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西藏南部晚二叠世-中三叠世沉积环境演变

李明涛  
【摘要】:二叠纪-三叠纪之交发生了显生宙最为严重的生物灭绝事件,这次事件导致海洋中超过90%的物种灭绝,尤其是那些高度钙化的生物,如珊瑚、钙藻、?类有孔虫等,这些生物的灭绝彻底改变了当时的碳酸盐工厂面貌:热带/亚热带地区广泛分布的后生生物礁消失,取而代之的是以“错时相”沉积(微生物岩、海底碳酸盐岩胶结物、皱纹构造、平板状砾屑灰岩等)为主导的自生碳酸盐泥,二叠纪-三叠纪之交生物灭绝后的碳酸盐工厂的面貌与前寒武纪时期的碳酸盐工厂类似,说明了早三叠世的海洋拥有独特的生物面貌与海洋化学特征。目前,关于早三叠世碳酸盐工厂的研究主要集中于低纬度地区,鲜有中纬度地区的报道,而中纬度地区的碳酸盐工厂是组成全球碳酸盐工厂的重要部分。因此,恢复中纬度地区的碳酸盐工厂面貌、探讨生物与环境的变化对中纬度地区碳酸盐工厂的影响机制显得尤为重要。晚二叠世的西藏南部(简称藏南)位于冈瓦纳大陆北缘(南纬约40°),属于中纬度地区,是本论文的主要研究地区。本论文围绕藏南上二叠统、下-中三叠统开展系统的沉积学研究,恢复晚二叠世-中三叠世碳酸盐工厂面貌,结合地层中出现的特殊沉积物,利用地球化学的手段,探究中纬度碳酸盐工厂演变过程,揭示藏南地区二叠纪-三叠纪之交重大突变事件的沉积响应过程,恢复中纬度地区古环境变化规律。本论文的主要内容及创新点如下:1.揭示了藏南地区晚二叠世-中三叠世碳酸盐工厂演变过程。晚二叠世,藏南发育了冷水型碳酸盐工厂,产碳酸盐生物丰富,主要为苔藓虫、厚壳腕足、棘皮类;二叠纪-三叠纪之交,藏南地区冷水型碳酸盐工厂演变为自生碳酸盐泥工厂,碳酸盐岩以微晶白云岩为主,白云岩中缺乏后生生物而富含微生物结构,如杆状菌体、胞外聚合物等;早三叠世,藏南地区碳酸盐工厂以自生碳酸盐泥为主,浅水地区发育了含生物碎屑灰岩,后生生物数量少且门类单调,主要有双壳、棘皮、有孔虫,深水地区发育了海底碳酸盐胶结物;中三叠世,藏南地区碳酸盐工厂面貌与早三叠世相似,产碳酸盐生物门类依旧单调,同时受构造升降影响,碳酸盐岩沉积转化为碎屑岩-碳酸盐岩混合沉积。2.在藏南修康剖面发现一种新型的错时相沉积—浊流型碳酸盐海底胶结物。在修康剖面下三叠统中贝群发现11层碳酸盐海底胶结物沉积,厚度为0.5~1 cm。岩相学观察发现这些碳酸盐胶结物由文石质假晶组成,在阴极发光下显示为均一性很好的晶体结构,未见后期成岩作用形成的成岩条带,并且扫描电镜能谱扫描显示这些晶体的元素分布均一。地球化学碳同位素分析发现,这些胶结扇中的δ~(13)C平均值为-5‰,与上覆沉积物差异较小。根据以上证据,提出一种新的深海胶结物的成因模式:深海浊流将浅水带入到碱性、硫化的深海环境中,两种化学差异大的水体的混合造成了碳酸钙的快速过饱和,从而形成了海底胶结扇。该错时相沉积指示藏南早三叠世缺氧硫化的深水海洋环境。3.提出了藏南地区二叠纪-三叠纪之交的白云岩是微生物成因。目前已发现的4条藏南二叠系-三叠系界线剖面都发育了一套白云岩,浅水剖面(色龙)白云岩较薄,厚度约为0.5 m,中深水剖面(土隆、曲布、贡普)白云岩较厚,厚度1.5~4 m。这些白云岩由微、细晶白云石组成,平均粒径为十几微米。单偏光下可见白云石晶体被暗色有机质包裹,阴极发光显示白云石晶体为均匀发光,无明显成岩圈晕,扫描电镜观察发现其中保存了大量杆状菌体及蜂窝状胞外聚合物。另外,地球化学数据δ~(34)S显示在二叠纪-三叠纪之交海洋硫酸盐库发生了快速降低,基于以上证据提出了二叠纪-三叠纪之交生物大灭绝后,微生物繁盛(尤其是硫酸盐还原菌)促进了白云石的沉淀,从而在藏南地区形成了广泛的微生物型白云岩。微生物型白云岩是藏南地区早三叠世碳酸盐工厂的主要产出形式,同时也指示了后生生物萧条而微生物繁盛的生态环境。4.在藏南土隆及辖龙剖面发现了早三叠世晚期(Spathian亚期)的红层沉积。藏南地区红层仅出现在中深水环境,红层厚度为1~6 m,岩性为瘤状生物碎屑质灰岩,土隆红层中发育了大量生物潜穴,拉曼光谱显示致色矿物为微米级赤铁矿。生物地层对比发现,土隆红层的出现与深水修康剖面草莓状黄铁矿粒径变化所指示的海水氧化还原条件有关。基于以上证据,我们提出了藏南早三叠世晚期红层形成于深部海水由缺氧向贫氧转化时期,缺氧水体中的亚铁离子被氧化为铁离子沉淀于海底形成了红层,因此红层的出现指示了早三叠世晚期藏南地区海底缺氧环境的改善。


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