上扬子地台东部寒武纪第三统-芙蓉统厚层白云岩成因研究

In the eastern part of the Upper Yangtze Platform, the Cambrian Series 3 and the Furongian Series are characterized by the deposition of a thick sequence of massive dolostone, providing ideal material to study the ‘dolomite problem’. Based on previous sedimentological study, such massive dolostone succession is composed of a series of dolostones of various types. We hypothesize that ancient massive dolostone might derive from temporal and spatial stacking of dolostones of different origins. To test this hypothesis, we propose to conduct a multidisciplinary study on the massive dolostone of the Qinjiamiao and Sanyoudong groups. On the basis of detailed sedimentological and petrographic studies, we will apply the novel Mg isotope as the key methodology, combining with the traditional C and O isotopes as well as trace element geochemistry. The Mg isotope systematics provide new constraint on the dolomitization process and Mg source of dolomite, allowing quantitatively or semi-quantitatively study of the dolomitization processes in different sedimentary facies. On the basis of aforementioned studies, we further discuss the stacking pattern of different dolomitization processes in the context of depositional framework, so as to test the new hypothesis about massive dolostone formation.

在我国上扬子地台东部地区广泛的发育了一套寒武纪第三统—芙蓉统的厚层白云岩沉积，这套白云岩是研究“白云岩问题”的理想材料。沉积学研究表明，这套白云岩地层由不同类型的白云岩按照一定的时间-空间规律叠加而成。在此，我们提出了一个新的假说：“古代厚层白云岩是由不同类型的白云岩化过程在不同时空尺度上叠加的结果”。为了验证这一假说，我们提出对上扬子地台东部的覃家庙群和三游洞群白云岩开展综合的研究。本项研究将以Mg同位素地球化学为核心手段，在系统的沉积学和岩石学研究的基础上，以碳氧同位素和微量元素地球化学为辅助手段对白云岩的成因进行探讨。利用Mg同位素对白云岩的形成过程进行反演以及对Mg的来源进行示踪，通过对不同沉积相的白云岩的形成过程进行研究，进而探讨不同白云岩化过程在沉积体系中的叠置规律，验证古代厚层白云岩的形成模式。

白云岩的成因问题一直是沉积学界研究的热点和难点，同时白云岩作为一类重要的碳酸盐岩油气储层，由于对其成因研究不清，导致对白云岩储层的预测有很大不确定性。本项目以新兴的镁同位素为核心研究手段，聚焦白云岩成因及碳酸盐岩沉积-成岩过程研究，具有重要的理论和实际价值。通过对上扬子地台寒武系覃家庙组厚层白云岩进行沉积学和镁同位素研究，证明了厚层白云岩是由不同类型白云石化过程在不同时空尺度上叠加形成的，且这种叠置关系受控于海平面变化，为白云石化作用与海平面变化的耦合关系提供了直接证据，解决了厚层白云岩的成因问题。同时，建立了利用镁同位素对不同白云石化过程进行半定量-定量模拟的方法，为利用镁同位素预测白云石化过程提供了新的思路；通过对奥陶系马家沟组不同晶形白云岩进行研究，突破传统白云岩成因研究观点，指出白云石的晶体形态不能作为判断白云岩成因的重要依据；通过对华南陡山沱组盖帽白云岩进行研究，建立碳酸盐组分中还原态铁、锰的提取方法，创新性地提出盖帽白云岩形成于富锰海水中；通过对华南上古生界灰岩中的泥晶组分、美国佛罗里达群岛更新世Key Largo灰岩的镁同位体系进行研究，提出泥晶灰岩并不能用来准确恢复深时海水的镁同位素组成，并进一步认识到碳酸盐岩沉积-成岩过程中Mg同位素分馏的差异会掩盖原始海水的信号，为重建地史时期海水镁同位素组成的样品选择提供了重要参考。在项目执行期间，以通讯作者发表了高水平SCI论文18篇，其中与碳酸盐岩的Mg同位素直接相关论文6篇。在研期间，培养了博士研究生3名，硕士研究生3名。