白垩纪大洋缺氧事件

白垩纪黑色页岩相地层出现在世界主要大洋及地表露头中,一般表现在三人时期:巴雷姆晚期—阿普特期—阿尔布期;赛诺曼晚期—二仑早期及康尼亚克期—三冬期。这些时期海相地层的岩性、动物群及地球化学特征均有变化,并以赛诺曼晚期—二仑早期变化最为明显,表明当时世界海洋处于氧极度损耗的条件。这种条件被称为大洋缺氧事件(OAE)。赛诺曼期—三仑期大洋缺氧事件的发生与当时的海侵高峰期是一致的。海平面的上升可使上升流加强,使表层生物生产率增高,进而导致海洋水体溶解氧的消耗及有机碳的保存。     

有机碳和有机分子碳同位素的地球化学意义

有机碳和有机分子碳同位素组成的研究不仅在沉积地层对比，油－油，油－源对比研究方向发挥了独特作用，而且在古气候，古环境研究方面更具有广阔的应用剪影。开展对全球气候变化及全球碳循环有重要意义的有机碳碳同位素组成及分布研究和对生物演化，恢复古生态，古环境有重要意义的化石及沉积物中有机分子的碳同位素成及分布研究已势在必行。     

西藏南部Cenomanian-Turonian缺氧事件:有机地球化学研究

基于藏南中白垩统Ｃｅｎｏｍａｎｉａｎ－Ｔｕｒｏｎｉａｎ缺氧事件沉积的有机地球化学分析,对黑色页岩的有机质输入及其沉积环境进行了系统研究,并探讨了特征生物标志化合物与缺氧事件之间的关系。研究表明,缺氧层内高含量有机碳的黑色页岩与灰绿色页岩、泥灰岩构成二级旋回地层;有机质的母质输入以海洋生物的菌藻类为主。生物标志物与缺氧事件对应研究表明,Ｐｒ／Ｐｈ在剖面上的相对含量是判别氧化还原的良好指标,胡萝卜烷含     

白垩纪大洋缺氧事件:研究进展与未来展望

白垩纪古海洋中分别在.Aptian-Albian、Cenomanian-Turonian和Coniacian-Santonian期间发生多次大洋缺氧事件(Oceanic Anoxic Events,OAEs),分别被称为OAE1、OAE2和OAE3,而OAE1又可以划分为OAE1a,1b,1c和1d四次,其中OAE1a和OAE2达到全球规模.白垩纪大洋缺氧事件一般对应海相碳酸盐岩的碳同位素正偏、海洋生物的快速更替和富有机质黑色页岩的大规模分布,指示了大范围的古环境、古气候变化.虽然历次大洋缺氧事件在成因上具有一定的差异,但是一般认为其与白垩纪时期海底大规模火成岩省的活动有关.大规模火成岩省活动将带来大气-海洋系统中CO2的上升,地表风化和水循环的加速,从而造成海洋中营养元素的过剩输入,引发海洋生产力的升高,诱发海洋中缺氧条件的发生.大洋缺氧条件下,由于碳-氧-硫-磷等元素之间的耦合循环关系,在大洋缺氧和海洋生产力之间形成快速的正反馈关系,有可能是白垩纪大洋缺氧事件得以达到全球规模的促进因素(如OAE1a和OAE2).不同时期的大洋缺氧事件对白垩纪大气-海洋系统的发展具有不同的意义:OAE1a标志着白垩纪中期极端温室气候的开始,OAE2前后是温室气候的高潮时期,而OAE3的发生则伴随白垩纪温室气候的减弱.由于历次大洋缺氧事件产生的大规模有机碳的埋藏,对大气-海洋系统产生了深刻的影响,其主要作用是导致大气海洋系统中CO2下降、O2上升,以及伴随而来的全球变冷和海洋氧化能力的增强.虽已历经30多年的研究,白垩纪大洋缺氧事件的前因和后果还未完全阐明,后续研究中将继续对重点的缺氧事件如OAE1(a,b,c,d)、OAE2和OAE3,开展多学科的研究,获取缺氧事件发生期间的古大气CO2浓度、海水温度、营养状况、生物种类及其海平面变化等方面的信息.大洋缺氧事件的陆相响应方面的研究也已经陆续开展,我国科学家可望在这方面有所作为.     

