扬子地块埃迪卡拉纪浅层海洋氧化还原环境变化及其对生物演化的影响

埃迪卡拉纪地球表生系统环境变化与生物演化历程息息相关,但是对两者之间相互作用关系的认识还存在争议。本文以华南三峡地区九龙湾剖面埃迪卡拉系陡山沱组沉积序列的碳酸盐岩为研究对象,利用稀醋酸分步淋洗提取碳酸盐相稀土元素信息,建立了埃迪卡拉纪陡山沱期Ce/Ce^(*)值演化曲线。九龙湾剖面Ce异常曲线记录了还原/锰化-强氧化-次氧化-强氧化-弱氧化/还原的演化过程,呈现两次完整的Ce负异常事件,说明埃迪卡拉纪陡山沱期浅层水体在长期氧化的历程中出现了两次显著的氧化事件。这两次氧化事件分别与发生在632 Ma和580 Ma的深部水体阶段性氧化相契合,而且同时期澳大利亚埃迪卡拉纪沉积序列也记录了Ce负异常,暗示埃迪卡拉纪陡山沱期海洋可能发生了两次全球性的广泛增氧事件。基于扬子地块陡山沱组生物化石群记录的主要化石群产出层位与陡山沱期海洋氧化的沉积序列呈现清晰的耦合关系,为海洋氧化促进埃迪卡拉纪陡山沱期多细胞后生动物的起源与演化提供了证据。

塔里木盆地西北缘埃迪卡拉纪—寒武纪转折期黑色岩系中硅质岩成因及其环境指示意义

埃迪卡拉纪—寒武纪转折期是地质历史上的关键期,全球范围内普遍发育一套黑色岩系,包括硅质岩、泥岩和白云岩。在这套黑色岩系中下部,发育了不同厚度的硅质岩,尤其是在塔里木盆地西北缘,黑白燧石条带韵律性互层且硅质岩分布变化大,其成因对寒武系玉尔吐斯组优质烃源岩形成环境具有重要指示意义。本文以塔西北地区新柯地1井这套黑色岩系中硅质岩为研究对象,运用岩芯观察、镜下薄片鉴定、主微量元素和稀土元素分析,研究硅质岩与有机质的成因及其二者之间的共生机理,硅质岩较高的Ti、V、Y、Ba等元素含量、较低的δ^(30)Si值(1.2‰~0.7‰)、明显的Ce负异常说明其硅质流体为热液来源,但是硅质岩不是热液脉体侵入形成,而是富含硅质的流体与冰冷的海水混合沉积而成,硅质岩沉积受温度、pH值、有机质等因素共同控制,有机质的存在可以促进硅质沉淀。同时系统地研究了黑白燧石条带韵律性互层的成因,白色层由纯的微晶石英组成,而黑色层由碎屑碳质颗粒、石英颗粒和碳质纹层组成,认为是微生物席活动的结果,硅质岩中黑白燧石层受冰期和间冰期控制。硅质岩中较高的Al_(2)O_(3)/(Al_(2)O_(3)+Fe_(2)O_(3))比值和较低的Lan/Cen比值代表受陆源影响的大陆边缘沉积环境,结合古气候、海平面变化等信息,认为塔西北地区寒武系玉尔吐斯组硅质岩以及硅质页岩沉积于局限海湾或潟湖环境,为正确认识硅质页岩的形成环境和烃源岩的评价预测提供理论指导。

