新元古代“雪球地球”形成与消融及华南板块的记录

新元古代为距今约1 000~540 Ma的地质历史时期,当时地球处于Rodinia超大陆汇聚和裂解期,板块运动和岩浆作用强烈,且伴随全球性气温下降以及大范围的几期冰期作用,形成覆盖整个地球的冰雪,形成雪球地球（Snowball Earth）。就华南板块而言,在新元古代时期存在有几期冰期冰碛物残留,学者们对其的定年工作成果也相当丰富,但对雪球地球的形成和消融因素方面还存在的一定争议,包括形成与消融时间、方式、影响因素等。通过总结前人研究成果,从而提出关于华南板块新元古代“雪球地球”形成与消融因素,即在当时古地理环境下雪球地球的形成与消融是多因素综合性作用的结果,包括地史早期微生物作用、超大陆裂解以及超级地幔柱、甲烷渗漏、冰期岩浆热液作用。从新元古代以来,随着Rodinia超大陆的裂解以及在超级地幔柱作用下,海岸线不断增加,大量微生物以及小壳动物繁殖,呈现峰值增加,CO₂等温室气体含量迅速下降,从而破坏温室平衡。后期由于冰期岩浆热液作用以及海底温室气体CH₄排放,导致温室效应重新加剧,恢复原始地球形貌。     

新元古代”雪球”假说与生命演化的环境

新元古代末期，地球至少经历了两次全球性的冰川作用，研究者提出了“雪球”假说来解释新元古代时期一系列特殊的地质现象，该假说已成为研究新元古代全球冰川作用和其后生物大爆发事件的窗口。但一些学者并不赞成地球曾经是被冰雪完全覆盖的“雪球”，并分别提出了“半融雪球/无冰水体”和“薄冰”假说。尽管每一种假说都不能解释所有的地质、地球化学现象，但越来越越多的证据，特别是分子有机地球化学和古生物学的证据表明，“雪球”时期的海洋并没有完全被冰封盖，在赤道地区的冰盖可能很薄或存在无冰的水体。无冰水体的存在可以使一些光合生物继续生存和演化，这对其后的“寒武纪生物大爆发”事件和生命演化具有重要的意义。     

铜仁地区陡山沱期盖帽碳酸盐岩地质地球化学特征及其成因

通过对贵州铜仁地区陡山沱期盖帽碳酸盐岩进行野外地质观察与室内岩石薄片显微镜下观察和研究,发现盖帽碳酸盐岩普遍发育有晶洞构造、帐篷构造、层状裂隙及包卷状构造等特殊沉积构造,重晶石、黄铁矿广泛发育,δ(13C)(2个研究剖面平均值分别为-4.73×10-3,-4.52×10-3)普遍显著负偏。研究区盖帽碳酸盐岩的地质地球化学特征依据"甲烷渗漏"成因假说能够较合理地解释。     

新元古代的"雪球地球"

“雪球地球”假说的提出解释了一些新元古代冰川现象，如低纬度和低海拔冰川沉积、帽碳酸盐岩、负的碳酸盐δ^13C漂移和BIF铁矿等现象。尽管有不同的假说与解释，但“雪球地球”最为流行。“雪球地球”事件被认为起因于地球系统的变化，如Rodinia超大陆的裂解、超级地幔柱的活动及古地磁真极的漂移等。“雪球地球”的极端气候环境变化，促进了生命的演化，造成了寒武纪生物大爆发。     

