地质所沉积地质学团队-PR、IGR：深时冻土研究取得新进展

　　冻土是地球气候变化的敏感指示器，更是气候波动和冰川等极端气候事件的标志，在古地理研究中具有重要的学术价值。深时冻土研究对理解现今冰冻圈冻土进缩、全球气候变化与生命-环境关系等也显现重要的科学和应用意义。然而，深时冻土遗迹通常不易保存或保存差，且识别标志模糊，深时冻土研究充满挑战。

　　中国地质科学院地质研究所旷红伟教授课题组在华北从事前寒武纪和中生代地质调查过程中，王玉冲博士生首次在华北南缘豫西埃迪卡拉系罗圈组-寒武系辛集组界线处发现了冻土环境下形成的楔状构造，后与彭楠博士在鄂尔多斯延安市甘泉县下白垩统洛河组底部又有发现。通过对上述楔状构造进行形态、结构、围岩和源岩等的系统观察，并与现代冷生楔构造进行对比，认为它们分别是寒冷气候条件下形成的复合砂-冰楔假形和残余砂楔构造。研究结果如下：

　　（1）华北南缘豫西埃迪卡拉纪-寒武纪过渡期复合砂-冰楔假形构造。埃迪卡拉纪-寒武纪过渡期是地球生命演化史上最为重要的时期，发生了埃迪卡拉纪生物消失和寒武纪生命大爆发。豫西寒武系下统辛集组与埃迪卡拉系罗圈组界线上的楔状构造兼具冻土原生砂楔和冰楔假形双重特征（图1）：自上向下垂直发育；整体V形（图1a-e），局部略有弯曲变形；分米级为主，偶有米级（图1b-e）；顺层展布，多方位延伸（图1k）；楔内填充砾、砂两级颗粒（图1h-j）；砾主要出现于楔的中上部（图1b-d），占据楔主体；砂主要出现于楔底部，具竖直纹层（图1f-g）；颗粒表面具碟状风蚀构造。此构造进一步解释为复合砂-冰楔假形构造，该发现揭示了埃迪卡拉纪-寒武纪过渡期华北南缘豫西独特的冻土地貌。

图1  华北南缘豫西地区复合砂-冰楔假形构造宏观特征。

　　（2）鄂尔多斯延安市甘泉县早白垩世残余砂楔构造。白垩纪是地球历史上两极几近无冰的典型温室期，中国北方早白垩世骨骼化石氧同位素指标，以及孢粉、鳄类等嗜热动物、异木类等喜冷植物等化石记录却共同揭示，华北温室背景下可能存在凉爽（甚至寒冷）气候条件，并推测中国北方存在高山或高原地貌，但缺少直接证据。甘泉县下白垩统洛河组底部大规模楔状构造群具以下特征（图2）：大型垂向“V”形、砂级颗粒为主、纹层和砾石垂向叠置、石英颗粒表面发育风蚀特征、风棱石集中于上部、肩部隆起、围岩上掀等，该构造与现代冰冻圈冷生砂楔特征一致，解释为残余砂楔构造。该发现揭示了华北地区在热河生物群繁盛前的早白垩世地貌复杂和多样，既有适宜热河生物生存的平原湖泊，又有冻土广布的高原山脉，且气候垂直分带明显。

图2  华北鄂尔多斯盆地甘泉地区洛河组底部顺层产出的残余砂楔

　　上述深时古冻土冷生楔构造在国内外同期沉积记录中属首次发现，对深入了解寒武纪-前寒武纪过渡期和早白垩世陆地气候、古生态环境和古地理背景提供了重要证据。同时，为我国深时冰冻圈冻土和古气候研究提供了独特范例，开辟了沉积学科新领域。本研究得到了国家自然科学基金委项目（42288201、41688103、41672111）、中国地质调查局项目（DD20221649、DD20190005）和北京科委国际创新资源合作项目（Z201100008320007）的联合资助，相关研究成果发表于国际期刊Precambrian Research（PR）和International Geology Review（IGR）。

相关论文信息:

　　Wang, Y., Kuang, H., Liu, Y., Chen, X., Zhao, F., Le Heron, D.P., Vandyk, T.M., Peng, N., Yang, Z., Bai, H., 2022. Composite sand-ice wedge pseudomorphs suggestive of a frosty Ediacaran–Cambrian transition. Precambrian Research 382, 106873. 

https://doi.org/10.1016/j.precamres.2022.106873

　　Wang, Y., Peng, N., Kuang, H., Zhao, F., Liu, Y., Yang, Z., Cui, M., Chen, X., Qiao, D., Qi, K., 2022. Relict sand wedges suggest a high altitude and cold temperature during the Early Cretaceous in the Ordos Basin, North China. International Geology Review 1–20. https://doi.org/10.1080/00206814.2022.2081938