奥陶纪末期发生了显生宙以来首次生物大灭绝事件,海洋生态系统和生物多样性在此过程中受到重创。关于此次奥陶纪末期生物大灭绝机制的研究已成为当前国际奥陶纪古海洋学研究的热点,目前的研究普遍认为奥陶纪末期的两次冰川事件和海洋大规模缺氧事件是此次大灭绝事件的主因。然而,几乎所有对海洋缺氧事件的研究均仅关注于奥陶纪末期近100-200万年内的海洋环境变化,鲜有关注晚奥陶世以来至大灭绝前夜古海洋的氧化还原条件的变化历程。而后者对全面评价古海洋环境变化规律及其极端变化对海洋生物演化的影响提供了重要线索,同时为揭示奥陶纪生物从大繁荣走向大灭绝过渡时期的古海洋学重大变化模式和规律提供有力的证据。基于此,本论文选择了塔里木盆地西北缘柯坪地区的大湾沟剖面与中扬子地区宜昌市普溪河剖面出露的上奥陶统地层为研究对象,通过对地层记录中的草莓状黄铁矿大小和形态分析、微球粒成因研究、沉积相/微相的精细刻画、碳、锶同位素与全岩元素地球化学特征的研究,重建晚奥陶世古海洋氧化还原环境的变化过程,探讨环境的变化对海洋生物的影响。塔里木柯坪地区的大湾沟剖面为全球上奥陶统下部桑比阶（Sandbian）底界的全球界线层型剖面与点位辅助层型剖面（GSSP）,该剖面桑比阶—凯迪阶地层出露完整,富含生物化石。本次研究对大湾沟剖面的上奥陶统地层进行了系统密集采样,并进行碳、氧、锶同位素等地球化学测定,获得该地区碳、氧、锶同位素演化特征。根据锶同位素及生物地层对比厘定了各界线年龄值:桑比阶—凯迪阶界线为453 Ma,其浪组/印干组为450.6 Ma,印干组/铁热克阿瓦提组年龄为450Ma。根据大湾沟剖面碳同位素曲线变化特征,识别出了塔里木盆地晚奥陶世Guttenberg碳同位素正偏移（GICE）事件,首次发现了塔里木盆地晚奥陶世的GICE并不仅限于桑比阶—凯迪阶界线处的短暂而迅速的单次正漂移,而是具有三段式的波状变化规律,可依据波峰将其划分为GⅠ、GⅡ与GⅢ三个波段。该认识得到了中扬子宜昌地区普溪河奥陶系金钉子剖面上奥陶统碳同位素曲线的佐证,仅在漂移幅度上有所差别。在碳同位素地层曲线阶段性划分的基础上,进一步利用了草莓状黄铁矿粒径分析与氧化还原敏感元素相结合的方法,重建了晚奥陶世的古海洋氧化还原环境变化历程。来自塔里木盆地柯坪大湾沟剖面和中扬子区普溪河剖面的草莓状黄铁矿平均粒径、最大粒径与氧化还原敏感元素比值成明显的负相关,与δ¹³C曲线则成较好的正相关关系。它们共同表明,晚奥陶世,塔里木盆地及中扬子地区的古海洋环境经历了极其相似的四个阶段:桑比期—凯迪期初,古海洋环境从硫化环境→次氧化→氧化环境;早凯迪期,为反复的缺氧—硫化阶段,研究区开始长期遭受硫化水体的侵扰;早—中凯迪期,水体硫化持续时间延长,为变化程度剧烈的次氧化—幕式缺氧阶段;中凯迪期进入稳定的滞留缺氧阶段,此时由于海退,水体不断变浅,将海水氧化还原条件、岩性与生物量变化相结合,显示出缺氧硫化水体可能已经侵入到了透光带,对海洋生物的生存环境造成极大的危害,将以往认为是在赫南特阶中期发生的缺氧事件时间大大提前,长期的硫化缺氧环境极可能是奥陶纪末灭绝事件（Late Ordovician Mass Extinction,简称LOME）的重要因素之一。除上述研究成果,本研究还首次在上奥陶统地层中发现了连续沉积的微球粒,按照成分可分为铁质微球粒、钙质微球粒、硅质微球粒、钛铁质微球粒和有机质微球粒。钙质微球粒、有机质微球粒仅分布与坎岭组下部的层位,结合同层产出大量细菌化石与宏观古生物化石,推断其为生物成因微球粒,应形成于氧化环境;硅质和钛铁质微球粒在剖面其浪组中部连续产出,结合其外部形态、成分组成与塔里木盆地构造背景,认为是同时期周边地区火山喷发形成的火山灰所致。很好的佐证了草莓状黄铁矿及氧化还原敏感元素分析所得的古海洋环境研究结果:坎岭组下部的氧化环境与草莓状黄铁矿所反映的一致,并且火山微球粒频繁出现的层位对应于氧化还原环境频繁变化的早凯迪期,指示火山事件的频繁发生可能是古海洋氧化还原条件波动的主要原因。在大湾沟剖面还进一步通过全岩地球化学元素分析,识别出了陆源风化加强、火山—热液活动、古生产力变化等重大地质事件。其中通过Hf、Zr、Th、∑REE及Eu*,识别的陆源输入加强事件,其原因可能为火山运动致使陆地生态系统崩溃并促进了大陆风化作用的加强。此外,研究剖面所有样品都表现出明显的正Eu异常,变化趋势由强烈到弱而稳定,说明火山岩浆活动对该地区的影响为先强烈后稳定的过程,这与火山成因微球粒所得结论较为一致。结合上述多方面的分析,本次研究认为火山岩浆活动和与之伴随的海洋缺氧/硫化等一系列环境恶化事件早在晚奥陶世中期已出现,长期的环境恶化可能是晚奥陶世生物大灭绝的主因,而其它环境变化事件（如陆源风化加强、火山—热液活动、古生产力）促进了海洋缺氧事件的发生,与生物灭绝之间存在一定的成因联系,但相关证据仍需进一步补充研究。