西藏南部中白垩世黑色页岩的碳氧同位素组成及大洋缺氧事件的讨论

本文对西藏南部中白垩世黑色页岩中的氧同位素组成特征和两次大洋缺氧事件的形成、发展过程作了较为详细的分析讨论。西藏南部中白垩世期内,在仲玛期及其稍后的沉积时期存在两次大洋缺氧事件,定两次缺氧事件在时间上可与国际上的Ｃｅｎ－Ｔｕｒ和Ｃｏｎ－Ｓａｎｔ时期的全球大洋缺氧事件相对应;该区这两闪大洋缺氧事件的形成、发展,是与当时全球特定的的生态环境和全球性的地壳构造运动、大规模的海侵、火山喷发等重大地质灾变事     

黔北早寒武世缺氧事件：生物标志化合物及有机碳同位素特征

本文首次报道了黔北早寒武世黑色岩系的生物标志化合物，并结合有机碳同位素组成特征，探讨该时期所发生的重大地质事件。所有样品均检出了丰富的正构烷烃、类异戊二烯烃、萜类化合物以及甾类化舍物。在GC谱图上，正构烷烃显示明显的单峰型分布特征，碳数分布范围为nC14-nC31主峰碳为nC18、nC19或nC20，nC17／nC31为1．15～50．17，显示轻烃组分占绝对优势，OEP值为0．84～1．11，CPI值为0．92～1．16，接近平衡值1．0，无明显的奇偶碳数优势分布。Pr／Ph值为0．24～0．79，具有明显的植烷优势。萜烷化合物以C30藿烷占优势，其相对丰度三环萜烷〉五环三萜烷〉四环萜烷，并且检出少量的γ-蜡烷。规则甾烷C27-C28-C29呈“V”字型分布，∑（C27＋C28）〉∑C29，其比值为1．25～1．99，∑C27／∑C29为0．78～1．22，重排甾烷C27／规则甾烷C27值为0．21～0．47。4-甲基甾烷普遍存在，但丰度相对较低。在地层剖面上，有机碳含量（TOC（％））从0．05～7．91％，平均为2．52％；有机碳同位素组成（δ^13Corg）从-29．49‰～-34．41‰（PDB），发生负偏移，偏移量达到4．3‰，代表该期海平面处于上升阶段，底层水处于严重缺氧状态，底栖生物缺乏。本文根据生物标志化合物特征参数，结合有机碳同位素组成变化，详细分析了黔北早寒武世这套黑色岩系的有机质来源、成熟度、沉积环境以及古海洋意义，将为我国南方早寒武纪古地理重建、地质事件记录提供可靠依据。     

西藏特提斯喜马拉雅白垩纪中期Cenomanian-Turonian期碳同位素偏移

过去大量关于白垩纪中期Cenomanian-Turonian晴期的古海洋及其界线时期缺氧事件研究的高分辨率碳氧同位素的实际材料绝大多数都来自深海钻探(DSDlP)、大洋钻探(0DP)和欧美的一些较深水盆地．通过对西藏南部地区(位处特提斯洋东南)同一层位高分辨率碳同位素分析,目的在于为Cenomanian-Turonian古海洋及全球事件的碳同位素响应提供西藏地区的对比材料,并试图就浅海相的变化情况进行探讨．西藏定日和岗巴地区的高分辨率碳同位素分析结果显示．δ^13C值在Cenomanian中晚期稳定,Cenomanian-Turonian界线时期快速高幅正偏,Turonian期持续负偏,这种长期变化趋势在特提斯甚至全球可以对比．深入研究还发现,Turonian中后期存在2个较大幅度的负偏凹陷区,与来自欧洲的相关资料在偏移时间和幅度方面惊人相似．对比分析表明,岗巴地区δ^13C值长期变化和短期波动幅度及步调与定日及全球其他地区存在一定差别,幅度差异可能与样品制备和成岩改造有关,步调不一致则可能受生物地层定位的影响．研究区近海一半远洋环境Cenomanian-Turonian界线时期未出现典型富有机质黑色页岩,说明δ^13C值极度正偏与黑色页岩的出现并非一对应．     

