二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交的古海洋水化學(xué)條件變化證據(jù)
——以貴州織金剖面為例

王超勇，鮑園，孔凡凡

1.煤層氣資源與成藏過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇徐州 221008 2.生物地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，武漢 430074 3.中國(guó)科學(xué)院計(jì)算地球動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，北京 100049 4.卡爾加里大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，加拿大卡爾加里 T2N 1N4

二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交的古海洋水化學(xué)條件變化證據(jù)
——以貴州織金剖面為例

王超勇1,2，鮑園1,3,4，孔凡凡1

1.煤層氣資源與成藏過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇徐州 221008 2.生物地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，武漢 430074 3.中國(guó)科學(xué)院計(jì)算地球動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，北京 100049 4.卡爾加里大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，加拿大卡爾加里 T2N 1N4

基于貴州織金剖面的二疊系—三疊系界線附近的巖石薄片鑒定及古生物化石識(shí)別，劃分出了2種碳酸鹽巖沉積相、2種亞相和5種微相；有機(jī)質(zhì)碳同位素組成測(cè)試結(jié)果表明晚二疊世時(shí)期有機(jī)質(zhì)的δ13Corg值(-27.7‰)向早三疊世時(shí)期的δ13Corg值(-28.3‰)逐漸偏負(fù)，反映了有機(jī)質(zhì)類型由高等植物向低等微生物變化的過(guò)程；全巖的δ13Crock值由晚二疊世(-24.2‰)向早三疊世(-20.9‰)變大，反映了二疊紀(jì)末期生物大滅絕事件造成了海洋生物的消失，進(jìn)而引起12C在海洋中強(qiáng)烈富集；Fe-HR/Fe-T、Fepy/Fe-HR以及微量元素V/(V+Ni)與V/(V+Cr)比值大小，反映了二疊紀(jì)末期該區(qū)域的海水為氧化環(huán)境或弱還原環(huán)境，而三疊紀(jì)初期海水處于還原與鐵化環(huán)境，在盆地內(nèi)部沒(méi)有發(fā)生硫化作用；V/Ni的值從晚二疊世的0.97～1.97向早三疊世的1.67～7.33明顯變大，表明水體逐漸加深的過(guò)程，該結(jié)論與沉積微相變化相符；在生物演化上，從二疊紀(jì)末期的有孔蟲—藻屑—三葉蟲生物組合演變到三疊紀(jì)初期小型介殼—微生物組合，反映了該時(shí)期中國(guó)南方統(tǒng)一的兩幕式生物滅絕與演化樣式。

二疊系—三疊系界線；深水海相沉積；古海洋化學(xué)條件；碳酸鹽巖微相；織金剖面

0 引言

在地質(zhì)歷史時(shí)期，由于生物圈的大滅絕與大繁榮等循環(huán)，地球碳庫(kù)的波動(dòng)、地外事件的影響等原因，沉積巖中的碳同位素組成在較短時(shí)間內(nèi)(一般為幾十萬(wàn)年之內(nèi))會(huì)發(fā)生比較明顯的波動(dòng)，研究者利用碳同位素組成的這種波動(dòng)規(guī)律已廣泛用于地層界線的劃分與對(duì)比[1-2]。近年來(lái)，有部分學(xué)者也開(kāi)始從海相沉積水體化學(xué)變化的角度來(lái)研究地球生物的演化，并在二疊紀(jì)—三疊紀(jì)的古海洋化學(xué)條件分析方面取得了諸多研究成果[3-5]。但是，人們對(duì)于在二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交發(fā)生的自顯生宙以來(lái)最大的生物大滅絕事件的成因與當(dāng)時(shí)的海洋環(huán)境變化還存在較大的爭(zhēng)議。例如，鄧寶柱等[3]認(rèn)為晚二疊世末期發(fā)生的火山作用并帶來(lái)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可能是引起大滅絕后海洋缺氧的主要原因；Lauetal.[4]通過(guò)對(duì)中國(guó)和土耳其海相灰?guī)r的U同位素組成分析后也認(rèn)為二疊紀(jì)末—三疊紀(jì)初的海洋沉積環(huán)境為缺氧的環(huán)境；但是Collinetal.[5]基于泛古洋(中國(guó)，匈牙利，土耳其等地)生物灰?guī)r中微量元素(U，V，Mo和稀土元素)的氧化還原指示意義分析后認(rèn)為泛古洋的淺海沉積環(huán)境為氧化環(huán)境。

