论文部分内容阅读
晚二叠世末期见证了地球历史上最大的一次生物大灭绝事件,紧随其后的早三叠世更是经历极其缓慢的生物复苏,复杂后生动物生物礁的重建以及有机质养分的上涌更是直到中三叠世安尼期才逐渐形成,与此同时完成古生代海洋结构转向中生代海洋结构的巨大海洋生态系统转变。在这一极端气候条件下,生物与环境的协同演化一直是国际上研究热点问题,华南板块上多条剖面的系统综合地层研究,主要包含以牙形石为主的生物地层研究,锆石定年研究,以及大量地球化学生态环境变化研究,均彰显了华南板块的良好研究基础,然而如何将华南板块研究中记录的全球事件与其它沉积区进行对比,仍存在较大问题。古地磁极性地层研究作为一种具有全球等时性的地层研究手段,通过结合牙形石生物地层格架,天文旋回的周期性震荡,以及碳、氧稳定同位素的趋势和快速偏转,可获得综合古地磁极性年代格架,基于此可与陆相地层以及不具有良好化石记录的海相地层间进行对比,同时可服务于研究不同沉积体系下全球环境的协同演化。为建立牙形石生物地层-碳同位素-古地磁极性地层综合地层格架,此次研究选定了华南板块上8条从上二叠统长兴阶至中三叠统安尼阶剖面,依次主要为长兴阶-煤山剖面,上寺剖面;印度阶以及奥伦尼克阶-谢家槽剖面,雪玉洞剖面,幼平剖面,拉仁剖面;奥伦尼克阶-安尼阶界线-幼平剖面,湾头剖面;安尼阶-四大寨剖面,以及1条华北板块上二叠统-下三叠统陆相沉积大雨淋剖面以作对比。1.煤山剖面（浙江湖州长兴县,长兴阶、印度阶底部金钉子剖面）,作为长兴阶以及印度阶底部全球层型剖面和点（Global Stratotype Section and Point,GSSP）剖面,其古地磁极性地层格架在前人研究中存在较大争议,此次研究主要对于长兴阶内进行验证性研究。通过分析此次研究数据以及前人研究结果,在煤山剖面划分由老至新MS0-MS4极性地层带,结合牙形石生物地层等综合研究,可见从吴家坪阶上部至印度阶底部的牙形石-古地磁极性地层时间格架。2.上寺剖面（四川广元,长兴阶下斜坡-深陆棚相、早三叠世潮坪相剖面）曾作为印度阶底界的备选GSSP剖面,同样具有良好的研究基础,且其前人研究中极性地层格架较为统一,此次研究对于前人研究的原始数据进行重新分析,基于牙形石生物地层格架研究,可见从老至新的SS1-SS3n极性地层带,该剖面上牙形石生物地层-古地磁地层格架研究以吴家坪阶上部为始,至印度阶底部而止。3.谢家槽剖面（四川广安市,下三叠统浅水碳酸盐岩台地相）上由老到新可见XJ1-XJ7极性地层带,结合全岩碳同位素偏转以及牙形石生物地层研究等,可见该剖面包含晚二叠世长兴阶顶部,至早三叠世斯帕斯亚阶（Spathian）近顶部,主要可见二叠系-三叠系界线（Permian-Triassic boundary,PTB）附近N1碳同位素负偏峰值于XJ1n底界;印度阶-奥伦尼克阶界线（Induan-Olenekian boundary,IOB）附近P1碳同位素正偏峰值于XJ3n附近;斯密斯亚阶-斯帕斯亚阶（Smithian-Spathian boundary,SSB）附近P2碳同位素峰值以及SSB标准化石牙形石Novispathodus pingdingshanensis的首现,于XJ5n中部;斯帕斯亚阶中上部的P3碳同位素正偏的开始于XJ7n中部。雪玉洞剖面（重庆丰都区,下三叠统浅水碳酸盐岩台地相）上由老到新可见XY0r-XY5n极性地层带,基于其与谢家槽剖面处于相同相区,可将XY3n-XY4n即位于夜郎组第四段至嘉陵江组第一段的正极性带,与XJ3n进行对比,余者类推。4.幼平剖面（广西百色市乐业县,上二叠统-中三叠统碳酸盐岩-碎屑岩盆地相）根据野外对比,区分为幼平I以及幼平II剖面。幼平I剖面上可见从老至新YPI0r至YPI4n极性带,结合前人研究牙形石/菊石生物地层-碳同位素地层等,主要可见PTB附近牙形石Hindeodus parvus的首现可对比至YPI1n底部;YPI2r.1n底部可与斯密斯亚阶底部菊石层（Flemingites）对比;SSB碳同位素正偏P2峰值与YPI3n顶部对比。幼平II剖面可见从老至新的YPII0r-YPII4r极性地层,同时此文针对奥伦尼克阶-安尼阶界线（Olenekian-Anisian boundary,OAB）附近牙形石生物地层的研究,划分了从老至新的牙形石带,Triassospathodus brochus-Gladigondolella carinata-Chiosella gondolelloides-Chiosella timorensis sensu stricto-Magnigondolella alexanderi,这牙形石一序列可与全球牙形石生物地层研究以及全球碳同位素曲线进行对比,而OAB标准化石Ch.timorensis s.s.