白垩纪特殊沉积的古气候指示及红层定量古温度测量研究

介绍了白垩纪陆相红层研究的现状及前景,特别是其在白垩纪陆相古气候恢复方面所具有的重要意义。系统讨论了白垩纪陆相红层中的特殊沉积及其古气候指示意义,并讨论了碳酸盐岩氧同位素方法定量古温度恢复的可能性及其局限性。指出白垩纪古气候具有时间上和空间上的不均匀性;并结合陆相红层的类型、特殊沉积的分布,参照古生物的地理分区对白垩纪古气候进行初步地理分区。     

白垩纪世界与大洋红层

白垩纪代表着地质历史中的一种极端的温室气候,已被国际地球科学界视为研究地球系统科学的典型范例。文中在评述白垩纪沉积作用、古气候、古海洋研究中取得的重要进展基础上,重点介绍推动白垩纪研究核心问题之一的黑色页岩和大洋缺氧事件以及由中国学者提出的白垩纪大洋红层和富氧作用。大洋缺氧事件与大洋红层的研究因其与碳氧循环、古气候和古海洋变化的紧密关系,已经成为国际白垩纪研究中的热点问题,并在今后一段时期内继续引领着白垩纪古海洋、古气候变化研究的不断深入。     

沉积记录对白垩纪中国大陆古气候模拟的约束

摘要：古气候模拟已经成为白垩纪古气候研究中不可替代的技术手段。但是目前中国白垩纪陆相古气候模拟的一些关键边界条件尚未完全确定。通过白垩纪沉积记录对中国大陆白垩纪古海陆边界和古地形做出约束。早白垩世,新疆西南部喀喇昆仑地区可能存在喀喇昆仑海湾,在东北松辽盆地东侧有乌苏里湾;晚白垩世,受全球海平面上升的影响, 特提斯海向北延伸,新疆西部地区存在塔西南海湾和喀喇昆仑海湾;而受燕山运动的影响,乌苏里湾向东退出松辽盆地,影响变小。在古地形方面,认为东北大兴安岭,西北天山、祁连山、昆仑山等山脉,西南云贵高原、川西高原、横断山,秦岭-大别山在白垩纪时均已形成并隆升到一定高度;指出“东部高原”和“沿岸山脉”的存在与否可能对白垩纪古气候状况产生深远的影响。此外, 还讨论了沉积记录与古气候模拟结果的对比、验证对中国大陆白垩纪古气候重建的重要作用。     

晚白垩世介形类壳体稳定同位素尝试——以松科1井南孔样品为例

白垩纪中期的全球温室气候引发的迅速同位素波动具有全球的同期性,可作为地质历史中气候变化的替代指标。在诸多陆相沉积体系中,湖泊沉积记录保存了相对连续的古气候信息,是恢复陆相高分辨率古环境和古气候演变的有利依据。松辽盆地为大型白垩纪沉积盆地,对其研究可以提供大陆内部的古气候信息。对白垩纪稳定同位素的研究常采用全岩样品的分析手段。然而,陆相湖盆同位素组成复杂,全岩样品难免受多种因素的干扰。尝试利用松科1井连续的介形类壳体为材料获取原生碳酸盐,为稳定同位素的高精度古气候恢复提供有效指标。尝试的首要工作是仔细开展采样分析、化石壳体挑选和受成岩影响样品的排除的每一步骤。在实体显微镜下精心剥离出纯净的化石壳体,然后对纯净壳体、含充填物壳体和围岩3种样品进行抽样对比,印证实验所用的介形类化石样品的可靠性,明确化石材料受成岩作用影响微弱。测试结果显示,松科1井介形类壳体碳氧同位素保存了长期连续的气候历史记录,深入研究能为中国甚至东亚白垩纪同期陆相研究提供稳定同位素标准序列。     

中南区白垩纪至早第三纪地层对比及构造发展特征

白垩纪至早第三纪地层在我国东部地区分布很广,过去认为陆相红层岩性、岩相变化很大,古生物化石缺乏,很难划分和对比。解放后,在红层盆地中找到了许多盐、铜、石油等重要矿产,促进了对红层的科学研究工作。六十年代初期以来陆续在一些盆地中发现了古脊椎动物化石,同时在若干盆地进行了微体古生物的研究工作,建立了一些盆地的地     

