中元古代达尔玛组（印度东部）的裂谷盆地演化与有机物保存：通过多种代用指标揭示相构特征及潜在生物标志物

《Sedimentary Geology》：Rift basin evolution and organic matter preservation in the Mesoproterozoic Dalma Formation (Eastern India): Multi-proxy insights into facies architecture and potential biosignatures

中元古代达尔马组火山生成裂谷盆地沉积序列通过多学科研究揭示了热液活动与氧化还原分异对化学沉积的控制机制，发现拉曼光谱证实铁质层中无序碳质与球状微结构的空间关联，SIMS离子成像显示碳质片岩中有机质呈层状富集的穹隆-柱状形态，但未发现明确细胞分裂结构或无可争议微化石，为评估前寒武纪生物标志物研究提供新案例。

　　印度东部北辛格布尔移动带的中元古代达尔马组（Dalma Formation）为火山性裂谷盆地的发展、化学沉积以及生态系统的多样化提供了独特的地质记录。这一时期（约16亿至10亿年前）是地球历史上关键的阶段，见证了超大陆的形成与分裂、大规模的火山和构造活动，以及海洋化学和生物圈的重大变化。达尔马组的沉积演化和环境特征不仅反映了当时地球表面的复杂地质过程，也为研究早期微生物活动及其对地球环境的影响提供了重要的窗口。本研究首次对达尔马组进行了整合的沉积学、岩石学、地球化学、拉曼光谱学以及原位二次离子质谱（SIMS）离子成像分析，揭示了该盆地中多种化学沉积岩和火山岩的分布及其形成机制。

达尔马组主要由含碳页岩、层状燧石、铁石、碳质页岩和互层的火山岩组成。这些岩石类型共同记录了裂谷盆地中不同环境条件下的沉积过程。通过岩相图和微观结构分析，研究发现该盆地中存在一系列由水热活动波动、氧化还原分层和动态化学梯度塑造的生态位。这些生态位的多样性表明，达尔马组所处的裂谷环境在不同的地质时期经历了复杂的环境变化。此外，地球化学和矿物学数据表明，来自火山和水热来源的Fe、Mn和Si的周期性输入，导致了稀有金属元素（REE）和矿物组合的显著差异，这些差异反映了沉积条件和氧化还原状态的反复变化。

扫描电子显微镜（SEM）和背散射电子成像（BSE）技术揭示了化学沉积岩相中丰富的球形和丝状微观结构。这些结构的多样性和分布模式为理解沉积环境中的物理化学过程提供了重要线索。同时，拉曼光谱分析确认了铁石中存在无序碳质物质（D-带），其空间分布与球形微观结构密切相关。这表明，在铁质层中可能发生了与碳质物质相关的地质过程，如水热沉淀或氧化还原反应。然而，原位碳氮（12C-14N）SIMS离子成像分析显示，碳质燧石中的有机物质在离散层中呈斑块状集中，通常表现出穹状和柱状形态。这些特征虽然与全球其他元古代盆地中报道的可能生物标志物相似，但并未在任何岩相中发现明确的细胞分裂、生物膜结构或确凿的微化石证据。

因此，达尔马组成为评估多学科生物标志物研究在古代裂谷盆地中潜力和局限性的典型案例。研究不仅揭示了该盆地的环境结构和生态复杂性，还为理解火山活动、水热作用和氧化还原波动如何塑造早期地球环境以及影响古代有机物质的保存提供了新的视角。通过将达尔马组的研究结果与全球其他元古代盆地进行比较，本研究进一步探讨了在火山性裂谷盆地中识别生物标志物所面临的挑战。

