新元古代晚期到寒武纪早中期（约720 Ma-509 Ma）是地球地质历史中最重要的转折时期之一,在超过一亿年的时间里地球经历了强烈的板块运动（罗迪尼亚超大陆的裂解和冈瓦纳大陆的聚合）、“雪球地球事件”（斯图特冰期、马里诺冰期）、地表氧气含量的增加（“新元古代氧化事件”）以及多细胞真核生物的演化（真核藻类和后生动物的辐射）。地球系统和环境往往具有协同演化关系,包括构造活动、气候环境、生物进化等一系列变化。前人对上述关键地质时期和关键地质事件已经进行了大量研究,但是侧重点多在地表氧化程度和生物演化之间的关系,对于大陆化学风化、海洋沉积环境和海洋氧化还原条件之间的相互作用,尤其是高分辨率的海洋氧化还原变化、沉积环境对地球化学指标的影响以及大陆化学风化强度与生物进化的关系,缺乏全面、系统的研究工作;同时关于全球海洋整体氧化程度和陆架边缘区域性海水的氧化还原状态的研究结果也存在着不一致性,对于这一时期海洋的氧化程度仍然存在较大争议。基于以上研究背景,本文在前人古生物学沉积学、地球化学研究基础上选取我国华南扬子地区新元古代晚期到寒武纪早中期连续沉积的海相碳酸盐岩、泥页岩地层,并结合我国新疆塔里木地区、非洲纳米比亚地区、北美洲加拿大和美国同时期地层,通过多指标地球化学分析包括钼（Mo）、铀（U）、稀土元素（REE）,铀同位素（δ238U）,氮同位素（δ15N）,钙同位素（δ44Ca）,锶同位素（87Sr/86Sr）,锂同位素（δ7Li）等指标,并结合数值模型,对这一关键时期地球表层的氧化还原状态、碳酸盐岩沉积环境、大陆化学风化进行时间和空间上的系统性研究,力求全方位、多角度地重建这一时期地球古海洋环境,并了解地表环境和生物演化之间的相互作用关系。海洋环境变化的主要示踪指标为海相沉积岩的元素和同位素组成,但是在沉积和早期成岩过程中,海相沉积岩的地球化学组成很可能发生改变,无法记录原始的海水信息。本文选取埃迪卡拉纪最具代表性的两段具有明显碳同位素负漂移的碳酸盐岩地层,旨在了解沉积和早期成岩过程中海相碳酸盐岩地球化学指标的变化趋势,并以此探究同时期海洋沉积环境的改变。埃迪卡拉纪早期（～635Ma）全球广泛沉积的盖帽白云岩地层,具有明显的碳同位素负漂移（最低可至-6‰）,我国华南扬子地区、新疆塔里木地区以及纳米比亚西北部地区三条独立沉积的盖帽白云岩地层δ44Ca,87Sr/86Sr及Sr含量数据显示,在盖帽白云岩下部出现明显的δ44Ca负漂移（～0.6‰）和明显的87Sr/86Sr正漂移（～0.003）,同时所有白云岩样品Sr含量较低,以上结果表明,冰期结束后盖帽白云岩可能在同沉积白云岩化作用下形成于陆架边缘浅层水体中,并且在白云岩形成过程中,陆架边缘地区海水与陆源淡水之间发生混合,即同沉积白云岩化作用发生在海水-淡水混合水体中,δ44Ca负漂移和87Sr/86Sr正漂移是由于陆源淡水加入造成,而并非是全球海洋Ca和Sr储库整体变化的结果。冰期结束后大量冰雪融水或地表径流为陆架边缘水体输入大量Ca,Mg离子,同时降低了海水盐度,有助于白云岩的大规模沉积。埃迪卡拉纪中期（～565 Ma）全球范围内沉积着具有极低碳同位素值（低至-12‰）的一套碳酸盐岩地层（即“Shuram-Wonaka负漂移”地层）,如此负的碳同位素组成很难用正常海洋碳循环变化来解释。本文研究了同时期我国华南扬子地区九龙湾剖面陡山沱第三段碳酸盐岩样品,本段碳酸盐岩具有极低的δ13C值（～-10‰）,与此同时δ44Ca,87Sr/86Sr,δ13C,δ18O四种同位素体系存在着协同变化,即δ13C,δ18O,δ44Ca负漂移和87Sr/86Sr正漂移,表明陡山沱组第三段碳酸盐岩极可能经历了强的海水-淡水混合成岩过程,类似于现代巴哈马碳酸盐岩成岩区。