張紅劍, 周躍飛, 謝巧勤, 陳天虎(合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院,安徽 合肥 230009)

安徽巢湖二疊系—三疊系界線微生物巖研究

張紅劍, 周躍飛, 謝巧勤, 陳天虎
(合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院,安徽 合肥 230009)

文章對(duì)安徽巢湖地區(qū)二疊系—三疊系界線微生物巖進(jìn)行了化學(xué)成分和礦物組合分析,同時(shí)探索了鹽酸溶解法分離樣品中不同種類碳酸鹽礦物的方法。結(jié)果表明,界線微生物巖成分均一,具有較高的Si、Al和Mn含量,主要由方解石、石英、黏土礦物和鐵白云石組成,巖性上為泥質(zhì)、白云質(zhì)灰?guī)r;巖石中的鐵白云石自形程度較高,截面呈正三角形或菱形,晶粒大小在10 μm左右;采用0.3%HCl(固液質(zhì)量比1∶50)可以有效區(qū)分微生物巖中的方解石和鐵白云石(前者溶解,后者不溶)。研究認(rèn)為:二疊系—三疊系界線層微生物巖形成于缺氧條件下;微生物促進(jìn)了黏土礦物的生成,對(duì)碳酸鹽礦物的生成無(wú)影響;鐵白云石的生成經(jīng)歷了含鐵碳酸鹽沉積—碳酸鹽去Mg、Fe作用—鐵白云石化過(guò)程。

二疊系—三疊系界線層;鐵白云石;氧化還原條件;沉積;成巖

距今約2.52億年的二疊紀(jì)—三疊紀(jì)(Permian-Triassic,P-T)過(guò)渡期發(fā)生了顯生宙歷史上規(guī)模最大的生物群體滅絕事件(Permian-Triassic mass extinction event,PTME),大約80%的海洋生物門類在20萬(wàn)年的短暫時(shí)間內(nèi)消失[1-2]。大量證據(jù)表明在這一時(shí)期地球最重要的特征是缺氧[3-7],圍繞缺氧和生物滅絕之間的關(guān)系,研究者開(kāi)展了廣泛研究,主要關(guān)注點(diǎn)包括:地球缺氧的程度和持續(xù)性[4-5];生物滅絕的特征(間歇多次滅絕還是持續(xù)滅絕)[1,8-9];地球缺氧和生物滅絕之間的因果關(guān)系[3,7];地球缺氧和生物滅絕與其他環(huán)境條件的耦合關(guān)系,例如，高溫、高甲烷和硫化氫含量、海水酸化及高堿度等[10-13]。盡管采用的地球化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)(微量元素、同位素、生物種類、生物標(biāo)記物等)有所差別,同時(shí)研究地層的空間位置也不盡相同,但總體上認(rèn)為缺氧條件貫穿PTME始終,而對(duì)該時(shí)期氧氣含量的微小變化,尚缺乏足夠關(guān)注。

在跨越P-T界線的較短一段時(shí)間內(nèi)(約10萬(wàn)年),特提斯洋周圍陸緣廣泛沉積了一套巖性為碳酸鹽巖的微生物巖,厚度0.05～15 m[14-15]。厘清淺海微生物巖形成的氧化還原條件,有助于闡明PTME時(shí)期海水還原程度及變化特征。然而,前人的觀點(diǎn)出現(xiàn)較大分歧:大部分研究認(rèn)為微生物巖形成于缺氧、富CO32-的深層海水向大陸架入侵條件下,因此在P-T之交,淺海主要表現(xiàn)為缺氧[16-17];基于自生黃鐵礦的研究則表明微生物巖形成于貧氧條件下[18-19];此外,根據(jù)微量及稀土元素特征,文獻(xiàn)[20]認(rèn)為微生物巖形成于氧化條件下?？梢?jiàn),采用不同方法和不同地點(diǎn)樣品開(kāi)展研究時(shí),得出的結(jié)論會(huì)有很大差異。

