扬子西缘中元古界黑山组MI...S构造的发现及其古环境意义_刘军平.pdf

第 6 9 卷第 2 期2 0 2 3 年 3 月地质论评GEOLOGICAL EVIEWVol 69No 2March，2 0 2 3注:本文为云南省自然资源厅项目“云南省 1 5 万撒马基幅、因民幅、贵城幅、舒姑幅区域地质调查(编号:D201905)、云南 1 5 万大庄幅、法裱幅、底土幅、甸中幅4 幅区域地质调查项目(编号:D202207)、云南省古生物化石开发保护调查(编号:530000210000000021416)”、中国地质环境监测院项目“云南古生物化石产地示范调查(编号:DD20190601)”以及“云南省技术创新人才培养对象项目(编号:202305AD160031)的成果。收稿日期:2022-07-27;改回日期:2022-09-23;网络首发:2022-10-20;责任编辑:刘志强。Doi:1016509/jgeoreview202210071作者简介:刘军平，男，1983 年生，博士研究生，高级工程师，主要从事早期生命演化及前寒武纪地层研究;Email:271090834 qqcom。通讯作者:刘卫东，男，1971 年生，本科，高级工程师，主要从事早期生命演化及项目管理研究;Email:1628132428 qqcom。扬子西缘中元古界黑山组 MISS 构造的发现及其古环境意义刘军平1，2，3)，刘卫东1，3)，李维科1，3)，李健2)，何世军4)，莫雄1，3)，关奇1，3)1)云南省地质调查院，昆明，650216;2)中国地质大学地球科学与资源学院，北京，100083;3)自然资源部三江成矿作用及资源勘查利用重点实验室，昆明，650051;4)中国冶金地质总局第二地质勘查院，福州，350108内容提要:通过 1 5 万区域地质调查及剖面研究，在扬子西缘云南东川地区黑山组发现大套流纹质凝灰质板岩夹层，获得 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄加权平均值为 152215 Ma，同时在中元古界黑山组泥质板岩中发现微生物成因沉积构造(MISS)，通过对 MISS 及围岩进行电子探针、XF 分析及能谱分析，研究发现 MISS 主要成分为 P、S、Fe、Cr，明显是微生物沉积过程中形成的化合物特征;而围岩主要为 Al、Si、K、Mg、Ti，为正常黏土质矿物组成元素，两者存在较大差别。笔者等发现的 MISS 是目前扬子西南缘已知发现的最古老的 MISS;MISS 在黑山组的出现表明了中元古代时期微生物群落的繁盛，反映了当时沉积环境为滨岸浅水潮上带，在凹陷的位置微生物参与形成了这样不规则的条带皱饰构造，为中元古代地层微生物区域对比、古环境研究提供重要的参考资料，对于恢复康滇裂谷盆地的生物沉积作用和环境演化具有重要意义。关键词:微生物成因沉积构造;古环境;锆石 U-Pb;中元古界;黑山组;东川地区前寒武纪生物界是以微生物为主体，是后生动物起源和进化的基础，在硬体骨骼出现以前处于软体进化阶段的早期微生物的印痕和踪迹就更为重要，而微生物所引起的生物沉积构造的研究一直受到地质学家重视(Bose and Chafetz，2009;邢智峰等，2011;李晓波等;2020;Liu Junping et al，2020)。随着古生物研究发展，发育在碎屑岩地层为主的微生物成因沉积构造(Microbially Induced SedimentaryStructures，简称 MISS)成为地学界的研究热点。目前我国中元古界地层中的 MISS 构造报道于豫西鲁山中元古界云梦山组(胡健民等，1991;邢智峰等，2011)、山西黎城中元古界(郑元等，2009;郑伟，邢智峰，2015;李晓波等;2020)、河北兴隆中元古界大红峪组(梅冥相等，2007;陈留勤，2013)、贺兰山中元古界黄旗口组(史晓颖等，2008)、天津蓟县高于庄组(孙淑芬等，2005，2006;田辉等，2015)，辽东地区中新元古界桥头组(吴子杰等，2022)。MISS 集中发育在华北地块中元古界地层，而扬子西缘目前很少报道。