磷块岩中磷灰石铈异常与地球大气氧演化

新元古代以来,地球大气氧演化经历了2个阶段,但对2个演化阶段的过程争论较大。海相沉积磷块岩中磷灰石稀土元素配分模式表明其可以反映海水稀土组成,其中氧化还原敏感元素铈的异常受海水含量控制,因此可以利用不同地质时代磷块岩中磷灰石铈异常的变化推测大气氧浓度演化。通过收集自陡山沱期到第四纪(570Ma-1Ma)总共9个地质年代13个不同地点220个磷块岩样品的已公布数据,以及贵州织金磷矿中磷灰石钻孔的18个样品稀土元素分析结果。为保证样品反映原始海水的铈异常特征,排除了因中稀土富集而影响铈异常的样品。结果表明,震旦纪陡山沱期到寒武纪样品δCe平均值从0.74减小到0.36,奥陶纪又升高到0.87,表明寒武纪大气氧浓度可能要高于前寒武纪及之后的奥陶纪;泥盆纪样品δCe平均值为0.36,石炭纪与二叠纪样品的δCe达最低值,分别为0.16和0.21,说明从泥盆纪开始的整个晚古生代全球大气氧含量可能达到甚至超过现代水平;从三叠纪开始到第四纪,样品δCe总体保持较低值,平均值为0.24～0.54,表明大气氧含量基本保持现代水平。寒武纪与泥盆纪大气氧含量升高与寒武纪生命大爆发和泥盆纪木本植物的出现吻合,也与海洋碳酸盐岩铈异常及生物地球化学模型研究结果一致。综合分析认为,磷块岩中磷灰石与碳酸盐岩一样可通过铈异常指示大气氧演化;地球大气氧的演化既不是单向也不是简单的两阶段过程,而是复杂的不断波动的过程。     

前寒武纪地球演化的主要地质特征及可能模式

前寒武纪地壳以其独特的岩石组合以及构造类型在地球演化的进程中扮演着举足轻重的作用,本文简要描述了前寒武纪地球演化中的特殊地质现象,并讨论其蕴涵的地球演化的可能的因果联系和时空关系。针对前寒武纪地球演化研究中的焦点问题,本文对可能模型的优缺点进行了一一论述。前寒武纪一级构造模式可能经历了由垂直方向运动为主的地幔柱模式向由水平方向运动为主的板块构造模式的转变。对于前寒武纪板块运动存在的检验,硬玉和红宝石则是很好的板块构造指示矿物。根据太古宙克拉通与元古宙克拉通之间的几何关系与时空演变的联系,笔者等认为2.4~2.2Ga很有可能是前寒武纪构造模式发生转折的关键期。其间发生的全球冰期事件和超级大陆的形成并无很强的相关性,但与海平面的高低直接相关,这很有可能是大洋块体俯冲下沉至地幔引起海水"倒灌"所致。此后,地球表壳岩的刚性特征即发生了变化。     

二、矿床类型及其构造特征

据前寒武纪200多个铅-锌-铜多金属矿床实例,经研究分析从中选出80多个比较主要的典型矿床,作出了“世界前寒武纪主要铅-锌-铜多金属矿床分布图”(图2-1)、矿床时空分布图(图2-2)及汇总出“国外前寒武纪主要铅-锌-铜多金属矿床分类与特征对比表”(表2-2),“国外前寒武纪主要铅-锌-铜多金属矿床一览表”(表2-1)。从这些实际资料中看出,元古宙铅-锌-铜多金属矿床类型不同,其构造位置与构造特征有异,各自的特征明显。     

福建省前寒武纪变质岩块体地球化学特征

利用1∶20万区域化探水系沉积物测量资料,分析福建省前寒武纪变质岩块体的元素组合,对比了各地层小区前寒武纪变质岩地层(岩)组的地球化学特征,并对其时间演化规律进行了探讨。研究表明,表征福建省前寒武纪变质岩地球化学变化的主要元素组合为与岩浆作用有关的铁族元素和稀有、放射性元素。总体上从老到新SiO2/Al2O3比值逐渐升高,铁族元素和K2O含量逐渐降低,发现部分地层(岩)组的地球化学特征较为特殊,为今后该区变质岩研究提供了新的线索。     

