华南寒武纪早期海洋化学状态的时空波动

继新元古代埃迪卡拉纪真核生物辐射之后,寒武纪生命大爆发建立了现今动物门类和海洋生态系统的总体格架.本文系统研究了目前华南寒武系纽芬兰统-第二统南皋阶Fe-S-C海洋化学数据在时间和空间(近岸-远洋)上的波动特征,发现寒武纪早期表层海洋虽已氧化,但深部海洋仍旧广泛缺氧铁化,硫化水体可能仅动态出现在陆架缺氧区域且受到硫酸盐供给的重要控制.伴随海侵、海退和硫酸盐输入等关键地球化学要素的波动,华南寒武纪早期这种海洋化学状态的空间结构展现了阶段性演化特征,并与这一时期生物辐射、"灭绝"的空间差异性和阶段性一致.生物与水化学的相关性还进一步表明早期动物可能具有较好地适应低氧环境的生存能力,但水体的硫化对其却是致命的.这一观点可很好地解释梅树村阶Ni-Mo富集层沉积时期陆架地区小壳动物群和外陆架-斜坡相海绵动物的消失.因此,海洋化学条件的时空波动及其效应很可能是寒武纪早期生命出现阶段式"灭绝"和辐射的关键原因之一.     

贵州江口平引老堡组顶部的锆石SHRIMP年龄与对比意义

华南扬子地台下寒武统(相当于寒武系新划分方案的纽芬兰统和第二统)对于揭示早期生命演化、全球生物地球化学循环以及古海洋环境变化等一系列全球性的重大科学问题具有重要研究价值.其中,对该区下寒武统进行精确的绝对年龄标定是多学科交叉研究中至关重要的一个方面.对最近于贵州江口平引剖面老堡组顶部发现的钾质斑脱岩中锆石进行SHRIMPU-Pb年代学研究,其年龄结果为(536±5)Ma(MSWD=0.75),初步认为该钾质斑脱岩可以与前人集中研究的云南梅树村剖面朱家菁组中谊村段中部(第5层)钾质斑脱岩进行区域对比,这一对比结果显示过去仅发现于内部台地浅水环境的第5层钾质斑脱岩在扬子地台较深水环境亦存在沉积记录.平引剖面老堡组顶部钾质斑脱岩的年龄结果直接约束了该剖面牛蹄塘组底部Ni-Mo多金属层的绝对年龄应年轻于(536±5)Ma,表明将Ni-Mo多金属层作为前寒武系-寒武系界线是不适宜的.结合区域对比及碳同位素化学地层学全球对比研究成果,认为朱家菁组中谊村段中部(第5层)及其相当层位的钾质斑脱岩、石岩头组底部及其可对比层位的钾质斑脱岩以及Ni-Mo多金属层可作为扬子地台区域地层对比的三个重要标志层,它们相互一致的绝对年龄初步构建了华南下寒武统的时间框架.     

中国湖北宜昌王家湾剖面奥陶系顶部斑脱岩SHRIMP锆石U-Pb定年

湖北西部宜昌王家湾北剖面观音桥层底界之下0．39m处被定义为上奥陶统最后一个阶——赫南特阶的全球界线层型剖面和点位（GSSP）,但此颗“金钉子”却缺乏可信的同位素年代学数据．对王家湾北剖面观音桥层顶部斑脱岩的锆石进行了高精度离子探针（SHRIMPII）定年研究．结果表明,观音桥层顶部斑脱岩形成年龄为（443．2±1．6）Ma,也就是说,赫南特阶顶部即奥陶系／志留系界线处的同位素年龄应接近但略小于（443.2±1．6）Ma,此年龄与国际地层委员会公布的奥陶系／志留系界线年龄（443．7±1．5）Ma在误差范围内一致．因此,这一研究为赫南特阶和奥陶系／志留系界线的全球对比提供了可靠的年代学依据．     