中國(guó)的揚(yáng)子地塊廣泛發(fā)育該微生物巖[15-21],根據(jù)化石及黃鐵礦特征,文獻(xiàn)[15]認(rèn)為其形成于缺氧條件下。值得注意的是,與下伏及上覆碳酸鹽巖不同,微生物巖中的碳酸鹽礦物除方解石外,還有少量鐵白云石[22-23]。鐵白云石與白云石晶體結(jié)構(gòu)相同,只是其中的Mg位被少量Fe替代。該礦物主要產(chǎn)出于碳酸巖、變質(zhì)碳酸鹽巖、條帶狀鐵建造、熱液交代巖石中,在碳酸鹽巖的成巖過(guò)程中也可生成,依據(jù)成分和結(jié)構(gòu)特征可知鐵白云石的形成需具備還原、高堿度、高鹽度的條件?？梢?jiàn),依據(jù)鐵白云石的礦物學(xué)特征反演其形成過(guò)程,進(jìn)而推測(cè)微生物巖的形成環(huán)境,是研究P-T過(guò)渡期淺海氧化還原條件的有益嘗試。

本研究采集巢湖地區(qū)P-T界線層的樣品,通過(guò)X射線衍射(X-ray diffraction,XRD)及掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)等方法對(duì)微生物巖及其中的鐵白云石進(jìn)行表征,依據(jù)鐵白云石的礦物學(xué)特征推測(cè)其形成機(jī)制和沉積環(huán)境的氧化還原條件;探索采用酸溶法分離碳酸鹽巖中方解石和鐵白云石的方法,為進(jìn)一步開(kāi)展鐵白云石研究(Fe、C同位素、碳酸鹽結(jié)合態(tài)硫酸鹽、微量元素等)提供可行的礦物分離手段。

1 樣品采集與分析

巢湖地區(qū)廣泛分布揚(yáng)子陸塊的上元古界—中三疊統(tǒng)地層,巖性以碳酸鹽巖為主,次為碎屑巖。本研究關(guān)注的上二疊統(tǒng)—下三疊統(tǒng)地層在巢湖市北郊的平頂山—馬家山一帶出露良好,分布于平頂山向斜兩翼。巢湖市北部地區(qū)地層分布及樣品采集層位野外照片如圖1所示。圖1中，地層符號(hào)含義如下：Z為震旦系；S為志留系；D為泥盆系；C為石炭系；P為二疊系；T為三疊系；J為侏羅系。

圖1 巢湖市北部地區(qū)地層分布及層位野外照片

上二疊統(tǒng)大隆組(P3d)與下三疊統(tǒng)殷坑組(T1y)呈整合接觸,巖性上兩者差別較大,大隆組巖性主要為硅質(zhì)巖,殷坑組以泥巖、碳酸鹽為主。大隆組和殷坑組以一層厚約15 cm的微生物巖(巖性為泥灰?guī)r)為界,該微生物巖在揚(yáng)子陸塊不同地區(qū)的P-T界線位置均有沉積,浙江煤山的全球P-T界線金釘子(全球二疊系—三疊系界線層型剖面和點(diǎn))穿該層而過(guò),該層被細(xì)分為4個(gè)亞層(分別為27a～27d),依據(jù)牙形石Hindeodusparvus的首次出現(xiàn)(27c),P-T界線被劃為27b與27c之間[24]。

在巢湖市北郊平頂山東坡和西坡分別采集了1套樣品。該地區(qū)出露的微生物巖與普通泥灰?guī)r在結(jié)構(gòu)和構(gòu)造上沒(méi)有差別,樣品表面風(fēng)化后呈黃褐色,表明其中含有一定量的Fe,球狀風(fēng)化特征和泥質(zhì)風(fēng)化產(chǎn)物的存在表明樣品具有較高的泥質(zhì)成分。未風(fēng)化的新鮮樣品為淺灰色泥晶灰?guī)r。選取新鮮未風(fēng)化樣品開(kāi)展本研究,將樣品按厚度四等分,每份厚度約4 cm,自下層至上層編號(hào)分別為S1～S4,分別對(duì)應(yīng)浙江煤山金釘子處的27a～27d層[22]。

(1) 粉末樣制備。樣品經(jīng)破碎、縮分后磨制為粉末(<200目),2個(gè)采樣點(diǎn)各制備粉末樣60 g;制備尺寸為1 cm×1 cm×0.3 cm的光片若干。

