsarelli和Faustino Moran Vieyra两位博士在共聚焦拉曼光谱和SEM-EDS测量方面给予的支持。本研究得到了项目PI 2022/F 024 SGCyT-UNNE（2022–2026年）的资助。