云南东川地区是中元古代地层发育完整且沉积连续，是研究其地层层序、构造格架、沉积环境及资源效应理想的场所，是古元古代末期扬子克拉通化后的第一套沉积盖层，和其他地区相比，变质程度低，能够较好地保存当时的沉积特征(刘军平等，2020a，b，2021，2022c)。近期滇中地区大量 1 5 万区域地质调查项目及云南省古生物化石开发保护调查项目开展，云南滇中地区古元古代易门多细胞生物群、中元古代晚期宏体藻类化石相继报道(刘军平等，2018，2019，2022a，b;李静等，2018)，与美国苏必利尔地区的古元古代卷曲藻(Grypania)、加蓬的弗朗斯维尔的古元古代多细胞古生物化石时代相当。云南化石保存丰富，特别是滇中地区自古图 1 华南板块大地构造位置图(a)(据 Cawood et al，2017 修改)、云南东川地区地质简图及采样点(b)Fig1 Geotectonic location map of South China Block(a)(modified after Cawood et al，2017)and Geological mapand sampling points in Dongchuan，Yunnan(b)Pt1a古元古界阿不都组;Pt1x古元古界西山村组;Pt2y中元古界因民组;Pt2l中元古界落雪组;Pt2h中元古界黑山组;Pt2q中元古界青龙山组Pt1aPaleoproterozoic Abudou Formation;Pt1sPaleoproterozoic Xishancun Formation;Pt2yMesoproterozoic Yinmin Formation;Pt2lMesoproterozoic Luoxue Formation;Pt2hMesoproterozoic Heishan Formation;Pt2qMesoproterozoic Qinglongshan Formation元古代到新生代化石均有分布(罗惠麟等，1994;唐烽等，2015;Liu Junping et al，2020)，由此滇中地区早前寒武纪层位是探索地球早期生命与地球环境相互作用的重要窗口。笔者等在云南东川地区中元古界黑山组首次发现微生物成因沉积构造(MISS)，不仅为该地区地层对比划分提供依据，还可以为该地区中、新元古代沉积古地理的恢复提供重要依据，同时对于恢复康滇裂谷盆地的生物沉积作用和环境演化具有重要意义。1区域背景扬子陆块是中国东部大陆重要的组成部分之一，主要由太古宙古元古代结晶基底岩系、中元古代褶皱基底岩系、古生代新生代盖层以及古元古代、中元古代花岗岩类及基性岩类等组成(LiuJunping et al，2020，2021，2022)。研究区位于扬子西缘云南东川地区(图 1a)，位于扬子陆块区之上扬子古陆块的楚雄陆内盆地和康滇基底断隆带二个三级构造单元的接壤地段，地层区划隶属华南地层大区扬子地层区康滇地层分区之楚雄地层小区和昆明地层小区的结合部。区域出露地层以元古界为主，少量基性岩岩体(图 1b)。古元古界易门群为一套碎屑岩、碳酸盐岩、火山岩建造，为康滇古裂谷环境的沉积，在全球 Columbia 超大陆、odinia 超大陆汇聚的背景下，遭受了二次区域低温动力变质作用的改造，岩石变质程度普遍达低绿片岩相，构成上扬子古陆块的结晶基底。东川群主要为一套浅变质的陆源碎屑岩、碳酸盐岩夹火山岩，时代为中元古代，为古裂谷(后期或转化为古弧盆系)环境的沉积，在全球 odinia 超大陆汇聚的背景下，遭受了区域低温动力变质作用的改造，岩石变质程度普遍达低绿片岩相，构成上扬子古陆块的褶皱基底。共划分为 4 个组级岩石地层单位。自下而上包括因民组、落雪组、黑山组、青龙山组(图 2a)。因民组岩性为灰紫色变质砂岩、泥质板岩，偶夹大理岩化白云岩;落雪组岩性为灰白色叠层石白云岩、含铜白云岩，发育大量叠层石(图 2d);黑山组岩性为灰色泥质板岩、变质粉砂岩、变质砂岩夹流纹质凝灰质板264地质论评2023 年图 2 MISS 采样地层柱状图(a)，黑山组火山岩夹层 CL 图(b)及锆石 U-Pb 年龄(c)(测年原始数据见云南省地质调查院)，落雪组叠层石(d)，青龙山组叠层石(e)Fig2 MISS sampling stratigraphic histogram(a)，CL image of Heishan Formation volcanic rock interlayer(b)and zircon U-Pb age(c)(UPb dating data see Note)，Luoxue Formation stromatolite(d)，Qinglongshan Formation stromatolite(e)岩、凝灰质板、变玄武岩、结晶灰岩，泥质板岩中含大量遗迹化石;青龙山组岩性为灰白色叠层石白云岩夹结晶灰岩，发育大量叠层石(图 2e)。