關(guān)于二疊系—三疊系界線的地層劃分，一般認(rèn)為在三疊紀(jì)初期首次出現(xiàn)的Hindeodusparvus分子作為淺水海相沉積P/T界線的劃分標(biāo)志[6-7]。但是在深水條件下，特別是在盆地、斜坡地層中難以發(fā)現(xiàn)Hindeodusparvus分子，給地層界線劃分帶來(lái)難度。王尚彥等[8]試圖利用“界線黏土層”，古生物、磁化率、碳同位素、孢粉生物化石組合等進(jìn)行二疊系—三疊系界線的劃分，并肯定了黏土層的對(duì)比意義和重要作用。同時(shí)，他們還發(fā)現(xiàn)了中國(guó)華南地區(qū)二疊系—三疊系界線附近火山凝灰質(zhì)黏土層和牙形石帶存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系[8-9]。因此，在沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Hindeodusparvus分子的情況下，可以根據(jù)火山質(zhì)黏土巖序列和生物滅絕期次劃分二疊系與三疊系的地層界線和生物組合帶。

貴州織金剖面位于織金市西南50 km，金西煤礦附近公路邊，交通方便，出露良好，火山凝灰質(zhì)黏土巖發(fā)育，地層連續(xù)，為華南地區(qū)的二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交斜坡相或盆地相地層對(duì)比、沉積特征、生物演化與古海洋水化學(xué)特征研究提供良好的條件。因此，本文選擇二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交的深水相沉積區(qū)—貴州織金剖面為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)織金剖面二疊系—三疊系界線附近的野外樣品采集、化石鑒定、鐵組分測(cè)試、微量元素分析及碳同位素組成的測(cè)試與分析，探討二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交的古海水化學(xué)特征與生物—環(huán)境演化關(guān)系。

1 樣品采集與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 野外剖面測(cè)量與樣品采集

野外剖面采用全采樣，采用肉眼分辨自然分層方法，最小分層單位2 cm，以保證關(guān)鍵事件不被遺漏。每個(gè)樣品不低于2 kg，關(guān)鍵層位10 kg，以保證能夠處理足夠的生物化石。

1.2 微量元素、鐵組分及碳同位素組成測(cè)試

微量元素分析由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)測(cè)試中心完成，采用的是德國(guó)布魯克AXS公司生產(chǎn)的X射線熒光光譜儀，型號(hào)為BRUKER S8 TIGER，元素檢測(cè)范圍：e(4)～U(92)；檢出限：0.X μg/g～100%，分析誤差小于5%。

鐵組分分析由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)生物地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。鐵組分中黃鐵礦進(jìn)行鉻還原法測(cè)定；其他鐵化合物組分利用不同試劑進(jìn)行萃取，采用原子吸收光譜儀進(jìn)行測(cè)試，然后計(jì)算不同鐵組分的含量。

碳穩(wěn)定同位素分析由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院完成，使用儀器為Isoprime公司生產(chǎn)的穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀，型號(hào)為Isoprime100。碳酸鹽巖的碳同位素分析采用原巖進(jìn)行，由于研究層段為微晶—泥晶灰?guī)r，后期成巖作用變化較弱，基本可以代表原始沉積狀態(tài)，而且原巖中的有機(jī)碳含量較低，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較小，故采用原巖樣品來(lái)代替碳酸鹽巖的碳同位素組成測(cè)試。有機(jī)質(zhì)碳同位素組成的測(cè)定實(shí)際上是對(duì)干酪根碳同位素組成的測(cè)試；干酪根提取方法采用手工分離法，即首先將巖樣粉碎后放在蒸餾水中充分浸泡，按每克巖樣加入6～8 mL鹽酸的比例攪拌2 h，然后按每克巖樣加入6 mol/L的鹽酸2.4 mL與質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%的氫氟酸3.6 mL配比的溶液中攪拌2 h，之后用1 mol/L鹽酸洗滌三次，最后用蒸餾水沖洗干凈，待自然晾干后稱取微量的干酪根樣品進(jìn)行有機(jī)質(zhì)碳同位素組成的測(cè)試。

2 結(jié)果與分析

2.1 剖面測(cè)量與描述

表1為野外地質(zhì)剖面(織金地區(qū))的地層描述結(jié)果。由表1可知，該剖面下部為大隆組(又稱為長(zhǎng)興組)，厚度1.85 m，分為7層，巖性主要為漂浮泥狀灰?guī)r與生屑藻屑粒泥灰?guī)r組成。上部為飛仙關(guān)組，厚度1.52 m，分為5層，巖性主要由粒泥灰?guī)r組成。