中国中生代木化石研究新进展:多样性变化及古气候波动

作为植物化石的重要组成部分,木化石不仅在探究地质历史时期植物群的组成特征和植物界演化方面发挥着重要作用,而且也是反映陆地生态系统古气候变化和古生态环境重建的重要证据之一。中国中生代木化石不仅数量丰富,而且类型多样,研究成果丰硕。近年来,在四川、重庆、云南、辽西和新疆等三叠纪—白垩纪化石产地和层位陆续发现了一批木化石新材料,进一步丰富了我们对中国中生代木化石的多样性的认识,并在利用木化石揭示三叠纪至白垩纪陆相古气候特征和变化方面取得积极进展。文中重点介绍在四川盆地晚三叠世、辽西侏罗纪燕辽生物群及早白垩世热河生物群中的木化石新发现并分析其古气候指示意义,揭示上述化石所反映的气候降温事件、古气候波动及其与带毛恐龙出现的关系等。通过对中生代木化石多样性演化、时空分布模式以及木材生长轮解剖特征的研究和分析揭示侏罗纪和白垩纪的古气候整体特征,并对中国中生代木化石研究领域存在的问题和未来的研究方向提出展望。     

广丰盆地晚白垩世周田组红层沉积特征及古气候意义

中国东南地区白垩系陆相红层分布广泛,是了解白垩纪温室气候陆地沉积响应的重要载体。但对这些红层的沉积环境尚有"水下"和"水上"之争议,古气候意义还需要进一步挖掘。以广丰盆地毛村剖面晚白垩世周田组为研究对象,通过野外剖面测制及古土壤样品色度、磁化率、碳酸钙含量等实验测试,分析沉积环境与古气候。周田组红层岩石类型可划分为古土壤、砂岩和砾岩。古土壤几乎分布于整个剖面,其中钙质结核、钙板层发育,可见遗迹化石及土壤滑擦面。砂岩与砾岩仅分布于部分层位,砂岩以中-粗砂岩为主,砾岩以中砾岩为主,发育平行层理和粒序层理构造。研究区古土壤样品的碳酸钙含量与低频质量磁化率联系密切,可作为气候变化的替代指标,而色度指标具有区域性,对该研究区的气候指示不明显。碳酸钙含量与磁化率曲线变化明显,记录了红层沉积阶段气候干湿交替的变化趋势。周田组红层沉积于强氧化环境并伴有季节性降水,古气候具有由相对湿热逐渐变化为干热的趋势。     

大洋红层的分布、组成及其科学研究意义综述

大洋红层作为一种特殊的海相沉积,代表了典型的富氧沉积环境,具有重要的科学研究价值。从大洋红层发现以来已开展大量的研究,但研究主要集中在白垩纪大洋红层,对整个大洋红层的特征及其科学研究意义的认识还不够全面。因此,在回顾大洋红层研究进展的基础上,总结其全球性的空间分布特征,对矿物和元素组成进行对比,发现主要矿物组分和元素组成与大洋红层的致色并无直接关系,而主要受到区域环境和物源来源的影响。大洋红层的致红是由铁氧化物或者含锰方解石控制,主要有2种成因机制:(1)因氧化条件而形成致色矿物;(2)因低沉积速率而形成致色矿物。因此,大洋红层所具有的独特成因机制和全球分布特征,使其对指示古沉积环境特征、重建古洋流发育、推测古气候变化具有重要的科学研究意义。在已有研究进展的基础上,提出未来展望,以期从多元化方向对全球大洋红层开展深入的研究。     

松辽盆地白垩纪冰筏沉积的发现及其地质意义

冰筏沉积是负载沉积物的冰块在春夏之交筏运到海洋或湖泊中，冰块融化沉积物坠落所形成的。它们可见于高海拔具有明显气候垂直分带的低纬度地区或者是高纬度地区。在研究松辽盆地白垩纪古气候时，首次在泉头组红层中发现冰筏沉积。根据泉头组孢粉组合的研究表明，它们除了具有热带—亚热带植物的孢粉以外，还有少量喜冷分子混生现象。经研究这些矛盾现象，反映泉头组时期盆地外围地形高差大，形成明显的气候垂直分带现象，这是造成这些矛盾现象的主要原因。冰筏沉积的发现对松辽盆地古气候古地理的恢复皆具有十分重要的意义     

胶莱盆地万家至蓝村一带白垩纪陆相“红层”火山岩锆石LA- ICP- MS U- Pb年龄及其地质意义

本文对胶莱盆地万家—蓝村一带浅覆盖区白垩纪陆相“红层”中火山岩夹层流纹质熔结凝灰岩进行同位素年代学研究,揭示火山岩形成时代,划分岩石地层单位。通过LA- ICP- MS锆石 U- Pb测年,获得了24个测点构成的谐和线上交点年龄数值为11832±073Ma(MSWD=100),该年龄代表了流纹质熔结凝灰岩的形成时间,指示白垩纪陆相“红层”的沉积时代为早白垩世。将这套以紫、红色为主,以细—粉砂岩、泥岩为主,夹少量砂砾岩、灰岩的河流- 湖泊相沉积“红层”划归为王氏群辛格庄组。火山活动大致与区域上石前庄旋回相当。本研究为胶莱盆地王氏群辛格庄组沉积时限提供了年代依据,同时揭示了该时期火山活动的特点,为胶莱盆地白垩纪原型盆地恢复和古地理演化提供了参考。     

