华南纳庆剖面石炭系海相卡西莫夫阶-格舍尔阶环境磁学特征

发布时间：2020-10-31 15:21

　　 石炭纪是晚古生代地球演化的一个重要时期,全球构造活动相对剧烈,并伴随着生物事件和气候变化,是晚古生代冰期发展的重要阶段。冰川的消长导致该时期海平面频繁发生变化,海平面变化最高可达100多米。华南石炭纪晚期卡西莫夫阶-格舍尔阶沉积地层记录了海侵过程,形成十分连续发育的碳酸盐岩沉积,记录了丰富的古气候与古环境信息。本文对华南纳庆剖面石炭纪卡西莫夫阶-格舍尔阶(307.0~298.9 Ma)的沉积地层进行间隔为5 cm的连续采样,并开展详细的环境磁学研究,目的是探讨环境磁学参数如何响应卡西莫夫阶-格舍尔阶古气候古环境变化的影响。研究结果显示,χ值变化范围为(-1.01~6.01)×10~(-8) m~3/kg,平均为1.24×10~-88 m~3/kg,灰质泥岩的χ值一般高于泥粒灰岩。κ-T曲线和磁滞回线测量结果显示,磁性矿物主要是顺磁性的粘土和抗磁性碳酸盐岩,含有少量磁铁矿和高矫顽力矿物(如赤铁矿)。质量磁化率(χ)、非磁滞剩磁磁化率(ARM)和钍元素具有相对应的关系,表明它们可能具有相似的起源,均来自于陆源输入。本文还发现环境磁学参数与牙形石磷灰石的δ~(18)O值具有一致的变化趋势,即当气候变冷时,δ~(18)O的值增大,质量磁化率(χ)、饱和等温剩磁(SIRM)、χ_(ARM)这三个参数的值也随之增大。相反,在进入温暖环境时,δ~(18)O的值减小,χ、SIRM、χ_(ARM)这三个参数的值也变小。因此,环境磁学参数可被用作海洋系统陆源输入和古气候古环境变化的指标,即海平面越低,陆源物质输入越多,χ、SIRM、χ_(ARM)等磁学参数值越高。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：P318.44
【部分图文】：

1第1章引言1.1晚古生代冰期石炭纪是地球系统演化的重要转折点。在冈瓦纳大陆冰川和海西运动的影响下，宾夕法尼亚亚纪的地球气候、周围环境、古地理地貌、生物多样性等在不同程度上都受到了一定的影响（马兆亮等,2013）。劳伦大陆和北非大陆于石炭纪在赤道附近聚合，如图1-1所示，从而引起地球热传导系统和洋流循环体系的变化，大气二氧化碳浓度（ρCO2）减少，冰川的活动增强，有机碳的储藏也随之增大，维管植物繁荣，地球气候变得越来越冷。最终使泥盆纪的“温室地球”变成了石炭纪-二叠纪的“冰室地球”（MontanezandPoulsen,2013）。图1-1晚密西西比亚纪（a）和宾西法尼亚亚纪（b）古地理图（修改自Blakey,2011）晚古生代冰期（LatePaleozoiciceage，LPIA）是典型的“冰室地球”，是显生宙数次冰期中持续时间是最长的一个,长达70Myr（VeeversandPowell,1987；Fieldingetal.,2008;Isbelletal.,2012;MontanezandPoulsen,2013;WaterhouseandShi,2013;DiMichele,2014;Dyeretal.,2017）。LPIA使非洲、印度、澳大利亚、南美等地区在一定程度上受到了影响，后来冰期的影响扩散到中东、南极、西伯利亚等高纬度地区（Bishopetal.,2009;WatersandCondon,2012）。近来的研究发现LPIA并不像之前认为的那样长时间的稳定发展，而是如图1-2所展示的由多个较

2短的冰期或间冰期组成（Isbelletal.,2003,2012;Fieldingetal.,2008a,c）。认为该时期的冰期是一个动态的冰期，具有以下特点：冰川的间歇性出现，间歇性升温导致的冰川增加与减少，少量的冰川从贯穿冈瓦纳大陆南部的冰川中心流失，北半球出现了少量的冰川，并且认为大气CO2的变化是冰川和气候变化最主要的驱动力（Montaezetal.,2016）。受冰川的影响，海平面发生升降变化，大气和海洋随之也发生变化，纬度较低的气候会对纬度较高的气候产生影响并且与之相应的二氧化碳含量的变化而作出反应（Montanezetal.,2007;Poulsenetal.,2007;Soreghanetal.,2008b;Birgenheieretal.,2010;Erosetal.,2012）。图1-2晚古生代冰川的分布（修改自Hortonetal.,2012;MontaezandPoulsen,2013）石炭纪的沉积地层中记录了构造和环境变化信息。因此众多科学家们对石炭纪的环境和气候进行了研究。Miietal.（1999a）指出在泥盆纪末期-石炭纪早期，其实冰川事件就已经开始出现了，伴随着碳氧同位素增大。与此同时期，碳氧同位素的正漂事件也发生在北美和欧洲大陆，尤其对于北美的杜内阶时期内牙形石的碳同位素正偏到千分之七左右（Saltzman,2002）。并且对此时期的氧同位素分析研究也指出了冰期的存在（Joachimskietal.,2007），所以说明在石炭纪的早期冰期就已经存在且具有全球性。在晚维宪阶时期-谢尔普霍夫阶时期，气候变得相对温

4物灭亡事件进行了推测和估计，认为生物的演化过程与寒冷气候和纬度较高的冰川的发生有直接的关系（Wangetal.,2013;Stanleyetal.,2003）。图1-3奥陶纪-二叠纪出生率及灭绝率的变化趋势（空心圆和黑色实心圆分别代表海洋无脊椎动物属的出生和灭绝率。ESERP和LSERP代表早、晚谢尔普霍夫阶；ESAKM和LSAKM代表早、晚萨克马尓阶）（修改自StanleyandPowell,2003）与此同时，陆地植被也发生了大大的转变，初期热带雨林在密西西比亚纪后期形成，并在宾夕法尼亚亚纪的晚期出现明显的更换交替现象（MontafiezandPoulsen,2013;Veeversetal.,2013;Corinne,2016;Chenetal.,2018a）。伴随着陆地地区的扩张，使得陆地植物沿海岸地区向内陆扩张，形成规模很大的丛林和沼泽，从而使这个时期广泛发育了煤炭。所以，该时期一直是备受科学家们关注的一个研究方向。并且有研究指出晚古生代冰期事件对石炭纪生物多样性和陆地植被演化产生了重要影响。如Stanley和Powell（2003）提到在晚古生代冰川时期，海洋表面温度的变化对海洋环流产生了强烈的影响，从而在古特提斯和泛大洋的海洋生态系统之间产生了区域差异，体现了动物群的多样性和丰富性。因此，对石炭纪冰期的研究尤为重要。
【参考文献】

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本文编号：2864125