徐州—淮南地区新元古代臼齿碳酸盐岩成因探讨

臼齿碳酸盐岩是一种发育在中—新元古代，由微亮晶方解石组成的复杂褶皱构造，其成因一百多年来一直是个谜。通过对徐州-淮南地区新元古代臼齿碳酸盐岩特征、形成环境、分布时限研究，探讨了臼齿碳酸盐岩成因。该区臼齿碳酸盐岩发育在台地缓坡沉积体系中，可作为潮下浅水环境的标志，其形态在微层序中的分布反映沉积环境，具有重要的环境意义。建立了臼齿碳酸盐岩微相环境模式。快速石化作用形成均匀、等粒微亮晶方解石，是臼齿碳酸盐岩显著特征。现代类似于发育臼齿碳酸盐岩潮下环境没有这样的快速石化条件，它要求更高的超过饱和CaCO3沉淀。臼齿碳酸盐岩在本区分布时限介于850～720Ma间，在Sturtian冰期之前消失，与全球其他地区臼齿碳酸盐岩消失的时限一致，Sturtian冰期改变了海洋化学性质，是臼齿碳酸盐岩消失的根本原因。Sturtian冰期对海洋化学性质的影响，可能是揭开臼齿碳酸盐岩成因机理的一个重要新途径。     

中国三大陆块中—新元古代泥质岩与碳酸盐岩元素地球化学特征

中国三大陆块中—新元古代地层格架中广泛分布低变质程度的泥质岩与碳酸盐岩,其元素地球化学特征为研究地表圈层的历史演化提供了重要的基础资料。本文收集了近十几年国内外已发表的近2000组泥质岩/碳酸盐岩中地球化学数据,包括40种常量、微量元素含量组成,涉及华北陆块长城系、蓟县系、待建系及青白口系,扬子和塔里木陆块南华系、震旦系。结合文献中样品的岩性、实验方法以及地质背景特征,主要得出了以下认识：① 泥质岩中常量元素的平均含量与中国东部未变质泥质岩中的相似,但其整体上受到了新元古代冰期的影响,化学风化作用较弱,易流失的Na、K及Ca元素含量相对较高;碳酸盐岩中的常量元素含量组成与中国东部未变质富泥碳酸盐岩对比,具有少量的陆源物质输入且以白云岩为主,Mg含量较高。② 碳酸盐岩中较高的Mn/Sr比值应与成岩蚀变作用有关,虽然硅酸盐矿物少于泥质岩,但Sc、REE+Y以及氧化还原敏感元素更加富集,Sc和REE+Y元素与陆源碎屑的混染作用有关,而后者与氧化的海洋环境有关。③ 中元古代早期,华北沉积物中记录了Ce元素负异常以及氧化还原敏感元素含量的增高,响应了一次浅海的氧化事件,并促使了生物的演化。④ 进入新元古代,“雪球地球”事件被塔里木陆块泥质岩大范围变化的化学蚀变指数所记录,伴随着间冰期及冰期后海洋的增氧,扬子陆块新元古代沉积物部分微量元素含量又一次增加,对应着伊迪卡拉生物群的出现。     

新元古代帽碳酸盐岩中帐篷状构造的成因

帐篷构造是碳酸盐岩中的一种特殊沉积组构,因其倒“V”字形形态类似于帐篷(tepee)而得名,被认为是一种无成因意义的沉积组构。传统的帐篷构造在海相至陆相碳酸盐岩中都有发育,形态和胶结物的不同反映了沉积环境的变化,其成因为裂隙填充的胶结物结晶膨胀导致层面突起变形。新元古代帽碳酸盐岩中广泛发育有倒“V”字形的类似构造,但由于形态和成因上都和传统的帐篷构造有所区别,被称为“帐篷状构造”(te-pee-likestructure)。目前其成因解释主要有:“巨风暴潮波痕”、“甲烷气体渗漏”、“地下水侵位”和“晶体结晶”的假说。由于帐篷状构造的形成过程与机制和帽碳酸盐岩的成因密切相关,对帐篷状构造的进一步研究必将帮助我们对新元古代冰期结束机制的理解。     

宁镇山脉的盖帽碳酸盐岩北大核心CSCD

埃迪卡拉系底部发育一套覆盖在成冰纪冰碛杂砾岩之上的碳酸盐岩地层,被称为"盖帽碳酸盐岩",它是超级温室气候事件的沉积标志层,代表了新元古代"雪球"冰期的结束。通过对宁镇山脉地区新元古代地层的野外调查,在镇江丹阳帽山剖面南沱冰碛杂砾岩层顶部发现厚约4 m的含锰碳酸盐岩。沉积岩石学和稳定碳、氧同位素研究表明,这层碳酸盐岩具有盖帽碳酸盐岩的典型特征,可以与扬子板块其他地区的盖帽碳酸盐岩进行对比。这是宁镇山脉地区存在盖帽碳酸盐岩的首次报道。     

