遗迹化石对显生宙5大生物-环境事件的响应

通过系统梳理与奥陶纪-志留纪、晚泥盆世弗拉期-法门期、二叠纪-三叠纪、三叠纪-侏罗纪、白垩纪-古近纪之交 的5次生物大灭绝期遗迹化石记录相关的生物和环境事件,发现遗迹化石对5次大灭绝事件为负响应,即在大灭绝事件之后 的残存期和复苏期期间,遗迹化石的多样性、丰度、潜穴直径、生物扰动强度、遗迹组构阶层都大为减小.遗迹化石反映的造迹 生物行为习性和觅食策略在5次生物大灭绝事件后也各有不同,食沉积物性觅食策略在晚奥陶世和晚白垩世大灭绝事件之 后占据主导,滤食性觅食策略在晚三叠世大灭绝事件之后占据主导,机会主义遗迹(如Planolites)、食沉积物性和滤食性等多 种觅食策略和行为习性在晚泥盆世F-F和晚二叠世两次大灭绝事件之后占据主导.晚泥盆世F-F和晚二叠世两次大灭绝事件 之后,遗迹化石记录了底栖生物系统由简单向复杂、由二维向三维生态空间拓展的变化趋势.      

广西桂林杨堤晚泥盆世弗拉期-法门期之交上、下 Kellwasser事件的差异与海洋生产力变化

对广西桂林晚泥盆世弗拉期-法门期(Frasnian-Famennian,简称F-F)之交杨堤剖面的碳酸盐岩碳同位素、生物成因 Ba、Al、Si和氧化还原指标的综合分析,表明该地区F-F之交生产力较低,且两次Kellwasser事件具有不同特点:下Kellwasser (LKW)事件时期并未出现明显缺氧环境,生态系统中初级生产力和最终生产力均相对较高,δ13C小幅度正偏是由生产力上升 引起;上Kellwasser(UKW)事件时期海平面上升,陆源输入物极少,氧含量急剧下降,初级生产力有所增加,最终生产力锐减, 此时的δ13C大幅正偏是由于缺氧条件下有机碳缓慢积累埋藏保存所致.      

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。     

镉同位素在古环境重建中的应用:以晚泥盆世弗拉期-法门期生物灭绝事件为例北大核心CSCD

磷(P)是海洋初级生物不可或缺的营养元素,现代海水中溶解态镉与磷的含量线性关系极好,表明镉可能作为海洋初级生物的营养元素而被利用。浮游生物优先摄取轻的镉同位素,使得海水中的镉同位素变化与海洋初级生产力的变化紧密相关。目前镉同位素已成功应用于二叠纪-三叠纪之交古海洋初级生产力的重建。广西桂林晚泥盆世弗拉期-法门期(Frasnian-Famennian,F-F)之交杨堤剖面的镉同位素数据显示,在F-F灭绝事件前,δ114Cd总体偏重(0.03‰~0.49‰),指示当时海洋具有较强的初级生产力;F-F之交,δ114Cd呈现负偏(-0.44‰^-0.01‰),表明这一时期海洋初级生产力显著下降;F-F灭绝事件后,δ114Cd又逐渐增大(-0.04‰~0.13‰),反映灭绝事件后海洋初级生产力的恢复。海洋初级生产力的下降,导致了海洋生态系统中的食物链受到破坏,从而引发了F-F之交的生物灭绝事件。     

镉同位素在古环境重建中的应用:以晚泥盆世弗拉期-法门期生物灭绝事件为例

磷(P)是海洋初级生物不可或缺的营养元素,现代海水中溶解态镉与磷的含量线性关系极好,表明镉可能作为海洋初级生物的营养元素而被利用。浮游生物优先摄取轻的镉同位素,使得海水中的镉同位素变化与海洋初级生产力的变化紧密相关。目前镉同位素已成功应用于二叠纪-三叠纪之交古海洋初级生产力的重建。广西桂林晚泥盆世弗拉期-法门期(Frasnian-Famennian, F-F)之交杨堤剖面的镉同位素数据显示,在F-F灭绝事件前,δ~(114)Cd总体偏重(0.03‰～0.49‰),指示当时海洋具有较强的初级生产力;F-F之交,δ~(114)Cd呈现负偏(-0.44‰～-0.01‰),表明这一时期海洋初级生产力显著下降;F-F灭绝事件后,δ~(114)Cd又逐渐增大(-0.04‰～0.13‰),反映灭绝事件后海洋初级生产力的恢复。海洋初级生产力的下降,导致了海洋生态系统中的食物链受到破坏,从而引发了F-F之交的生物灭绝事件。     

