中国中西部地质历史时期湖相白云岩类比研究及实验模拟

In the past thirty years，microbial dolomite model provides a new insight into long-standing "dolomite problem". Many experiments and occurrence investigations demonstrated that the metabolic activities of microorganisms (sulfate-reducing bacteria, methanogenic Archaea, moderately halophilic aerobic bacteria) played a key role to mediate the low-temperature precipitation of dolomite. However，there have still-controversies on the scale of microbial dolomite, its mediation mechanism, whether there exist putative "nanobacteria" fossils, and whether the modern microbial dolomite model can be reliable criteria to ancient analogues. This project will select three ancient lacustrine micro-crystalline dolomite profiles as the research targets to do some analogical study on the micromorphologies, major and trace elements, and isotopes such as C, O, Sr, Nd among different dolomite occurrences. Simulate experiments are going to carry out as well as the analogy study of occurrences to discuss the detailed significant features and the scale of possible microbial dolomite, and the relationship between organic and inorganic dolomite. This work is expected to provide a typical example for the study of ancient lacustrine dolomite in geological past in China.

近三十年来，微生物白云石模式推动"白云石（岩）问题"前进了一大步，大量的实验和实例证明微生物（硫酸盐还原菌、产甲烷古菌、中度嗜盐有氧细菌）的代谢活动对于促进白云石低温沉淀起了关键作用。然而，目前在微生物成岩规模、诱导机制、是否存在纳米细菌化石以及现代微生物白云石模式能否用来解释古代白云石的成因等方面还存在较大争议。本课题拟以中国中西部三个典型古代湖相微晶白云岩剖面为研究目标，通过不同实例白云石微形态、主量、微量元素及C、O、Sr、Nd同位素特征等的类比及与实验模拟结果的对比相结合，探讨古代可能存在的微生物白云石的精细鉴别特征、成岩规模以及有机、无机白云石之间的相互联系，为我国地质历史时期湖相白云岩研究提供范例。

本项目通过实测和考察中国地质历史时期8条海相、陆相白云岩剖面、2个现代冷泉、热泉露头以及超过400组合成碳酸钙实验的对比研究，试图探索多种有机、无机添加剂对合成碳酸盐矿物同质多相及晶体形貌的调控作用、对比地质历史时期不同沉积环境下白云石的成因机制，以及自然环境中影响白云石晶体形貌的可能因素。实验结果表明，室温条件下，溶液Mg/Ca比变化为0-6之间时，不能沉淀出白云石，生成物主要为碳酸钙的同质多形体（方解石、文石、球霰石），Mg2+、Al3+等金属阳离子的浓度对合成碳酸钙的同质多象类型有一定影响；在以青海湖底层水为反应原料的实验中，Mg2+/Ca2+比值的变化对碳酸钙同质多相的影响尤其显著，当比值增大时反应的最终产物全部为文石。糖类、醇类、氨基酸、蛋清等有机高分子添加剂对合成碳酸钙的晶体形貌、同质多相也均有明显的控制作用，糖类或蛋清蛋白存在的基质中，反应产物主要是方解石，而中性氨基酸（L-丝氨酸和L-甘氨酸的）存在的基质中，反应产物则全部为球状球霰石。合成实验结果表明哑铃状、球状碳酸盐矿物的晶体形貌受多种因素控制，因此将特殊形貌作为地质历史时期微生物成因碳酸盐矿物的识别依据须谨慎。我国不同地质历史时期海、陆相白云岩的初步对比工作表明，早古生代（奥陶纪）以前的海相白云岩往往经受了强烈的埋藏白云岩化作用或构造热液白云化作用的影响，而晚古生代以来的湖相白云岩，受埋藏成岩作用的改造较弱，原始结构保存较好，是探索“白云石”问题的理想岩类。