埃迪卡拉纪-寒武纪转折期是地球历史上的最重要阶段之一，因为该时期记录了后生动物的产生、灭绝以及加速分异的过程（如“寒武纪生命大暴发”），同时也伴随着海洋地球化学的明显的变化、长期全球性海洋缺氧以及各大板块重组和剧烈的非造山火山活动。对于这些地质过程协同作用的机理一直是未解之谜，也存在着很大的争议。在扬子板块上，埃迪卡拉纪-寒武纪转折时期深水相的黑色岩系（硅质岩－页岩）分布广泛，但是它们与同期浅水相的地层对比问题由于缺乏生物地层的控制一直不是很确定。对于这套黑色岩系的成因，特别是对寒武系底部富金属黑色页岩的成因，同时存在热液活动和海洋缺氧成因两种不同（甚至相反）的观点。而对于热液成因说而言，最大的缺陷是一直没有找到热液活动的直接地质证据。中国科学院地质与地球物理研究所油气资源研究室陈代钊研究员等最近发表在地球化学领域国际著名爱思唯尔期刊《化学地质学》（Chemical Geology）上的一篇论文则支持了这个观点（Chen et al.，Chemical Geology，2009，258：168-181）。

 

为了更好地认识该转折期古海洋环境的变化，陈代钊研究员等在扬子地台南缘（湘西地区）对埃迪卡拉系-寒武系地层从横向上对从台地边缘到台地边缘斜坡进行了追踪，并在这套黑色岩系下部发现了多期硅质烟囱的强有力的直接地质证据，它们由一些独特的丘状、穹隆状硅岩层和扫帚状/漏斗状角砾化的硅岩体组成，其中前者内部可见海绵状到指状的内部构造，存在丰富的原始孔和通道，但绝大部分被葡萄状的玉髓胶结物所充填，局部见少量的鞍形白云石、重晶石。在这些硅岩中偶尔见到隐晶质的火山玻璃。这些特殊的硅岩体常常与下伏的硅岩脉相连。

 

硅岩层中火山灰SHRIMP U－Pb锆石年龄和稳定同位素地层资料的共同约束表明，这些硅烟囱形成于寒武纪最早期，并且与滇东北的小歪头山段（Nemakit-Daldynian阶）和石岩头段（Tommotian阶）底部的大幅度的碳同位素（δ13Corg, ~10‰ PDB的幅度）和硫同位素（δ34Spy, 0-10‰ CDT间变化）负漂移的层位耦合，这表明二者之间存在一种很强的成因联系。所以，作者认为，在寒武纪开始时，在Rodinian超大陆裂解的全球构造背景下，扬子板块已演化为一被动陆缘盆地，在拉伸构造作用背景下，台缘深大断裂作为流体输送通道，把深部富硅、缺氧热流体（包括海底下渗后被加热的流体）输送至海底，形成富硅的海底热泉（硅烟囱），造成大套形态不同的硅质沉积，所释放的富Fe、Cu、Zn等离子的缺氧水体和CH4、CO2、H2S气体加速了海洋的缺氧过程和富营养化，这么大量温室气体的排放又引发了全球的气候变暖，从而激发了海洋表层水体的微生物繁盛（或爆发）和生物产率的极大提高，缺氧环境又使得大量有机质得以埋藏和保存。CH4气体的氧化，以及在温暖海洋中，由于浮游植物的碳同位素分馏加快，大量的12C被结合进有机质中，使得有机碳同位素出现大幅度的负偏。而热液（或火山）活动来源的硫化物同位素一般为0-10‰（平均为5‰），这和这两个层位的硫同位素值相吻合，说明期间有大量热液成因的硫加入到海洋中，造成硫同位素的负偏。

 

该发现为探索重大地质历史转折时期构造活动、海洋环境和海洋化学和的快速变化及全球C-S循环机制提供了一个新的切入点。（来源：中国科学院地质与地球物理研究所）