表1 貴州織金剖面地層巖性描述結(jié)果

注：——為整合接觸關(guān)系。

2.2 碳酸鹽巖微相及其特征

在分析巖石類型、生物組合以及前人資料[8-9]的基礎(chǔ)上，根據(jù)Flügel[10]和馬永生[11]的方案對(duì)織金地區(qū)的碳酸鹽巖沉積相以及微相進(jìn)行了具體分類(表2)，同時(shí)繪制了二疊—三疊系界面附近的碳酸鹽巖古沉積模式圖(圖1)。由圖1可知，二疊—三疊紀(jì)之交時(shí)期織金地區(qū)處于較深的廣海環(huán)境，大隆組屬于鑲邊的碳酸鹽巖沉積，飛仙關(guān)組為碳酸鹽巖緩坡沉積，又可以細(xì)分為克拉通深水盆地亞相和外緩坡—遠(yuǎn)洋盆地沉積亞相和5種碳酸鹽巖微相，主要為含顆粒質(zhì)的灰泥石灰?guī)r和遠(yuǎn)洋灰泥石灰?guī)r等。具體的碳酸鹽巖沉積亞相與沉積微相的微觀特征如下所述。

2.2.1 鑲邊的碳酸鹽巖沉積相克拉通深水盆地亞相

克拉通深水盆地是處于風(fēng)暴天氣浪基面以下的區(qū)域，水深介于幾十米至幾百米之間。常見(jiàn)巖石具有水平紋理，巖性單一，由含顆粒質(zhì)的粒泥灰?guī)r構(gòu)成。該區(qū)以低能量異地和原地碳酸鹽沉積以及半深海沉積為特征，并含有較多的生物化石種類，包括有孔蟲、介形蟲、腕足類、三葉蟲以及腹足類等二疊紀(jì)常見(jiàn)生物。

(1) 含骨針的似鈣質(zhì)球粒粒泥灰?guī)r(MF1)

該微相出現(xiàn)在第1層。泥狀結(jié)構(gòu)，灰泥質(zhì)支撐。由似鈣質(zhì)球粒、海綿骨針、有孔蟲、雙殼等組成。海綿骨針有1射、2射、3射等，大小300 μm左右，大部分被鈣質(zhì)交代(圖2A)。鈣質(zhì)球粒，大小50～100 μm，球形或橢圓形，球粒內(nèi)部呈微晶結(jié)構(gòu)，由微晶方解石組成，含量10%～15%(圖2B，C)。有孔蟲可見(jiàn)Rectostipulinasp.，大小100～150 μm，從切面呈啞鈴狀的八邊形，該屬演化快，變化大，從四邊形到五邊形，該剖面中呈現(xiàn)八邊形的啞鈴型(圖2B)。 含極少量的雙殼碎屑。鈣質(zhì)針狀體含量較多，為鈣藻類的藻絲體(圖2C)，被方解石交代；含少量的黃鐵礦晶體。

(2) 含有孔蟲顆粒質(zhì)粒泥灰?guī)r微相(RMF2)

該微相有孔蟲含量較多，而鈣球粒、藻屑含量較少，泥晶結(jié)構(gòu)、灰泥支撐；發(fā)育于第2～3層(圖3A，B，C)。有孔蟲含量10%左右，其他生物碎屑含量較少，可見(jiàn)到雙殼、腕足以及三葉蟲碎屑，三葉蟲化石呈飄帶狀或魚鉤狀。有孔蟲生物種類豐富，似層狀分布其中(圖3D)。有孔蟲的屬種統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示有半金線蟲(Hemigordius)占74%、Rectostipulinasp.占12%，砂

表2 研究區(qū)碳酸鹽巖沉積相帶、微相分類(據(jù)Flügel[10]和馬永生[11]，有修改)

圖1 織金剖面二疊系—三疊系界面附近碳酸鹽巖微相沉積模式圖A.具鑲邊的碳酸鹽巖沉積模式；B.碳酸鹽巖緩坡沉積模式；據(jù)Flügel[10]，有修改Fig.1 Sedimentary model of carbonate microfacies and bio-composition across the Permian-Triassic Boundary at Zhijin profile

圖2 第1層碳酸鹽巖微觀結(jié)構(gòu)特征A.海綿骨針呈3射狀，含黃鐵礦微晶，鈣質(zhì)微球粒，橢圓形為主，(+)；B.鈣質(zhì)球粒，大小50～100 μm，單偏光下，和基質(zhì)難以區(qū)分，在正交偏光下呈球形顆粒，內(nèi)部為方解石微晶。有孔蟲大小100 μm，(+)；C.鈣質(zhì)骨針被方解石交代，鈣質(zhì)球粒，呈微晶結(jié)構(gòu)，(+)。Fig.2 Microstructure characteristics of carbonate at the first layer

