發(fā)布時(shí)間：2019-01-19 08:51

【摘要】：白堊紀(jì)是地球歷史上最重要的溫室時(shí)期,白堊紀(jì)大洋缺氧事件(Oceanic anoxic events,OAEs)代表了短周期內(nèi)(1my)全球大氣—海洋范圍內(nèi)的碳循環(huán)波動(dòng)。上白堊統(tǒng)嫩江組是白堊紀(jì)大型內(nèi)陸湖盆松遼盆地的主力烴源巖層位,大套的富有機(jī)質(zhì)暗色泥巖記載著豐富的古湖泊信息,是開展古湖泊生物地球化學(xué)研究的最佳層段。為了探索大洋缺氧事件對(duì)陸相的響應(yīng),本論文以兩口鉆井和野外露頭剖面為研究對(duì)象,在巖心觀察和古生物資料的基礎(chǔ)上,針對(duì)晚Santonian-早Campanian嫩江組進(jìn)行了以δ13C-δ15N-δ34S為主線的高精度化學(xué)地層學(xué)研究,為嫩江組時(shí)期的特殊環(huán)境地質(zhì)事件形成過程和機(jī)制以及C-N-S循環(huán)提供了指示。通過不同化學(xué)性質(zhì)微量元素含量變化以及元素比值的相關(guān)分析,重建了嫩江組高分率的微量元素化學(xué)地層序列,并探討微量元素遷移的氣候及水介質(zhì)環(huán)境意義。結(jié)果表明研究區(qū)古氣候經(jīng)歷了一次溫暖濕潤向半濕潤變遷,并且古氣候變化序列與巖性變化特征一致,表明在溫濕期陸源供給豐富極大促進(jìn)原始生產(chǎn)力,導(dǎo)致了富有機(jī)質(zhì)泥巖形成,兩層油頁巖段均形成在該階段。古鹽度特征變化明顯,嫩一段至嫩二段底部富有機(jī)質(zhì)暗色泥巖形成于咸水環(huán)境,嫩二段上部由半咸水環(huán)境逐漸向淡水環(huán)境過渡。與古鹽度特征變化一致,在高鹽度階段水體表現(xiàn)為厭氧環(huán)境,這可能是由于咸水環(huán)境在半深湖-深湖區(qū)域形成鹽度分層,而有利厭氧環(huán)境形成,并為有機(jī)質(zhì)保存創(chuàng)造了條件。松遼盆地海侵事件是一直科學(xué)界的熱點(diǎn)問題,其科學(xué)意義關(guān)乎陸相大規(guī)模烴源巖形成機(jī)制,甚至是陸相生油理論。雖然不斷有與海侵有關(guān)的礦物學(xué)、古生物學(xué)以及有機(jī)地球化學(xué)證據(jù)被提出,但大部分證據(jù)缺乏絕對(duì)的海洋專屬性,仍需進(jìn)一步的證據(jù)證實(shí)。數(shù)據(jù)揭示了在嫩江組底部出現(xiàn)了黃鐵礦豐度的峰值和δ34S的明顯負(fù)偏,這可能暗示了與快速海侵有關(guān)的湖水洪泛提高了硫酸鹽濃度,并刺激了厭氧底水的硫酸鹽還原作用以及水體硫化。隨后δ34S的增長(最高達(dá)+30‰)解釋為黃鐵礦埋藏導(dǎo)致的硫酸根不斷蒸餾,表明了嫩一段中部湖盆封閉并且海水影響逐漸減弱。而后在風(fēng)化作用的背景下,陸源的氧化黃鐵礦進(jìn)入湖泊導(dǎo)致δ34S的緩慢負(fù)偏,直至恢復(fù)背景值。硫酸鹽濃度最低區(qū)模型和硫酸根擴(kuò)散模型可以解釋嫩一段賦存的超重黃鐵礦(δ34Spyδ34Ssulfate)。海水硫酸鹽的輸入有利于有機(jī)質(zhì)再礦化,并提高了水體營養(yǎng)循環(huán)和原始生產(chǎn)力,為了優(yōu)質(zhì)湖相烴源巖形成提供了重要的生物化學(xué)途徑。氮循環(huán)演化對(duì)于地球表面各個(gè)圈層都有重要影響,在嫩江組的早成巖階段,富N化合物在厭氧環(huán)境下發(fā)生了選擇性的有機(jī)質(zhì)降解。嫩江組有機(jī)質(zhì)富集區(qū)出現(xiàn)了δ15N的一個(gè)很大正偏,而后又出現(xiàn)了一次陡崖式負(fù)偏,說明湖泊生態(tài)系統(tǒng)在這一時(shí)期發(fā)生了重大的氮循環(huán)波動(dòng)。根據(jù)這一變化,提出了嫩一段上部的厭氧區(qū)反硝化水體的上涌模式,而后者則代表了反硝化作用導(dǎo)致的硝酸鹽匱乏而加強(qiáng)的固氮作用,也表明此時(shí)固氮微生物功能群的繁盛。反硝化作用排放的N2O氣體是重要的溫室氣體,對(duì)氣候影響的同時(shí)也進(jìn)一步加強(qiáng)了湖水厭氧。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)松遼湖盆的反硝化作用要明顯強(qiáng)于OAEs期間海水,可能代表了更高的營養(yǎng)程度。上白堊統(tǒng)Santonian-Campanian邊界附近在全球多處海相地層中記錄了碳同位素0.3‰到4.2‰正偏,即S-C邊界事件。嫩江組泥巖中全巖碳酸鹽雖然受到了自生作用的影響,高精度碳酸鹽δ13C依然揭示了古湖泊S-C邊界附近4.2~5.2‰的正異常,這與前人通過介形蟲殼的表達(dá)是相似,表明了Santonian-Campanian邊界事件的全球性。增加有機(jī)質(zhì)的埋藏速率是導(dǎo)致全球性碳同位素異常的直接原因�？傆袡C(jī)碳δ13Corg和可代表陸源植物成分的黑碳δ13CBC共同記錄了相似的負(fù)偏尺度,表明了碳循環(huán)波動(dòng)并不是單一由古湖泊環(huán)境決定的,而是整體碳庫的交換行為,由此提出S-C邊界附近大氣增加的CO_2濃度和濕度是導(dǎo)致碳同位素分餾增大的直接原因。下地幔超級(jí)地幔柱的增長可以通過控制殼幔邊界的熱流量來驅(qū)使磁極地磁倒轉(zhuǎn)。Santonian-Campanian邊界是白堊紀(jì)超靜磁帶的倒轉(zhuǎn)時(shí)間,暗示了這超級(jí)地幔柱的活躍。同時(shí)結(jié)合海水硫酸鹽δ34S變化特征,認(rèn)為短周期內(nèi)增加的CO_2來源很可能是與火山噴發(fā)有關(guān)。并進(jìn)一步提出超級(jí)地幔柱是可能是松遼盆地嫩江組時(shí)期各個(gè)圈層波動(dòng)的根本原因。
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【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P593;P534.53
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本文編號(hào)：2411202