沉积学和地球化学因素对埃迪卡拉纪晚期邓英组（位于上扬子台地）中微生物岩分布的制约作用

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Sedimentary and geochemical constraints on microbialite distribution in the terminal Ediacaran Dengying formation, upper Yangtze platform

定量揭示晚埃迪卡拉纪碳酸盐平台微生物岩发育的环境梯度：基于沉积相分析及元素地球化学对比，揭示边缘区水体交换充分、盐度稳定、氧化条件较好，而近岸区陆源输入强、水体还原，导致微生物岩形态与分布差异显著。

　　

王汉|李志武|钟汉婷|唐家全|刘丽娟|齐哲|侯明才

中国成都理工大学油气水库地质与开发国家重点实验室，成都610059

摘要

解析晚埃迪卡拉纪海洋化学和沉积环境的时空变化对于重建碳酸盐台地结构以及制约微生物岩的形成机制至关重要。以上扬江地区的登英组为例，我们旨在将沉积学观察与原位主量和微量元素地球化学（LA-ICP-MS）相结合，以比较台地内部近岸潮坪和台地边缘相的特征，并相对评估陆源输入、营养供应、盐度和氧化还原状态的作用。结果表明，在埃迪卡拉纪末期，该地区存在一个边缘明显的碳酸盐台地。半限制性的近岸潮坪中的微生物岩体型较小且分布稀疏，而台地边缘的微生物岩则较高大、横向延伸范围更广且堆积密集。与近岸相相比，台地边缘的微生物白云岩中碎屑指示元素（Al、Ti、Sc、Th）浓度较低，营养相关元素（Ba、Ni、Zn）浓度较高，氧化还原敏感指标（U、V、U/Th、V/(V?+?Ni)）的富集程度和比值较低，而与盐度相关的元素（Na、Li）浓度较高。这些模式表明，台地边缘的陆源稀释作用较弱、浑浊度较低、海水交换更充分、盐度更稳定、氧气供应更充足；相比之下，近岸地区的碎屑输入增加、浑浊度较高、盐度受淡水影响波动较大、氧气含量较低。总体而言，台地边缘提供了更清晰、氧气更充足、更稳定且相对营养更丰富的物理化学和沉积条件，有利于微生物岩的集中发育。通过将相分析与元素地球化学对比相结合，本研究定量描绘了台地的环境梯度，并为晚埃迪卡拉纪碳酸盐台地结构和微生物岩的形成提供了新的约束。

引言

晚埃迪卡拉纪（约5.51–5.39亿年前）是一个地球沉积环境和海洋化学发生剧烈变化的关键时期（Narbonne和Gehling，2003；Knauth，2005；Lyons等人，2014；Yang等人，2021）。在此期间，广泛的微生物岩在浅海环境中形成，不仅记录了当时的沉积动态和古海洋化学条件，还为晚埃迪卡拉纪碳酸盐台地的形成和演化提供了关键线索（Grotzinger和Knoll，1999；Riding，2000；Webb和Kamber，2000；Bowlin等人，2012；Li等人，2021；Gewin，2023；Bai等人，2024）。中国南方上扬江地区拥有世界上最广阔的晚埃迪卡拉纪碳酸盐台地之一；值得注意的是，台地边缘的微生物岩与近岸潮坪相在规模、形态和保存状态上存在显著差异（Wang等人，2021；Ding等人，2021；Li等人，2021；Lan等人，2022b；Sun等人，2022；Song等人，2018，Song等人，2024）。然而，驱动这些相依赖性变化的沉积过程和古环境控制因素仍不够清楚（Preto等人，2019；Suarez-Gonzalez等人，2019a；Lan等人，2022a；Wang等人，2022）。特别是陆源沉积物输入、海水交换、氧化还原条件以及不同相之间的营养供应对局部水化学和沉积过程的共同影响尚未完全阐明（Li等人，2021；Tang等人，2022；Zhou和Li，2023；Bai等人，2024）。

本研究整合了上扬江地区晚埃迪卡拉纪微生物岩的沉积学特征和地球化学数据，旨在：（i）重建晚埃迪卡拉纪碳酸盐沉积模式和微生物岩的空间分布；（ii）比较近岸（台地内部）与台地边缘相的海水性质；（iii）评估这些环境因素对微生物岩发育和纹理的控制作用；（iv）建立基于过程的碳酸盐台地微生物岩沉积模型。这些结果加深了我们对晚埃迪卡拉纪碳酸盐台地结构的理解，并为该时期的古海洋演化提供了新的地质约束。

地质背景

在新元古代晚期，随着罗迪尼亚大陆分裂影响的减弱，上扬江地区从一个裂谷系统演变为一个热沉降的后裂谷盆地。区域构造趋于稳定，形成了一个长期存在的“碳酸盐工厂”，其特征是大规模的碳酸盐沉积（Jiang等人，1996；Wang和Li，2003）。在此基础上，一个横向延伸的碳酸盐台地在埃迪卡拉纪期间逐渐形成，到了后期形成了一个边缘明显的台地

材料与方法

沉积学分析通过对野外露头中的岩性、沉积构造、沉积序列、垂直叠置模式和横向分布特征进行系统观察（宏观尺度），随后进行高密度采样。随后在高压 petrographic 显微镜下观察薄片，以识别微生物岩的微相、纹理、沉积构造和矿物学特征

沉积相分析

根据我们的观察结果，共识别出十五种岩相，并对其沉积环境进行了解释（详细信息见表1）。根据它们在测量剖面中的空间关联和垂直叠置模式，区分出三种沉积相组合：半限制台地相、台地边缘相和坡地-盆地相，每种相都具有独特的岩相组合特征。

埃迪卡拉纪微生物碳酸盐作为边缘台地的建造者

综合岩相关系表明，晚埃迪卡拉纪的上扬江地区是一个边缘明显的碳酸盐台地，其中连续的高能量边缘促进了边缘处的碳酸盐沉积，内部为半限制性的潟湖-潮坪环境。在台地内部，微生物岩以薄层、不连续的形式存在，嵌入在逐渐变浅的十到米级的层序中，这些层序通常从凝块状或碎屑丰富的白云岩过渡而来

结论

晚埃迪卡拉纪的上扬江地区形成了一个边缘明显的碳酸盐台地，微生物岩主要集中分布在台地边缘。在半限制性的近岸区域内，地球化学数据显示陆源输入增加（Al、Ti、Zr、Sc含量较高），盐度降低（Na、Li含量较低），营养元素供应减少（Ba、Ni、Zn含量较低），氧化还原条件更偏向还原态（U、V、U/Th、V/(V?+?Ni)比值较高），这些因素共同导致了微生物岩体型较小且分布不连续

CRediT作者贡献声明

王汉：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，软件使用，项目管理，数据分析，概念化。李志武：项目管理。钟汉婷：软件使用。唐家全：概念化。刘丽娟：数据分析。齐哲：数据分析。侯明才：项目管理。

未引用参考文献

Chuanming和Shuhai，2007

Huanming等人，2006

Liu等人，2015

Mike等人，2014

Zhiyong等人，2024

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

感谢Paul B. Wignall教授对手稿的仔细审阅。本研究得到了国家自然科学基金（编号42102138、U2344209、42050104、U42272131和U19B6003）、自然资源部深时地理与环境重建与应用重点实验室的开放基金（DGERA20221103）以及油气国家重点实验室的开放基金（PLC20210202）的支持