上坎潘阶-马斯特里赫特阶Harami组（土耳其东部厄拉泽）古生物学与地球化学数据的综合研究

《Minerals》：Integrated Approach to Paleontological and Geochemical Data of the Upper Campanian–Maastrichtian Harami Formation (Elaz??, Eastern Türkiye)

　　

本研究旨在通过对X射线荧光光谱（XRF）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）、稳定同位素和放射性同位素分析结果以及大型底栖有孔虫的综合解释，确定Harami组的年龄和沉积环境。研究人员利用了作者先前关于大型底栖有孔虫特征的研究结果；而地球化学分析结果是在本研究中首次获得的。平均⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值与基于大型底栖有孔虫确定的年龄总体一致。分析结果和Y/Ho值表明CaO是主要成分，而负Ce异常和正Eu异常指示了低级成岩作用的影响。Y/Ho和Eu/Sm比值支持沉积环境中不存在热液活动，且这些数值接近海水值。与指示Harami组沉积在浅海氧化环境的大型底栖有孔虫含量类似，微量元素比值（V/Cr和V/(V+Ni)）以及微弱负Ce异常也支持沉积在氧化环境，而Sr/Ba和Sr/Rb分析结果指示了浅海环境。分析结果进一步表明沉积环境处于暖温带至干旱气候条件。晚坎潘阶至早马斯特里赫特阶期间平均温度下降，而从早马斯特里赫特阶至晚马斯特里赫特阶温度则有所上升。

Harami组最初由Erdo?an定义于阿德亚曼省G?lba??区北部的Harami村附近。由于沉积环境条件及该区域晚白垩世后广泛的构造运动，该组在土耳其东部托罗斯造山带的厄拉泽省周边仅有非常有限的露头。在研究区及其周边，从古生代到新生代不同岩性和年龄的单元均有出露。Harami组在厄拉泽周边的露头覆盖在代表岛弧产物的厄拉泽火成岩之上，主要由下部的层状微红色砂质灰岩和灰岩以及上部的块状灰岩组成，底部仅在极有限区域可见扇三角洲沉积的微红色砾岩和砂岩。关于其与下伏火成岩的接触关系，部分学者考虑到砾岩和砂岩的有限分布认为是非整合接触，但也有研究认为是整合接触。以往虽对该组大型底栖有孔虫内容进行了研究并确定其年代为晚坎潘阶至马斯特里赫特阶，但一直缺乏基于地球化学特征的探讨。因此，现有文献在地球化学特征方面存在空白。为了填补这一空白并更详细地阐明地层的年龄与沉积环境特征，研究人员开展了这项综合研究，成果发表在《Minerals》期刊上。该研究不仅利用了前人的古生物学数据，还首次获取了该组的地球化学分析结果，通过跨学科视角为理解该地层单元的演化提供了重要依据。

关键技术方法：
研究人员在厄拉泽市东北和西南部出露的Harami组中测量了8个地层剖面（Eski?ehir Hill、Tepek?y、Nohutlup?nar?、Gurema?alan、Silsilekaya Hill、ürünveren、Buzluk和?lbe Stream），并采集了岩石、Orbitoides和厚壳蛤样本。为了确定地层年龄、沉积环境及古气候，并间接推断化石的矿物成分，研究采用了稳定同位素（δ¹³C和δ¹⁸O）、放射性同位素（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）分析，以及电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、X射线荧光光谱（XRF）和扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）分析技术。

研究结果：
3.1. 稳定同位素分析结果：
研究人员对8个剖面共50个样本进行了分析。晚坎潘阶、早马斯特里赫特阶和晚马斯特里赫特阶的δ¹³C平均值分别为1.36、1.98和1.22，δ¹⁸O平均值分别为-4.27、-1.95和-4.48。基于δ¹⁸O计算的古温度显示，晚坎潘阶至早马斯特里赫特阶平均温度下降，从早马斯特里赫特阶至晚马斯特里赫特阶温度则有所上升。

3.2. 放射性同位素分析结果：
对37个样本进行了⁸⁷Sr/⁸⁶Sr分析。剔除受强烈成岩影响的8个样本后，其余29个样本的同位素值介于0.707577至0.707923之间。将各剖面平均值与大型底栖有孔虫确定的年龄进行对比，发现二者总体吻合，相互印证了地层的时代归属。

3.3. ICP-MS分析结果：
测定了微量元素和稀土元素含量。分析表明，微量元素比值（V/Cr和V/(V+Ni)）以及微弱负Ce异常指示了氧化环境，Sr/Ba比值大于1指示海洋或盐水环境，而Sr/Cu、Rb/Sr、Sr/Ba等古气候代用指标则指向干旱气候条件和波动的盐度。

3.4. XRF分析结果：
分析结果显示，主量氧化物中CaO占主导地位（49.49%至54.87%）。Al₂O₃与SiO₂、Na₂O、K₂O、TiO₂表现出强正相关，表明Si、Na、K、Ti主要来源于黏土矿物，且长石和石英同源。

3.5. SEM-EDS分析结果：
样本主要由O、Ca、Fe、Si和C组成，并含有少量Al、Mg等元素。高Fe浓度表明沉积环境靠近陆地且水体较浅，大型底栖有孔虫和厚壳蛤呈现的红色归因于Fe含量。

讨论与结论总结：
晚白垩世以温室气候和长期降温趋势为特征，坎潘阶-马斯特里赫特阶期间伴随着碳循环异常和全球温度下降趋势，而晚坎潘阶气候适宜期被早马斯特里赫特阶变冷、中及晚马斯特里赫特阶变暖等事件打断。Harami组马斯特里赫特阶序列的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素平均值在0.707686至0.707788之间，除?lbe Stream剖面（受成岩作用影响显示早马斯特里赫特阶年龄）外，其余剖面与大型底栖有孔虫指示的早/晚马斯特里赫特阶年龄一致。古温度计算进一步证实了晚坎潘阶至早马斯特里赫特阶降温、早马斯特里赫特阶至晚马斯特里赫特阶升温的趋势。通过对比稳定同位素数据发现，大型底栖有孔虫样本比岩石和厚壳蛤样本受成岩作用影响更小。主量元素和元素组成表明陆源物质稀释了CaO，Fe的陆源属性指示该环境为靠近陆地的浅海。氧化还原敏感微量元素比值指示了氧化环境，古气候代用指标指示了持续干旱的气候和波动的盐度。Y/Ho和Eu/Sm比值表明沉积环境未受热液活动影响。微弱负Ce异常和微量元素比值指示了氧化且低陆源输入的沉积环境。正Eu异常可能与O₂和pH升高或温度上升有关，结合Y/Ho和Eu/Sm比值进一步排除了热液活动。Ce/Ce*与Eu/Eu*之间的低正相关（0.21）表明成岩作用影响微弱。综上所述，古生物年龄评估（晚坎潘阶至马斯特里赫特阶）得到了放射性同位素数据的支持，而地球化学数据表明，以碳酸盐为主的Harami组沉积于气候温暖至干热、无热液活动、低陆源输入的氧化浅海碳酸盐台地环境，盆地盐度受气候变化控制。除?lbe Stream剖面外，成岩作用有限。