四川华蓥二叠-三叠系界线剖面稳定碳同位素变化特征及其生物地球化学循环成因

对四川华蓥楼房湾剖面稳定碳同位素进行的研究表明,该地区二叠-三叠系界线附近碳同位素变化趋势与全球变化基本一致。早三叠世早期ΔB平均值高于晚二叠世晚期,指示海水中磷酸盐浓度的增大和初级生产力的繁盛。从晚二叠世末期开始δ13Ccarb的缓慢降低是由大规模火山作用以及陆地风化作用加强造成的;早三叠世最早期δ13Ccarb和δ13Corg的快速同步降低所代表的全球碳循环变化主要受控于生物集群绝灭的主幕及海平面上升引起的底部缺氧水上涌。总之,二叠-三叠纪之交碳同位素变化是火山作用、海平面变化、海洋和陆地生物集群绝灭以及缺氧水上涌等因素综合作用的结果。     

四川华蓥二叠-三叠系界线剖面稳定碳同位素变化特征及其生物地球化学循环成因

对四川华蓥楼房湾剖面稳定碳同位素进行的研究表明,该地区二叠-三叠系界线附近碳同位素变化趋势与全球变化基本一致。早三叠世早期Δ_B平均值高于晚二叠世晚期,指示海水中磷酸盐浓度的增大和初级生产力的繁盛。从晚二叠世末期开始δ¹³C_carb的缓慢降低是由大规模火山作用以及陆地风化作用加强造成的;早三叠世最早期δ¹³C_carb和δ¹³C_org的快速同步降低所代表的全球碳循环变化主要受控于生物集群绝灭的主幕及海平面上升引起的底部缺氧水上涌。总之,二叠-三叠纪之交碳同位素变化是火山作用、海平面变化、海洋和陆地生物集群绝灭以及缺氧水上涌等因素综合作用的结果。     

若干重大地质环境突变的地球生物学过程

MCG古菌代表了一类自然界较古老的古菌,提议将MCG古菌归类于一个全新的门类——深古菌门(Bathyarchaeota)。高浓度CO2造成的海水酸化对西太平洋海区浮游细菌的丰度、高DNA含量细菌、生产力等有促进作用,但对细菌的多样性有一定程度的抑制作用。火山灰造成海洋异养细菌和真核自养生物的丰度均显著升高,降低浮游病毒的丰度,导致微生物群落多样性降低,使整个群落朝着不同方向演替。发现AOM细胞团在其表面形成粘土矿物,而在周围环境中形成碳酸盐,这可能与AOM反应产生的HS-增加环境碱度有关。西南印度洋深海微生物群落结构与钙、磷、硫等元素具有相关性。提出了两类示踪古水文条件的微生物脂类指标、三类灵敏响应古温度的微生物脂类指标。有机质-粘土矿物复合体能有效保护有机质遭受微生物的作用,对碳循环产生重要影响。不同微生物功能群的共存能促进粘土矿物结构铁的还原,微生物成因的白云石主要与细胞表面的羧基官能团有关。发现古、中生代之交海洋环境具有高温、缺氧、低硫酸盐浓度、氮素匮乏的特征,生态系统不同营养层次的生物对海洋环境具有不同的响应能力,微生物对海洋水化学和全球变暖起重要作用。提出了两幕生物危机与两幕环境变化,温度变化和缺氧环境可能导致了二叠纪-三叠纪之交的幕式生物危机。大灭绝后,在Griesbachian早期、Dienerian-Smithian之交、Smithian-Spathian之交出现严重的海洋缺氧、硫化事件,出现了微生物岩、鲕粒灰岩等异常沉积。在雪球地球之前的拉伸纪古气候已经开始不稳定。埃迪卡拉纪海洋的化学分层造成不同的生境及其不同的地球微生物学过程,造成DOC碳库与DIC碳库的分离,也造成不同于显生宙的海洋碳循环。陡山沱组II和IV段在缺氧或硫化的水体中存在一个大DOC碳库;陡山沱早期(II段)以光合自养微生物体系为主,到晚期(IV段)随着透光带硫化水体的发育,有大量化能异养微生物加入。晚埃迪卡拉纪-早寒武世海洋仍具有缺氧分层的高梯度状态。早寒武世早期可能缺乏固氮作用相关,随后趋于正常,氧化明显并伴生多细胞生物发育。华北中元古界发现大量微生物成因的凝块石,在燕山盆地中元古代发现了两个重要的生物群更替事件,分别与海洋化学变化以及火山活动导致的营养盐输入相关。发现了多种真核生物化石,表明这个时期真核生物已经出现明显的多样性分化。中元古代海洋DIC库经历了逐渐减小的演变,海洋硫酸盐浓度较低,氧化还原界面较浅。在浅水环境自养微生物控制了碳的代谢过程,而深水环境厌氧微生物代谢对海水化学组成有很大影响。     

