中元古代富铁沉积至富有机质沉积的微生物驱动机制

Current research generally believes that, iron ore, hydrocarbon source rocks and fossils were scarce during 1.8 Ga ~ 0.8 Ga. Thus, the " Boring billion" became a restricted area for resource exploration in the past. According to the recently survey, iron ore layers were found under the black shales of the Chuanlinggou Formation (1.62 Ga), the Xiamaling Formation (1.39 Ga) and the Zhengjiaya Formation (1.06 Ga) in China. However, the formation mechanism and relationship of the Mesoproterozoic iron layers and source rocks, and the roles of bacteria, are still unclear. This project intends to carry out a series of comprehensive biogeochemical analysis on the above three strata. Using multi-isotopes tracing, multi-elements imaging, multi-parameters analysis and other new techniques and methods, combing the bacterial cultivating experiment and geological interpretation during major transition period, to definite the origin, enrichment mechanism and control factors of iron and organic matters, and then to reveal the bacterial driving mechanism of the Mesoproterozoic iron formation to organic-rich formation. It will be of great importance to understand the evolutionary history of early earth, to explore the collaborative evolution mechanism of early life and environment. And It will also be of great helpful for the resource exploration of "Deep plan" in our country.

当前研究普遍认为，1.8 Ga～0.8 Ga之间，铁矿层、烃源岩和生物化石均十分匮乏，使得这个“无聊的十亿年（boring billion）”成为资源勘查的禁区。资料调查显示，我国串岭沟组（1.62 Ga）、下马岭组（1.39 Ga）和郑家娅组（1.06 Ga）黑色页岩之下均发现铁矿层。但有关中元古界铁矿层和烃源层的形成机制、关联性以及微生物在其中的作用，目前尚不清楚。本项目拟对以上三个地层进行综合生物地球化学分析，结合微生物培养实验和重大转折期地质解析，利用多同位素示踪、多元素成像、多参数解析等新型技术方法，明确铁和有机质的来源、富集机制及控制因素，揭示中元古代富铁沉积至富有机质沉积的微生物驱动机制，以深入认识地球早期演化记录，探索生命与环境协同演变的机理，服务国家深时深地资源勘查。

当前研究普遍认为，1.8~0.8 Ga期间的铁矿层、烃源岩和生物化石均十分匮乏，是资源勘查的禁区。我国华北串岭沟组（1.64 Ga）和下马岭组（1.39 Ga）黑色页岩之下均发现铁矿层和微生物化石。有关中元古界铁矿层和烃源岩的形成机制、关联性以及微生物在其中的作用，目前尚不清楚。本项目针对串岭沟组、下马岭组，利用多同位素示踪、多元素成像、多参数解析等新型技术方法，明确铁和有机质的来源、富集机制及控制因素，结合微生物作用的鉴定和重大转折期的地质过程解析，揭示中元古代富铁沉积至富有机质沉积的微生物驱动机制。项目执行期间，建立了基于激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱和X射线荧光分析的微束多元素成像技术，明确了菱铁矿、铁白云石、黄铁矿等多种“矿物探针”成因；发现了中元古代真核藻类化石证据，通过铁、碳等元素和同位素的联合分析，明确了中元古代海洋中铁主要来自于海底热液和底流传输、有机质主要来自于蓝细菌和真核藻等微体生物，揭示了异化铁还原作用和细菌硫酸盐还原作用对有机质的降解及其对古海洋环境动态演变的控制性作用，提出了中元古代增氧事件和海洋生物碳泵的理论模型。结合燕辽盆地构造沉积过程分析，进一步指出地球深部动力过程驱动了层圈相互作用，微生物是古大气、古海洋和古气候演变和碳循环过程的重要执行者，最终实现了环境-生物的协同演变，形成了多套中元古代富铁岩系和富有机质岩系。研究期间，在PNAS、ESR、Geochemical Perspectives Letters、Precambrian Research、《中国科学: 地球科学》、《科学通报》等国内外权威期刊发表SCI/EI收录论文25篇；申请国家发明专利1件；在国内外学术会议做口头报告18人次，培养青年员工1名、博士后2名、博士研究生2名和硕士研究生1名。圆满完成计划任务和人才培养指标，拓展了研究方向，并提出中元古界具页岩油气勘探潜力。