华南古、中生代之交碳酸盐岩相区生物—环境演变

发布时间：2017-04-14 08:15

  本文关键词：华南古、中生代之交碳酸盐岩相区生物—环境演变，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：二叠纪-三叠纪之交的生物灭绝事件不仅导致了海洋生态系结构的重大转变,同时也伴随有一系列环境变化事件发生。本论文以华南多条碳酸盐岩相二叠系-三叠系界线剖面为主要研究载体,进行了多项古生物学和沉积学研究。通过空间上对不同相区的二叠系-三叠系界线剖面进行综合地层对比,结合时间上对早三叠世的一些特殊沉积物的调查研究,探讨了古、中生代之交,特殊的海洋生态系统和沉积环境演变模式,尝试建立了碳酸盐岩沉积记录、沉积环境和生物变化间的响应机制。为了还原二叠纪-三叠纪之交浅水碳酸盐岩台地相区的生物变化规律,对南盘江盆地中三个不同孤立台地相的二叠系-三叠系界线剖面,进行了系统的有孔虫和沉积微相研究。结果表明,以岩性变化界面为标志：(1)有孔虫化石呈现出截然突变的灭绝模式；(2)二叠系末的浅水开阔台地转变为三叠纪最早期的台内局限环境；(3)二叠纪末期生屑颗粒丰富的正常浅海生态系,被三叠纪最早期生屑颗粒匮乏的微生物岩生态系,突然取代。由于有微生物岩发育的浅水台地相剖面被认为可能存在严重的地层缺失,为了建立更为连续的浅水区生态系转变模式,对江西乐平沿沟二叠系-三叠系界线剖面进行了系统的有孔虫和沉积微相研究。鲕状灰岩的发现指示沿沟地区在二叠纪最末期处于碳酸盐岩台地边缘滩相。有孔虫化石分布和组合分析说明,随着鲕状灰岩的消失,有孔虫发生了从高丰度和高分异度组合到低丰度和低分异度组合的突然转变。鲕状灰岩中所含的包壳有孔虫化石可能指示了当时特殊的海洋物理、化学条件变化。沉积微相分析和生屑颗粒含量统计结果显示,以沿沟剖面为代表的浅水非微生物岩碳酸盐岩滩相地区,在二叠纪-三叠纪之交,发生了由正常开阔浅海生态系-生物匮乏的萧条生态系-局限水体生态系的复杂转变。二叠纪-三叠纪之交的碳酸盐岩沉积研究表明,鲕粒可能是一种异常环境下生屑颗粒减少的补偿颗粒,鲕粒从二叠纪最末期到整个早三叠世在全球范围内都非常发育。为了揭示鲕粒的分布特征和古环境意义,此次详细研究了华南不同层位的鲕粒大小等特征,同时统计了全球20个国家或地区40个地层单位(组)中的鲕粒资料,发现从二叠纪最末期到整个Induan, Smithian-Spathian界线附近和Spathian晚期,鲕粒呈现出全球性的幕式发育规律。通过与温度、氧化还原条件等指标进行比对,发现缺氧事件和生屑颗粒含量对鲕粒的发育和大小有重要影响。测量和统计到的鲕粒大小数据显示,跨过二叠纪-三叠纪界线,鲕粒在全球范围内发生了粒径增大的现象,指示了当时大范围内生态系压力的普遍增强。而在Olenekian,南盘江盆地的鲕粒要明显大于其他地区,可能指示了区域性的生态系高压。二叠纪-三叠纪之交的生物和沉积异常,持续到了早三叠世末期。温度和氧化还原条件被认为是导致生物和沉积异常最为重要的两个因素。