文章目录

个人简介

摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究进展及存在的问题

    1.2.1 旋回地层学研究进展

    1.2.2 中三叠世古气候、古海洋和古生态研究进展

    1.2.3 目前研究中存在的问题和不足

1.3 研究目标及主要内容

    1.3.1 研究目标和拟解决的关键问题

    1.3.2 主要研究内容

    1.3.3 技术路线

1.4 论文完成的工作量

第二章 区域地质背景

2.1 华南中三叠统

    2.1.1 中三叠世华南古地理和构造运动

    2.1.2 年代地层

    2.1.3 华南沉积环境演化和层序地层

2.2 研究剖面

    2.2.1 剖面概况和古地理位置

    2.2.2 贵州关岭永宁镇剖面

    2.2.3 贵州贞丰踊跃和坡轰剖面

第三章 材料与方法

3.1 天文旋回理论

3.2 古气候和氧化还原替代指标

    3.2.1 磁化率、Fe/Al等古气候替代指标

    3.2.2 V/Al、Mo/Al等氧化还原替代指标

    3.2.3 数据采集方法

    3.2.4 沉积间断和地化指标可靠性评估

3.3 时间序列分析

    3.3.1 时间序列分析(多窗口频谱和演化图谱)

    3.3.2 沉积速率的可视化(COCO和 eCOCO)

3.4 扬子台地古海平面重建

    3.4.1 基于沉积相的三级层序

    3.4.2 基于数据的动力噪音模型(DYNOT和 ρ1)