广西泥盆系弗拉阶-法门阶之交分子地层研究

运用GC-MS分析仪对23件样品的检测结果显示:广西泥盆系弗拉阶-法门阶(F/F)之交分子化石主要由正构烷烃、类异戊二烯烃、萜类、甾类构成,其先体主要为海源浮游植物、浮游动物、底栖非光合作用的菌类和陆源高等植物,其中浮游植物和浮游动物是构成F/F事件期台盆碳酸盐相生物量的主体;n Pr /n Ph <1(Ph为植烷,Pr为姥鲛烷)或♂1、n ph /n C 18 值较高、C 16 ～C24 具有明显的偶碳优势表明,F/F之交广西为蒸发量、盐度和缺氧程度较高的海相碳酸盐环境.F/F之交生物集群绝灭是中泥盆世晚期以来环境不断恶化的结果,多次天体撞击对晚泥盆世不断恶化的生态系无异于雪上加霜;高温导致的高蒸发量、较高盐度和水柱底层缺氧是低纬度礁生态系、浅水海相生物集群绝灭的最直接杀手.     

生物圈演化事件与地球圈层演化的相关性问题

讨论了地史中主要生物类型出现,生物爆发和显生宙５次大的生物集聚群绝灭等生物圈演化事件与地球圈层演化的关系,这些生物圈事件包括生命起源与无核生物的发展,原核生物和真核生物的出现,后生动物的出现,带壳后生动物的出现,寒武纪早期的生物大爆事件以及晚奥陶世,晚泥盆世,晚二叠世,晚三叠世和白垩纪末期的生物集群绝灭事件。在讨论显生宙５次大的生物集群绝灭的可能原因时,把地内原因与地外原因结合起来,阐述了地史中生     

生物圈演化事件与地球圈层演化的相关性问题

讨论了地史中主要生物类型出现、生物爆发和显生宙５次大的生物集群绝灭等生物圈演化事件与地球圈层演化的关系。这些生物圈事件包括生命起源与无核生物的发展、原核生物和真核生物的出现、后生动物的出现、带壳后生动物的出现、寒武纪早期的生物大爆发事件以及晚奥陶世、晚泥盆世、晚二叠世、晚三叠世和白垩纪末期的生物集群绝灭事件。在讨论显生宙５次大的生物集群绝灭的可能原因时,把地内原因与地外原因结合起来,阐述了地史中生物圈演化事件与地球圈层演化事件乃至地外事件之间的耦合效应。但是目前还难以识别事件形成的初因,需要进行高精度的地层学方面的研究来解决     

重庆地区早三叠世蠕虫状灰岩特征及成因

重庆地区早三叠世沉积中广泛发育一种"错时相"灰岩———蠕虫状灰岩。通过对重庆地区十余条典型剖面飞仙关组及嘉陵江组进行野外观察、采样及室内薄片鉴定、扫描电镜研究,认为蠕虫状灰岩由形似蠕虫的"蠕体"和浅色基质组成,其中蠕体形态多样,常呈条带状、粒状、不规则状发育于基质中,蠕体的主要成分为方解石(质量分数高达95%以上),基质中相对含有较多黏土,但方解石的质量分数依然可达到85%~90%。蠕虫状灰岩中几乎见不到大的生物化石,镜下可观察到黄铁矿颗粒及藻类痕迹。按形态可将蠕虫状灰岩分为顺层线纹状、断续点状和异形杂乱状3类,其形成主要和菌藻类活动有关,并且在其形成过程中风暴作用影响明显,后生动物(如腕足、腹足及双壳类)的扰动会抑制蠕虫状灰岩的发育,因此蠕虫状灰岩的成因是(低等)生物与水动力共同作用的结果。二叠纪末-三叠纪初特提斯洋海水温度高,大气CO2含量极高而O2含量却极低,相应的古海洋是停滞的、缺氧的并且伴随有频繁的风暴,这些都为蠕虫状灰岩的形成提供了条件。     