寒武纪早期南华盆地盐度及水文动力学过程重建

尽管对寒武纪早期南华盆地已开展了大量古环境重建研究,但南华盆地在寒武纪早期与广海之间的连通性仍不明确,这阻碍了对该时期海洋氧化还原状态演化及其与寒武纪大爆发关系的深入认识.针对上述问题,本研究分析了来自南华盆地内不同水深的三个下寒武系剖面(陆架边缘相道沱、斜坡-盆地相袁家和渣拉沟)的全岩B/Ga组成——这一新近提出的、可用于地质历史时期水体盐度重建的理想指标,以期对寒武纪第2～3期南华盆地的盐度及水文动力学过程进行重建.结果显示,在寒武纪早期南华盆地内的水体盐度存在一个由浅水向深水逐渐增加的梯度,该梯度在九门冲组/牛蹄塘组/渣拉沟组的黑色页岩沉积阶段尤为显著.我们认为该盐度梯度可能是在一个中等局限盆地内由临近陆块上输入大量淡水和广海输入海水相混合的结果.在约9Myr的研究区间内,三个剖面的水体盐度均显示出逐渐增加的趋势,这可能反映了全球海平面升高或区域构造活动所引起的广海海水输入的增强.推测南华盆地与广海之间连通性的增强可能减弱了盆地内水体的分层性,同时缩小了缺氧环境在深水的发育,这与其他全球因素(如大气氧含量增加)一起导致了南华盆地内氧化海水的扩张,并进一步影响了寒武纪生命大爆发在华...     

塔里木地台北部寒武纪-奥陶纪层序地层及其与扬子地台和华北地台的对比

以详细的露头层序地层研究为基础,概述了塔里木地台北部寒武纪-奥陶纪的层序地层系统.该系统以不同级别的层序为基本单元所构成,包括35个三级层序,12个超层序,4个超层序组和2个巨层序.同时,结合地震剖面和钻井资料,对其中的重要层序界面特征进行了讨论,并通过生物地层与层序地层相结合的方法,标定了重要层序界面的年龄.通过对塔里木地台寒武纪-奥陶纪层序地层与扬子地台和华北地台同期层序地层的对比研究发现,其间有较好的对应关系.说明寒武纪-奥陶纪时中国三大地台上碳酸盐岩层序的发育主要受控于大区域和全球性的海平面变化.这为在我国三大地台区寒武系-奥陶系中开展以层序地层学为基础的高分辨率年代地层体制研究提供了理论支持.     

中国的寒武纪大爆发研究:进展与展望

寒武纪大爆发研究是改革开放以来中国地球科学领域取得重大成就和享有国际盛誉的代表性研究方向之一.文章首先简要回顾中国在寒武纪大爆发研究领域的发展历程,认为可将其划分为三个阶段.新中国成立后的前30年是研究积累阶段.改革开放初期,通过参与全球前寒武系-寒武系界线"金钉子"的竞争快速进入该领域国际前沿.紧接着以澄江动物群为代表,一系列寒武纪特异埋藏化石群的发现和研究掀起了全球寒武纪大爆发研究的新一轮热潮. 21世纪以来进入快速发展阶段.以瓮安生物群等为代表,埃迪卡拉纪多种保存方式动物化石的发现填补了动物在寒武纪大爆发之前的演化空白.与此同时,通过多学科交叉和广泛的国际合作,在寒武大爆发过程和环境背景方面获得一系列新认识,对全球该领域的快速发展起到推动作用.文章重点总结了中国在该领域的主要学术贡献,如澄江动物群中节肢动物、后口动物特别是脊索动物的起源和早期演化研究,以及瓮安生物群中动物胚胎化石和微型成体化石的研究等.在此基础上,结合全球研究进展,对中国学者提出的寒武纪大爆发多幕式演化模型进行了新的解读.另外,文章还概述了中国在寒武纪大爆发领域生物与环境协同演化方面的主要研究进展,包括雪球事件和地球第二次大氧化事件的研究等.最后简要分析了寒武纪大爆发研究领域当前存在的关键科学问题,并对该领域未来的研究发展提出建议.     

