91短视频 (武汉)91短视频 石油地质系平宏伟教授团队联合刘晓峰教授、澳大利亚麦考瑞大学Simon George教授等,针对湖北宜昌秭归九龙湾剖面盖帽白云岩中碳同位素极端负偏的方解石胶结物的成因进行深入研究,取得了重要进展。相关成果以《Thermogenic methane release after Marinoan glaciation induced extremely 13C-depleted calcite precipitation in cap dolostones》为题,发表于国际著名期刊《Geology》上。

一、研究背景

马林诺冰期是已知最严酷的雪球地球气候事件,约635百万年前突然终止,随之而来的是全球广泛分布的盖帽白云岩沉积,这些沉积物直接覆盖在冰川沉积之上。盖帽白云岩中的发育的具有13C极端亏损特征的方解石胶结物(δ13C=-48‰~-41‰)长期以来被认为与甲烷水合物的失稳分解相关,而这一甲烷释放机制也被认为对马林诺冰期的终结起到促进作用,但甲烷释放的时间和来源始终存有争议。本研究首次通过精确的方解石U-Pb定年结合方解石中捕获的原生包裹体中天然气碳同位素分析结果,证明了盖帽白云岩中的碳同位素极度负偏的方解石胶结物与马林诺冰期结束没有直接关系,揭示了甲烷主要来自有机质的热裂解。

二、主要成果

1.多期方解石胶结的精确年代学约束

通过详细的岩相学观察和不同期次方解石C-O同位素测试,确定方解石析出次序和C-O同位素特征(图1和图2)。利用U-Pb定年技术对不同期次方解石开展定年研究,确定了九龙湾剖面盖帽白云岩中的13C极端亏损的方解石(δ13C=-51.9‰至-50.9‰)胶结发生在约618.3±5.8百万年前,明显晚于马林诺冰

图1 剖面位置、地层柱子及盖帽白云岩中方解石胶结序次

期的结束(图2和图3)。

图2 不同期次方解石胶结物的C-O同位素特征

图3 U-Pb定年结果揭示不同期次方解石胶结物的形成时间

2.热成因甲烷的来源

原生包裹体天然气组分及碳同位素分析(图4A)、甲烷厌氧氧化过程碳同位素分馏计算(图4B)结果表明,甲烷并非来源于甲烷水合物分解,而是由深层有机质在高温条件下裂解生成的热成因甲烷(图4)。这一结果推翻了此前关于甲烷水合物失稳释放的假设。

图4 方解石胶结物中捕获的原生包裹体中天然气组分及甲烷碳同位素数据(A)以及甲烷厌氧氧化前初始甲烷碳同位素恢复(B)

3.地质意义

研究揭示,马林诺冰期后的甲烷释放持续约2800万年,对雪球地球后的碳循环产生了深远影响。这不仅改写了雪球地球终结机制的传统认知,也为评价前寒武纪沉积盆地中的油气生成潜力提供了新视角。

三、研究意义与展望

该研究成果证实了盖帽白云岩中13C极端亏损的方解石的形成与热成因甲烷释放密切相关,从而排除了甲烷水合物失稳分解作为马林诺冰期终结主要驱动力的可能性。这一发现不仅深化了对雪球地球后期气候恢复和碳循环的理解,也为理解前寒武系沉积盆地生烃过程提供了重要参考。

该研究得到国家自然科学基金项目(42272169)资助,于2025年10月正式在线发表在《Geology》期刊。论文信息:

Hongwei Ping, Xin Yang, Xiaofeng Liu, Xiaoqiang Li, Honghan Chen, Se Gong, and Simon C. George (2025). Thermogenic methane release after Marinoan glaciation induced extremely 13C-depleted calcite precipitation in cap dolostones. Geology, //doi.org/10.1130/G53668.1