(2) 成分分析。稱取10 g粉末樣,在1 mol/L的MgCl2溶液中超聲清洗10 min,待樣品干燥后在馬弗爐中1 000 ℃煅燒2 h,自然冷卻后稱質(zhì)量,計(jì)算燒失量。采用X射線熒光光譜法對(duì)煅燒后的樣品進(jìn)行成分分析。儀器為日本島津XRF-1 800。

(3) 物相分析。采用XRD測(cè)定樣品物相組成。儀器型號(hào)為丹東浩元DX-2700;分析條件:Cu靶Kα線(波長(zhǎng)0.154 nm),40 mA,30 kV,掃描速率2.4(°)/min,掃描角度(2θ)為3°～70°。

(4) 酸溶實(shí)驗(yàn)。經(jīng)XRD分析,發(fā)現(xiàn)樣品中有方解石和鐵白云石2種碳酸鹽礦物,為了探索分離2種礦物的化學(xué)條件,特設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)1 分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、10%、1%和0.3%的HCl溶液;稱取1 g粉末樣品加入50 mL HCl溶液中,同時(shí)加入1片同樣品光片;反應(yīng)24 h后收集溶解殘?jiān)凸馄?超聲清洗2種樣品;共進(jìn)行16組實(shí)驗(yàn),每組實(shí)驗(yàn)設(shè)置2個(gè)重復(fù)。

實(shí)驗(yàn)2 配制pH=3.5的HCl溶液;稱取粉末樣品0.5 g,用濾紙包裹后加入5 L酸液中,同時(shí)加入同樣品光片1片;反應(yīng)48 h后收集酸溶殘?jiān)凸馄?超聲清洗2種樣品。

采用XRD測(cè)定粉末經(jīng)酸溶后的物相組成,測(cè)試方法同前,掃描角度(2θ)為29°～32°;采用SEM對(duì)酸溶前后光片表面微形貌進(jìn)行觀察,SEM型號(hào)為FEI Sirion 200,分析在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)理化中心進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)成分

樣品S1～S4主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及微量元素質(zhì)量比分別見(jiàn)表1、表2所列。

表1 樣品主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

表2 樣品微量元素質(zhì)量比 mg/kg

各樣品化學(xué)成分含量變化不大,且Si和Al的含量都較高,表明微生物巖的泥質(zhì)成分含量較高。地層由老到新,主量元素中Si、Al、Fe、K、Ti的含量及微量元素中Ba、Rb的質(zhì)量比均表現(xiàn)出先降低后升高的變化特征,而w(Mg)明顯表現(xiàn)為先升高后降低,結(jié)合燒失量結(jié)果,初步判定微生物巖中碳酸鹽巖含量先升高后降低;由w(Sr)/w(Ca)和w(Sr)/w(Ba)先升高再降低的變化趨勢(shì)可知海水深度先變淺再變深。值得注意的是,各樣品中w(Mn)均較高。文獻(xiàn)[25]認(rèn)為w(Mn)<300 mg/kg時(shí),碳酸鹽巖保存了原始地球化學(xué)特征;文獻(xiàn)[26]認(rèn)為w(Mn)/w(Sr)<3時(shí),碳酸鹽巖沒(méi)有或很少受到成巖作用改造;當(dāng)2個(gè)條件同時(shí)成立時(shí),可認(rèn)為碳酸鹽巖的同位素或微量元素可代表沉積環(huán)境的海水化學(xué)條件。本研究中w(Mn)及w(Mn)/w(Sr)值均遠(yuǎn)大于臨界值,表明微生物巖在成巖過(guò)程中成分發(fā)生了較大改變。此外,由于低價(jià)態(tài)Mn易于進(jìn)入碳酸鹽,因此若微生物巖沉積于還原條件下,則碳酸鹽巖中w(Mn)可能會(huì)較高。可見(jiàn),本研究微生物巖中w(Mn)及w(Mn)/w(Sr)值均較高可能反映了較強(qiáng)的成巖改造作用和/或微生物巖形成于還原條件下[26]。

