华南下寒武统黑色岩系多金属硫化物矿床生物成因矿化结构原位研究

The base of the Lower Cambrian black shale in South China contains a high grade Ni-Mo polymetallic ore bed which is highly enriched in Ni, Mo, V, U, PGE, Au, etc. It has attracted geological research interests globally. However, there is still debate over its formation due to the effects of multiple factors in the mineralization process. Several hypotheses have been proposed, including seawater precipitation, hydrothermal exhalative sedimentation, biogenic formation, etc. Numerous sub-millimeter sized elliptic structures have been found within the metalliferous ore layer, which were explained as oncolite/oncolite-like bodies, or rhodophyte cystocarp. In this study, we will use a combined technical approach to investigate this polymetallic ore layer. An in situ observation will be conducted towards the unidentified mineralized structures in order to elucidate the relationship between the mineralization behavior of different metals and the unique structures. With reference to present discoveries and theories, their origin and mechanism of mineralization will be discussed in biological and geochemical senses. Emphasis will be be placed on the role of marine life in the metallogenesis, based on paleoecosystem-paleoenvironment interactions.

我国南方下寒武统的黑色岩系底部异常富集Ni 、Mo 、V 、U 、PGE、Au等几十种元素，是罕见的高品位镍钼多金属矿床，其成矿机制已成为当前国内外地质学研究领域的热点之一。然而由于其成矿过程牵涉到较多因素，研究仍有一定的争议。目前较有代表性的假说有海水沉淀成因说、海底热水成因说和生物有机成因说等。之前研究已发现，该多金属富集层中存在数百微米尺度的椭球形结构，被解释为核形石/类核形石体或红藻囊果。本课题拟以华南地区下寒武统黑色岩系多金属富集层为研究对象，在借鉴现有研究成果和成矿理论的基础上，综合利用多种技术手段，对其中尚未明确的疑似生物成因矿化结构进行更深入的原位观测，以分析不同金属矿化特性与生物结构之间的关系，揭示其种属来源和矿化机制，明确其生物学和地球化学意义。着重探讨古海洋生命在成矿过程中所发挥的作用，从古生态系统与古环境相互作用的角度为生物参与多金属成矿提供新的见解。

我国南方下寒武统的黑色岩系底部异常富集的高品位镍钼多金属矿床，其成矿机制是当前国内外地质学研究领域的热点之一。由于该过程牵涉到较多因素，研究仍有一定的争议。本项目聚焦于华南地区下寒武统黑色岩系多金属富集层，在充分借鉴现有研究成果和成矿理论的基础上，综合利用多种矿物学和地球化学技术手段，对其中尚未明确的疑似生物成因矿化结构进行了更深入的原位观测，分析了不同金属矿化特性与生物结构之间的关系，揭示其种属来源和矿化机制，明确其生物学和地球化学意义。研究结果初步揭示，早寒武世浅海环境拥有完整的水生生态系统和较高的初级生产力水平，为寒武纪生命大爆发提供了必要的物质基础。以红藻为代表的浮游生物广泛参与了多金属元素富集成矿过程，尤其是生物吸附和微生物还原作用产生了重要效果。镍、钼、铁等硫化物处于同一地层，并非同时矿化。进一步的生物分类学探查显示，参与该过程的主要是软刺藻属(Chondracanthus sp.)的果孢子体。在此基础上，我们进行了藻类吸附重金属模拟实验。发现红藻可以大量富集Mo、Fe、Cu、Zn等重金属，其表层与内部吸附性存在金属种类的差异性。藻体吸附Mo较为均匀，表面富集Fe和少量Cu，未见Ni。这可能是因为其表层富含胞外多糖，带负电荷吸附Fe等阳离子，而Mo与有机质亲和力强（矿化成为非晶质MoSC）。Ni可能来源于后期作用，与岩石学观察结果一致。该多金属富集层的形成与红藻生境密切相关。软刺藻属多见于中下潮间带海岸环境，其果孢子体易于漂流并沉积于浅海滞留洋盆内，与该地层所处的古地理环境相互印证。本项目着重探讨了古海洋浮游生命在多金属成矿过程中所发挥的作用，从古生态系统与古环境相互作用的角度为生物参与成矿提供新的见解，基本达到预期研究目标。