四川盆地下三叠统海相碳酸盐岩的沉积地球化学特征

摘要

早三叠世是地球发展史上的特殊时期，代表了P/T之交后的生态重建与复苏。随着各种“异常环境事件”信息在近年陆续被揭示，早三叠世地质学研究成为了地学界和生命科学界的热点研究领域。本论文紧扣早三叠世地质学这一国际热点主题，借助华南得天独厚的地层出露优势，兼顾上扬子区研究相对薄弱的事实，对四川盆地早三叠世6个地表剖面和1个钻井剖面的沉积地球化学特征进行了分析，并进一步探讨了这些特征与重大地质环境事件之间的可能联系。
　　本文展示了识别出的多种异常沉积类型，包括薄层状灰岩、扁平砾石砾岩、蠕虫状灰岩、叠层石、MISS构造、巨鲕灰岩等。这类沉积的广泛出现反映了长时期缺乏垂直生物扰动的环境特征，区内观察到的遗迹化石都属于水平潜穴系统，反映出恶劣的自然环境对生物活动能力的抑制。区内丰富的草莓状黄铁矿及其＜20μm粒径分布范围指示研究区处于贫氧条件下，而巨鲕的发育则指示了早三叠世海水高碳酸钙饱和度的异常化学条件，这些条件使得同沉积胶结作用发生的机率和速度大大增加，为早三叠异常沉积的发育创造了一个特殊保存机制。总的说来，作为来自四川盆地的实例，这些异常沉积的岩石学特征及形成条件分析有助于进一步了解成因还不明了的早三叠世异常碳酸盐世界及古环境背景。
　　通过薄片观察、微量元素、阴极发光、同位素分析等多种手段，挑选出了对古海水信息具有良好代表性的样品并对岩石内分布有TSR方解石胶结物的样品进行了校正。根据这些样品的δ13C值建立的碳同位素演化曲线显示，海相碳酸盐碳同位素组成在早三叠世经历了数次大规模的振荡。主要包括二叠-三叠界线附近急剧发生的负漂移以及早三叠世出现的三次明显的正漂移。综合曲线所示的δ13C最小值约为-2‰，最大值约为8‰，波动范围高达10‰。综合曲线与大贵州滩同时代的碳同位素曲线具有良好的可对比性，但与下扬子地区的δ13C曲线的演化趋势的可对比性相对较差。早三叠世的碳同位素在短短约5Ma间发生的如此频繁的大幅度变化，是除沉积记录外对早三叠世环境波动的另一种诠释方式。GEOCARB定量模拟结果显示，单一的事件（如火山作用、陆地生态体系的崩溃等）难以造成二叠纪-三叠纪之交碳同位素负偏，而多个事件的叠加效应则可作为一个重要解释。而δ13C的多次正向漂移则可能与微生物的繁盛所引起的初级生产力的增加及有机碳埋藏率的升高相关联。
　　异常沉积的发育和碳同位素的震荡都随着中生代海洋生态系的重建而终止，沉积体系与生态系之间在时间上的这种耦合关系表明，生物的灭绝与复苏与异常环境之间的必然联系。这种联系说明海洋极端恶化的条件在晚二叠世生物大灭绝后就开始存在，并对海洋生态系的恢复抑制了好几个百万年，直至中三叠世。这同时也说明，除了古生物化石组合的本身的研究外，异常沉积及地球化学信息也是生态系演变的重要晴雨表。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 论文课题来源

1．2 选题依据及研究意义

1．2．1 早三叠世的“时代特色”

1．2．2 早三叠世海相碳酸盐沉积分布

1．2．3 华南地区早三叠世海相碳酸盐地层

1．3 研究内容

1．4 研究思路及工作量

1．4．1 研究思路

1．4．2 工作量小结

1．5 论文主要成果及创新点

第2章 早三叠世的时限及海相碳酸盐岩特征

2．1 早三叠世的时限

2．1．1 二叠-三叠界线的年龄

2．1．2 早三叠世的年龄

2．2 早三叠世海相碳酸盐的沉积记录

2．2．1 “错时相”的定义

2．2．2 “错时相”的时空分布

2．3 早三叠世海相碳酸盐岩的碳、氧同位素记录

2．3．1 碳同位素

2．3．2 氧同位素

第3章 研究区地质概况

3．1 构造地质背景

3．1．1 构造分区

3．1．2 构造演化

3．2 早三叠世地层划分

3．3．1 飞仙关组／大冶组

3．3．2 嘉陵江组

3．3 早三叠世沉积格局

3．4 主要涉及的钻井和剖面

3．4．1 凉风垭剖面

3．4．2 仰天窝剖面

3．4．3 观音峡剖面

3．4．4 盐井溪剖面

3．4．5 鱼洞子剖面

3．4．6 石柱剖面

3．4．7 河坝1井

第4章 沉积特征

4．1 主要岩石类型

4．1．1 灰岩

4．1．2 白云岩和膏岩

4．1．3 盐溶角砾岩

4．2 异常碳酸盐沉积

4．2．1 薄层状-纹层状灰岩

4．2．2 扁平砾屑灰岩

4．2．3 蠕虫状灰岩

4．2．4 叠层石

4．2．5 微生物席沉积构造(MISS)

4．2．6 巨鲕

4．2．7 草莓状黄铁矿

4．3 异常沉积记录的环境背景

4．3．1 形成机制

4．3．2 保存条件

第5章 地球化学研究样品及分析方法

5．1 样品采集与岩性分析

5．2 样品处理和测试方法

5．3 样品的成岩蚀变性研究

5．3．1 样品蚀变程度的研究方法

5．3．2 样品蚀变程度研究结果

5．3．3 河坝1井样品的碳同位素数据校正

第6章 碳、氧同位素演化特征

6．1 碳同位素演化特征

6．1．1 单剖面曲线

6．1．2 综合曲线

6．2 氧同位素演化特征

6．3 讨论

6．3．1 碳循环模型

6．3．2 碳循环异常

6．3．3 碳循环与生物大灭绝

结论

致谢

参考文献

图版说明及图版

攻读学位期间取得学术成果