我院碳酸盐岩储层沉积学团队在白云岩成因机理研究取得重要科学进展
近日，我院碳酸盐岩储层沉积学研究团队教师李明涛博士在国际地学顶级期刊《GEOLOGY》上发表重要研究成果，该成果揭示了显生宙地层中白云石含量变化，并探讨了白云石含量变化的控制因素，为解决白云石问题提供了重要科学依据。
白云石成因机理一直是国际地学研究热点及难点，地质记录中大量发育的白云石与现今白云石稀少形成鲜明对比，这种差异称之为白云岩之谜。白云石问题主要体现在：过去认为白云石是成岩作用产物，在常温下无法形成，而近些年的研究发现，在微生物的参与下，常温条件下可以直接合成白云石，这挑战了传统白云石成因，同时也提出了科学难题，即：原生白云石是否广泛存在古代地层中。虽然，近些年岩相学及同位素地球化学的发展为解决白云石问题提供了新的思路，但是由于白云石往往受后期成岩作用改造，导致其原始结构及成分发生了变化，很难精确追踪其成因环境，因此，目前白云石问题仍是国际学术争议焦点之一。
我院碳酸盐岩储层沉积学研究团队教师李明涛博士及胡明毅教授与中国地质大学（武汉）宋海军教授、英国利兹大学Paul B. Wignall教授等合作，以大数据分析为基础，通过收集全球1984条碳酸盐岩剖面，统计了显生宙白云石含量变化，并且结合古生物数据及硫同位素数据，研究发现：显生宙地层中白云石含量变化与海洋底栖生物数量呈负相关（图1），显生宙存在四次白云石含量峰值，四次峰值均对应生物大灭绝事件（图2）；同时，白云石含量变化与硫同位素数据也存在较好耦合性（图1），白云石含量峰值对应硫同位素快速上升时期，而硫同位素的快速上升反应的是高硫酸盐还原速率，即海洋缺氧及硫化事件。结合以上证据，研究提出地质历史时期的白云石很有可能以原生型白云石为主，而控制白云石含量变化的主要原因可能是海水氧化还原条件，具体机制为：缺氧海底环境以微生物群落为主，缺乏底栖动物的扰动，微生物的繁盛及活跃有利于原生白云石的生成（图3）；相反，富氧海底环境以底栖动物为主，强烈的生物扰动不利于微生物的繁盛，因此，不利于原生白云石沉淀。
该项研究成果首次高精度恢复了显生宙地层中白云石含量变化，为今后白云石研究提供了重要基础数据；同时，结合环境及古生物数据对白云石成因进行了综合探讨，提出了原生型白云石可能广泛存在于地质历史时期，挑战了传统认识，为解决白云石问题提供了新的视角。
该项研究成果得到国家自然科学基金项目和中科院先导项目联合资助。
论文信息：
Title：Phanerozoic variation in dolomite abundance linked to oceanic anoxia
Authors：Mingtao Li,Paul B. Wignall, Xu Dai, Mingyi Hu, Haijun Song*
Source:Geology
DOI:10.1130/G48502.1
Online:22, February, 2021
论文链接：
图1.（A）白云石含量与海洋底栖动物属种数量相关性图；（B）白云石含量与硫同位素变化相关性图。
图2.显生宙白云石含量、硫同位素变化、海洋底栖动物属种变化及海洋缺氧综合图。
图3.富氧及缺氧海底生物群落及其对表层沉积物氧化还原影响示意图
