新元古代末次冰期华北古环境和古气候记录 ——以贺兰山为例

论文摘要

新元古代是地球演化历史的关键转折时期,Rodinia超大陆的形成与裂解、冈瓦那超大陆的形成都在新元古代时期完成。伴随着超大陆的形成和裂解,新元古代时期地球表层系统发生了显著的改变,例如气候的剧烈变化、海洋和大气中氧气含量的快速上升、多细胞生物开始出现等。这其中,新元古代的“雪球事件”、碳同位素负漂移、以及“盖帽碳酸盐岩”等冰期相关的问题使得新元古代冰川成为近年来国际地质学界研究的热点。在我国这一时期的沉积记录主要表现为冰碛岩及冰碛岩之上的碳酸盐岩沉积,其在塔里木、华北和华南三大板块均见报道。目前的研究多集中在华南三峡地区和塔里木板块库鲁克塔格地区,华北板块分布相当局限,仅在中朝大陆南部边缘形成一套山岳冰川-冰海沉积。宁夏贺兰山地区广泛发育一套类冰碛岩沉积,砾石成分复杂,粒径大小悬殊,杂乱排列,产出层位十分稳定。为了更好的了解新元古代末次冰期以来华北古环境和古气候情况,本文在贺兰山地区详细测量了五条新元古代地层剖面,由北向南大致为由内陆盆地向陆架边缘过渡的古地理环境。正目观组冰碛岩的沉积特征表明它很可能是受到一定程度的构造活动改造的冰川沉积产物,冰碛岩中基质的化学蚀变指数（CIA）表明正目观组冰碛岩是在寒冷、干燥的古气候环境中沉积形成的。另外,在华北西缘贺兰山中段南部地区发现了白云岩层直接覆盖在正目观组冰碛岩之上的新沉积类型。这类白云岩在贺兰山地区分布不连续,在南部地区分布较广,而在中部和北部地区则分布较为局限。本文根据在这类白云岩中发现的与全球新元古代盖帽白云岩相似的特征,包括:（1）白云岩与下部冰碛岩岩性明显变化;（2）硅质碎屑物质含量降低,未见明显的角砾;（3）类似的“平底晶洞构造”;（4）白云岩镜下可观察到内部充填薄层状的白云质微晶;（5）δ13C呈负漂移,由下往上逐渐降低;将正目观组冰碛岩之上的白云岩层命名为正目观组盖帽白云岩。正目观组盖帽白云岩厚约1.6 m,主要由下层纹层状白云岩和上层厚层状白云岩组成。通过野外路线和剖面测量、室内岩石薄片鉴定以及主-微量元素含量、无机-有机碳同位素(δ13Ccarb-δ13Corg)、总有机碳含量（TOC）等高精度地球化学分析手段,本文对盖帽白云岩的沉积特征、沉积环境以及形成原因进行了探讨。根据兔儿坑组内发现的埃迪卡拉纪晚期古生物化石“Helanoichnus”和“Shaanxilithes”,可以推断正目观组和华南的灯影组以及西北的皱节山组可能属于同期的地层。正目观组下层盖帽白云岩镜下薄片观察可见有陆源碎屑矿物,同时该层样品中地球化学数据显示:（1）Zr和REE呈现适当的正相关变化特征;（2）陆源物质相关元素（Al、Ti、Zr等）含量上升;（3）氧化还原敏感元素（U、V、Cr等）、REE以及Zr之间呈现正相关变化特征;（4）δ13Corg大幅度波动,TOC含量较低;（5）REE+Y配分模式图与河/湖水相似。这些特征表明正目观组下层盖帽白云岩受到了陆源碎屑物质加入的影响,同时间接反映了冰期末期华北克拉通风化作用逐渐加强。另一方面,上层盖帽白云岩主要由超过95%的微晶白云岩组成,上层白云岩样品中地球化学数据显示:（1）Fe和Mn富集;（2）P,Cu,Pb,Zn,Ni,V富集;（3）δ13Ccarb沿剖面向上逐渐降低而TOC逐渐增加;（4）Eu正异常;（5）Y/Ho比值增大;（6）REE+Y配分模式图与深部海水相似。这些特征表明正目观组上层盖帽白云岩受到了海底热液混染的深部海水上涌的影响。综上所述,贺兰山地区正目观组盖帽白云岩的地球化学数据表明埃迪卡拉纪中-晚期冰期以来华北克拉通的西缘经历了古环境和古气候的剧变,至于这一变化是否影响到整个华北克拉通以及是否具有全球的普遍性还需要进一步研究。类似于贺兰山正目观组这样未有精确年龄制约的新元古代地层在全球其他地区还有很多,对这类地层进行深入研究并通过古生物化石、碳同位素等手段将其与全球已定年的标准地层剖面进行对比,对于认识全球新元古代古环境和古气候演化具有重要意义。

