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《中国科学技术大学》 2019年
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华南及南秦岭二叠系-三叠系界线微生物岩:微生物生态系统的地质过程

张喜洋  
【摘要】:二叠纪-三叠纪之交,大规模火山喷发、温度急剧升高、海洋酸化和缺氧等相继出现,与此相伴生的是地质历史时期最大规模的生物灭绝事件。嗣后,微生物岩在特提斯洋的浅海碳酸盐台地中大量出现。前人关于微生物岩的研究主要涉及其出现的时间、类型、群落结构,以及生态意义,但对于微生物岩代表的底栖微生物群落的关注较少,其矿化的机理和过程还不清楚。本文选取华南和南秦岭地区的二叠系-三叠系微生物岩剖面,采用沉积学、矿物学、古生物学、同位素地球化学等手段,对微生物岩和其中的钙质微生物开展研究,还原从底栖微生物群落到微生物岩的形成过程,并探讨二叠系-三叠系界线微生物岩的控制因素。研究剖面中微生物岩的最低层位不低于Clarkina meishanensis牙形带。其中华南微生物岩段主要位于Hindeodusparvus牙形带。秦岭微地块中的叠层石时代属于Isarcicella isarcica牙形带,是迄今为止层位最高的界线微生物岩。华南二叠系-三叠系界线微生物岩自下而上依次发育叠层石-层状凝块石-斑块状凝块石-树枝状凝块石,反映水体逐渐加深,与早三叠世最早期广泛的海侵有关;南秦岭地区仅发育叠层石,与该区的板块沉降有关。华南微生物岩中普遍可见蓝细菌化石Polybessurus。Polybessurus是球形蓝细菌胞外聚合物(EPS)的钙化残余,它们的排列方式和微生物岩的类型密切相关。叠层石中的Polybessurus保存完好,成层排列,组成暗色微晶纹层。凝块石中的Polybessurus成团出现,在成岩过程中逐渐转化为囊泡,后者继续经成岩作用改造,形成凝块。指状凝块是Polybessurus在碳酸盐矿物过饱和的水体中形成的特殊结构,是有机和无机过程共同作用的产物。Polybessurus的钙化方式有两种:(1)蓝细菌光合作用驱动的EPS的钙化,这种钙化方式在蓝细菌处于活体状态时进行,碳酸盐矿物在相对完整的EPS上沉淀,使得该生物结构得以保存;(2)硫酸盐还原作用驱动的钙化作用。硫酸盐还原菌将蓝细菌的EPS分解成低分子量的有机化合物,并诱导碳酸钙在其上沉淀,因而此种钙化方式只能形成微晶矿物而不能记录细菌的形态。微生物岩的形成受生物因素、海水化学条件和沉积环境条件的控制,这三个因素缺一不可,共同决定了二叠纪-三叠纪之交微生物岩的全球广布性。二叠系-三叠系界线微生物岩的开始受控于二叠纪末的广泛海退、灭绝事件导致的底栖后生动物数量和种类的锐减、以及过饱和的海水条件。其中海退为底栖微生物群落提供了宽阔的栖息地;灭绝导致的后生动物的锐减造成的捕食压力的减少有助于底栖微生物群落稳定的生长;饱和的海水有利于微生物的钙化。微生物岩上覆地层中生物和海水化学条件均没有明显变化,微生物岩的终止主要与水体深度的变化有关。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:Q913

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