白垩纪大洋缺氧事件2(OAE 2)期间的百年到千年周期

太阳周期是地球气候系统的重要调节因素之一。深时地质时期由于时间跨度长以及高分辨率数据的缺乏, 导致太阳周期的研究还存在欠缺。本研究以北美西部内陆海白垩纪Iona-1钻孔岩芯Eagle Ford组(42~153.41 m)为对象, 以泥灰岩中明暗纹层的高分辨率(230 μm)灰度数据为载体, 开展了详细的旋回地层学分析。结果表明, 白垩纪大洋缺氧事件2(OAE 2)期间存在781~1150 a、188~242 a、79~126 a、38~50 a的周期信号。通过与过去9400年以来重建的太阳总辐照度(TSI)对比, 这些周期被解释为太阳周期中的Eddy周期(约1000 a)、de Vries-Suess周期(200~250 a)、Gleissberg周期(88~120 a), 其中38~50 a的周期虽然在全新世太阳活动记录中未发现, 但地质时期存在类似的周期, 认为可能是Bruckner周期(30~50 a)。Bruckner周期仅在OAE 2期间存在, 这可能是由于不同的沉积环境导致不同时间段对该周期的差异性响应。结合深时中已发现的一些太阳周期记录, 本研究认为太阳活动在过去几十亿年中有效地影响了气候变化, 从而影响沉积过程。太阳活动对陆地气候和大气-海洋过程产生影响, 进而导致了海洋有机物含量、氧化还原条件和生物群落的差异。这些因素共同促成了北美西部内陆海白垩纪沉积物中毫米级明暗纹层的形成。上述研究成果可为深入了解OAE 2气候效应以及现今温室效应下的极端气候变化提供一定借鉴。

     

白垩纪中期海相富有机碳沉积的地球生物学背景

白垩纪中期(约125～88Ma)海相富有机碳沉积广泛发育于全球各主要洋盆和沉降区,是许多大油田的重要烃源岩。文中从地球生物学的角度探讨了当时海相富有机碳沉积的地质背景和主控因素,认为在白垩纪中期全球事件频发的特殊背景下,保存条件(大洋缺氧)和生产力的提高共同控制了有机质的富集。大洋缺氧不但加快了海洋生物的灭绝和更替,使有机质大量堆积,而且促进了营养元素(P、N、Fe等)的再生和厌氧自养型海洋微生物(如蓝细菌、绿硫细菌和古菌类等)的极度繁盛,提高了生产力水平;而高的生产力又反过来加剧了海洋的缺氧。新的研究成果(Os同位素证据)表明,白垩纪大规模海底火山作用引发了持续的温室效应和海水循环的静滞、紊乱以及弱上升流发育,进而导致生产力的提高和大洋缺氧事件(OAE)的发生,最终造成有机质的广泛堆积和保存。     

松辽盆地白垩纪缺氧地质事件的地质地球化学特征

松辽盆地白垩纪出现多期缺氧地质事件,它与全球白垩纪的地质事件相对应。青山口组一段及嫩江组一段出现较明显的缺氧地质事件,表现为有机质丰度高的源岩沉积。可溶有机质具有较低的姥植比,生物标志物出现了28,30 双降藿烷及保存了相对较为完整的C34或C35藿烷、重排甾烷的含量很低、有伽马蜡烷的存在等特征。松辽盆地在白垩纪时存在缺氧事件和海侵事件,与此同时,缺氧事件造成了这些地层中富含并具有高度分散性区域特征的生物化石的组合,形成了层序地层学上的密集段;缺氧事件又反作用于底栖生物,导致了松辽盆地古生物演化史上的生物绝灭事件。松辽盆地以持续沉降为主,湖盆水域迅速扩大,水体加深,近岸湖水表层生物生产率提高,底层水循环不畅导致了湖水底层水体缺氧,引发了古湖泊缺氧事件。在松辽盆地的缺氧事件中形成了青山口组一段及嫩江组一段的黑色泥岩(部分地区发育页岩),成为松辽盆地的主力油源层,为大庆油田的形成奠定了良好的物质基础。     

