川东地区二叠系吴家坪组页岩中黄铁矿形态及其对大洋缺氧事件的指示意义

通过川东地区二叠系吴家坪组页岩样品镜下薄片鉴定、X射线衍射分析、主微量元素测试等,对川东地区二叠系吴家坪组页岩中黄铁矿特征及缺氧事件进行了研究。研究结果表明:(1)川东地区吴家坪组页岩中矿物成分较为复杂,富含黏土矿物,黄铁矿发育,岩相主要划分为钙质硅质混合页岩、硅质页岩、黏土质页岩;(2)氧化-还原环境敏感参数U/Th,Ni/Co及V/Cr值指示研究区吴家坪组页岩的沉积环境整体为贫氧环境,并且在纵向上自下而上呈现由氧化环境向缺氧环境过渡的特征;(3)研究区页岩中草莓状黄铁矿的粒径为5.18~10.75μm,且在纵向上自下而上呈现逐渐变小的特征,这种粒径上的变化特征可视为其对二叠纪晚期大洋缺氧事件的响应;(4)由峨眉山玄武岩喷发所导致的缺氧事件涉及茅口组沉积晚期—吴家坪组沉积期—大隆/长兴组沉积期,自峨眉山玄武岩喷发开始,CO_(2)不断溶于水体,浮游生物大量增长,水中含氧量持续下降,至大隆/长兴组沉积时期川东地区水体已完全处于缺氧甚至硫化环境。

早侏罗世大洋缺氧事件在塔里木盆地的响应

早侏罗世Toarcian期大洋缺氧事件(简称“T-OAE”),被认为与Karoo-Ferrar大火成岩省爆发以及与甲烷气水合物有关的温室气体迅速释放导致全球变暖密切相关。该事件在特提斯洋区有较详细研究,但在陆相生态系统中的环境变化和沉积响应报道较少。本文报道了塔里木盆地北缘库车河地区的有机碳同位素地层数据,“东剖面”和“西剖面”中δ13C曲线总体的正偏移趋势被多幕次地快速负偏移打断,表明地表碳循环受到了巨大扰动。事件层内δ13C值的突然负向波动暗示了大气碳库在短时间内有相对轻同位素特征的碳注入,并呈现不稳定的、阶段性注入的特点,推测可能与增温引发的正反馈有关。沉积相突变与孢粉种类的衰减表明该区沉积环境发生了巨大变化;碎屑白云岩和紫红色泥岩的出现和湿生孢粉的衰减以及中生孢粉的出现,均表明在T-OAE期间塔里木盆地北缘气候转为干热。该研究报道了首个来自陆相沉积盆地边缘的T-OAE记录,对于深入理解二氧化碳浓度显著升高背景下引起的陆地系统响应具有借鉴意义。

黑色页岩与大洋缺氧事件的Re-Os同位素示踪与定年研究

地质历史中发育多次大规模的大洋缺氧事件并伴随有巨量的黑色页岩沉积, 对这些大洋缺氧事件发生时限及成因机制的研究已成为当前国际古海洋学研究的一个前沿领域。开展对大洋缺氧事件的研究,有助于了解古海洋演化、地球系统变化和地球其他圈层对生物圈的影响,以及金属成矿、油气形成及生烃环境。因此近年来人们从古海洋、古气候、古地理、古生物、大地构造和地质地球化学等学科,积极开展对大洋缺氧事件的研究。对大洋缺氧事件进行准确定年则是研究工作开展的首要任务之一;而如果用于定年的同位素体系能同时提供相关的环境变迁信息,则更加有利于我们对缺氧事件成因机制的认识。Re Os同位素作为近年来发展起来的一种新的同位素技术方法,恰好适用于对富有机质沉积岩和黑色页岩的定年,可以获得精确的地层沉积年龄,同时利用这些海洋沉积物的Os同位素比值还可获得古海水的Os同位素组成及随时间的演化规律。在中国华南地区新元古代—早古生代发育有多幕次的大洋缺氧事件和黑色页岩的巨厚沉积和广泛分布,利用Re Os同位素研究,不但可以精确厘定这些事件发生的时限,而且可以有效示踪当时的古海洋环境。