寒武纪大爆发的因果关系

寒武纪大爆发是长期受多学科领域关注的基础前沿课题.本文从动物门类的化石首次出现、分异演化时间、环境变化、发育基因调控网路以及生态效应等几个方面来讨论它们与寒武纪大爆发的因果关系.动物门类的化石首次出现时间主要集中在寒武纪的前三个阶(541~514 Ma),体现出突发性、阶段性和不等时性.动物门类分异演化的时间,目前还存在深时分异和浅时分异的争议.控制动物发育的基因调控网络早在动物分异演化之前就已经形成,表明基因调控网络的建立是寒武纪大爆发的前提条件,但不是充分条件.因此,寒武纪大爆发需要环境激发因素.海水氧化还原条件和化学成分的变化以及营养物质的补给是最受关注的环境诱发因素.海洋生态环境内营养物质的富集通常会导致原始生产力的过剩,并不一定直接对应于动物多样性增长.埃迪卡拉纪至寒武纪过渡时期海水的持续氧化、钙和其他离子浓度的变化以及总盐度的降低可能是触发寒武纪大爆发的主要环境因素,但需要更精确的年代地层学、地球化学和动物发育生理学等数据加以验证.很多学者认为寒武纪大爆发是一种生态现象,即后生动物于寒武纪早期在生态上获得空前的成功.生态效应需要大量不同类型的动物来实现.因此,动物与动物之间以及动物与环境之间,复杂生态关系的建立也是寒武纪大爆发的结果而不是原因.不可否认,生态效应的积极反馈作用可以促进生物多样性增长.寒武纪大爆发是由环境变化突破关键约束而导致的以后生动物为主导的海洋生态系统的初次建立,通过"生态雪球"效应连锁反应得以实现.     

中国寒武纪综合地层和时间框架

寒武纪是显生宙第一纪,见证了动物的爆发式快速演化过程,标志着地球从微生物为主导的前寒武纪生态系统转变为以动物为特征的显生宙生态系统.然而,全球寒武纪地层对比困难,高分辨率年代地层系统还未完全建立,严重制约寒武纪地球-生命系统演化历史的研究.文章简要介绍国际寒武系四统十阶年代地层系统的形成历史和已经建立的幸运阶、鼓山阶、古丈阶、排碧阶和江山阶的定义与"金钉子"(GSSP),概述第二阶、第三阶、第四阶、第五阶和第十阶底界厘定工作进展,重点阐述寒武系底界的全球对比问题,以及寒武纪化学地层和同位素年代学的研究现状和存在问题.在简要回顾中国寒武纪年代地层研究历史的基础上,根据国际寒武纪年代地层研究进展,对以华南为基础的中国寒武纪年代地层和时间框架进行了修订,新建肖滩阶作为中国寒武系第二阶.全面介绍中国华南、华北和塔里木三个主要构造地层分区寒武纪综合地层(生物地层、化学地层和同位素年代学)研究进展,并对中国不同地层分区寒武系底部地层发育特征、底界识别和存在问题进行分析和讨论;同时还对三个主要地层分区寒武系上部白云岩地层的划分与对比提出建议.     

