古海洋氧化还原条件的遗迹化石定量表征特征:以华南二叠纪末生物大灭绝事件为例*

地质历史时期的重大生物—环境事件往往伴随着古海洋海水氧化还原条件的改变,而遗迹化石作为原位保存的生物成因沉积构造,对于解读古海洋氧化还原条件具有显著的优势。通过对前人常用的遗迹学参数进行分析总结,发现遗迹化石多样性、生物扰动强度、潜穴直径、特征遗迹化石组合这4项定量参数可以表征古海洋氧化还原条件的变化。文中以华南二叠系乐平统遗迹化石及生物扰动构造作为研究对象,系统分析了二叠纪末生物大灭绝事件前后遗迹化石参数表征的古海洋氧化还原条件变化特征:自吴家坪期晚期华南古海洋开始出现缺氧,然而该缺氧状态在长兴期不具有持续性,而是呈现出周期性缺氧/贫氧→富氧/有氧的波动特征;在二叠纪末生物大灭绝之前,煤山剖面高精度的定量遗迹学参数指示长兴组24e层顶部存在缺氧事件,并与大灭绝事件有着良好的对应关系。这一实例具体展示了遗迹学参数在古海洋水体氧化还原条件重建中应用前景广阔。     

湖北秭归吴家坪组—长兴组界线氧化还原条件及其意义

二叠纪发生了两次重大生物灭绝事件，一次是位于吴家坪初期即瓜德鲁普世末生物灭绝事件，另一次是位于长兴末期即晚二叠世末生物灭绝事件。在这两次生物灭绝事件之间的大约八百万年时间里，其环境变化研究相对较少，古海洋的氧化还原条件变化目前尚未清楚。通过分析湖北秭归县杨林剖面的黄铁矿形态来探讨吴家坪组-长兴组界线氧化还原条件及其意义。研究结果表明:吴家坪组与长兴组石灰岩沉积时期的古海水主要是贫氧至氧化环境。在吴家坪组上部至长兴组下部地层沉积时期古水体出现间歇性硫化现象。该硫化缺氧事件不仅出现在秭归地区，还广泛分布于鄂西盆地、扬子台地南缘南盘江盆地、阿拉伯地台以及东格陵兰盆地地区。这说明吴家坪-长兴组界线沉积时期的间歇性硫化缺氧事件有可能是一个全球性事件。该事件可能与二叠末事件有一定的关联。     

东秦岭陕西聂家沟剖面二叠纪—三叠纪之交沉积特征及其古环境意义*

东秦岭陕西镇安聂家沟地区二叠纪—三叠纪之交发育一套海相碳酸盐岩沉积序列,较完整地记录了二叠纪末生物大灭绝事件前后浅海碳酸盐岩台地相生物群落演替及环境变化等信息,是研究二叠纪末生物大灭绝事件前后生态环境变化与沉积响应的理想区域。通过碳酸盐岩微相分析方法,对陕西镇安聂家沟剖面二叠系—三叠系界线附近的碳酸盐岩生物组合和微相类型进行了详细分析,共识别出11个微相类型: 斑点状凝块石、叠层石灰岩、鲕粒—纹层状叠层石灰岩、有孔虫颗粒灰岩、藻—海百合泥粒灰岩、含有被包壳和被磨蚀骨屑颗粒的粒泥灰岩、鲕粒颗粒灰岩、集合颗粒灰岩、含鲕粒的粒泥灰岩、泥晶灰岩和泥岩。根据碳酸盐岩微相特征及沉积相标志,在二叠系—三叠系界限附近划分出台地边缘、开阔台地和局限台地3种沉积相,其反映了二叠纪—三叠纪之交频繁的沉积相带变更的特点。该剖面碳酸盐岩微相反映的古生态和生物群落演替特征与中国华南同时期其他剖面具有较好的一致性,即二叠纪末生物大灭绝事件之后,早三叠世正常浅水碳酸盐岩台地生物类型和丰度极低,仅含有少量的双壳类、海百合等,灭绝事件界线附近以微生物碳酸盐岩等特殊微生物沉积构造占主导,之后微生物岩等消失,又出现了以双壳类为首的生物碎屑石灰岩。研究结果为了解二叠纪末生物大灭绝事件中生物和环境的协同演化提供了新的材料和认识。     