白垩纪大洋缺氧事件:研究进展与未来展望

白垩纪古海洋中分别在Aptian-Albian、Cenomanian-Turonian和Coniacian-Santonian期间发生多次大洋缺氧事件(Oceanic Anoxic Events,OAEs),分别被称为OAE1、OAE2和OAE3,而OAE1又可以划分为OAE1a,1b,1c和1d四次,其中OAE1a和OAE2达到全球规模。白垩纪大洋缺氧事件一般对应海相碳酸盐岩的碳同位素正偏、海洋生物的快速更替和富有机质黑色页岩的大规模分布,指示了大范围的古环境、古气候变化。虽然历次大洋缺氧事件在成因上具有一定的差异,但是一般认为其与白垩纪时期海底大规模火成岩省的活动有关。大规模火成岩省活动将带来大气-海洋系统中CO2的上升,地表风化和水循环的加速,从而造成海洋中营养元素的过剩输入,引发海洋生产力的升高,诱发海洋中缺氧条件的发生。大洋缺氧条件下,由于碳-氧-硫-磷等元素之间的耦合循环关系,在大洋缺氧和海洋生产力之间形成快速的正反馈关系,有可能是白垩纪大洋缺氧事件得以达到全球规模的促进因素(如OAE1a和OAE2)。不同时期的大洋缺氧事件对白垩纪大气-海洋系统的发展具有不同的意义:OAE1a标志着白垩纪中期极端温室气候的开始,OAE2前后是温室气候的高潮时期,而OAE3的发生则伴随白垩纪温室气候的减弱。由于历次大洋缺氧事件产生的大规模有机碳的埋藏,对大气-海洋系统产生了深刻的影响,其主要作用是导致大气海洋系统中CO2下降、O2上升,以及伴随而来的全球变冷和海洋氧化能力的增强。虽已历经30多年的研究,白垩纪大洋缺氧事件的前因和后果还未完全阐明,后续研究中将继续对重点的缺氧事件如OAE1(a,b,c,d)、OAE2和OAE3,开展多学科的研究,获取缺氧事件发生期间的古大气CO2浓度、海水温度、营养状况、生物种类及其海平面变化等方面的信息。大洋缺氧事件的陆相响应方面的研究也已经陆续开展,我国科学家可望在这方面有所作为。

大洋缺氧事件的碳稳定同位素响应

从碳稳定同位素组成及其分馏机理出发 ,系统探讨了大洋缺氧事件与海相碳酸盐和有机碳稳定同位素分馏之间的关系。缺氧事件期间 ,由于生物大批死亡和快速埋藏 ,其分解消耗海水中大量的溶解氧 ,引起大洋水体缺氧 ,富含 1 2 C的有机质从而得以大量保存 ;相应地大气和海水中富 1 3 C,同期海相碳酸盐岩碳同位素 δ值 (δ1 3C)正偏。在世界各地缺氧事件层内 ,无一例外地碳酸盐岩碳稳定同位素出现了不同程度的正偏 ,Cenomanian- Turonian 界线偏幅达～2‰。海相碳酸盐与有机质碳稳定同位素变化不仅可以提供地质历史中有机碳埋藏量的记录。研究全球碳循环变化 ,还可能追溯有机碳风化和埋藏速率的变化 ,定性地恢复大气 p CO2 变化。

大洋缺氧事件及其等时陆相沉积与烃源岩发育

大洋缺氧事件(OAE)是了解地球系统的关键事件之一,与其基本等时的陆相沉积是对海相体系内OAE研究必不可少的补充。目前关于OAE的研究范围越来越宽泛,已经开始了对与OAE同步的陆相沉积研究和探索;研究内容越来越细化,重视不同类型有机质的地球化学特征研究;研究精度越来越高,进入高分辨率和密集样品分析阶段。但OAE特征及其驱动机制存在争议;基本等时的海—陆黑色泥页岩事件之间的是否存在成因联系还不十分清楚,特别是置于精确年代学格架下的海—陆精细对比研究几乎没有。此外,与OAE相关的黑色泥页岩及其等时的陆相黑色泥页岩均是重要的烃源岩,而目前关于OAE对烃源岩的影响及石油地质意义研究较少。中国东南沿海地区的下白垩统可望提供一个良好研究实例,其陆相—过渡相黑色泥页岩形成于113±3Ma到109±2Ma,时间上与OAE吻合;碳同位素负漂特征与OAE相似,可全球对比。