Early Cretaceous sedimentary provenance and structural evolution of the central Sanandaj–Sirjan Zone,Iran: implications for palaeogeographic reconstructions of the northern Neo-Tethyan margin

ABSTRACT

The Early Cretaceous was an important epoch in the evolution of the Earth system in which major tectonic episodes occurred, especially along the Alpine–Himalayan belt. The paucity of reliable palaeogeographic data from the central segment of this geological puzzle, however, hampers the reconstruction of a panoramic view of its Early Cretaceous palaeogeography and geodynamic setting. Here we present multidisciplinary provenance data from Lower Cretaceous strata of the overriding plate of the Neo-Tethyan subduction zone (the Sanandaj–Sirjan Zone; SSZ, of central Iran), including structural, basin-fill evolution, petrographic and geochemical analyses. Sandstone provenance analysis of Lower Cretaceous red beds suggests the occurrence of sub-mature litho-quartzose sandstones attributed to an active continental arc margin in convergent setting predominantly derived from plutonic, quartzose sedimentary and metamorphic rocks exposed in the central SSZ. Weathering indices indicate moderate chemical weathering in the source area which may be related to close source-to-sink relationships or arid climate. Our palaeogeographic reconstructions and original geological mapping indicate that the erosion of uplifted basement rocks exposed in horst blocks provided the sediment sources for the syn-extensional deposition of uppermost Jurassic–lowermost Cretaceous conglomerates and Lower Cretaceous siliciclastic red beds within a continental retro-arc basin during initiation of the ‘Neo-Tethys 2?. The polyphase tectonic reactivation along the principal fault of the study area controlled the syn- and post-extensional tectonostratigraphic evolution that reflect the corresponding mechanical decoupling/coupling along the northern Neo-Tethyan plate margin.     

胶莱盆地K/Pg界线下陆相红层的旋回地层学分析

陆相红层因为其含古生物化石稀少给高精度生物、年代地层的对比带来了较大的困难。旋回地层学可以将地层与地时结合起来,解决地层沉积的时限问题。基于前人在对胶莱盆地K/Pg界线识别的基础上,主要利用了一维连续小波变换尺度分析法与频谱分析法对胶莱盆地胶州组K/Pg界线之下、晚白垩世红土崖组玄武岩夹层之上的陆相红层进行旋回地层分析,认为胶莱盆地晚白垩世的陆相红层中保存有米兰科维奇旋回,岁差、斜率和偏心率各个周期在不同的层段响应程度略有不同。根据旋回识别结果及K/Pg界线建立了“浮动天文年代标尺”,推测在66~67.77 Ma期间,胶莱盆地陆相红层的平均沉积速率约为5.15 cm/kyr,胶州地区［（67.77~73）±0.3］ Ma期间为玄武岩岩浆冷凝固结形成玄武岩进而遭受风化剥蚀及构造沉降的时期,红土崖组与胶州组的时间界线约为67.28 Ma,红土崖组玄武岩夹层的年龄应早于67.77 Ma。     

Early Cretaceous Paleoclimate Characteristics of China: Clues from Continental Climate-indicative Sediments

The Cretaceous was one of the most remarkable ‘greenhouse' climate periods in geological history. Most of the reported studies of the Cretaceous paleoclimate are based upon marine sedimentary records. Large spatial scale paleoclimatic reconstruction, which has a higher time resolution based upon continental sediments in China, is rarely found. This study presents paleoclimate reconstruction for the six time periods of the Early Cretaceous in China by employing continental climate-indicative sediments, including calcareous deposits, coal, oil shale, gypsum, halite, desert sedimentary systems, ferruginous deposits and laterite, copper-bearing deposits, limestone and dolomite. Based on the distribution of the association of climate-indicative sediments and the influences of paleotopography and orogenic belts(or important structural belts) on climate, seven climatic zones have been identified: 1) a warm and humid zone; 2) a warm and humid-warm and arid zone; 3) a warm and arid zone; 4) an arid and hot zone; 5) the Tibet hot and humid zone; 6) a hot and arid-semiarid zone; and 7) a hot and humid-hot and arid one. It is found that the Early Cretaceous climatic zones of China were nearly latitudinally distributed from northwest to southeast. The aridhot climatic zone expanded in the Aptian, suggesting that a hotter and drier climate prevailed in later period of the Early Cretaceous. Conversely, the humid climatic zone expanded in the Albian, indicating that a wetter climate appeared at the end of the Early Cretaceous. The overall distribution pattern of the seven climatic zones indicates that a hot-warm and arid climate was predominant in China; this coincides with a global ‘greenhouse climate' background. However, palaeogeographic features and specific geologic events, such as the existence and disappearance of the eastern high plateau, and the uplift and denudation of Yinshan, Yanshan, Tianshan, Qinling and Dabie Mountains, led to distinctive regional climatic features of the Cretaceous in China.     

