我院碳酸鹽岩儲層沉積學團隊在白雲岩成因機理研究取得重要科學進展

近日，我院碳酸鹽岩儲層沉積學研究團隊教師李明濤博士在國際地學頂級期刊《GEOLOGY》上發表重要研究成果，該成果揭示了顯生宙地層中白雲石含量變化，并探讨了白雲石含量變化的控制因素，為解決白雲石問題提供了重要科學依據。

白雲石成因機理一直是國際地學研究熱點及難點，地質記錄中大量發育的白雲石與現今白雲石稀少形成鮮明對比，這種差異稱之為白雲岩之謎。白雲石問題主要體現在：過去認為白雲石是成岩作用産物，在常溫下無法形成，而近些年的研究發現，在微生物的參與下，常溫條件下可以直接合成白雲石，這挑戰了傳統白雲石成因，同時也提出了科學難題，即：原生白雲石是否廣泛存在古代地層中。雖然，近些年岩相學及同位素地球化學的發展為解決白雲石問題提供了新的思路，但是由于白雲石往往受後期成岩作用改造，導緻其原始結構及成分發生了變化，很難精确追蹤其成因環境，因此，目前白雲石問題仍是國際學術争議焦點之一。

我院碳酸鹽岩儲層沉積學研究團隊教師李明濤博士及胡明毅教授與中國地質大學（武漢）宋海軍教授、英國利茲大學Paul B. Wignall教授等合作，以大數據分析為基礎，通過收集全球1984條碳酸鹽岩剖面，統計了顯生宙白雲石含量變化，并且結合古生物數據及硫同位素數據，研究發現：顯生宙地層中白雲石含量變化與海洋底栖生物數量呈負相關（圖1），顯生宙存在四次白雲石含量峰值，四次峰值均對應生物大滅絕事件（圖2）；同時，白雲石含量變化與硫同位素數據也存在較好耦合性（圖1），白雲石含量峰值對應硫同位素快速上升時期，而硫同位素的快速上升反應的是高硫酸鹽還原速率，即海洋缺氧及硫化事件。結合以上證據，研究提出地質曆史時期的白雲石很有可能以原生型白雲石為主，而控制白雲石含量變化的主要原因可能是海水氧化還原條件，具體機制為：缺氧海底環境以微生物群落為主，缺乏底栖動物的擾動，微生物的繁盛及活躍有利于原生白雲石的生成（圖3）；相反，富氧海底環境以底栖動物為主，強烈的生物擾動不利于微生物的繁盛，因此，不利于原生白雲石沉澱。

該項研究成果首次高精度恢複了顯生宙地層中白雲石含量變化，為今後白雲石研究提供了重要基礎數據；同時，結合環境及古生物數據對白雲石成因進行了綜合探讨，提出了原生型白雲石可能廣泛存在于地質曆史時期，挑戰了傳統認識，為解決白雲石問題提供了新的視角。

該項研究成果得到國家自然科學基金項目和中科院先導項目聯合資助。

論文信息：

Title：Phanerozoic variation in dolomite abundance linked to oceanic anoxia

Authors：Mingtao Li,Paul B. Wignall, Xu Dai, Mingyi Hu, Haijun Song^*

Source:Geology

DOI:10.1130/G48502.1

Online:22, February, 2021

論文鍊接：

圖1.（A）白雲石含量與海洋底栖動物屬種數量相關性圖；（B）白雲石含量與硫同位素變化相關性圖。

圖2.顯生宙白雲石含量、硫同位素變化、海洋底栖動物屬種變化及海洋缺氧綜合圖。

圖3.富氧及缺氧海底生物群落及其對表層沉積物氧化還原影響示意圖