东营凹陷沙河街组泥页岩中正丙基胆甾烷与异海绵烷的研究:硫循环对有机质富集的影响

中国东部陆相渤海湾盆地东营凹陷古近系沙河街组油页岩中有机质的富集机制一直是研究热点,但关于异养生物及硫循环对有机质富集过程影响的研究较少.通过有机地球化方法对东营凹陷沙河街组第三、四段富有机质烃源岩进行精细研究,认为伴随着明显的水体分层,藻类勃发进一步加剧了底水缺氧的条件,海水带来了丰富的硫酸盐促进了强烈的细菌硫还原(Bacterial Sulfur Reduction,BSR)作用,将这种缺氧条件进一步扩展到水柱上部形成透光层缺氧(Photic Zone Euxinia,PZE),而PZE有利于光合自养绿硫菌的剧烈活动.强烈的BSR作用及间歇性的PZE控制东营凹陷古湖盆中藻类等水生生物的组成,原核细菌及海相金藻类对有机质富集有一定贡献.通过分析海相藻类生物标志物C_(30)24-正丙基胆甾烷和透光层缺氧生物标志物异海绵烷与有机碳丰度的关系,研究认为在相对丰富的外源硫酸盐输入、厌氧异养细菌作用、光能自养细菌作用和透光层缺氧条件下形成的硫循环,对东营古湖盆沙河街组烃源岩有机质的富集起主要控制作用.     

米仓山-汉南隆起牛蹄塘组页岩稳定碳同位素组成及其意义

利用牛蹄塘组暗色泥页岩样品进行有机碳同位素(δ~(13)C_(org))、无机碳同位素(δ~(13)C_(carb))、氧同位素(δ~(18)O)、总有机碳(TOC)、微量元素测定,分析米仓山-汉南隆起区早寒武世古海洋环境及其与页岩有机质生产的关系。基于原始海洋巨大溶解有机碳库(DOC)和海洋分层理论,结合不同古海洋微生物种属碳分馏特征,描述米仓山-汉南隆起区早寒武世古海洋环境和有机质生产模式。结果表明:研究区牛蹄塘组页岩中获取的碳氧同位素具有良好的原始性,对研究区古海洋环境具有良好的指示意义;δ~(13)C_(org)明显富集轻碳同位素(~(12)C)显示强烈的负异常,分布在-34.032‰～-29.537‰,属于L型无定形有机质,且更富集轻碳同位素;δ~(13)C_(carb)明显富集重碳同位素(~(13)C),分布在-1.21‰～3.64‰;氧同位素δ~(18)O分布在-8.94‰～-3.5‰;研究区南北部碳氧同位素空间分布具有差异性,与南部西河乡剖面相比,北部宁强铁锁关和两河村剖面的碳同位素具较高的δ~(13)C_(org),偏正的δ~(13)C_(carb)和高的δ~(13)C_(carb-org),且δ~(13)C_(carb)与δ~(13)C_(org)呈明显的解耦关系而与δ~(13)C_(carb-org)线性相关;牛蹄塘组页岩碳氧同位素组成取决于海侵过程中藻类、化能自养、甲烷细菌、甲烷氧化菌等特殊的古海洋微生物种属分布或活动强度与上升洋流、海洋分层的有机结合。     

大洋缺氧事件的碳稳定同位素响应

从碳稳定同位素组成及其分馏机理出发 ,系统探讨了大洋缺氧事件与海相碳酸盐和有机碳稳定同位素分馏之间的关系。缺氧事件期间 ,由于生物大批死亡和快速埋藏 ,其分解消耗海水中大量的溶解氧 ,引起大洋水体缺氧 ,富含 1 2 C的有机质从而得以大量保存 ;相应地大气和海水中富 1 3 C,同期海相碳酸盐岩碳同位素 δ值 (δ1 3C)正偏。在世界各地缺氧事件层内 ,无一例外地碳酸盐岩碳稳定同位素出现了不同程度的正偏 ,Cenomanian- Turonian 界线偏幅达～2‰。海相碳酸盐与有机质碳稳定同位素变化不仅可以提供地质历史中有机碳埋藏量的记录。研究全球碳循环变化 ,还可能追溯有机碳风化和埋藏速率的变化 ,定性地恢复大气 p CO2 变化。     

湖北恩施地区栖霞组下部泥质石灰岩生物标志物特征

我国华南地区的二叠系栖霞组岩层中沉积有多套富有机碳的深暗色岩系,是华南地区油气勘探的潜在烃源岩。但这套烃源岩详细的古海洋条件特征尚未完全清楚。选择湖北省恩施剖面的栖霞组下部中的泥质灰岩夹钙质页岩作为研究对象,开展有机质生物标志物组成研究与分析。研究表明,恩施剖面栖霞组下部泥质灰岩生物有机质的来源以海洋浮游藻类为主。恩施剖面栖霞组有机质可能已经达到成熟,已经达到或接近"生油窗"阶段。恩施地区栖霞组早期的水体不是一个缺氧的环境,可能是一个氧化至贫氧的环境。在该环境中有机质较为富集,说明长期贫氧环境也有利于有机质富集。     