圖3 第2至第5層碳酸鹽巖微觀結(jié)構(gòu)特征A.光亮半金線蟲，hemigordius laevistriatus Lin，微粒結(jié)構(gòu)鈣結(jié)殼(第2層)，(+)；B.節(jié)房蟲，湖南厚壁蟲Pachyphloid hunanica Lin，微粒結(jié)構(gòu)鈣結(jié)殼(第3層)，(+)；C. Rectostipulina sp. 橫剖面圓形，縱剖面8邊形，2個(gè)房室。中部稍細(xì)，呈細(xì)腰狀為特征。瓷狀瓷質(zhì)鈣結(jié)殼(第3層)，(+)；D.含有孔蟲粒泥灰?guī)r，灰泥結(jié)構(gòu)，有孔蟲層狀分布，以光亮半金線蟲為主(第3層)，(-)；E.三葉蟲碎屑，呈典型魚鉤狀(第3層)，(-)；F.含有孔蟲藻屑粒泥灰?guī)r(第5層)，(+)。Fig.3 Microstructure characteristics of carbonate from the second to fifth layers

盤蟲占6%，節(jié)房蟲4%，旋球蟲4%(圖3E)，化石保存完整；為外緩坡到盆地沉積的產(chǎn)物。

(3) 含有孔蟲—藻屑的粒泥灰?guī)r微相(RMF4)

該微相由灰泥基質(zhì)支撐，填隙物為含碳質(zhì)的灰泥物質(zhì)(第5層)。主要生物碎屑顆粒為藻屑，藻屑難以分清結(jié)構(gòu)，由微晶方解石和灰泥組成，藻屑呈斑塊狀，最大達(dá)0.2～0.3 mm，一般為0.1 mm。含量50%，灰泥含量50%(圖3F)；在該層中發(fā)現(xiàn)豐富的頭足類假提羅菊石，大小2～3 cm，菊石類為游泳類的動(dòng)物，發(fā)育廣泛，在該剖面中保存完整，同時(shí)含有小型的有孔蟲、鈣質(zhì)骨針。

2.2.2 碳酸鹽巖緩坡沉積相外緩坡—盆地沉積亞相

(1) 粒泥灰?guī)r微相(MF1，2)

MF1，2微相主要發(fā)育于第7層。灰泥支撐，含量大于90%。含有少量的生屑，生屑為雙殼碎屑、介殼和有孔蟲，含量5%～10%左右，局部呈條帶狀富集。介形蟲大小20～50 μm，有孔蟲100 μm左右，表明生物體形的小型化。該層中仍可見(jiàn)到較多的Rectostipulinasp.(圖4A)。

(2) 含微生物質(zhì)粒泥灰?guī)r或泥狀灰?guī)r(MF5)

MF5微相主要發(fā)育于第9層，由灰泥支撐，顯微鏡下觀察暗色條帶呈斷續(xù)分布。有極少量的介殼，含量小于5%，生物稀少；暗色條帶由浮游微生物殘?bào)w化石組成，呈斷續(xù)的層狀分布，亮色為鈣質(zhì)粉屑、經(jīng)水流磨碎的骨屑等(圖4B，C)。

圖4 第7至第9層碳酸鹽巖微觀結(jié)構(gòu)特征A.含雙殼生屑顆粒質(zhì)粒泥灰?guī)r(第7層)(-)；B.含微生物質(zhì)遠(yuǎn)洋泥狀灰?guī)r(第9層)(-)；C.含微生物質(zhì)遠(yuǎn)洋泥狀灰?guī)r(第9層)(-)。Fig.4 Microstructure characteristics carbonate from the seventh to ninth layers

2.3 碳穩(wěn)定同位素組成

表3為二疊系—三疊系界線附近碳同位素組成分析測(cè)試結(jié)果。由表3可知，二疊紀(jì)時(shí)期有機(jī)質(zhì)的δ13Corg值為-27.7‰～-25.9‰之間，三疊紀(jì)時(shí)期的有機(jī)質(zhì)δ13Corg在-29.1‰～-25.6‰之間。δ13Corg值的變化反映了有機(jī)碳類型的變化，因?yàn)槎B紀(jì)時(shí)期是華南地區(qū)主要成煤時(shí)期，因此高等植物較為發(fā)育，而三疊紀(jì)時(shí)期，以低等生物發(fā)育為特征，因此有機(jī)質(zhì)的碳同位素組成反映了這種變化過(guò)程。