广西上泥盆统F-F界线碳同位素的变化特征

发生在晚泥盆世弗拉期(Frasnian)-法门期(Famennian)之交的生物灭绝事件(简称F-F事件)是古生代以来五大生物集群灭绝事件之一,其原因仍含糊不清。碳同位素研究显示,伴随F-F事件全球碳循环发生了显著的变化。但对中国南方F-F事件地层碳同位素变化特征的认识不够,缺乏系统的研究。对广西桂林杨堤上泥盆统灰岩剖面的碳同位素的分析结果表明,在上泥盆统存在两次碳同位素正偏移,分别出现在下rhenana带和F-F的界线,其中,出现在F-F界线的碳同位素正偏移与广西垌村以及欧美和非洲等地的上泥盆统F-F界线附近的碳同位素记录一致,且具有相近的变化幅度。进一步对广西桂林附近的杨堤和垌村剖面F-F界线的碳同位素组成变化模式的分析发现,这次正偏移可能是由多次次级变化组成,与F-F事件中生物的灭绝步骤相似。     

菌藻类繁盛:晚泥盆世大灭绝的疑凶?

广西桂林杨堤剖面的地球化学数据显示晚泥盆世弗拉期末—法门期海平面波折上升、水体从富氧变为贫氧,同时无机、有机碳同位素(δ13Ccarb和δ13Ckerogen)分别从 0.43(‰V-PDB)→ 3.54(‰V-PDB)和-29.38(‰V-PDB)→-24.14(‰V-PDB),可以与北美、欧洲等地进行对比.通过对海平面变化、缺氧程度分析,并结合岩石薄片,我们认为这种快速正向波动是由以菌藻类生物为主要生产者的海洋生产力迅速增加引起的.镜下观察发现,F-F大灭绝中菌藻类不但未受影响反而更加繁盛.与之相对应,对营养盐P及菌藻类生长刺激元素Fe、Zn的研究也发现在晚弗拉期出现几次含量突增.更值得注意的是其来源主要由陆地输入,这就印证了晚泥盆世陆生植物大规模繁盛使得生物化学风化盛行,导致地表径流向陆表海输送的营养物质增加改变了海洋化学环境,富营养化的海水使菌藻类繁盛并造成其他生物灭绝的假说.     

四川广元清风峡剖面上泥盆统风暴沉积特征及其古环境意义*

泥盆纪吉维特期—弗拉期(G-F)之交的环境突变拉开了晚泥盆世生物大灭绝的序幕。然而,不同学者对于该时期环境变化的认识仍存在争议。为了解泥盆纪G-F之交的环境变化特征,通过对四川广元清风峡剖面泥盆系观雾山组中6套风暴岩的详细沉积学研究,识别出了典型的风暴沉积标志,如底面侵蚀构造、粗粒滞留沉积、粒序层理、丘状交错层理等。根据风暴沉积构造的组合特征,建立了3种近源风暴沉积序列: 序列Ⅰ,底部为具侵蚀构造的砾屑灰岩,顶部为块状泥晶灰岩;序列Ⅱ,底部为具侵蚀构造的砾屑灰岩,顶部为具粒序层理的砂屑灰岩;序列Ⅲ,底部为具侵蚀构造的砾屑灰岩,中部为具粒序层理的介壳灰岩,上部为具丘状交错层理的颗粒泥晶灰岩,顶部为具波状层理和水平层理的泥晶灰岩。牙形石生物组合分析显示,风暴岩形成于晚泥盆世弗拉期初期。基于现代风暴成因分析,认为弗拉期初期全球低纬度地区广泛分布的风暴岩与气候变暖和快速海侵密切相关。研究区风暴岩的发现对认识上扬子地区晚泥盆世沉积环境、古地理、古气候均具有重要意义。     

豫西宜阳地区晚二叠世晚期—早三叠世沉积记录及其对古气候变化的响应

晚二叠世-早三叠世宜阳地区位于东特提斯低纬度地区的华北板块南缘,发育一套连续且沉积特征显著的陆相碎屑 岩相沉积,是研究陆相晚二叠世-早三叠世古环境与古气候变化的理想地层。本文在前人研究与野外实测的基础上,采用 岩石学、沉积学、古生物学方法综合分析研究区的沉积记录,识别出宜阳地区在该时期由陆源近海的滨湖沉积环境向河流 沉积环境过渡的古环境,重建了晚二叠世晚期-早三叠世宜阳地区的古地理面貌。沉积特征显示,此期整体气候条件为炎 热-半干旱,并且在长兴期末期与奥伦尼克期早期出现了极端干旱气候,可能是受到当时全球性巨型季风环流的影响。这 一时期的古气候与古环境的变化可能对二叠纪末陆地大灭绝事件起到了推动作用,并抑制了早三叠世生物复苏的进展。     

