埃及Kurkur绿洲第四纪钙华沉积的多尺度解析：从微生物结构到古水文-构造耦合机制

本研究针对埃及西部沙漠Kurkur绿洲第四纪钙华沉积的成因机制不明问题，通过沉积学-地球化学多方法联合分析，首次揭示其兼具meteogene（大气成因）与thermogene（地热成因）钙华特征，发现Sr-Br-REE元素分异指示的温度梯度变化及软沉积变形构造，为干旱区古水文循环与构造活动耦合研究提供了新范式。

　　

在埃及西部沙漠广袤的荒原中，Kurkur绿洲如同地质时间的胶囊，封存着第四纪时期水岩相互作用的奥秘。钙华（travertine）这种由富含碳酸钙（CaCO₃）水流沉淀形成的特殊岩石，长期以来被视为解码古气候和构造活动的"地质硬盘"。然而，尽管该区域tufa（多孔钙华）研究已较充分，但致密钙华的沉积机制、碳源特征及其与构造活动的关系仍是未解之谜。更关键的是，传统研究多聚焦单一成因解释，难以解释钙华中常见的地球化学异常和特殊沉积构造。这些认知空白严重制约着对撒哈拉地区古水文演化的理解。

针对这一科学瓶颈，阿斯旺大学联合国际团队对Kurkur钙华开展了系统性研究。通过整合沉积学、元素地球化学和稳定同位素（δ¹³C-δ¹⁸O）多维度证据，研究首次揭示该钙华系统存在13-38°C的宽泛古温度范围，并发现其碳源具有二元性：既来自Paleocene海相灰岩（δ¹³C: +0.67‰）的地下水溶蚀，也包含大气CO₂（δ¹³C: -3.3‰）的贡献。这些突破性发现发表于《Geomorphology》，为理解极端干旱区水文-构造耦合提供了新范式。

研究团队采用多尺度技术路线：通过野外15个采样点的三维控制取样获取代表性标本；薄片显微分析鉴定出羽毛状方解石丛（feather crystal shrubs）等6类沉积相；ICP-MS检测揭示Sr/Ca-Br/Ca比值与温度梯度呈显著相关性；特别运用clumped isotope（团簇同位素）技术反演古水温；首次通过软沉积变形构造（soft-sediment deformation）解析古地震信号。

Lithofacies characteristics of Kurkur Travertines
研究发现钙华沉积呈现六类特征相：非生物晶簇（abiotic crystalline）、扇形/放射晶丛（fan/ray crystals）、泡沫岩（foam rocks）等，其中微生物席（microbial mats）与方解石筏（calcite rafts）的共存揭示微生物诱导矿化（microbially induced mineralization）与无机沉淀的协同作用。

Elemental and isotopic signatures
Sr-REE元素分异模式显示：低温相（<20°C）富集Br（r=0.82），反映大气水主导；而高温相（>30°C）呈现LREE富集（La_N/Yb_N=3.2），指示深部流体加入。δ¹⁸O值（-12.4‰至-7.5‰）的剧烈波动证实水文系统受气候-构造双重调控。

Tectonic implications
关键发现是识别出液化变形层（liquefaction layers）与负荷铸型（load casts），这些软沉积变形构造首次将钙华沉积与区域断裂活动直接关联，为东撒哈拉走滑断裂带的活动历史提供了新证据。

这项研究构建了"微生物-地球化学-构造"三因素耦合模型：在活跃断裂带，深部热液与浅层地下水混合形成温度梯度，促使CO₂脱气并引发钙华沉淀；同时构造震动导致未固结沉积物发生变形。该模型不仅完善了干旱区钙华成因理论，其建立的Sr-Br-REE温度指标更为古水文重建提供了新工具。正如通讯作者Kamal Abou Elmagd强调的，这项成果为评估撒哈拉地下水系统对气候变化的响应机制奠定了基石，对理解全球干旱区水资源演化具有启示意义。