简介
本文首次在华北克拉通东部胶-辽-吉带古元古代辽河群高家峪组识别出了具有强烈碳同位素组成正漂移(δ13Ccarb>10‰)碳酸盐岩地层，其沉积时代与全球洛马贡迪-贾图利碳同位素正漂移事件相一致，为在我国境内开展大氧化事件和洛马贡迪-贾图利事件研究及全球对比提供了重要依据。相关成果发表在《中国科学：地球科学》2024年第9期。
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古元古代时期的大氧化事件(Great Oxidation Event，简称GOE，开始于2.43Ga或2.33~2.32Ga，结束于2.06Ga)和洛马贡迪-贾图利碳同位素正漂移事件(Lomagundi-Jatuli Event，简称LJE，开始于2.33Ga或2.22Ga，结束于2.06Ga年)是地球演化历史上表生环境发生显著变化的重大地质事件，在全球主要克拉通(如南非、刚果、西澳、劳伦及波罗地等)上均有丰富的地质记录，并广泛记录了长时期、高幅度的海相碳酸盐岩碳同位素组成正漂移(δ13Ccarb>10‰)。由于华北克拉通古元古代地层在2.0~1.8Ga普遍遭受了变质变形作用改造，长期缺乏被国内外广泛认可的，保存完整并具有典型性和代表性的GOE和LJE记录，极大地制约了在我国境内开展GOE和LJE事件研究及全球对比。
位于华北克拉通东部陆块中的胶-辽-吉带发育了巨厚的古元古代中期辽河群变质火山-沉积岩系(图1)。其中辽东地区胶-辽-吉带的辽河群由巨厚的变质碎屑岩、火山岩及碳酸盐岩组成，依据变质、变形程度和岩性、厚度差异被划分为“南辽河群”和“北辽河群”。前人碳-同位素分析发现，在“北辽河群”中-上部大石桥组大理岩和菱镁矿层中存在一些较弱的δ13Ccarb正漂移(<5‰，多为0‰左右)，但与全球典型LJE期间沉积的海相碳酸盐岩强烈碳同位素组成正漂移(δ13Ccarb>10‰)特征有明显差异。前人年代学研究结果也显示，鞍山地区“北辽河群”浪子山组至大石桥组主要沉积于2.2~2.1Ga。由于这套地层变质程度浅，变形较弱，原始层序保存相对较好，鞍山地区“北辽河群”地层可能记录了华北克拉通对LJE事件的响应。
图1 华北克拉通大地构造简图及古元古代LJE地层分布
中国地质科学院地质力学研究所张拴宏研究员团队在2021年野外调查中，首次在鞍山下达河-河栏镇公路边的高家峪组地层内发现了3件强烈碳同位素组成正漂移(δ13Ccarb>10‰)的碳酸盐岩(图2)。以此为线索，项目组对鞍山-辽阳地区的“北辽河群”主要含碳酸盐岩层位里尔峪组、高家峪组和大石桥组进行了系统的剖面测量和样品采集(图2)。这些剖面的碳酸盐岩的碳-氧同位素分析结果显示(图3)：里尔峪组样品δ13Ccarb值变化于‒1.5‰至6.6‰，δ18OV-SMOW值变化于9.0‰至24.8‰；高家峪组样品δ13Ccarb值为8.6‰~12.4‰，δ18OV-SMOW值为17.9‰~27.4‰；大石桥组下部样品δ13Ccarb值变化于‒0.6‰至3.4‰，δ18OV-SMOW变化于13.1‰至19.4‰。其中高家峪组碳酸盐岩普遍具有高达10‰~12‰的高δ13Ccarb正异常，这是华北克拉通目前发现的，除北铁岭凡河群(三岔子群)底部大迫山组碳酸盐岩(位于龙岗地块上)之外(δ13Ccarb为10.6‰~11.7‰)最高的碳同位素组成(δ13Ccarb)正漂移记录，为在华北克拉通开展GOE和LJE研究提供了可靠依据。
全岩地球化学分析表明，“北辽河群”部分碳酸盐岩样品具有较高的Mn/Sr值，表明经历过一定程度的蚀变。碳-氧同位素具有一定相关关系，表明这些样品经受了不同程度的后期改造，导致了碳-氧同位素降低，但是碳同位素受改造的幅度一般较低。靠近基性侵入岩床的样品碳-氧同位素值显示，热接触变质作用会导致不超过3‰的碳同位素值降低。同时结合不同样品层位沉积相和水深分析对比(图3)，本文认为鞍山地区“北辽河群”碳酸盐岩碳同位素值变化主要受控于沉积时代和层位，成岩、后期改造对碳同位素值影响较小。无论是凡河盆地凡河群下部，还是胶-辽-吉带辽河群内具碳同位素组成正漂移碳酸盐岩的沉积时代均位于LJE事件时限内，进一步支持LJE事件的发生具有全球性和准同时性。
图2 鞍山下达河-河栏镇地区地质简图及采样剖面分布
图3 鞍山地区“北辽河群”碳酸盐岩地层碳-氧同位素曲线及其与沉积水深和岩石地球化学组成对比
华北克拉通早前寒武纪地层特别是碳酸盐岩地层的划分对比一直存在许多困难和争议。由于LJE事件的全球性和准同时性，利用LJE和碳酸盐岩碳-氧同位素化学地层学方法，能够为华北克拉通古元古代地层划分与对比提供新的证据支持。结合前人放射性同位素定年成果，本文进一步完善了华北克拉通中部造山带和胶-辽-吉带古元古代地层对比框架，认为胶-辽-吉带辽河群和龙岗陆块凡河群开始沉积的时代稍早于胶-辽-吉带荆山群和华北中部造山带滹沱群和湾子群(图4)。
图4 基于碳同位素组成及前人年代学结果的华北克拉通古元古代地层对比方案
文章出版信息
中文版: 王宏宇, 张拴宏, 王森, 孔令昊, 赵越, 张琪琪, 高森, 胡国辉. 2024. 辽河群高碳同位素正异常碳酸盐岩的发现及其对洛马贡迪-贾图利事件的指示意义. 中国科学:地球科学, 54(9): 2878 –2897
英文版: Wang H Y, Zhang S H, Wang S, Kong L H, Zhao Y, Zhang Q Q, Gao S, Hu G H. 2024. Identification of carbonates with high positive carbon isotope excursion from the Liaohe Group in the northeastern North China Craton and implications for the Lomagundi-Jatuli Event. Science China Earth Sciences, 67(9): 2824–2844, https://doi.org/10.1007/s11430-023-1318-3
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