Cấu trúc trầm tích, địa hóa học và nguồn gốc của đá phấn chứa phốt phát: các mỏ trầm tích Kỷ Creta muộn của Tây Bắc châu Âu
Tóm tắt
Các lớp đá phấn chứa phốt phát từ Santonian‐Lower Campanian và Lower Maastrichtian tại miền Bắc Pháp, miền Nam nước Anh và Bỉ là các mỏ phốt phát trầm tích lớn nhất ở châu Âu. Bài báo này tổng hợp lại các dữ liệu về địa tầng, trầm tích học, địa chất học đá, khoáng vật học và địa hóa học của các lithofacies, đồng thời trình bày dữ liệu mới. Các mô hình lắng đọng và diagenesis cho các mỏ đá phấn chứa phốt phát được phát triển dựa trên các nghiên cứu thực nghiệm đã được công bố và từ các quan sát các hệ thống phốt phát hóa sản xuất cao và thấp hiện đại. Kết luận cho thấy rằng các đá phấn chứa phốt phát được lắng đọng trong môi trường được oxy hóa tốt, có dòng chảy. Quá trình phốt phát hóa yêu cầu phải duy trì một cân bằng tinh tế giữa tốc độ lắng đọng carbon hữu cơ và carbonate ở mức độ vừa phải, tốc độ tích tụ trầm tích lớn giảm và tốc độ bioturbation được nâng cao. Sự kết tủa của carbonate-fluorapatite (francolite) diễn ra đồng hành với quá trình phân hủy carbon hữu cơ do vi khuẩn, xảy ra trong phạm vi vài cm của giao diện trầm tích-nước biển, và chủ yếu diễn ra trong các cơ thể vi sinh và lớp phủ vi sinh vật. Ngoài thành phần hữu cơ, cấp độ phosphate trong nước lỗ cũng được nâng cao nhờ phosphate hấp thụ trên các oxihydroxide sắt, được giải phóng trong quá trình khử sắt. Quá trình khoáng hóa có thể chủ yếu xảy ra sau quá trình oxy nhưng diễn ra trong lớp trầm tích dày trong đó vật chất hữu cơ biển đang trải qua quá trình phân hủy vi sinh kết hợp với cả điều kiện hiếu khí và kị khí. Phosphogenesis xảy ra chủ yếu ở các vùng biên NE của Bể Anglo-Paris nơi có nền biển nông hơn và điều kiện địa dương học phù hợp. Các đợt phốt phát hóa bị giới hạn bởi sự biến động mực nước biển, điều này đã kiểm soát hiệu quả của dòng chảy xói mòn tạo ra và duy trì các bể phốt phát và có thể đã kích thích năng suất địa phương.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Altschuler Z.S., 1980, The geochemistry of trace elements in marine phosphorites. Part 1. Characteristic abundances and enrichment, Spec, publs Soc, econ. Paleont. Miner., 29, 19
Arthur M.A., 1981, Phosphorites and palaeoceanography, Oceanol. Acta, 1981, 83
Baar H.J.W., 1985, Anomalies in rare earth distributions in seawater; Gd and Tb, Geochim. Cosmochim. Acta, 49, 1955
Baker P., 1990, Neogene to Modern Phosphorites: Phosphates Deposits of the World, 75
Bate R.H., 1972, Phosphatized ostracods with appendages from the Lower Cretaceous of Brazil, Palaeontology, 15, 279A
Baturin G.N., 1971, Formation of phosphate sediments and water dynamics, Oceanology, 11, 372
Baturin G.N., 1982, Developments in Sedimentology, 343
Bentor Y.K., 1980, Phosphorites—–the unsolved problems, Spec, publs Soc. econ. Paleont. Miner., 29, 3
Berner R.A., 1981, A new geochemical classification of sedimentary environments, J. sedim. Petrol., 51, 359
Birch G.F., 1990, Neogene to Modern Phosphorites: Phosphate Deposits of the World, 153
Blondeau A. Froelich F. Pomerol B.&Pomerol C.(1978)Carte géologique de la France á 1/50 000 80: St Just‐en‐Chaussée et notice explicative. Publication du Bureau de Recherches géologiques et minierès Orleans.
Bouiller R. Fleury R. Neau G. Weecksteen M. Scolari G.&Vincent P.L.(1971)Carte géologique de la France à 1/50 000 331: Sens et notice explicative. Publication de Bureau de Recherches géologiques et minierès Orleans.