碳酸盐岩同位素组成记录了成岩流体信息,全球范围内大规模的淡水成岩作用可能是该时期海平面降低所至,而流体极低的δ13C值表明这一时期大气氧含量的显著升高造成上地壳中有机碳氧化增加,模型计算显示,大气氧含量达10-20%现代大气水平时可造成陆源淡水流体δ13C值低至-12‰;该结果也说明在盖帽白云岩沉积时期,大气氧含量很低,因此陆源淡水δ13C值最低只达到-6‰。在今后的地球化学研究中,应特别注意所选指标的适用范围。埃迪卡拉纪晚期到寒武纪早期海相碳酸盐岩铀同位素、稀土元素研究和泥页岩铀同位素、氮同位素,微量元素研究表明,尽管新元古代到寒武纪地球大气和海洋氧含量在长时间尺度下显著提升,但是海洋不是持续性氧化的,而是动态变化的。在埃迪卡拉纪末期（～551 Ma-541 Ma）和寒武纪第二期（～529 Ma-521 Ma）,碳酸盐岩δ238U显著低于现代海水平均值（-0.39‰）,最低至-1.2‰,指示全球海洋海底缺氧面积所占比例最高达50%以上,且海洋缺氧持续时间在百万年以上,同时示踪浅层水体氧化还原条件的Ce异常指标也表明在上述两个时期浅层水体亦为缺氧条件;泥页岩δ238U数据变化趋势与碳酸盐岩数据相吻合,表明在埃迪卡拉纪末期到寒武纪早期,海洋的氧化还原状态存在巨大波动。在埃迪卡拉纪末期、寒武纪第二期、第三期中晚期,全球海洋整体为缺氧条件;而在寒武纪幸运期、第三期早期、第四期早期,全球海洋氧化程度很高,很可能接近现代氧化水平,因此海洋氧化还原状态随时间存在显著变化。此外,海水的氧化还原状态在空间上也存在不均一性,即存在动态分层的水体,泥页岩δ15N和Mo,U相关性变化结果显示,在寒武纪早期,陆架边缘地区存在动态分层的海水,表层海水为氧化条件,底层海水为缺氧条件;特别地,寒武纪第三期早期（～521 Ma）陆架地区短暂存在中等深度的硫化水体,表现为沉积黑色页岩具明显低的δ15N值（＜-2‰）和高的Mo含量（＞100ppm）,而硫化水体的出现和消失可能同陆架边缘地区海洋氮循环变化相关。综合以上研究表明,新元古代末期到寒武纪早期,海水不是均一的、持续性的氧化状态,全球海洋氧化还原状态在时间和空间上是存在动态变化的,而这样剧烈变化的海洋环境有助于生物自身的“革新”和“进化”,促进了生物的多样性,很可能是“寒武纪动物大爆发”的诱因之一。寒武纪是地质历史中最显著的“温室时期”,高的CO2浓度和地表温度可能造成大陆化学风化的显著变化,而海洋环境、生物生产力以及生物演化,可能受到大陆化学风化的影响。本文在全球范围内选取大量寒武纪早中期（～541 Ma-500.5 Ma）海相沉积泥页岩,分析其δ7Li组成,以此指这一时期全球大陆化学风化强度的演变。泥页岩δ7Li数据显示,在寒武纪第三期（～521 Ma-514Ma）、第五期（～509 Ma-504.5 Ma）,全球范围内沉积的泥页岩具有很低的δ7Li值（最低接近-6‰,明显低于上地壳平均值～0‰）,指示这两个时期全球大陆平均化学风化强度较高,而第三期和第五期正好对应寒武纪两个最著名的化石动物群,即澄江动物群和布尔吉斯页岩动物群。以上结果表明,全球平均大陆化学风化强度的升高会促进可溶性营养元素（如磷酸根离子）向海洋的输入,有助于海洋初级生产力的增强,对同时期动物的多样化和辐射提供物质和能量基础,此外化学风化的增强使得碎屑沉积物中高岭石比例增加,有助于布尔吉斯页岩型动物化石的保存。