由于研究層段的巖石以泥晶灰?guī)r為主，后期成巖作用對(duì)原巖改造較弱，因此，全巖的δ13Crock值也可以反映碳酸鹽巖的δ13Ccarb變化過(guò)程。由表3可知全巖碳同位素組成δ13Crock變化也具有一定的規(guī)律性。二疊紀(jì)末期和三疊紀(jì)初期達(dá)到最低值，由-11.8‰～-0.9‰突然減少到-24.2‰～-20.9‰，然后增加到-7.0‰～-2.6‰之間，這和前人[12-13]的研究結(jié)果一致，認(rèn)為二疊末期海相碳酸鹽巖的δ13Ccarb值急劇降低，并在早三疊世初期達(dá)到極小值，反映這段地質(zhì)歷史時(shí)期生物的迅速衰亡和集體絕滅。本文認(rèn)為這是由于二疊紀(jì)末期海洋生物的大規(guī)模消失，12C被保留在海洋中造成強(qiáng)烈富集，使得δ13Crock值負(fù)偏。三疊紀(jì)時(shí)期，隨著生物復(fù)蘇，大量微生物的繁殖，優(yōu)先吸收12C，使得δ13Crock值向正偏移。與前人研究結(jié)果相比，該部面中顯示δ13Crock值負(fù)偏較大[12-13]，很有可能是由于微生物的混入，而測(cè)試中沒(méi)有剔除有機(jī)質(zhì)對(duì)全巖的影響，進(jìn)而造成全巖的δ13Crock值如此偏負(fù)。

3 討論

3.1 地層劃分與對(duì)比

地層劃分與對(duì)比是建立地層序列關(guān)鍵環(huán)節(jié)，二疊系—三疊系界線以Hindeodusparvus首現(xiàn)為標(biāo)志，根據(jù)牙形石帶和火山質(zhì)黏土層對(duì)應(yīng)關(guān)系[8-9]，使得黏土層具有時(shí)代意義。織金剖面和遵義剖面距離較近，具有較好的對(duì)比條件；遵義剖面位于織金剖面東北方向200 km左右，二疊紀(jì)末處于臺(tái)地邊緣或斜坡腳沉積區(qū)[8,14]，化石保存良好，在二疊系—三疊系界線附近劃分了5個(gè)牙形石帶，該剖面缺失Clarkina.taylraezone；在遵義剖面上，在A5層之上0.5 m處發(fā)現(xiàn)了Hindeodusparvus，P/T界線位于A5與A6之間，即位于主滅絕線和次滅絕線之間(圖5)[10]。三疊紀(jì)初期織金剖面為外緩坡—盆地亞相，一直沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Hindeodusparvus，但火山成因的凝灰質(zhì)黏土巖層發(fā)育，保存完整，這些黏土層可以和遵義剖面很好的對(duì)應(yīng)；織金剖面上主滅絕線也位于A5與A6之間，7-1小層與7-2小層具有明顯差異，7-2小層微生物與黃鐵礦含量增高，由含雙殼生屑質(zhì)的粒泥灰?guī)r變?yōu)楹⑸镔|(zhì)的遠(yuǎn)洋粒泥灰?guī)r和泥狀灰?guī)r；根據(jù)以上對(duì)比，將織金剖面二疊系—三疊系界線劃分于7-2之底，7-1之頂位置較為合理(圖5)。

表3 織金剖面二疊系—三疊系附近有機(jī)質(zhì)與全巖碳同位素組成測(cè)試結(jié)果

圖5 遵義—織金剖面二疊系—三疊系界線劃分與對(duì)比Fig.5 Stratigraphic correlation across the Permian Triassic Boundary between Zunyi and Zhijin profiles

3.2 古海水化學(xué)條件分析

有學(xué)者認(rèn)為鐵組分是反映古海洋化學(xué)狀態(tài)較為敏感的元素之一[15-18]。為了了解該時(shí)期古海洋化學(xué)條件，本文對(duì)鐵組分進(jìn)行了測(cè)試和分析。鐵組分測(cè)試包括總鐵(Fe-T)和高活性鐵(Fe-HR)，其中高活性鐵包括黃鐵礦(Fepy)、碳酸鹽(Fecarb)、磁鐵礦(Femag)和鐵氧化物和氫氧化物(Feox)。在此基礎(chǔ)上建立了2個(gè)氧化還原指標(biāo)。前人研究結(jié)果表明，缺氧環(huán)境中Fe-HR/Fe-T的值通常大于0.38，當(dāng)水體發(fā)生硫化時(shí)，F(xiàn)epy/Fe-HR則通常大于0.7?？椊鹌拭嬖赑/T界線之下二疊系的Fe-HR/Fe-T為0.22～0.43，表明二疊紀(jì)初期的海水處于有氧或弱氧化環(huán)境；而界線之上三疊系Fe-HR/Fe-T的值為0.57～0.64，說(shuō)明三疊紀(jì)早期的海水為缺氧狀態(tài)，并發(fā)生鐵化作用；此時(shí)有大量微生物被保存，消耗了大量的氧氣，造成缺氧環(huán)境，后生生物極少。Fepy/Fe-HR的值為零，表明該時(shí)期沒(méi)有發(fā)現(xiàn)生物成因的黃鐵礦，水體沒(méi)有發(fā)生硫化作用(表4)。這與前人研究浙江長(zhǎng)興剖面二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交的海洋發(fā)生了硫化作用和酸化作用的結(jié)果不同[19]。