黄土高原古气候变化定量重建的新进展

中国黄土- 红黏土沉积是可与深海沉积媲美的陆相沉积载体,记录了晚新生代东亚大陆气候环境变化历史。基于中国黄土的多种理化指标,重建了黄土高原地区构造- 千年尺度东亚季风变化历史,为探讨区域与全球气候的联系提供了关键证据。近年来,黄土高原古气候变化研究逐步从定性描述拓展到定量重建,本文旨在回顾基于中国黄土定量重建古温度和古降雨变化取得的重要进展。首先,梳理了古气候要素定量重建的指标和方法,古温度重建指标包括植硅体、碳酸盐耦合同位素、微生物脂类代用指标等;古降水变化敏感指标包括磁化率、白云石/方解石含量、生物微钙体Sr/Ca比值、有机碳同位素以及10Be等。然后,汇总了典型黄土剖面定量重建的古气候变化序列,分别从构造、轨道及千年时间尺度上探讨了古温度和古降雨的变化特征。结果表明,基于生标重建的不同时间跨度的土壤古温度变化序列,在冰期—间冰期尺度上的波动特征基本一致,但在冰盛期—冰消期时段出现了增温超前现象,说明陆地植被对土壤温度变化有重要调制作用。然而,不同指标重建的降水变化幅度差异较大,主导周期也存在差异,说明定量重建降水变化仍有较大挑战。最后,简要总结了黄土高原古气候定量重建存在的问题,明确了区分温度和降水季节性变化的重要性,指出加强地质记录与模拟结果的对比同化,将有助深化对多尺度季风变化动力学的理解。     

古温度定量重建的良好代用指标———湖泊沉积摇蚊化石记录研究进展

（双翅目）摇蚊科昆虫对环境因子的变化相当敏感，其水生幼虫的头囊能保存于湖相沉积物中，在国际古湖泊和古环境研究中常被用作一种环境替代指标。因为不同种属的摇蚊对环境因子的最适值和耐受范围有较大差异，所以利用湖相沉积物中的摇蚊化石组合面貌的变化可达到古环境的定量重建。在欧洲和北美进行的许多研究已证实摇蚊是古温度的有效指示器，重建夏季温度相对准确可靠，比其它气候变化代用指标有优势，很可能成为国际上古气温重建所使用的首要生物代用指标。截止目前，该领域研究在国内尚未开展，我国湖泊众多，利用摇蚊研究古温度记录潜力巨大。     

Distribution,Compositions and Significance of Oceanic Red Beds

Oceanic red beds are widely distributed in the global oceans and across the entire Phanerozoic period, which mostly appeared after oceanic anoxic events. They represent typical oxygen-rich sedimentary environment and play a significant role on ocean science research. Numerous studies have been carried out since the oceanic red beds were discovered. However, previous studies mainly focused on the Cretaceous oceanic red beds, and the understanding of the characteristics and scientific significance of oceanic red beds are not comprehensive. Therefore, we here summarized the global distribution characteristics and compared mineral and element compositions of various lithological oceanic red beds, including marly, clayey and cherty oceanic red beds. The main mineral and element components of oceanic red beds have no direct relationship with the color of the sediments, and mainly are affected by the regional environment and provenances. Therefore, the mineralogical and geochemical characteristics of oceanic red beds should be analyzed in combination with the regional background. The red coloration of oceanic red beds is controlled mainly by hematite, goethite and manganese-bearing calcite, which have two main mechanisms: ① Colored minerals formed in oxic conditions; ② Colored minerals formed due to low deposition rates. These two mechanisms are not completely independent, but complement one another with either dominance in most oceanic red beds. Lithological characteristics of oceanic red beds are controlled by three factors, including water depth, productivity and nutrients. Therefore, the formation of oceanic red beds should be considered with global changes and regional events. The unique origin mechanism and global distribution characteristics of long time-scale oceanic red beds can be used to indicate sedimentary paleoenvironment, paleo-oceanic current, and paleoclimate change. In addition, hydrothermal or magmatic activities on the ocean floor could also produce red-color deposits that are strongly different from sedimentary oceanic red beds. Based on the existing research, we also put forward the future in-depth studies on the oceanic red beds from multidisciplinary perspectives.