中元古代13.8亿年大火成岩省及黑色页岩沉积成因联系研究取得重要进展

在国家自然科学基金项目（编号：41725011, 41572204）及院长基金项目（编号：YYWF201718）等资助下，自然资源部中国地质调查局地质力学研究所张拴宏研究员课题组及其合作团队，在华北克拉通及全球~13.8亿年大火成岩省及黑色页岩沉积成因联系及其对地层断代及古环境意义等方面取得了重要进展。研究成果在2018年11月以“A temporal and causal link between ca. 1380 Ma large igneous provinces and black shales: Implications for the Mesoproterozoic time-scale and paleoenvironment”为题发表在国际知名刊物Geology上（论文链接：https://doi.org/10.1130/G45210.1）。

大火成岩省（large igneous provinces，LIPs）代表了相对较短时期内形成的规模宏大（巨量）的幔源岩浆活动。因为是地质历史上发生的极端地质事件，大火成岩省对全球性大气-海洋环境的巨变及生物灭绝有非常重要的影响。前人研究结果表明，显生宙（即寒武纪以来）大火成岩省与全球大洋缺氧与生物灭绝有明显的对应关系，显生宙国际地质年代表中多个金钉子均与以大火成岩省、黑色页岩及生物灭绝为代表的全球性地质事件相对应，如法门阶底界、二叠-三叠纪界限、托阿尔阶底界及土伦阶底界等。但由于对前寒武纪，特别是“地球中年期”(18~8亿年，“枯燥的10亿年”)大气氧浓度、海洋的氧化-还原状态及生物门类及演化认识的局限，关于前寒武纪大火成岩省与环境的影响及其与黑色页岩沉积的成因联系一直很不清楚。

张拴宏研究员课题组及其合作团队通过对全球哥伦比亚（奴那）超大陆中~13.8亿年全球性大火成岩省及黑色页岩沉积时空分布的研究，发现这些大火成岩省及黑色页岩的分布有明显的规律（图1）。~13.8亿年黑色页岩广泛分布在北美、格陵兰、西伯利亚、波罗地、非洲、南极等大陆上；而同期的黑色页岩在华北及北澳大利亚克拉通广泛分布，在西伯利亚、巴西及印度等克拉通也有分布（图1、图2）。提出了哥伦比亚（奴那）超大陆中这些广泛分布的~13.8亿年黑色页岩可能沉积于连通的大型海相盆地，而不是前人所认为的局部封闭的小盆地。通过~13.8亿年大火成岩省与黑色页岩内火山灰年龄的对比（图3、图4），进一步提出~13.8亿年存在一次与全球性大火成岩省有关的大洋缺氧事件，以此期大火成岩省与黑色页岩为代表的全球性地质事件为中元古代盖层系与延展系提供了精确的界限年龄为1383 Ma。上述研究结果为认识“地球中年期”(“枯燥的10亿年”)大气圈、水圈、生物圈、岩石圈及其协同演化及晚前寒武纪地层断代提供了重要依据及新思路，也挑战了目前国际上流行的Canfield中-新元古代“长期硫化缺氧”的海洋模型及“地球中年期”大气圈、水圈、生物圈、岩石圈静滞演化的概念。另外，由于华北克拉通下马岭组及北澳大利亚Velkerri组黑色页岩均富含页岩气等资源，研究结果对于认识中元古代黑色页岩内油气资源潜力及其成因也有重要意义。

图1 哥伦比亚（奴那）超大陆重建图中13.8亿年大火成岩省及黑色页岩的分布

图2 华北克拉通下马岭组及北澳大利亚克拉通Velkerri组地层柱及对比

图3 下马岭组黑色页岩内火山灰（斑脱岩）夹层

图4 13.8亿年大火成岩省与下马岭组黑色页岩内火山灰年龄对比图