华南已经有了二叠纪末期到中三叠世早期的古温度信息,而氧化还原研究则多集中在二叠纪-三叠纪界线附近。为了重建早三叠世长时间尺度的氧化还原条件,此次对位于南盘江盆地的边阳剖面的下三叠统样品,进行了地球化学测试和草莓状黄铁矿粒径大小统计。研究结果显示,在整个Induan, Smithian-Spathian界线附近和Spathian晚期,海水都处于硫化／贫氧状态。通过与区域性的有孔虫资料和全球的游泳动物多样性数据进行比对,发现硫化/贫氧的时期与早三叠世的多次次级生物危机时间相对应,而Smithian早期和Spathian中期可能的氧化事件,是导致某些生物门类较早复苏的重要原因。为了还原二叠纪-三叠纪之交的碳酸盐岩沉积过程和整体演变模式,此次选取了华南不同相区的多条二叠系-三叠系界线剖面进行了高精度的沉积、地层对比。结果显示,二叠纪-三叠纪之交华南碳酸盐岩沉积过程经历了4个阶段：(1)灭绝前的二叠纪末期,碳酸盐岩只沉积在台地相和斜坡相;(2)主幕灭绝线之上的Clarkina meishanensis带,鲜有碳酸盐岩沉积记录；(3)在Hindeodus changxingensis带到H. parvus带,碳酸盐岩沉积区剧烈扩张,从台地相到盆地相都有沉积；(4)富含泥质的碳酸盐岩沉积区扩张在早三叠世长期持续。结合镜下观察记录可以发现,在二叠纪-三叠纪之交,生物骨骼钙化为主的生物沉积,发生了向有微生物参与的化学沉积为主的重要海洋碳酸盐岩沉积转变。在综合分析现有的沉积学和地球化学证据的基础上,参考现代海水碳酸盐饱和度变化原因,认为多种异常地球生物学过程的发生,可能是当时海水碳酸盐岩饱和度剧烈变化的重要原因。由于浅水台地相的地层缺失、台地边缘滩相中包壳有孔虫的形成都可能与海平面变化有关,所以此次研究选取了不同水深的二叠系-三叠系界线剖面进行了高精度的地层对比,揭示了台地相区缺失3个牙形石带,滩相缺失1个牙形石带,斜坡和盆地相区没有明显地层缺失的沉积规律。认为在C. meishanensis带发生了大规模的海退事件,致使浅海区暴露,是造成地层缺失的重要原因。而且根据海平面变化因素分析,建立了温度变化控制海平面变化的驱动机制。提出在二叠纪-三叠纪之交,西伯利亚火山喷发的气候效应：潜在的短暂火山冬天和随后长时间的温室效应,可能是当时全球海平面经历快速下降之后又缓慢上升的主要原因。综上,本文通过研究二叠纪-三叠纪之交浅水碳酸盐岩台地相和浅水碳酸盐岩滩相的有孔虫灭绝过程和沉积微相分析,以及早三叠世碳酸盐岩沉积中鲕粒和草莓状黄铁矿的分布规律,还原了当时浅水相区的生态系转变过程和古海洋状态。同时通过不同相区二叠系-三叠系界线剖面高分辨率的沉积地层对比,还原了二叠纪-三叠纪之交碳酸盐岩沉积和海平面变化规律,探讨了二叠纪-三叠纪之交碳酸盐岩相的生物·环境演变规律。
【关键词】：古生代-中生代之交 碳酸盐岩 沉积微相 有孔虫 鲕粒 草莓状黄铁矿
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P588.245;P534
【目录】：