湖北宜昌埃迪卡拉系陡山沱组下部无机碳同位素再研究:探寻碳酸盐岩碳同位素组成的原始海水信号

湖北宜昌地区埃迪卡拉系陡山沱组记录了多次显著的无机碳同位素(δ^(13)C_(carb))波动事件,它们可以在华南乃至全球范围内进行广泛对比。然而,在一些特定剖面中,陡山沱组底部盖帽碳酸盐岩记录了δ^(13)C_(carb)极负值(<-30‰,VPDB),以及上覆陡山沱组二段底部地层中δ^(13)C_(carb)在正负值之间频繁波动的现象。一般认为,成岩作用中形成的碳酸盐矿物导致了这些分布不规律的δ^(13)C_(carb)波动,并对利用碳酸盐岩全岩无机碳同位素(δ^(13)C_(bulk))数据进行古海洋碳同位素组成恢复的可靠性造成了干扰。为了评估成岩作用对δ^(13)C_(bulk)的影响,本文利用宜昌雾河地区埃迪卡拉系的一口钻井岩芯,对陡山沱组下部地层进行了详细的岩石学观察和碳同位素分析。研究结果表明,陡山沱组下部的碳酸盐岩中存在形成于成岩过程中的方解石矿物,而碳酸盐岩中的白云石组分并未遭受严重的后期成岩作用改造,白云石组分的碳同位素(δ^(13)C_(dolo))组成能够更加准确地反映沉积时的海水信息。为获得样品的δ^(13)C_(dolo)信息,本研究首先将全岩粉末样品与30%磷酸反应2 h,去除其中的方解石组分,然后测试残余样品的碳同位素。实验结果显示,该方法可以有效去除岩石粉末中的方解石组分,最终获得的数据能够准确地反映δ^(13)C_(dolo)特征。陡山沱组二段下部样品δ^(13)C_(dolo)为连续稳定的正值,且明显高于δ^(13)C_(bulk),δ^(13)C_(dolo)曲线更加真实地反映了新元古代冰期结束之后海洋碳同位素组成的变化特征。

中国北方埃迪卡拉纪冰碛岩及冰川作用

中国北方从东到西绵延3000 km范围上的华北克拉通、塔里木克拉通及其中间微地块上都保存有埃迪卡拉纪冰川沉积记录,但有关它的年代学、冰川规模、古地理重建和大地构造背景等存有争论。本文基于中国北方埃迪卡拉纪冰碛岩空间分布、地层与沉积层序,沉积环境与沉积相等,结合以往国内外文献,系统分析了埃迪卡拉纪冰川上述有关问题。研究揭示,埃迪卡拉纪时期,国内外应存在年轻于(Gaskiers)580 Ma的冰期;中国北方埃迪卡拉纪冰川时限约562.5~551 Ma,堆积了冰下、冰缘和冰前沉积相(物),构成垂向上(由下至上)从冰下至冰前与海相冰碛物沉积层序,符合大陆冰川(盖)沉积响应样式;此外,国内外埃迪卡拉纪冰碛岩及冰川剥蚀地貌均十分发育;部分冰碛岩之上还可见盖帽白云岩,并呈现与成冰纪盖帽白云岩类似的沉积构造,但彼此碳同位素剖面却不尽相同;本研究推测,埃迪卡拉纪时期,原特提斯洋及周缘大陆(群)可能普遍存在至少是洲际性大陆冰盖,甚至是全球性的冰期。研究认为,埃迪卡拉纪时期的亚洲陆块群应与冈瓦纳大陆缺乏构造亲缘性的若干重要证据。本文研究结果在埃迪卡拉纪大陆及其古地理重建和大地构造背景恢复方面具有重要科学意义。

华南埃迪卡拉纪—寒武纪宏体藻类化石的时空分布与多样性变化

华南地区众多埃迪卡拉纪—寒武纪特异埋藏化石库为解读生命和生态系统的演化提供了重要化石证据,其中宏体藻类产出数量多、分布广、形态多样,是该时期生态系统中不可忽视的组成部分。过去对华南宏体藻类的研究多集中于形态、分类和古生态方面,对于其不同时期的地理分布和多样性变化较少涉及。文中对华南埃迪卡拉纪—寒武纪特异埋藏化石库中的宏体藻类进行了总结和分析,结果发现:(1)至晚埃迪卡拉世,宏体藻类的古地理分布范围和属、种级多样性明显扩大和提高,在晚埃迪卡拉世第五期达到顶峰;(2)寒武纪纽芬兰世宏体藻类的地理分布范围和属、种级多样性均较低,至第二世则明显扩大和增加;(3)苗岭世之后,宏体藻类古地理分布大幅度缩小,但多样性显著升高并达到第二高峰,直到芙蓉世多样性又急剧下降。推测区域海水含氧量的增加可能是导致华南宏体藻类繁盛(属、种多样性高)的主要原因,适合宏体藻类保存的泥页岩的分布范围或出露面积则可能是影响宏体藻类古地理分布范围的重要因素。