海水化学演化对生物矿化的影响综述

显生宙非骨屑碳酸盐矿物经历了文石海和方解石海的交替,主要造礁生物和沉积物生产者的骨骼矿物与非骨屑碳酸盐矿物具有同步变化的趋势。这种长期的变化趋势可以用海水化学Mg/Ca摩尔比的变化来解释。流体包裹体、同位素和微量元素等证据也证实了海水化学在地质历史中经历过剧烈的变化。虽然生物诱导矿化和生物控制矿化的相对重要性一直存在争议,但古生物地层记录和人工海水养殖实验结果都表明,海水化学演化对生物矿化有重要的影响,体现在造礁生物群落的兴衰、生物起源时对骨骼矿物类型的选择以及微生物碳酸盐岩在地质历史中的分布等。这些为研究前寒武纪海水化学演化、古气候和古环境的重建、同位素地层对比以及碳酸盐的沉积和成岩等问题提供了新的思路。     

新疆柯坪地区早古生代地层的碳、氧和锶同位素

我们系统测定了新疆柯坪地区寒武纪和奥陶纪地层的海相碳酸盐样品的碳、氧和锶同位素组成,取得了沿地层剖面的同位素组成变化曲线。研究结果表明,柯坪地区寒武纪和奥陶纪海水中碳同位素变化曲线有6个δ~(13)C负波动峰时期,它们与当时的全球生物灭绝事件和海退—海进事件的时间基本吻合,表明它们三者之间存在着必然的联系。在寒武纪和奥陶纪的大部分时间,锶同位素曲线较为平坦,反映出较少的地壳活动和板块构造作用。     

前寒武纪矿床和板块构造

绪言尽管有关前寒武纪地质学和前寒武纪矿床学的文献很多,但仅有少数作者企图说明前寒武纪矿床在成矿作用中与构造环境的关系。要研究这个问题有两个途径,其一是通过前寒武纪矿床本身与在了解较清楚的构造环境中形成的晚显生宙矿床作比较,来推测前寒武纪矿床形成的构造环境;或从与母岩构造位置有关的整个地质作用和矿化作用来推测构造环境。这里我们同意后一种途径,主要是因为从前寒武纪地层层序比从矿床本     

中国前寒武纪痕迹化石的分布及其古生物学、地层学意义

近年来，在我国前寒武纪不同时代的地层中发现了大量的痕迹化石，其中前寒武纪冰期前的痕迹化石主要分布于我国北方的长城纪和青白口纪地层中。这些痕迹化石产出时代古老，表明在我国北方１４～１７亿年前的海水中就可能生活有古老的后生动物，这些痕迹化石的发现对于探索后生动物的起源及演化具有重要意义。前寒武纪冰期后所发现的痕迹化石主要分布于我国西南地区震旦纪晚期的地层中，这些痕迹化石在震旦纪地层中的广泛分布，对震旦系及震旦系与寒武系界线的划分对比将提供重要依据。     

中国前寒武纪痕迹化石的分布及其古生物学、地层学意义

近年来，在我国前寒武纪不同时代的地层中发现了大量的痕迹化石，其中前寒武纪冰期前的痕迹化石主要分布于我国北方的长城纪和青白口纪地层中。这些痕迹化石产出时代古老，表明在我国北方１４～１７亿年前的海水中就可能生活有古老的后生动物，这些痕迹化石的发现对于探索后生动物的起源及演化具有重要意义。前寒武纪冰期后所发现的痕迹化石主要分布于我国西南地区震旦纪晚期的地层中，这些痕迹化石在震旦纪地层中的广泛分布，对震旦系及震旦系与寒武系界线的划分对比将提供重要依据。     

倪培教授团队参与发现元古代高氧气含量的直接记录:石盐流体包裹体测定

正以往对地球历史过程中氧气浓度的推测,都来自各种间接的地球化学数据。而形成在卤水表面的原生石盐流体包裹体,可以捕获古代的卤水和大气,且由于石盐是无机矿物,捕获的古代大气不会与之发生反应,从而记录了原始的古代海水/湖水的成分和古代大气的成分。之前认为前寒武纪的大气氧气浓度在新元古代到寒武纪早期(5.5亿年左右)开始     

