晚二叠纪末生物大灭绝是地质历史上规模最大的一次生物集群灭绝事件,其后伴随的是中生代初期早三叠世海洋、陆地生态系统的缓慢复苏与重建,直到中三叠世才恢复正常。本论文以早三叠世印度阶与奥伦尼克阶全球界线层型候选剖面巢湖剖面为研究对象,在精细牙形石生物地层学研究基础上,利用当前最新的测试技术和分析方法,对单个牙形石分子进行微区原位微量元素和同位素测试,进一步查明当时的古海洋环境状态和化学组成,为大灭绝事件及随后的生态系统重建过程提供新的地球化学证据,并期望为研究区相关剖面参选“金钉子”提供更多的基础研究材料与佐证。主要研究内容包括牙形石微区微量元素、锶同位素、氧同位素,及相应层位的全岩微量元素和钼同位素,它们分别对早三叠世巢湖地区古海水微量元素组成、锶同位素组成,以及表层海水温度、海洋氧化还原状态等古海洋环境具有指示意义,同时本文还对古生代古海洋地球化学示踪指标的地质意义及适用性展开了深入探讨。具体内容如下：一、根据前人已发表的文献资料,本文首先对现代海水及沉积物孔隙水中的稀土元素(REEs)特征归纳总结,在此认识的基础上,然后对巢湖平顶山西剖面早三叠世牙形石及其围岩的稀土元素特征综合研究。现代海洋中溶解态REEs常与碳酸根离子络合形成Ln(CO3)+或者Ln(CO3)2-,络合强度从La到Lu呈递增趋势；它们能被多种物质吸附,如颗粒状有机物(POC)、陆源碎屑颗粒物、铁锰氢氧化物、生物成因磷酸盐／碳酸盐等,这些物质在海洋物理化学条件发生变化时或生成或分解,伴随REEs的吸附或释放,引起海水及沉积物孔隙水中的稀土元素含量发生变化,并影响海洋自生沉积物的REEs组成。海水中溶解的轻稀土(LREEs)被POC吸附之后最终达到洋底沉积物-水界面(SWI)沉积,当埋藏深度增加,外界由富氧状态(oxic zone)逐渐转变为贫氧状态(suboxic zone)时,POC和部分氧化物(如CeOD发生还原分解,释放大量LREEs,导致孔隙水中的负Ce异常减小或消失,稀土元素配分曲线变为“平坦型”,这是oxic-suboxic条件下,孔隙水REEs的典型特征。随着水体缺氧状况加剧,硝酸盐被完全分解后,锰和铁的氧化物依次被还原,孔隙水稀土配分模式变为中稀土(MREEs)富集的“帽型”或“钟型”。最后在极度还原条件下甲烷生成阶段,孔隙水会出现重稀土(HREEs)富集。Ce是氧化还原敏感元素,孔隙水Ce/Ce*受上覆海水的氧化还原条件影响显著,只有那些没有受到陆源碎屑混染的海洋自生沉积物的Ce异常,才有可能反映其形成时水体的氧化还原状态。Eu也是氧化还原敏感元素,但Eu(III)被还原为Eu(II)并不是发生在表生沉积环境,Eu异常用来示踪陆源、风源或火山热液输入。对巢湖平项山西剖面早三叠世牙形石及其围岩的稀土元素研究,发现牙形石∑REE、Ce/Ce*、Eu/Eu*和∑REE/Th在lOB附近达到最大值,而La/Sm和La/Yb比值在Spathian早期达到最大,Sm/Yb比值达到最小,表明Spathian早期的中稀土富集特征有所减弱。围岩稀土元素则表现出不同的特征：整个剖面∑REE、Ce/Ce*没有明显变化,直到Spathian早期迅速减小；围岩Eu/Eu*与牙形石变化趋势整体一致,而Spathian早期也迅速减小；尽管在Spathian早期类似于牙形石出现了MREEs富集减弱的现象,La/Sm、La/Yb和Sm/Yb特征较复杂;围岩的∑REE/Th比值基本没有太大变化。所有牙形石均出现MREEs富集特征,与前人研究结果一致。针对这一现象,笔者认为主要有两种解释：(1)早三叠世的海洋环境完全不同于现代海洋,当时普遍缺氧、流动性差、海洋初级生产力较弱,生物扰动作用微弱,这些异常现象有可能导致其REEs组成不具有现代海洋的HREEs富集特征,而是形成了MREEs富集,这个信息被牙形石很好地记录保存。(2)牙形石保存的不是沉积物上覆海水和SWI附近浅层孔隙水的REEs特征,而是深部孔隙水的信号,牙形石和其他自生矿物的REEs组成遭受成岩作用改造形成MREEs富集。根据对现代海洋REEs特征的认识,这可能是与沉积物中的铁锰氧化物有关,它们大量吸附LREEs和HREEs,导致孔隙水中MREEs残留。成岩作用会导致牙形石、自生矿物等无法准确记录古海水REEs组成,本文尝试利用一系列地化指标对成岩作用在牙形石和全岩稀土元素富集过程中的影响加以评判。(1)检验样品的总稀土含量与元素Th或者Al的相关关系,因为后两者往往代表了陆源输入。本文所研究牙形石∑REE和Th含量都比全岩高,而且∑REE和Th具有强正相关关系,说明它们的REEs组成受陆源碎屑影响显著。(2)考察样品的Y/Ho比值,因为元素Y和Ho在海水和陆源碎屑物中受不同物理化学机制的控制,Y/Ho比值具有明显不同的分布范围,海水约为60,陆源碎屑物约为25-30。本文牙形右及全岩的Y/Ho比值分别是90.44.7和32.5±2.1,靠近陆源碎屑区域,表明陆源碎屑对其稀土元素组成的影响较大。