达尔马组的地质背景显示，其位于北辛格布尔移动带（NSMB）的北部段，地处古元古代至中元古代辛格布尔克拉通（Singhbhum Craton）与新元古代至古元古代乔塔那古尔片麻岩复合体（Chotanagpur Gneissic Complex）之间。这两个地块被大规模的、向北倾斜的剪切带——辛格布尔剪切带（SSZ）和南普里利亚剪切带（SPSZ）——分隔。这些剪切带记录了多次构造热事件，表明达尔马组所在的区域经历了复杂的地质演化过程。通过详细的地质测绘，研究者识别出两种主要的岩石组合：一种是南部组合，包含富含有机质的变质沉积岩与化学沉积岩及火山岩相互层叠；另一种是北部组合，主要由昌迪尔组（Chandil Formation）中的长英质凝灰岩和火山性变质燧石组成。

本研究采用了多种分析方法，以全面揭示达尔马组的沉积演化和环境特征。研究区域约200平方公里，通过对达尔马组和昌迪尔组的岩石类型、结构及其相互关系的测绘，研究者能够识别出横向和纵向的岩相变化。利用GPS技术进行的穿越测绘，有助于记录构造元素的分布，并揭示不同岩相之间的空间关系。此外，研究者在野外系统地测量和记录了微观结构的形态和沉积特征，为后续的实验室分析提供了重要的基础数据。在实验室中，选取了上部达尔马组的代表性样本进行岩石学和地球化学分析，以进一步探讨其形成机制和环境意义。

研究还特别关注了达尔马组的沉积环境及其氧化还原状态的变化。通过系统分析不同岩相的重复出现，研究者构建了一个综合的垂直岩相序列，揭示了从富含有机质的碳质页岩到铁石和层状燧石的沉积演化过程。这一演化过程不仅受到火山活动和水热作用的影响，还与盆地内的氧化还原条件密切相关。例如，铁石的形成通常与氧化还原条件的波动有关，而层状燧石则可能反映了硅的周期性输入。通过这些分析，研究者能够更准确地重建该盆地的沉积环境，并探讨其在地球历史中的独特地位。

此外，研究还揭示了达尔马组中一些新发现的微观结构，如穹状、层状和球状结构。这些结构的起源尚不明确，但其分布模式和形态特征为理解沉积环境中的物理化学过程提供了重要线索。例如，球状结构可能与水热沉淀或氧化还原反应有关，而层状结构则可能反映了沉积物的分选作用或化学沉积的周期性变化。这些微观结构的存在表明，达尔马组所处的裂谷环境具有高度的动态性和复杂性，为研究早期地球环境提供了丰富的地质证据。

研究结果表明，达尔马组的沉积岩和火山岩记录了中元古代时期裂谷盆地的环境变化和生物活动的可能迹象。然而，尽管某些特征与生物标志物相似，如穹状和层状结构，但研究并未发现确凿的微生物化石或细胞分裂的证据。这提示我们在识别生物标志物时需要更加谨慎，因为许多地质过程可以产生与生物活动相似的形态和结构。因此，多学科方法的综合应用，如岩石学、地球化学和原位成像技术，对于区分生物和非生物信号至关重要。

通过将达尔马组的研究结果与全球其他元古代盆地进行比较，研究者能够更好地理解火山性裂谷盆地在地球历史中的普遍性和特殊性。例如，其他元古代盆地如枪乌贼盆地（Gunflint Basin）、高玉庄盆地（Gaoyuzhuang Basin）和马奇盆地（McArthur Basin）也显示出类似的沉积岩组合和微观结构，但它们的环境背景和生物活动证据有所不同。这种比较分析有助于揭示不同裂谷盆地在形成条件、沉积过程和生物活动方面的异同，从而深化我们对地球早期环境演变和生物圈发展的认识。

综上所述，达尔马组的研究不仅提供了关于中元古代裂谷盆地环境演变的重要信息，还为理解火山活动、水热作用和氧化还原波动如何塑造早期地球环境提供了新的视角。同时，研究也强调了在识别生物标志物时需要注意的挑战，即许多地质过程可以产生与生物活动相似的特征。因此，多学科方法的综合应用对于准确解读古代地质记录中的生物信号具有重要意义。本研究的成果将为未来的地质和生命科学研究提供重要的参考，有助于更全面地理解地球早期环境的复杂性和生物活动的多样性。