伊朗西北部白垩纪蒂兹库胡组富黏土层段的矿物学和地球化学特征:对物源、古气候及古氧化还原条件的启示

《Journal of Asian Earth Sciences》:Mineralogical and geochemical characteristics of the clay-rich intervals of the Cretaceous Tizkuh Formation, NW Iran: implications for provenance, paleoclimate, and paleo-redox conditions

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月07日 来源:Journal of Asian Earth Sciences 2.4

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   •富含黏土的层段主要源自基性源岩。•在温暖湿润的古气候条件下,发生了强烈的化学风化作用。•古氧化还原指标表明沉积环境以氧化条件为主。•富含黏土的层段记录了伊朗西北部白垩纪古环境演化。引言富含黏土的沉积岩在重建地球地质和古环境条件方面发挥着关键作用。这些岩石能够保存矿物学和地球

  
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    富含黏土的层段主要源自基性源岩。
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    在温暖湿润的古气候条件下,发生了强烈的化学风化作用。
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    古氧化还原指标表明沉积环境以氧化条件为主。
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    富含黏土的层段记录了伊朗西北部白垩纪古环境演化。

引言

富含黏土的沉积岩在重建地球地质和古环境条件方面发挥着关键作用。这些岩石能够保存矿物学和地球化学的影响,如化学风化强度、物源以及沉积环境条件。黏土矿物由于其本身的细粒特性以及对地表和成岩过程的化学敏感性,可有效地用于确定源岩特征、解释古气候条件以及揭示古氧化还原条件(Singer, 1984, Chamley, 1989, Mathews et al., 2020, Wang et al., 2024, Zhuang et al., 2025, Oladimeji et al., 2025, Sun et al., 2025, Qiao et al., 2025)。沉积岩中黏土矿物的发育在很大程度上受物源区气候的控制(Singh et al., 2009, Godet et al., 2023)。
在碳酸盐岩为主的地层中出现的富含黏土的层段为研究陆源碎屑输入和环境条件的变化提供了极好的机会,而这些变化可能无法通过碳酸盐岩相单独完全捕捉(Tucker and Wright, 1990, Flügel, 2010)。这些层段保存了独特的地球化学和矿物学特征,反映了源岩组成、风化强度、沉积物输运路径和沉积条件(Taylor and McLennan, 1985, Chamley, 1989)。此外,它们构成了重建沉积物物源、古气候、古氧化还原条件和沉积过程的重要记录(Nesbitt and Young, 1982, Tribovillard et al., 2006)。因此,对富含黏土的层段进行详细研究有助于我们更好地理解大陆风化过程、沉积物供给、输运机制与海相碳酸盐沉积系统之间的相互作用(McLennan et al., 1993, Algeo and Maynard, 2004)。
根据已发表的数据,高岭石通常在温暖湿润的气候和强烈的化学风化条件下形成。而伊利石和绿泥石则形成于相对较冷且更为干旱的条件下,或由高地快速侵蚀产生,其化学变化有限(Chamley, 1989)。除矿物学证据外,不可移动的微量元素和稀土元素(REE)也可用于区分富含黏土层段中的酸性与基性火成岩源岩(Taylor and McLennan, 1985, McLennan et al., 1993)。地球化学参数如蚀变化学指数(CIA)也可提供源区风化强度的定量评估,这与古气候条件密切相关(Nesbitt and Young, 1982)。对Eh变化敏感的elements以及沉积物和富含黏土的岩石中的保守比值可用于解释沉积环境的古氧化还原条件。如U/Th、V/Cr、Cu/Zn和Ni/Co等比值以及稀土元素配分模式中的Ce异常,被广泛应用于重建古氧化还原条件(Johnson et al., 1989, Jones and Manning, 1994, Tribovillard et al., 2006, Maher et al., 2009, Bonazzi et al., 2024, Rodrigues et al., 2024, Rabea et al., 2026)。
伊朗西北部白垩纪的Tizkuh组被认为是在伊朗高原活跃构造框架中重要的沉积单元。在显生宙期间,伊朗这一地区经历了大陆碰撞、盆地演化和气候波动的复杂相互作用,导致了多样的沉积记录(Alavi, 1996)。该组在Maragheh以南、东阿塞拜疆省Amirabad地区由石灰岩和富含黏土的层段组成。这些层段的存在为考虑沉积物供给、化学风化强度与沉积条件之间的关系以及区域气候控制下的响应提供了合适的机会。本研究致力于从根本上综合考虑在Amirabad地区Tizkuh组富含黏土的层段中,从主量和微量元素矿物学与地球化学中获得的全部数据,以及物源、古氧化还原条件和古气候变化。作者希望本研究的结果能够为沉积过程和古环境条件提供有效的新见解,有助于更好地理解伊朗西北部的地质事件。

章节摘要

地质背景

伊朗西北部作为阿尔卑斯-喜马拉雅造山带的一部分,由于新特提斯洋的逐渐闭合以及阿拉伯板块与欧亚板块之间的长期汇聚,具有复杂的地质历史(Alavi, 1996, Agard et al., 2005)。伊朗这一地区在显生宙期间受到了海洋盆地扩张、俯冲、岩浆活动和碰撞事件的连续相互作用的影響。多样的沉积岩、火成岩和变质岩的形成

研究方法

采样工作从伊朗西北部出露的Tizkuh组四个富含黏土的层段中进行,该地层剖面厚度约440米(图3)。为了考察矿物学和地球化学变化,从四个富含黏土的层段的不同部分采集了20个样品。采集的样品首先在室温下干燥,随后去除其风化表面以防止地表污染。岩石样品通过钢制

矿物学

XRD分析表明,Amirabad地区Tizkuh组的富含黏土的层段主要由黏土矿物和非黏土矿物相组成(图4)。在黏土矿物中,高岭石是主要相,而伊利石则作为次要相出现。高岭石含量范围为47至69%,总体平均约为56%,而伊利石含量范围为8至16%,平均约为11%(表1)。非黏土组分主要由石英代表,含量变化为10至42%

元素分布与地球化学控制

在本研究中,为了考察Tizkuh组富含黏土的层段中元素的行为,首先尝试将研究样品中元素的浓度值相对于上地壳(UCC)进行标准化(Rudnick and Gao, 2014),然后使用SPPS软件(版本16)计算元素之间的皮尔逊相关系数。所得结果分别如图5和表3所示。根据图5,诸如

结论

(1)矿物学和地球化学特征表明,Amirabad富含黏土的层段主要源自基性源岩,可能还有来自伊朗西北部新特提斯活动大陆边缘和白垩纪火山弧的少量酸性成分的贡献。微量元素比值、稀土元素配分模式、弱的负Eu异常以及Ti、Cr、V、Sc、Co和Ni等相容元素的富集,有力地支持了以基性物源为主导。
(2)高岭石的占主导

CRediT作者贡献声明

Ali Abedini:撰写 – 原稿撰写、可视化、验证、监督、软件、资源、项目管理、方法论、调查研究、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。Ali Asghar Calagari:撰写 – 审阅与编辑、撰写 – 原稿撰写、可视化、验证、软件、项目管理。

未引用参考文献

Chen et al., 1999, Dai et al., 2018, Omar et al., 2026.

利益冲突声明

作者声明不存在已知的影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本项目由乌尔米耶大学研究事务办公室资助,我们对此深表感谢。我们还要感谢《亚洲地球科学杂志》主编Jian-Feng Gao对稿件的编辑处理,以及副编辑Ying Cui和两位匿名审稿人的宝贵意见和建议,这些意见和建议极大地改进了本文。
Ali Abedini|Ali Asghar Calagari
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