(3)利用∑REE/Th识别出牙形石中存在一个不同于海水或陆源碎屑的端元组分,其Y/Ho和∑REE/Th分别为～35和>1000,有别于陆源碎屑的Y/Ho和∑REE/Th(分别为～28和～15),笔者称之为早期成岩作用中的非陆源碎屑端元组分。两个端元具有不同的地球化学特征,对牙形石REEs组成都有显著影响。(4)利用Ce/Ce*与Pr/Pr*的相关图检验,发现牙形石的Ce/Ce*与Pr/Pr*均小于1且呈正相关(r2=+0.8)；全岩的Ce/Ce*与Pr/Pr*约为1,具有负相关关系(r2=-0.71),并接近大陆上地壳区域。牙形石及围岩中的Eu/Eu*与Gd/Gd*均大于1,呈负相关,相关系数分别为r2=-0.35和-0.65。笔者认为这些特征是由MREEs富集导致的,牙形石及围岩的Ce和Eu异常都没有反映水体或者大陆上地壳的信息,而是受成岩作用影响的结果。二、牙形石氧同位素是恢复表层古海水温度的有效指标,本文所得牙形石微区原位氧同位素组成与前人研究结果对比,发现牙形石δ18O值及计算所得古温度的绝对数值存在系统偏差,但古温度变化趋势大致相当：(1)晚二叠世Changhsingian至早三叠世Griesbachian温度一致升高,升温幅度超过15℃；(2)Dienerian时期没有降温趋势,即没有前人所标明的Cooling Event I,而是维持在42℃左右；(3)Smithian时期温度持续升高,在接近SSB处达到最高,约45℃,即Smithian末期温度极高事件(Late Smithian thermal maximum);(4)随后开始降低到38℃左右(Cooling Event Ⅱ),持续了Spathian大部分时期。微区原位测试结果与前人溶液法测试结果相近,表明牙形石微区原位氧同位素测试方法的可行性,鉴于其所需样品量少,前期准备工作相对简单,因此具有明显优势。对所测牙形石分子微区原位氧同位素组成分析发现,不同牙冠部位(hyaline/albid tissue)氧同位素组成没有明显差别。三、本文所测PTB附近的牙形石来自煤山剖面,其87Sr/86Sr与前人的碳酸盐岩锶同位素组成一致,而早三叠世巢湖剖面的牙形石锶同位素组成要高于同期的碳酸盐岩,分析表明后者是受陆源碎屑影响所致。巢湖和煤山两个剖面的东南缘为碎屑沉积区,海水87Sr/86Sr不可避免地受大陆风化作用影响,随着风化作用和陆源输入在早三叠世增强,巢湖剖面早三叠世的牙形石87Sr/86Sr比煤山剖面晚二叠世的牙形石87Sr/86Sr更加偏离海水锶同位素组成。煤山剖面的牙形石可能记录了古海水87Sr/86Sr,对其微区原位87Sr/86Sr特征探索发现,同一层位不同属种以及同一牙形石分子不同部位的87Sr/86Sr没有明显差别。这可能是因为Sr离子与Ca离子半径接近,二者受置换作用控制,致使牙形石Sr含量较高,各个部位没有显著差异,87Sr/86Sr不存在较大的差异。四、海洋缺氧被公认为是导致晚二叠世末生物大绝灭和早三叠世生物迟缓复苏的重要原因之一,本文选择巢湖地区下三叠统黑色页岩或泥质岩,通过测试其Mo同位素比值,并结合相应的微量元素组成,拟对该区古海洋氧化还原环境重建提供直观、可靠的新依据。通过测试样品δ98/95Mo组成和U、Mo含量发现如下特征：(1)PTB之前和之后的δ98/95Mo平均值分别为0.91‰、1.28‰,即晚二叠世末期到三叠世最早期δ98/95Mo逐渐上升,同时伴有6¨C显著负偏,Mo含量峰值,表明巢湖地区在P/T过渡时期海洋缺氧状态逐步加剧；(2)平顶山西剖面I/O界线、S/S界线附近和Spathian晚期(马家山南剖面上部),Mo富集和黄铁矿出现的同时具有相对较低的δ98／95Mo组成,笔者认为该剖面在Mo自生富集过程中,受陆源碎屑物和锰氢氧化物以及波动的氧化还原环境等综合因素影响,导致原始海水Mo同位素在沉积物中发生分馏,同位素比值偏低。本文研究表明黑色页岩Mo同位素在古海洋氧化还原环境研究中具有巨大的潜在价值,但不能简单地认为δ98/95Mo值是反映古海水氧化还原状态的直接指标,而需要与传统地化指标和野外观察联系起来,对数据的真实意义进行判断。本文利用激光剥蚀和二次离子探针分析测试技术,分别对巢湖地区早三叠世牙形石微区原位稀土元素、锶同位素和氧同位素展开研究,发现其REEs受陆源碎屑和成岩作用影响显著,87Sr/86Sr比同期碳酸盐岩偏高,但δ18O组成及恢复重建的表层海水古温度变化趋势与前人研究结果相近,表明不同地球化学指标对成岩作用具有各自的适用范围和地质意义,同时也进一步证实了牙形石微区原位测试分析的可行性。根据本文的数据评价研究,笔者认为利用地球化学指标重建古海洋环境时,必须在样品筛选、前处理和数据解译等各个方面谨慎对待,不能忽视成岩作用、陆源碎屑及其他地质过程对其可能产生的影响。作为牙形石微区原位测试的探索性研究,本文为今后的工作积累了大量经验,望能以此为契机,开展牙形石或其他化石壳体微区原位测试的广泛、深入研究。