中上扬子区奥陶—志留之交无机碳同位素负漂移事件及其成因探讨

发布时间：2020-07-30 13:15

【摘要】：晚奥陶世赫南特冰期作为地质历史时期一次重要的冰川事件,在短暂的0.8 m.y.～1.3 m.y.内发生了一系列环境和生物演化事件,包括全球气候变冷、海平面大幅度下降以及显生宙以来第二大生物灭绝事件。全球多个剖面记录了一次快速而剧烈的碳循环扰动——HICE事件(Hirnantian Isotopic Curve Excursion),即全球有机碳及无机碳同位素的明显正偏事件。然而,中上扬子地区的赫南特阶却表现出了不同于HICE事件的无机碳的负漂移异常现象。因此,研究该负漂移异常现象的成因对于探究奥陶纪末冰期前后扬子海的碳库扰动、海水化学环境变化以及生物灭绝事件均具有重要意义。本文选取了中上扬子区4条典型的奥陶-志留之交剖面进行野外考察及连续采集,分别将湖北宜昌王家湾小河边剖面、湖北宜昌黄花场剖面、湖北秭归庙垭乡剖面及重庆綦江观音桥剖面中出露的赫南特阶地层作为重点研究对象,实地观察和系统采集了4条剖面中自下而上依次发育的五峰组上部黑色笔石页岩、观音桥层灰黑色泥灰岩和钙质泥岩以及龙马溪组底部黑色笔石页岩。作为碳氧稳定同位素测试的重要载体,上奥陶统观音桥层泥灰岩为一套以泥质灰岩为主的浅水沉积,保存有丰富的赫南特贝动物群(Hirnantia fauna),地层厚度不超过1 m,代表了赫南特冰盛期海平面最低时期的沉积记录。本文对4条研究剖面进行了高分辨率的碳、氧稳定同位素测试,结合前人研究数据,建立了中上扬子区奥陶-志留纪界线的高分辨率碳氧稳定同位素地层。结果显示,各个剖面的无机碳同位素曲线均在观音桥层呈现出一次明显的负漂移趋势,由远岸较深水剖面至近岸较浅水剖面,该负偏趋势越来越弱。排除了成岩作用改造的影响之后,本文认为此次明显的δ13Ccarb负漂移事件指示了观音桥层沉积环境的突然变化,该变化仅局限于赫南特期的扬子海盆,反映在冰盛期海平面下降时大量额外的轻碳(12C)组份加入了溶解无机碳库(DIC库),其来源可能与海底甲烷的有氧以及厌氧氧化(AOM)反应或有机质的有氧及厌氧氧化过程有关。结合各剖面的古水深、古氧相、显微岩相、硫同位素及有机碳同位素曲线等数据,本文初步构建了赫南特冰期及其前后的扬子海盆DIC库扰动及海水化学变化模型,认为晚奥陶世凯迪期至赫南特初期,扬子海维持严格的氧化还原分层状态,并且深部海水缺氧。进入赫南特中期,随着南极冰盖的迅速扩张,扬子海海平面大幅下降,致使陆架边缘海底赋存的甲烷水合物因静水压力降低而失去稳定,释放出大量甲烷气体在沉积物以及水柱中发生了有氧以及厌氧氧化反应,该过程会降低海水硫酸盐的浓度,其与有机碳的氧化作用一起向海水DIC库中加入大量额外12C,改变了海水的碳同位素组成,直接或间接促进了硫化水体向深部迁移与扩张。赫南特末期冰期结束后海平面上升,海底水合物系统重新稳定,甲烷释放以及氧化过程终止,扬子海DIC库组成与海水化学分层状态恢复至冰期前的水平。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P597;P534.4

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