论文部分内容阅读
寒武纪早期（542Ma-520Ma）是地质历史上的重要时期,生物演化上以澄江动物群为代表的后生动物群取代了前寒武纪动物群,形成了更为复杂的生态系统。环境变化上埃迪卡拉-寒武纪转折期处于第二次大充氧事件中,海洋氧化还原状态在该阶段的变化及其与生物的协同演化格外引人瞩目。华南地区寒武纪早期地层出露连续,露头良好,是对该时期进行研究的很好的材料,大量的古生物学与地层学研究的开展为不同沉积环境的对比研究打下了很好的基础。在此基础上,本文选择了不同沉积环境下的沙滩、芭蕉村、罗家村剖面,利用岩性标志层、生物带与锆石年龄数据对其地层进行划分对比,然后利用岩性与沉积构造特征,草莓状黄铁矿以及氧化还原敏感元素,对寒武纪早期扬子板块水化学环境进行重建,同时通过与现代海水的对比,对寒武纪早期的U与Mo库变化进行探讨。通过对水井沱组中微层草莓状黄铁矿的粒径进行统计,以及对样品中自型晶与莓体体积比进行统计,还原高分辨率的氧化还原波动;同时解释在水井沱组上部氧化还原敏感元素指标与草莓状黄铁矿指标之间的矛盾,并提出自型晶占总黄铁矿的体积百分比能够作为草莓状黄铁矿使用时的重要辅助指标。同时将每个剖面所在地区的生物群资料进行搜集,通过将其与氧化还原状态的对比得出氧化还原状态与后生动物的协同演化关系。通过对扬子板块不同沉积环境下化学-物理风化特征与生产力的研究,得出寒武纪早期扬子板块古气候与生产力的演化特征,并探讨风化作用与生产力的关系。最终对扬子板块富有机质沉积的控制因素在保存条件（即氧化还原状态）与生产条件（生产力状态）上作出判断。本文对地处浅水台地、外陆棚以及深水盆地相的沙滩、罗家村与芭蕉村剖面的氧化还原敏感元素、草莓状黄铁矿、过剩钡(Baxs)、总有机碳与化学风化指数（Chemical Index of Alteration,CIA）等地球化学指标进行探讨,重建了寒武纪早期梅树村阶-筇竹寺阶扬子板块古氧相以及古气候的变化,进而得出其与生物演化以及有机质沉积的关系。本文主要结论如下:1.扬子板块纽芬兰统地层的地球化学和草莓状黄铁矿的研究表明,在浅水沙滩剖面,梅树村阶以及筇竹寺阶下部主要以氧化-次氧化环境为主,筇竹寺阶上部变为次氧化-还原。在外陆棚相的罗家村剖面,梅树村阶的岩家河组主要以氧化-次氧化环境为主,筇竹寺阶的水井沱组下部主要为硫化,上部氧化还原敏感元素含量的减小代表水体的氧化,这与平均粒径仍为5μm的草莓状黄铁矿所指示的氧化还原状态产生矛盾,因此对水井沱组上部进行了微层的草莓状黄铁矿研究（见第5章）。芭蕉村剖面在梅树村阶以铁化为主;在筇竹寺阶下部为硫化,上部仍然以缺氧水体为主,有小规模氧化事件发生。总的来说扬子板块寒武纪早期尽管在筇竹寺阶上部缺氧水体的面积增加,但缺氧程度减小。同时U和Mo库在筇竹寺阶有显著的增加,但与现代海水的U和Mo库仍然有差距。2.微层状草莓黄铁矿所指示的水井沱组上部的氧化还原状态:罗家村剖面水井沱组上部中的微层草莓状黄铁矿的平均粒径在5μm以下,大部分样品仍然指示缺氧环境,只有2个微层指示氧化,这说明水井沱组上部仍处于广泛缺氧中,偶尔有小规模的氧化事件伴随强水动力作用将底层水氧化。TOC与Mo（R2=0.85）、U（R2=0.79）在该阶段具有强相关性,结合水井沱下部Mo、U的含量更高且与TOC没有强相关性,我们认为水井沱组的氧化还原环境由下部的缺氧-硫化向上部的缺氧-非硫化转变。3.氧化还原状态对后生动物演化的影响:扬子板块寒武纪早期生物群的分布显示其受到氧化还原状态的影响。在梅树村阶,沙滩剖面与罗家村剖面发现有大量小壳化石以及底栖固着藻类等需要底水氧化条件下才能生存的生物,而在深水盆地相的芭蕉村剖面,生物主要以海绵骨针为主。到筇竹寺阶下部,沙滩剖面仍然氧化,在沙滩剖面的郭家坝组地层中发现有大量腕足、小壳、三叶虫、高肌虫等后生动物化石。陆棚相的罗家村组,则以浮游三叶虫为主导,而在深水盆地的芭蕉村组,海绵骨针仍然是最主要的化石门类。在筇竹寺阶上部,尽管三个剖面均以缺氧环境为主,但水体中已有了短暂的小规模氧化事件,生物群普遍以游泳三叶虫为主,其中水井沱组上部有底栖的古杯、游泳的小壳、腕足、高肌虫等多种生物的报道。4.古气候的变化及其与生产力的关系:除沙滩剖面外,在梅树村阶,华南地区的Al含量普遍较低,CIA则在较高水平波动;筇竹寺阶Al含量明显增高,但CIA值减小,说明物理风化增强,化学风化减弱,这代表了大量未风化的陆源物质的输入。冈瓦纳大陆的聚合使得大量的陆陆碰撞产生大量的造山运动,这极大地增加了陆源碎屑的供给,但该时期的破坏作用多是物理风化,所带来的大量未风化矿物在筇竹寺阶的海侵中被搬运至海底沉积,导致CIA的低值与Al的高值。我们推测筇竹寺阶海洋中的营养物质输入大量增加是当时海水中的初级生产者开始繁盛的直接诱因,同时与生产力在筇竹寺阶早期的普遍增加是对应的。初级生产者的繁盛为筇竹寺中期寒武纪大爆发打下基础。同时全球不同纬度的CIA值随着纬度的增加显示逐渐减小的趋势,（Baltica的CIA平均为59,地处60°S,Oman的CIA平均为74-79,地处5-25°S）,扬子板块在筇竹寺阶后期CIA值的增加也与该时期较低的纬度有关。5.有机质的沉积:扬子板块寒武纪早期深水与浅水剖面有机质的沉积模式有较大区别,在浅水的沙滩剖面,有机质的保存受到氧化还原状态的控制,TOC与氧化还原敏感元素含量的变化有相同趋势;在深水剖面中TOC的保存则受到生产力的控制,在持续缺氧的环境下,初级生产者种类在筇竹寺阶的增加导致了沉积物中有机质的大量富集。