中国西南部地区卡尼期危机及其成因探讨

卡尼期是全球古气候变化显著、特提斯域沉积发生突然转折的时期。欧洲学者基于阿尔卑斯地区(奥地利、意大利)卡尼阶岩性从碳酸盐岩到黑色页岩、碎屑岩的等时性变化,以及相应的碳酸盐台地古生物的死亡,提出了卡尼期危机、碳酸盐生产力危机、卡尼期多雨事件、Reingraben转换,以及黑色页岩事件等概念;这些现象在喜马拉雅Spiti盆地、伊朗、印度尼西亚等地亦有显示。在东特提斯(中国西南部)地区的卡尼阶中也表现为岩性和古生物的变化,但尚未引起国内研究者的重视。与古特提斯西部、印度喜马拉雅等地卡尼阶相似,中国西南部特提斯域所见的卡尼期碳酸盐岩沉积(如海绵礁灰岩)被灰黑色、深灰色页岩(或深色板岩)或中酸性火山岩覆盖,显示该时期碳酸盐生产的突然中止、生物礁的突然死亡和岩性的急剧变化。我们认为晚三叠世巨型季风和古特提斯周缘地区(尤其是中国南方地区)的造山运动及火山作用、变质作用,使大气CO2浓度增加、泛大洋东部海域(古太平洋)向特提斯海水汽输入增强,特提斯海沿岸地区相对干旱的气候向相对潮湿的气候变化,更潮湿的古气候与相对高浓度的大气CO2共同作用使大陆风化速率增高,陆源硅质碎屑输入增多,造成了卡尼期危机。     

晚三叠世卡尼期碳酸盐生产危机在东特提斯地区的地质记录

欧洲学者基于阿尔卑斯地区上三叠统卡尼阶地质研究提出卡尼期碳酸盐生产危机(carbonate productivity crisis)或者卡尼期洪水事件(Carnian Pluvial Event)的概念,其主要表现为黑色页岩(或绿色页岩、放射虫硅质岩)覆盖于特提斯范围的碳酸盐岩之上,反映了早、晚卡尼期界面处一次明显的碳酸盐沉积中止事件,之上沉积有厚度逐步增加的硅质碎屑岩;这一地质现象在东特提斯地区(中国)卡尼阶中亦有显现,但远未引起重视。实际野外地质调查与前人文献显示,与古特提斯西部、喜马拉雅等地卡尼阶类似,在中国西南部古特提斯范围内的四川盆地西缘、黔中、滇西北、金沙江沿岸等地,卡尼期碳酸盐岩沉积多被一套灰黑色、深灰色页岩(或深色板岩)及之上的陆源碎屑岩覆盖,显示该时期碳酸盐生产的突然中止和生物礁的突然死亡。卡尼期特提斯范围的构造变动很可能对晚三叠世巨型季风气候造成巨大影响,古太平洋暖流向特提斯地区水汽输入增强,相对干旱的气候向相对潮湿的气候转换,大陆风化速率增加,陆源硅质碎屑输入增多,造成了这一显著的地质事件。     

晚三叠世卡尼期黑色页岩事件在龙门山地区的沉积学和古生物学响应

龙门山前缘地区卡尼阶-诺利阶马鞍塘组中部发育一套薄-中层状黑灰色、灰黑色、黑色（含介壳）钙质泥（页）岩,在该套岩石中瓣鳃类生物多见,原生二价金属硫化物（黄铁矿）发育,水平层理发育,显示着低能环境贫氧条件的典型特征。与马鞍塘组中部黑灰色、灰黑色钙质泥（页）岩相当层位的卡尼期晚期沉积,在松潘-甘孜地区、昌都地区、可可西里地区均可见到,多显示为黑色、灰黑色色调,岩性为泥（页）岩或粉砂质板岩、钙质板岩,反映了一次黑色页岩地质事件在中国西部古特提斯东部地区产生了大范围的影响。全球对比表明,该套深色泥（页）岩在西特提斯、印度喜玛拉雅等地均有分布,覆盖在卡尼期早期碳酸盐沉积之上。据此,作者认为晚三叠世卡尼期特提斯范围的黑色页岩事件,很有可能与卡尼期全球性的碳酸盐生产危机有关,马鞍塘组中部发育的深色泥（页）岩即是此次事件在扬子地台西缘的反映。根据对川西北地区绵竹汉旺、安县雎水、江油马鞍塘等剖面的实际考察与研究,认为代表缺氧事件沉积的马鞍塘组中部黑灰色泥（页）岩之下为卡尼阶灰岩段（即汉旺组中下部灰岩段,主要为鲕粒灰岩、海绵礁灰岩等）,之上为诺利阶灰色粉、细砂岩夹灰岩、泥岩段（相当于石元组）。黑灰色钙质泥（页）岩不仅是该组岩性变化的转折点,亦是古生物、古生态急剧变化的转折点。在马鞍塘组下部广泛可见的六射海绵、海百合、苔藓虫、珊瑚等海相化石在马鞍塘组中上部地层（上卡尼阶至诺利阶底部）中很少看到,仅见丰富的瓣鳃类、菊石、腕足类等有壳类动物化石。
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川西北地区晚三叠世卡尼期洪水事件沉积的碳、氧同位素记录*