的首现,则仅稍高于YPII1n.2n顶界,以及稍低于斯帕斯亚阶中上部碳同位素正偏P3的峰值。5.拉仁剖面（广西河池市凤山县,下三叠统斯密斯亚阶深水盆地相）上从老至新仅可见LR0r-LR1n,结合前人针对该剖面研究对比,可见SS界线标准分子Novispathodus pingdingshanensis的首现稍高于LR1n顶部,斯密斯亚阶近底部菊石层（Flemingites）以及全岩碳同位素负偏N2位于LR0r底部,因此拉仁剖面古地磁极性结果当包含绝大部分斯密斯亚阶地层磁性特征。6.湾头剖面（广西河池市凤山县,下-中三叠统界线附近碳酸盐岩-碎屑岩盆地相）上从老到新可见WT1-WT2极性地层带,同时结合牙形石生物地层和全岩碳同位素的研究作为补充,均可见湾头剖面为斯帕斯亚阶近顶部至安尼阶底部沉积,可见主要对比锚点为斯帕斯亚阶中上部碳同位素正偏P3始于WT1n内等。结合前人湾头剖面的牙形石生物研究中,划分了Tr.brochus-Gl.carinata-Ch.timorensis s.s.-Gl.tethydis牙形石带,可与幼平II剖面以及全球其它地区进行对比,且碳同位素的偏转间同样可对比,从而可见OAB界线标准化石Ch.timorensis s.s.的首现,仅稍高于WT1r.4n顶界,以及稍低于碳同位素正偏P3的峰值以及随后的平台期。7.四大寨剖面（贵州省安顺市紫云苗族布依族自治县,深水盆地相）上可见从老至新SDJ1-SDJ5极性带,结合前人研究中牙形石生物地层格架,可见剖面始于安尼阶底部,终于近安尼阶顶部,可见主要对比锚点为:OAB界线标准化石Ch.timorensis s.s.的首现稍低于SDJ1n,佩尔松亚阶（Pelsonian）底界标准化石Paragondolella bulgarica的首现接近SDJ3n底界。8.华北板块河湖相的大雨淋剖面（河南洛阳市宜阳县）,其由老至新可见DY1n-DY5n极性带,结合前人研究中下孙家沟组内有机碳同位素负偏研究,可见剖面始于晚二叠世长兴阶上部,终于斯密斯亚阶上部,而此次研究将为华北板块陆相地层与华南板块海相地层间的对比研究提供年龄格架。以上研究为古-中生代之交（长兴阶-安尼阶）综合地层格架的建立提供了研究基础,这些研究中新获取的古地磁极性地层格架和其它研究区古地磁极性地层格架研究结果更加具有类比性,且对于主要极性带年代提供了基于天文旋回年龄和放射性定年的验证和改进。1.上二叠统长兴阶:以煤山和上寺剖面为主,结合前人其它研究剖面可对长兴阶天文旋回年龄调谐古地磁极性地层-牙形石生物地层综合时间格架进行组建可见,长兴阶的下部Clarkina wangi以及C.subcarinata带以正极性为主（LP2n,LP=Lopingian,乐平统,定名方式见Hounslow,2016）,其内具有两个主要反极性带（LP2n.1r/2r）;LP2r始于C.changxingensis带底部往上约25%。煤山和上寺剖面的牙形石生物地层研究中指出长兴阶中的LP3n正极性带位于接近C.changxingensis带顶部,然而长兴阶中部的极性地层格架仍待更多具有良好牙形石生物地层格架以及古地磁极性信号的剖面以进行验证。C.yini带内具有一较短正极性带（LP3r.1n）,LT1n（印度阶底部正极性带,LT=lower Triassic）的底界与C.meishanensis的首现,即与晚二叠世生物大灭绝的开端是等时的。基于煤山D（GSSPs）剖面上二叠系-三叠系界线上下的火山灰层的放射性年龄研究,可见LT1n的底界仅老于PTB约50kyr;这一结果与修订后的上寺剖面于德国盆地研究中天文旋回-古地磁极性地层研究上推测PTB界线与LT1n底界的相对位置结果一致,而PTB与LT1n底界间的相对位置同样可与其它相区的研究剖面上进行对比。2.下三叠统印度阶:由于前人在巢湖剖面具有较好的研究基础,此次研究中印度阶主体磁性地层序列等进行较大更改,根据此次研究中补充剖面以及全球其它相区间的对比,于LT1n上部和下部均可见较短反极性带（LT1n.1r,LT1n.2r）,LT2n同上,以及重新厘定Nv.waageni eowaageni（IOB界线标准牙形石化石）与LT3n底界间年龄间隔。3.