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四川龙门山马角坝地区二叠系—三叠系界限碳氧同位素特征及其地质意义

四川龙门山马角坝地区二叠系—三叠系界限碳氧同位素特征及其地质...

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作者：司飞成都理工大学

学位级别：硕士

地球与生命的起源、发展与演化一直是地球科学研究的热点领域,因晚二叠世生物大灭绝和早三叠世生物迟滞复苏使得晚二叠世-早三叠世界限地质事件备受学者广泛关注。二叠世-三叠世之交发生了显生宙以来规模最大、影响最深远的生物集群灭... 详细信息

地球与生命的起源、发展与演化一直是地球科学研究的热点领域,因晚二叠世生物大灭绝和早三叠世生物迟滞复苏使得晚二叠世-早三叠世界限地质事件备受学者广泛关注。二叠世-三叠世之交发生了显生宙以来规模最大、影响最深远的生物集群灭绝事件,全球的古环境、古气候发生了显著的变化。碳是生命体中重要的组成元素,其同位素组成是对环境变化和生命活动的直接响应,碳酸盐岩碳氧同位素在反映全球气候变化、海平面升降变化、生物灭绝事件以及火山事件等方面应用广泛,已成为人们研究古环境及地质事件的重要手段之一。前人研究中已揭示出二叠世-三叠世之交生物灭绝事件伴随着许多沉积剖面中碳同位素的负偏移,但其成因尚存在争议。本文以上二叠统-下三叠统碳酸盐岩为研究对象,选取四川龙门山马角坝地区上二叠统-下三叠统剖面进行系统的碳氧同位素分析和元素地球化学分析,探讨稳定同位素和元素地球化学在上二叠统-下三叠统过渡界面的地球化学异常信息及其在晚二叠世异常地质事件的背景下可能的成因机制。通过研究,得出以下成果:(1)通过对四川龙门山马角坝地区上二叠统-下三叠统界限开展野外露头实测剖面和沉积地质研究表明,研究区内上二叠统-下三叠统地层界线清晰,岩性主要为碳酸盐岩,研究区剖面上二叠统地层岩性为微晶灰岩、含燧石结核微晶灰岩、泥晶灰岩;下三叠统地层岩性为泥岩与泥灰岩互层、“圆珠状”灰岩、微晶灰岩、蠕虫状灰岩、纹层状灰岩、鲕粒灰岩、微晶灰岩。其燧石结核和条带是识别华南二叠统地层的主要标志之一,上二叠统与下三叠统界面附近发育泥质岩层为地层分界线和标志层,其上二叠统吴家坪组沉积相演化特征为台地及台地边缘,下三叠统飞仙关组沉积相演化特征为局限台地-台缘浅滩。(2)对上二叠统-下三叠统剖面进行系统的取样及碳氧同位素分析、元素地球化学分析,并对数据进行了可行性检测,利用Mn/Sr比值和δO含量以及碳氧同位素相关性评估本研究区的碳酸盐岩样品对海水地球化学信息的代表性。其结果显示有三个样品的Mn/Sr值介于3～5之间,其余样品的Mn/Sr均小于2～3之间,但Mn/Sr值均小于10;δO值均介于-5‰～-10‰之间,大于-10‰;碳氧同位素之间无显著相关性。说明研究区碳酸盐岩没有受到明显成岩蚀变作用,对沉积期海水信息有较好的指示性。(3)建立了研究区上二叠统-下三叠统碳氧同位素演化曲线,碳同位素变化范围为-4.54‰～3.88‰,沿着地层呈现振荡锯齿型变化;碳同位素在上二叠统-下三叠统界限附近发生负偏移,偏移范围为-0.33‰～-3.11‰,变化幅度为2.78‰;氧同位素变化范围为-9.53‰～-4.61‰,沿地层呈现波动性变化。碳、氧同位素在研究区地层剖面上波动性变化反映了当时沉积环境的不稳定性。(4)通过碳氧同位素地球化学信息综合分析,利用古盐度、古温度环境替代指标(Z值、T值)的对古海洋环境和气候进行了探讨。结果表明,研究区Z值变化范围114.79～133.53。其中,上二叠统地层Z值变化范围为120.02～133.53,代表其为碳酸盐开阔台地相环境沉积;下三叠统飞仙关组下段Z值变化范围为114.79～129.89,反映了沉积环境为半咸水-淡水的海水。上二叠统-下三叠统界限附近Z值变化较大(124.75～117.54),盐度的降低可能会引起会引起狭盐生物的死亡,生物死亡后无法利用空气中的C,从而造成海水沉淀的C值偏负。研究区T值变化范围为12.81℃～37.42℃,研究区T值在上二叠统-下三叠统界限附近变化范围为20.14℃～33.61℃,变化幅度为13.47℃,温度在界限处升高可能与当时晚二叠世末火山活动有关,温度升高会影响生物的生命代谢活动,造成生物的死亡埋藏,空气中C含量增多,海水中沉淀成岩的C相对发生负偏。同位素温度估算显示研究区绝大多数温度范围在20.3℃～37.42℃,结合研究区的区域地质背景、岩性特征及地层层序特征,属于温暖-炎热型潮湿气候。(5)进行了全球与区域性上二叠统-下三叠统界限稳定同位素对比研究。碳同位素演化曲线在上二叠统-下三叠统过渡界面附近和区域以及华南地区有很好的相似性,碳同位素负偏移在华南乃至全球上二叠统-下三叠统界限都有很好的响应,造成这一碳同位素相同波动趋势的原因可能和当时的峨眉山火山活动、二叠世末生物大灭绝事件以及海平面升降变化有关系。火山活动喷发出的大量温室气体以及有毒有害气体以及所引发的酸雨会造成海洋酸化从而引起生物的死亡,海平面下降会造成浅海生物栖息地的丧失,引发生物的死亡。生物优先吸收C,生物的大量死亡会造成大气中C含量的升高,海水沉淀的碳酸盐岩C相对偏负;海平面下降,陆地面积扩大,陆壳风化增加,酸雨会加剧陆地风化速率,会造成已有沉积有机质重新风化输入海洋中,引起海水中C含量增多,C相对偏负。(6)研究区碳同位素在上二叠统-下三叠统界限处发生的负偏移可能与峨眉山火山活动及其所伴生的次生地质事件有关。峨眉山大火成岩省是中国唯一一个被国际承认的大火成岩省,

关键词：二叠系-三叠系碳氧同位素古海洋信息峨眉山火山活动马角坝

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