表4 織金剖面二疊系—三疊系附近地球化學(xué)參數(shù)

元素V一般集中在由葉綠素分離出來(lái)的卟啉化合物中，且在以靜海盆地中的還原酸性環(huán)境條件下最為穩(wěn)定；而鎳的溶解度不受氧化還原條件的影響，在缺氧條件下仍可以形成鎳的硫化物[20]。因此與Ni相比，V更容易在缺氧條件下富集，V/(V+Ni)比值可以指示水體氧化還原強(qiáng)度，高的比值代表了強(qiáng)還原的缺氧環(huán)境。該值為0.46～0.57時(shí)代表氧化環(huán)境，介于0.57～0.83之間時(shí)為還原環(huán)境，在0.83～1.00之間為靜海還原環(huán)境。該剖面上，二疊系的V/(V+Ni)為0.38～0.66，平均值為0.53，說(shuō)明織金地區(qū)二疊紀(jì)末期處于氧化環(huán)境，而三疊系的V/(V+Ni)為0.63～0.88，平均值0.73，說(shuō)明織金地區(qū)早三疊世早期處于還原環(huán)境。

在缺氧的環(huán)境下，V相對(duì)于Cr在含有有機(jī)質(zhì)的沉積巖中更加富集，所以V/(V+Cr)的值也可以用來(lái)指示水體的氧化還原程度，較高的V/(V+Cr)值(>0.60)代表較強(qiáng)的還原環(huán)境[20]。該剖面上，二疊系的V/(V+Cr)為0.40～0.69，平均為0.52，表明織金地區(qū)二疊紀(jì)末期為弱氧化環(huán)境；三疊系的V/(V+Cr)為0.46～0.85，平均值為0.60，也表明織金地區(qū)早三疊世早期為弱還原環(huán)境。

陳孝紅等[21]認(rèn)為在一定程度上可以利用V/Ni 變化特征來(lái)判別富含黏土等細(xì)碎屑巖沉積環(huán)境的水深。V/Ni的比值升高，說(shuō)明海平面上升，水體深度增加。從二疊系的V/Ni比值為0.97～1.97到三疊系的1.67～7.33；明顯變大，表明織金地區(qū)從二疊紀(jì)末期至三疊紀(jì)早期水體逐漸加深的過(guò)程。該結(jié)論和沉積微相變化結(jié)果相符。

3.3 環(huán)境演化

在二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交時(shí)期，不同區(qū)域具有不同的沉積演化過(guò)程。如宜賓地區(qū)、重慶老龍洞、涼風(fēng)埡地區(qū)從二疊紀(jì)末期時(shí)期的碳酸鹽巖臺(tái)地沉積演化到三疊紀(jì)初期廣泛發(fā)育微生物巖的緩坡沉積[22-24]。這是因?yàn)楹笊锎罅繙缃^，碳酸鹽巖顆粒物質(zhì)迅速較少，無(wú)法為生物礁、碳酸鹽巖淺灘提供有效的顆粒類物質(zhì)，從而進(jìn)入到碳酸鹽緩坡的沉積環(huán)境。而在盆地內(nèi)部，這種沉積環(huán)境的演化就不十分明顯。二疊紀(jì)末期的貴州織金地區(qū)，大滅絕之前沉積微相為含生物碎屑粒泥灰?guī)r、似球粒的顆粒質(zhì)粒泥灰?guī)r；生物種類和數(shù)量仍具有一定的數(shù)量；反映的是一種正常海洋的深水盆地環(huán)境。主滅絕線后的微相類型為含生屑粒泥灰?guī)r、含微生物的泥狀石灰?guī)r以及遠(yuǎn)洋泥狀灰?guī)r，僅含有少量小型化的介殼和雙殼碎屑。次滅絕線后大量微生物巖的出現(xiàn)，反映了一種不正常的海洋環(huán)境，沉積環(huán)境也從克拉通深水盆地演化到外緩坡—遠(yuǎn)洋盆地。