本研究樣品中一些成分與純碳酸鹽巖相比存在較大差異,例如,高燒失量對(duì)應(yīng)高SiO2含量、較低的Sr含量和較高的Cu含量等?？赡艿脑?yàn)?本研究樣品中具有較多的黏土礦物及其他次生含水礦物(伊利石、蛋白石、水鋁石等),這些礦物在煅燒過(guò)程中的脫水作用導(dǎo)致出現(xiàn)高燒失量、高SiO2含量的現(xiàn)象;低Sr現(xiàn)象可能與白云石化過(guò)程中Sr丟失有關(guān)[27];樣品中高含量的黏土礦物可能在沉積過(guò)程中吸附了較多的Cu,其在成巖過(guò)程中進(jìn)一步被固定(轉(zhuǎn)化為Cu的硫化物),因而樣品表現(xiàn)出Cu含量較高的特征。

2.2 物相組合

原始樣品的XRD分析結(jié)果如圖2所示。微生物巖在各個(gè)位置沒(méi)有發(fā)生礦物種類和含量的明顯變化,主要物相均為石英、方解石和鐵白云石。由微生物巖表面的土狀風(fēng)化物質(zhì)及化學(xué)成分可知樣品中應(yīng)該含有一定量的黏土礦物,但由于其結(jié)晶度比石英和方解石差,同時(shí)可能含量也較低,致使其衍射峰沒(méi)有出現(xiàn)。盡管關(guān)于白云石的成因還存在很大爭(zhēng)議[27],但相關(guān)研究一致認(rèn)為白云石需要高的w(Mg)/w(Ca)和堿度(HCO3-濃度)。另外,由于鐵白云石中為Fe2+,鐵白云石的形成需要較還原的條件?？梢?jiàn),微生物巖中鐵白云石的出現(xiàn)指示巖石經(jīng)歷了高堿、高鹽和還原條件,但現(xiàn)有證據(jù)并不能闡明這些條件出現(xiàn)的時(shí)間。

圖2 原樣X(jué)RD結(jié)果

2.3 溶解實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)HCl溶解樣品后的殘?jiān)锵喾治鼋Y(jié)果如圖3所示。

圖3 樣品溶解殘?jiān)腦RD結(jié)果

當(dāng)w(HCl)≥1%時(shí),方解石和鐵白云石的(104)晶面(2θ值分別為29.4°和30.7°)衍射峰全部消失,表明酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高,不能選擇性溶解方解石,殘留鐵白云石;pH=3.5實(shí)驗(yàn)中,2種物相(104)晶面的衍射峰均存在,表明酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)低,不能達(dá)到去除方解石的目的;當(dāng)w(HCl)=0.3%時(shí),方解石(104)晶面衍射峰消失,鐵白云石相應(yīng)衍射峰存在,表明該質(zhì)量分?jǐn)?shù)的HCl可以選擇性溶解方解石,殘留少量鐵白云石。對(duì)S4樣品,w(HCl)=0.3%時(shí)殘?jiān)羞€有少量方解石,表明該方法受樣品初始成分或結(jié)構(gòu)影響較大,但總體上w(HCl)=0.3%、固液比1∶50、反應(yīng)時(shí)間24 h可作為分離碳酸鹽巖中方解石和(鐵)白云石的有效方法。

碳酸鹽巖中Mn、Sr、Fe、S、稀土元素等的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其比值(w(Mg)/w(Ca)、w(Sr)/w(Ca)、w(U)/w(Ca)、w(I)/w(Ca)、w(Y)/w(Ho)、w(Nd)/w(Yb)等)、同位素(如δ34S、δ13C、δ18O、δ56Fe)等是指示沉積和成巖環(huán)境的重要指標(biāo)[28],這些指標(biāo)的有效性受制于元素提取及測(cè)定方法的準(zhǔn)確性。以往的研究習(xí)慣于采用HCl或醋酸提取碳酸鹽結(jié)合態(tài)元素[29],但這些方法目前看來(lái)尚不成熟,主要體現(xiàn)為:采用HCl時(shí),過(guò)多的酸(w(HCl)>10%)可能會(huì)導(dǎo)致非碳酸鹽相(如綠泥石)溶解,使結(jié)果偏大,同時(shí)也無(wú)法區(qū)分各種類型碳酸鹽礦物(如方解石和白云石);采用醋酸時(shí),則往往不能完全分解碳酸鹽礦物(如鐵白云石)[30],致使結(jié)果偏小。