华南黄陵背斜西翼兴山地区乡儿湾剖面埃迪卡拉系陡山沱组微体化石

本文首次报道并描述了华南黄陵背斜西翼湖北宜昌兴山县乡儿湾剖面埃迪卡拉系陡山沱组二段中上部的燧石结核和条带中的疑源类微体化石,经系统鉴定共识别出8属8种,包括Appendisphaera grandis,Crassimembrana multitunica,Leiosphaeridia minutissima,Megasphaera inornata,Schizofusa zangwenlongii,Symphysosphaera basimembrana,Urasphaera nupta,Variomargosphaeridium gracile。该化石组合包含Liu Pengju and Moczyd?owska(2019)所建立的第二生物组合带(Tanarium tuberosum-Schizofusa zangwenlongii组合带)的特征分子Schizofusa zangwenlongii,因此,可尝试性地与第二生物组合带相对比,但未见黄陵背斜东南翼陡山沱组二段的常见属Tianzhushania,据此推测黄陵背斜两翼在古环境上可能有所差异。

华南峡东地区埃迪卡拉(震旦)纪年代地层划分初探

华南峡东地区埃迪卡拉纪地层连续,出露完整,化石丰富,顶、底界线清楚,是世界上同时代地层最具代表性的序列之一,也是解决埃迪卡拉纪年代地层划分、竞争相关界线层型剖面的最理想地区之一。根据近年来峡东地区埃迪卡拉系的同位素年代学、生物地层学和化学地层学等方面的研究积累,本文以生物地层序列(生物演化阶段)为基础标志,以碳稳定同位素组成的重要变化界面为辅助标志,对峡东地区埃迪卡拉纪地层进行年代地层的划分,提出2统5阶方案。下统名称建议用峡东统,下分九龙湾阶和陈家园子阶;上统名称建议用扬子统,下分吊崖坡阶、第四阶和第五阶。在此基础上,根据生物地层和碳稳定同位素地层学的特征,初步探讨了与其他地区埃迪卡拉系的对比关系。这一划分和对比方案只是目前研究的阶段性认识,更完整的划分对比意见还有待今后的进一步完善。

华南老堡组硅质岩中草莓状黄铁矿--埃迪卡拉纪末期深海缺氧的证据

为恢复埃迪卡拉纪末期深海的氧化还原状态,我们对华南桂北泗里口剖面老堡组(大约550～540Ma)硅质岩中草莓状黄铁矿的粒径和分布进行了测量、统计和研究。老堡组硅质岩样品中普遍存在着草莓状黄铁矿,呈星散状分布,未见自形晶的黄铁矿颗粒和明显后期充填的草莓状黄铁矿集合体。硅质岩中草莓状黄铁矿颗粒的统计表明,它们具有很窄的变化范围,最大粒径小于18μm,大多数样品中草莓状黄铁矿的平均粒径和中间粒径均小于5μm。根据这些硅质岩中原生黄铁矿的粒径和分布,我们判定埃迪卡拉纪末期的深部海水是缺氧的。泗里口剖面老堡组硅质岩中草莓状黄铁矿的平均粒径、中间粒径和最大直径沿剖面向上逐渐增加,这意味着埃迪卡拉纪末期华南的深部海水有逐步被氧化的趋势。

埃迪卡拉纪陡山沱期瓮安生物群中磷酸盐化球状化石新材料及其问题讨论

磷酸盐化球状化石是埃迪卡拉纪瓮安生物群中的主要化石类型。研究初期其生物属性被归于绿藻;随后,由于发现一些球状化石标本保存有类似后生动物卵裂的二分、四分、八分、十六分、三十二分等细胞分裂特征及分裂球规则有序的排列方式,并且不同分裂阶段的球体大小基本保持一致等特征,一些学者将其解释为动物的胚胎化石,并由此引起了国内外众多学者的关注和热烈的讨论。近年来,又有学者将其解释为巨大的氧化硫细菌。本文在系统介绍这些磷酸盐化球状化石研究现状的基础上,报道了一些新的球状化石材料,包括一些具有出芽现象的球状化石以及Parapandorina和Megaclonophycus之间的过渡分子。新材料的发现显示,尽管休眠卵和胚胎假说是迄今为止对瓮安生物群中磷酸盐化球状化石的最佳解释,但仍有无法解释的一些问题,这些球状化石确切亲缘关系的确定还有待于新材料的不断发现和研究程度的不断深入。