藏北双湖地区早Toarcian期大洋缺氧事件:沉积学、古生物学及地球化学特征

藏北羌塘盆地双湖地区发现一套以灰黑色油页岩、泥岩、泥灰岩互层为特征的岩相组合,其粘土矿物主要为伊利石、高岭石、绿泥石、伊利石/蒙脱石混层,伊利石相对含量为38%~66%,高岭石为6%~14%,绿泥石为1%~6%,而伊利石/蒙脱石混层为21%~53%。该套地层含有丰富的菊石化石和钙质超微化石─颗石藻。该层位发现早侏罗世早Toarcian期Harpoceras sp.菊石,它与欧洲广泛出现的早Toarcian期大洋缺氧事件的地层相当。通过分析,该地层有机碳含量最高可达26.1%,有机碳同位素组成为-26.22‰^-23.53‰(PDB)。在地层剖面上,油页岩的δ13C干酪根变化曲线显示明显的正偏移,偏移量接近2.17‰,与欧洲早Toarcian期缺氧事件地层同位素异常有很好的可比性。有机C/N原子比值为6~43,变化趋势与δ13C干酪根曲线一致。通过对双湖油页岩有机地球化学与生物组合特征的研究,初步认为δ13C干酪根异常受到海平面、生物生产率的控制,黑色页岩特别是油页岩的富集可能与古海洋中颗石藻的勃发及高产率有关。

塔里木盆地西北缘白垩纪大洋缺氧事件(OAE_2)

大洋缺氧事件(OAEs)关系到碳-氧循环、古海洋-古气候变化等一系列重大科学问题。本文通过对塔里木盆地西北缘乌恰地区库孜贡苏剖面白垩系地层的沉积和生物特征以及沉积物色度、有机质和碳氧同位素指标的研究,结合前人研究成果,论证并证实该区上白垩统库克拜组存在大洋缺氧事件(0AE_2),并认为该区这次海洋缺氧条件可能存在四次(分别为OAE_(2a)、OAE_(2b)、OAE_(2c)和OAE_(2d)),它与我国西藏南部地区的OAE_2事件构成白垩纪Cenomanian-Turonian时期特提斯海伸向我国的南北两个分支,这次大洋缺氧事件可能与同期全球海平面大幅度上升有关。这对丰富我国白垩纪事件研究、查清白垩纪新特提斯洋演化以及塔里木盆地白垩纪古环境和烃源岩大规模形成等具重要意义。

白垩纪大洋缺氧事件研究进展

系统总结了白垩纪OAEs的研究进展,重点讨论了OAE1a、OAE1b和OAE2时期的有机碳(TOC)含量、碳同位素、古温度和锶同位素特征及其古环境指示意义,综合分析了白垩纪OAEs的成因机制。结果表明白垩纪OAEs的发生可能与该时期海底大规模的火山活动以及由其引起的气温升高、碳水化合物大量分解、水文循环加快和海洋生物生产力提高等一系列变化有关。对于白垩纪OAEs演化特征和成因机制的深入研究具有重要借鉴意义。通过对白垩纪OAEs的综合分析发现,当前的研究区域主要集中在大西洋/特提斯盆地及其周边陆地,而对南半球高纬度地区的研究报道迄今未见,从而无法对白垩纪OAEs进行全球性对比和系统性研究。今后我们将重点围绕南半球高纬度地区白垩纪OAEs的演化特征、成因机制及其古气候环境效应等进行深入研究。

白垩纪大洋缺氧事件与富氧事件

白垩纪期间出现过多次大洋缺氧事件与大洋富氧事件,其沉积记录分别对应于黑色页岩和大洋红层。文章在国内外学者前期工作的基础上,对国际上白垩纪大洋缺氧事件和大洋富氧事件的最新研究进展进行回顾与总结,主要包括黑色页岩和大洋红层的岩石特征与成因、大洋缺氧事件和大洋富氧事件形成机制及两者之间的关联,希望能够为理解和预测未来的全球气候环境变化提供借鉴和依据。

EUR-18地中海和中东地区古地理及古构造演化与早Aptian古大洋缺氧事件（OAE1a）有关的碳酸盐岩台地环境变化的沉积、成岩和化学地层证据

西班牙北部发育的La Florida碳酸盐岩台地受与早Aptian古大洋缺氧事件（OAE 1a）有关的全球环境变化影响非常显著。这一事件（OAE 1a）以强烈的温室条件为特征，导致大洋和大气圈温度增加、富有机质堆积、C（碳）循环紊乱和大陆风化、侵蚀作用加强。