东秦岭陕西聂家沟剖面二叠纪—三叠纪之交沉积特征及其古环境意义*

东秦岭陕西镇安聂家沟地区二叠纪—三叠纪之交发育一套海相碳酸盐岩沉积序列,较完整地记录了二叠纪末生物大灭绝事件前后浅海碳酸盐岩台地相生物群落演替及环境变化等信息,是研究二叠纪末生物大灭绝事件前后生态环境变化与沉积响应的理想区域。通过碳酸盐岩微相分析方法,对陕西镇安聂家沟剖面二叠系—三叠系界线附近的碳酸盐岩生物组合和微相类型进行了详细分析,共识别出11个微相类型: 斑点状凝块石、叠层石灰岩、鲕粒—纹层状叠层石灰岩、有孔虫颗粒灰岩、藻—海百合泥粒灰岩、含有被包壳和被磨蚀骨屑颗粒的粒泥灰岩、鲕粒颗粒灰岩、集合颗粒灰岩、含鲕粒的粒泥灰岩、泥晶灰岩和泥岩。根据碳酸盐岩微相特征及沉积相标志,在二叠系—三叠系界限附近划分出台地边缘、开阔台地和局限台地3种沉积相,其反映了二叠纪—三叠纪之交频繁的沉积相带变更的特点。该剖面碳酸盐岩微相反映的古生态和生物群落演替特征与中国华南同时期其他剖面具有较好的一致性,即二叠纪末生物大灭绝事件之后,早三叠世正常浅水碳酸盐岩台地生物类型和丰度极低,仅含有少量的双壳类、海百合等,灭绝事件界线附近以微生物碳酸盐岩等特殊微生物沉积构造占主导,之后微生物岩等消失,又出现了以双壳类为首的生物碎屑石灰岩。研究结果为了解二叠纪末生物大灭绝事件中生物和环境的协同演化提供了新的材料和认识。     

湖北赤壁二叠纪一三叠纪之交古海洋沉积环境演化

晚二叠世时,湖北赤壁位于扬子台地与北部硅质岩盆地的过渡地带.特殊的古地理位置,使该地区发育一套独特的地层 沉积序列.沉积微相、古生物化石和草莓状黄铁矿的综合研究表明,晚二叠世长兴期至早三叠世早期,赤壁剖面沉积环境演化 可分为6个阶段:近氧化的深水台缘硅质岩沉积、含氧量正常的台缘缓坡沉积、火山活动加剧而含氧量正常的台缘缓坡沉积、 大灭绝后严重缺氧环境的沉积、大灭绝后贫氧环境下的沉积、大灭绝后氧化环境的沉积.由于赤壁剖面处在远离陆地的台缘缓 坡环境,陆源剥蚀的影响可能比较有限,因此火山作用带来的营养物质可能是引起大灭绝后海洋缺氧的主要原因.      

湖北崇阳二叠纪—三叠纪之交生物灭绝和沉积微相演化

二叠纪—三叠纪之交,湖北崇阳地区处于浅水碳酸盐岩台地环境.二叠纪末的全球事件在该剖面的沉积微相和生物演化上均留下了清楚的记录.二叠纪末生物大灭绝之前,崇阳地区为典型的正常浅海台地环境,生物种类多样,数量丰富,主要生物化石有钙藻、有孔虫、腕足、棘皮类和海绵等.生物大灭绝之后,钙藻、(筳)类、棘皮类、海绵、绝大部分有孔虫开始消失,取而代之的是个体微小的腹足、介形虫和大量的蓝细菌化石.大灭绝界线之上,首先出现的是25 cm厚的纹层状的微生物岩,含较丰富的种类单调的有孔虫化石.之后逐渐相变为花斑状微生物岩和穹隆状微生物岩,厚度分别为6.4,2.3m.不同类型微生物岩在结构构造和生物组成上存在差别.微生物岩沉积结束之后,则相变为浅滩相鲕粒灰岩.共划分出3种沉积相,即开阔台地相、潮坪相和浅滩相.崇阳剖面的生物灭绝和沉积微相变化是二叠纪—三叠纪之交浅水台地环境生物与环境过程的典型代表,为认识二叠纪末浅海沉积相演化和全球事件提供了新材料.     

