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新元古代“雪球地球”假说认为,Marinoan冰期冰盖可能覆盖整个地球表面,对之后的大气和海洋氧化、元素的生物地球化学循环以及真核生物演化产生了深远的影响。720 Ma之前长达10亿年的时间,真核生物从起源到在海洋浮游生物生态系统中占据主导地位之间经历了长期的演化停滞时间,而在“雪球地球”冰期见证了从细菌主导海洋初级生产力到真核生物主导的转变,这是地球历史上最深刻的生态变革之一。这一转变也对水体中硫和碳的生物地球化学循环起到重要的调控作用,并为后来的真核生物多样化和生物进化打下坚实基础。新元古代极端的全球冰期不仅没有阻碍生物的进化,反而成为真核生物进化的有力催化剂。然而,这一过渡时期的海洋氧化还原环境,以及与大气氧含量上升和真核生物如何度过“雪球地球”的极端环境条件,仍是学术界普遍关心但尚未得到清楚回答的科学问题。硫是表生环境中重要的氧化还原敏感元素,其生物地球化学循环与碳、磷和氧的循环作用紧密耦合,也是同位素分馏效应较大的元素之一,在指示地质历史时期海洋环境的变化和探讨早期生命演化信息等方面提供重要的线索。通过沉积岩中的硫酸盐或硫化物的硫同位素研究,可以间接反映地质历史时期海水的硫酸盐浓度,进而揭示大气和海洋的氧浓度变化和生物的演化。然而,同冰期化学沉积岩的缺乏,严重制约了对冰期海洋环境的了解。贵州东部南沱组中发育的白云岩,根据钻孔岩芯反映的地层层序与华南地区南沱组的地层对比,结合白云岩的岩石学特征,证明该白云岩为同冰期自生沉积,白云岩中含有数量不等的黄铁矿,为探讨这一时期南华盆地海洋硫循环提供了理想的材料。研究区位于南华盆地中北部,南沱冰期古地理上处于大陆斜坡位置。南沱组与上覆陡山沱组和下伏大塘坡组地层均呈整合接触,地层完整连续,以杂砾岩为主,夹砂岩和粉砂岩。根据钻孔岩芯中南沱组的岩石组合特征,研究区经历了四次冰川进退,这四次旋回可在南华盆地内进行对比。研究的南沱组白云岩产于南沱冰期初期的第一旋回中部,岩性为微晶至细晶白云岩,厚约5.64 m,与上、下粉砂质泥岩没有明显界线,呈逐渐过渡关系。白云岩中黄铁矿主要以他形和半自形充填于白云石晶体形成的孔隙之间,反映其形成于早期成岩作用阶段。利用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）对采集于贵州松桃一钻孔岩芯（ZK008）南沱组中同冰期白云岩进行了稀土和微量元素分析,结果表明:桃子坪锰矿区钻孔ZK008岩芯中南沱组白云岩稀土元素含量在（10.33～67.91）×10-6之间;Ce/Ce*值范围为0.72～1.12,平均值约为0.97;Fe含量在（1 470～37 200）×10-6之间,平均值约为9 902×10-6;Mn含量在（4 040～17 500）×10-6之间,平均值约10 476×10-6。白云岩中高的铁、锰含量以及Ce无异常,反映南华盆地南沱冰期海洋基本处于富铁缺氧的状态。通过与贵州松桃地区大路锰矿区钻孔ZK505和道坨锰矿区钻孔ZK201岩芯中南沱组白云岩的沉积特征和Ce异常特征的对比分析表明,南华盆地南沱冰期近岸海水氧化程度较高,可能反映了冰川融水是同冰期氧气进入海洋的重要渠道,有氧的滨海区域可能为冰期真核生物提供了栖息场所。采用Delta V Advantage稳定同位素质谱仪分析白云岩的碳、氧同位素,测定结果为:δ18OV-PDB在-16.23‰～-5.73‰之间,δ13CV-PDB在-8.90‰～-6.22‰之间,与冰期前后碳同位素组成对比,δ13CV-PDB具显著低负值特征。综合碳、氧同位素的相关性及微量元素特征,分析表明南沱组同冰期白云岩碳同位素组成代表了原始的沉积记录,白云岩中碳同位素低负值主要是甲烷厌氧氧化的结果。同位素质量平衡计算表明,“雪球地球”期间有机碳具有较高的埋藏比例,为冰期大气中氧气的聚集提供了地球化学依据。对南沱组白云岩中的黄铁矿的硫同位素进行了LA-MC-ICP-MS原位分析,提取了白云岩中的碳酸盐晶格硫酸盐（CAS）进行了硫同位素质谱分析,结果表明:所有被测样品的δ34SPy分析值均为正值,平均值为+28.88‰,中位值为+29.92‰;单个黄铁矿颗粒的硫同位素组成变化幅度极大,从0.46‰到76.48‰,变化幅度达到76.02‰;碳酸盐晶格硫酸盐（CAS）δ34SCAS值范围11.44‰～27.82‰,平均值为19.85‰,远低于黄铁矿样品的平均硫同位素组成。通过白云岩中黄铁矿的产出特征,结合黄铁矿硫同位素随剖面的分布变化情况,推断黄铁矿样品形成于早期成岩阶段,是由上覆水体硫化物扩散进入孔隙水后形成,其硫同位素组成可以反映上覆水体硫同位素特点。通过南沱组白云岩样品中成对的δ34SCAS与δ34SPy关系,黄铁矿硫同位素沿剖面的变化趋势分析,白云岩样品δ34SV-CDT与δ13CV-PDB二者之间相关性分析,反映南沱冰期黄铁矿硫同位素组成可以用封闭系统下的瑞利分馏模型解释,反应南沱时期海水硫酸盐浓度极低,与白云岩中稀土元素和碳同位素地球化学共同揭示的缺氧富铁环境条件一致。综合分析揭示的南沱冰期海洋的硫循环作用如下:气候温暖期,较强的冰下风化作用产生的硫酸盐通过充氧的冰下融水带入冰期海洋,导致滨岸带及附近水体表层呈氧化状态;扩散进入深部水体的硫酸盐经细菌还原作用形成硫化氢,部分硫化氢与水体中铁结合形成黄铁矿,部分硫化氢进一步扩散进入下部沉积物孔隙中,与孔隙水中铁反应形成黄铁矿,由于硫酸盐浓度相对较高（可达1 m M）,此时的CAS和黄铁矿硫同位素分馏值较大;气候寒冷期（“雪球地球”冰期）,由于冰下风化作用极大减弱,冰川融水带入海洋的硫酸盐通量大大降低,海水中硫酸盐浓度降到约65盐浓,瑞利分馏效应导致硫酸盐几乎全部还原成硫化物,导致与冰期海水硫酸盐相同甚至超过同期海水硫同位素的黄铁矿形成。