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新元古代时期是超大陆裂解、低纬度冰川发育和多细胞生物繁衍的重要阶段,涉及全球的古板块运动、气候变迁、生物演化等一系列跨学科重大科学问题,是近年来国际地球科学研究的热点和前沿。其中,新元古代冰期的期次及冰期的全球对比问题,是目前地学界尚未完全解决的难点问题之一。同位素定年数据证实,华南长安组和南沱组分别与Sturtian和Marinoan冰期对应。但华南是否存在后Marinoan冰期,及冰期的具体位置目前仍是争议较大的问题。通过对贵州晚新元古代瓮安剖面高分辨率的碳同位素研究,我们首次发现陡山沱组砾岩层上覆碳质磷块岩具有显著的碳同位素负漂移(-2.9‰~-4.4‰)。已有的放射性同位素地质年代数据显示,瓮安陡山沱组砾岩层之上的δ<13>C负漂移跟加拿大Gaskiers冰期是同期发生的。据此,我们推测,华南瓮安陡山沱期砾岩层所反映的古喀什特风化与Gaskiers冰期发育时期海平面下降有关,砾岩层之上的δ<13>C负漂是Gaskiers冰期在华南的“响应”。
贵州瓮安新元古代陡山沱期磷块岩的形成机制及磷块岩沉积时的古海洋环境,目前尚无统一的认识。通过对瓮安剖面陡山沱组含磷地层的δ<13>C、δCe的系统研究,发现陡山沱组上、下磷矿层具有不同δ<13>C、δCe演化规律:下磷矿层显示δ<13>C负异常及δCe高值;上磷矿层δ<13>C值在其底部呈负漂移,随后回升,并在陡山沱一灯影组界线附近再次出现负异常,δCe值则表现为明显的低值。基于华南地区冰期期次的新认识,提出了瓮安陡山沱期成磷事件及古海洋环境演化新模式:Marinoan、Gaskiers冰期结束后,温盐上升流携带富磷、贫<13>C的营养物质在浅水区域分别沉积形成上、下磷矿层,同时导致下磷矿层δ<13>C负异常。下磷矿层形成于较深水相的沉积环境,同时,冰期有可能导致大气和表层水体氧含量下降,厌氧的水体环境导致δCe的高值;上磷矿层形成于浅水沉积相,其时,生物繁盛,因此,除了其底部由Gaskiers冰期,以及顶部因生物扰动导致的δ<13>C负漂移外,中段显示出碳同位素正异常,与此同时,大气和浅层水体氧含量因光合作用加强而上升,形成浅水氧化带,Ce<3+>被氧化成Ce<4+>,与其它三价稀土离子分离,导致了上磷矿层δCe的负异常。
早寒武世发生了一次全球性的成磷事件。通过对贵州织金戈仲伍组含磷地层δ<13>C、δCe的研究,探讨了贵州前寒武-寒武过渡时期(PC-C)古海洋环境的演化过程及其与成磷事件的关系。研究表明,贵州戈仲伍组含磷岩系具有明显的碳同位素负漂移及δCe负异常,其变化特征与云南早寒武世梅树村期硅质磷块岩类似,并可与全球同一层位含磷地层进行对比。PC-C过渡时期碳同位素负异常,及Ce元素亏损,反映了同期海水分层的特征,即浅层水体富氧、富<’13>C,深部水体缺氧、贫<’13>C,富磷。前寒武纪末期,洋流作用增强,上升流携带深部<’13>C“耗尽”的富磷物质,在浅水区域沉积形成以δ <’13>C负漂移为特征的磷块岩,与此同时,上升流携带的Ce<’3+>在浅水氧化带被氧化成Ce<’4+>,与其它三价稀土离子分离,导致了Ce的亏损。