中国南方二叠纪与三叠纪之交不同海洋环境的古生态演化及高精度生态地层研究

Environmental and biotic change during the Permian and Triassic transition is the largest revolution of marine ecosystems in the Phanerozoic Eon. Although much recent research provides valuable parameters for determination of the degrees of ocean anoxia, acidification and temperature of the marine environment in this period, conclusions derived from different sections are varied. The reasons may come from different aspects, but the sedimentary facies and other geological factors’s influence on geochemical parameters, and the lack of higher resolution of stratigraphic framework are the major problems in present research. Firstly, due to the different geological records in sections with different sedimentary facies, data from a single section can hardly be regarded as the global change model. Secondly, the end-Permian great regression led to the exposure and different scale of erosion of shallow platform, which undoubtedly influences the completeness of geochemical records. Thirdly, owing to the high depositional rate in areas of shallow platforms, one fossil zone often contains several different sedimentary facies. Therefore, the biostratigraphy has become problematic for higher resolution research. This project aims to build a higher resolution ecostratigraphic framework by careful research of biotic communities and sedimentary microfacies in sections situated in different paleogeographic settings in South China. The results of this research will make it possible to reconstruct more detailed evolutionary processes of marine ecology in different paleogeographic areas within South China, before and after the end-Permian mass extinction.

二叠纪与三叠纪之交地球环境和生物演变是显生宙海洋生态系最为巨大的一次变革。近年来的大量研究虽然为认识这一时期海洋缺氧程度、海洋酸化和海水温度提供了重要参数，但不同剖面上得出的结论不尽相同。尽管造成这一结果的原因是多方面的，但沉积相等地质因素对地球化学参数的影响、更高分辨率的地层时序格架的缺乏是当前研究中遇到的主要问题。首先，不同沉积相剖面上的地质记录是不一样的，单一剖面上的研究结果难以作为全球变化的模式。其次，二叠纪末大海退导致了浅水台地不同程度的地层缺失，这势必影响地球化学参数记录的完整性。再次，由于浅水台地剖面上沉积速率快，一个化石带内存在多种沉积相变化，因此生物地层学已无法满足更高精度研究的需要。本项目将以华南不同古地理位置的剖面为研究对象，通过细致的化石群落和沉积微相研究，建立更高分辨率的生态地层格架。研究结果将更细节地展示二叠纪末生物大灭绝前后不同海洋环境的古生态演变过程。

本项目对华南地区不同沉积相区的20余条二叠系—三叠系海相剖面调查研究，对部分重点剖面开展了以下重点工作：牙形石生物地层；不同相区沉积微相和群落古生态；古海洋氧化还原结构和水化学组成；火山黏土岩的地球化学和锆石年代学；重点生物群的时空演化。取得的主要成果如下：..1. 共获得牙形石标本600余枚，并在湖北赤壁剖面建立11个牙形石带，从下而上分别为Clarkina guangyuanensis带, C. transcaucasica带, C. longicuspidata带, C. wangi带，C. subcarinata带, C. changxingensis带, C. yini带, Hindeodus praeparvus带, H. parvus带, Isacicella lobata带和I. isarcica带。..2. 通过不同相区沉积微相分析和群落古生态研究，建立了不同生态环境下的古生态结构。结果表明环境的恶化要早于后生生物的大灭绝事件，之后微生物岩广泛发育至碳酸盐岩台地边缘，并发现三叠世最初期海洋环境和化石群落发生了快速而细微的变化，可以进行横向对比。..3. 共获得介形虫标本6000余枚，浅水微生物岩相区共27属139种，深水相区共15属21种。随着微生物岩的出现其丰度和种级分异度均出现上升趋势，暗示微生物岩的沉积可能为介形虫提供了适宜生存的环境。大部分的古生代特征属种跨过二叠纪-三叠纪之交，而中新生代特征属种却没有明显的增多，这印证了二叠纪末生物大灭绝后，微生物岩中的介形虫仍处于残存阶段，而并非进入快速的复苏过程。..4.分析了二叠纪-三叠纪之交不同相区δ13Ccarb，δ13Corg和δ15N，结果显示生物大灭绝期间海洋缺氧程度显著加剧，向浅水地区扩展，并发育偶发性的透光层硫化事件。同时基于浅水碳酸盐台地相剖面矿物和主微量元素的分析，识别出了两期次陆源输入的增强，并从有机地球化学的角度揭示了陆地植被经历了幕式危机和野火事件，认为其可能是陆地输入和海洋缺氧的主要原因，从大气圈-岩石圈-水圈相互作用角度揭示了大灭绝的原因。..5.二叠纪-三叠纪之交硅的缺失是重要的特征，从古海洋水化学角度对硅缺失的机理及其影响开展深入研究，结果表明早三叠世硅质岩缺失是一系列事件导致，而硅质生物的灭绝是主要原因，古海洋水化学对生物演化和沉积产生了重大影响。