Bremner J.M., 1990, Neogene to Modern Phosphorites: Phosphate Deposits of the World, 143
Broquet P., 1973, La craie phosphatée en Picardie, perspectives d'avenir de la prospection, Annls scient. Univ. Besançon, 3, 143
Burnett W.C., 1990, Neogene to Modern Phosphorites: Phosphate Deposits of the World, 62
Burst J.F., 1958, Glauconite pellets. Their mineral nature and application to stratigraphic interpretations, Bull. Am. Ass. petrol. Geol., 42, 310
Burst J.F., 1958, Mineral heterogeneity in glauconite pellets, Am. Miner., 43, 481
Casey R., 1960, A Lower Cretaceous gastropod with fossilized intestines, Palaeontology, 2, 270
Cayeux L., 1936, Existence de nombreuses bactéries dans les phosphates sédimentaires de tout âges. Conséquences, C. r. Seanc. Acad. Sci. Paris, 203, 1198
Cayeux L., 1939, Les Phosphates de Chaux Sédimentaires de France I. France Metropolitaine. Études des Gîtes Mineraux de la France, 349
Cook P.J., 1990, Neogene to Modern Phosphorites: Phosphate Deposits of the World, 98
Coulombeau C., 1979, Une méthodologie originale de reconnaissance des dépôts phosphaés de la craie sénon‐jenne de Picardie (France, Chron. Mines. Rech. Min., 449, 5
Garrison R.E., 1981, Diagenesis of oceanic sediments: a review of the DSDP perspective, Spec, publs Soc. econ. Paleont Miner., 32, 181
Glenn C.R., 1990, Neogene to Modern Phosphorites: Phosphate Deposits of the World, 46
Gosselet J., 1896, Note sur les gîtes de phosphate de chaux d'Hem Monacu, d'Etaves, du Ponthieu, etc, Annls Soc. géol. Nord, 24, 109
Gosselet J., 1900, Note sur les gîtes de craie phosphatée des environs de Roisel suivie des considerations générales sur les dépots de craie phosphatée de Picardie, Annls Soc. géol. Nord, 29, 65
Gosselet J.(1900b)Phosphates de chaux de Picardie. Livret Guides du Congrès géologigues internationale 8e Paris 1900 pp.11–20.
Gosselet J., 1901, Plis dans la craie du Nord du bassin de Paris révélés par l'exploitation des phosphates, Annls Soc. géol, Nord, 30, 7
Gosselet J., 1901, Observations géologiques faites dans les exploitations de phosphate de chaux en 1901, Annls Soc. géol. Nord, 30, 209
DeGrossouvre A.(1901)Recherches sur la Craie Supérieur. Première Partie. Stratigraphic Générale. Mémoires pour Servir à l' Explication de la Carte géologique détaillée de la France. Imprimerie Nationale Paris 559pp.
Gulbrandsen R.A., 1970, Relation of carbon dioxide contents of apatite of the Phosphoria Formation to regional facies, Prof. Pap. US geol. Surv., 700, 9
Håkansson E., 1974, Maastrichtian chalk of NW Europe—–a pelagic shelf sediment, Spec. Publ. int. Ass. Sediment., 1, 211
Hancock J.M., 1990, Introduction to the Petroleum Geology of the North Sea, 255
Harland W.B., 1990, A Geologic Time Scale 1989, 263
Hart M.B., 1990, Cretaceous sea level changes and global eustatic curves; evidence from SW England, Proc. Ussher Soc., 7, 268
Henderson P., 1984, Rare Earth Element Geochemistry, Developments in Geochemistry 2, 510
Hower J., 1961, Some factors concerning the nature and origin of glauconite, Am. Miner., 46, 313
Jarvis I.(1980a)Genesis and diagenesis ofSantonian to early Campanian (Cretaceous) phosphatic chalks of the Anglo‐Paris Basin.PhD thesis University of Oxford 578pp.
Jarvis I., 1980, The initiation of phosphatic chalk sedimentation—–the Senonian (Cretaceous) of the Anglo‐Paris basin, Spec. Publs. Soc. econ. Paleont. Miner., 29, 167
Jarvis I., 1980, Palaeobiology of Upper Cretaceous belemnites from the phosphatic chalk of the Anglo‐Paris Basin, Palaeontology, 23, 889
Jarvis I., 1984, Rare‐earth element geochemistry of late Cretaceous chalks and phosphorites from northern France, Spec. Publs geol. Surv. India, 17, 179
Jarvis I., 1985, Geochemistry and origin of Eocene‐Oligocene metalliferous sediments from the central equatorial Pacific: Deep Sea Drilling Project Sites 573 and 574, Initial Reports DSDP, 85, 781
Jarvis I.(1988)Cretaceous Phosphorites of Southern England. Project 156 Field Excursion Guidebook 11th Field Workshop and Seminar International Geological Correlation Programme 52pp.