川西北地区绵竹和安县等地发育的下卡尼阶岩性以灰色鲕粒灰岩、海绵礁丘粘结及障积成因的凝块石灰岩为主,上卡尼阶岩性突变为灰黑色页岩、粉砂岩,这与西特提斯地区卡尼阶在岩性和颜色上有很大的相似性。本次研究用激光微区碳、氧同位素测试方法分析了川西北地区卡尼阶中有孔虫、双壳类及腕足类化石壳体和植物叶片化石的碳、氧同位素,结果显示上卡尼阶化石中氧同位素值较下卡尼阶略有变小,上卡尼阶泥质粉砂岩中化石的碳同位素较下卡尼阶灰岩明显变小,可能反映了淡水输入的影响。结合研究区卡尼阶的沉积学特征,笔者认为川西北地区同样受到卡尼期洪水事件的强烈影响,潮湿气候条件下的淡水输入是造成川西北地区海绵礁（丘）大量周期性死亡及最后消失的影响因素之一。     

陆地沉积物对大洋缺氧事件的响应：六盘山群黑色页岩地球化学特征及其意义

通过对六盘山群中上部湖相沉积中一层黑色页岩年代（113.45~112.98 Ma）及其下部泥灰岩的元素地球化学特征研究发现,黑色页岩形成于干热而相对湿润气候背景下的缺氧还原环境中,与典型缺氧事件黑色页岩的地球化学特征基本一致,说明该黑色页岩记录了六盘山地区对全球白垩纪大洋缺氧事件OAE1b (约113～111 Ma)的响应,可能指示该期大洋缺氧事件是一次全球性的气候变化事件。     

川西北地区上三叠统卡尼阶古喀斯特的发现及研究意义

在川西北地区绵竹汉旺、安县雎水剖面上三叠统卡尼阶海绵礁（丘）灰岩顶部发现古喀斯特;野外露头可见明显的花斑状构造以及蜂窝状溶孔,显微镜下可见泥晶化颗粒,喀斯特角砾以及喀斯特溶孔充填物,其中包括泥-亮晶方解石,生物碎屑以及陆源石英颗粒;根据露头岩性和显微薄片特征判断其属于早成岩期喀斯特;喀斯特成单层发育,之上覆盖化石丰富的黄色或黑色页岩,其中的菊石化石鉴定表明其为上卡尼阶底部沉积。该喀斯特是重要的等时界面,且可作为该地区上下卡尼阶的界线。喀斯特之上的岩性在汉旺和雎水有差异:在绵竹汉旺青岩沟剖面,喀斯特灰岩之上覆盖有黑色粉砂质页岩与生屑灰岩（如层状海绵灰岩、海百合灰岩）,在汉旺观音崖剖面,喀斯特面之上发育海绵丘灰岩及页岩,在安县雎水剖面,古喀斯特发育在滚落的海绵巨砾之上。综合研究表明,喀斯特的形成与早期龙门山的隆升以及卡尼期湿润气候事件在发生时间上非常相近,推测其成因与龙门山的隆升以及卡尼期湿润气候事件有关。     

绵竹汉旺观音崖剖面沉积微相:卡尼期湿润事件前后的环境演化

为探讨卡尼期湿润事件前后的环境演化过程,剖析黑色泥页岩的沉积机理,结合国内外研究资料并采取岩石沉积微相恢复古环境的方法,对四川绵竹汉旺观音崖剖面中碳酸盐岩至陆源碎屑岩的沉积微相进行了分析研究,结果表明,其沉积相由早卡尼期缓坡鲕粒滩-生屑滩-硅质海绵礁相至晚卡尼期浅海泥页相-陆源泥沙潮坪相变化,浅海相的灰黑色钙质泥页岩中生物多见,植物叶片和茎杆化石、黄铁矿丰富,显示低能贫氧的环境又伴随着淡水输入,这一明显的岩相变化与卡尼期气候事件过程中淡水和陆源碎屑物质大量输入有重要的关系。     