新元古代“雪球”事件对海水碳、硫同位素组成的影响

在新元古代晚期地球上曾发生过全球性的冰川作用，一些学者称之为“雪球”事件。在新元古代“雪球”事件前后，古海水的C、S同位素组成都出现了非常大的变化，在“雪球”之前海水中的碳酸盐非常富集^13C，在“雪球”期间和紧随其之后贫^13C，然后δ^13C值出现了高达10‰的正漂移；在“雪球”开始之前古海水硫酸盐的δ^34S值呈逐渐降低的变化特征，紧随“雪球”之后古海水硫酸盐的δ^34S值出现了超过20‰的正漂移，达到地质史上的最高值，同期形成的硫化物具有异常高的δ^34S值。“雪球”事件前后古海水C、S同位素组成的大幅度变化，是由“雪球”前后全球环境的剧烈变化引起的。“雪球”前后海水C、S同位素的大幅度变化是与“雪球”有关的特殊环境条件作用的结果，也是“雪球”事件存在的有力证据。     

辽东大连新元古代臼齿碳酸盐岩地球化学特征及其地质意义

臼齿构造碳酸盐岩是全球各大陆中、新元古代时期普遍发育的、具有特殊成因意义的碳酸盐岩类型,到目前为止,已在全球20多个地区近50多个中、新元古代地层剖面中被发现。百余年来,有关MT的研究越来越深入,进展显著。从前期和前人较少关注的有关MT与宿主岩石的关系,尤其是从MT与宿主岩石地球化学特征的关系及其所揭示的地质意义出发,通过薄片、电子探针、背散射、阴极发光等测试手段及C、O、Sr同位素的系统测试,对辽东地区新元古代南关岭组、营城子组及兴民村组MT及其宿主岩石的成分、结构、微观组构等特征进行了深入研究。研究证明,MT是原生或早期成岩的产物,由原生海水埋藏成岩和海水直接成岩形成;MT与宿主岩石具有相似的地球化学特征,具有同生或准同生的特点,形成于温暖的正常海水环境,并于Sturtian冰期前终止发育。锶、碳同位素同全球中、新元古代碳锶同位素理论曲线类比表明,大连新元古代南关岭组和营城子组的形成时限为760~950 Ma,兴民村组形成时限为720~800 Ma,与胶辽徐淮地区新古代地层具有良好可对比性。     

三峡地区陡山沱早期水体性质的稀土元素和锶同位素制约

通过分析三峡地区九龙湾剖面新元古代盖帽碳酸盐岩的稀土元素和锶同位素组成,对新元古代“雪球地球”事件结束后水体的性质提供了制约。盖帽碳酸盐岩的REE配分模式具有轻重稀土元素亏损的特征,存在轻微Y正异常以及较高的Y/Ho值,没有明显的La异常。这些特征与受淡水影响的陆缘盆地、湖泊等沉积环境相似,而不同于正常海水。这表明盖帽碳酸盐岩不是正常的海相沉积物,而是发育在淡水与海水混合环境中的沉积物。盖帽碳酸盐岩具有较高的87Sr/86Sr值,这是由于新元古代“雪球地球”事件结束后大量陆源风化物的输入引起的。因此,盖帽碳酸盐岩较高的87Sr/86Sr值不能代表当时全球海水信息,只能反映局部混合水体的信息。轻微的Ce负异常显示陡山沱组早期水体处于弱氧化状态。盖帽碳酸盐岩的REE和Sr同位素综合特征表明在新元古代“雪球地球”事件结束后,陡山沱组早期水体是携带大量陆源风化物的冰融水与海水混合的水体,而且此时的混合水体处于弱氧化状态。     