由本研究可知,采用低質(zhì)量分?jǐn)?shù)HCl(w(HCl)=0.3%),不僅可以克服過(guò)度溶解或溶解不完全的問(wèn)題,而且也能有效區(qū)分碳酸鹽巖中的方解石和鐵白云石。

溶解前、后光片的SEM觀察結(jié)果如圖4所示。

圖4 微生物巖(S3)酸溶前后SEM觀察結(jié)果

由礦物形態(tài)、成分(圖4d)及背散射圖像的明暗特征判定圖4a中亮度最高的礦物為鐵白云石,其截面呈菱形或三角形,晶粒具有大致相等的粒徑(～10 μm),零星分布于樣品中。由圖4b可見(jiàn),光片表面出現(xiàn)大量溶蝕孔洞,大多數(shù)孔洞在形態(tài)上呈菱形,表明其原為方解石所充填;鐵白云仍然存在于樣品中,且大小和形態(tài)都沒(méi)有發(fā)生改變,表明該溶解條件可以有效區(qū)分樣品中的方解石和鐵白云石。

從圖4c可見(jiàn)大量具有球狀形貌(直徑約為1 μm)的物質(zhì),背散射圖像中其亮度低于鐵白云石,結(jié)合巖石成分分析結(jié)果(表1、表2)及SEM能譜分析結(jié)果,推測(cè)其主要由黏土礦物組成。微球粒在尺寸上遠(yuǎn)小于文獻(xiàn)[15]在同一層位的發(fā)現(xiàn),與一些單細(xì)胞原核生物(細(xì)菌、藍(lán)藻等)接近,推測(cè)其形成受到微生物的誘導(dǎo)作用。關(guān)于自生黏土礦物的微生物誘導(dǎo)成礦作用早有報(bào)道,文獻(xiàn)[31]認(rèn)為基本成礦過(guò)程為:微生物及其代謝產(chǎn)物表面帶負(fù)電,易于吸附陽(yáng)離子或帶正電的礦物(如鐵氧化物);這些物質(zhì)的吸附中和了微生物表面的電荷,相應(yīng)促進(jìn)硅質(zhì)成分(通常帶負(fù)電)的吸附;微生物吸附的物質(zhì)在成巖作用過(guò)程中轉(zhuǎn)化為黏土礦物。

氧化環(huán)境中,(氫)氧化物是鐵的重要存在形式,在中性水溶液中這些物相表面通常帶一定量的正電荷,因而傾向于附著于微生物表面并在微生物誘導(dǎo)黏土礦物成礦中起到重要作用。然而在本研究中,主要的含鐵物質(zhì)是鐵白云石而不是疑似生物成因的微球粒,加之兩者并沒(méi)有空間上的相關(guān)性,因而推測(cè)沉積環(huán)境為缺氧條件。在這種條件下,鐵主要以溶解態(tài)Fe2+離子的形式存在,方解石或高鎂方解石在生成過(guò)程中大量固定Fe2+,相比之下,微生物吸附Fe2+的量要少得多;成巖過(guò)程中方解石發(fā)生溶解或轉(zhuǎn)化,伴隨Mg和Fe釋放;2種元素在巖石孔隙局部富集,在溫度和水活度條件具備的條件下進(jìn)入方解石晶格,致使部分方解石向鐵白云石轉(zhuǎn)化。

3 結(jié) 論

本文綜合利用多種分析手段對(duì)巢湖P-T界線微生物巖進(jìn)行了成分、物相和微結(jié)構(gòu)特征分析,同時(shí)采用HCl溶解法探討了分離微生物巖中方解石和鐵白云石的方法,初步獲得如下結(jié)論:

界線微生物巖形成于缺氧條件下;微生物巖中碳酸鹽礦物的形成沒(méi)有微生物的參與,微生物主要參與黏土礦物的形成;鐵白云石在成巖過(guò)程中形成;0.3%HCl能有效區(qū)分微生物巖中的方解石和鐵白云石。

[1] SHEN S Z,CROWLEY J L,WANG Y,et al.Calibrating the end-Permian mass extinction[J].Science,2011,334(6061):1367-1372.

