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.      

鄂尔多斯盆地西缘沙井子段“双楔构造”特征与勘探潜力

鄂尔多斯盆地西缘沙井子段为了优选天然气勘探目标,进行了构造特征研究.针对沙井子段,应用断层相关褶皱理论进行构造分析,划分了西部隆起带、中部双层构造带和东部基底卷入逆冲带,其中:西部隆起带地层向西逐渐抬升,地层分布稳定;中部崾崄壕双层构造带,以石炭系煤层滑脱层为界,上部发育构造楔,下部为原地构造;东部四合掌地区即西缘冲断带与天环凹陷接触带发育高角度的大型基底卷入型构造,多个构造楔处在逆冲断裂的下盘,故此中部与东部的构造楔形成"双楔构造".中部构造楔定型期是晚侏罗纪,这也是主要的生排烃阶段.因此,构造楔的形成期与主生排烃期具有一定的匹配性,而且构造楔处在二叠系地层中,埋藏较深,受后期改造较弱,天然气保存条件好,勘探潜力大.     

唐古拉山中侏罗统缅甸光牡蛎(Liostrea birmanica REED)壳层的事件沉积成因及其环境意义

唐古拉山地区中侏罗统产出丰富的牡蛎类化石,特别是缅甸光牡蛎Liostrea bir—manica Reed分布更为广泛,而且多以介壳层形式产出。在唐古拉山的冬曲,窝布茸曲及青藏公路108道班等地剖面上,栖息于软基底的表生底栖双壳类Liostrea birmanica形成近原地埋葬的介壳层堆积;内生的Ceratomya动物群则多散布于沉积物中,形成原地埋葬的化石群．它们和以丛藻迹Chondrites为主体的遗迹化石群依次重复出现,构成一个和风暴沉积事件相关的底栖动物群替代序列。Liostrea birmanica介壳层是风暴高峰期的侵蚀和再沉积所形成的,风暴期以后水下沉积间断所形成的轻度固化的软基底则迅速地被潜穴生物占领(丛藻迹Chondrites ich—nosp．和根珊瑚迹Rhizocorallium ichnoSp．);而以深挖穴滤食类型为主的Ceralomya组合则是好天气时的原地埋葬。在大多数情况下,它们指示着介于正常浪基面以下,风暴浪基面以上的低沉积速率浅水碳酸岩台地沉积环境。     

Molecular Evidence for Primary Producers and Paleo-environmental Conditions in Mesoproterozoic in the Xuanlong Depression in North China

The molecular organic compounds have been identified by gas chromatography (GC) and GC-mass spectrometry (GC-MS) from Mesoproterozoic rocks in the Xuanlong depression in North China. The main saturated compounds are n-alkanes, monomethylalkanes, n-alkylcyclohexanes, acyclic isoprenoids, and hopanes. The dominant lower-molecular-weight n-alkanes are indicative of the main contribution of microorganisms, in particular, the chemosynthetic bacteria. The presence of abundant monomethylalkanes (mid- and end-branched) and the long chained (>C₂₀) acyclic isoprenoids indicates the existence of abundant bacteria and/or archaea in ancient oceans. The low abundance of pristane and phytane is suggestive of the relatively low abundance of photosynthetic autotrophs in comparison with chemosynthetic bacteria in the Mesoproterozoic oceans in North China. The sedimentary environmental condition is suboxic/anoxic, as indicated by the low value of the Pr/Ph ratio as well as the presence of abundant sulfur-bearing organic compounds, consistent with the other geochemical data in North China and elsewhere in the world. Both the composition of the primary producers and the sedimentary environmental conditions are favorable for the formation of hydrocarbon source rocks.     