埃迪卡拉纪末期华南盆地深水环境的微量元素约束

对沉积于埃迪卡拉纪末期(551～542 Ma)华南盆地深水的老堡组硅岩样品中微量元素进行了研究.老堡组硅岩的元素地球化学特征显示岩石中微量元素主要来源于沉积水体,它们的质量分数和相关比值具有良好的环境指示意义.老堡组硅岩微量元素具有极低的w(Th)/w(U)(0.15～1.36,平均0.78),高的w(V)/(w(V)+w(Ni))(0.58～0.91,平均0.77),氧化还原敏感元素富集(U,V,Mo的富集系数较高),Mn的质量分数(10.9×10^(-6)～27.6×10^(-6))和富集系数均低的地球化学特征.这些特征表明埃迪卡拉纪末期华南盆地深水是缺氧的.然而,硅岩样品相对低的U,V,Mo质量分数以及缺乏黄铁矿指示了当时深水不是硫化的,而是缺氧含铁的,这种水体环境可能为多细胞后生动物的出现和快速演化提供了必要条件.

埃迪卡拉纪末期管状动物的“大辐射”

“寒武纪大爆发”是生物演化史上最重要的事件之一,现生动物的绝大多数门类在短短的两千万年的时间里“突然”出现,这一事件奠定了显生宙生物演化的基础。普遍认为以软躯体为代表的埃迪卡拉生物群是生命进化中“失败”的尝试,与显生宙生物之间没有明确的亲缘关系。文中通过对新元古代管状化石记录的系统梳理,基于对高家山生物群中大量管状动物化石类群如Cloudina,Sinotubulites,Conotubus,Gaojiashania,Shaanxilithes及可能的Anabarites等的较为系统的厘定和形态学复原,提出在埃迪卡拉纪,与典型埃迪卡拉软躯体生物群演化相对应,在新元古代末期,早期动物的进化史上存在着管状动物的大辐射,它们形态复杂,生物构型多样,个体大小差异悬殊,生活方式繁杂,代表了地球生命史上一次重大的生物革新事件,并且其中部分生物成为寒武演化生物群的先驱。该文将这一辐射演化事件称为管状动物的“大辐射”,它开启了显生宙生命演化的序幕。

贵州埃迪卡拉纪瓮安生物群化石含量的统计分析

贵州瓮安埃迪卡拉纪陡山沱组(635—551Ma)上磷矿段保存了大量精美的磷酸盐化微体球粒化石,它们主要由多细胞藻类、疑源类和处于不同发育阶段的多种动物胚胎化石组成,此外还包括少量后生动物的幼、成体化石。本文以贵州瓮福磷矿陡山沱组上磷矿段灰白色球粒状白云质磷块岩为研究对象,在总结瓮安生物群中不同生物化石的鉴别特征基础上,定量统计采自该层位的两组岩石样品(WA-Ι和WA-Π)的酸处理砂样中的所有化石。统计结果表明,瓮安陡山沱组该磷块岩中化石质量和岩石中磷酸盐组分质量成正线性相关,两个样品中化石占全部磷酸盐组分的质量百分比均在10%左右,其中多细胞藻类和疑源类化石占全部化石含量均少于10%。这一结果客观地反映了瓮安生物群的化石丰度,证实了保存在瓮安陡山沱组上磷矿段灰色富氧含磷埋藏相中的瓮安生物群主要由动物胚胎化石组成的特征。

贵州埃迪卡拉纪—寒武纪裂散长索藻Longifuniculum dissolutum的分布及其形态变化

在埃迪卡拉纪-寒武纪地球生命演化和环境变化的重要时期,贵州地区众多后生生物化石群中保存了极为丰富的宏观藻类,这些宏观藻类不仅在早期植物演化中具有极其重要的作用,而且在探索动物与环境协同演化方面也能提供一些重要的信息。文中将分布于贵州埃迪卡拉系陡山沱组-寒武系牛蹄塘组及凯里组的裂散长索藻Longifuniculum dissolutum化石形态进行了详细描述和纵向对比研究,其结果表明自陡山沱组至凯里组沉积期,裂散长索藻的形态变化趋势是藻体逐渐变短变宽,藻丝逐渐变细。这种变化趋势有可能反映L.dissolutum与生态环境变化相适应,也正由于L.dissolutum自身的适应环境的变化使其能够顺利跨过新元古代—寒武纪的重大转折期。从而证实,裂散长索藻L.dissolutum是一类环境适应较强、遗传相对较稳定的一类宏观藻类。

