摘要
新元古代末期的“雪球地球”表征了全球都可能遭受冰封，冰川延伸至赤道附近形成冰冻地球的极端气候事件，导致该时期全球的海洋和陆地生态系统都被深度破坏。马林诺(Marinoan)冰期的快速消融形成了直接覆盖在冰川沉积物之上的全球性分布的盖帽白云岩，冰川沉积物中保存的化石和盖帽白云岩中保存同位素地球化学信息揭示了海洋生态系统的快速恢复。但是，陆地生态系统是否在冰期之后快速建立和如何建立，仍是尚未解决的重大科学问题。在华南扬子地区，新元古代埃迪卡拉系陡山沱组在不同的沉积相广泛分布并保存了雪球地球之后连续的地层记录，因此，是剖析上述科学问题的最佳场所。 论文聚焦于陡山沱组底部盖帽白云岩席状裂隙胶结物的系统研究。首先对华南不同沉积相的盖帽白云岩剖面进行了深入考察，对席状裂隙胶结物发育良好的剖面进行了系统采样，并进行详细的镜下观察。对基本未经历现代风化影响的大坪剖面的等厚白云石，在μXRF元素面扫描、阴极发光和电镜观察的基础上，开展了系统全岩和微区地球化学分析，包括微量元素、碳-氧-锂-锶同位素等;对可能的化石样品开展了拉曼光谱、红外光谱、扫描电镜、同步辐射和共聚焦显微镜等分析。通过上述系统研究，论文获得了如下主要成果: 报道了华南外陆架相盖帽白云岩顶部保存完整的喀斯特界面（贵州瓮安木孔剖面）。沿古海岸展布方向，将埃迪卡拉纪早期喀斯特界面的展布范围从泻湖相松林剖面向南西方向扩展至外陆架相木孔剖面(垂直距离约120km)，完善了埃迪卡拉纪早期盖帽白云岩抬升暴露的空间分布特征。该剖面确证了在马林诺冰期后地壳的均衡反弹过程中，当时的华南大陆架整体抬升暴露，大量盖帽白云岩加入到大陆风化体系，改变了当时的大陆风化强度，对于马林诺冰期后的海洋环境和生命演化都具有重要影响。 等厚白云石是席状裂隙第一期胶结物，前人认为是马林诺冰期后第二次海侵的产物。根据不同沉积相典型剖面的镜下观察和地球化学研究，提出了等厚白云石的海水和淋滤大气降水混合成因模式。主要证据包括:1）埃迪卡拉纪早期喀斯特事件记录了华南大陆架大面积抬升暴露;2）等厚白云石沉积之前，盖帽白云岩经历了大气降水溶蚀;3）不同沉积相的等厚白云石中常观察到毫米级到微米级的不对称溶蚀、元素不对称分布和顶板悬垂生长结构，表明供给物质在厘米级席状裂隙空间内存在强烈的垂向分异，顶侧常具有额外的物质供给;4）相对于盖帽白云岩围岩，等厚白云石具有更高的87Sr/86Sr、δ7Li和逐渐负漂的δ13C值，表征了沉淀过程中更多风化物源的输入;5）首次获得了等厚白云石的原位U-Pb年龄为632±17Ma，限定了等厚白云石与埃迪卡拉纪早期喀斯特事件之间的成因联系。该模式进一步表明，在马林诺冰期后地壳的均衡反弹过程中，华南大陆架的整体抬升暴露完全可能延展到深水盆地边缘如袁家剖面，埃迪卡拉纪早期的喀斯特事件可能具有更广阔的影响范围。 大坪剖面席状裂隙中等厚白云石的原位微量元素数据可划分为与阴极发光和μXRF元素面扫描观察对应的三组数据，揭示了等厚白云石的生长经历了与盖帽白云岩风化作用相对应的三个阶段:第一阶段代表了盖帽白云岩风化剖面的潜水面处于氧化状态，在潜水面附近发育的铁锰新生体对风化过程中活化的大部分铁锰和稀土元素捕获，导致下渗流体中这些特征元素的极度亏损，表现为等厚白云石剖面中最低含量的铁、锰和稀土元素，但具有最高的Y/Ho比值、最强的Eu正异常和Ce负异常。