對(duì)附近宜賓地區(qū)和織金剖面的研究以及收集前人[8-9,13,25-26]資料繪制了三疊紀(jì)初期的南方古地理圖(圖6)。由圖6可知，宜賓ZK1502孔(標(biāo)號(hào)7)為內(nèi)緩坡沉積，遵義紫云剖面(標(biāo)號(hào)8)、中寨剖面(標(biāo)號(hào)9)處于內(nèi)緩坡微生物巖席帶，織金剖面(標(biāo)號(hào)10)處于外緩坡附近的盆地相，盆地相范圍包括云南、貴州新民以南與廣西廣大地區(qū)。與下?lián)P子地區(qū)江西、湖北、安徽南部都處于外緩坡—盆地相區(qū)。

3.4 生物演化規(guī)律

前人對(duì)二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交的生物演化進(jìn)行了系統(tǒng)研究，特別是對(duì)長(zhǎng)興剖面臺(tái)地相的生物演化規(guī)律及其滅絕起因進(jìn)行了深入分析[27-28]。認(rèn)為大部分有孔蟲在主滅絕幕中消失，殘存的小型有孔蟲在第二幕時(shí)期也大部分消失，藻類同樣顯示這種規(guī)律[28]。

織金剖面同樣顯示了兩幕式的滅絕形式，第一幕發(fā)生于A5層頂部；有孔蟲由原有的8種，滅絕了5種，殘存的3種穿過(guò)了主滅絕線，其中Rectostipulinasp.沒(méi)有明顯的變化。晚二疊世末期，該地區(qū)位于克拉通深水盆地，處于浪基面之下的幾十米到幾百米的深度范圍，水動(dòng)力條件較弱，生物群面貌較為簡(jiǎn)單，以小型的生物為特點(diǎn)，僅有有孔蟲、介形蟲、雙殼等，大小僅有幾十到幾百微米，大者也僅有1～2 mm。有孔蟲個(gè)體較小，較為單調(diào)，半金線蟲占較大優(yōu)勢(shì)?？梢?jiàn)少量的藻類、腕足類、三葉蟲等，比臺(tái)地區(qū)域的生物大為減少，但仍處于正常海洋環(huán)境條件下的生物面貌。第一幕之后，生態(tài)系結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，如第7～9層生物明顯減少，鈣質(zhì)藻類、三葉蟲等滅絕，有孔蟲也遭受沉重的打擊，取而代之的是以細(xì)菌類或藻類等為主體浮游生物，并伴隨少量小化的軟體動(dòng)物如雙殼類、介形蟲與個(gè)別有孔蟲的延續(xù)等。因此，生物大滅絕后，出現(xiàn)的是一種簡(jiǎn)單的生態(tài)系。該生態(tài)系的初級(jí)生產(chǎn)者為能夠進(jìn)行光合作用的藍(lán)細(xì)菌或藻類。出現(xiàn)了鈣質(zhì)球粒和針狀的鈣質(zhì)骨針。消費(fèi)者包括介形類、雙殼類和有孔蟲，生物分異度非常低。與二疊紀(jì)末生物大滅絕前的有孔蟲相比，種類和數(shù)量已大為消減。

第二幕發(fā)生于A6層之后，有孔蟲、雙殼等極為罕見(jiàn)，而微生物大量出現(xiàn)，形成了斷續(xù)條帶狀的微生物巖。與浙江長(zhǎng)興剖面、川南宜賓等地區(qū)具有完全一致的生物演化規(guī)律[24,27,29]，從二疊紀(jì)末期的有孔蟲—藻屑—三葉蟲生物組合演變到三疊紀(jì)初期小型介殼—微生物組合。反映了該時(shí)期中國(guó)南方統(tǒng)一的生物演化樣式(圖7)。這種生物滅絕和演化是超大型火山集群噴發(fā)、甲烷水合物釋放、氣候巨變等綜合作用的結(jié)果，其中超大型火山集群噴發(fā)起主導(dǎo)作用[29]。

圖6 三疊紀(jì)初期巖相古地理示意圖(據(jù)Gao et al.[10]，有修改)Fig.6 Lithofacies paleogeographic map in the Early Triassic

圖7 織金剖面沉積相與地球化學(xué)垂向序列綜合示意圖Fig.7 Sedimentary facies and geochemistry comprehensive schematic in vertical sequence at Zhijin profile

4 結(jié)論

(1) 貴州織金剖面地層連續(xù)，火山凝灰質(zhì)黏土巖發(fā)育，與遵義剖面具有良好的對(duì)比性，根據(jù)黏土層和生物滅絕期次，劃分出了二疊系—三疊系界線。