论文目录

• 作者简历
• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•     1.1.1 生命起源与气候变化
•     1.1.2 中国三大陆块在新元古代的位置简述
•     1.1.3 新元古代冰川沉积
•     1.1.4 中国的典型新元古代剖面
•   1.2 尚未解决的关键科学问题及其难点
•     1.2.1 碳同位素异常产生的原因
•     1.2.2 新元古代海水组成和古环境状态
•     1.2.3 埃迪卡拉冰期之后古生物生活时代及种属问题
•     1.2.4 贺兰山地区新元古代沉积缺乏同位素年龄约束
•   1.3 对贺兰山新元古代冰期研究的地质意义
•   1.4 采取的技术方法与已完成工作量
• 第二章 地质背景
•   2.1 区域地质概况
•   2.2 贺兰山地区新元古代典型剖面描述
•     2.2.1 兔儿坑剖面特征描述
•     2.2.2 苏峪口剖面特征描述
•     2.2.3 冰沟剖面特征描述
•     2.2.4 配件厂剖面特征描述
•     2.2.5 紫花沟剖面特征描述
•   2.3 贺兰山埃迪卡拉系古地理环境
• 第三章 分析测试方法
• 第四章 测试分析结果
•   4.1 碳氧同位素
•   4.2 主量元素
•   4.3 微量与稀土元素
•   4.4 有机碳同位素与总有机碳含量
• 第五章 贺兰山地区新元古代冰碛岩及盖帽白云岩沉积特征与沉积环境分析
•   5.1 贺兰山地区新元古代正目观组冰碛岩沉积特征
•   5.2 贺兰山地区新元古代正目观组盖帽白云岩沉积特征
•   5.3 贺兰山地区新元古代正目观组冰碛岩成因
•   5.4 贺兰山地区新元古代正目观组冰碛岩沉积环境
• 第六章 贺兰山地区新元古代盖帽白云岩对华北古环境和古气候的启示
•   6.1 数据原始性检验
•     6.1.1 微量和稀土元素数据原始性检验
•     6.1.2 碳同位素数据原始性检验
•   6.2 盖帽白云岩成因及其对新元古代末次冰期华北古环境和古气候记录的启示
•     6.2.1 来自深部海水上涌的证据
•     6.2.2 微量和稀土元素的启示
•     6.2.3 碳同位素的启示
•   6.3 贺兰山地区埃迪卡拉纪中-晚期证据和盖帽碳酸盐岩地层
•   6.4 SHURAMΔ13C负偏事件在贺兰山的记录—盖帽白云岩成因分析
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 杨捷

导师: 曾佐勋,Timothy W.Lyons

关键词: 新元古代,正目观组盖帽白云岩,碳氧同位素,主微量元素,贺兰山

来源: 中国地质大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 中国地质大学

基金: 苏峪口幅,黄旗口等1:5万区域地质调查项目,国家重点基金(项目批准号:41230206),国家留学基金委公派联合培养博士研究生项目2016-2018(项目号:201606410022)

分类号: P532

DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000266

总页数: 115

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