《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》:First report of a carbonate buildup in the Doushantuo Formation, Shennongjia Area, Northern Margin of the Yangtze Block, South China
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•基于岩石学、沉积相、序列地层学和地球化学研究,首次在扬子地块北部报道了一个保存完好的早埃迪卡拉纪陡桑沱组泥丘。•灰泥丘发育于两个磷质黑岩层之间,由丘基、丘核和丘间沉积物组成,以不等粒无定向白云石和微晶结晶白云石为主,广泛发育球粒结构。Megasphaera inornata
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基于岩石学、沉积相、序列地层学和地球化学研究,首次在扬子地块北部报道了一个保存完好的早埃迪卡拉纪陡桑沱组泥丘。
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灰泥丘发育于两个磷质黑岩层之间,由丘基、丘核和丘间沉积物组成,以不等粒无定向白云石和微晶结晶白云石为主,广泛发育球粒结构。Megasphaera inornata和Myxococcoides化石记录了马瑞诺冰期后真核生物的迅速恢复和初步辐射,标志着早埃迪卡拉纪生物从简单到复杂演化的过渡。
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该泥丘赋存于两个优质富有机质磷质烃源岩之间,具有优良的源—储共生组合,确立了陡桑沱组2段作为扬子地块前寒武纪深层烃勘探的潜在目标,并为区域序列地层对比提供了可靠的框架。
引言
埃迪卡拉纪(约635–539 Ma)代表地球演化史上的一个关键转折点,连接了震旦纪马瑞诺雪球地球和寒武纪大爆发。这一时期记录了早期复杂多细胞生物的出现、新元古代氧化事件(NOE)、全球碳循环和海洋氧化还原结构的巨大扰动,以及广泛的后马瑞诺磷化作用——所有这些都为随后寒武纪后生动物辐射奠定了环境和演化前提条件(Butterfield, 2011; Grotzinger et al., 2011; Lyons et al., 2014; Wood et al., 2019; Xiao and Narbonne, 2020)。作为对古环境波动高度敏感的沉积系统,碳酸盐丘体(尤其是灰泥丘)为解构冰后古海洋学、微生物生态系统和沉积动力学之间的相互关联提供了高分辨率档案。因此,其时间和空间分布对于重建埃迪卡拉纪地球系统演化至关重要。
碳酸盐丘体是一种重要的碳酸盐岩体类型,具有相当大的油气储层潜力。它们在全球显生宙地层中被广泛报道,并在古生代达到最大丰度和规模(Leinfelder, 1993; Bosence and Bridges, 1995; Krause et al., 2004)。然而,已确认的新元古代实例极为罕见。在中国南部扬子地块,此类泥丘仅在晚埃迪卡拉纪灯影组中被记录(Li et al., 2013; Xu et al., 2020)。这些泥丘的起始和生长与微生物代谢,特别是蓝细菌活性紧密耦合。这些泥丘还表现出灰泥丘的典型沉积结构,如骨架构造、斑马结构和层状溶洞结构(Xu et al., 2020)。它们形成于埃迪卡拉纪最后约12 Ma,在马瑞诺冰期后约635 Ma的冰川退缩之后,早—中埃迪卡拉纪碳酸盐丘体记录中留下了一个主要的约70 Ma的时间间隙。
尽管陡桑沱组(约635–551 Ma)保存了马瑞诺冰期后生态系统恢复最古老和最连续的记录之一,但在扬子地块北缘该层位中尚未识别出明确的碳酸盐丘体。作为雪球地球事件后沉积的第一个沉积单元,陡桑沱组及其同位层为了解气候、海洋和生物恢复的关键早期阶段提供了独特的窗口。神农架地区是扬子北缘的关键研究区域,保存了陡桑沱组的独特沉积相。然而,其沉积演化及其承载碳酸盐丘体的能力仍知之甚少,以往研究中该地区尚未记录碳酸盐丘体。
我们最近的野外调查在神农架东部龙溪剖面的陡桑沱组2段中发现了一个独特的、横向广泛的碳酸盐丘体。该丘体由厚层灰白色白云岩组成,夹在两个富有机质黑色磷质层之间。为解决早埃迪卡拉纪碳酸盐丘体记录中长期存在的空白,我们提供了详细的宏观和微观沉积学观察、岩相分析和碳氧同位素化学地层数据,以限定该丘体的性质、起源和形成过程,重点探讨序列地层架构和微生物活性的控制作用。我们进一步探讨了这一发现对早埃迪卡拉纪古环境重建、早期多细胞生物演化和扬子地块前寒武纪烃勘探的意义。
节选片段
地质背景
扬子地块在埃迪卡拉纪沉积了一套混合沉积序列,包括碎屑岩、碳酸盐岩和磷灰岩。陡桑沱组厚度变化很大,从局部约11–30 m到某些地区超过1000 m(Yang et al., 2015)。此外,陡桑沱组的沉积特征在区域间差异显著,包括从浅水环状碳酸盐台地到深水的沉积相。
野外调查与采样
我们通过详细的野外观察、测量和编录,记录了龙溪剖面的沉积特征。使用DJI(大疆创新)工业无人机获取了丘体结构的整体几何形态和区域分布。使用Nikon单反相机对丘体内部的局部沉积特征进行了大幅面拍摄,并使用Adobe Photoshop软件进行图像拼接以获取。
垂向地层—沉积序列与泥丘分布
龙溪地区陡桑沱组主要由碎屑岩、白云岩和磷灰岩组成,不整合覆于南沱组之上。垂向序列如下(从下至上):(1) 盖层白云岩(约3 m厚);(2) 下部黑色磷灰岩(3–4 m厚);(3) 磷灰岩和白云岩互层;(4) 黄褐色波状层理磷灰岩(0.2 m厚);(5) 波状厚层白云岩(厚度变化);(6) 平行层理磷灰岩。
讨论
本研究在扬子地块北缘神农架地区陡桑沱组2段报道了首个发育良好的早埃迪卡拉纪灰泥丘。以往研究将这一层位中类似的波状白云岩体解释为沉积后露出地表形成的古岩溶地貌。结合野外观察、岩相学、阴极发光(CL)和多参数地球化学数据,我们将这些构造重新解释为同沉积灰泥丘。
结论
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龙溪新记录的碳酸盐丘体群表现出明显的同沉积正古地形起伏,缺乏显著的层石或团块石骨架构造,以重结晶微晶和细粒白云岩为主,局部保存球粒纹理和疑似微化石结构。综合岩相学、阴极发光和地球化学数据表明,这些丘体代表原始同沉积灰泥丘,而非……
CRediT作者贡献声明
范正秀:撰写—初稿,可视化,方法论。况宏伟:撰写—审阅与编辑,撰写—初稿,项目管理,方法论,经费获取。刘永庆:撰写—审阅与编辑,调查研究。石晶:调查研究。彭南:可视化,验证。王宇聪:可视化,验证。祁能英:形式分析,数据整理。乔大伟:形式分析,数据整理。陈晓帅:数据整理。戴首瑞:数据整理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系,这些关系可能影响本文报告的工作。
所有作者均已阅读并批准最终手稿,并确认没有需要披露的利益冲突。
致谢
本研究得到国家自然科学基金(批准号:U2444209, 42472150, 42502095, 42072135)资助。我们衷心感谢三位匿名审稿人提出的建设性意见和深刻建议,这些意见和建议大大提高了本手稿的清晰度和科学严谨性。
范正秀|况宏伟|刘永庆|石晶|彭南|王宇聪|祁能英|乔大伟|陈晓帅|戴首瑞