(2) 二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交有機(jī)質(zhì)的δ13Corg值變化趨勢(shì)(從-27.7‰～-25.9‰變化至-29.1‰～-25.6‰)，反映了有機(jī)碳類型由高等植物向低等微生物發(fā)展的過(guò)程。δ13Crock在界線附近強(qiáng)烈負(fù)偏(-24.2‰～-20.9‰)，是生物滅絕及微生物混入的結(jié)果。三疊紀(jì)初期，隨著生物復(fù)蘇，大量微生物的繁殖，12C優(yōu)先被吸收，使得δ13Crock值向正值偏移(-7.0‰)。

(3) 二疊系的Fe-HR/Fe-T為0.22～0.43，V/(V+Cr)為0.40～0.69，V/ Ni為0.97～1.97，三疊系的Fe-HR/Fe-T為0.57～0.64，V/(V+Cr)為0.46～0.85，V/ Ni為1.67～7.33。鐵組分和微量元素測(cè)試結(jié)果表明，織金剖面在二疊紀(jì)末期處于氧化環(huán)境，三疊紀(jì)早期處于還原—鐵化的環(huán)境。V/Ni的比值升高，說(shuō)明海平面上升，水體深度增加，和沉積微相變化具有一致性。

(4) 生物演化從二疊紀(jì)末期的有孔蟲—藻屑—三葉蟲生物組合演變到三疊紀(jì)初期小型介殼—微生物組合，反映了該時(shí)期中國(guó)南方統(tǒng)一的兩幕式生物滅絕與演化樣式。

致謝 鐵組分和碳同位素測(cè)試由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)生物地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的李超教授和張子虎博士測(cè)試并完成，特此感謝！

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Characteristics of Deep-marine Sedimentation and Evidence on Evolution of the Paleo-oceanographic Chemistry Conditions across the Permian-Triassic Boundary: A case study on the Zhijin profile in the Guizhou province

WANG ChaoYong1,2, BAO Yuan1,3,4, KONG FanFan1

1. Key Laboratory of CBM Resource and Reservoir Formation Process, Ministry of Education, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008, China; 2. State Key Laboratory of Biogeology and Environmental Geology, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China 3. Key Laboratory of Computational Geodynamics of Chinese Academy of Sciences, College of Earth Science, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China 4. Department of Geosciences, University of Calgary, Calgary T2N 1N4, Canada

Two types of carbonate sedimentary facies, two types of subfacies, and five types of carbonate microfacies are identified based on rock thin section identification and fossil identification from the Permian-Triassic boundary at Zhijin profile of Guizhou province. The values ofδ13Corgturn negative from -27.7‰ to -28.3‰ from the later Permian to the early Triassic period, reflecting the change of organic matter types from higher plant to lower microbes. The values ofδ13Crockpresent increasing from -24.2‰ to -20.9‰ in the late Permian period and into the early Triassic period, reflecting a mass extinction event in the late Permian. This resulted in the disappearance of marine organisms and the intensive enrichment of12C in the ocean. Mixed organic matter is not neglected in the testing process. The values of Fe-HR/Fe-T, Fepy/Fe-HR, V/(V+Ni) and V/(V+Cr) distributed at the boundary of the Permian and Triassic indicate that the paleooceanographic chemistry condition at the end of the Permian was oxidation and weak reduction environment. These values also reveal that the paleooceanographic chemistry condition at the early of Triassic was reduction and iron environment, and there was no sulfide environment within the basin. The ratio of V/Ni increases from 0.97～1.97 (in the upper of Permian) to 1.67～7.33 (in the lower of Triassic), which shows a deeper process of seawater. This conclusion coincides with the result of carbonate microfacies evolution. From the view of biogenic evolution, biotic assemblages change from the type of foraminifera-algal-trilobite in the Late Permian to the type of small scale of shelly and microbial assemblage zones in the Early Triassic, which indicate two ceremonies of extinction and organic evolution model in the late of Permian and early of Triassic in the southern China.

Permian-Triassic boundary; deep-marine sedimentary; paleooceanographic chemistry condition; carbonate microfacies; Zhijin profile

1000-0550(2017)02-0217-11

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.02.002

2016-09-30； 收修改稿日期： 2016-11-30

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41502156)；中國(guó)博士后科學(xué)基金特別資助項(xiàng)目(2016T90125)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No.41502156; Special Foundation of China Postdoctoral Science Foundation, No.2016T90125]

王超勇，男，1966年出生，博士，副教授，巖石學(xué)、地層學(xué)與古生物學(xué)，E-mail: wangcy@cumt.edu.cn

鮑園，男，博士，E-mail: y.bao@foxmail.com

P534.46

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