前寒武纪的板块构造和热作用方式

自从威尔逊首次发现岩石圈的板块构造以来,前寒武纪地质工作者慢慢地但基本上都认识到,没有必要考虑现在和显生宙期间发生活动的与从地球上保存得最老岩石(约3.8Ga)形成以来曾经活动的构造样式差别,这一认识对前寒武纪地质的研究产生了释放性影响。因为已经停止用“硅铝壳造山运动”之类的ad hoc作用解释前寒武纪岩石和构造这一似乎有道理的企图,鉴定前寒武纪岩石中表现的现代环境的试图就变得十分重要,进行这些鉴定有助于揭示地球历史中的细微变化,尤其是与热状态有关的变化,例如,(1)太古宙绿岩带中巨大的枕状玄武岩层代表的是弧岛和海盆的环境,这是很清楚的,但是,与这些玄武岩普遍伴生的体积在10％之上的超基性科马提岩却可能归结为较热的太古宙普通地幔(约100°～300℃)。(2)从现代洋底热液脉型矿床和以阿尔戈马型铁矿体为代表的太古宙矿床的对比可以推断,太古宙洋底水温比现代洋底水温高。(3)太古代铁矿床的幔源同位素标志(丰度高于以后的铁矿床)也解释为太古宙强烈热液活动(4)的指示剂。     

华北中元古代浅海碳酸盐沉淀方式变化:海水氧化还原条件波动的响应?*

海相碳酸盐的沉淀方式被认为与水体氧化还原条件密切相关,即太古宙至古元古代缺氧的铁化海水中碳酸盐沉淀抑制剂Fe²⁺和Mn²⁺强力抑制灰泥在水柱中成核,但允许文石直接在海底生长,从而导致大量文石以海底沉淀方式产出,而新元古代适度的氧化海水则有利于灰泥以水柱沉淀方式形成。然而,碳酸盐沉淀方式的长期变化还可能受控于其他因素,其与海水氧化还原条件之间的关系还需要通过大量具体实例来验证。针对上述科学问题,笔者选择碳酸盐沉淀方式尚处于过渡时期的华北中元古界碳酸盐岩为研究对象,开展碳酸盐沉淀方式及与之对应的氧化还原条件研究。结果表明,华北高于庄组三段(约1.56 Ga)、雾迷山组四段下部(约1.48 Ga)和铁岭组二段(约1.44 Ga)发育大量灰泥水柱沉淀,其Ⅰ/(Ca+Mg)值较高(普遍大于0.5 μmol/mol)、Ce负异常(低至0.8),指示适度氧化的条件;而高于庄组四段下部(约1.55 Ga)和雾迷山组二段中部(约1.50 Ga)则发育大量纤维状文石海底沉淀,其Ⅰ/(Ca+Mg)值约为0,指示次氧化至缺氧的环境。因此,本研究首次用大量实例证实了前寒武纪海水氧化还原条件对碳酸盐沉淀方式的重要调控作用,并且后者可作为海水氧化还原条件分析的重要指标,适用于高效开展长序列、多剖面的低氧背景下前寒武纪碳酸盐岩地层的氧化还原条件分析。     

我国前寒武纪地质研究进展与展望

前寒武纪地质学是现代地球科学中最活跃的学科之一。我国前寒武纪地质研究有着良好的条件和优良的传统，前寒武纪岩石在中国大陆上有广泛的分布，保存了从3800Ma到543Ma较完整的岩石、地层和生物形成与演化的历史记录，并蕴藏了丰富的矿产资源。简要回顾了近百年来我国前寒武纪研究的历史，取得的丰硕成果及巨大进展。概述了中国前寒武纪时期的大陆，特别是太古宙华北克拉通地壳演化的特殊性和复杂性，与世界其他地区的克拉通进行了对比。指出前寒武纪地质学在研究地球科学中仍然处于重要的位置，尤其是研究前寒武纪超大陆汇聚与裂解及前寒武纪成矿区带的划分已成为当今世界研究的热点。在此基础上，提出了对我国21世纪前寒武纪地质学的工作设想和展望。     