第四章 实验与分析结果

4.1 古气候和氧化还原替代指标

    4.1.1 磁化率、Fe/Al和 P/Al变化趋势

    4.1.2 V/Al、Mo/Al等变化趋势

    4.1.3 沉积间断和地化指标可靠性

4.2 时间序列分析

    4.2.1 永宁镇剖面时间序列分析结果

    4.2.2 踊跃和坡轰剖面时间序列分析结果

4.3 扬子台地古海平面重建

第五章 中三叠世天文驱动力影响下的古气候与古海洋

5.1 中三叠世天文地质年代标尺

5.2 天文驱动影响的大陆风化强弱在扬子台地的响应

    5.2.1 大陆风化和古气候对天文驱动的响应

    5.2.2 陆源碎屑输入对古海洋生产力的影响

5.3 不同沉积环境下海平面变化对天文驱动的响应

    5.3.1 早期滨海相海平面变化对天文驱动的响应

    5.3.2 中-晚期浅海相海平面变化对天文驱动的响应

5.4 扬子台地古海洋氧化还原条件的演化

    5.4.1 早期滨海相古海洋氧化还原条件的演化

    5.4.2 中-晚期浅海相古海洋氧化还原条件的演化

5.5 小结

第六章 结论与工作展望

6.1 主要结论

6.2 不足之处和展望

致谢

参考文献

附录

文章摘要:地球演化历史表明,环境剧变导致了多次重大生物演化事件,并改变了地球生命演化的进程。厘清这些环境剧变发生的时间及其原因机制,对我们应对当今的全球变化有重大的意义。三叠纪紧随着地质史上最严重的生物大灭绝-晚二叠世生物大灭绝之后。研究该时期的古气候和古环境演化对我们理解该生物大灭绝后生物复苏的过程和机制有重要作用。由地球轨道的周期性变化引起太阳辐射的变化,进而导致的地球气候呈现出周期性变化的天文旋回研究正越来越受到重视。本文选取贵州的关岭永宁镇、贞丰踊跃和坡轰三个出露较连续的中三叠统剖面展开了旋回地层学研究。通过野外采集的高分辨率的磁化率和XRF岩石地球化学元素含量数据进行旋回分析,并通过405-kyr的天文调谐建立中三叠统的高精度年代地层框架,继而以建立的高精度的古气候和古环境替代指标（如磁化率、Fe/Al和V/Al等）序列来重建研究区的古气候和古环境。并通过对比,来探讨中三叠世的古气候、古海洋氧化还原状态和海平面的变化。本文获得以下五点新认识:⑴通过对研究剖面所测数据进行频谱分析,在剖面中识别出偏心率、斜率和岁差等天文周期信号。本研究以磁化率、Fe/Al和Zr/Al等为大陆风化和陆源碎屑输入的古气候变化的替代指标,通过对这些替代指标的数据进行时间序列分析,在关岭永宁镇、贞丰踊跃和坡轰剖面的中三叠统发现存在稳定的～80米、～20米、～7米和～4米等沉积旋回,并结合独立的年龄制约如放射性同位素测年年龄和生物地层等,发现了它们属于天文周期信号。这些天文周期信号包括约405-kyr的长偏心率、100-kyr的短偏心率、33-kyr的斜率和17-22-kyr的岁差周期信号。这些天文周期信号,既存在于地球物理指标和地化指标中,也在岩性的变化中得到了反映。⑵通过对磁化率等数据的405-kyr天文调谐,首次在华南建立长达～9.6 Myr的连续高分辨率中三叠世的天文地质年代标尺。在关岭永宁镇剖面通过以在华南广泛分布的“绿豆岩”为锚点,通过405-kyr天文调谐,本研究建立一条在安尼期延续～4.2±0.3 Myr（246.7-242.5+0.3/-1.4 Ma）的天文地质年代标尺。华南的中三叠统安尼阶的罗平生物群被认为是目前国内外化石保存最全、代表中生代典型生态系统的最早的生物群。本文建立的天文年代标尺进一步将云南罗平生物群和贵州盘县生物群的年龄限制在243.8+0.3/-1.4和243.4+0.3/-1.4 Ma。这为晚二叠世生物大灭绝后的生命复苏的进程提供了新的年代约束。同时在贞丰踊跃和贞丰剖面,本研究以踊跃剖面牙形石Quadralella polygnathiformis的首现为锚点,通过405-kyr天文调谐建立了一条延续～7.4±0.2Myr,自～244.4±1到236.9±1 Ma的天文年代标尺。本研究首次在浅海相建立了覆盖整个中三叠世拉丁期的天文年代标尺。综合以上三个剖面,本研究建立了一条自246.7+0.3/-1.4至236.9±1 Ma的天文地质年代标尺。⑶利用高精度的古气候替代指标（磁化率和Fe/Al等）重建研究区中三叠世大陆风化强弱的变化的演化过程,探讨该时期的古气候变化。本研究基于关岭永宁镇剖面的表明中三叠世安尼期早期（约246.5-245.6 Ma）,出现大量的泥岩和泥灰岩代替正常的浅海相灰岩的沉积现象,这种大量的陆源碎屑的输入,表明该时期经历较强烈的大陆风化。这种风化的增强,是地球系统水汽循环的加速的反映,表明该时期经历了较为湿热的气候。之后该剖面的陆源碎屑输入明显减少,总体上反映了一种自安尼早期至安尼中晚期的降温趋势。贞丰踊跃和坡轰剖面的磁化率和Fe/Al等古气候替代指标显示出研究区安尼期中-晚期（约244.0-242.6 Ma）和拉丁期早期（约244.0-242.6 Ma）其数值较其他时期有明显的升高。古气候指标的高数值区间也和剖面的岩性有很好的对应,这些地化指标高值区间泥质含量往往较高且夹泥岩。我们推断这些现象意味着研究区经历了两次较明显的湿热事件。这一推断和前人基于其它古温度和古气候替代指标得出的结果基本一致。另外,本研究应用古生产力替代指标（P/Al）重建的该时期研究区古海洋生产力的变化表明,拉丁期晚期发生了两次古海洋生产力急剧下降的事件。这一发现可能印证了前人提到的“拉丁期生态危机”这一假说。⑷利用高精度的古海水氧化还原替代指标（V/Al和Mo/Al等）重建研究区中三叠世古海洋的氧化还原沉积环境的演化过程。本研究以V/Al和Mo/Al等为指示古海水氧化还原沉积环境的替代性指标,结合所研究剖面的岩性重建了研究区该时期的古海洋氧化还原状态的变化。本研究的数据指示研究区在安尼中-晚期发生了两期古海洋含氧量明显减少的事件,这一结果和前人的研究结果较为一致。这也证明罗平生物群和盘县生物群化石的完好保存可能和这些含氧量减少的事件有关。同时,本研究发现在拉丁期晚期,含氧量总体呈现较明显的逐渐减少的趋势,而在238.4-238 Ma和237.2-237 Ma出现两次短期的含氧量减少事件。这可能指示着扬子台地的在该时期已开始逐渐下沉,同时缺氧事件和拉丁晚期可能的增温事件和生态危机事件发生可能也有关联。⑸利用层序地层学原理和沉积噪音模型（DYNOT和ρ1）,重建中三叠世华南海平面变化曲线。本研究通过运用层序地层学原理和最新的沉积噪音模型（DYNOT和ρ1）来重建研究区的海平面变化。本研究基于三级沉积层序研究重建了关岭永宁镇地区的海平面变化,并发现我们的重建结果和前人的结果总体接近,但也有一定的区别。并发现安尼期有两次幅度较大的海侵事件发生,这些海侵能导致海洋生物栖息地的扩大,可能有利于生物的复苏。本研究基于沉积层序地层理论和沉积噪音模拟（DYNOT和ρ1）的结果,均显示踊跃和坡轰剖面该时期的海平面变化受较明显的～1.2-Myr斜率振幅调制长周期所调控。这是沉积噪音模拟（DYNOT和ρ1）第一次应用于浅海碳酸盐岩台地相,也是～1.2-Myr斜率振幅调制长周期首次在中三叠世被报道。