晚二叠世-早三叠世海水的锶同位素组成与演化——基于重庆中梁山海相碳酸盐的研究结果

测试了重庆中梁山剖面晚二叠世-早三叠世60个海相碳酸盐样品的锶同位素比值,建立了相应的演化曲线,同时分析了这些样品的SiO2,CaO,MgO,Mn和Sr含量,以评估样品锶同位素组成对海水的代表性以及样品溶解过程的合理性.除7个样品的Mn/Sr比值大于2,其锶同位素组成对海水的代表性相对较差以外,绝大多数样品的锶同位素组成对海水都具有较好的代表性.在已报道的晚二叠世-早三叠世海水的锶同位素演化曲线中,中梁山剖面是数据密度最大,曲线最为完整的.曲线总体演化趋势具有很好的全球一致性,^87Sr/^86Sr比值整体上呈现随时间变化单调上升的特征,最小值（0.707011）位于晚二叠世,最大值（0.708281）出现在早、中三叠世界线附近.全球古陆植被缺乏和风化作用加剧是早三叠^87Sr/^86Sr比值随时间单调上升的主要原因.重庆中梁山剖面二叠纪三叠纪界线是一个全球认可的界线,界线处6个样品的^87Sr/^86Sr比值仅在小数后第5位变化,其平均值为0.70714,与Korte等在2006年公布的0.70715（样品来自有铰腕足壳）的二叠系/三叠系界线处^87Sr/^86Sr比值一致（变化在实验误差范围内）,因而提供的二叠系三叠系之交海水的锶同位素组成具有全球意义.可基本确认,二叠纪/三叠纪之交全球海水的^87Sr/^86Sr比值在0.70714-0.70715之间.     

贵州威宁岔河陆相二叠系-三叠系界线地层研究

贵州威宁岔河陆相二叠系-三叠系界线剖面出露良好, 发育齐全, 对此剖面进行了综合研究. 已建立5个孢粉组合带, 1个植物化石群; 二叠系与三叠系界线确定在67b④层底; 在界线上(68层)、下(66f层)有火山成因的粘土岩, 在粘土岩中有锆石、双锥六方石英等特殊矿物; 68a层的锆石测得同位素年龄为252.6 ± 2.8 Ma. 同时还进行了有机碳同位素测定和分子地层研究. 贵州威宁岔河陆相二叠系-三叠系界线位置总体上可与浙江长兴海相二叠系-三叠系界线(金钉子)相比较.     

苏北盆地玄武岩地质年龄及地层时代

本文以快中子活性（＾３９Ａｒ／＾４０Ａｒ）法，Ｋ－Ａｒ法为主要手段，通过１６个玄武岩样品地质年龄的测定和分析，首次建立了苏北盆地泰州组－盐城组玄武岩喷发年代时间剖面，并对各组段的界线年龄进行了修正。提出了白垩系和第三系的界线在泰州组与阜宁组之间，古新统与始新统界线在阜宁组￣二段和三￣四段之间，始新统与渐线界线在三垛组一组段和二二段之间，本区缺失上渐新统地层。     

新疆塔里木盆地泥盆纪弗拉期-法门期界线事件

泥盆纪弗拉期-法门期界线是地球历史上显生宙最重大的事件界线之一. 运用化学-生物地层学方法, 在新疆塔里木盆地揭示了能与华南相当事件层进行对比的弗拉期-法门期界线事件. 研究结果证明, 在巴楚小海子剖面, 弗拉阶-法门阶界线位于巴楚组中段底部, 重要的油气储层-东河砂岩的时代应为弗拉期, 同时镍异常和石膏层沉积很可能是裂谷热液活动的结果.     

华南石炭纪杜内-维宪界线期牙形石演化和层型标志

据华南牙形石系统研究成果, 提出石炭纪杜内阶-维宪阶候选全球界线层型剖面、剖面点和化石标志. 选择代表扬子板块边缘和内部, 及不同沉积相型的剖面, 分析各剖面的沉积微相和旋回(层序)构成, 统计牙形石在剖面上的分异度和丰度, 研究各类(属)牙形石相分布和生态环境. 从而确定在分布广泛、浮游生存的gnathodids类中选择化石标志. 完善和建立杜内-维宪过渡期各类(属)牙形石演化谱系, 划分早石炭世牙形石发展阶段, 即Siphonodella阶段, Gnathodus typicus阶段和Gnathodus bilineatus阶段, 进一步选定praebilineatus带的底界是两个发展阶段的转换面. 最后提出了石炭系杜内阶-维宪阶全球界线候选层型为台盆相广西柳州碰冲剖面, 界线点为层58的底, 界线层型的牙形石标志定在Gnathodus semiglaber支系中Gnathodus praebilineatus的首现.     

