下寒武统牛蹄塘组Ni、Mo多金属矿中的生物成矿作用

寒武纪早期是地史时期重要的地质和生物突变时期，这不仅在于多门类的带骨骼的后生动物同时出现，而且在此时期形成了重要的磷矿、Ni-Mo多金属矿产。本项目以华南下寒武统牛蹄塘组镍钼多金属矿为研究对象，结合生物成矿的现代模拟实验的研究，以生物及其衍生的有机质对镍钼多金属层形成的作用、机理和贡献为主要研究内容，采用古今对比，运用宏观（古生物学和矿物学）和微观（地球化学和生物标志化合物）分析手段相结合，有机和无机分析相结合，运用古生物学（含微体古生物学）、矿相学、地球化学和有机地球化学分析技术和生物成矿的现代模拟实验等分析方法，来研究牛蹄塘组镍钼多金属矿中的生物成矿作用及生物成矿作用的机理以及这些金属元素对生物生长、发育和发展的影响。为古热泉/热液矿床的成因提供新材料、新内容；为寒武纪早期生物爆发的原因提供信息；丰富和完善生物成矿理论；为找矿提供信息。

本项研究运用宏观（古生物学和矿物学）和微观（地球化学和生物标志化合物）分析手段相结合，有机和无机分析相结合，运用古生物学（含微体古生物学）、矿相学、地球化学和有机地球化学分析技术等分析方法，来研究牛蹄塘组镍钼多金属矿中的生物成矿作用，取得了以下的成果。1）通过宏体化石和微体化石的研究，发现在牛蹄塘组的镍钼矿层中，主要有蠕虫状化石组合,包括蠕虫状化石、疑似杆壁虫类化石、管状类生物化石及遗迹化石等，其次是硅质海绵骨针，还有少量软舌螺类、海绵类等化石碎片。 蠕虫状化石按照其保存的形态可大致分为三类：钩型蠕虫状化石、棒型蠕虫状化石和U型蠕虫状化石。硅质海绵骨针主要有：四射二轴针、四射三轴针、三射两轴针、单轴双射针和单轴单射海绵骨针等几类，未出现复杂结构骨针类型。在贵州和湖南天门山牛蹄塘组的矿石中发现有大量的菌藻类化石，这些化石与矿石共生。2）在华南早寒武世牛蹄塘组镍钼矿层的下部发现了层状和透镜状的重晶石岩，这些重晶石岩中有大量的大小不一的重晶石斑晶，代表了喷流岩的岩石学特点。重晶石岩的Ba的含量高达5.52%。重晶石岩的稀土元素配分模式表现为LREE富集，明显的Eu正异常，轻微的Ce负异常的特征，分别与SER地区的黑白烟囱的稀土元素的配分模式相似。这些岩石学和地球化学的特征说明了镍钼矿层为海底热液喷流沉积。其次，微量、常量和稀土元素地球化学参数分析表明，华南地区寒武系底部的多金属含矿岩系普遍存在明显的热水沉积地球化学特征。3）华南牛蹄塘组镍钼多金属矿层有机碳含量普遍偏高，分析表明有机碳含量多大于2%，平均值为7.5%，最高达19.45%，并且有机碳含量与镍钼多金属元素含量之间呈正相关关系。4）镍钼矿石的生物标志化合物分析表明，华南地区早寒武世初期存在微体古生物群落，该群落以低等古菌类中的生甲烷菌和极端嗜盐菌的繁盛为特征，同时还有大量的原核类微生物细菌和蓝藻细菌以及少量真核藻类生物。这种微体生物群落特征与现代海底热水喷口/黑烟囱处发现的微体生物群落具有相似性，尤其是甲烷菌和蓝藻细菌是现代热液活动区重要组分。5）华南牛蹄塘组镍钼矿层中，不仅见有大量的宏体化石，而且还有含有大量的菌藻类生物，这些生物及衍生的有机质与金属元素含量之间呈正相关的关系，由此说明生物和有机质在镍钼多金属矿层的形成过程中起了重要的作用。