新元古代埃迪卡拉纪（635 ‒ 539 Ma）是地质历史时期多细胞生命演化和海洋氧化的关键时期。华南扬子区陡山沱组以细碎屑岩和碳酸盐岩沉积为主，是埃迪卡拉纪早中期地层的主要组成部分。前人基于碳酸盐岩样品已建立了高精度的碳同位素曲线，为日后开展区域和全球范围内不同沉积相区、不同沉积盆地的地层划分和对比提供了主要依据。但与之相比，埃迪卡拉系黑色页岩的研究相对薄弱。
埃迪卡拉系黑色页岩主要分布于陡山沱组下部（II段）和上部（IV段），这两套黑色页岩的总有机碳平均含量可达3.7%和7.8%，不低于其他时代主力烃源岩（如，寒武系筇竹寺组、奥陶系-志留系五峰组-龙马溪组）的总有机碳含量。此外，这两套黑色页岩内产出包括蓝田生物群和庙河生物群在内的多个重要化石生物群。因此，陡山沱组黑色页岩不仅是研究早期生命与环境演化关系的重要材料，也具非常高的油气资源勘探潜力。
铁组分（Iron speciation，FeHR/FeT, Fepy/FeHR）不仅是恢复黑色页岩沉积环境的重要手段，也常用来为其他地化指标在海洋中的地化行为提供最基本的氧化还原背景，例如：氧化还原敏感元素（Redox sensitive elements，RSEs）富集程度、Mo同位素分馏程度等。但作为一种指示局部海洋环境的地化指标，铁组分数据易受局部水体氧化还原状态、局域水体与广海的连通性、后期热液及区域生产力的影响。因此，在应用铁组分数据重建盆地尺度黑色页岩沉积环境及水体氧化还原状态时，需基于不同沉积相区、多个沉积剖面铁组分数据的统计分析与对比，并结合其他独立地化指标的分析验证。
↑ 华南下扬子区埃迪卡拉纪蓝田岩芯、王阜和株树坞露头剖面铁组分数据的剖面分布
近期，中国科学院南京地质古生物研究所硕士研究生宋晨冉在研究员王伟和高级工程师关成国的指导下，应用黑色页岩铁组分和氧化还原敏感元素指标，系统分析了华南扬子地台陡山沱组黑色页岩的沉积环境、时空变化特征，及其所反映的古海洋氧化还原状态的演化趋势等。研究成果近期在线发表于国际期刊《前寒武纪研究》（Precambrian Research）。
此次研究的剖面包括下扬子区的3条新剖面（皖南蓝田岩芯剖面及皖南、浙西的2条露头剖面），以及其他沉积相区前人报道的11条剖面。研究发现，蓝田岩芯样品的铁组分数据显示扬子地台下扬子区的水体条件存在缺氧硫化和含氧氧化的阶段性交互变化，露头剖面样品则显示该区水体主要以缺氧铁化为主。总体上，埃迪卡拉纪早期下扬子区的古海洋普遍以缺氧环境为主，在下斜坡相伴有不稳定的缺氧硫化区域。对比岩芯样品和露头样品的铁组分差异，后期风化过程中黄铁矿组分的丢失可能会导致露头样品的铁组分数据落入指示缺氧铁化环境的范畴内。因此在实际工作中，使用岩芯样品铁组分数据来指示古海洋氧化还原条件更为可靠。
华南扬子地台14条不同沉积相区的铁组分数据表明，埃迪卡拉纪早期扬子地台古海洋环境在盆地尺度下以缺氧铁化环境为主，但在斜坡相尤其是下斜坡相则主要以缺氧硫化环境为主。而在埃迪卡拉纪中期的古海洋中，局限在斜坡相的缺氧硫化水体在扬子地台的分布范围发生显著扩张，缺氧硫化水体在斜坡相和盆地相均广泛分布，这可能与埃迪卡拉纪中期地球表生环境的氧化程度增强，大陆风化速率加剧，海洋中以陆源硫酸盐为主的氧化离子输入增加有关。
通过华南扬子地台14条不同沉积相区黑色页岩中的氧化还原敏感元素含量显示，沉积于埃迪卡拉纪早期黑色页岩中的RSEs总体含量较低，其均值接近于其上地壳含量；而沉积于埃迪卡拉纪中期黑色页岩中的RSEs平均含量较早期页岩有显著提升。碎屑岩中RSEs含量均值的变化很可能反映出从埃迪卡拉纪早期至中期海洋RSEs储库的增大。与铁组分的指示结果一致，RSEs含量变化也表明从埃迪卡拉纪早期到中期，地球表生环境的氧化程度逐渐升高。
↑ 华南下扬子区埃迪卡拉纪蓝田岩芯、王阜和株树坞露头剖面RSEs含量的剖面分布
研究还测量了扬子地台23条剖面陡山沱组的总有机碳含量（TOC），并结合陡山沱组沉积时期主要化石库的分布规律，发现TOC在扬子地台的空间分布与缺氧硫化水体的空间分布显著相关。在缺氧硫化水体分布较广的埃迪卡拉纪中期，黑色页岩中的TOC含量最高可达19.5%。
↑ 华南扬子地台陡山沱组黑色页岩铁组分、RSEs、TOC及特异埋藏化石群的空间分布
结合前人研究，本研究认为有机质硫化作用可能对有机物质的埋藏和保存起到积极有利作用。同时，缺氧硫化水体也可能有助于埃迪卡拉纪宏体生物的特异埋藏过程。
本项研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略先导科技专项和中国石油勘探开发研究院科学研究与技术开发项目的共同资助。
相关论文信息：Song Chenran, Guan Chengguo, Wang Wei*, Claeys Philippe, Zhou Chuanming, Wan Bin, Xue Naihua, Hu Yongliang, Pang Ke, Chen Zhe, Yuan Xunlai, 2024. Statistical estimation of the early to middle Ediacaran ocean redox architecture in the Yangtze block of South China. Precambrian Research. 410: 107483. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2024.107483.
来源：中国科学院南京地质古生物研究所官网
编辑：诸鹏飞
审核：盛捷