上扬子地区埃迪卡拉纪灯影期碳酸盐岩台地氧化还原状态及演化

The coevolution of marine redox state and life during the Ediacaran-Cambrian transition has received much attention. During this period, the birth and evolution of metazoans are most attractive. Because metazoans commonly lived in shallow-water environments with carbonate deposition, the redox state of carbonate depositional environment can reflect the oxygen demand for metazoans directly. Probably due to the lack of reliable paleoredox indicators for carbonate, previous studies in the Yangtze area mainly focused on the deep-water shale of the Doushantuo and Niutitang formations. The Dengying Formation, as a transitional strata, recorded the first occurrence of skeletal metazoan and the decline of Ediacaran biota. However, because rare paleoredox studies have been carried out, the marine redox state and its relationship to life evolution during the Dengying period are highly controversial. Recent studies suggest that the content of some valent elements (e.g. Ce, I, Fe, etc.) in the carbonate also reflects the paleoredox state during sedimentation. This study aims to use I/(Ca+Mg), Fe speciation, content of Fe-Mn and redox sensitive trace elements as paleoredox indicators to analyze the carbonate of the Dengying Formation from different depositional facies of the upper Yangtze area, and reconstruct the redox stratification and evolution on the carbonate platform during the Ediacaran Dengying period. On this basis, the relationship among marine environment and life evolution could be further investigated.

埃迪卡拉纪-寒武纪转折期古海洋氧化还原环境与生物协同演化是广泛关注的热点问题。该期最引人注目的是后生动物的出现和快速发展。因为后生动物通常生存在碳酸盐岩沉积的较浅水环境，研究碳酸盐岩的氧化还原状态能更直接的反映后生动物对氧的需求。可能由于碳酸盐岩缺乏直观的氧化还原判别指标，过去扬子板块的研究主要关注陡山沱组和牛蹄塘组深水页岩地层。灯影组作为过渡地层，记录了带壳动物首次出现和埃迪卡拉动物群的衰亡。但由于研究较少，灯影期海洋氧化还原状态以及与生物演化关系都存在争议。近年来的研究表明，诸多变价元素（如：Ce、I、Fe等）在碳酸盐岩中的含量也可以反映沉积水体的氧化还原条件。本项目拟针对性搭配I/(Ca+Mg)、铁组分、Fe-Mn及氧化还原敏感微量元素丰度指标，研究灯影组不同沉积环境碳酸盐岩的氧化还原状态，重建上扬子地区埃迪卡拉纪灯影期浅海氧化还原结构及演化过程，并探讨海洋环境与生物协同演化。

埃迪卡拉纪-寒武纪转折期记录了海洋的幕式氧化与生物的快速革新。研究该时期碳酸盐岩台地的氧化还原环境，有利于更全面的了解古海洋氧化还原状态的时空分布，有助于进一步探讨环境-生物协同演化及与其它地质过程的联系。本项目对上扬子地区近二十条剖面和钻井开展了系统的沉积环境分析，在此基础上选取碳酸盐岩台地不同水深的两条剖面进行了详细的岩相、古水深、综合地层和氧化还原状态研究，取得了以下四方面主要成果：（1）在上扬子地区灯影组碳酸盐岩中识别出19种岩石微相，组成半局限台内、台地边缘滩、斜坡/中-外缓坡、硅质岩盆地四个亚相。相带时空组合显示上扬子台地宽度横跨上千公里，没有与大型的陆地相连，形态上具有广阔的局限台内环境和狭窄的台地边缘与台前斜坡，且内部水深较浅。这些特征表明上扬子台地灯影期总体符合陆表海台地的定义。（2）基于杨坝剖面开展了综合的岩石-层序-碳同位素地层划分对比工作，将上扬子局限台内相灯影组划分为2.5个层序，六个可等时对比的岩性段，里面包含了三次碳同位素正偏（DP1、DP2、DP3）和负偏（DN1、DN2、DN3）。（3）通过局限台内杨坝剖面、中-外缓坡泗溪剖面的地球化学研究，发现两条剖面总体上具有I/(Ca + Mg)小于0.5 μmol/mol，(Ce/Ce*)SN大于0.6的特征，指示上扬子碳酸盐岩台地灯影期水体总体处于低氧状态。（4）通过纵向对比地球历史，横向对比其它板块地球化学数据，认为灯影期与前寒武纪绝大部分时期一样，大气具有低的氧气含量，海洋广泛缺氧，碳酸盐岩台地总体处于低氧背景。这个时期广泛发育的埃迪卡拉生物群应该能够适应低氧的环境，其发展壮大并不依赖海水含氧量的提高。埃迪卡拉纪-寒武纪界线过渡期出现了全球范围的氧化事件，该次氧化事件可能与小壳动物的出现有所关联，支持了前人认为寒武纪更复杂的动物出现需要更高的氧化水平。