晚三叠世卡尼期梅雨事件（CPE）在陆相盆地中的沉积学响应——以鄂尔多斯盆地延长组为例

卡尼期梅雨事件（CPE事件）是三叠纪地球上最显著的气候突变事件之一，而气候环境突变对内陆湖盆沉积物特征具有重要控制作用。以我国陆上最主要的含油气盆地——鄂尔多斯盆地三叠系延长组为例，在充分借鉴国内外有关全球古气候、事件沉积、陆相盆地烃源岩发育机理及异整合面等最新研究进展基础上，对延长组沉积与成藏问题重新思考与研究，取得了如下3点新认识：1）重新厘定了盆地上三叠统延长组卡尼期时限，明确了延长组CPE事件的沉积响应，认为卡尼阶底界大致相当于延长组长7与长8之间的地层界限，顶界相当于长4+5与长3之间的地层界限，CPE事件大致与“长7黑色页岩事件”沉积相对应；2）在卡尼期及CPE事件期间，延长组沉积期湖盆表现为“快速湖侵、震荡式缓慢湖退”特点，十分有利于优质烃源岩的发育；3）受卡尼期古气候及CPE事件影响，延长组内部发育上下两个由于气候环境突变而形成的异整合面，它们对油气分布均具有明显控制作用。该研究对于深入探讨延长组湖盆形成演化机理、沉积层序充填演化特征及指导油气勘探实践均有积极意义。     

缺氧事件及其地质意义

缺氧事件是一个区域性甚至洲际性的地质事件。其沉积物以细粒、薄层和富含有机碳的黑色页岩为主。缺氧事件可以发生在从陆表海、陆棚海、大陆斜坡到大洋盆地的各种环境里。其形成与大地构造、海进海退、海底地形、生物作用、洋流上翻作用以及气候等因素有关。本文着重于欧美和中国的资料分析了黑色页岩的时空分布情况,几乎地史各纪都广泛发育有黑色页岩层。它不仅在地层划分对比中具有一定参考价值,而且为寻找能源矿藏(如石油、放射性元素等)提供了良好的信息。     

甘肃张掖白垩纪早Aptian期黑色页岩揭示的气候岁差驱动及其意义*

白垩纪中期是温室气候的典型代表,在该时期地球经历了深刻的环境变化。有研究表明白垩纪中期欧洲低纬(约20°~30°N)地区海相地层的黑色页岩呈现斜率信号,同一时期同样纬度的中国地区以陆相沉积为主,但陆相低纬黑色页岩的轨道尺度周期研究较少。因此本研究选择甘肃张掖南台子白垩纪早Aptian期下沟组黑色页岩(古纬度约23°N)作为研究对象,以CaCO₃含量作为高分辨率古气候替代性指标,利用平均频谱拟合差和年代标尺优化法分析了南台子早Aptian期下沟组黑色页岩段的轨道周期变化,并利用频谱分析方法对调谐后的时间域序列进行分析。结果显示南台子下沟组黑色页岩段以岁差周期为主导,与欧洲低纬地区相关研究显著不同。这一气候变化的探索不仅提供了中国西北地区白垩纪轨道尺度气候变化的新证据,而且也有助于更全面认识白垩纪中期低纬地区气候变化的驱动机制。     

卡尼期湿润幕：气候- 环境变化与海洋生态效应研究新进展

晚三叠世卡尼期湿润幕（Carnian Pluvial Episode, CPE）是近年来最受瞩目的地质事件之一。此次事件以卡尼中期全球不同纬度环境湿度显著上升为主要标志。CPE的发生不仅对全球各地沉积格局产生重大改变，也对三叠纪生物演化产生了深远影响。海洋生物群在跨越CPE期间发生了不同程度的灭绝与演替，大部分海洋无脊椎动物和部分脊椎动物的多样性在CPE之后出现明显的降低，著名的关岭生物群也受到了CPE的明显影响，并开始显现出危机。CPE之后，恐龙类群开始逐步占据陆地生态的主导地位，早中生代和现代生物的先祖开始在这一时期纷纷出现。CPE的发生揭开了现生生物演化史新的一页，并最终开创了早中生代和现生生物黎明。有关CPE的触发机制主要包括以下2个方面：① 晚三叠世巨型季风环流在卡尼期达到鼎盛并区域上影响了大气降水量；② 板块活动造成大规模火山喷发引发全球气候扰动。由于上述2种解释还未能与我国其他地质记录较好匹配，因而CPE在特提斯东缘的发生次序和发展过程并不清晰。这其中，对CPE触发机制的探讨，需要将全球板块变化与古气候模拟纳入其研究范畴。不同于晚二叠世生物大灭绝后生物类群缓慢重启和生态逐步复苏，CPE期间的生物演化与革新在短时间内促成了现代生物类群的形成。在我国，上三叠统卡尼阶分布广泛、发育齐全，且保存有各门类丰富的动植物化石，是开展卡尼期气候- 环境变化与生态效应研究的重要场所。然而目前国内有关CPE研究还十分有限，一些基础的地质工作仍然有待开展。位于特提斯东缘的我国地质记录有助于深刻理解CPE过程和环境- 生物协同演化关系，尤其在现代生物多样性起源和当代生态系统结构成型的研究过程中需要提供更多中国的对比方案。     