弗拉期—法门期(F-F)之交事件在广西全州地区的沉积学响应

晚泥盆世弗拉期—法门期之交,地球环境急剧变化.广西作为中国南方泥盆纪沉积最为发育的地区,对该事件具有良好的记录.从广西全州地区东山剖面发育的一套海相碳酸盐岩为主夹细颗粒陆源碎屑岩序列的岩相、沉积微相及生物化石入手,厘定研究区内弗拉阶—法门阶界线,揭示研究区内与弗拉期—法门期事件相关的沉积记录,进而探讨当时的海平面变化情...     

豫西宜阳地区晚二叠世晚期—早三叠世沉积记录及其对古气候变化的响应

晚二叠世—早三叠世宜阳地区位于东特提斯低纬度地区的华北板块南缘，发育一套连续且沉积特征显著的陆相碎屑 岩相沉积，是研究陆相晚二叠世—早三叠世古环境与古气候变化的理想地层。本文在前人研究与野外实测的基础上，采用 岩石学、沉积学、古生物学方法综合分析研究区的沉积记录，识别出宜阳地区在该时期由陆源近海的滨湖沉积环境向河流 沉积环境过渡的古环境，重建了晚二叠世晚期—早三叠世宜阳地区的古地理面貌。沉积特征显示，此期整体气候条件为炎 热—半干旱，并且在长兴期末期与奥伦尼克期早期出现了极端干旱气候，可能是受到当时全球性巨型季风环流的影响。这 一时期的古气候与古环境的变化可能对二叠纪末陆地大灭绝事件起到了推动作用，并抑制了早三叠世生物复苏的进展。     

广西六景泥盆系弗拉斯阶-法门阶界线层牙形石生物地层及碳同位素组成

广西六景泥盆系剖面是中国泥盆系标准剖面之一,通过对其弗拉斯阶-法门阶(F-F)界线附近地层进行详细的牙形石生物地层研究,自下而上识别出3个牙形石带:晚rhenana带、linguiformis带和triangularis带。F-F界线位于融县组下部(第7号层与第8号层之间),在谷闭组顶界之上3.32,m处。碳同位素的分析结果表明,F-F之交δ13C具有显著正偏移,增幅为2.0‰,与湖南老江冲、广西垌村和杨堤以及欧洲、美洲、非洲和澳洲等地的F-F界线附近的碳同位素记录一致,且具有相近的变化幅度。δ13C正异常与F-F界线上的生物灭绝有关,由于食微生物的高等生物灭绝,微生物大量繁盛,诱导海水缺氧,导致海洋有机碳埋藏速率增加,从而形成δ13C的正偏。F-F界线层发育一套以碎屑灰岩为特色的事件沉积,该事件沉积在广西乃至全球具有等时性,可能与小行星碰撞地球引起的全球性海啸有关。     

古环境、古气候分析对P-T之交灭绝事件的启示——以豫西济源孙家沟组为例

二叠纪—三叠纪之交,海洋和陆地均经历了地球历史上最严重的生物危机,大灭绝事件前后沉积环境的恢复及古气候的重建是生物大灭绝事件研究的基础。济源盆地位于华北板块南缘,二叠纪—三叠纪陆相地层发育完整且接触清晰,是研究华北板块二叠纪—三叠纪之交古气候和沉积环境演化的良好区域。以豫西济源大峪镇剖面孙家沟组为研究对象,综合运用岩石学、沉积学、古生物学和地球化学方法对研究区进行了系统研究。结果表明：济源孙家沟组从下部曲流河环境逐渐过渡为滨湖环境。孙家沟组下、中段地化数据表明当时的年降水量较低,古温度与化学风化强度较高,反映了干旱—半干旱为主的气候特征,可能为全球性巨型季风影响的结果,并由此导致了“济源动物群”的消失和微生物成因沉积构造（MISS）的发育。中段沉积期末期气候向湿润转变,到上段顶部干旱气候再次占据主导地位并持续至早三叠世。整体上,孙家沟组沉积期呈湿润—干旱—半湿润—干旱的气候变化,干旱炎热的气候可能是研究区陆地生态环境遭到破坏的重要原因,环境的退化加剧了陆相生物灭绝;根据岩性特征、古气候、古环境、MISS等,综合推测P-T之交灭绝事件发生在孙家沟组沉积期早期。     