海洋酸化正负效应:藻类的生理学响应

大气CO2浓度升高,引起海洋酸化,使得海水pCO2、H+和HCO3-浓度增加,CO32-浓度下降,并导致CaCO3的饱和度下降.海水pCO2升高,促进某些藻类的光合作用与生长,特别是在光能不足的情况下,这种促进效应尤其明显.然而,海水酸性的增加导致钙化藻类钙化量下降,蒙受阳光UV辐射的损害增加,威胁其生存.即使非钙化藻类,如某些硅藻类和赤潮藻类,pCO2升高引起的海水酸性增加可降低其耐受高光胁迫的能力,加大光抑制,且增加其呼吸作用.因此,海洋酸化究竟会导致海洋光合固碳量增加还是减少,取决于酸化与CO2浓度升高"双刃剑"效应的平衡,也就是取决于海洋酸化正、负效应的平衡.在不可逆转的海洋酸化进程中,藻类必然进行生理调节并适应酸化带来的海水化学胁迫,由此,遗传或进化方面的变化也会发生.海洋从大气中吸收CO2的量,依赖于藻类光合作用驱动的CO2生物泵,自然也依赖于海洋酸化的正、负效应.     

晚泥盆世地球各圈层相互作用与海洋生态危机：来自高分辨率的沉积和同位素地球化学证据

在晚泥盆世弗拉-法门（F/F）转折期发生了显生宙5大生物绝灭事件之一的大规模生物集群绝灭事件．近年来作者及其合作者通过对我国华南F/F界线附近高分辨率的层序-旋回地层研究和同剖面无机-有机碳和锶同位素系统的研究表明：在F/F转折期，由多期火山活动触发的频繁、快速气候暖-冷交替（周期约为200ka）以及由此引发的陆-海相互作用（森林植被向陆扩展、化学风化作用增强和陆源营养输送量的增加）与海洋生态崩溃（海洋富营养化，微生物爆发和缺氧事件）是造成F/F转折期渐次绝灭的最主要原因．     

泥盆纪弗拉阶-法门阶事件的化学-生物地层学研究

对广西南洞剖面的研究表明,弗拉阶-法门阶(F-F)生物事件(也称为Kellwasser生物事件)是阶梯式灭绝事件,生物种类锐减发生于linguiformis带最晚期,持续时间约为0.1Ma。在F-F界线有3个Ni-Ir异常层, 该异常层同时也富含亲铜元素,并伴有碳同位素负异常以及微玻陨石。紧随着覆盖有海啸岩。F-F事件实际上是生物-地球化学-沉积综合事件。像这样的综合事件,在中、晚泥盆世共发生了5次。发生的频率为4.6×10^-6a^-1。讨论了F-F大灭绝事件的可能原因。     

海洋硅藻胞外多聚物研究进展

近20年来,随着海洋科学研究的不断深入及一些海洋大项目(LOICZ,JGOFS)的实施,海洋生态学家在重新构建海洋食物网时发现,海洋藻类分泌的胞外多聚物(Extracellular Polymeric Substances,EPSs)是海洋碳的一个重要来源,它们可能直接参与海洋生态系统的碳循环、微食物环的组成、藻-菌及藻-藻的相互作用等过程,因而藻类胞外多聚物的研究引起了海洋学家的高度重视,成为当前海洋科学研究的一个热点。硅藻是海洋藻类中最重要的一大类群,也是海洋近岸水体中最主要的初级生产者,具有种类多、数量大、繁殖快等特点,在海洋生态系统的物质循环与能量流动中占有极其重要的地位。研究表明,许多硅藻(包括浮游硅藻和附着硅藻)在其生长过程中均能生产分泌胞外多聚物(EPSs),它是硅藻生命过程中不可或缺的一部分,在海洋生     

贵州瓮安陡山沱组碳同位素特征及古海洋意义

通过对贵州瓮安含磷岩系剖面进行碳同位素分析,对震旦纪陡山沱期的成磷事件、生物事件及古海洋环境的变化进行了研究。瓮安大塘剖面陡山沱组碳酸盐岩碳同位素值表现为正偏移的趋势,与其他地区同期碳同位素变化趋势相似。这与大冰期后生物生产率的提高有关,其中的负偏移与环境的波动相关,环境的快速变化刺激了生物的进化。穿岩洞剖面上磷矿段的黑色碳质磷块岩获得的较低的有机碳同位素值与浮游生物吸收12 C有关,体现了生物有机质聚磷作用。该时期的碳酸盐岩碳同位素值的正偏移、磷矿的沉积与生物事件之间有一定的关联性,大洋深部的缺氧事件使底水富磷质;随着古海洋流通性的提高,富磷海水随上升洋流运移到浅海沉积成矿,并为生物圈供应营养物质,进而引发生物竞争及推动进化。     