Evidence for the Carnian Pluvial Episode in Gondwana: New multiproxy climate records and their bearing on early dinosaur diversification

The Triassic hothouse world experienced dynamic changes in climate and ecosystems that set the Earth's climate and biotic states for much of the Mesozoic Era. A critical time interval was the Carnian Stage (~237–227 Ma), which not only saw the first appearance of dinosaurs in the fossil record but witnessed a large igneous province eruption (Wrangellia LIP) and a sudden climate shift, the Carnian Pluvial Episode (CPE). Compelling hypotheses suggest that the Wrangellia eruptions caused the CPE, which in turn set the stage for the origin and initial diversification of dinosaurs. Unfortunately, testing these hypotheses is difficult because most relevant Carnian sedimentary archives possess few if any absolute age constraints, and there are little detailed paleoclimatic data for the CPE outside of the Tethys region. There is little existing evidence for the CPE in Gondwana, even though this region contains by far the best fossil record of early dinosaurs and their close relatives. We present new high-resolution geochronologic and paleoclimatic data from Carnian-aged strata in the Ischigualasto-Villa Unión Basin of northwest Argentina, which also preserves fossils of the earliest-known dinosaurs. New CA-TIMS UPb zircon age of 234.47 ± 0.44 Ma from the lower Los Rastros Formation demonstrates that most of the overlying lacustrine strata within this basin was deposited during or after the CPE, including large dinosauriform footprints. Multiproxy paleoenvironmental data (sedimentology, clay mineralogy, C and O stable isotopes, and fossils) from the same strata are the first detailed paleoclimate data for the CPE in Gondwana, and provide evidence that the CPE interval in western Gondwana was indeed warmer and more humid than before or after. These data are consistent with the interpretation of the CPE as a global event, but direct linkages in Gondwana and the Tethys with the origin and initial diversification of dinosaurs are less clear.     

西藏聂拉木三叠系土隆群-曲龙共巴组稳定碳同位素组成及对比

古生代-中生代之交生物灭绝后,三叠纪海洋长期、复杂的生物和环境变化过程受到高度关注.基于牙形石、菊石生物时代及土隆地区三叠系全岩稳定碳同位素曲线,识别出6次负偏和5次正偏.其中早三叠世碳同位素的N1-N4四次负偏和P1-P4四次正向偏移过程,能与我国华南、日本等多个剖面进行对应,反映我国藏南所在的高纬度地区经历了与低纬度地区相同的全球碳循环异常.首次报道了土隆剖面识别出的晚三叠世卡尼期碳同位素负偏,其幅度达到3.3‰,可对应意大利、日本以及我国川西北地区和华南南盘江盆地所记录的卡尼期极端气候事件.中卡尼期温度升高,降雨量急剧增多,风化作用显著加强,陆源硅质碎屑输入增强,可能是土隆剖面岩性剧烈变化的环境驱动因素.      

我国沿海不同气候带山溪性河流沉积物输运特征

近年来许多研究发现山溪性小河流具有瞬时大通量、受极端气候事件控制、沉积物快速输运等特性,但是由于缺乏充足的监测数据和系统总结,其对全球沉积物输运的影响被低估,导致对于这个不同于大河流域的河海交互和风化传输系统的研究是不充分的.揭示不同气候带山溪性河流在自然变化与人类活动共同影响下的沉积物输运特征有助于深入理解地球表生过...     

我国湖泊环境演变及其成因机制研究现状

湖泊沉积忠实地记录了湖泊环境变化的各类信息.不同时问尺度的湖泊环境变化分别受到构造、气候与人类活动三个方面的驱动机制的影响.影响中同湖泊环境变化的最主要的构造运动是青藏高原的隆升;气候变化的影响主要是东亚季风系统带来的一系列作用;而人类活动的影响则比较复杂,不仅有流域植被、土壤性质的改变导致输入湖泊物质的变化,也有人类活动直接改造湖泊,如围垦、封堵等.准确地分析湖泊环境变化的各种过程与规律,特别是定量刻画人与自然相互作用下的湖泊环境响应过程与驱动机理,是当今科学界的热点.     

