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。

PTME后华北板块南缘生物复苏后期古环境特征:来自豫西登封中三叠统二马营组的证据

三叠纪是二叠—三叠纪生物大灭绝(PTME)之后生态系统恢复的重要时期,也是构造格局的重要转型期。中三叠世生态系统已逐渐恢复,处于生物复苏的后期,该时期的古环境特征、古生物面貌都对生态系统的恢复具有重要意义。本研究通过对豫西地区登封白坪中三叠统二马营组剖面的详细实测和样品的测试分析,运用沉积学和地球化学等方法,进行古环境特征分析。结果表明:(1)二马营组下段以黄绿色细粒长石砂岩与紫红色泥岩不等厚互层为主,发育曲流河的4个沉积旋回;中段底部以厚层黄绿色长石石英砂岩为主,上部出现频繁的砂泥互层,为滨浅湖沉积;二马营组中下段经历了由粗组分为主向细组分为主的多次转变,后期由河流相逐渐转变为滨浅湖相沉积。(2)地化样品中Mg/Ca以及Sr/Cu值(1.8~5.2,均值为3.5)均较低,显示二马营组整体处于温暖湿润的气候条件;Sr/Ba(0.15~0.42,均值为0.29)、∑LREE/∑HREE、Ce异常指数以及氧化还原敏感元素U、V、Cr、Ni、Co等的比值均显示二马营组沉积期为氧化条件为主的陆相淡水沉积环境。综上所述,豫西登封二马营组为一套典型的河湖相沉积,与下伏和尚沟组相比,在古气候方面出现明显的转变,由干旱炎热逐渐转变为温暖湿润的气候,为生态系统的恢复起到了重要的作用。

豫西济源地区中下三叠统遗迹网络分析

豫西济源地区下三叠统和尚沟组和中三叠统二马营组均为陆相河湖相沉积,本研究在和尚沟组和上覆二马营组中下段分别识别出遗迹化石5属6种和7属9种,这些化石材料成为探究大灭绝事件后陆地造迹生物复苏的良好材料。运用遗迹网络分析方法构建了和尚沟组和二马营组中下段遗迹网络,相关参数显示自早三叠世和尚沟组沉积期至中三叠世二马营组中下段沉积期,遗迹网络节点增加,平均度、平均加权度和图密度有所降低,网络直径、平均聚类系数和平均路径长度呈明显增加趋势,遗迹网络复杂化以及造迹生物对恶劣环境适应性的增强,这些可能是二叠纪—三叠纪之交灭绝事件(Permian-Triassic Mass Extinction,PTME)后生物复苏的潜在标志。推测PTME后华北地区生物复苏和生态恢复可能遵循着类似的模式,但后续研究仍需陆相实体化石证据的佐证与补充。

豫西宜阳上二叠统孙家沟组孢粉组合及其地质意义

豫西宜阳上二叠统孙家沟组为一套陆相碎屑岩,在该组中部土门段砂泥互层中发现大量的植物化石碎片和孢粉化石。文中依据孙家沟组沉积特征及孢粉组合区域对比,厘定了土门段的地质时代,并依据孢粉化石的亲缘植物关系和信息函数,结合微量元素Sr/Cu值指标,定性和半定量分析了宜阳地区的古气候特征。结果显示:土门段共发现52属孢粉化石,以裸子植物花粉占优势,与华北地区晚二叠世孢粉组合特征有很大的相似性,推测其地质时代相当于晚二叠世长兴期。孢粉化石属种的植物亲缘关系与欧美镁灰岩统植物成分类似,表明整体上为较炎热的半干旱古气候。该成果可为华北地区晚二叠世晚期的陆相沉积环境、古植物背景以及古气候演化研究提供参考依据。

二叠纪末生物大灭绝后Skolithos遗迹化石的古环境意义:以豫西和尚沟组为例

豫西地区下三叠统遗迹化石记录了二叠纪—三叠纪之交生物大灭绝事件(PTME)后遗迹群落由残存向复苏的演变,其中Skolithos以垂直或高角度倾斜于岩层面、被动充填为典型特征,广泛保存于下三叠统和尚沟组。文中以登封、宜阳地区下三叠统和尚沟组保存良好的Skolithos遗迹化石为研究对象,从宏观和微观不同尺度分析Skolithos遗迹属。基于遗迹化石和生物扰动记录反映的生物运动能力、觅食策略、生物与沉积物相互作用的方式、生物改造沉积物的方式,构建出豫西地区和尚沟组生态空间占据和生态系统工程三维空间模式图;在此基础上,进一步分析Skolithos的古环境意义,探讨Skolithos所指示的高生态压力。研究结果表明,经历过PTME事件后的Skolithos遗迹化石主要受到高温、干热气候以及巨型季风等高生态压力的影响,并在此影响下形成机会主义遗迹组合,在曲流河、滨浅湖环境中广泛发育。该成果可为豫西地区下三叠统的陆相沉积环境以及古生态背景研究提供参考依据。

豫西济源中三叠统二马营组中、下段遗迹组构与沉积环境

豫西济源中三叠统二马营组中、下段发育丰富的陆相遗迹化石,共鉴定出7属9种,包括:Skolithos linearis、Palaeophycus tubularis、Palaeophycus alternatus、Scoyenia gracilis、Planolites beverleyensis、Planolites montanus、Taenidium barretti、Didymaulichnus roualti和根迹,识别出5种遗迹组构:(1)Skolithos遗迹组构,代表泥质、细砂质的河流或滨湖环境;(2)Palaeophycus⁃Planolites遗迹组构,代表低‒中等水能河流堤岸或滨湖泥坪环境;(3)Scoyenia遗迹组构,代表周期性淹没的洪泛平原环境;(4)Taenidium遗迹组构,代表半干旱气候下的洪泛平原环境;(5)Rhizoliths遗迹组构,代表半干旱气候条件下、中‒低等水能的河流堤岸或河漫环境.二马营组中、下段遗迹组构及沉积特征反映河湖相沉积环境,自下而上相继发育辫状河‒曲流河‒滨浅湖沉积,该沉积期气候以半干旱‒温湿的多次交替为特征,同时伴随着氧化条件与还原条件的交替.