早侏罗世托阿尔期大洋缺氧事件的天文年代学对比研究

早侏罗世的托阿尔期(Toarcian)大洋缺氧事件(T-OAE)以重大的碳同位素负偏移(nCIE)、生物灭绝、海侵和全球变暖为特征。早托阿尔期古气候系统的根本转变与全球碳循环发生剧烈扰动直接相关。与T-OAE相关的nCIE在许多地方具有类似的碳同位素偏移特征,并且有证据表明海洋碳同位素变化记录了天文强迫信号。由于全球各个剖面T-OAE年代学约束仍存在不确定性,制约了对这一全球性事件成因机制的认识。针对这个问题,本研究利用时间序列分析方法,重新分析了12个全球不同地区T-OAE剖面的碳同位素序列。结果显示:研究中所有剖面的起始时间均在182.50~183.05Ma之间波动,并且在nCIE中均记录了6个显著的碳同位素旋回,其中,西特提斯洋托阿尔期持续时间为600~670ka,泛大洋东北部和中部托阿尔期持续时间为610~620ka,泛大洋南部托阿尔期持续时间为610~640ka。通过对比西特提斯洋、泛大洋东北部和中部以及泛大洋东南部的托阿尔期剖面,揭示了全球碳循环在T-OAE时期的不同响应;通过分析地质记录中的旋回与天文信号之间的耦合关系,揭示了地球气候、火山活动和季风系统对地球轨道周期变化的高度敏感性。本研究加深了对T-OAE触发机制的理解,为综合利用地层学数据和天文模型来探讨古气候变化提供了新思路。

白垩纪大洋缺氧事件2(OAE 2)期间的百年到千年周期

太阳周期是地球气候系统的重要调节因素之一。深时地质时期由于时间跨度长以及高分辨率数据的缺乏,导致太阳周期的研究还存在欠缺。本研究以北美西部内陆海白垩纪Iona-1钻孔岩芯Eagle Ford组(42~153.41 m)为对象,以泥灰岩中明暗纹层的高分辨率(230μm)灰度数据为载体,开展了详细的旋回地层学分析。结果表明,白垩纪大洋缺氧事件2(OAE 2)期间存在781~1150 a、188~242 a、79~126 a、38~50 a的周期信号。通过与过去9400年以来重建的太阳总辐照度(TSI)对比,这些周期被解释为太阳周期中的Eddy周期(约1000 a)、de Vries-Suess周期(200~250 a)、Gleissberg周期(88~120 a),其中38~50 a的周期虽然在全新世太阳活动记录中未发现,但地质时期存在类似的周期,认为可能是Bruckner周期(30~50 a)。Bruckner周期仅在OAE 2期间存在,这可能是由于不同的沉积环境导致不同时间段对该周期的差异性响应。结合深时中已发现的一些太阳周期记录,本研究认为太阳活动在过去几十亿年中有效地影响了气候变化,从而影响沉积过程。太阳活动对陆地气候和大气-海洋过程产生影响,进而导致了海洋有机物含量、氧化还原条件和生物群落的差异。这些因素共同促成了北美西部内陆海白垩纪沉积物中毫米级明暗纹层的形成。上述研究成果可为深入了解OAE 2气候效应以及现今温室效应下的极端气候变化提供一定借鉴。

海洋大火成岩省与白垩纪全球大洋缺氧事件的研究进展

形成于白垩纪期间的3个海洋大火成岩省——Kerguelen大火成岩省、Ontong Java大火成岩省和Caribbean大火成岩省被普遍认为是造成白垩纪2次全球性大洋缺氧事件的原因。建立大火成岩省与大洋缺氧事件之间因果关系的前提条件是二者同时发生。然而,由于在研究海洋大火成岩省的喷发年龄时,常用的定年对象容易受到海水蚀变等作用的影响,导致获得的年龄并不能都代表火山活动的时间。通过对3个海洋大火成岩省的所有年龄数据进行收集、可靠性评估和筛选,发现现有的可靠年龄数据虽然能证明大洋缺氧事件发生时3个大火成岩省有同时期的喷发活动,但大火成岩省的喷发时长和喷发节奏等方面的特征尚不明确,其与大洋缺氧事件之间的因果关系还有待于利用更多的年龄数据进行深入研究。