塔里木盆地新元古代裂谷盆地层序样式

塔里木盆地是位于Rodinia超大陆边缘的小陆块,随着新元古代Rodinia超大陆裂解,在塔里木盆地周边和内部形成了大量裂谷盆地,通过对裂谷体系的演化和地层充填特征研究,对认识Rodinia超大陆的裂解过程具有重要意义。按照盆地动力学、层序地层学和沉积学等理论为指导,以露头、钻井和地震剖面为基础,进行不整合面、层序地层和沉积相研究,探讨层序样式及控制因素,分析塔里木盆地和扬子盆地裂谷演化过程的差异。塔里木盆地新元古代南华系—震旦系为1个一级层序,由两个一级不整合界面限定——Td(南华系/前南华系基底)和T1(震旦系/寒武系),其中Td界面为塔里木运动导致,即新元古代早期—中期Rodinia大陆裂解作用开始,而T1界面与塔里木板块内部表现为垂直上升作用的柯坪运动有关。按照裂谷盆地演化的三个阶段——快速裂陷期、稳定沉降期和裂谷萎缩期,分为3个二级层序。快速裂陷期为二级层序SQ1,发育大量小型地垒—地堑盆地,水体由浅变深,发育滨浅海相—河流—三角洲等沉积;稳定沉降期为二级层序SQ2,盆地连通性加强,形成统一的盆地,发育滨岸—三角洲—浅水陆棚—盆地相;裂谷盖处于裂谷萎缩阶段,受地幔柱冷却,地壳回弹影响,断裂活动减弱并逐渐停止,地层向隆起上超,地层分布范围广,主要发育碳酸盐岩台地相,该阶段构成二级层序SQ3。受到海平面变化、冰川和气候等因素控制,发育13个三级层序,其中冰期发育冰碛岩—盖帽碳酸盐岩的一类特殊三级层序。南华纪末期的Marinoan冰期是全球冰期事件,相应在中国南方扬子地区发育典型的南沱组冰碛岩和陡山沱组白云岩的组合,而塔里木盆地库鲁克塔格地区为特瑞爱肯组冰碛岩之上直接覆盖了扎摩提克组的粉砂岩地层,不发育盖帽碳酸盐岩。这和裂谷体系演化有关,塔里木裂谷盖形成的滞后了约70Ma,冰碛岩沉积之后,水体快速加深,碎屑物质供给充足,没有适合碳酸盐岩的生长环境。通过新元古代裂谷盆地的结构样式和层序地层研究,对认识新元古代构造、沉积环境,和烃源岩、储层的分布等具有重要在指导意义,而不同盆地之间大陆裂解响应过程的差异也是值得深入研究问题。     

海底天然气渗漏系统微生物作用及冷泉碳酸盐岩的特征

海底天然气渗漏系统是全球海洋环境中广泛分布的自然现象。部分渗漏天然气通过细菌作用转变为二氧化碳,同时海水硫酸盐被还原为硫化氢, 与孔隙水中的钙和铁结合而沉淀冷泉碳酸盐岩。冷泉碳酸盐岩的常见矿物有微晶方解石、文石、白云石和黄铁矿。冷泉碳酸盐岩常发育一些特殊的组构, 如黄铁矿环带结核、溶蚀面、平底晶洞、凝块和向下生长的叠层石组构等。碳酸盐岩特别负的δ13C值指示碳来源于生物成因的甲烷, 而18O富集可能与天然气水合物的分解有关。冷泉碳酸盐岩中黄铁矿的δ34S值低于海水的, 这指示硫来源于微生物还原的海水硫。冷泉碳酸盐岩中的生物标志化合物及其极负的δ13C值指示微生物的生命代谢活动。     

