新元古代-寒武纪早期古海水化学演化与大陆风化作用的同位素示踪研究

Neoproterozoic-early Cambrian transition is a very important period during the long Earth history. The palaeo-ocean environments and its relation with the life evolution is a frontier of research in recent years. In this project, we propose to study the typical sedimentary sections of Neoproterozoic-early Cambrian in the Yangtze Platform in South China from plateform facies to deep-water facies. We aim to sample marine carbonates, phosphorites, siliceous rocks, black shales, cap dolomites, and calceous and phosphoratic shelly fossils, to carry out a systematic and combined multiple isotope analysis, such as B, Si, O, Sr, Li, and Os, in an attempt to estimate the palaeo-ocean pH values and temperatures, to obtain seawater Sr, Li, and Os isotopic compositions, to identify continental chemical weathering intensity, and to build up a palaeo-ocean environmental evolution model.

新元古代至寒武纪早期这一地史转折时期，在地质历史演化长河中占有极其重要的地位。新元古代/寒武纪之交的古环境是如何变迁的,环境的变化与生物的演化有什么内在的联系, 己成为近年来国际地学研究的前沿和热点之一。本项目拟对华南扬子板块新元古代-寒武纪早期不同相区(台地相、过渡相、深水相)的沉积地层进行系统采样，以海相碳酸盐岩、磷块岩、硅质岩、黑色页岩、盖帽白云岩、钙质和磷质化石等为研究对象，开展B、Si、O、Sr、Li、Os等多元同位素的综合示踪研究，以期获得这一关键地史转折时期古海洋pH值和古温度演变趋势; 查明古海水的Sr、Li、Os同位素组成与时空演化规律；推测古大陆化学风化作用强度的演变与当时的古海洋环境条件，并试图建立新元古代-寒武纪早期的古海洋环境演化模型。

本项目以华南扬子板块新元古代-寒武纪早期不同相区的沉积地层剖面为研究对象，系统采集了海相碳酸盐岩、磷块岩、硅质岩、黑色页岩、盖帽白云岩、钙质和磷质化石等样品，开展了主量和微量元素（特别是稀土元素和氧化还原敏感元素），Mo含量和Mo同位素组成，N同位素组成，Sr-Nd同位素组成，Re-Os同位素组成，B-Li同位素组成，O-Si同位素组成，以及锆石U-Pb同位素年代学等多方面的研究。 对晚新元古代至寒武纪生命大爆发时期古海洋氧化程度研究表明，Mo同位素数据可作为海洋氧化程度指标，它与生物多样性和沉积物生物扰动程度数据显示海洋氧化指标升高与生物多样性活动性指标升高的耦合。对埃迪卡拉纪-寒武纪早期扬子海盆海水化学组成与环境演化研究，揭示出埃迪卡拉期古海洋化学环境的演变历史，即从陡山沱二段正常的海水，演变到陡山沱三段不同程度的淡水-海水混合过程，到陡山沱四段时，出现较碱性和高盐度的海洋环境, 此时盆地也演化成相对封闭的局限海盆；盆地在寒武纪早期处于一个弱封闭沉积盆地环境，寒武纪早期扬子海盆地内多次发生浅层水体还原事件，有时氧化还原界面上升到透光层，埃迪卡拉动物群、小壳化石动物群和古杯动物的灭绝可能与之有关。寒武纪早期扬子海盆可能有海底热液活动的贡献。盖帽白云岩的B-Li同位素研究表明，在盖帽沉积早期呈出现海洋酸化事件，之后逐渐转变为正常海洋环境。Os同位素研究表明随时间演化，大陆风化作用逐渐增加。