早-中侏罗世大气古氧浓度重建：以鄂尔多斯盆地延安组为例

Paleo-atmospheric oxygen concentration (pO2) is an important factor of paleoclimate, which directly influences biological survival and evolution. There are, however, few studies on the pO2 of the Mesozoic greenhouse climate based specifically on marine deposits and the existing results are controversial. Using maceral content of coal has become an important way to reconstruct the pO2 in recent years. The Yan’an Formation (Early–Middle Jurassic) of Ordos Basin contains a number of coal beds that will be used to reconstruct the Early–Middle Jurassic pO2. The project aims to accomplish the following objectives: 1) to establish a chronostratigraphic framework for the Yan’an Fm. using CA-ID-TIMS U-Pb dating of volcanic ash beds as well as cyclic- and bio-stratigraphy; 2) to reveal paleoclimate change by analyzing macrolithotype and microlithotype of coals; 3) to reconstruct pO2 evolution history of the Early-Middle Jurassic based on the former two and correlate pO2 with major geological events; 4) to examine the relationship between carbon accumulation rate and pO2 change and to further study the linkage between large-scale coal distribution and pO2 change. The results of the project will provide a better understanding of the paleoclimate change during the Early–Middle Jurassic coal-accumulating period.

地球大气古氧浓度（pO2）是重要古气候参数之一，它直接影响着地球生物的生存与演化，具有重要研究意义。目前对中生代温室气候时期pO2的研究较少，成果主要来自海相记录研究结果且争议较大。利用煤的显微组分进行pO2重建是近几年发展起来的重要研究方法。本项目以鄂尔多斯盆地中、下侏罗统延安组广泛发育的煤层为研究对象，开展如下研究：1）通过对火山灰层进行锆石U-Pb定年，结合旋回地层和生物地层建立精确的年代地层格架。2）通过分析煤的宏观煤岩类型和显微组分，定性地研究成煤时冷暖干湿气候变化。3）在上述研究基础上，重建早、中侏罗世的pO2演化历史，并与国际上现有的成果进行对比，结合地质事件分析早、中侏罗世陆相聚煤盆地pO2变化机制。4）分析关键成煤期的碳聚速率与pO2变化关系，探讨大面积的煤层分布与pO2变化之间是否存在着成因联系。该成果为正确理解早-中侏罗世聚煤期的古气候演化提供来自陆相研究的证据。

在全球气候变暖背景下，侏罗纪作为典型的温室气候时期，研究该时期古环境与古气候对认识未来全球气候变化具有重要意义。此外，侏罗纪时期还是全球重要的成煤期之一，大量的煤层聚集在北半球中纬度东亚地区。泥炭地中蕴藏着巨量的碳，其作为重要陆相碳汇能影响全球碳循环和全球气候变化。本论文以我国北方鄂尔多斯盆地侏罗系含煤地层延安组为研究对象，通过沉积学、煤岩学、地质年代学、地球化学和旋回地层学等手段，对盆地延安组成煤期古环境与古气候等方面取得了新认识。主要成果如下：.（1）通过对延安组剖面多层火山灰层进行高精度锆石U-Pb CA-ID-TIMS年代学分析及厘米级磁化率旋回地层学分析，为延安组地层建立了高精度、高分辨率的绝对年代地层格架。该结果约束了延安组主要成煤时限为中侏罗世阿林期，具体为~174.0 Ma到<171.7 Ma。.（2）延安组旋回地层学分析显示了其主要煤层发育在长偏心率周期的低值区，揭示了轨道强迫气候变化通过影响湖平面波动和碎屑沉积物输入控制煤层发育。最后，通过对比鄂尔多斯盆地延安组煤层与欧洲地区海相箭石碳同位素数据，发现两者具有很好的长偏心率旋回相位对应关系，该结果强调了侏罗纪时期陆相碳埋藏在全球碳循环中的重要作用。.（3）利用Sr/Ba、U/Th、Ni/Co和Sr/Cu元素指标反映了延安组古气候经历了从温暖干旱向相对潮湿的转变过程，并发现延安组的气候变化与早Aaleanian期海相变冷事件相对应，推测早Aaleanian期的变冷事件是促进了鄂尔多斯中侏罗Aaleanian期的大规模聚煤事件的发生因素之一。该研究为正确认识东亚地区中侏罗世陆地古气候变化与煤富集机理研究提供一定基础。.（4）在煤层中识别出存在大量木炭以及高含量的热解多环芳烃确定了泥炭地当时发生了大量野火事件。对镜惰比以及惰质组反射率数据进行频谱分析，结果显示延安组泥炭地野火事件发生存在大约20kyr周期，表明岁差周期通过控制季节性差异以及降雨量决定了延安组泥炭地野火事件的发生。此外，延安组存在野火事件佐证了中侏罗世阿连期氧气浓度相对较高的事实。