青藏高原北部中新统五道梁群湖相沉积碳氧同位素变化及古气候旋回

通过对中新统五道梁群湖相沉积进行全岩心钻探和碳氧同位素测试,获得青藏高原北部中新世早期古环境变化和古气候旋回的重要地质记录.五道梁群约150 m湖相沉积以灰岩、白云质灰岩与泥灰岩为主.仅在深度50.0～51.0 m出现湖相沉积间断,上下均为连续湖相沉积.深度140～145 m湖相沉积碳氧同位素剧烈变化,碳同位素(δ13C/‰)出现2次最低峰值,氧同位素(δ18O/‰)出现2次最高峰值;深度140.7 m湖相沉积碳同位素(δ13C/‰)和氧同位素(δ18O/‰)同时出现极低值.对应于渐新世/中新世界线深海沉积记录的Mi-1全球古气候事件.深度140.7～14.2 m湖相沉积碳氧同位素记录了Mi-1期后7次1.2 Ma天文周期的古气候旋回,深度62.6～9.86 m湖相沉积碳氧同位素记录了9次周期约17.4 ka的古气候旋回.根据湖相沉积碳氧同位素记录的古气候旋回,推断青藏高原北部五道梁盆地中新世早期古大湖发育时期为(24.1±0.6)Ma～(14.5±0.5)Ma,年均气温变化范围为19～21℃,平均约20.0℃.     

四川盆地东部下寒武统龙王庙组碳、氧同位素组成及古环境意义

在野外沉积特征研究、室内薄片观察的基础上,对四川盆地东部龙王庙组22个碳酸盐岩样品的碳、氧同位素进行测试,在充分论证样品的有效性后,分析研究区龙王庙组碳、氧同位素特征,进而探讨龙王庙组沉积期的古气候及古海洋环境。样品实验数据显示δ13C值分布在-1.533‰~2.619‰,平均为0.046‰;δ18O值分布在-9.916‰~-3.580‰,平均为-7.746‰;碳、氧同位素整体变化趋势与扬子地台其他区域基本相同。古海洋环境恢复表明,龙王庙组沉积期四川盆地东部整体处于海相环境,海水盐度呈先降低、后增高、复又降低的多段式变化;海水温度主要分布在20~30℃,属于温暖或炎热的亚热带气候;在海平面缓慢波动性下降、陆架暴露、生物灭绝的沉积环境影响下,龙王庙组δ13C值具有负漂移的演化趋势。龙王庙组沉积中期的水体深度最浅,古盐度最高,是白云岩最为有利的发育阶段。     

鄂西长阳锰矿稳定同位素特征及其地质意义

长阳锰矿位于扬子陆块北缘,赋存于南华系大塘坡组含锰黑色岩系中,含锰矿物主要是菱锰矿。通过对含锰岩系C、O同位素及黄铁矿单矿物S同位素的分析表明:δ13C、δ18O值分布范围和平均值分别为﹣6.2‰～﹣2.1‰、﹣2.9‰和﹣7.9‰～﹣5.3‰、﹣6.8‰,δ34S介于38.41‰～66.85‰,平均值为60.95‰。研究认为:长阳锰矿炭质主要来源于无机碳,在沉积过程中有有机质碳的加入。通过O同位素反演的古温度一般在39.4℃～58.2℃,均值为48.9℃,古温度偏高说明其沉积时水体较深。研究区古盐度Z值大部分大于120,为古盐度较高的海相沉积环境,有部分降水和陆源淡水进入沉积区。长阳锰矿含锰层位中黄铁矿具有异常高的δ34S值,δ34S介于38.41‰～66.85‰,平均值为60.95‰,沉积盆地的封闭性和冰川事件使海水浓度降低并富集重硫同位素,随着海水硫酸盐和硫化物之间的硫同位素分馏的减小,使黄铁矿的δ34S达到异常高值。     

晚震旦世至早寒武世扬子地台北缘碳同位素研究

震旦-寒武交变期是地史上一个重大转折期,亦是一个具有特殊意义的过渡时期。运用碳同位素地球化学方法,探讨扬子地台北缘四川南江地区晚震旦世-早寒武世交变期,碳同位素地球化学异常与环境变化和生物演化的相互联系。南江剖面沉积岩有机碳同位素组成在-35．8‰～-30．1‰间变化;碳酸盐碳同位素组成从-3．5‰～ 0．5‰。在灯影组顶部、牛蹄塘组下部和上部,变化的碳、硫同位素组成和不同的黄铁矿与有机碳含量反映了有机碳埋藏量和环境的变化。下寒武统富有机碳和黄铁矿的黑色页岩沉积,暗示了早寒武世早期缺氧环境的存在。     