太古宇的建系:前寒武纪年代地层划分大胆的尝试和重要的进展

前寒武系,虽然不是一个正式的地层单位,但是,却简单明了地代表了形成于寒武纪开始(显生宙起始时)之前的所有岩石,因而就囊括了可以追索到地球形成的所有时间阶段的物质记录。遵循现代地层学的概念体系,要建立一个更加精确的前寒武纪地质年代表将面临着很多挑战。与寒武纪以来的显生宙相对应,前寒武纪曾经被称为"隐生宙"。随着研究的深入,尤其是地质学家在前寒武纪地层中发现了许多生命活动的痕迹,被称为"隐生宙"的前寒武纪就进一步划分为冥古宙、太古宙和元古宙,这代表了前寒武纪地层学研究的第一次概念进步。现行的前寒武纪年代地层划分,主要基于不同克拉通上的可对比的地质事件,而且基于合适的计时性(大致为整数的)时间界限来划分前寒武系,这个划分方案已经服务地球科学界三十余年,尤其是基于大范围的构造活动与沉积特征尝试性地建立了元古宙的纪(埃迪卡拉纪除外),代表了前寒武纪年代地层划分的第二次概念进步。随着对地球前寒武纪演变历史的深入研究而识别出许多不同时代的重要事件,以及更为重要的是从岩石记录的背景变化中识别出造成这些事件的成因,这不但导致了对前寒武纪地球的更加深入的了解,而且为今天重新修订一个新的前寒武纪地质年代表提供了一个难得的机会,从而产生了前寒武纪年代地层划分的第三次概念进步。在新修订的前寒武纪地质年代表中,表现出以下重要的进展:1)运用现代地层学的理念,重新定义了冥古宙、太古宙和元古宙;2)明确了具有特殊地质学涵义的太古宙的底界;3)明确并修订了太古宙-元古宙界线;4)尝试性地进行太古宇的建系。一个修订了的太古宙,可以定义为前寒武纪历史进程中具有以下特征的时间段,即地表上保存的最古老岩石的首次出现(4030 Ma的Acasta片麻岩)、大致在2420 Ma广泛的冰川沉积、变冷的地球条件和大气圈氧气上升的首次出现,据此太古宙还可以进一步划分成三个代和六个纪。太古宙的这个修订和进一步划分,强调了一个基本的科学理念,即太古宙代表了地壳形成与生物圈确立的早期主要阶段,以高度还原性的大气圈为特征。因此,太古宇的建系,是前寒武纪地层学研究一个大胆的尝试,也是一个重要的进展。本文通过详述这一重要进展,为深入理解地球早期复杂的演变历史提供重要的思考途径和研究线索,同时也希望能够为激发研究热情而起到抛砖引玉的作用。     

显生宙全球海水化学成分演化及其对蒸发岩沉积的约束

通过搜集显生宙以来不同地质时期内海相碳酸盐岩鲕粒及胶结物矿物成分、钾盐矿床矿物种类及组合特征、蒸发岩盆地中石盐流体包裹体成分,并利用这些资料与人工海水模拟实验得到的石盐中Br分配特征的对比,得出海水成分在5.5亿年以来的显生宙期间,经历了五个阶段:其中晚元古代至寒武纪早期、二叠纪早期至中生代早期、新生代早期至现今,这些时期的原始海水组成特征系数m(SO_4~(2-))+m(HCO_3~-)/2m(Ca~(2+)),为Na-Mg-K-SO_4-Cl型海水,此期间沉积的钾盐矿床的钾镁盐矿物主要为钾盐镁矾、无水钾镁矾、杂卤石、硫酸镁石等含MgSO_4矿物,海相鲕粒和碳酸盐胶结物矿物成分为文石;而寒武纪早期至石炭纪、中生代早期至新生代早期,原始海水组成特征系数m(Ca~(2+))m(SO_4~(2-))+m(HCO_3~-)/2,为Na-Mg-KCa-Cl型海水,此期间沉积的钾镁盐矿物主要为光卤石和钾石盐,甚至含有溢晶石,海相鲕粒和碳酸盐胶结物矿物成分为方解石。根据石盐流体包裹体成分计算得出:显生宙期间,海水K+含量大部分时间变化幅度较小,为9.3～11.5mmol/kg H_2O(除了石炭纪和晚元古代),平均为10.55mmol/kg H_2O。Mg~(2+)含量在早寒武世≥67mmol/kg H_2O、晚志留世至中泥盆世31～41mmol/kg H_2O、晚古生代≥48mmol/kg H22O、晚白垩世34mmol/kg H_2O和现代55.1mmol/kg H_2O。Ca~+含量在晚元古代至古生代早期≤11mmol/kg H_2O、古生代早期至石炭纪22～35mmol/kg H_2O、石炭纪至中生代早期≤17mmol/kg H_2O、中生代早期至新生代早期19～39mmol/kg H_2O及新生代早期至今7～21mmol/kg H_2O。SO_4~(2-)含量在晚元古代至古生代早期≥23mmol/kg H_2O、古生代早期至石炭纪5～17mmol/kg H_2O、石炭纪至中生代早期13～22mmol/kg H_2O、中生代早期至新生代早期5～19mmol/kg H_2O及新生代早期至今12～29.2mmol/kg H_2O。海水Ca~(2+)与SO_4~(2-)含量的相对变化是控制海相钾盐矿床钾镁盐矿物类型的基本因素。同时,利用以上数据计算得到的显生宙各时期海水[m(Mg~(2+))+m(SO_4~(2-))]/[m(K~+)+m(Ca~(2+))]的变化与各时期海相蒸发岩系石盐层底部的Br含量变化具有同步性,进一步验证了显生宙期间海水成分是不断变化的,是约束海相蒸发岩钾盐矿物类型的主要因素。海水成分变化的控制因素为洋中脊热液和陆地水,其中洋中脊热液起主要作用,而控制这些因素变化的根本原因为板块构造运动。     