中国新生界第一阶潜在的层型剖面

显生宇的年代地层单位只能通过该单位的下界的界线层型来定义.陆相为主的中国新生界第一阶只能通过这个阶的下界的界线层型、也即陆相白垩系/古近系界线层型来定义.广东南雄和黑龙江嘉荫至今都没有具连续的陆相白垩系/古近系界线时期的沉积和生物地层记录的剖面发现,没有建立陆相白垩系/古近系界线层型的条件.因此,无论是"上湖阶"还是"富饶阶"作为中国新生界第一阶都不可行.从轮藻角度出发,湖北当阳露头剖面拥有全球迄今所知最连续丰富多样的白垩系/古近系界线时期、特别是古新世早期的陆相生物地层记录.界线层段的介形类生物地层记录也非常连续丰富多样.其是迄今所知中国唯一可能成为陆相白垩系/古近系界线层型的候选代表的剖面.从而,它是迄今所知中国古新统、古近系以及新生界第一阶唯一可能的建阶剖面或层型剖面.     

浙江“金钉子”之旅

金钉子,全称：全球界线层型剖面和点位（GSSP）。它是全世界公认的,全球范围内某一特定地质时代划分对比的标准。     

晚前寒武纪末至早寒武世生物骨骼微细结构的分异

对我国陕南和滇东旱期骨骼化石研究表明,晚前寒武纪末至早寒武世是地球生物矿化作用急剧变化时期.以Cloudina为代表的晚前寒武纪末骨骼化石,表现出叠锥套合结构,有机质成分高,壳变异大,具明显塑性变形等特征.早寒武世骨骼化石大量涌现,分布广泛,磷质、钙质和硅质骨骼生物群形成.以软体动物为例,早寒武世骨骼化石微细结构出现分异,现生软体动物壳质结构的主要类型柱状结构、交错结构和规则叶片结构已经发育;纤型结构发生了进一步分异,出现了为软体动物所特征的层状交错纤体结构和为软舌螺所特征的分叉与合并的纤束结构;开始出现二层结构的壳.早寒武世生物控制矿化作用开始起主导作用,为真正生物壳的形成和“寒武纪大爆发”的出现奠定了关键性的基础.     

江西乐平沿沟二叠纪-三叠纪过渡期沉积微相演变及其对灭绝事件的响应

江西乐平沿沟二叠系-三叠系界线剖面为连续碳酸盐岩相序列,较完整地记录了二叠纪-三叠纪之交重大突变期浅水非微生物岩相区的生物和环境演变过程.通过对该剖面高精度的牙形石生物地层和碳酸盐岩微相研究,可以很好地界定该剖面二叠系-三叠系界线地层序列,并与煤山标准剖面精确对比.借助于系列岩石切片观察,可将界线地层序列归入6种不同的碳酸盐岩微相类型,借此探讨该重大突变过程中沉积环境变化及其与生物演变之间的关系.综合沉积微相、生物化石和碳同位素的对比研究,发现微相MF-4（含被包壳的有孔虫亮晶鲕状灰岩）和微相MF-6（深色生物介壳灰岩）是两次重大生物灭绝和环境变化事件的不同沉积响应,这两次事件均与华南和全球其他地区有相似性和可比性.其中MF-4是华南二叠纪末发育有鲕状灰岩的首次报道,代表了二叠纪末可能就已经出现高二氧化碳分压、低硫酸盐浓度和微生物繁盛等异常环境状态;而MF-6中发育丰富的腹足类和介形虫,则代表了在三叠纪最早期存在一次腹足类和介形虫的繁盛事件.沿沟剖面碳酸盐岩微相分布较完整地体现了二叠纪-三叠纪之交重大突变期浅水非微生物岩相区生物和环境的幕式演变历程,是煤山标准剖面的重要补充.     