目次

王鸿祯先生（1916-2010）是一位学识渊博、勤奋开拓的地质学家和教育家。他所研究的领域包括古生物学、地层学、古地理学、前寒武纪地质学、大地构造学和地质学史等多个学科。 在地层古生物和古地理学研究方面,他建立了四射珊瑚的系统分类体系和演化阶段;提出了以年代地层和岩石地层为主的地层分类观点,将沉积相与构造背景相结合,区别不同的古地理格局与古构造框架,主编出版了《中国古地理图集》;提出了层序地层的分类级别体系及其与天文周期之间的可能联系。在中国大地构造和全球构造运动研究方面,提出了构造名词体系和中国及全球的基底构造单元和构造发展阶段划分;提出了以泛大陆（联合古陆）为准的大陆聚散周期的认识和地球史上不同类别、不同级别的节律及其可能的天文控制因素;进行了不同时期的全球古大陆再造研究,并形成了全球构造活动论和历史发展阶段论相结合的地球发展史观。在地质学史方面,他提倡以学科发展史和思想史为主要研究内容,以求“以史为鉴,继往开来”。王先生发表论文230余篇,出版专著、图集和教材等20余种。王鸿祯先生曾获国家自然科学一等奖（1982年）、国家自然科学二等奖（1987年,1991年）,国家教委高等学校教材特等奖（1988年）,何梁何利科学与技术进步奖（1994年）和李四光地质科学奖特别奖（1996年）。 为纪念王鸿祯先生诞辰100周年, 进一步弘扬王先生的学术思想,我们组织出版了这本纪念文集。本专集共收集4篇缅怀文章和22篇研究论文。论文所涉及的内容都是王先生重点研究和关注的领域。论文的主要研究内容大致分为3个部分：（1）大地构造与沉积古地理;（2）前寒武纪地质及早期生命环境相互作用;（3）综合地层学与古生物学。 “大地构造与沉积古地理”专栏包括9篇论文。潘桂棠等以对接带、造山系和陆块区三类大地构造单元相的时空分布为依据,结合超大陆汇聚裂解和洋陆转换关系,将中国的大地构造演化划分为太古宙-前南华纪（＞820 Ma)、南华纪-中三叠世（820~227 Ma）和晚三叠世-新近纪（227~2.6 Ma）三个主要阶段,并对各阶段中国大地构造时空结构和主要组成特征进行了归纳和总结。张克信等基于大地构造相分析了中国不同时期的洋壳板块地层类型,总结了新元古代以来洋壳板块地层分布及其构造演化规律,指出古亚洲洋的洋陆转换有自西向东的穿时现象,中央造山带的洋陆转换自北向南依次完成,青藏高原中部的龙木错-双湖-孟连带代表原古特提斯洋分阶段增生至最终消亡的对接带。李思田应用“大地构造域”和“岩石圈对接消减带”的概念总结了中国大地构造单元和主要含油气盆地的分布关系,指出中-西部大型叠合盆地均位于有前寒武纪稳定基底的构造域中心,具有大规模油气聚焦的重要条件;而多阶段构造运动则对应于构造域间的相互作用过程,控制了盆地演化史。邓晋福等应用讨论板块构造与岩浆旋回,提出“俯冲增生造山”和“陆陆碰撞造山”应分别对应板块会聚构造的第一次和第二次造山作用,前者主要由俯冲增生杂岩和岩浆弧构成,而S型花岗岩对后者具有指相意义;并进一步讨论了中国三个陆块区与西伯利亚、印度克拉通之间大洋区洋陆转换形成的俯冲增生造山随后的陆陆碰撞造山俯冲过程。杨巍然等系统回顾了我国大地构造研究领域的学术思想发展阶段,对具有代表性的学术流派,如多旋回学说、断块学说和区域大地构造学说的主要观点进行了总结;指出开合构造运动反映了地质体运动的基本形式,揭示了地质运动间的内在联系和本质特征。刘少峰等阐述了板块构造古地理重建的思路、内容和方法,强调应在全球板块构造背景下重建“深时”、原位、原型的活动古地理,并指出在古地理重建和地球动力学研究中应该遵循“定量、定位、定向和定型”的原则。乔秀夫等提出利用地层中保存的古地震记录--软沉积变形构造研究区域构造地质演化的新思路;并据龙门山地区中-新生界发育的古地震记录,提出了该地区中-新生代构造地质演化阶段与发展过程。方念乔基于晚中生代“海南陆缘弧”多种资料的分析,指出该弧的岩浆与俯冲造山活动在K1晚期至K2早期达到高峰,随后发生拉张;晚中生代的构造活动反映了特提斯南海的消减过程;向北俯冲于该弧之下的“古南海”实际上是特提斯多岛洋北部的边缘海,应称为“特提斯南海”。徐备的文章结合前人研究,根据自己团队的新近工作,作者提出“温都尓庙洋”的概念,并进一步阐述了它的演化模式。这是华北北缘早古生代大地构造演化的新认识。 “前寒武纪地质及早期生命环境相互作用”专栏含7篇论文。史晓颖等分析了生命起源的环境条件及其早期演化阶段与大气海洋环境的相互作用,指出自生物在地球上出现之后就表现为与环境密切相关的协同进化关系,并通过其生命代谢和生物化学过程影响海洋化学条件,从而进一步推动了生命演化和生态多样化进程。陆松年等总结了前寒武纪重大地质事件,它们反映了岩石圈形成和不同的演化转折期,指出中国保存了与古元古代Columbia和新元古代Rodinia超大陆汇聚和裂解相关的多种地质记录,为研究地球系统变化和成矿作用提供了良好的天然实验室。苏文博等总结了近年我国在中元古代年代地层学方面取得的主要进展,厘定了地层格架;指出在Columbia与Rodinia超大陆过渡期,华北克拉通与印度、澳大利亚、北美、西伯利亚等古陆相邻,在约1.1 Ga之后华北东部与扬子华夏等地块拼合,并与北美、澳大利亚等古大陆相连接。李怀坤等在扬子北缘打鼓石群的凝灰岩夹层中取得了1 225~1 239 Ma的锆石U Pb年龄,证实其与神农架群为同期沉积,均形成于Columbia超大陆裂解背景下。张海军等在柴达木北缘红藻山组的凝灰岩夹层中取得了1 640~1 646 Ma的锆石U Pb年龄,证实其时代属古元古代末期;指出柴达木北缘广泛发育的“全吉运动”应与华北的“吕梁运动”相当,而不与华南的“晋宁运动”对比。汤冬杰等发现华北铁岭组海绿石相普遍具有高钾、低铁及较高的Fe2+/Fe3+比特征,与显生宙海绿石明显不同;通多方法研究,提出多孔基底、高K+浓度和亚氧化海水条件是导致中元古代浅水海绿石沉淀和演化的重要环境条件,可用于指示古海洋氧化还原界面深度。宫开萍等建立了神农架地区的南华系地层序列,并与相关地区做了对比。 “综合地层与古生物学”专栏包括6篇论文。王训练等认为高分辨率年代地层系统是地球系统科学研究的基础,而目前使用的任何一种地层学方法其分辨率都是有限的,因此强调地层学研究中应采取多方法的结合以达到高分辨的目标。汪啸风据岩相、生物和构造组合特征的再研究,确认奥陶纪华南可识别出扬子浅海台地、江南南秦岭过渡带和华夏陆缘岛弧边缘盆地三种不同类型的构造古地理区系;建议以Cordylodus intermedius的首现作为全球寒武系奥陶系界线的生物划分标志,以益阳阶取代“道保湾阶”并做为我国奥陶系正式的年代地层单位。马坤元等通过多方法研究,在华北下奥陶统亮甲山组识别了40.5万年和9万年2个级别的米兰柯维奇旋回周期,极大地提高了地层研究的精度,并进一步指出早、中奥陶世之交由天文轨道周期变化引起的全球气候改变可能对这个时期的生物大辐射有重要调控作用。钱鑫等通过对老挝琅勃拉邦构造带放射虫硅质岩研究,证实其时代属早石炭世;地球化学分析表明其属非热液成因的远洋硅质岩,从而证明早石炭世在思茅和印支板块之间存在着开阔的弧后盆地。武思琴等分析了黔西南下二叠统以碎屑岩为主的沉积体系,认为该地区陆棚泥质沉积形成于冰川消融导致的海平面快速上升期,而不是冰川增长期的低位域沉积,指出冈瓦纳冰川的推进和消融是控制黔西南早二叠世地层发育样式的主要因素。万晓樵等就当前国际侏罗/白垩系界线研究进展及存在的主要问题进行了讨论,在分析多种资料的基础上,建议以土城子组为中国北方陆相侏罗/白垩系界线过渡地层的重要参考剖面开展深入研究,以求标定陆相地层中侏罗/白垩系界线的确切位置。 总的说来,本专集的论文覆盖学科较广,既有对学术问题的综述和回顾、对发展现状的总结和展望,也有具体地质问题的深入研究和讨论,其中不乏创新性认识和成果。 谨以此专辑纪念王鸿祯院士诞辰100周年。     