陕西宁强埃迪卡拉纪晚期高家山生物群中黄铁矿化化石的成岩及风化过程

陕南埃迪卡拉纪晚期的高家山生物群中部分化石以黄铁矿化三维立体保存软躯体管状化石为主要特征。对野外识别出的具有不同风化程度的3类粉砂岩进行了详细的手标本特征对比和扫描电子显微镜测试对比研究。锥管虫(Conotubus)的化石成岩学特征表明黄铁矿最先沉淀,随后方解石充填于黄铁矿留下的空隙或空腔中。这些化石所经历的第一期风化作用相对较弱,保留了大量的原始化石成岩学信息;第二期风化作用则可能形成于一个氧化条件较强的环境中。

埃迪卡拉纪全球成磷事件沉积地球化学模型探讨:以扬子板块不同相区陡山沱组含磷岩层研究为实例

埃迪卡拉纪是地球第二次大规模成磷时期,全球各大陆均有这次成磷事件的记录。目前对于该时期成磷事件的形成尚未有广泛接受的地球化学模型解释。而磷酸盐的沉积受海水氧化还原条件的控制,因此通过该时期磷块岩沉积与海水氧化还原条件演变之间关系的研究可为全球大规模成磷事件的沉积地球化学模型建立提供验证。文章通过对扬子板块埃迪卡拉纪不同相区磷块岩中碳酸盐组分稀土元素分析,结果表明磷块岩形成时底层海水处于次氧化—接近氧化的不稳定状态,氧化还原界面沿浅海—大陆架呈现动态变化的特征,为磷块岩的大规模形成提供最佳沉积地球化学条件。合适的海水化学条件及丰富的磷质来源,大大增加了磷块岩沉积的空间和机会,导致了地质历史时期第二次全球规模成磷发生。

沉积地层中的黄铁矿形态及同位素特征初探——以华南埃迪卡拉纪深水相地层为例

地质历史时期新元古代大气氧含量普遍较低。在硫酸盐还原细菌作用下,作为海洋重要的氧化性离子,陆源硫酸根离子有效促进了深层海水的氧化进程。在此过程中,硫元素在硫酸根和黄铁矿之间发生显著同位素分馏,其分馏程度可反推当时古海洋的氧化还原状态。沉积地层中的黄铁矿普遍具有多种形态,不同形态黄铁矿的形成环境多有不同。如草莓状黄铁矿多形成于底层缺氧水体或沉积物的浅表面,而大颗粒单晶黄铁矿或脉状黄铁矿则多沉积于成岩早期的沉积物孔隙或形成于成岩后期的热液改造。与草莓状黄铁矿不同,大颗粒单晶或脉状黄铁矿的硫同位素组成并不能反映沉积时期的古海洋氧化还原条件。判定沉积地层中不同形态的黄铁矿及形成过程,是获得有效反映海洋沉积环境硫同位素组成特征的基本前提。简要总结了地质历史时期沉积地层中的黄铁矿类型及矿物形成过程,并以华南埃迪卡拉纪蓝田组岩芯样品为例,识别出各个样品中的黄铁矿形态组成特征,对比分析了全岩黄铁矿与样品中大颗粒黄铁矿硫同位素组成差异。研究结果表明:不同岩性样品中黄铁矿的形态种类及含量均存在差异。页岩样品保存有更好形态的自形晶以及草莓状黄铁矿;碳酸盐岩样品中具有较多自形晶以及他形晶黄铁矿,并且其中的少量草莓状黄铁矿遭受后期成岩作用而发生不同程度的晶体蚀变。样品中大颗粒黄铁矿的硫同位素值(δ34SL⁃pyr)通常显著高于全岩黄铁矿的硫同位素值(δ34ST⁃pyr),最大差值可达48.5‰。在利用黄铁矿的硫同位素组成来反推当时古海洋环境时,需要区分不同形态黄铁矿,仔细剔除大颗粒黄铁矿,降低成岩期黄铁矿对样品中硫同位素组成的影响。更细致的微区黄铁矿硫同位素分析工作将依赖于SIMS分析测试手段进行。

