四合屯地区义县组火山活动与生物灾难事件耦合关系

【摘要】：四合屯地区是开展中生代火山活动与生物灾难事件耦合研究的典型地区。在区域地层划分和火山活动特征研究的基础上,本文以义县组化石及其围岩和相关的火山活动产物等为重点研究对象,开展了火山地质学、地球化学以及地层古生物学方面的系统研究,从时间、空间和物质组分特征等方面查明了生物灾难事件与火山活动的耦合关系。本文首次确定了化石层内火山物质的来源地并深入探讨了导致生物灾难事件的火山活动类型及其影响范围。提出了根据生物灾难特点、运用化石及其围岩地球化学异常探索古生态环境突变的新学术观点。这项研究将推动“热河生物群起源、辐射及灾难事件发生的地质背景”等重大理论问题的解决,有助于深入认识“火山活动”——这一重大地内事件的环境效应。主要研究进展有: 1. 根据火山活动特征和区域地层对比,将四合屯地区的义县组地层划分为三个岩性段,指出它们分别是早、中、晚三期火山活动的产物。 2. 确认热河生物群化石的主要赋存层位是义县组一段凝灰岩类和二段的湖相沉积岩,具有粗、中、细3 个埋藏相。本文确定了“鹦鹉嘴龙”、“水生生物”以及“鸟类、爬行类等陆生脊椎动物”三种灾难事件类型。 3. 本文分析了化石层内火山活动记录及其同位素年龄,查明了生物灾难事件与火山活动在时间、空间和物质组分特征等方面的耦合关系。首次确定化石层内火山物质的来源,指出后燕子沟火山机构和李八郎沟火山机构分别为义县组一段鹦鹉嘴龙化石层和义县组二段湖相化石层内火山物质的主要来源。 4. 通过地球化学异常分析发现,热河生物群的古生态环境曾出现过氧化-还原环境的剧烈变化以及湖盆盐度和水位的动荡。进一步研究发现,火山活动导致了古生态环境中As、Hg 、S 等有毒、有害元素异常的增高。热河生物群灾难事件的发生层位(如SYP1 的39 层)多是古生态环境的突变层位。 5. 运用元素生物地球化学异常对比,作者进一步确认义县组化石与其围岩在有毒、有害元素异常方面存在的一定的耦合关系:其有毒有害元素含量均呈现一定的高异常。化石自身的Ba、Sr 和ΣREE 含量甚至远远超过了围岩。本文讨论了导致生物灾难事件的火山灾害类型及其影响范围,初步建立了火山活动与生物灾难事件的时空演化模式。全文约十二万字,