下三叠统奥伦尼克阶:前人斯密斯亚阶古地磁极性地层格架研究以华南关刀碳酸盐岩相剖面-挪威Vikinghogda碎屑岩相剖面为主要参考剖面,组建的斯密斯亚阶综合GPTS（Global geomagnetic polarity timescale全球古地磁极性地层时间格架）以LT3nLT6n为主要极性地层特征。与此次研究中反极性为主的斯密斯亚阶极性地层特征（谢家槽-拉仁-雪玉洞）存在一定差异,如LT4n的未发现,较短的LT5n,然可见LT3n/CG6n与碳同位素正偏P1的峰值近等时,与LT6n/CG8n近顶部可见碳同位素正偏P2以及典型斯帕斯亚阶牙形石Nv.pingdingshanensis的首现。前人研究中较长的LT5n/CG7n可能受到斜率旋回（火星与地球倾斜度交角旋回）主导的影响,如前人研究的德国盆地中可能将s3.10-s3.11-s3.12-s4.1（3.5个沉积物向上变细的序列）将实为32.8kyr斜率旋回,误判为100kyr短偏心率旋回,故而此次研究中LT5n极性带的延限约为0.12myr。基于与巢湖剖面古地磁极-天文旋回年龄格架对比,可见德国盆地的印度阶内CG3n+CG4n（LT1n）,CG5n（LT5n）的延限研究中亦可见这一斜率旋回主导的约束。斯帕斯亚阶的古地磁极性地层格架则在验证对比中,幼平剖面链接了巢湖马家山剖面以及德国盆地的天文旋回年龄格架下的古地磁极性地层格架,并和全球其它地区同样保持相对较好的可对比性,主要验证斯帕斯亚阶下部LT6-LT9的正极性为主的极性地层格架,以及斯帕斯亚阶上部的反极性带（LT9r）。4.湾头和幼平II剖面上岩石地层学、牙形石生物地层、菊石生物地层、古地磁极性地层、全岩碳同位素、牙形石磷灰石氧同位素以及其估算的古海水表层水温度,ID-TIMS U-Pb锆石定年的综合研究,提供了详细的下-中三叠统界线附近高分辨率综合地层研究。斯帕斯亚阶的上部的古地磁极性地层格架为正极性（极性带LT9n）,其内包含有典型斯帕斯期牙形石分子（Triassospathodus homeri和Gladigondolella carinata）的首现,斯帕斯亚阶顶部的菊石带Neopopanoceras haugi,和斯帕斯亚阶中上部全岩碳同位素正偏P3的开始。其上覆的反极性带（LT9r）内包含有两个较短的正极性带（MT1n和MT2n）,这一特征可在其它数个海相和陆相剖面进行对比。牙形石Chiosella timorensis sensu stricto,这一被视作安尼阶底部界线的全球标志化石,位于MT1n上方,且稍低于全岩碳同位素正偏P3的峰值。湾头和幼平II剖面中安尼阶底部的古地磁极性地层格架以正极性带为主（MT3n,其内包含一个主要反极性带MT3n.1r）,其内包含有典型安尼阶牙形石分子（Gladigondolella tethydis/Magnigondolella alexanderi）的首现,以及全岩碳同位素正偏P3峰值的平台（稳定于+4‰）。牙形石Ch.timorensis s.s.的首现,短暂正极性带（MT1n）,以及碳同位素的正偏P3的峰值,以上特征均可视作下-中三叠统界线全球对比的标志。5.中三叠统安尼阶:基于牙形石生物地层和与关刀剖面古地磁极性地层的对比,可见幼平剖面上具有安尼阶底部艾格亚阶（Aegean）-毕塞妮亚阶（Bithynian）磁极性地层格架（MT1n-MT4r）,而四大寨剖面则可见几乎具有完整的安尼阶地层,其中佩尔松亚阶（Pelsonian）底部标准分子牙形石Pa.bulgarica的首现位于四大寨剖面上SDJ3n底部,SDJ3n可与MT4n（Hounslow and Muttoni（2010））进行对比,完善了安尼阶内以关刀剖面研究为主的牙形石生物地层-古地磁极性地层综合时间格架对比。基于此次研究中所总结的古生代-中生代综合地层年龄格架的研究,以早三叠世为例,对比研究在晚二叠世生物大灭绝后,气候变化风云诡谲的早三叠世,如温室气候等全球事件,在不同相区的影响,以及天文旋回对于全球气候的影响,主要可见:1.陆相剖面-大雨淋剖面,其碎屑类型与华南等记录的古海水温度存在一定耦合,高温期以红色泥岩粉砂岩等细粒碎屑沉积物为主,而低温期则以砂岩等较粗碎屑物为主。2.全球海相地层中,中低纬度的华南-喜马拉雅地区-意大利Dolomites地区,与高纬度的挪威北极Svalbard盆地和加拿大北极Sverdrup盆地,根据牙形石生物地层-碳同位素-古地磁极性地层综合地层格架可完成对比,验证全球海平面的变化跨纬度的多相区对比,以及验证火星与地球倾斜度交角（斜率）的旋回主导会导致热量、湿度和降水量的变化,从而在其影响的峰值上驱动古海洋表层水温度下降、海平面的下降、大洋环流的逐渐恢复而导致的大洋氧化。