Organic Geochemistry of the Early Jurassic Oil Shale from the Shuanghu Area in Northern Tibet and the Early Toarcian Oceanic Anoxic Event

This paper presents new geological and geochemical data from the Shuanghu area in northern Tibet, which recorded the Early Toarcian Oceanic Anoxic Event. The stratigraphic succession in the Shuanghu area consists mostly of grey to dark-colored alternating oil shales, marls and mudstones. Ammonite beds are found at the top of the Shuanghu oil shale section, which are principally of early Toarcian age, roughly within the Harplocearasfalciferrum Zone. Therefore,the oil shale strata at Shuanghu can be correlated with early Toarcian black shales distributing extensively in the European epicontinental seas that contain the records of an Oceanic Anoxic Event. Sedimentary organic matter of laminated shale anomalously rich in organic carbon across the Shuanghu area is characterized by high organic carbon contents, ranging from 1.8% to 26.1%. The carbon isotope curve displays the δ^13C values of the kerogen (δ^13Ckerogen) fluctuating from -26.22 to -23.53‰ PDB with a positive excursion close to 2.17‰, which, albeit significantly smaller, may also have been associated with other Early Toarcian Oceanic Anoxic Events (OAEs) in Europe. The organic atomic C/N ratios range between 6 and 43, and the curve of C/N ratios is consistent with that of the δ^13Ckerogen values. The biological assemblage,characterized by scarcity of benthic organisms and bloom of calcareous nannofossils (coccoliths), reveals high biological productivity in the surface water and an unfavorable environment for the benthic fauna in the bottom water during the Oceanic Anoxic Event. On the basis of organic geochemistry and characteristics of the biological assemblage, this study suggests that the carbon-isotope excursion is caused by the changes of sea level and productivity, and that the black shale deposition, especially oil shales, is related to the bloom and high productivity of coccoliths.     

Expression of the Toarcian Oceanic Anoxic Event: New insights from a Swiss transect

A sedimentological, biostratigraphical and geochemical (stable isotopes and Rock‐Eval parameters) analysis was performed on four Swiss successions, in order to examine the expression of the Toarcian Oceanic Anoxic Event along a north–south transect, from the Jura through the Alpine Tethys (Sub‐Briançonnais and Lombardian basins). The locations were selected to represent a range of palaeoceanographic positions from an epicontinental sea to a more open marine setting. The Toarcian Oceanic Anoxic Event was recognized by the presence of the characteristic negative carbon‐isotope excursion in carbonate (ca 2 to 4‰) and organic matter (ca 4 to 5‰) at the base of the falciferum ammonite Zone (NJT6 nannofossil Zone). The sedimentary expression of the Toarcian Oceanic Anoxic Event varies along the transect from laminated mudstone rich in total organic carbon (≤11 wt.%) in the Jura, to thin‐bedded marl (≤5 wt.% total organic carbon) in the Sub‐Briançonnais Basin and to hemipelagic reddish marly limestone (total organic carbon <0·05 wt.%) in equivalent levels from the Lombardian Basin. The carbon‐isotope excursion is thus independent of facies and palaeoceanographic position. The low nannofossil abundance and the peak in Calyculaceae in the Jura and the Sub‐Briançonnais Basin indicate low salinity surface waters and stratified water masses in general. Sedimentological observations (for example, obliquely‐bedded laminae and homogeneous mud layers containing rip‐up clasts) indicate the presence of dynamic conditions, suggesting that water mass stratification was episodically disrupted during the Toarcian Oceanic Anoxic Event. The proposed correlation highlights a stratigraphic gap and/or condensed interval between the Pliensbachian–Toarcian boundary and the Toarcian Oceanic Anoxic Event interval (most of the tenuicostatum ammonite Zone is missing), which is also observed in coeval European sections and points to the influence of sea‐level change and current dynamics. This transect shows that the sedimentary expression of the Toarcian Oceanic Anoxic Event is not uniform across the Alpine Tethys, supporting the importance of local conditions in determining how this event is recorded across different palaeoceanographic settings.     