山西阳泉中二叠统上石盒子组中发现锯齿龙类化石

正1研究目的(Objective)锯齿龙类是一种活跃于二叠纪沃德期(Wordian)至长兴期(Changhsingian)的植食性爬行动物,是中—晚二叠世陆地脊椎动物的典型代表。来自山西保德、柳林地区的化石证据表明,多个属种的锯齿龙类在孙家沟组顶部消失,证明锯齿龙类在晚二叠世末发生了灭绝事件。这是陆生脊椎动物对二叠纪—三叠纪之交全球生物大灭绝     

云南罗平江边地区中三叠统关岭组二段古环境特征

罗平生物群赋存于中三叠统关岭组二段中部,是二叠纪末生物大灭绝后生物复苏与辐射的典型代表。通过对云南罗平江边村剖面的关岭组二段进行宏观沉积组构、微相分析和元素地球化学分析,重建了罗平生物群赋存层位的沉积环境和古海洋条件。根据沉积相展布和地球化学指标的变化,恢复出四个沉积阶段。阶段Ⅰ主要为局限台地、开阔台地相:Mo_EF、V/Cr较低,U_EF中等,指示氧化—次氧化环境;阶段Ⅱ主要为潮坪、局限台地环境:Mo_EF、U_EF、V/Cr均较低,指示氧化环境;阶段Ⅲ主要为台盆相:表现出Mo_EF、U_EF、V/Cr显著升高,指示缺氧环境;阶段Ⅳ主要为潮坪、浅滩、开阔台地环境:Mo_EF、V/Cr较低,U_EF中等,指示氧化—次氧化环境。罗平生物群主要产于阶段Ⅲ缺氧的台盆环境中,说明缺氧和较为封闭和稳定的盆地环境在罗平生物群化石的特异埋藏过程中,扮演了重要角色。     

湖北长阳资丘二叠纪沉积及演化特征

湖北长阳资丘二叠系剖面地层出露良好,特征明显,以碳酸盐岩沉积为主。野外剖面测量和室内微相分析表明,二叠系岩相主要由生物碎屑颗粒灰岩、砂屑灰岩、砾屑灰岩、硅质岩、钙质页岩等组成。根据岩相、古生物化石及碳酸盐岩微相分析,研究区二叠系主要为碳酸盐斜坡、台地和盆地沉积。其中,中二叠世发育碳酸盐斜坡沉积和盆地沉积,晚二叠世发育斜坡沉积、碳酸盐台地和盆地沉积。沉积演化表明,该区二叠纪发生了2次海进—海退旋回:第一次海侵发生在栖霞期,茅口期末结束;第二次始于吴家坪初期,持续到长兴末期。在中二叠统栖霞组下部发现了丰富的遗迹化石Zoophycos,形态及沉积构造研究表明此遗迹化石产生于浪基面以下较深水的碳酸盐岩斜坡环境。     

上扬子二叠系─三叠系初海相碳酸盐岩的碳同位素组成与生物绝灭事件

本文报道了贵州罗甸沫阳、四川广元上寺和重庆中梁山二叠系及二叠－三叠系界线附近海相碳酸盐岩的碳同位素测定结果。注意到早二叠世及晚二叠世吴家坪期的δ１３Ｃ具有极大的正值，反映了这段地质历史时期生物过渡繁盛和有机碳的高速埋藏。晚二叠世长兴（大隆）期的δ１３Ｃ值急剧降低，并在三叠纪初步达到极小值，反映了二叠－三叠系界线附近生物的迅速衰亡和集体绝灭。界线附近生物的集体绝灭事件除与二叠纪末的火山作用、环境与气候变迁有关外，还与晚二叠世的碳循环平衡失调造成广泛缺氧事件有着密切关系，实际上是几种因素共同作用的结果。     

