湘黔桂地区江口冰期沉积学与地球化学研究

In the Cryogenian period, the Earth experienced at least two global glaciations: the Sturtian and Marinoan glaciation. In particular the Sturtian glaciation that is termed as the Jiangkou Glaciation in South China, was lasted for more than 55 million years, representing the most extreme ice-house conditions in Earth’s history. Although the Cryogenian glaciations have been a hot topic in the Precambrian geology, little is known about the sedimentary evolution of the Jiangkou Glaciation. In Hunan-Guizhou-Guangxi area of South China, complete Jiangkou glacial successions are represented by the Chang’an and Fulu formations, providing good materials for studying the evolution of the Jiangkou Glaciation. In this project, we propose to conduct systematic sedimentological and geochemical study on the Chang’an and Fulu formations. By using facies analysis as a key methodology, we plan to clarify the sedimentary sequence of the Jiangkou glacial deposits and reconstruct their depositional processes. On the basis of above studies, we further sequence ice-sheet advance-retreat cycles, then identify glacial climax-recession-interglacial intervals and reconstruct climate evolution of the Jiangkou Glaciation. Finally, we will determine whether the ocean was frozen completely by means of geochemical analyses, so as to discuss the climate change during the Jiangkou Glaciation.

在成冰纪，地球经历了至少两次的全球性冰川事件：Sturtian和Marinoan冰期。其中Sturtian冰期，持续时间长达5500多万年，是地质历史中最极端的冰期，我国华南的江口冰期与之对应。尽管成冰纪冰期事件一直是前寒武纪的研究热点，然而对江口冰期的沉积演化过程，却知之甚少，且存在争议。我国华南湘黔桂地区完整的保存有江口冰期沉积，以长安组和富禄组为代表，为研究江口冰期的演化过程提供了良好的材料。本课题拟对湘黔桂地区的长安组和富禄组进行系统的沉积学与地球化学研究。通过相分析手段，厘清江口冰期的沉积序列，恢复江口冰期的沉积过程。在此基础上，划分冰进-冰退旋回，识别冰盛期-衰退期-间冰期，恢复冰期的气候演化过程，并结合地球化学手段，判别冰期过程中的海洋是否完全冰封，最终探讨冰期过程中的气候变化规律。

江口冰期是地质历史中最极端的冰室气候，其与国际上的斯图特（Sturtian）雪球地球冰期可对比。江口冰期沉积在华南的沉积记录发育良好，特别是在华南深水盆地相的湘黔桂地区，记录最完整，以长安组和富禄组为代表，为我们研究江口冰期提供了机会。通过对该地区长安组和富禄组的相分析发现，长安组可划分为冰川近缘沉积、冰川远缘沉积和非冰川沉积三种相组合。冰川近缘沉积主要由陆源混杂堆积岩和含砾石砂岩为主；冰川远缘沉积则为含坠石构造的纹层状砂岩和粉砂岩；非冰川沉积为连续沉积的细砂岩和纹层状粉砂岩。长安组纵向沉积序列变化可以在横向上可对比，表明相组合的变化主要受控于冰盛期-冰消期的冰盖进退。长安组中部发育的一套细粒粉砂岩和页岩沉积很有可能代表的是江口冰期过程中存在开阔的环境，并不是完全冰冻的。富禄组为整合于长安组之上的一套碎屑岩沉积，划分为5个岩性段，I段主要为条带状含铁建造（BIF）；II段为含砾石砂岩；III为平行层理砂岩段；IV段主要为杂砾岩沉积；V段为粉砂岩沉积，偶见碳酸盐岩夹层。详细的野外沉积学描述发现，富禄组可识别出8种岩相，并划分为出：冰川前缘岩相组合、冰川远缘碎屑流岩相组合、席状砂岩相组合和深水浊积岩相组合。相分析表明富禄组存在明显的冰川作用沉积，富禄组I至IV段岩相组合的变化体现的是冰期过程中冰盖消融进退的动力学变化。因此，江口冰期长安组和富禄组I至IV段属于斯图特冰期沉积，而富禄组V段则代表斯图特冰期结束后的间冰期沉积。通过对湘黔桂地区的富禄组BIF沉积的P/Fe比值分析，结果显示，该地区的值为0.08-1.81，（平均值为0.45）显著低于同期其他板块的BIF比值（平均值为1.24），说明江口冰期过程中，全球海水存在显著的P不均一性和空间梯度。造成这种差异的原因可能是表层海洋有机物的生成及其在海洋内部的降解。地球化学的证据进一步支持了江口冰期并非的完全冰冻的。