前寒武系地层古生物学研究的学者 ——恭贺邢裕盛教授八十华诞及从事地质工作五十七周年

邢裕盛教授是我国著名前寒武纪地层古生物学家, 是我国前寒武纪微古植物和古藻类学研究的奠基人之一。他是一位野外勤奋工作、实验室严谨治学的科学家。邢裕盛教授长期从事前寒武纪微古植物及生物地层研究, 为国际上最早研究前寒武纪微古植物的少数专家之一。自1962年以来开拓了中国前寒武纪微古植物研究领域, 发现和确定了一些前寒武纪后生动物和后生植物化石门类, 建立了中国晚前寒武纪各时代微古植物组合序列, 探讨了地球早期生物演化进程, 同时在全国晚前寒武纪地层划分和地层对比中解决了一些重大地层问题, 为我国晚前寒武纪地层与国际对比提供了重要依据。     

塔里木克拉通早前寒武纪基底层序与组合：颗粒锆石U-Pb年龄新证据

采用颗粒锆石U-Pb定年方法,测得塔里木东北缘库鲁克塔格地区不整合于原兴地塔格群(现双横山组)之下的红卫庄花岗片麻岩结晶年龄为1943±6(2σ)Ma,表明库鲁克塔格地区早前寒武纪结晶基底之上的第一套稳定盖层应为中元古界,与华北长城系相当。在早前寒武纪表壳岩系斜长角闪岩中得到锆石生成年龄为2492±19(2σ)Ma,托格灰色片麻岩锆石结晶年龄为2337±6(2σ)Ma,并同时获得其中可能有2660±2(2σ)Ma、2782±4(2σ)Ma捕获晶年龄。上述年龄新资料表明,以库鲁克塔格地区为代表的塔里木克拉通早前寒武纪基底中可能发育有新太古代岩石,但其主要以残留包体形式分布于托格灰色片麻岩中,以托格灰色片麻岩为主体的早前寒武纪块体可能形成于(新太古代)-古元古代。     

国外前寒武纪地层学和古生物学

一、前寒武纪地层学和古生物学研究的重要性目前,一般认为地球的年龄是47-45亿年,最早的地质旋回开始的时间是40亿年,而地质历史和生物发展发生根本变化的寒武纪下限是5.7-5.5亿年,对从最早的地质旋回开始到寒武纪起点这样一个长达34亿年、占地球历史八分之七的前寒武纪的研究已被人们放到了一个相当重要的地位。前寒武纪的研究,特别是前寒武纪地层学和古生物学的研究,关系到地球和地壳的形成与发展、大气圈和水圈的产生与变化、生命的起源和进化等等一系列带根本性的问题。     

新型柯坪地区早古生代地层的碳,氧和锶同位素

我们系统测定了新疆柯坪地区寒武纪和奥陶纪地层的海相碳酸盐样品的碳，氧和锶同位素组成，取得了沿地层剖面的同位素组成变化曲线，研究结果表明，柯坪地区寒武纪和奥陶纪海水中碳同位素变化曲线有６个δ＾１３Ｃ负波动峰时期，它们与当时的全球生物灭绝事件和海退－海进事件的时间基本吻合，表明它们三者之间存在着必然的联系，在寒武纪和奥陶纪的大部分时间，锶同位素曲线较为平垣，反映出较少的地壳活动和板块构造作用。     

氯化物和硫酸盐含钾建造的构造、成分及成因的基本特点

<正> 早已查明含钾盐类建造有钾盐和钾镁盐成分完全不同的两种类型:第一类为氧化物型。盐类矿物只有钾石盐和光卤石:第二类为硫酸盐型。在该种类型中,除了钾石盐和光卤石以外尚有硫镁矾、杂卤石、钾盐镁矾,无水钾镁矾等硫酸盐。据推测(1962;等,1978),这些建造形成于主要是海水补给的含盐海盆,同时,海水的成分是不变化的(至少在前寒武纪以后),其聚盐的古地理环境及大洋与陆地(由表生带)补给之间的相互关系,是在这类盆地中产生含钾盐类建造成矿特殊性的主要原因。但是其他因素在这种