[2] SCHOBBEN M,STEBBINS A,GHADERI A,et al.Flourishing ocean drives the end-Permian marine mass extinction[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2015,112(33):10298-10303.

[3] WIGNALL P,HALLAM A.Anoxia as a cause of the Permian/Triassic mass extinction:facies evidence from northern Italy and the western United States[J].Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology,1992,93(1/2):21-46.

[4] KUMP L R,PAVLOV A,ARTHUR M A.Massive release of hydrogen sulfide to the surface ocean and atmosphere during intervals of oceanic anoxia[J].Geology,2005,33(5):397-400.

[5] MEYER K M,KUMP L R.Oceanic euxinia in Earth history:causes and consequences[J].Annual Review of Earth and Planetary Sciences,2008,36:251-288.

[6] ALGEO T J,HINNOV L,MOSTER J.Changes in productivity and redox conditions in the Panthalassic Ocean during the latest Permian[J].Geology,2010,38(2):187-190.

[7] BRENNECKA G A,HERRMANN A D,ALGEO T J,et al.Rapid expansion of oceanic anoxia immediately before the end-Permian mass extinction[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2011,108(43):17631-17634.

[8] XIE S C,PANCOST R D,YIN H F,et al.Two episodes of microbial change coupled with Permo/Triassic faunal mass extinction[J].Nature,2005,434(7032):494-497.

[9] YIN H F,FENG Q L,LAI X L,et al.The protracted Permo-Triassic crisis and multi-episode extinction around the Permian-Triassic boundary[J].Global and Planetary Change,2007,55(1):1-20.

[10] KNOLL A H,BAMBACH R K,PAYNE J L,et al.Paleophysiology and end-Permian mass extinction[J].Earth and Planetary Science Letters,2007,256(3):295-313.

[11] RETALLACK G J,JAHREN A H.Methane release from igneous intrusion of coal during Late Permian extinction events[J].The Journal of Geology,2008,116(1):1-20.

[12] SUN Y,JOACHIMSKI M M,WIGNALL P B,et al.Lethally hot temperatures during the early Triassic greenhouse[J].Science,2012,338(6105):366-370.

[13] CLARKSON M O,KASEMANN S A,WOOD R A,et al.Ocean acidification and the Permo-Triassic mass extinction[J].Science,2015,348(6231):229-232.

[14] KERSHAW S,CRASQUIN S,LI Y,et al.Microbialites and global environmental change across the Permian-Triassic boundary:a synthesis[J].Geobiology,2012,10(1):25-47.

[15] 吳亞生,姜紅霞,WAN Y.二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交缺氧環(huán)境的微生物和微生物巖[J].中國(guó)科學(xué) D輯:地球科學(xué),2007,37(5):618-628.

[16] LEHRMANN D J,PAYNE J L,FELIX S V,et al.Permian-Triassic boundary sections from shallow-marine carbonate platforms of the Nanpanjiang Basin,South China:implications for oceanic conditions associated with the end-Permian extinction and its aftermath[J].PALAIOS,2003,18(2):138-152.

[17] GROVES J R,ALTINER D,RETTORI R.Extinction,survival,and recovery of lagenide foraminifers in the Permian-Triassic boundary interval,central Taurides,Turkey[J].Journal of Paleontology,2005,79:33-38.

[18] BOND D P G,WIGNALL P B.Pyrite framboid study of marine Permian-Triassic boundary sections:a complex anoxic event and its relationship to contemporaneous mass extinction[J].Geological Society of America Bulletin,2010,122(7/8):1265-1279.

[19] LIAO W,WANG Y B,KERSHAW S,et al.Shallow-marine dysoxia across the Permian-Triassic boundary:evidence from pyrite framboids in the microbialite in south China[J].Sedimentary Geology,2010,232(1/2):77-83.

[20] LOOPE G R,KUMP L R,ARTHUR M A.Shallow water redox conditions from the Permian-Triassic boundary microbialite:the rare earth element and iodine geochemistry of carbonates from Turkey and South China[J].Chemical Geology,2013,351(15):195-208.

