华南地区二叠纪-三叠纪之交火山灰的性质、源区和规模的研究

Permo-Triassic Boundary (PTB) mass extinction has been widely considered to be related with volcanism, it is necessary to study the nature, source and extent of those volcanic ashes in South China. This program will carry out mineralogical and geochemical investigation of PTB ashes in 5 typical sections in South China, take advantage of zircon Hf and O isotopes and apatite Sr and Nd isotopes, study spatial distribution of thickness and layers of ashes and correlate them with Permo-Triassic magmatic arc in the eastern Kunlun of Tethys and acidic volcanics at the upper part of Siberian trap, aim to origin of those ashes and their formation mechanism, try to find contemporaneous volcanic ashes in Shanxi and Xinjiang for estimating extent of PTB ashes. This program not only enrich and widen study of PTB ashes in South China, but also provide new evidence for discussion on PTB mass extionction.

二叠纪-三叠纪之交生物大灭绝事件被广泛认为与火山活动关系密切，因此对二叠纪-三叠纪界线上下火山灰的性质、源区与规模的研究，对于揭示灭绝机制、过程具有重要意义.本项目拟选择横跨华南地区的5条典型剖面对二叠纪-三叠纪之交火山灰的矿物学和主微量元素进行系统分析，研究火山灰空间分布规律并进行区域剖面对比，重点利用锆石微区Hf和O同位素、磷灰石微区Sr和Nd同位素示踪技术精确确定火山灰的性质,并将其与特提斯东昆仑二叠纪-三叠纪岩浆弧和西伯利亚大火成岩省顶部酸性火山岩进行年代学和同位素地球化学对比,探讨火山灰源区及其形成的构造背景；试图在山西和新疆寻找可能的同期火山灰，以制约二叠纪-三叠纪之交火山灰的规模.本课题不仅可以丰富和拓宽对华南地区PTB火山灰研究的广度和深度，而且可以为探讨二叠纪-三叠纪之交生物大灭绝这一国际地学前沿问题提供新的证据.

在地球演化过程中，二叠纪-三叠纪之交（Permian-Triassic boundary, 简称P-TB）生物灭绝事件是显生宙地史上规模最大的一次生物灭绝事件。本基金着眼于我国华南地区具有代表性的连续沉积剖面，通过对华南地区P-TB粘土岩开展全面系统的矿物学、地球化学和高精度年代学工作，建立了华南地区P-TB粘土岩的时间和空间分布规律，揭示了粘土岩的成因和可能源区，为论证晚二叠世火山活动与生物灭绝事件之间的时间耦合关系提供重要的事实证据。我国华南众多剖面上二叠统普遍发育数层至数十层粘土岩，以含有大量的伊利石和蒙脱石等粘土矿物为特征。主量元素组成方面，SiO2含量为31.1%~68.5 %，Fe2O3含量为0.95%~10.3%，Al2O3含量为10.1%~30.7%，CaO含量为0.4%~21.94%，K2O含量为0.63%~6.75%，Na2O含量为<0.1%~1.77%，TiO2 含量为0.1–0.95 %。粘土岩样品的稀土元素总量为16.5~1161 ppm，具有较强-中等的Eu的负异常（δEu = 0.12~0.75）；各自样品的轻、重稀土元素分异程度大小不一（（La/Yb）CN = 2.7~31.7），并且大多数样品具有显著Ba、Sr和Ti的负异常。上述矿物学和地球化学特征表明，这些粘土岩来源于大陆岩浆弧火山灰的蚀变。粘土岩中锆石的O同位素特征比较均一，δ18O值为6.8‰~10.9‰；而锆石的εHf(t)值为是-14 ~ -2.2，对应的二阶段Hf模式年龄为1.41 ~ 2.17 Ga，均表达出主要为壳源物质贡献的特征。华南地区P-TB火山活动与二叠纪最末期生物灭绝事件主期在相对时间和强度上高度关联，暗示其可能为二叠纪末期生态环境恶化进而诱发生物灭绝事件的主因。