中更新世亚美尼亚Vedi地区深源热液成因陆相碳酸盐岩的起源与环境背景研究

为解决高加索南部地区中更新世古气候档案稀缺问题，研究人员对亚美尼亚Ararat凹陷Vedi河谷30米厚碳酸盐岩序列开展多学科研究，通过U-Th定年（319±84至198±14 ka）、稳定同位素（δ13C +9‰，δ18O -11‰）和微相分析，揭示其形成受控于构造-火山-气候协同作用，为理解人类扩散路径的关键区域环境演变提供罕见档案。

　　

位于亚美尼亚Ararat凹陷的Vedi河谷，地处欧亚板块与阿拉伯板块碰撞带，是研究中更新世环境演变与人类迁徙的关键区域。然而，该地区古气候记录极度匮乏，且现有沉积档案常因构造活动和火山作用叠加而难以解读。更棘手的是，碳酸盐岩沉积同时受生物作用、热液活动和表生水混合影响，亟需多指标解析其形成机制。这项发表在《Quaternary Science Reviews》的研究，通过创新性地整合地层学、地球化学与年代学手段，首次重建了该地区31.9-19.8万年前的环境演变史。

研究团队运用三大关键技术：1）30米连续岩芯的微相分析（PPL/XPL显微镜），区分微生物介导的泥晶结构与热液成因的亮晶方解石；2）高精度U-Th等时线定年（误差±14-84 ka），克服碎屑钍污染问题；3）多元素（Sr/Ba、Mg/Ca）与稳定同位素（δ¹³C、δ¹⁸O）联用，追踪流体来源与混合过程。

4.1 野外测绘与岩芯描述

在Vedi断层控制的陡崖处发现35-40米厚碳酸盐岩体，岩芯揭示两大沉积相：1）具生物结构的泥晶-球粒相，含微生物席（MISS）和钙质管状体（图4a-b），反映低能沼泽环境；2）叶片状晶簇（图5c-d）和纤维状文石（图4h），指示热液CO₂脱气成因。

4.2 地球化学特征

CaO含量70-98%揭示纯碳酸盐与碎屑混合层交替出现。PCA分析显示PC1轴明确区分碳酸盐相关元素（Ca、Sr）与碎屑元素（Al、Fe），而PC2轴捕获热液活动信号（Ba、Mn富集）。现代泉水Mg/Ca比（0.92-2.46）显著低于沉积岩（1.7-17.4），暗示古流体经历更强烈水岩反应。

4.3 碳氧同位素

δ¹³C稳定在+9‰（图6a），指向深部碳酸盐岩溶蚀来源；δ¹⁸O波动（-9.6至-11.6‰）与三次碎屑输入事件同步，对应湿润间冰期（图9a）。底部10米同位素耦合（R²=0.82）符合封闭系统瑞利分馏模型。

4.4 铀系定年

等时线年龄限定沉积发生于海洋同位素阶段（MIS）9-7（31.9-19.8万年前），堆积速率仅0.3 mm/yr，远低于典型热泉沉积速率，反映远端泉华系统低强度沉积特征。

5.1 沉积环境解析

微生物席与苔藓植物多孔层交替（图4d）指示周期性干湿变化，而扇形晶簇（图5f）证实断层通道存在热液上涌。文石微晶化现象（图4h箭头）反映后期微生物改造。

5.3 流体来源示踪

Sr/Ba比值（图6b）与Yerakh背斜碳酸盐岩匹配，证实其为古含水层。ln(Sr/Ca)-ln(Mg/Ca)图解（图8）显示碎屑混入使样品偏离PCP（先期碳酸盐沉淀）趋势线，揭示开放系统混合事件。

5.4 区域对比意义

沉积期恰逢Lake Van（图1a）两次低水位阶段（26-23万年前），且与Hrazdan河谷火山事件（图9d）同步。上部20米δ¹⁸O升高1.5‰可能响应MIS 7e湿润期，但构造活动（如Vedi断层活化）同样可能改变流体运移路径。

这项研究开创性地证实：1）Vedi碳酸盐岩是构造-气候-火山三重作用的产物，其δ¹³C值(+9‰)为深源流体提供了明确诊断指标；2）三次碎屑输入事件与全球间冰期吻合，为区域古降水重建提供标尺；3）0.3 mm/yr的低沉积速率揭示该泉华系统不同于典型热泉的独特动力学过程。这些发现不仅填补了高加索地区中更新世环境档案的空白，更为理解火山活跃区古水文演化与人类迁徙环境背景设立了新的研究范式。