新观点与新发现

<正>二叠纪末生物大灭绝持续约6万年中国科学院南京古生物研究所沈树忠研究员与美国麻省理工学院的研究人员,对浙江长兴煤山剖面的火山灰进行了精细的高精度定年和碳同位素分析。结果表明,在煤山剖面中,标志生物大灭绝开始的25层火山灰为251.941百万年,而标志大灭绝结束的28层火山灰为251.88百万年,这意味着二叠纪末导致近95%的海洋生物和约     

广西乐业地区吴家坪期牙形石的发现及其意义

吴家坪期作为二叠纪晚期两次灭绝事件（瓜德鲁普世末灭绝事件和二叠纪末灭绝事件）之间的一次快速的生态复苏时期,是地质历史时期一个重要的阶段.该时期扬子台地中部及滇黔桂地区碳酸盐岩台地仍有广泛分布;其中乐业碳酸盐台地是南盘江盆地内一个典型的孤立碳酸盐岩台地,在瓜德鲁普统茅口组顶部不整合面之上发育连续的吴家坪期海相碳酸盐岩沉积.此前该地二叠纪地层划分对比仍依据传统的 化石生物地层分带,与牙形石生物地层相比,精细程度尚不足.对乐业台地内部的刷把村剖面和六为剖面合山组底部牙形石进行了研究,在这两个剖面共鉴定出牙形石2属8种（含一个新种）,包括Clarkina asymmetrica、C. aff.asymmetrica、C. daxianensis、C. dukouensis、C. leveni、Hindeodus julfensis、H. typicalis和Hindeodus praechangxingensissp.nov..其中在刷把村剖面识别出C.asymmetrica和C.leveni两个牙形石带,六为剖面识别出C.asymmetrica一个牙形石带.根据牙形石关键分子的首现,乐业台地...     

川东北地区晚埃迪卡拉纪灯影期海水氧化还原环境重建

晚埃迪卡拉纪全球海洋发生了大面积的缺氧,海洋化学结构呈现明显的非均质性,直接影响了埃迪卡拉型生物的演化与分布。四川盆地发育完整的晚埃迪卡拉系地层,以灯影组巨厚层碳酸盐岩沉积为代表。但是对于该套巨厚层碳酸盐岩沉积时的古海水氧化还原性质备受争议。为了解决这一问题,对川东北地区鹿池剖面的灯影组地层开展了系统的沉积学和稀土元素地球化学分析。该地区灯影组的岩石类型主要为泥微晶白云岩、黏连白云岩、叠层/层纹白云岩,以及溶蚀白云岩,沉积环境为开阔碳酸盐岩台地相。地球化学数据结果显示灯影组碳酸盐岩普遍具有较低的稀土总量(∑REE+Y值为0.4～3.3μg/g)、较低的Mn/Sr值(0.2～2.8)和较高的Fe含量(55.9～1 772.6μg/g)。灯影组的REE+Y配分曲线(经页岩标准化)可划分为四个阶段,且Ce异常指示该地区经历了弱氧化到弱还原再到缺氧状态,表明埃迪卡拉纪晚期海洋浅部水体也发生了缺氧现象。     

中上扬子地区晚二叠世长兴期岩相古地理

中上扬子地区上二叠统长兴阶岩石类型主要为碳酸盐岩,其次为碎屑岩和硅岩,还有少量煤和火 山碎屑岩;其岩相可归纳为碎屑岩型、碎屑岩-石灰岩型、石灰岩型、石灰岩-硅岩型、硅岩-碎屑岩型等５ 种类型;其生物化石具４个基本生态类型,可划分为５种化石组合。以沉积岩石学理论为指导,以单因素分析 多因素综合作图法为方法论,选取了厚度、海相岩含量、浅水碳酸盐岩含量、具灰泥基质的生屑含量、具亮晶 胶结的生屑含量、生物礁的分布、薄层硅岩含量和深水沉积岩含量等单因素,对中上扬子地区晚二叠世长兴期 岩相古地理进行研究,编制出了单因素图件８幅,岩相古地理图１幅。研究表明,长兴期岩相古地理格局规律 明显,自西向东依次出现剥蚀区、冲积平原、碎屑岩台地、碳酸盐岩台地、斜坡与盆地,其中碳酸盐岩台地中 可以划分出低能生物滩、高能生物滩和生物礁等次一级的古地理单元;沉积环境对烃源岩的发育具有明显的控 制作用,研究区大隆组优质烃源岩发育;长兴阶储集层以礁相储集层为主,环广元-梁平盆地的台地边缘地区 是长兴组潜伏礁型油气藏的最有利勘探区域。     

