华北古元古代末鲕铁岩:Columbia超大陆 裂解初期的沉积响应

铁建造和鲕铁岩是地史上两类主要的富铁沉积,不仅记录了地球大气与海洋氧化还原状态和化学条件演变,而且也反 应了构造运动、岩浆活动和生物的相互作用过程.过去对铁建造已有深入研究,而有关前寒武纪铁岩成因与古海洋和构造背景 研究甚少.运用扫描电镜(scanningelectronicmicroscopy,简称SEM)、X射线衍射(X-raydiffraction,简称XRD)、能谱(energy dispersive spectroscopy,简称EDS)技术分析铁鲕的微组构、矿物成分和化学组成,讨论华北串岭沟组(1.65~1.64Ga)鲕铁岩 的成因环境及其与Columbia超大陆裂解的关系.研究表明,铁鲕主要由赤铁矿和少量高岭石组成,贫陆源碎屑和Al2O3;鲕包 壳由微片状赤铁矿构成的致密和疏松纹层交互组成;Fe-Al呈明显的负相关性,表明铁主要源于缺氧富铁深海水体而非陆源 风化.鲕铁岩集中在快速海进和低陆源输入引起的沉积饥饿期,发育于氧化还原界面附近的潮下贫氧环境.与超大陆裂解伴生 的岩浆活动、基底沉降和快速海侵是促进鲕铁岩形成的重要因素.串岭沟组底部铁岩是华北地台响应Columbia超大陆裂解而 发生构造与环境转化的重要沉积记录.      

中元古代微指状叠层石: 超微组构和有机矿化过程

微指状叠层石(microdigitate stromatolites,以下简称MDS)是新太古代—中元古代一种重要的沉积构造。由于其内部以纤维状组构为重要特征,而缺乏直接的微生物化石证据,被认为代表特定海洋化学条件下形成的一种海底碳酸盐沉淀,属无机成因。本文对华北中元古代雾迷山组硅化MDS的显微组构研究发现,其柱体由亚毫米级浅色微亮晶纹层(平均厚约65μm)和暗色微晶纹层(平均厚约680μm)交互叠加而成。前者含较少细菌残余,重结晶显著;后者富含细菌残余、微晶多面体及微球粒,并进一步分为具密集连续次级微纹层的(平均厚约380μm)和具稀疏断续微纹层的(平均厚约300μm)两种暗纹层。这三种纹层在纵向上的规律性交互可能反映了季节性变化。毛发状垂向纤维贯穿于整个柱体,但在亮纹层内稀疏。这种纤维可能由垂向生长的丝状菌束(宽<10μm)矿化而成,有些由微球粒(粒径为10～30μm)定向富集构成。微球粒富含细菌残余、胞外聚合物(EPS)以及与之密切共生的纳米颗粒(粒径<45nm)。纳米颗粒可粘结形成亚μm级多面体,构成碳酸盐晶体生长的基点。包围微球粒的微亮晶环边和纤维组构间的微亮晶条带内少细菌残余,可能属微生物影响的矿化成因,而纤维体和微球粒则是微生物诱发矿化的结果。故中元古代MDS属微生物成因,它所展现的有机矿化过程可能也适用于更古老的叠层石。此外,MDS内有机矿物从纳米颗粒到微球粒的有序聚合可能代表了有机矿化的普遍过程,并可用作判定微生物成因碳酸盐岩的重要标识。     

华北地台中元古界雾迷山组浅海脉冲式增氧

氧气对真核生物的起源和早期演化至关重要,但是有关元古宙中期大气和浅海氧气浓度的限定却分歧很大,目前存在持续低氧(<0.1%~1%现代大气水平,PAL)、相对高氧(>4%PAL)和动态波动等多种观点。为了进一步揭示真核生物集中分布的浅海水体的氧化还原条件,文中选择华北中元古界雾迷山组四段下部环潮坪碳酸盐岩为研究对象,通过稀土Ce异常重建当时正常浪基面之上海水的氧化还原状态。结果表明,雾迷山组四段下部1段厚约150m的碳酸盐岩地层(~1480-1475Ma)具有明显的Ce负异常(Ce/Ce^*=0.82±0.11,n=10),而下伏和上覆地层均为具弱Ce正异常的碳酸盐岩,可能代表了1次持续时间约5Ma的浅海脉冲式增氧过程。该层段的脉冲式增氧可能表明元古宙中期浅海氧气浓度存在频繁波动,并非处于稳定的低氧或相对高氧平台状态。该研究成果有助于进一步确定元古宙中期浅海氧化还原状态和演变特征,并为探讨海水氧化还原状态对早期真核生物演化的影响提供重要信息。     

前寒武纪细粒碎屑岩中纺锤状裂缝的成因分析:以燕山东部长城群为例

燕山东部天津蓟县至河北兴隆一带中元古界长城群细粒碎屑岩中,普遍发育有在层面上表现为纺锤状裂缝的沉积构造,并曾经被解释为后生动物遗迹化石或地震震荡液化脉等。这种沉积构造常与变余波痕、皱饰构造等相伴产出。根据初步观察与研究的结果推断,纺锤状裂缝可能是由于微生物席对沉积面的封闭作用,导致沉积物在成岩作用早期发生脱气与脱水等作用的产物,因此可以将其归入微生物参与形成的原生沉积构造(席底构造)的范畴。纺锤状裂缝与其他的席底构造一样,为前寒武纪的沉积环境重塑提供了一个重要的证据,同时也说明在前寒武纪的地球表层环境中,微生物以其新陈代谢的多样性及巨大的生物量,在沉积纪录中留下了重要的烙印。     

天津蓟县中元古界铁岭组叠层石灰岩中原地海绿石的沉积学意义

天津蓟县剖面中元古界铁岭组二段叠层石灰岩中普遍发育海绿石。野外观察表明,海绿石主要分布在叠层石柱体间的泥晶灰岩中,呈薄膜状富集在叠层石鞘外缘;微观特征分析表明,海绿石呈不规则状的胶体形式,显示了原地海绿石的基本特点。电子探针的组分分析表明,铁岭组中的海绿石为中成熟度的海绿石。由于产在潮下高能柱状叠层石灰岩中,铁岭组中的海绿石并不反映低沉积速率或沉积间断的沉积条件,与现代海绿石的形成环境具有明显的差异。因此,中元古界铁岭组叠层石灰岩中的中成熟度原地海绿石是特殊沉积背景下的独特产物,为研究海绿石在地质历史时期产出的多样性提供了一个重要实例。