构造和地层背景对华南、澳大利亚和日本晚泥盆世和密西西比纪生物礁发育的影响

在西澳大利亚坎宁盆地泥盆纪生物礁组合和东澳大利亚昆士兰州密西西比纪生物礁详细调查和研究的基础上, 通过分析晚泥盆世至密西西比纪生物礁组合在古特提斯海4个不同地区的发育形式和演化特征对西澳大利亚坎宁盆地与中国桂林晚泥盆世生物礁组合以及东澳大利亚昆士兰与中国广西和西日本秋吉台密西西比纪的生物礁进行对比.第一次从构造、地层、古纬度和古气候方面来探讨古东特提斯海和北特提斯海晚泥盆世至密西西比纪生物礁的发育异同, 研究成果改进了对西澳大利亚、东澳大利亚、华南和西日本4个地区生物礁发育的认识, 从而可在全球角度上去探讨控制晚古生代生物礁发育的各种因素.研究的地质时段包含重要的生物绝灭事件, 也是温室向冰室的转折时期, 是全球范围造礁生物演替、更新和重新繁盛的阶段.研究成果对认识晚泥盆世至密西西比纪全球范围内造礁生物和生物礁类型与早、中泥盆世的区别, 对研究全球在这一时期古气候和古环境的变化都具有重要的意义.      

滇东北地区五峰-龙马溪组沉积转换及其页岩气地质意义

上扬子地区五峰-龙马溪组富有机质页岩是当前海相页岩气勘探的主要层系,同时也是探索晚奥陶世生物大灭绝事件的重要窗口,是众多专家学者关注的焦点。但五峰期—龙马溪早期海平面变化和古气候演替的沉积响应是怎样的？这一重要的沉积学宏观描述及其沉积动力学分析尚末有相关报道。本文基于滇东北地区云大页1井的岩心描述,开展了五峰-龙马溪组沉积转换过程的沉积序列、沉积构造、矿物组分、有机碳同位素响应研究,并与邻井进行了对比分析,发现晚奥陶世至早志留世的古气候和古环境演替的沉积学响应是清楚的。自赫兰特阶寒冷事件和大规模海平面下降,至鲁丹阶深水陆棚相含碳质笔石页岩的转换过程是连续的,期间经历了三个相对短暂的阶段：浅水紊流、浅水层流到深水层流,其海侵过程是清楚的,地质记录是完整的。同时,研究认为,这一转换过程对五峰-龙马溪组富有机质页岩的物性及其含气性具有重要影响,是深入认识五峰-龙马溪组优质页岩各小层物性与含气性差异的重要基础。     

鄂尔多斯盆地南缘上二叠统——中下三叠统地球化学特征及其古气候、古环境指示意义

为探索陆相湖泊环境记录中二叠纪—三叠纪之交古气候演化的信息,以鄂尔多斯盆地南缘陕西铜川石川河剖面上二叠统石千峰组(P3s)和三叠系的刘家沟组(T1l)、和尚沟组(T1h)、纸坊组(T2z)为研究对象,对界面上下地层开展了系统的矿物学、岩石学和地球化学研究。通过主量和微量元素、碳氧同位素以及TOC测试对古盐度、古氧化还原环境和古气候演化规律进行分析。测试结果显示在二叠系—三叠系(P/T)界线附近主、微量元素和碳、氧同位素发生较明显的变化,气候环境代用化学指标的波动指示了从晚二叠世至早中三叠世鄂尔多斯盆地的古气候、古环境的变化。研究结果表明上二叠统石千峰组形成于河流-三角洲沉积环境,氧化程度相对低,古气候相对温暖湿润;下三叠统刘家沟组与和尚沟组的紫红色砂泥岩代表水体较浅的河流-三角洲相,强氧化环境,气候干旱炎热;而到中三叠统纸坊组沉积期,湖平面上升,元素的迁移作用加强,氧化程度变弱,气温降低,气候转为半干旱半湿润气候。碳同位素分析结果显示,鄂尔多斯盆地陆相P/T界线上δ^13CPDB存在显著负偏,与全球范围内的海相P/T界线具有一致性,说明在华北地台陆相P/T界线上同样存在气候突变和生物灭绝等重大地质事件的沉积记录,与海相地层可对比。