钠长石花岗岩中雪球结构形成机理的研究

在某些富锂、氟含稀有金属花岗岩的石英和钾长石斑晶中常见 (半 )雪球结构。雪球结构的产出特征、雪球体中钠长石的电子探针分析结果以及其他间接证据都说明 ,雪球结构是在岩浆结晶分异过程中形成的。对矿物结晶顺序、石英和钠长石的生长速率以及固相线温度的研究表明 ,富锂、氟、钠的花岗质残余岩浆完全具备形成雪球结构的条件。岩浆熔体中较高的Na2 O/K2 O比值和F、H2 O含量在雪球结构的形成过程中起着重要的作用 :F的高含量使岩浆固相线温度降低 ,岩浆得以充分分异演化 ,形成接近端员组分的钾长石和钠长石 ;Na2 O/K2 O比值较大使钠长石首先结晶 ;较高的F和H2 O含量使岩浆粘度降低 ,石英的生长速率相对加快并逐渐包裹钠长石形成雪球结构。     

塔里木盆地西南缘叶城地区新元古代冰期事件

新元古代冰期事件记录了“雪球地球”事件重要的地质信息。塔里木盆地周缘新元古代冰碛岩地层露头发育,是研究新元古代冰期事件的理想基地。由于发育多套新元古代火山岩,盆地东北缘库鲁克塔格地区新元古代冰碛岩地层时代已获得较多年代学数据约束;但盆地周缘其他地区新元古代冰碛岩地层公开报道年代学数据较少,不能准确限定其沉积时代,导致冰期事件对比存在争论。为此,本文选择塔里木盆地研究程度较低的西南缘叶城地区新元古代冰碛岩地层,开展岩石学、同位素年代学、岩石地球化学等研究,明确其冰期沉积特征,约束其沉积时代,开展冰期事件对比,讨论古气候风化条件等。南华系波龙组和雨塘组冰碛岩地层具有较低的化学蚀变指数(CIA),分别代表新元古代2次寒冷的冰川气候记录。冰川沉积及其相邻层位的碎屑锆石U-Pb年代学数据显示,波龙冰期的起始年龄晚于(710±13) Ma,与全球Sturtian冰期对应;雨塘冰期的起始年龄不会早于(656±18) Ma,其结束年龄可被南华系顶界年龄635 Ma或上覆震旦系库尔卡克组碎屑锆石年龄(634±9) Ma限定,与全球Marinoan冰期对应。     

Chemostratigraphy and lithological characters of Neoproterozoic cap carbonates from the Kuruktag Mountain, Xinjiang, western China

The Neoproterozoic Era includes some of the most largest ice ages in the geological history. The exact number of glaciations is unknown, though there were at least two events of global glaciation. Neoproterozoic glacial deposits in the Kuruktag Mountain, Xinjiang, western China have proven that there had occurred three discrete Neoproterozoic glaciations. Diamictite units occurred in the Bayisi, Tereeken, and Hankalchough formations, carbonate units were recognized among the diamictites and immediately overlied the Bayisi, Tereeken and Hankalchough diamictites. Carbonates at the top of the Bayisi Formation are characterized by the dolo-sility stones with negative δ13C values ranging from -4.10‰ to -8.17‰ (PDB), comparable to the Sturtian cap carbonates that overlie the Sturtian glacial deposits from other Neoproterozoic sequences. Carbonates overlying the Tereeken Formation are characterized by the pinkish cap dolostones (ca. 10 m thick) with negative δ13C values ranging from -2.58‰ to -4.77‰ (PDB), comparable to the Marinoan cap carbonates. The cap is also characterized by tepee-like structures, barite precipitates and pseudomorphous aragonite crystal fan limestones. Carbonates at the top of the Hankalchough Formation are characterized by subaerial exposure crust (vadose pisolite structure, calcareous crust structure) dolostones with negative δ13C values ranging from -4.56‰ to -11.45‰ (PDB) and the calcareous crust dolostones, implying that the Hankalchough cap carbonates differ from either the Sturtian or Marinoan cap carbonates in sedimentary environment and carbon isotopic composition. In addition, it is suggested the Hankalchough glaciation belongs to a terrestrial glaciation and it is the third largest glaciation during the Neoproterozoic period on the Tarim platform.