华北南缘古元古代上太华群碳酸盐岩地球化学特征研究：对碳同位素正漂移事件及BIF成矿的指示意义

Geochemical composition of marine carbonates is closely related to the atmospheric environment and seawater properties. Previous studies have found the global geologic event of Palaeoproterozoic positive carbonate carbon isotope excursion, which can not only reflect the changes of atmospheric oxygen content, but also reveal the redox state of paleo-ocean, and then restrict the sedimentary physico-chemical conditions of BIF related to carbonates. However, the correlations between positive carbon isotope excursion, changes of the surficial environment, and sedimentary mechanisms of BIF are not well-documented. New evidence suggests that carbonates from the Palaeoproterozoic upper Taihua Group in the southern margin of the North China Craton show positive anomalies, together with BIF. This proposed project will conduct combined chronological and geochemical studies on the Paleoproterozoic carbonate strata. We will date the strata by using zircon U-Pb measure to constrain the timing of positive carbon isotope excursion event, and explore the atmospheric oxygen content and redox state of seawater based on stable isotope (C, O, S) and elemental geochemical analyses. The ultimate goal is to provide further constraints on the coupling relationship between Paleoproterozoic BIF deposition and surficial environment changes in the southern margin of the North China Craton.

海相碳酸盐岩的地球化学组成与大气环境和海水性质密切相关。前人研究发现了古元古代碳酸盐岩碳同位素正漂移这一全球性地质事件，该事件可以反映同时期大气氧含量的变化，也能直接揭示古海洋的氧化还原状态，进而制约常与碳酸盐岩互层产出BIF沉淀的物理化学条件。但目前对于正漂移事件、表生环境的变化及BIF巨量沉积机制之间的相互联系，缺乏系统研究。已有的研究工作发现，华北克拉通南缘古元古代上太华群中，碳酸盐岩的碳同位素存在正异常，且发育BIF铁建造。本项目以该套碳酸盐岩沉积地层为研究对象，运用碎屑岩锆石/自生磷钇矿U-Pb定年限定碳同位素正漂移事件的时限；通过碳酸盐岩稳定同位素(C、O、S)和元素地球化学的研究，查明不同层位同位素组成的变化特征及其控制因素；探究大气氧的含量变化和海水的氧化还原状态，进而揭示华北克拉通南缘古元古代BIF沉积和表生环境变化的耦合关系。

海相碳酸盐岩的地球化学组成与大气环境和海水性质密切相关。前人研究发现了古元古代碳酸盐岩碳同位素正漂移这一全球性地质事件，该事件可以反映同时期大气氧含量的变化，也能直接揭示古海洋的氧化还原状态，进而制约常与碳酸盐岩互层产出BIF沉淀的物理化学条件。但目前对于正漂移事件时限、表生环境的变化及BIF巨量沉积机制之间的相互联系，缺乏系统研究。本项目以华北克拉通南缘古元古代上太华群中含碳酸盐岩和BIF沉积地层为研究对象，运用锆石U-Pb年代学以及同位素和元素地球化学方法开展系统研究，获得以下主要认识：（1）舞阳和鲁山地区古元古代碳酸盐岩的碳同位素组成表明，全球古元古代碳同位素正漂移事件在华北南部也有地质记录；（2）碳酸盐岩沉积建造的锆石U-Pb年代学研究表明，鲁山地区碳酸盐岩碳同位素正漂移事件的时限为~2.23-2.13 Ga，舞阳地区碳酸盐岩碳同位素正漂移事件的时限为2.47-2.16 Ga；（3）华北南部舞阳、鲁山地区BIF的形成与碳同位素正漂移事件发生时间一致或相对稍早。BIF形成于缺氧的海水环境，但微量元素含量变化已经响应了碳同位素正漂移事件的发生；（4）综合分析华北南部古元古代岩浆和沉积作用方面的研究，我们认为华北南部古元古代时期经历了俯冲碰撞—伸展裂解—碰撞拼合的构造体制的转换。