重庆涪陵二龙口剖面P—T界线附近黏土矿物特征及其古环境意义

在二叠系—三叠系界线附近地层中,利用大气暴露面上沉积物恢复古环境的研究至今尚未展开.四川盆地东部涪陵地区的二龙口剖面在二叠纪末位于扬子碳酸盐岩台地内,为礁后开阔台地相,在上二叠统—下三叠统界线附近沉积了较为完整的海相碳酸盐岩.该地层从下到上可分为1～31层.其中,上二叠统长兴组(1～6层)顶面为侵蚀不整合面,下伏于厚3～10cm(平均厚度约5cm)的古风化壳(7层).相较于1～6层,飞仙关组7～19层中碳酸盐矿物含量降低,黏土矿物含量增高.而20～31层以泥晶灰岩为主,偶尔伴有薄层黏土岩夹层.二叠系—三叠系界线位于19～20层之间.岩石学和矿物学特征显示,风化壳以黏土矿物为主,主要为规则伊蒙混层(I/S)和少量伊利石.在扬子台地范围内不同的沉积相带中,该黏土矿物组合具有较好的地层可对比性,说明研究区长兴组之上风化壳中黏土矿物形成的主控因素可能是区域性的,如火山活动带来的外源沉积.结合其下伏围岩(1～6层)岩石学和稳定同位素组成均缺乏淡水改造特征,可以判断该风化壳形成于加积模式而非改造模式.值得注意的是,此种黏土矿物以规则伊蒙混层和伊利石为主的组合方式,与二叠纪末出现的碱性、高温、缺氧的沉积环境一致.自7层向上,黏土矿物中伊蒙混层相对含量逐渐降低,且混层比逐渐减小,而伊利石、绿泥石、绿蒙混层相对含量逐渐增加,则与逐渐加剧的碱性-高温-缺氧的极端沉积环境有关.因此,二叠系—三叠系界线附近黏土矿物对扬子台地二叠纪末古环境突变有较好的记录能力.     

晚泥盆世弗拉期-法门期(F-F)之交海洋氧化:来自华南垌村剖面碳酸盐岩Ce异常证据

晚泥盆世弗拉期-法门期(Frasnian/Famennian,以下简称F-F)之交的生物灭绝事件是显生宙以来五大生物灭绝事件之一,这次灭绝一般认为与全球海洋缺氧有关。华南广西桂林是我国F-F地层最为发育、研究程度最高的地区之一,本研究利用碳酸盐岩Ce异常指标,对桂林地区垌村剖面F-F期间的古氧化还原条件进行了重建。结果表明,F-F期间碳同位素的正漂移对应着表层海洋的氧化而非先前广泛认为的缺氧。将这一发现与先前同一地区的地球化学和古生物数据相结合并进行综合分析,我们认为气候快速波动在F-F期间生物与环境巨变中扮演了最为关键的角色。气候变冷使得海水氧溶解量增加和赤道—极地之间海水温度梯度变大,海洋表层环流和垂直翻转变得更加活跃,导致深水营养物质向海洋表层的输送量增多,有效促进表层海洋初级生产力和有机碳埋藏通量升高,进而引起全球海水碳同位素值的提高。因此,本研究支持全球气候快速变冷而非海洋缺氧导致了F-F大灭绝事件。     

上扬子二叠系—三叠系初海相碳酸盐岩的碳同位素组成与生物绝灭事件

本文报道了贵州罗甸沫阳、四川广元上寺和重庆中梁山二叠系及二叠一三叠系界线附近海相碳酸盐岩的碳同位素测定结果。注意到早二叠世及晚二叠世吴家坪期的δ＾１３Ｃ具有极大的正值，反映了这段地质历史时期生物过渡繁盛和有机碳的调整埋藏。晚二叠世长兴期的δ＾１３Ｃ值急剧降低，并在三叠纪初步达到极小值，反映了二叠一三叠系界线附近生物的迅速衰亡和集体绝灭。界线附近生物的集体绝灭事件除与二叠纪末的火山作用，环境与气候变     