太行山早前寒武纪杂岩的同位素年代学和地质事件

通过对太行山前寒武纪杂岩地质学和同位素地质年代学研究 ,确定了太行山的地质事件主要有 5期 .新太古代早期玄武质岩浆喷发和石英闪长质 英云闪长质岩浆侵位 ,形成阜平片麻岩的角闪斜长片麻岩和TTG片麻杂岩中变质基性岩包体 .新太古代晚期麻粒岩相变质和黑云斜长片麻岩侵位 .新太古代末期至古元古代早期伸展隆升 ,形成城南庄大型变形带 ,沿着伸展变形带变质基性岩脉侵位 .古元古代晚期 (吕梁期 )太行山前寒武纪杂岩重新活化 ,构造隆升 ,南营片麻岩侵位 ,之后形成龙泉关韧性剪切带 .古元古代末期形成区域性花岗质伟晶岩 ,代表吕梁运动结束     

塔里木盆地柯坪地区寒武-奥陶系界线附近的碳同位素组成与对比

在生物地层控制下,对塔里木盆地柯坪地区乌什鹰山剖面和柯坪水泥厂剖面的寒武．奥陶系界线附近地层进行了连续的、密集的同位素采样．样品碳同位素测定结果表明,这两条剖面寒武-奥陶系界线附近碳同位素组成以负δ^13C值为主．其中,乌什鹰山剖面碳同位素的演化趋势表现为交替出现的4次负漂移和4次正漂移,柯坪水泥厂剖面表现为交替出现的5次负漂移和5次正漂移．在生物地层框架下,可以将这两条剖面的碳同位素演化趋势与国际上重要的寒武．奥陶系界线剖面（1）中国大阳岔剖面、（2）加拿大Green Point剖面、（3）澳大利亚Black mountain剖面以及（4）美国Lawson Cove剖面进行良好的比对．基于碳同位素演化趋势的对比结果,确定了乌什鹰山剖面和柯坪水泥厂剖面的寒武-奥陶系界线,对界线附近的地层进行了细分和对比．     

云南元谋盆地含古猿化石层古地磁年龄及古生物学意义

云南元谋盆地含古猿化石剖面磁性地层学研究表明, 小河剖面记录了Cande-Kent95古地磁年表中的C3Br.1n, C3Br.1r, C3Br.2n, C3Br.2r, C4n.1n, C4n.1r, C4n.2n和C4n.2r 8个极性段, 地层应当归属中新世晚期. 该剖面有两个主要含古猿化石层, 下层(剖面第1层)记录了C4n.2r下部, 古地磁年龄约8.2~8.1 Ma; 上层(剖面第16层)记录了C3Br.1n, 古地磁年龄约7.2~7.15 Ma. 该剖面古猿化石古地磁年龄约为8.2~7.15 Ma. 雷老剖面记录了Cande-Kent95古地磁年表中的C3Br, C3Br.1n, C3Br.1r, C3Br.2n, C3Br.2r, C4n.1n, C4n.1r, C4n.2n, C4n.2r, C4n.3n和C4n.3r 11个极性段, 地层应当归属中新世晚期. 该剖面也有两个主要含古猿化石层, 下层(剖面第3层)记录了C4n.2r, 古地磁年龄约8.2~8.1 Ma; 上层(剖面第19层)记录了C3Br中部, 古地磁年龄约7.15~7.1 Ma, 雷老剖面古猿化石古地磁年龄约为8.2~7.1 Ma. 小河剖面与雷老剖面记录的沉积环境极为相似, 两个剖面的古猿化石年龄相当, 下古猿化石层古地磁年龄约8.1~8.2 Ma, 上化石层古地磁年龄约7.2~7.1 Ma. 这可能反映了在雷老盆地与小河盆地生活的古猿有统一的活动范围. 该区域大约在8.00~7.00 MaBP间始终有古猿活动.