Geological Journal：寒武系年代地層劃分新方法——碳同位素變化型曲線

2020-09-09 中科院地質地球所

吳亞生等-GJ：寒武系年代地層劃分新方法——碳同位素變化型曲線

我國多個沉積盆地深部寒武系以白雲巖為主，且缺失可用於地層對比的化石信息，因此如何對這些白雲巖地層進行年代地層劃分是國內外研究的重點與難點。國內外學者開展了大量的寒武紀碳同位素研究，以建立碳同位素地層學方法，揭示碳同位素演化的重要地質事件。較典型的工作是朱茂炎等綜合他本人和其他學者的工作，在寒武系定義了10個碳同位素漂移事件（Zhu et al., 2006），其中的3個事件（BACE、ROECE、SPICE）被廣泛用於全球地層對比。然而，用碳同位素的突變事件，即顯著的增大或減小事件，作為地層劃分和對比的依據的方法也存在一定的局限性，比如碳同位素漂移的幅度易受成巖作用改變從而變得不明顯，此外，漂移之間的地層無法劃分。

新疆柯坪的蓬萊壩發育了一條完整的近千米的寒武系白雲巖剖面，前人曾對這條剖面開展了大量的地層學研究，由於中上統數百米地層不含化石，此前一直無法進行階一級的精細年代地層劃分。中國科學院地質與地球物理吳亞生副研究員與南京地質古生物研究所、中國石油塔裡木油田公司、美國蒙特克萊爾大學的專家合作，對蓬萊壩剖面495個樣品開展了碳同位素研究，獲得了一條高質量的碳同位素曲線（圖1）。該曲線有2個明顯的負漂移（BACE和ROECE）和一個不明顯的正漂移（SPICE），為確定塔裡木盆地寒武系底界等界線提供了重要依據。

他們將蓬萊壩剖面的曲線與前人已經發表的全球48個地點的寒武系碳同位素曲線進行對比後，發現整個寒武系的碳同位素曲線可以劃分為10個不同的變化型（patterns）；一些變化型代表碳同位素快速增大或減少，另外一些變化型代表碳同位素緩慢增大或減少；每一個變化型在至少3個古板塊上出現，代表全球海水碳同位素變化特徵。通過對各個剖面的變化型的地層化石分析，確定了每一個變化型代表的地質年代，從而建立了一個由10個變化型組成的寒武紀碳同位素地層標準曲線（圖2），簡稱變化型曲線。利用這一曲線，首次實現了對塔裡木盆地寒武紀臺地區白雲巖地層的階一級精細年代地層劃分。此外，他們利用這一曲線對前人文章中的地層劃分錯誤進行了修正。

無論剖面是灰巖還是白雲巖，無論是否含有化石，這一曲線都可用於對寒武紀碳酸鹽巖地層進行連續的年代地層劃分和全球對比。該方法突破了傳統的漂移方法的局限性，對其它時代的地層學研究有示範意義，有望對化學地層的發展產生積極的影響。

圖1 新疆柯坪肖爾布拉克寒武系剖面碳同位素曲線（菱形代表樣品層位）。左側的年代地層劃分是根據圖2的變化型曲線作出

圖2 （上）寒武系紐芬蘭統和第二統下部的碳同位素變化型曲線，由3個變化型（Angularian, Dampingan, 和Boxian）組成，左側為與國際年代地層表的化石帶和年代地層單位階的關係；（下）寒武系第二統上部和苗嶺統、芙蓉統的碳同位素變化型曲線，由7個變化型（Rabbitian等）組成，左側為與國際年代地層表的化石帶和年代地層單位階的關係

研究成果發表於Geological Journal。（Wu Y S, Wang W, Jiang H X, et al. Evolutionpatterns of seawater carbon isotope composition during the Cambrian and theirstratigraphic significance[J]. Geological Journal, 2020. DOI: 10.1002/gj.3957）

校對：覃華清

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