华北早中元古代碳酸盐岩石中燧石的硅氧同位素组成及其对海洋古环境的指示意义

Historic evolution of oceanic environment is an important basic topic of the Earth science. In recent years, silicon isotope geochemical study is developing rapidly. Significant progress has been obtained in researches on global silicon cycle and historical evolution of Earth`s environment. The wide distributed cherty rocks in the sedimentary strata of different age are good materials carrying records for the surface environment of the Earth and the period between the early Proterozoic to the Middle Proterozoic is an important abrupt turning period in the earth`s history. Extensive O and C isotopic study has been made by former researches on chert-bearing carbonate sedimentary rocks in Early and Middle Proterozoic strata of Northern China and preliminary Si and O isotopic investigation has been carried out on the chert within these carbonate rocks by the proposer′s group. This proposal intends to carry out a systematic study on silicon and oxygen isotope compositions of cherty rocks in the carbonate rocks from the early proterozoic Hutuo Group and the middle Proterozoic Changcheng and Jixian Systems in the Northern China. The oxygen and silicon isotope compositions of cherts in these sedimentary strata will be analyzed systematically, in conjunction with the carbon and oxygen isotope compositions of the carbonate rocks, as well as their major and trace elemental contents. Through a comprehensive combination study on Si, O and C isotope compositions and the contents of major and trace elements, by using the data reported by other groups in China and all over the world, this study will shed light on the evolution process of oceanic environment in the period between the early Proterozoic to the middle Proterozoic, and provide some basic information for building the whole historic evolution process of the Earth`s environment.

海洋环境的历史演变是地球科学研究的重大基础课题。近年来，硅同位素地球化学研究发展迅速，在探索地球硅循环和研究地球环境历史演变方面取得重要进展。广泛分布于各时代沉积地层中的燧石是记录地球表面环境变化的良好载体。早中元古宇是地球演化历史上的一个重大转折时期。对我国华北地区发育良好的早中元古代含燧石碳酸盐沉积岩，前人已做过较详细的碳氧同位素研究，申请人及合作者则对其中的燧石做过初步的硅氧同位素研究。本申请拟在以往工作基础上对华北古元古代滹沱群和中元古代长城系、蓟县系地层内含燧石碳酸盐沉积岩开展系统的硅氧同位素地球化学研究。研究中将对燧石的硅氧同位素组成变化情况进行系统的详细的观测，同时对含燧石的碳酸盐岩石的碳氧同位素组成，和主元素及微量元素变化情况进行同步观测。通过硅氧碳同位素与化学元素的综合研究，对比国内外相关资料，追溯早中元古宇时期的海洋环境变化过程，为研究地球环境的历史演变提供可靠依据。

海洋环境的历史演变是地球科学研究的重大基础课题,而同位素地层学研究是追踪海洋环境历史演化的重要途径。近年来，硅同位素地球化学研究发展迅速，在探索地球硅循环方面取得重要进展，在研究地球环境历史演变方面也取得初步成果。我们研究组和世界上的其他团队在利用燧石硅、氧同位素组成研究海洋环境演化方面开展探索性工作，取得一定进展。Robert与Chaussidon (2006)曾提出：前寒武系的燧石较显生宙燧石有高得多的δ30Si值，而且显示从35亿年前到8.5 亿年前逐步升高，反映海水温度逐步下降的趋势。但是，他们的论断遭到不少人质疑，因为燧石可以有多种成因，而且其同位素组成可能受到后期变质流体循环的改造。因此，有人提出在开展这方面研究中，对不同成因的燧石应区别对待。.广泛分布于各时代沉积地层中的燧石是记录地球表面环境变化的良好载体。早中元古宇是地球演化历史上的一个重大转折时期。本课题在以往工作基础上对华北古元古代滹沱群和中元古代长城系、蓟县系地层内含燧石碳酸盐沉积岩开展系统的硅、氧同位素地球化学研究。研究中对燧石的硅、氧同位素组成变化情况进行了详细的观测，同时对含燧石的碳酸盐岩石的碳氧同位素组成和主元素及微量元素变化情况进行同步观测。.本研究测得一套我国早中元古代(2.35~12.00 Ga)碳酸盐岩石中燧石的硅同位素组成新数据。其δ30SiNBS-28值变化于0.1‰~3.9‰之间。其中，我们在1.355~1.325 Ga年龄段的燧石中发现δ30Si值为2.2~3.9‰（平均3.12‰）的峰值区。 .根据获得的新数据，我们提出：从太古宇到元古宇，由于海水温度的逐步下降和生物活动的加强，海水的硅含量急剧下降，而δ30Si值明显升高。这一过程在1.355~1.325 Ga年龄段达到顶峰，其最高值可达到5.1‰。自晚元古代以后，海洋硅循环主要受大陆风化输入和海洋生物吸收输出的控制，其硅含量保持在很低的水平，而其δ30Si值在2.7‰ ~ 3.7‰范围内波动。.总之，本研究通过硅、氧、碳同位素与化学元素的综合研究，对比国内外相关资料，追溯早中元古宇时期的海洋环境变化过程，为研究地球环境的历史演变提供可靠依据。