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埃迪卡拉纪(635-541 Ma)是地球环境变化和生物演替的重要阶段之一,陡山沱组的沉积时间几乎占据整个埃迪卡拉纪持续时间的90%,陡山沱组地层可以分为四个岩性段,在此期间发生了三次显著的碳同位素负偏移事件(EN1、EN2、EN3),其中EN3(Shuram/Wonoka)跨越陡三段上部直至整个陡四段沉积结束,这也是目前整个地质历史时期记录的最强烈且持续时间最长的碳同位素负偏移事件。了解这些事件的发生时间和持续时间及其与生物演化的关系,探讨碳同位素偏移、Gaskiers冰期和埃迪卡拉生物群的起源等事件的驱动机制,是近些年来地球系统科学研究中的一个热点科学问题。目前,由于陡山沱组缺乏高精度的地质年代标尺,导致对这些地质、生物及极端气候事件的演化过程还存在很多争议。我们以天文轨道理论为指导,以华南宜昌地区九龙湾剖面和泗溪剖面为研究对象,通过对地球化学元素含量及磁化率数据作为古气候替代指标对陡山沱组进行旋回地层学研究,建立了连续的高分辨率的天文年代标尺,基于Condon等人报道的陡山沱组发育的三层火山灰同位素绝对年龄数据(635.2±0.6 Ma、632.5±0.5 Ma以及551.1±0.7 Ma)作为绝对年龄控制点,建立了连续的长达~50 Myr的天文年代标尺,为埃迪卡拉纪的极端气候变化事件和生物演化提供了精确的年代约束,在此基础上,进一步探讨这些事件发生及其演变的天文轨道驱动因素,有助于全面了解该地区的地质演化史和全球碳循环变化过程。本文在研究过程中获得以下四点新认识:⑴利用因子分析和层次聚类等方法,对岩石元素含量变化和磁化率数据进行对比分析,发现磁化率、钛和钙元素及铷锶比值等不同古气候替代性指标所指示的古气候意义不同。针对泗溪剖面陡山沱组中部地层(21.1 m)的化学元素含量和磁化率数据序列,利用因子分析和层次聚类等数学统计方法将磁化率(MS)、铁(Fe)、锆(Zr)、钛(Ti)、钾(K)、钙(Ca)和锰(Mn)及铷锶比(Rb/Sr)这8种古气候替代性指标数据序列分为三类Factor 1、Factor 2和Factor 3,对比分析发现Factor 1包括Fe、Zr、Ti、K和Rb/Sr指示了陆源碎屑的输入,这些地球化学元素或者比率可以作为陆源沉积物的替代性指标来重建古气候的变化过程;Factor 2包括Ca与Mn指示了生物成因/古生产力替代指标来重建古气候变化过程;Factor 3是指MS可以间接指示陆源碎屑的输入。这为旋回地层学研究如何选取合理的古气候替代指标提供了保障。⑵通过对九龙湾剖面陡山沱组下部22.3 m的Ca元素和Fe/Ti指标序列进行旋回分析,建立了陡一段和陡二段下部连续的高分辨率的天文年代标尺。通过对华南地区九龙湾剖面陡山沱组下部地层22.3 m的Ca元素与Fe/Ti作为古气候替代指标进行旋回分析,结合野外露头观察,利用估算的陡山沱组平均沉积速率1.83 m/Myr,推算出这个~0.9 m的沉积旋回应该对应于405-kyr的长偏心率旋回周期,识别出27个较为显著的长偏心率周期的沉积旋回,然后利用最为稳定的405-kyr长偏心率周期对Ca和Fe/Ti数据序列进行天文调谐,建立了长达~11.16Myr的高分辨率的浮动天文年代标尺,推算出陡一段即碳同位素负偏移事件EN1的沉积持续时间约为1.6 Myr。结合陡一段与陡二段界线附近的火山灰层U-Pb年龄635.2±0.6 Ma,进而计算出陡山沱组底部的界线年龄为636.8±0.7 Ma,同时发现碳氧同位素变化具有~2 Myr旋回周期的演化规律。⑶通过对九龙湾剖面陡山沱组中部和上部地层进行旋回地层学分析,建立了长~29.7 Myr连续高分辨率的天文年代标尺,估算出EN3事件的精确持续时间。通过对九龙湾剖面陡山沱组中部和上部84.9 m的地层中Fe元素数据序列进行旋回地层分析,根据前面估算的陡山沱组下部地层的平均沉积速率2 m/Myr和功率谱特征,识别出显著的偏心率周期(405-kyr,135-100 kyr),斜率周期(35-25 kyr)和岁差周期(19-16 kyr),一共识别出73个405-kyr长偏心率周期的沉积旋回。利用405-kyr的长偏心率周期对Fe元素的深度域序列进行天文调谐,建立了长达~29.7Myr的连续的高分辨率的天文年代标尺,并进一步计算出陡四段即黑色页岩段的持续时间为7.5±0.1 Myr,EN3(Shuram/Wonoka)的持续时间为~20 Myr。结合陡山沱组顶部附近的火山灰层中U-Pb年龄为551.1±0.7 Ma,推算出陡四段底部的年龄为558.6±0.8 Ma,陡二段/陡三段的界线年龄为579.3±0.8 Ma,碳同位素正偏移事件EP2和碳同位素负偏移事件EN3的起始时间分别为578.1±0.8 Ma和571.1±0.8 Ma,这两次事件发生的时间均晚于~581 Ma出现的Gaskiers冰期事件。这一研究结果为埃迪卡拉纪陡山沱组地层的内部精细划分提供了重要的时间约束。⑷泗溪剖面陡山沱组中部地层天文年代标尺的建立通过对泗溪剖面陡山沱组中部地层(22.1 m)的MS和Fe元素序列进行旋回分析,识别出21个405-kyr长偏心率周期旋回,建立了长~8.46 Myr连续的高分辨率的浮动天文年代标尺。借用九龙湾剖面陡三段/陡二段的界线年龄579.3±0.8 Ma作为年龄“锚点”,重建了584.9-576.4Ma的绝对天文年代标尺,进而计算出第四次碳同位素负偏移事件SN4持续时间为~5.3 Myr(584.6-579.3 Ma)。