埃迪卡拉纪-寒武纪转折期下扬子地区海洋氧化还原环境研究：以铁组分和硫同位素为例

Lower Cambrian black mudstones are widespread and distribute along the flank of Yangtze Platform, South China. They may have recorded remarkable changes in sedimentology, geochemistry and biology, and thus they are of significance for understanding life evolution during the Ediacaran-Cambrian（E-C）transition period. At present, although extensive studies were carried out upon the lower Cambrian in South China, there are many unsolved questions about paleoenvironment, paleoceangraphy, paleostructure. This project focuses on the black rock series in southern Anhui and western Zhejiang Province, South China, which represent shallow inner shelf and deep slope to basin environment. These black mudstones have been analyzed for sedimentology, iron speciation and sulfur isotope geochemical changes in detail. Researching redox state and evolution of the paleooceangraphy, and the relationship between paleooceangraphy redox conditions and biologic evolution, and the reason of high TOC mechanism are studied.

埃迪卡拉纪-寒武纪（Ediacaran-Cambrian, E-C）转折时期，伴随着联合古陆的形成与解体，全球气候、海洋环境和地球生物圈都发生了重大的变化。海洋生态环境，特别是氧化还原环境与生物演化关系密切。本项目通过选取在皖南-浙西跨越埃迪卡拉纪-寒武纪界线、分别代表从浅水相到深水相的3-5条典型剖面，以铁组分、硫同位素及其它地球化学为手段，对其进行高分辨的氧化还原环境的分析，探讨E-C转折时期海洋水体的氧化还原环境变化情况，阐述氧化还原环境演化的动力机制。同时，结合本地区化石记录及有机质富集情况，揭示E-C转折时期海洋氧化还原环境变化与生物演化、有机质富集的关系。最终建立下扬子地区E-C转折时期海洋氧化还原环境的时空特征及演化过程，并为该时期的海洋环境-生物圈相互作用及协同演化机理提供新的资料和相关观点。

埃迪卡拉纪-寒武纪（Ediacaran-Cambrian, E-C）过渡时期古海洋的氧化还原状态关系到后生动物的出现，并最终形成“寒武纪生命大爆发”。而这一时期全球海洋广泛发育一套富有机质的黑色岩系，包括硅质岩、泥质岩及少量碳酸盐岩等，它记录并反映了该时期岩石圈、水圈、生物圈和大气圈的相互作用，同时是潜在的页岩气产层，具有重要的理论和实际意义。通过对华南地区这套黑色岩系详细的沉积学、元素地球化学和稳定同位素地球化学等手段，分析了E-C过渡时期华南古海洋的氧化还原环境及其与后生动物演化之间的关系，已经基本厘清了E-C过渡时期华南古海洋的氧化还原状态及其在空间上的分布和时间上的演化，达到了预期目标。研究结果表明：（1）川北沙滩剖面郭家坝组上部样品的铁组分FeHR/FeT＞0.38，FePy/FeHR＜0.7，而下部样品FePy/FeHR＞0.7，说明台地相其上部水体缺氧含铁，下部水体硫化。浙西底本剖面大部分样品的铁组分FeHR/FeT＞0.38，FePy/FeHR＜0.7，有几个样品FePy/FeHR＞0.7；Th/U的均值为1.1，V/（V+Ni）的均值大于0.45，V/Cr的均值8.46，V/Sc的均值168.75，这些都说明在E-C过渡时期，底本剖面代表盆地相的深水区主体依然为缺氧含铁，但硫化水体会间歇性出现。（2）底本剖面皮园村组下部有机碳同位素的负偏高达5‰，被认为是埃迪卡拉纪与寒武纪的分界点。（3）黄铁矿硫同位素和有机硫同位素从内陆架向盆地方向分别有4.36‰、5.36‰增加到18.65‰、21.62‰，表明这一时期的海洋中存在由内陆架向盆地方向硫同位素逐渐增加，而海水硫酸盐浓度则逐渐降低。（4）华南海洋化学属性与化石记录的空间对比还显示，早期动物很可能具有较好的适应低氧环境的生存能力，但水体的硫化对其却是致命的，这为我们理解“寒武纪生命大爆发”的时序和过程提供了重要的参考。