浙江煤山二叠-三叠系界线剖面有机和无机碳同位素变化与古环境

浙江长兴煤山 D剖面 196个碳酸盐岩样品无机和有机碳同位素δ13Ccarb和δ13Corg变化趋势表明,煤山地区晚二叠世末为比较封闭的局限海沉积环境,早三叠世初期经局限和开阔海环境交替出现渐变为海水循环良好的广海沉积环境.长兴期的海进作用使海洋初始生产率升高,可能是引起长兴组葆青段碳同位素变重的主要原因;海洋 CO2浓度增高可能是长兴组煤山段δ13Corg出现负漂移的原因.二叠纪末期全球性海平面下降以及火山作用可能是使生态系统崩溃、引起二叠-三叠系 (P- T)界线附近生物绝灭的外部原因,也是使海洋中 12C输入量增加导致过渡层碳同位素变轻的主要原因.二叠纪晚期生物绝灭经历了由渐变到突变的过程.δ13Corg在生物绝灭后才出现大幅度负漂移,可能是由于营光合作用的浮游植物不一定因海洋缺氧以及其他生物的绝灭而停止生长,当海水酸度超过浮游生物忍耐限度时,才导致浮游生物大量死亡.殷坑组δ13Corg和δ13Ccarb呈上升趋势,说明经历过 P- T生物大绝灭后,早三叠世海洋生产率逐渐升高,生物开始复苏.     

云南罗平中三叠统关岭组沉积环境演化及化石埋藏

罗平生物群是继二叠纪末全球生物大灭绝后海洋生态系统全面复苏的典型代表.为了更全面地认识罗平生物群产出的沉积环境,通过露头观察、微相分析等方法对云南省罗平县宜石打剖面中三叠统关岭组二段进行了研究,共识别出开阔台地、局限台地（泻湖）、潮坪、台盆、台内滩5种沉积相类型.台内滩的颗粒类型以似球粒、包粒为主,其次为少量鲕粒、生物碎屑,颗粒之间主要为亮晶胶结,局部含少量灰泥,滩体规模较小,指示中等水能量环境,且由下向上具多期发育特征.综合研究表明,中三叠世安尼期Pelsonian亚期早期发生了全球性的海平面上升,导致沉积环境水深迅速增加.研究区沉积相从潮坪相迅速转变为台内盆地相,其相对低能缺氧的环境有利于罗平生物群化石的保存.      

贵州水城仲河剖面二叠纪-三叠纪之交底栖群落的物种多样性与功能多样性转变

为了定量化恢复晚二叠世末期生物大灭绝对底栖群落的物种多样性和功能多样性的影响,对浅海碎屑岩台地相区的贵州水城仲河剖面开展宏体化石采集和分析,识别和划分古群落,选择优势度、香农指数、均匀度等代表物种多样性指数,生态功能群数量和功能均匀度代表功能多样性指数. 共采集1 340枚化石标本,经鉴定得到30属33种,其中双壳类可归纳为两个生物带:晚二叠世长兴期的Hunanopecten exilis顶峰带和早三叠世Griesbachian早期的Pteria ussurica variabilis顶峰带. 根据化石属种的地层分布、保存状况,结合聚类分析方法识别出3个古群落:Astartella obliqua-Tethyochonetes quadrata群落、Pteria ussurica variabilis-Claraia wangi群落和Pteria ussurica variabilis-Unionites canalensis群落. 自晚二叠世长兴期末期至早三叠世Griesbachian早期,古群落的优势度上升、香农指数降低、均匀度下降,功能群丰富度降低,功能均匀度上升,这指示晚二叠世末生物大灭绝对浅海碎屑岩相区的底栖群落的组成和功能均有显著的破坏. 此外,结合华南浅海和深海相区的古群落数据,发现底栖群落的物种多样性指数和功能多样性指数在晚二叠世末生物大灭绝中均遭受损失,但是浅海底栖群落受影响较高.