科学研究

汤冬杰:中元古代海水增氧诱发臼齿状构造产出【JGR-Biogeosciences,2023】
2023-01-23 阅读:3773

海相碳酸盐岩组构与海洋化学条件、物理过程以及生物活动存在密切的内在联系。臼齿状构造(molar tooth structure, MTS)是一种在全球中元古代碳酸盐岩中广泛产出的不规则、肠状弯曲的微亮晶充填裂缝(1)。目前,有关MTS成因的研究已超过一个世纪,但是其与海洋物理化学条件以及生物活动之间的联系仍然没有完全解决,被称为“臼齿状构造迷”。

针对上述科学问题,我校深时生命与环境演化求真研究群体成员汤冬杰副教授、史晓颖教授以及方浩博士、谢宝增博士、吴孟亭硕士,与美国田纳西大学Liyuan LiangRobert Riding教授,国家地质实验测试中心周利敏副研究员,西北大学黄康俊教授,以及中国科学院地质与地球物理研究所周锡强副研究员开展合作,天津蓟县剖面~1.57 Ga高于庄组臼齿状构造开展了系统的沉积学、矿物学、元素和同位素地球化学研究工作,取得以下几点创新性认识

1MTS产出层位具有显著的I/(Ca+Mg)正异常以及稀土Ce负异常,指示其产出于相对氧化的海水条件(2)。

2)氧化的海水条件有助于水体中碳酸盐沉淀抑制剂Fe(II)Mn(II)的氧化移除,从而有利于海水中形成灰泥并沉淀;海水灰泥沉淀可提供粘稠但非刚性的基质,从而有利于早期成岩阶段MTS裂缝的开裂;MTS微亮晶较围岩偏重的碳同位素组成支持了甲烷排气导致MTS裂缝形成的成因解释;MTS裂缝开裂时缺氧铁化的孔隙水与适度氧化的底层海水混合,导致孔隙水中碳酸盐沉淀抑制剂Fe(II)Mn(II)的氧化移除,从而促进了MTS微亮晶的快速充填,最终导致MTS形成(3)。

3)考虑到MTS产出与海水氧化的内在联系,本研究指出~1.2 Ga之前MTS的零星产出很可能是海水脉冲式增氧的重要沉积学标识。

 

1 臼齿状构造宏观和显微特征 

2 臼齿状构造产出层位地球化学特征

3 臼齿状构造成因模式 

上述成果发表在国际权威期刊《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》上:Tang, D.*, Fang, H., Shi, X., Liang, L., Zhou, L., Xie, B., Huang, K., Zhou, X., Wu, M., Riding, R., 2023. Mesoproterozoic molar tooth structure related to increased marine oxygenation. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, e2022JG007077. [IF2021= 4.432]

全文链接:https://doi.org/10.1029/2022JG007077