浙西埃迪卡拉纪—寒武纪转折期黑色岩系钻芯干酪根氮同位素及其环境意义

Both the Cambrian explosion and the organic- and Ni-Mo-PGE-rich black rocks had occurred during the Ediacaran-Cambrian transition. The primary productivity of marine phytoplankton played a key role in these bio-, and environmental events. Given that most of ocean during the Ediacaran-Cambrian transition was P-rich and anoxic, whether there was ample or limited N supply may be the key determinant for the primary productivity. The nitrogen isotope of kerogen (δ15Nkero) was considered as a proxy of both the type of the N sources utilized by the marine phytoplankton, and the redox state and nutrient condition of the euphotic zone in the geological history. This program plans to collect a set of geochemical samples from the intact and continuous latest Ediacaran-early Cambrian drill core in the Chun’an County, Western Zhejiang, and then conduct δ15Nkero analysis to infer its meaning for the type of the N sources utilized by the marine phytoplankton, the redox state and nutrient condition. With the use of the combination of δ15Nkero plus iron speciation, this program plans to judge whether there were coupled evolutionary relationship between the bottom water redox and the euphotic redox or not and to infer the vertical redox structure of the ocean and the pattern of hydrological cycle. With the use of the combination of the nutrient condition and resultant primary productivity reflected by δ15Nkero plus the degree of organic matter enrichment reflected by TOC, this program plans to explore the relative contributions of the primary productivity to the degree of organic matter enrichment.

埃迪卡拉纪—寒武纪转折期孕育了后生动物大爆发事件，同时也形成了一套富有机质、富金属矿产的黑色岩系。浮游植物生产力在这一系列地质事件中都扮演了重要角色。在缺氧富P的埃迪卡拉纪—寒武纪转折期海洋中，透光带中能否有充足N供给对初级生产力可能具有决定性作用。干酪根氮同位素（δ15Nkero）可反映地质历史时期透光带光养生物所利用的氮源类型、氧化还原条件、营养状况等。本项目拟选取已获得的浙西淳安地区完整且连续的埃迪卡拉纪皮园村组到寒武纪荷塘组钻芯资料进行δ15Nkero分析，以明确浮游植物所利用的N源类型、透光带氧化还原条件及营养状况的演化，并结合铁组分探讨透光带氧化还原条件与底水氧化还原条件之间是否存在协同演化关系及其在沉积水体化学结构、水力循环方面的意义。综合δ15Nkero反映的透光带营养状况及其决定的初级生产力与TOC所反映的有机质富集程度之间的关系，探讨初级生产力在黑色岩系形成中的贡献。

通过对浙江省西部淳页1井的钻芯样品进行了系统铁组分分析，数据显示：从埃迪卡拉纪蓝田组到寒武纪第四阶荷塘组自始至终都处于缺氧环境，未见任何氧化水体。与此同时，该套地层中还发育了3段连续的硫化环境。这套罕见的铁组分数据代表了前人所未报道过的寒武纪早期中国南方持续性的硫化水体环境端元。.通过对有机碳含量（TOC）及Mo、U等微量元素的细致研究，我们发现：在寒武纪大爆发主幕，中国南方海洋并未发生全盆氧化。相反，在浙西等地缺氧水体还有一定程度的扩展，而海洋Mo与U含量真正上升到接近于现代值发生在寒武纪大爆发主幕之后（寒武纪第四阶）。从而，寒武纪大爆发主幕并未发生大规模的大气与海洋氧化事件。考虑到多细胞生物的大爆发确实需要其生存的海洋水体具有一定浓度的溶解氧，并且在经历了古元古代和新元古代的两次大的氧化事件之后，在埃迪卡拉纪到寒武纪的期间，海洋的溶解氧（至少是局部地区）在海退事件或风暴事件等的触发下已经足够多细胞生物的爆发式演化。.针对“浙西地区埃迪卡拉纪—寒武纪转折期干酪根氮同位素所反映的透光带光养生物氮源类型的演化、营养状况的演化与该黑色岩系有机质富集程度的演化有怎样的关系？营养状况决定的初级生产力对埃迪卡拉纪—寒武纪转折期黑色岩系有机质富集有怎样的贡献？”这一重要科学问题，我们进行了有机氮同位素研究，发现：以淳页1井为代表的浙西地区在埃迪卡拉纪—寒武纪转折期，其透光带光养生物的氮源类型经历了显著变化，N可能不是造成该时期初级生产力变化的最重要因素。与此同时，透光带生物可利用N源的演化滞后于底部水体的氧化还原演化，反映了该时期可能存在由繁盛的初级生产力控制的水体分层。