• 作者简介6-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-16
• 第一章 古、中生代之交突变期研究现状16-27
• §1.1 古、中生代之交突变期研究背景16
• §1.2 古、中生代之交生物演变研究进展16-17
• §1.3 古、中生代之交环境演变研究进展17-22
• 1.3.1 沉积地球化学标志17-18
• 1.3.2 沉积学环境指标18-19
• 1.3.3 岩石学环境指标19-22
• §1.4 华南古、中生代之交地层记录的区域特征22-24
• §1.5 选题目的和研究意义24-27
• 1.5.1 二叠纪-三叠纪之交的浅海生态系演变24-25
• 1.5.2 古、中生代突变期的古海洋状态25
• 1.5.3 古、中生代的碳酸盐岩沉积过程和事件25-27
• 第二章 研究方法和材料27-33
• §2.1 研究方法27-28
• 2.1.1 微相研究27
• 2.1.2 生屑颗粒和有孔虫研究27
• 2.1.3 沉积物和沉积矿物研究27-28
• §2.2 研究剖面28-33
• 2.2.1 有孔虫和沉积微相研究剖面28-31
• 2.2.2 鲕粒和草莓状黄铁矿研究剖面31-33
• 第三章 浅水微生物岩相二叠系-三叠系界线剖面有孔虫和沉积微相研究33-44
• §3.1 研究背景33
• §3.2 贵州瓮纳剖面研究结果33-37
• 3.2.1 有孔虫研究33-35
• 3.2.2 沉积微相分析35-37
• §3.3 广西太平剖面研究结果37-40
• 3.3.1 有孔虫研究37-38
• 3.3.2 微相分析38-40
• §3.4 越南LUNG CAM剖面研究结果40-42
• 3.4.1 有孔虫研究40-41
• 3.4.2 沉积微相分析41-42
• §3.5 浅水微生物岩相生态系演变模式42-44
• 第四章 浅水非微生物岩相二叠系-三叠系界线剖面有孔虫和沉积微相研究44-59
• §4.1 研究背景44
• §4.2 沿沟二叠系-三叠系界线剖面有孔虫灭绝过程研究44-47
• §4.3 沿沟二叠系-三叠系界线剖面沉积微相研究47-51
• §4.4 沿沟二叠系-三叠系界线剖面的异常沉积物51-57
• 4.4.1 鲕状灰岩：生物灭绝事件的第一次沉积响应53-55
• 4.4.2 深色介壳泥晶灰岩：生物灭绝事件的第二次沉积响应55-57
• §4.5 浅水非微生物岩碳酸盐岩相的生态系演变模式57-59
• 第五章 二叠纪末-早三叠世鲕粒的分布和大小变化59-73
• §5.1 研究背景59-60
• §5.2 华南鲕粒粒径的时空分异60-63
• §5.3 全球二叠纪末期到早三叠世的鲕粒分布63-65
• 5.3.1 东特提斯洋区63-64
• 5.3.2 西特提斯样区64
• 5.3.3 西米里和阿拉伯板块64
• 5.3.4 泛大洋和其他地区64-65
• §5.4 早三叠世鲕粒的分布和大小分异65-66
• 5.4.1 全球早三叠世鲕粒的时间分布规律65
• 5.4.2 全球早三叠世鲕粒粒径的大小分异65-66
• §5.5 鲕粒粒径的控制因素和古海洋古环境意义66-73
• 第六章 华南早三叠世氧化还原条件变化73-82
• §6.1 研究背景73-74
• §6.2 草莓状黄铁矿粒径大小和S/TOC比值74-76
• §6.3 氧化还原条件重建76-77
• §6.4 古海洋和古环境意义77-82
• 第七章 二叠纪-三叠纪之交碳酸盐岩沉积过程82-94
• §7.1 研究背景82-83
• §7.2 主幕灭绝后碳酸盐岩沉积区的快速消减和扩张83-87
• §7.3 碳酸盐岩饱和度变化的驱动机制87-91
• 7.3.1 海洋酸化假说87-89
• 7.3.2 上升流假说89-90
• 7.3.3 海水厌氧氧化假说90-91
• §7.4 碳酸盐岩沉积变化的古环境意义91-94
• 第八章 二叠纪-三叠纪之交的海平面变化过程还原94-103
• §8.1 研究背景94-95
• §8.2 研究材料95-97
• §8.3 二叠纪-三叠纪之交海平面变化过程还原97-99
• §8.4 海平面变化的驱动机制99-100
• §8.5 海平面变化与生物灭绝事件的联系100-103
• 第九章 结论103-105
• 致谢105-107
• 参考文献107-128
• 附表1 打讲,沿沟,煤山和上寺剖面化石名单128-133

【参考文献】

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本文编号：305595