鲕粒异常原生矿物学特征对早三叠世海洋环境的指示

Traditional view believed, the Permian–Triassic transition was just situated at the period of the “aragonite sea”, and the primary mineralogy of ooid was supposed to be aragonite and possibly high–Mg calcite specially. But our previous works showed large quantities of originally low-Mg calcitic and bimineralic ooids episodically developing in the Lower Triassic strata. Lines of evidences from morphologies, manners of preservation of cortical layers, as well as geochemical data exhibit these ooids are greatly different with the original mineralogy of aragonite ooids developing in the latest Permian. The anomaly in primary ooid mineralogy may indicate the variations of seawater major-ion compositions during the Early Triassic. This study focuses on well-developed carbonate ooids in the Early Triassic. On the basis of high-resolution biostratigraphic and stable isotopic works, both petrographic and cathodoluminescence examinations will be designed to examine the compositions of primary mineralogy. Meanwhile, geochemical analysis will be carried out by electron probe microanalysis and in situ analysis of laser ablation inductively coupled plasma-mass spectrometry (LA-ICP-MS) in order to estimate trace element concentrations of preserved ooids. The direct relationship will be taken into account between the changes in primary ooid mineralogy and seawater compositions as a function of a multiple linear regression model about temperature, percentage of abiogenic aragonite and seawater Mg/Ca. The work will offer a new perspective to understand the paleoceanographic environments after the end-Permian mass extinction event.

传统观点认为二叠纪—三叠纪之交海洋处于文石海时期，具有非骨屑碳酸盐矿物的鲕粒其原生矿物成分应为文石或高镁方解石。然而我们在前期工作中发现下三叠统海相浅水地层中间歇性地发育有大量原生低镁方解石质鲕粒和双矿物鲕粒（同时由文石和方解石两种矿物组成），它们在保存状态、内部结构和元素地球化学方面与文石鲕存在明显差异。异常的鲕粒矿物学特征可能暗示着当时海水化学成分发生了显著变化。本选题以华南下三叠统广泛发育的碳酸盐鲕粒为研究对象，在高分辨率生物地层和同位素地层工作的基础上通过偏光显微镜和阴极发光显微镜观察，结合电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）进行原位微量元素浓度测定，对鲕粒原生矿物组成进行系统识别和恢复。利用非骨屑碳酸盐矿物组成与温度和Mg/Ca之间的相关性，建立鲕粒原生矿物变化与当时海水化学条件的直接联系，为研究二叠纪末生物灭绝事件之后的海洋环境状况提供了一个新的思路。

早三叠世是显生宙最大规模生物绝灭事件之后的恢复期，也是地史时期环境与生态系统相互作用研究关注的热点，但针对当时古海洋环境演化模式的沉积学证据还较为薄弱。碳酸盐鲕粒来源于海水，记录了海洋环境变化的重要信息。鲕粒原生矿物学特征是判断海水化学成分波动最为可靠的沉积学标志之一，同时鲕粒也是研究微生物与碳酸盐相互作用的良好载体；并且早三叠世浅水剖面广泛发育含鲕粒的碳酸盐沉积，对了解当时大规模鲕粒发育的古气候、古环境背景也具有价值。通过系统研究鲕粒原生矿物学特征发现，二叠纪末鲕粒原生矿物由以文石占绝对优势，向早三叠世间歇性发育原生低镁方解石质鲕粒和双矿物鲕粒转变，后者在保存状态、内部结构和元素地球化学方面与文石鲕存在明显差异。“文石海”时期高硫酸盐浓度，低二氧化碳分压、冰室气候等特征在早三叠世完全发生反转，取而代之的为极低的海水硫酸盐浓度，热室气候，以及极高的二氧化碳分压。这暗示着早三叠世海水化学成分在灭绝事件之后可能发生了显著改变。从鲕粒全球分布来看，随着二叠纪末生物灭绝事件发生，鲕粒发育迅速扩展到整个低纬度浅水地区。而后伴随后生动物的复苏在早三叠世晚期逐步向南、北回归线附近靠拢。鲕粒灰岩在低纬度地区的广泛分布反映了当时整体显著增强的海水碳酸盐饱和度，这可能与当时表层海水极端高温条件以及巨季风气候的盛行有关。通过对鲕粒原位微区超高分辨率的LA-ICP-MS分析，本次研究发现鲕粒不同纹层间具有稳定的轻稀土元素亏损和重稀土元素富集、La和Y正异常、Ce负异常（绝大部分）以及高的Y/Ho比值，显示出鲕粒具有和现代海水非常相似的稀土配分特征，这表明鲕粒可以作为一种可靠的指示海水原生REE组成的指标，较生物骨骼矿物（如腕足和牙形石等）更具有优势，有着良好的适用前景。以鲕粒为研究对象从沉积学及沉积地球化学角度分析二叠纪末生物灭绝事件之后的海洋环境状况，为今后对这段时期以及地史时期其他阶段的古海洋环境研究提供了一个新的思路。