2研究方法笔者等采用 1 1000 地质剖面测量、化石鉴定、电子探针、XF 分析及能谱分析等方法对化石层位野外宏观地质特征、微观特征进行了详细研究;电子探针、XF 分析、扫描电镜及能谱分析主要在国土资源部昆明矿产资源监督检测中心实验室和湖北省地质实验室测试中心重点实验室完成。锆石 U-Pb同位素定年在湖北省地质实验室测试中心、武汉上谱分析科技有限公司。电子探针用来分析薄片中矿物微区的化学组成，测试仪器为 Electron Microprobe，仪器将高度聚焦的电子束聚焦在矿物上，激发组成矿物元素的特征 X 射线，用分光器或检波器测定荧光 X 射线的波长，并将其强度与标准样品对比，或根据不同强度校正直接计数出组分含量。扫描电镜是利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号来调制成像的;仪器为蔡司 EVO18，尽可能使样品的表面结构保存好，没有变形和污染，样品干燥并且有良好导电性能。能谱分析是用来对样品微区成分元素种类与含364第 2 期刘军平等:扬子西缘中元古界黑山组 MISS 构造的发现及其古环境意义量分析，配合扫描电子显微镜与透射电子显微镜的使用，能谱仪为布鲁克 XFlash6100，工作距离:13mm，加速电压:20 kV，电流:500 pA。XF 工作原理是 X 射线光管发出的初级 X 射线激发样品中的原子，产生特征 X 射线，通过分析样品中不同元素产生的特征荧光 X 射线波长(或能量)和强度，可以获得样品中的元素组成与含量信息，达到定性定量分析的目的。图 3 东川地区 MISS 构造野外露头(a)，照片(b)、(c)，素描(f)及 XF 图(d)Fig3 MISS outcrops(a)，photos(bc)，sketches(f)and XF images(d)in Dongchuan area锆石 U-Pb 定年测试仪器采用美国 Coherent Inc公司生产的 GeoLasPro 全自动版 193 nm ArF 准分子激光剥蚀系统(LA)和美国 Agilent 公司生产的7700X 型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)联用构成的激光剥蚀电感耦合等离子体质谱分析系统(LA-ICP-MS)。另外激光剥蚀系统配置了由澳大利亚国立大学开发研制的匀化器，由 10 根长度不同的细 PV 管组成，激光剥蚀产生的细小粉末样品通过匀化器装置后，因通过长短不同的管道所需的时间略有不同而使样品脉冲信号得到平滑，从而能有效降低激光脉冲剥蚀样品而产生的信号波动。锆石微量元素含量利用 NIST610 作为外标，Si 作为内标进行定量计算(吴元保和郑永飞，2004;刘军平等，2022c)。锆石 U-Pb 定年分析采用锆石标准年龄物质 91500 作为外标进行同位素分馏校正，每分析 68 个样品点分析 2 次 91500。样品测试时，背景信号采集 10 s，样品剥蚀 40 s，管路吹扫 10 s，信号采集时间总共为 60 s。样品的同位素比值和元素含量采464地质论评2023 年用 ICPMSDataCal 90 进行处理分析，加权平均年龄的计算及锆石年龄谐和图的绘制采用 Isoplot30(Ludwing，2003)来完成。采用年龄为207Pb/206Pb 年龄，其加权平均值的误差为 2，207Pb/206Pb 平均年龄误差为 95%置信度。3研究结果及讨论MISS 作为一种生物沉积构造，是微生物群落与沉积环境相互作用的产物。微生物在生长和新陈代谢、以及物理破坏和生物腐败等过程中，在沉积物中留下的各种形态、一般不突出于底层面的原生沉积构造，广义上也可被视为遗迹化石的一种(Gerdes etal，2000;Gingras，2002;Noffke，2005)。