华南奥陶-志留纪之交的碳酸盐岩对古气候的诠释

华南板块晚奥陶世到早志留世冰川事件前后所记录的碳酸盐岩,其地理分布和成因依时而变．文中所讨论的5个时间片段实例包括：晚奥陶世凯迪晚期（全球暖期）华夏古陆北缘浙赣台地上的珊瑚层孔海绵-菌藻类礁组合;凯迪末期（冰川初期）扬子地台西缘川西汉源康滇古陆边缘的隐藻-钙藻灰泥丘;奥陶纪末赫南特期（主冰期）广布于上扬子区的观音桥层灰岩分远岸冷水型和近岸局部暖水型;志留纪初鲁丹早期（冰川消融）灰岩在黔中古陆边缘首现,之后鲁丹晚期向生物层复苏．这些例证显现出华南近岸区的碳酸盐岩建造特征对奥陶志留纪之交主冰期前和主冰期后全球暖期的响应更加明显．在主冰期,古陆对来自高纬度地区凉水团具阻障作用,暖／凉水型碳酸盐岩生产力和沉积相分异显著,海水降温主要发生于远岸区,而滇黔桂古陆的近岸区仍然局部地维持着暖水沉积;主冰期后的海进也许是快速的,但要回暖到适宜造礁的程度则是缓慢的．     

新晃贡溪-天柱大河边重晶石矿床热水沉积成因探讨

综合分析了重晶石矿床的沉积学和地球化学特征,结果表明,在扬子大陆东南边缘由于早寒武世地壳的热点活动带来了丰富的成矿物质,形成了Si-P-Ba-多金属矿床谱系。下寒武统的黑色岩系形成于缺氧环境,但重晶石形成时期还原性相对较弱。重晶石矿石中有机质碳含量较低,具有原生残留有机质的明显特征。钡的来源为热液喷气作用,生物的发育为钡的转化和富集提供了条件,海水为重晶石的形成提供了充分的硫源,但由于生物的分馏作用较强,致使重晶石δ³⁴S值可达41.65‰。     

全球古元古代碳同位素正异常的数据分析与成因评述

归纳总结了前人关于全球古元古代(2.20~2.06Ga)碳酸盐岩碳同位素正异常现象的基础数据及资料。在此基础上,对前人关于该正异常成因的假说(生物演化-大气充氧说、古元古代冰期期后说、超级地幔柱-超大陆裂解说及蒸发环境说等)进行了评估,认为以上假说虽然都有地质证据支持,但其重要性还是有些差异。根据碳同位素分馏原理,有机物的繁盛会使碳酸盐碳储库的同位素变正。生物演化导致大气充氧、古元古代冰期后形成的温暖环境和Kenorland超大陆裂解均为生物的繁盛提供了有利条件,从而使碳酸盐碳储库的同位素变正。另外,蒸发环境在全球多有分布,它可能是造成部分局域封闭式环境碳同位素正异常的原因,所以应对发现正异常的各区域进行详细的沉积环境分析。以4个区域的数据为对象,分析了古元古代碳酸盐岩碳同位素正异常数据的可靠性;通过Mn/Sr,δ13Ccarb和δ18Ocarb三者的关系图,判断了沉积期后作用对于数据的改造程度。     

鄂尔多斯盆地奥陶系海相沉积有效烃源岩的判识

利用无机参数,结合必要的有机参数,从沉积环境角度分析了鄂尔多斯盆地西、南缘奥陶系能否发育有效烃源岩.研究区TOC》0.2%层段中,V/(V Ni)》0.5,Zr/Rb《2,Rb/K(×104)》30,盐度Z》122,Zn及Mo等富集,δ18O及δ13Ccarb正向偏移,反映出水动力弱、盐度较高的缺氧环境,其δ13Corg《-28‰,生烃潜力高,可视为潜在有效烃源岩.TOC≤0.2%层段的有机、无机地化特征均反映出浅水、动荡的氧化环境,δ13Corg值介于-24‰～-28‰,生烃潜力差,属非有效烃源岩.微量元素及碳氧同位素对烃源岩发育的主控因素具良好的表征意义,可作为高演化海相有效烃源岩的判识指标.