早侏罗世Toarcian期大洋缺氧事件及其在陆地生态系统中的响应

早侏罗世Toarcian期(图阿尔期)大洋缺氧事件的研究有近30年的历程,西方学者在西欧及地中海地区从沉积、古生物、地球化学等展开了大量研究,并获得了重要的发现.进入21世纪以后,该事件成为国际中生代地质研究的热点,研究的范围扩展到了欧洲以外,甚至到了南半球.针对海相地层的研究表明,该事件发生时期海水温度升高、海平面上升,下层水体缺氧以及表层水体富营养化,黑色页岩广泛发育,碳、氧、锶、锇和氮同位素、镁/钙比值等出现异常,生物发生了集群灭绝事件.该事件存在于北方洋(Boreal Ocean)和特提斯洋(Tethys Ocean)海域和泛大洋(Pathalassa Ocean)区域,在南北半球均有记录,是一次全球性海洋缺氧事件.然而,该事件对陆地生态系统如何影响以及陆地生态系统如何响应等科学问题学术界还知之甚少.笔者通过对中国,特别是中国北方地区陆相侏罗系的研究,综合国内外相关文献资料,认为陆地生态系统对该事件有明显的响应,主要表现在:(1)聚煤作用明显减弱或中断,出现红色沉积或湖相黑色页岩;(2)植物群出现明显衰退,喜热型(南方型)植物属种比例增加,并向高纬度迁移,孢粉组合中出现Classopollis高含量带;(3)气温升高、趋干,气候带边界向高纬度推移.中国是世界陆相侏罗系发育最好的地区之一,特别是中国北方地区早、中侏罗世时期气候总体温暖而潮湿,大型湖盆区侏罗系连续发育,多门类生物化石丰富,剖面出露完整,为研究该事件提供了得天独厚的条件,中国学者可望在此研究领域中有所作为.

大洋缺氧事件金属稳定同位素研究进展

白垩纪大洋缺氧事件记录了地球气候和古海洋环境的显著变化,是全球碳循环的主要扰动事件,受到了国内外学者的广泛关注。近20年来,随着金属稳定同位素测试技术的发展,越来越多的金属稳定同位素(例如钼同位素、锌同位素、铀同位素、铬同位素、镉同位素和钙同位素等)被用于研究大洋缺氧事件期间的环境变化。通过系统总结钼同位素(δ^(98)Mo)、锌同位素(δ^(66)Zn)和铀同位素(δ^(238)U)的地球化学性质以及在大洋缺氧事件中的研究进展,发现钼同位素主要用于指示局部海洋硫化和非硫化环境的转变过程;锌同位素多用于区分局部海洋对初级生产力、大陆风化以及沉积物埋藏/分解等过程的不同响应情况;铀同位素可以估算全球海底缺氧面积占海底总面积的比例,同时可以结合碳—磷—铀耦合模型模拟全球海洋对大火成岩省形成、大陆风化、生物活动等过程的响应机制。但目前这些金属稳定同位素在海洋体系中的循环分馏机制尚未完善,且研究对象主要聚焦于大洋缺氧事件OAE2的沉积记录,未来还需要更系统全面的研究。

白垩纪大洋缺氧事件OAE2期间碳循环扰动的过程与机制

白垩纪大洋缺氧事件OAE2是一次全球性古环境突变事件,也是迄今研究程度最高的中生代古海洋事件之一.同时,由于它形成于全球极热气候时期,分析OAE2期间环境演化与形成机制对于研究极端温室气候条件下地球系统的演化过程具有重要意义.近年来,古气候和古海洋领域学者应用全球性古环境指标,对OAE2开展了精细研究,在其触发机制和地球系统反馈过程方面取得了诸多新认识.本文综述了这些方面的研究成果,从海水碳同位素(δ^(13)C)演化的角度分析了OAE2期间全球碳循环扰动过程及其控制因素.我们认为,大火成岩省岩浆作用是OAE2碳循环扰动的触发因素,海洋生产力提升和缺氧条件导致大规模有机质埋藏是OAE2期间海水δ^(13)C总体呈正偏的直接原因.古环境参数,如大陆风化强度、古温度、CO_(2)浓度、海洋生产力和海水氧化还原条件之间的相互影响,对OAE2期间次级δ^(13)C波动具有重要控制作用.本文分析了OAE2期间δ^(13)C演化在不同阶段主控因素的显著差异,并建立了全球环境演化及其对碳循环影响的模型.