笔者等在云南东川地区黑山组中发现 2 层MISS 构造(图 2a)，人工开挖露头宽约 10 m(图3a)，这些 MISS 构造分布在泥质板岩层面上，其表面多为杂乱的皱纹，均呈现不规则条带(图 3b、c)，宽 052 cm，部分分枝状，个别排布有一定方向性，呈凹凸有序，有的相互交叉排列成不规则的似网状形(图 3e)，应是典型的 MISS 构造。通过对 MISS 及围岩进行电子探针、XF 分析及能谱分析，研究发现 MISS 主要成分为 P，S，Fe，Cr，明显是微生物沉积过程中形成的化合物特征;而围岩主要为 Al，Si，K，Mg，Ti(图 3d)，为正常黏土质矿物组成元素，两者存在较大差别。这些特征与化学成因沉积构造、雨痕或冰冻裂缝等现象有着明显的差异。笔者等在云南东川地区黑山组中首次发现流纹质凝灰质板岩夹层(宽约510 m)，测得其锆石 LA-MC-ICPMS U-Pb 年龄为 152215 Ma(图 2b、c)，结合孙志明等在东川地区黑山组凝灰岩获得的153017 Ma 锆石 U-Pb 年龄(孙志明等，2009)，指示这些 MISS 构造是目前扬子西南缘已知发现的最古老的微生物成因沉积构造，较好的限定了当时微生物活动时限。笔者等在中元古界黑山组中发现 MISS 构造，表明当时微生物群落非常繁盛，也反映了当时沉积环境为滨岸浅水潮上带，在凹陷的位置微生物参与形成了这此不规则的条带皱饰构造。这种微生物群落繁盛对当时大气充氧有一定的作用，氧气含量的提高也为后生生物的进化和发展提供基础。与华北地块中元古界云梦山组、常州沟组、大红峪组、黄旗口组、高于庄组 MISS 较为相似且时代相近。因此，研究区 MISS 的发现，对整个华南地区中新元古代地层对比以及古环境研究有重要的指导意义。4结论(1)首次在云南东川地区中元古界黑山组发现微生物成因沉积构造(MISS)，为中元古代地层微生物区域对比、古环境研究提供重要的参考资料，对整个华南地区中新元古代地层对比以及古环境研究有重要的指导意义。(2)首次在东川地区黑山组流纹质凝灰质板岩中获得 152215 Ma 锆石 U-Pb 年龄，确定了黑山组沉积年龄为中元古代蓟县纪早期，指示是目前扬子西南缘已知发现的最古老的 MISS 构造，为重塑扬子西南缘早前寒武纪地层时代、构造格架提供参考依据，对于恢复康滇裂谷盆地的生物沉积作用和环境演化具有重要意义。致谢:特别感谢吉林大学客座教授黄大一老师提供的化石 XF 及能谱图，审稿人提出了宝贵的修改意见。在此一并表示衷心感谢。注释/Notes 云南省地质调查院2021云南省 1 5 万撒马基幅、因民幅、贵城幅、舒姑幅成果报告 云南省地质调查院2021 云南省区域地质志(第二版，修编)成果报告参考文献/eferences(The literature whose publishing year followed by a“”is in Chinesewith English abstract;The literature whose publishing year followed by a“#”is in Chinese without English abstract)陈留勤 2013 河北兴隆中元古界大红峪组微生物成因构造特征及其地质意义 岩石矿物学杂志，32(3):366372胡健民，孟庆任 1991 豫西长城系遗迹化石及其意义 地质论评，37(5):437444李晓波，王旖旎，王晗 2020 辽宁兴城中元古界常州沟组砂岩中微生物成因沉积构造 沉积学报，38(1):3245李静，刘军平，孙柏东，刘桂春，胡绍斌，曾文涛，张虎，邓仁宏，俞赛赢 2018 滇中易门地区古元古界易门群亮山组多细胞生物的年代学约束 地质通报，37(11):20872098刘军平，李静，孙柏东，胡绍斌，曾文涛，刘发刚，孙志明，丛峰，徐云飞 2018 滇中易门地区发现化石新物种 沉积与特提斯地质，38(1):3740刘军平，李静，王伟，孙柏东，曾文涛，宋冬虎，关学卿，吕勃烨，郝学锋，孙鹏 2019 滇中易门地区早前寒武纪地层化石的发现及其意义 