第二阶段代表了潜水面转换为中等还原状态，铁锰新生体中发生了以锰矿物相为主的还原溶解，表现为剖面中最高的锰含量和Mn/Fe比值，稀土元素总量是第一阶段的5倍左右。第三阶段代表了潜水面向更还原状态演化，铁锰新生体发生了以铁矿物相为主的还原溶解，下渗流体在等厚白云石的沉淀中进一步发生分异，顶侧富铁中粗晶白云石表现为剖面中最高的铁含量和稀土元素含量，稀土元素表现为典型的中稀土富集模式，具有最低的Y/Ho比值、最强的Eu负异常和Ce正异常。三个阶段代表了潜水面环境从氧化向还原状态的转变，可能表征了风化剖面中土壤-微生物系统在埃迪卡拉纪早期喀斯特事件中已经逐渐恢复。 首次在不同沉积相剖面的席状裂隙中揭示了大部分被硅质交代的纤维状方解石胶结物的存在，表现为六种类型的似次生化学沉积物结构;通过对现代次生化学沉积物的结构比对，这些结构进一步被解释为由纤维状方解石和/或玉髓组成的袖珍（毫米级到厘米级）的次生化学沉积物，包括石钟乳、石笋、石枝、月奶石、葡萄状体和结壳。结合埃迪卡拉纪早期喀斯特事件和等厚白云石的成因机制，提出了埃迪卡拉纪早期席状裂隙次生化学沉积物的成因模式:冰期后均衡反弹作用导致盖帽白云岩的抬升暴露并发生喀斯特作用，第一阶段席状裂隙被抬升到潜水带，由于海水和淋滤大气降水的混合导致等厚白云石的沉淀;第二阶段席状裂隙进一步被抬升到包气带，下渗的淋滤大气降水在CO2去气作用控制下沉淀形成由纤维状方解石组成的钙质次生化学沉积物;第三阶段，硅质热液体系随后发育，钙质次生化学沉积物大部分被硅质热液交代而保存。土壤生态系统是导致表层岩溶带孔隙流体中CO2升高的控制因素，也是现代洞穴次生化学沉积物形成的先决条件;根据等厚白云石中铁锰和稀土元素的急剧变化推断了埃迪卡拉纪早期喀斯特事件中土壤微生物生态系统已经逐步建立，而硅化的钙质次生化学沉积物进一步提供了夯实的地质证据。 首次报道了贵州瓮安大塘剖面盖帽白云岩席状裂隙的硅化古次生化学沉积物中保存的黄铁矿化含碳质丝状体化石，通过光学显微镜观察、同步辐射和共聚焦显微镜三维重建恢复了这些丝状体的三维结构。丝状体的三维重建显示其以无隔膜、分叉、融合或呈网状为特征，且按直径大小分为两类:类型A(直径为5～9μm)和类型B(直径为2～3μm)，它们的长度可达几百微米或更长。少数丝状体中部或末端出现与丝状体同中心的小球体（直径为10～26μm），一些丝状体还附着于大球体（直径为36～102μm）表面或从大球体中心穿过。通过与现代真菌的对比，并根据无隔板、融合结构和网状结构等将这些丝状体解释为接合菌，小球体解释为无性生殖的厚垣孢子，大球体解释为与真菌共生的生物体;它们于635Ma至632Ma期间生存于与喀斯特作用关联的席状裂隙中。该发现将公认的陆地真菌的化石记录延伸了220Myr，早于最早的有胚植物至少100Myr;同时证明了在马林诺冰期消融后由真菌为代表的陆地生态系统的快速恢复。埃迪卡拉纪早期以真菌为核心的陆地微生物生态系统能够加速大陆风化，特别是提升河流输入的磷通量，从而刺激海洋生物的生产力;还可以促进碎屑粘土矿物的产生，进而增强沉积物对有机碳的固定。海洋生物生产力和有机碳固定效率的提高，是～635-630Ma大气-海洋氧化的重要控制因素，进而影响了后续的生物圈演化。 后续研究的重点是继续完善埃迪卡拉纪早期喀斯特事件的空间分布规律，确证喀斯特作用是否延展到盆地相;开展古喀斯特环境中微生物生态系统的精细解剖，厘清与真菌共生的其他微生物，并进行地球化学示踪研究。
NETL