Jefferies R.P.S., 1962, The palaeoecology of the Actinoca‐max plenus Subzone (lowest Turonian) in the Anglo‐Paris Basin, Palaeontology, 4, 609
Juignet P., 1974, Structures sédimen‐taires et modes d'accumulation de la Craie du Turonien supérieur et du Sénonien du Pays de Caux, Bull. Bur. Rech. géol. min., 1, 19
Kazakov A.V., 1937, The phosphorite facies and the genesis of phosphorites. Geological Investigations of Agricultural Ores, USSR Trans. Sci. Inst. Fertilisers Insectofungicides, 142, 93
Kolodny Y., 1983, The Sea, 981
Kolodny Y., 1970, Carbon and oxygen isotopes in apatite‐CO2 and coexisting calcite from sedimentary phosphorite, J. sedim. Petrol., 40, 954
Lamboy M., 1987, Bacterial origin of phosphatized grains, Terra Cognita, 7, 207
Leriche M., 1909, Sur la limite entre le Turonien et le Sénonien dans le Cambresis et sur quelques fossiles de la Craie grise, Annls Soc. géol. Nord, 38, 53
Lucas J., 1981, Synthèse de l'apatite a partir de matière organique phosphorée (ARN) et de calcite par voie bacterienne, C. r. Acad. Sci., Paris, 292, 1203
Lucas J., 1985, The synthesis of apatite by bacterial activity: mechanism, Mém. Sci. Géol., 77, 83
Manheim F.T., 1975, Marine phosphorite formation off Peru, J. sedim. Petrol., 45, 243
Manheim F.T., 1980, Composition and origin of phosphorite deposits of the Blake Plateau, Spec.publs Soc. econ. Paleont. Miner., 29, 117
Marlière R., 1933, De nombreux banes phosphatés dans la craie à Actinocamax quadratus du Bassin de Mons, Bull. Annls Soc. géol. Belg., 10, B289
Marlière R.(1954)Le Crétacé. In: Prodrôme d'une description géologique de la Belgique.Soc. géol. Belg. Spec. Issue 417–444.
Martill D.M., 1987, A taphonomic and diagenetic case study of a partially articulated ichthyosaur, Palaeontology, 30, 543
Matter A., 1975, Fossil preservation, geochemistry and diagenesis of pelagic carbon, From the Shatsky Rise, northwest Pacific Initial Reports DSDP, 32, 891
McClellan G.H., 1969, Crystal chemical investigations of natural apatites, Am. Miner., 54, 1379
McKelve V.E., 1967, Phosphate deposits Bull. US geol. Surv., 1252, 1
Ménillet F. Breton J.P. Colleau A.&Neau G.(1974)Carte geologique de la France à 1/50 000 330: Cheroy el notice explicative. Publication du Bureau de Recherches. géologiques et minierès Orleans.
Mennessier G. Akbar R. Skadari A. Durzada A. Broquet G.&Monciardini C.(1974)Carte géologique de la France à 1 50 000 45: Hallencourt et notice explicative Publication du Bureau de Recherches géologiques el minierès. Orleans.
Mennessier G. Dickel B. Monciardini C.&Agache R.(1976)Carte géologique de la France à 1/50 000 47: Albert et notice explicative. Publication du Bureau de Recherches géologiques et minierès Orleans.
Mennesseir G. Monciardini C.&Agache R.(1978)Carte géolgique de la France à 1/50 000 63: Roye et notice explicatre. Publication du Bureau de Recherches géolo‐giques et minierès. Orleans.
Milliman J.D., 1974, Marine Carbonates, 375
Monciardini C., 1989, Phosphate Rock Resources: Phosphate Deposits of the World, 407
Monciardini C., 1989, Profil “ECORS nord de la France”: corrélations biostratigraphiques entre quarante‐six son‐dages sismiques intra‐crétacé et implications structurales, Géol. France, 4, 39
Morse J.W., 1990, Geochemistry of Sedimentary Carbonates. Developments in Sedimentology, 707
Nair R.R., 1985, Holocene phosphorites of the western continental margin of India, Mahasagar, Bull. ratn. Inst. Oceanogr. India, 18, 273
Nathan Y., 1979, The geochemistry of the northern and central Negev phosphorites, Bull. geol. Surv. Israel, 73, 41
Newton R.S., 1973, Facies distribution patterns on the Spanish Saharan continental shelf mapped with side‐scan sonar, ‘Meteor’ Forsch. Ergebnisse, 15, 55
Notholt A.J.G. Highley D.E.&Slansky M.(1979)Dossier on Phosphate. Raw Materials Research and Development Dossiers IV. Phosphate Commission of the European Communities Directorate General XII Research Science Education 234pp.
