约22亿年前密歇根Randville白云岩的碳同位素异常（δ13C 0-3‰）揭示Lomagundi-Jatuli事件（LJE）的沉积环境控制机制

本综述通过沉积学、岩相学与碳同位素（δ13）分析，揭示～2.2 Ga Randville白云岩（δ13C 0–+3‰）与同期Kona白云岩（+5–+10‰）的差异源于沉积环境分异：前者为开放碳酸盐台地，后者为蒸发海盆。研究表明Lomagundi-Jatuli事件（LJE）的碳同位素极端富集并非全球均一现象，而是受局部环境（如蒸发作用、生产力）调控，对理解古元古代碳循环与有机碳埋藏（OCB）模型具有重要意义。

　　

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Supergroup stratigraphy and age constraints

Randville白云岩属于古元古代Marquette Range超群（图1）（Cannon & Gair, 1970）。该超群分布于美国密歇根州上半岛西部及威斯康星州北部，分为Chocolay、Menominee和Baraga群，反映了海平面上升序列：从浅水白云岩和砂岩（Chocolay群）过渡至深水铁建造和页岩（Menominee与Baraga群）。Chocolay群出露于两个独立露头带：主带（Iron Mountain至Norway）和东带（Marquette至Palmer）。Randville白云岩是Chocolay群最上部的单元，整合覆盖于Fern Creek组砂岩之上，并被Kona白云岩不整合覆盖。尽管Randville与Kona的年龄约束较宽泛（2.3–2.1 Ga），但Randville的沉积时间可能与Kona（2.17 Ga）大致同期。

Methods

样品采集于密歇根上半岛的Iron Mountain和Norway湖周边（图1B）。在四个点位（图3: NL, LA1, LA2, SL2）建立了地层柱。Norway湖（NL）位于Iron Mountain东北约30公里处（N 46° 04.3992′ W 87° 49.3197′），属于独立露头带。Iron Mountain的两个采样点靠近Lake Antoine，分别位于南岸（LA1, N 45° 49.8278′ W 88° 01.8454′）和Eagle岛附近（LA2, N 45° 49.9829′ W 88° 02.1001′）。

Stratigraphy

在研究区域，Randville白云岩可划分为三种岩相：叠层石相、纹层相和砾岩相（图3）。

Depositional environment

针对Randville最详尽的沉积学研究是一份七十多年前未发表的硕士论文（Greenman 1951）。许多由Greenman和USGS调查描述的点位（Clements and Smyth, 1899; Gair and Wier, 1956; James et al., 1961; Bayley et al., 1966）或因森林覆盖严重减少（NL, SL2），或因工程建设（LA1, LA2, BQ）而难以观察。例如，Greenman于1949年在LA1（Lake Antoine南岸采石场）记录了约60米（近200英尺）的露头，但本次研究仅能观察约15米。尽管露头有限，本次研究仍识别出Randville沉积于外碳酸盐台地环境，水体能量较低，偶尔受风暴和斜坡崩塌事件干扰。

Conclusion

LJE以δ¹³C极端富集（>5‰）的碳酸盐岩为特征，但并非该时期所有地点均存在如此极端的同位素信号。Randville白云岩（0–3‰）与Kona白云岩（+5至10‰）之间的差异最佳解释为沉积环境不同。Randville白云岩中的沉积证据表明其形成于相对平静的碳酸盐台地，罕见冲刷构造且无蒸发盐假晶。相比之下，先前证据表明Kona沉积于蒸发的潮间带环境。Randville与Kona之间的模式与全球LJE碳酸盐岩一致：含蒸发盐的层位始终比其他地点更富集δ¹³C。这些数据支持先前研究，表明至少在某些时段，LJE同位素漂移并非在所有海洋环境中普遍存在。