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。     

贺兰山地区中元古代微生物席成因构造

贺兰山中段中元古界黄旗口组石英砂岩中发现丰富的微生物席成因构造(MISS),包括由微生物席生长、破坏和腐烂过程形成的3种类型、9种不同形态的构造;与华北大红峪组发现的同类构造在成因类型与多样性方面具有很强的可对比性.砂岩中发育双向交错层理、冲洗层理、高角度单斜层理系和波痕,泥质粉砂岩夹层中发育波痕与泥裂,表明微生物席主要发育于潮间带上部至潮上带下部环境.MISS构造在华北地台长城系下部砂岩中的广泛存在表明在1.6 Ga前以蓝细菌为主的微生物群在环潮坪碎屑环境也很活跃.可能代表了微生物由海洋向陆地环境发展的过渡阶段.具光合作用功能的制氧蓝细菌的蓬勃发展可能是引发中元古代海洋化学条件发生转变、含氧量增高的重要原因,并为真核生物及宏观藻类的兴起创造了条件.研究表明,黄旗口组与华北大红峪组大致同时,反映了Columbia超大陆裂解期华北地台开始拉伸-张裂、缓慢沉降的构造古地理背景.     

层序地层研究产生的地层学新观点,新概念和新方法：兼论建立新 …

层序地层学在地层划分、对比、分类和级别体系等地层学根本理论问题上给地层学带来了新认识、新概念和新方法。全球层型剖面和点（ＧＳＳＰ）可建在层序界面的整合部位,从而将传统的自然界线（或不整合面）、层序界面和ＧＳＳＰ三者有机结合起来,使得年代地层界线成为可在野外识别和追索的界线。论证了层序地层是独立存在于岩石地层和年代地层之间的地层类别和包含三个基本地层类别的新的三重地层分类方案。阐述用层序地层界线优化