[21] 王永標(biāo),童金南,王家生,等.華南二疊紀(jì)末大絕滅后的鈣質(zhì)微生物巖及古環(huán)境意義[J].科學(xué)通報(bào),2005,50(6):552-558.

[22] 楊大兵.浙江煤山剖面P/T界線附近地層的XRD和XRF分析及其意義[J].礦物學(xué)報(bào),2009,29(增刊1):149-150.

[23] 羅雷,洪天求,殷延端,等.川東北地區(qū)晚二疊世碳酸鹽巖成巖作用[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,40(1):101-109,116.

[24] YIN H F,ZHANG K X,TONG J N,et al.The global stratotype section and point (GSSP) of the Permian-Triassic boundary[J].Episodes,2001,24(2):102-114.

[25] DENISON R E,KOEPNICK R B,FLETCHER A,et al.Criteria for the retention of original seawater87Sr86Sr in ancient shelf limestones[J].Chemical Geology,1994,112(1/2):131-143.

[26] DEHLER C M,ELRICK M,BLOCH J D,et al.High-resolutionδ13C stratigraphy of the Chuar Group (ca.770-742 Ma),Grand Canyon:implications for mid-Neoproterozoic climate change[J].Geological Society of America Bulletin,2005,117(1/2):32-45.

[27] WARREN J.Dolomite:occurrence,evolution and economically important associations[J].Earth-Science Reviews,2000,52(1):1-81.

[28] ZHAO M Y,ZHENG Y F.Marine carbonate records of terrigenous input into Paleotethyan seawater:geochemical constraints from Carboniferous limestones[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,2014,141:508-531.

[29] WOTTE T,SHIELDS-ZHOU G A,STRAUSS H.Carbonate-associated sulfate:experimental comparisons of common extraction methods and recommendations toward a standard analytical protocol[J].Chemical Geology,2012,326(11):132-144.

[30] POULTON S W,CANFIELD D E.Development of a sequential extraction procedure for iron:implications for iron partitioning in continentally derived particulates[J].Chemical Geology,2005,214(3):209-221.

[31] KONHAUSER K O,URRUTIA M M.Bacterial clay authigenesis:a common biogeochemical process[J].Chemical Geology,1999,161(4):399-413.

(責(zé)任編輯 張淑艷)

Study of the microbialite from Permian-Triassic boundary in Chaohu, Anhui Province

ZHANG Hongjian, ZHOU Yuefei, XIE Qiaoqin, CHEN Tianhu
(School of Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Mineralogical and geochemical properties of microbialites collected from the Permian-Triassic boundary in Chaohu, Anhui Province were studied. Besides, experiments on the dissolution of microbialites by HCl were carried out for probing the separation condition between calcite and ankerite. The results show that the samples are homogeneous in composition, with high Si, Al and Mn contents. Calcite, quartz, clay minerals and ankerite are the main phases. Most of the ankerite particles are euhedral, showing either triangle or diamond forms on cross section, and their sizes are roughly equal(～10 μm). Under the conditions that HCl concentration was 0.3% and solid-to-liquid ratio was 1∶50, calcite in microbialites was dissolved totally, while leaving ankerite undissolved. It is suggested that microbialites in the Permian-Triassic boundary was formed under anoxic condition; microorganisms promoted the formation of clay minerals, while had no effect on the formation of carbonates; ankerite was formed through three stages： Fe-carbonate was formed during sedimentation, Fe and Mg was released during diagenesis, Fe and Mg entered into calcite, leading to local dolomitization.

Permian-Triassic boundary stratum; ankerite; redox condition; sedimentation; diagenesis

2016-01-04；

2016-03-16

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41372046;41130206)

張紅劍(1990-),男,安徽定遠(yuǎn)人,合肥工業(yè)大學(xué)碩士生; 謝巧勤(1970-),女,江蘇宿遷人,博士,合肥工業(yè)大學(xué)教授,碩士生導(dǎo)師; 陳天虎(1962-),男,安徽界首人,博士,合肥工業(yè)大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.06.020

P571

A

1003-5060(2017)06-0822-07