宜昌地区埃迪卡拉纪陡山沱组硒的富集与地质意义

新元古代一早寒武世过渡时期发生了地质历史上第2次大氧化事件,沉积岩中的氧化还原敏感元素在这一时期出现不同程度的富集。分散元素硒是典型的氧化还原敏感元素,沉积岩中硒的富集可以指示海洋氧化环境的变化。为了讨论这一时期硒的富集与海洋氧化还原状态的关系,本文对宜昌地区陡山沱组第4段黑色页岩中的Se及其他氧化还原敏感元素进行了系统地分析。结果发现,Se含量范围1.0×10^(-6)~58.0×10^(-6),平均含量14.49×10^(-6),远高于Se的地壳丰度(0.05×10^(-6))。Se元素的富集同Co、Ag和V等都有不同程度的相关性。利用Mo-U关系指示了这一时期为缺氧环境。宜昌地区埃迪卡拉纪陡山沱组硒的富集作用与硫化水体波动、生物作用和不稳定的缺氧海洋环境有关,不同剖面的区域因素也造成了富集程度的不同。与前寒武纪的黑色页岩相比,Se含量发生了明显富集,暗示这一时期强烈的大陆风化输入,进一步指示大气的氧化。

华南埃迪卡拉纪陡山沱组物源风化对全球性成磷事件的启示

华南埃迪卡拉纪陡山沱组沉积于原始地球-生命系统向现代地球-生命系统过渡的关键时期,该套地层记录了地质历史时期一次大规模成磷事件,但关于该次成磷事件中磷元素的来源仍存在诸多争议。浅海区磷元素主要来源于由河流搬运的陆表含磷矿物风化产物及上升流作用所带来的其他海域含磷水体,这两种来源可以通过全岩碎屑元素(Al、Fe、Th等)和稀土元素的含量及其分布特征进行区分。本文通过对上扬子地区乡党坪剖面和四斗坪剖面的陡山沱组主、微量元素特征的综合分析,恢复了该地区的物源体系及其风化作用过程。较高的P_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)、P_(2)O_(5)-Fe_(2)O_(3)相关性,表明该时期磷来源于陆地风化而非上升流;较低的Th/Co、La/Sc、Th/Cr等比值,TiO_(2)-Zr相关性以及Th-Hf-Co、La-Th-Sc三角图分布关系,表明研究区内陡山沱组的物源体系主要为玄武岩;较高的化学蚀变指数(CIA)和较低的Sr/Cu值,表明物源区当时以温暖湿润气候为主,经历了中等程度的化学风化作用。对不同类型火山岩中磷含量的大数据分析结果表明,镁铁质火山岩中的磷含量远高于长英质火山岩,故陡山沱组沉积期间较为强烈的玄武岩风化作用大大提高了浅海陆架区的磷沉积通量以及海水磷浓度水平,为磷块岩的大规模形成提供了丰富磷质来源,并改善了早期海洋的磷循环,促进了全球规模的成磷事件以及大型后生动物的辐射。

藏北羌塘南部埃迪卡拉系达布热组的建立及其地质意义

羌塘位于青藏高原腹地,构造上处于冈瓦纳大陆北缘。因其特殊的构造位置,羌塘地体的起源及构造演化对于探讨青藏高原的早期形成演化、冈瓦纳大陆裂解,以及特提斯洋演化等关键科学问题至关重要。最近,在羌塘南部达布热地区发现一套碎屑岩夹玄武岩的岩石组合,碎屑岩具有低成分成熟度的特点,虽然岩石发生了低绿片岩相变质,但仍然保留了原岩类复理石沉积的特点。根据碎屑锆石定年结果,该套地层中碎屑锆石的最年轻年龄为550Ma左右。此外,该套地层中玄武岩夹层的测年结果表明,该套地层形成于埃迪卡拉纪(约550Ma)。结合地层剖面及区域地层对比,建立了埃迪卡拉纪达布热组。达布热组是羌塘地区首次发现的埃迪卡拉纪地层,该组地层的建立为探讨冈瓦纳大陆北缘构造演化提供了重要线索。