二叠纪—三叠纪古气候研究进展——泛大陆巨型季风气候:形成、发展与衰退

巨型季风是指二叠纪—三叠纪期间泛大陆上存在的强烈季节风,它的形成与泛大陆的形状、海陆分布及大陆的纬向分布密切相关。从晚石炭世泛大陆的聚合至晚侏罗世—早白垩世泛大陆裂解,巨型季风经历了形成、发展到衰退的过程。在三叠纪,泛大陆很大且几乎关于赤道对称,巨型季风达到最大强度。它对古气候、古环境、古生物及沉积等都产生了深刻的影响,使泛大陆低纬度地区呈现出干旱和潮湿交替的气候特征,蒸发岩和红层广泛分布;高纬度地区温暖潮湿,煤层大量分布;科罗拉多高原(美国西部)、西特提斯(欧洲)和东特提斯(中国)等地的二叠纪—三叠纪沉积地层也显示了受巨型季风影响的特征。     

中国气候和海面变化及其趋势和影响的初步研究

本文从(1)中国历史气候研究,(2)中国海面变化及其影响研究,(3)微量气体、云辐射及气候数值模拟研究,(4)气候变化对西北、华北水资源影响研究等四个方面全面回顾了重大项目“中国气候和海面变化及其趋势和影响的初步研究”三年来的研究进展,给出了若干新的重要结论。     

Analysis of extreme low-temperature events during the warm season in Northeast China

The trends of global warming are increasingly significant, especially in the middle and high latitude regions of the northern hemisphere, where the impact of climate change on extreme events is becoming more noticeable. Northeast China is located in a high latitude region and is sensitive to climate change. Extreme minimum temperatures causing cold damage during the warm season is a major type of agro-meteorological disaster in Northeast China, which causes serious reductions in crop yield. In this paper, we analyzed the temporal and spatial trends in the frequency of extreme minimum temperatures during the warm season (from May to September) during 1956–2005 in Northeast China. Abrupt climatic changes were identified using the Mann–Kendall test. The results show that the frequency of extreme minimum temperature days during the warm season in Northeast China decreases significantly from 1956 to 2005 with a background of climate warming. The highest number of extreme minimum temperature days occurred in the 1970s and 1980s, and there was an abrupt climatic change in 1993. The spatial analysis identified that the north and southeast of the region experienced a larger decrease in the number of extreme low temperature days than the west and south of the region. Rice, sorghum, corn, and soybeans are most vulnerable to cold damage. In severe low temperature years, the average crop yield was reduced by 15.2% in Northeast China.     

东亚夏季风水汽输送带及其对中国大暴雨与洪涝灾害的影响

东亚夏季风每年给中国东部地区带来充沛的降水，是中国水资源的主要来源，同时也常常给中国造成严重的洪涝灾害。东亚夏季风水汽输送的强度、影响范围和持续性在极端暴雨过程中起着关键的作用。这支夏季风气流的水汽输送带可称为东亚季风水汽输送带，与国际上近期提出的"大气河"概念相近，但又不完全相同。东亚夏季风水汽输送带是东亚夏季风最具地区性的特征，也是东亚地区夏季大暴雨和洪涝的制造者。本文根据近百年来的资料，综合评述了东亚夏季风水汽输送带的特征和形成原因，并以海河、黄河、淮河与长江近百年最强的5次持续大暴雨过程为例，分析了季风水汽输送带的重要作用。最后，提出气候变暖可以通过4个方面影响全球水循环，包括气候变暖后大气可容纳更多的水汽、大气环流发生变化、辐射强迫改变以及气溶胶影响的区域性等，这些变化都会对季风水汽输送带产生重要影响。     

第四纪中国自然环境变迁的原因机制

作者在重建晚第三纪和第四纪古气候环境的基础上,着重讨论了晚第三纪和第四纪古气候之间的显著差异以及引起中国第四纪自然环境大幅度变迁的主要原因机制。中国新生代晚期构造运动导致自然环境的巨大变迁,其中青藏高原隆起的影响尤为突出。作者认为,青藏高原隆起及其反馈作用、季风环流的加强以及全球气候变化的影响,协同成为中国第四纪气候大幅度变化的主要原因,当然也是新生代晚期以来,尤其是中更新世以来中国自然环境变迁的主要原因机制。