样品前处理过程中多环芳烃的稳定碳同位素分馏

利用多环芳烃标准样品连续和穿插进样相结合的方式,检验了气相色谱-燃烧-同位素比质谱仪(GC-C-IRMS)测定多环芳烃单体碳同位素比值(δ13C)的稳定性和准确性,观察了测定过程中色谱柱的分离效果。结果表明,出峰面积和分离程度是影响化合物δ13C平行性的主要原因。通过多次实验,分析了样品前处理过程中多环芳烃各个化合物稳定碳同位素的分馏情况,包括凝胶渗透色谱(GPC)和硅胶柱等净化过程,以及旋转蒸发和氮气吹扫等浓缩过程。实验表明,各前处理过程中样品内多环芳烃的稳定碳同位素分馏均不明显,其中硅胶柱净化过程相比GPC过程对样品中多环芳烃的δ13C影响较大,但总体上仍未超过未处理标样δ13C值的2倍标准偏差范围。旋转蒸发和氮吹过程对样品中多环芳烃的δ13C影响程度相当,都位于未处理标样δ13C值1倍标准偏差以内的水平。     

高砷地下水中溶解性有机碳和无机碳稳定同位素特征

随着稳定同位素分析技术的逐步完善,碳稳定同位素被广泛应用于地球化学领域。高砷地下水砷的生物地球化学循环是目前环境化学研究热点之一。分析概括了碳稳定同位素应用于地下水领域的研究现状,介绍了地下水中有机碳和无机碳稳定同位素的前处理方法以及测试技术。在此基础上,选取了内蒙古河套平原具有代表性的高砷地下水进行氧化还原敏感组分、碳稳定同位素的测定与分析。结果表明,As分布极不均匀,其含量为1.24~387 μg/L。地下水溶解性有机碳(DOC)含量相对较高,与溶解性无机碳(DIC)浓度基本呈正相关。δ¹³C_DIC相对δ¹³C_DOC较富集¹³C;δ¹³C_DIC-δ¹³C_DOC与δ¹³C_DIC之间具有显著的正相关关系;表明δ¹³C_DIC值越贫化,δ¹³C_DIC-δ¹³C_DOC越小,地下水中来源于有机物氧化分解的无机碳越多,进一步说明有机碳的氧化分解在无机碳稳定同位素贫化过程中起主要作用。此外,δ¹³C_DIC-δ¹³C_DOC与As浓度呈一定的负相关关系;表明有机物的微生物降解对砷的富集具有明显的促进作用。微生物可利用的碳源增加,促进异养微生物的代谢,并消耗氧气,最终形成有利于地下水As富集的还原环境。     

鄂尔多斯盆地早侏罗世富县期沉积演化: 大洋缺氧事件前后陆地气候变化的响应*

托阿尔期早期早侏罗世大洋缺氧事件(T-OAE,~183.8 Ma)是一次全球性的地质事件,鄂尔多斯盆地下侏罗统富县组记录了此次地质事件的陆地响应过程。主要基于盆地东缘野外地质调查、扫描电镜及薄片分析,本次研究描述了盆地东北部富县组岩性、颜色和沉积序列,利用前人研究成果总结了富县期岩相古地理变化规律及沉积模式,认为富县期经历了由干旱到湿润的古气候变化: 富县组下部含植物化石较为丰富的白色砂砾岩及黑色、灰色泥页岩沉积于湿润气候时期,对应着盆地下切河谷发育期和填平补齐期; 而上覆的罕见植物化石的杂色、红色泥页岩为(富县期晚期)相对平坦地形条件下的沉积,对应着早、中侏罗世湿润气候背景下的一次干旱气候脉动,为托阿尔期大洋缺氧事件在陆相环境的气候响应,可由此进行富县组区域等时性对比。研究认为“粗富县”为下切谷内河流充填沉积, “细富县”形成于湖泊环境或河漫环境, “黑富县”和“白富县”是湿润气候条件下沉积产物,而“红富县”和“杂富县”为T-OAE期后干旱条件下形成。     

