中上扬子地区埃迪卡拉纪－寒武纪转折期古海洋演化与有机质富集

The Ediacaran-Cambrian transition is a critical turning interval in geological history characterized by drastic environmental and biotic turnovers. This project will focus on the coeval black shale series in the mid-upper Yangtze area, and aims to characterize the oceanic anoxicity, ocean structure and primary bioproductivity and further to unravel the oceanic evolution, based on integrated studies on sedimentology, sequence stratigraphy, element geochemistry (especially Fe geochemistry), pyrite morphology and isotope geochemistry and geochronology. Meanwhile, this project further intends to document mechanisms and controls of organic enrichment, and distribution of oragnic-rich sediments in study area in terms of the interactions of tectonogeography, volcanism-hydrothermal activity, sea-level changes, oceanic evironment and life process. Therefore, this study is not only of significance for better understanding of the coevolution of Earth's surface environments and life processes during the Ediacaran-Cambrian transition, but also provide useful knowledge and geological evidence for the resource evaluation and utilization of the black shale series (shale gas and polymetallic orebody) in proposed study area.

埃迪卡拉纪-寒武纪转折期是地质历史上的关键时期，地球环境和生物界面貌发生了巨大变化。本项目以该时期中上扬子地区广泛发育的黑色岩系为主要研究对象，通过沉积学、层序地层学、元素地球化学（特别是铁的地球化学），黄铁矿形貌，同位素地球化学和年代学的综合研究，对当时海洋缺氧程度、海洋结构以及原始生物产力进行表征，揭示海洋演化过程，同时根据该时期构造-古地理背景，火山-热液活动，海平面变化、气候变化、海洋环境与生命协同演化特点，阐明该地区有机质富集机理、控制因素以及富有机质沉积分布规律。因此，本项研究不仅对埃迪卡拉纪-寒武纪转折期地球表层环境-生命系统协同演化具有重要的科学意义，而且对本地区黑色岩系的资源评价与利用（如页岩气、多金属矿床）提供有用的知识和地质依据。

埃迪卡拉纪－寒武纪转折期是重大地质转折期，扬子地区形成了广泛的黑色岩系（包括沉积矿床），并很好的记录了爆发性生物辐射（寒武纪生命大爆发），本项目重点开展对中上扬子地区埃迪卡拉纪－寒武纪转折期古海洋演化与有机质富集机理的研究。本项目研究内容主要包括：（1）埃迪卡拉纪－寒武纪转折期构造-沉积背景与黑色岩系形成环境；（2）埃迪卡拉纪－寒武纪转折期海洋变化与有机质富集的地球化学约束；（3）海洋缺氧与有机质（包括多金属）富集机理。通过四年的研究，取得如下重要结果：（1）在中上扬子东南缘（黔东-湘西）深水地层中首次获得了我国埃迪卡拉系-寒武系界线年龄（约542Ma），结合同位素地层资料，与国际同期地层有很好的对比性，为研究扬子地区埃迪卡拉纪-寒武纪转折期地质构造、盆地充填动力学过程、古环境与生物演化以及全球对比提供了一个重要的时间锚点（或框架）；（2）通过对黔东北沿外陆架斜坡-盆地沉积背景（道坨、坝黄）沉积的牛蹄塘组（Stage 2）黑色页岩沉积学(层序地层)、TOC丰度、地球化学（主量、微量元素）分析，发现TOC丰度与主微量元素存在明显不一致的协变关系，在外陆架边缘二者存在正向协变（相关）关系，二者下斜坡存在逆向协变（或反向）协变关系，说明不同沉积背景的物质循环存在解耦关系，认为牛蹄塘期陆架边缘有机质高富集带与硫化缺氧水体分布存在空间不均一性，二者重合于内陆架-外陆架过渡的高生产力带，由洋流上涌诱导，而海槛背后的盆地区而由于上升洋流的抽吸会造成该处物质的暂时性亏损。另外进一步通过铁组分（FeHR/FeT, FeP/FeHR）和Mo含量（Mo/TOC）时空变化研究，进一步证实了外陆架中上斜坡发育的硫化楔与高生产力带吻合现象，此处C-Fe-Mo循环是耦合的，而在海槛背后的下斜坡-盆地区发育缺氧铁化水体，生产力相对较低，C-Fe-Mo循环是解耦的，这种氧化-还原的空间不均一性和C-Fe-Mo生物地球化学循环差异可能与存在海槛的情况下，强烈的离岸流引起的洋流上涌导致的。另外，这种硫化水体的向岸侵进和向海退却与海平面上升和下降的节拍是吻合的，因此，海平面变化是驱动硫化楔水体时空波动的一个重要因素。而当时，华南地块处于北纬中低纬度，东北信风所引起的离岸流进一步强化了洋流上涌（特别是最大海侵期）作用。