Notholt A.J.G., 1989, Phosphate Rock Resources: Phosphate Deposits of the World, 566
Odin G.S., 1988, Green Marine Clays, Developments in Sedimentology, 295, 10.1016/S0070-4571(08)70069-4
Poels J.‐P., 1988, Les grains phosphates de la Craie de Ciply (Maastrichtien, Belgique). Elements d'interpretation pour la phosphatogenèse, Meded. Rijks geol.Dienst, 42, 51
Pomerol B., 1980, La craie de Picardie: ses phosphates et ses accidents mang‐nésien, Bull. Inf. Géol. Bassin Paris, 17, 1
Prévôt L., 1989, Details on synthetic apatites formed through bacterial mediation, mineralogy and chemistry of the products, Bull Sci.Géol., 42, 237
Prévôt L., 1979, Comportement de quelques éléments traces dans les phosphorites, Bull. Sci. Géol., 32, 91
Prévôt L., 1980, Behaviour of some trace elements in phosphatic sedimentary formations, Spec, publs Soc. econ. Paleont. Miner., 29, 31
Prévôt L., 1979, Origin and Distribution of the Elements, 293
Reimers C.E., 1990, Neogene to Modern Phosphorites: Phosphate Deposits of the World, 300
Riggs S.R., 1989, Sedimentology of the Neogene to Modern glauconite‐goethite‐phosphate system: East Australian continental margin between 29° and 30° south latitude, Bull. Sci. Géaol., 42, 185
Robaszynski F., 1989, Phosphate Rock Resources: Phosphate Deposits of the World, 370
Robaszynski F., 1989, The Upper Campanian‐Lower Maastrichtian chalks of the Mons basin, Belgium: a preliminary study of belemnites and foraminifera in the Harmignies and Ciply areas, Geol. Mijnb., 68, 391
Robaszynski F., 1988, Le gisement de craie phosphatée de Ciply: donné es nouvelles, Bull. Soc. belg. Géol., 97, 9
Sandstrom M.W., 1990, Neogene to Modern Phosphorites: Phosphate Deposits of the World, 33
Scholle P. A., 1974, Diagenesis of Upper Cretaceous chalks from England, Northern Ireland and the North Sea, Spec. Publ. int. Ass. Sediment., 1, 177
Scholle P.A., 1977, Chalk diagenesis and its relation to petroleum exploration: oil from chalks, a modern miracle, Bull. Am. Ass. petrol. Geol., 61, 982
Scholle P.A., 1983, Pelagic Sediments, Mem. Am. Ass. petrol. Geol., 33, 619
Scholle P.A., 1974, Isotopic and petrophysical data on hardgrounds from Upper Cretaceous chalk from western Europe, Geol. Soc. Am. Abstracts with Programs, 6, 943
Sheldon R.P., 1964, Paleolatitudinal and paleogeographic distribution of phosphorite, Prof. Pap. US geol. Surv, 501, 106
Sheldon R.P., 1980, Episodicity of phosphate deposition and deep ocean circulation—–a hypothesis, Spec, publs Soc. econ. Paleont. Miner., 29, 239
Smith A.G., 1977, Mesozoic and Cenozoic Paleocontinental Maps, 63
Strahan A., 1896, On a phosphatic chalk with Holaster planus at Lewes, with an appendix on Foraminifera and Ostracoda by F.Chapman. Q, Jlgeol. Soc. Lond., 52, 462
Suess E.(1875)Die Entstehung der Alpen. Wein 168pp.
Tabatabaï C.M., 1977, La sédimentation phosphatée (ses modalités): pétrographie et sédimentologie des Craies phosphatées du Nord du Bassin de Paris, 243
Thompson G., 1969, Analyses of coccolith ooze from the deep tropical Atlantic, J. mar. Res., 27, 32
Tooms J.S., 1969, Geochemistry of marine phosphate and manganese deposits, Oceanogr. mar. Biol. Ann. Rev., 1, 49
Vail P.R., 1977, Relative changes of sea level from coastal onlap, Mem. Am. Ass. petrol. Geol, 26, 49
Willcox N.R., 1953, The origin of beds of phosphatic chalk with special reference to those at Taplow, England, Origine des gisements de phosphate de chaux. Proc. 19th Int. Geol Congr., 11, 119
Zanin Y.N., 1987, Bacteriomorphic formations in nodular and granular phosphorites, Soviet Geol. Geophys. Novosibirsk, 28, 39
Zanin Y.N., 1985, Phosphatized bacteria from Cretaceous phosphorites of the East‐European platform and Paleocene phosphorites of Morocco, Mém. Sci. Géol., 77, 79
Ziegler P. A., 1982, Geological Atlas of Western and Central Europe, 130