植物碳酸酐酶对稳定碳同位素分馏作用的影响

碳酸酐酶（CA）能够可逆地催化CO2和HCO2^-之间的快速转化。长久以来人们忽视了生物体中CA对稳定碳同位素分馏的影响。本文以微藻碳酸酐酶胞外酶为例,说明细胞的区室化和偶联反应可引起CA可逆催化HCO2^-和CO2的转化的不平衡,进而造成稳定碳同位素分馏,并给出体外实验和C4植物实验结果作为依据。此外,本文还讨论了CA对碳同位素分馏的影响的理论和实践意义。     

Paleoceanographic evolution and chronostratigraphy of the Aptian Oceanic Anoxic Event 1a (OAE1a) to oceanic red bed 1 (ORB1) in the Gorgo a Cerbara section (central Italy)

We performed a detailed study of the stratigraphic transition of Oceanic Anoxic Event 1a (OAE1a) to oceanic red bed 1 (ORB1) from the classic Gorgo a Cerbara section in the Umbria region of central Italy. We focused on a 25.5-m-thick stratigraphic succession, from which we analyzed 305 samples for total organic carbon (TOC), CaCO₃, magnetic susceptibility, diffuse reflectance spectrophotometry and the stable carbon and oxygen isotopic composition of both bulk samples and organic matter. In the Gorgo a Cerbara section, the Selli Level of OAE1a (∼1.81 m thick) consists of laminated to bioturbated dark gray to black mudstones and shales with medium to dark gray radiolarian-rich silty to sandy layers and a maximum TOC content of 20.22%. The carbon isotopic values show a negative excursion (C3 stage, ∼0.14 m) at the base of the Selli Level, followed by a stepwise positive excursion (C4–C6 stages, ∼1.67 m) in the upper part of the Selli Level. The transition from OAE1a to ORB1 (∼3.19 m thick) is characterized by bioturbated greenish gray cherty limestones and marly limestones with subordinate marls, corresponding to stable carbon isotopic C7 stage and lasts for ∼0.75 Ma. The ORB1 interval (∼13.15 m) consists of reddish marly claystones, dark-red marlstones, red marly limestones and red calcareous shales which indicate a highly oxic environment. Our results reveal a stepwise transition from a predominantly mesotrophic and dysoxic to anoxic environment at the time that the OAE1a black shales were deposited to an oligotrophic and oxic environment during the transitional interval and finally to highly oxic conditions during the ORB1 interval. The nannoconid crisis occurs at the top of the C2 stage, just 0.34 m below the negative excursion in δ¹³C isotopic values. The massive CaCO₃ dissolution phase occurs 0.25 m above the negative excursion; it persisted for 0.85 Ma and probably resulted from excess CO₂, ocean acidification, and carbonate compensation depth (CCD) shoaling. Deposition of massive black shales occurs at the base of the C6 stage and lasted for 0.4 Ma.     

西藏南部上白垩统高分辨率全岩碳同位素地层学

西藏南部上白垩统半远洋沉积高分辨率碳、氧同位素实验结果显示：δ^13C值在Cenomanian末期正偏并形成正偏“高原”,从Turonian期开始总体呈现长期持续负偏,到Campanian早期负偏达到最低值。这种长期变化格局与世界有关地区的碳同位素偏移和同期全球海侵海退旋回型式匹配性甚好,印证了晚白垩世δ^13C值长期偏移趋势可作为大区域乃至全球海平面变化的指针。短期δ^13C值波动方面,Cenomanian末期、Turonian中一晚期、Turonian-Santonian界线时期、Campanian期都存在与世界相关地区的可比性,但Coniacian-Santonian期全球碳同位素偏移型式存在较大差异。