沉积与特提斯地质，39(4):5765刘军平，孙柏东，王晓峰，刘伟，马进华，关学卿，宋冬虎，吕勃烨2020a 滇中禄丰地区中元古代早期球颗玄武岩的锆石 U-Pb 年龄、地球化学特征及其大地构造意义 地质论评，66(1):3551刘军平，李静，王根厚，孙柏东，胡绍斌，俞赛赢，王小虎，宋冬虎2020b 扬子板块西南缘基性侵入岩锆石定年及地球化学特征 Columbia 超级大陆裂解的响应 地质论评，66(2):350364564第 2 期刘军平等:扬子西缘中元古界黑山组 MISS 构造的发现及其古环境意义刘军平，宛胜，戴启，田素梅，赵江泰，吴嘉林 2021 滇中地区因民角砾岩类型、特征及找矿意义 地质论评，67(6):16191628刘军平，莫雄，孙载波，胡绍斌，曾文涛，关奇，王伟 2022a 滇中安宁地区海口组鱼类化石的发现及对海西运动的约束OL 中国 地 质，https:/knscnkinet/kcms/detail/111167P20220316 1208 012 html刘军平，赵江泰，孙载波，莫雄，孙志明，曾文涛 2022b 扬子西南缘古元古界亮山组圆盘状化石的发现及其环境意义 地质论评，68(1):281286刘军平，宛胜，田素梅，王伟，包佳风 2022c 滇西云县地区中二叠世火山岩的发现及其对昌宁孟连古特提斯洋俯冲作用的约束 地质学报，96(3):942953罗惠麟，陶永和，高顺明 1994 昆明附近早寒武世遗迹化石，古生物学报，33(6):676685梅冥相，孟庆芬，高金汉 2007 前寒武纪海侵砂岩中的微生物砂质碎片:以北京南口虎峪剖面大红峪组为例 地学前缘，14(2):197204孙淑芬，朱士兴，黄学光 2006 天津蓟县中元古界高于庄组宏观化石的发现及其地质意义 古生物学报，45(2):207220孙淑芬，朱士兴，黄学光 2005 天津蓟县高于庄组(约 1450Ma)遗迹化石的新发现 地质调查与研究，28(2):6570孙志明，尹福光，关俊雷，刘建辉，李军敏，耿全如，王立全 2009云南东川地区昆阳群黑山组凝灰岩锆石 SHIMP U-Pb 年龄及其地层学意义 地质通报，28(7):898900吴元保，郑永飞 2004 锆石成因矿物学研究及其对 U-Pb 年龄解释的制约 科学通报，49(16):1589 1604吴子杰，张德明，范海滨，张国仁，邱隆伟，王海鹏，仲米山，耿树峰，郑伟，高福亮，赵汉卿2022辽宁东部地区桥头组微生物诱发沉积构造(MISS)的发现及意义 地质论评，68(6):24052408史晓颖，王新强，蒋干清，刘曲波，高林志 2008 贺兰山地区中元古代微生物席成因构造:远古时期微生物群活动的沉积标识地质论评，54(5):577586田辉，张健，李怀坤，苏文博，周红英，杨立公，相振群，耿建珍，刘欢，朱士兴，许振清 2015 蓟县中元古代高于庄组凝灰岩锆石 LA-MC-ICPMS U-Pb 定年及其地质意义 地球学报，36(5):647658唐烽，高林志，尹崇玉，王约，顾鹏 2015 华南伊迪卡拉(震旦)系顶部建阶层型和界线层型新资料 地质通报，34(12):21502162邢智峰，齐永安，郑伟，袁余洋 2011 从微观角度认识微生物席在中元古代的繁盛:以豫西云梦山组为例 沉积学报，29(5):857865郑伟，邢智峰 2015 山西黎城中元古界常州沟组微生物成因构造(MISS)及其地质意义 现代地质，29(4):825832郑元，吕洪波，章雨旭，王敏，孙闯 2009 山西黎城中元古代砂岩层面多种痕迹特征及成因初析 地质论评，55(1):19Bose S，Chafetz H S 2009 Topographic control on distribution of modernmicrobially induced sedimentary structures(MISS):A case studyfrom Texas coast Sedimentary Geology，213(3/4):136149Chen Liuqin 2013 Characteristics and geological significance 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