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华北西缘贺兰山中元古界沉积地质学研究取得新进展

2020-05-06


元古代中期(18–8亿年)是介于古元古代和新元古代两次大氧化事件和冰期事件之间的、地球系统(包括全球构造运动、气候状态、以及海洋生物地球化学等方面)相对稳定的10亿年,因此常被地质学者称之为枯燥的10亿年Boring Billion)。但这段时间却出现了最古老的真核生物和简单的多细胞真核生物,以及形态多样、丰度极高的叠层石,因此对中元古界地层的系统研究,可为探索真核生物及大量叠层石出现的背景环境提供重要证据。实际上,枯燥的10亿年也许并不枯燥,因此不断吸引着国内外地质学者对这段沉积地层开展相关研究。


现代古生物学和地层学国家重点实验室陈吉涛研究员曾于2014年和2015年两次受哈佛大学Andy Knoll教授及加州理工学院John Grotzinger教授的邀请和资助,参与美国得克萨斯州Van Horn地区的中元古代碳酸盐岩沉积序列的野外工作与综合研究。在此基础上,近年来,陈吉涛等联合美国同行,连续多年对宁夏贺兰山北部保存很好的、未受变质变形作用的中元古代地层(黄旗口组和王全口组)开展野外调查,并进行了详细的沉积学、地层学和沉积地球化学等综合研究。相关研究成果于2020年发表在国际期刊《前寒武纪研究》(Precambrian Research)上。


本次研究的主要内容包括:(1)重建了黄旗口组下部碎屑岩红层沉积序列的沉积过程;(2)系统分析了多种碳酸盐岩岩相,包括多种形态的叠层石;(3)测试了王全口组碳酸盐岩的碳、氧同位素;(4)发现了位于王全口组之上的寒武系灰岩中的三叶虫;(5)分析了7个砂岩样品中碎屑锆石的铀铅年龄谱。


系统的沉积学研究提出,该套中元古代地层应该不是前人所认为的拗拉槽沉积,而属于正常的滨岸相碎屑岩沉积和浅海相碳酸盐岩台地沉积。通过碳同位素和碎屑锆石年龄谱的约束,基本卡定该套地层的最小沉积年龄为大于12亿年左右,最大沉积年龄为16亿年左右。同时,碎屑锆石年龄谱也揭示了中元古界与寒武系和奥陶系含有一致的物源,表明从中元古代到奥陶纪的这近10亿年间,华北台地西缘很可能一直处于岩浆活动较为稳定的构造背景下。


本研究属于基础性区域地质工作,对后续中元古代叠层石多样性研究以及海洋生物地球化学研究等提供了重要地质基础。


此项研究得到中国科学院、国家自然科学基金委、以及美国国家航空航天局和自然科学基金的资助。


论文相关信息:Zhang, T., Myrow, P.M., Fike, D.A., McKenzie, N.R. Yuan, J., Zhu, X., Li, W., Chen, J.*, 2020. Sedimentology, stratigraphy, and detrital zircon geochronology of Mesoproterozoic strata in the northern Helan Mountains, western margin of the North China Block. Precambrian Research, 343, 105730. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2020.105730


华北西缘贺兰山北部王泉沟剖面野外实测柱状图


华北西缘贺兰山北部王泉沟剖面黄旗口组碎屑岩沉积现象


华北西缘贺兰山北部王泉沟剖面王全口组叠层石


华北西缘古元古界变质岩基底、中元古界和古生界砂岩中碎屑锆石年龄谱



华北西缘贺兰山北部王泉沟剖面碳酸盐岩碳、氧同位素记录



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