硅质岩是一种特殊类型的富硅化学沉积岩,广泛分布于前寒武纪地层到现代大洋沉积物之中。硅质岩成因信息可以探讨盆地沉积充填的动力学演化,解读地球岩石圈、生物圈和水圈的硅循环。地质历史时期,二叠纪全球性地层富集生物硅,为二叠纪硅质沉积事件。古特提斯洋东部边缘海盆地(华北、华南)二叠纪硅质沉积同时受控于硅质生物繁盛和硅质热水沉积,与全球性生物硅形成有显著差异。因此,本博士论文将重点探讨古特提斯洋东部边缘海盆地内硅质岩成因及其所记录的古地理、古构造、古海洋和古气候信息,明确古特提斯多岛洋体系内硅质富集与泛大洋硅质岩沉积响应机制的异同。本论文的第一个研究内容针对华北、华南地区二叠纪硅质岩的分布与成因展开。探讨多个二叠纪典型硅质岩剖面的岩石学、矿物学、地球化学特征,明确硅质岩的时空展布、沉积环境、成因类型及硅质来源。华北地区二叠纪硅质沉积富集于早二叠世太原组和晚二叠世上石盒子组的海陆交互相地层,陆相地层不含硅质岩。早二叠世,华北南部陆表海碳酸盐岩台地发育结核状硅质岩,河南焦作、禹州2个剖面硅质岩主要由微石英、玉髓以及方解石组成,不含硅质生物化石;元素及硅氧同位素地球化学特征指示典型的热水成因,硅质来源于同时期的构造-岩浆-海底热水活动。上石盒子组薄层海绵硅质岩夹于灰绿色泥岩之中,矿物成分以微石英为主,富含海绵骨针等硅质生物;生物硅繁盛受控于古海洋海侵和陆地火山物质输入的双重约束。华南二叠纪硅质岩分布广泛,中晚二叠世海相地层富含结核状硅质岩和层状硅质岩。中二叠世栖霞期,华南碳酸盐岩台地发育结核状硅质岩,下扬子巢湖、宿松,上扬子松滋、来宾等4个剖面硅质岩的岩矿、地化特征显示,栖霞组结核状硅质岩有着统一的生物成因特征。中二叠世茅口期,华南地区碳酸盐岩台地-台盆相间沉积环境发育了时空交错的结核状硅质岩和层状硅质岩,下扬子巢湖、宿松,上扬子松滋、恩施、石柱、广元、来宾等6个剖面对比分析,厘定以鄂渝交界为界限,以东为生物成因硅质岩,以西为热水成因硅质岩。晚二叠世吴家坪期和长兴期,继承性的台-盆相间古地理格局控制了结核状硅质岩、层状硅质岩的分布,下扬子巢湖、宿松,上扬子松滋、恩施、广元、来宾、扶绥等7个剖面对比分析,限定了热水成因硅质岩仅分布于上扬子北的川渝一带,滇黔桂地区硅质沉积受热水作用影响,其他地区以生物成因硅质岩为主。本论文的第二个研究内容针对生物成因层状硅质岩-泥岩的旋回地层学展开。对下扬子巢湖地区中二叠统孤峰组放射虫硅质岩-泥岩韵律层进行天文调谐,以期发现千年尺度的米兰科维奇信号,揭示硅质岩中的古气候记录。依据硅质丰度在岩性序列上的变化,放射虫硅质岩-泥岩的厚度变化数据可以转变为1-0箱状序列,能够识别地层余域中的13 cm-20 cm波长旋回代表中二叠世斜率周期32-kyr旋回。通过斜率调谐、长岁差调谐和二次斜率调谐,在频率域中出现了偏心率、斜率和岁差信号的有序分布,同时出现岁差的调制周期400-kyr。运用斜率调谐的时间序列,能够建立起长达4.7 Ma的中二叠世硅质岩天文年代标尺。华南巢湖地区古热带气候下沉积的硅质岩-泥岩韵律层赋存斜率和岁差两种天文旋回信号,古气候驱动机制来源于两方面:一方面季风气候控制的上升流促使硅质生物周期性繁盛,另一方面是南半球冈瓦纳大陆冰川消融导致的海平面升降则控制陆源泥质的周期性输入。本论文的第三个研究内容针对硅质岩对地质事件的沉积响机制应展开。综合东古特提斯洋大陆边缘盆地二叠纪硅质岩成因分布特征,探讨硅质沉积对同时期古地理、古构造、古海洋演化的沉积响应机制。总体而言,古地理演化控制了东古特提斯大陆边缘硅质岩分布,硅质沉积仅限于浅海碳酸盐岩台地、台地边缘以及深水盆地。华北地区早二叠硅质沉积揭示了同时期的构造-岩浆-热水活动受控于南北古大洋消亡、俯冲导致的板块活化;海侵时期区域构造导致岩浆上涌,向碳酸盐岩台地输入硅质热水。晚二叠世硅质沉积记录了局限海侵产生深水盆地适宜硅质海绵生长;陆源输入富含火山物质,促进海绵生物生产力繁盛。华南地区,中二叠统栖霞组结核状硅质岩与同时期古海洋富硅及上升流、洋流导致的大范围硅质生物繁盛相关。而后的中晚二叠世硅质沉积整体上呈现出下扬子和上扬子地区的成因差异:下扬子地区中晚二叠世硅质岩是典型的生物成因硅质岩,放射虫硅质岩-泥岩韵律层表现出明显的古气候驱动模式,有助于在其他硅质岩-泥岩(灰岩)韵律层段中揭示古海洋、古气候信息。上扬子地区(现今湖北以西、以南)中晚二叠世的硅质岩表现出强烈的热水沉积作用,且热水沉积活动的中心区域在川渝一带。中晚二叠世之交上扬子西北缘的峨眉山玄武岩喷发及地幔柱活动引起的深大断裂活动,促发了硅质热水沉积事件,热水硅质岩或可示踪峨眉山大火成岩省及同期地幔柱在盆地的沉积响应。