古元古代时期的大氧化事件（Great Oxidation Event, GOE，开始于24.3亿年或23.3~23.2亿年，结束于20.6亿年）和洛马贡迪–贾图利碳同位素正漂移事件（Lomagundi-Jatuli Event, LJE，开始于22.2亿年或23.32亿年，结束于20.6亿年）是地球演化历史上表生环境发生显著变化的重要事件。这两次事件在全球主要古老克拉通（如南非、西澳、北美、南美及波罗地等）上均有对应地质记录及海洋碳酸盐岩碳同位素强烈正漂移记录。由于华北克拉通古元古代地层在20~18亿年普遍遭受了变质作用改造，目前在华北克拉通上已确定的GOE和LJE记录非常稀少，极大地制约了GOE和LJE事件的全球对比。
在华北克拉通东北部龙岗地块上的辽北凡河盆地发育有一套弱变质的元古宙地层，前人将其称之为凡河群（或称为三岔子群和树芽屯群），并认为这套地层沉积于中-新元古代。凡河群主要由碎屑岩、碳酸盐岩和少量基性火山岩组成，呈角度不整合覆盖于太古宙结晶基底岩系之上，总厚度约8000米。前人的研究发现凡河群下部的关门山组白云岩或白云质大理岩中记录有约5 ‰的碳同位素(δ13Ccarb)正异常现象（汤好书等，2008），提出这些碳同位素正漂移可能是LJE在华北克拉通的地质记录，但这一推测与前人认为凡河群属于中-新元古代地层的认识相矛盾，导致了关门山组碳酸盐岩中碳同位素(δ13Ccarb)正异常的成因及意义长期存疑。
项目组近年来对侵入到辽北凡河群下部地层内基性岩床定年及沉积地层碎屑锆石研究结果（Yu-Hang Cai, Shuan-Hong Zhang, Yue Zhao, Guo-Hui Hu, Qi-Qi Zhang, Jun-Ling Pei. 2022. Ages of the Proterozoic strata in Fanhe Basin revisited: Implications for geological records of the Great Oxidation Event in the North China Craton. Precambrian Research. 368: 106466）显示，凡河群下部大迫山组、康庄子组、关门山组和佟家街组的沉积时代在2200 Ma至2060 Ma之间，即古元古代层侵纪，而非前人所认为的中元古代。这一沉积时限正好位于全球GOE和LJE时间范围内，可能是华北克拉通存在的可靠的GOE和LJE沉积记录。
项目组近期对辽北凡河群下部大迫山组、康庄子组、关门山组和佟家街组及其上覆虎头岭组和石门组碳酸盐岩的碳-氧同位素分析结果显示（图1~图3），凡河群下部的大迫山组、康庄子组、关门山组和佟家街组下部碳酸盐岩普遍具有3.8~11.7 ‰的碳同位素(δ13Ccarb)正异常，而佟家街组上部及其上覆虎头岭组和石门组碳酸盐岩则无明显的碳同位素(δ13Ccarb)正异常（图2~图3）。特别是凡河群底部大迫山组碳酸盐岩普遍具有高达10.6~11.7%的强烈碳同位素(δ13Ccarb)正异常，这是华北克拉通目前发现的最高的碳同位素(δ13Ccarb)正漂移记录。除少量受岩体或岩床侵位改造强烈重结晶的样品之外，大多数碳酸盐岩样品具有正常的氧同位素组成，其δ18OV-SMOW值一般均>18‰，显示受后期改造很弱。盆地不同部位碳-氧同位素组成曲线与沉积相及岩石地球化学组成对比结果显示，凡河群下部碳酸盐岩碳同位素(δ13Ccarb)正异常主要受地层层位及沉积时代控制，受沉积相及岩性变化影响不明显（图2~图3）。辽北凡河群下部具有碳同位素(δ13Ccarb)正异常的地层厚度可达3~4 km，是迄今我国境内发现的厚度最大、保存最为完整的LJE沉积记录，为在我国境内开展GOE和LJE全球对比，研究其时限、成因及机制提供了重要依据。相关研究成果发表在国际SCI刊物《Terra Nova》上（Shuan-Hong Zhang, Hong-Yu Wang, Hao-Shu Tang, Yu-Hang Cai, Ling-Hao Kong, Jun-Ling Pei, Qi-Qi Zhang, Guo-Hui Hu, Yue Zhao. 2024. High positive carbonate carbon isotope excursion identified in the North China Craton: implications for the Lomagundi-Jatuli Event. Terra Nova. 36(1): 25–36. DOI: 10.1111/ter.12687）。
本研究成果受到国家自然科学项目（41920104004，41725011，U2244213）资助。
图1 辽北凡河盆地地质图及采样点分布
图2 凡河盆地北东部碳酸盐岩地层碳-氧同位素曲线及其与沉积相和岩石地球化学组成对比
图3 凡河盆地南部碳酸盐岩地层碳-氧同位素曲线及其与沉积相和岩石地球化学组成对比
