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西藏安多地区上侏罗统碳同位素波动与古环境研究

李高杰  
【摘要】:全球碳循环是影响地球上所有表层储库的最重要的生物地球化学系统之一,具有复杂的生物圈-大气圈-水圈-岩石圈相互作用,调节和推动气候短周期和长周期的变化。侏罗纪特别是中、晚侏罗世是全球古板块重组的时期,也是中生代古海洋、古气候变化的重要时期。而稳定同位素记录,为地质历史时期古海洋和古气候的显著变化提供了证据。论文以西藏羌塘盆地安多地区114道班剖面上侏罗统安多组黑色岩系为研究对象,通过岩石学、沉积学、稳定同位素地球化学、元素地球化学等方法,对研究剖面的成岩蚀变信息、碳同位素变化特征、古环境参数进行了分析,重建了东特提斯地区晚侏罗世的古海洋和古气候背景,分别取得以下主要成果和认识:(1)通过对西藏安多114道班上侏罗统安多组系统采集样品,进行了有机碳同位素和无机碳同位素同步分析,建立了西藏特提斯地区晚侏罗世碳同位素曲线。通过与全球同时代地层碳同位素对比,西藏特提斯与全球碳同位素曲线具有同步变化的特点。同时,全球碳同位素曲线对比也显示,不同地域表现差异的长周期碳同位素趋势,这种差异与古大西洋盆地的打开造成的古有机碳埋藏通量的改变和进而造成的古海水碳同位素组成的变化密切相关。(2)根据海水溶解二氧化碳[CO_(2(aq))]浓度与海洋浮游植物δ~(13)C_P和水溶二氧化碳δ~(13)C_(CO2(aq))之间的碳同位素分馏关系,定量计算了西藏特提斯地区晚侏罗世大气CO_2含量,结果可与前人利用植物叶片气孔法和古土壤碳酸盐结核碳同位素法相对比。这为古代大气p CO_2含量的定量重建提供了一种新的研究思路和方法。(3)对洋-气系统中含碳离子的碳同位素计算,显示晚侏罗世大气二氧化碳碳同位素组成δ~(13)C_(CO2(g))介于-9.4~-4.3‰之间,平均-7.3‰;由全岩Ce异常指示的古海平面整体呈下降的趋势,这与中侏罗世至早白垩世拉萨地体和羌塘地体的碰撞以及班公湖-怒江洋的关闭相联系。(4)海水δ~(13)C_(DIC)的变化主要受温度分馏效应和生物分馏效应的共同影响。基于对温度分馏函数的拟合,以及引入的生物摄取DIC_P值与海水残留DIC_S值之间的同位素质量守恒方程,定量化证实了生物分馏效应是控制安多114道班剖面碳同位素偏移的主要因素。当生物摄取DIC_P值与海水DIC_S比值约为0.19时,就能造成海水碳同位素偏移5.2‰左右。(5)碳同位素和有机碳埋藏与古气候之间具有显著的可识别的沉积响应关系。温暖气候阶段,伴随水文循环的增加和大陆风化速率的加强,陆源营养盐向海洋输送力增强和生物生产力、有机碳埋藏率提高,海水无机碳同位素表现高δ~(13)C值;寒冷气候阶段,陆源营养盐和有机碳埋藏的降低,海水无机碳同位素表现低δ~(13)C值。碳同位素和气候变化之间的这种耦合关系,符合基于海洋有机碳埋藏推断的古气候变化的解释。


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