三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交準(zhǔn)噶爾盆地南緣野火記錄及全球?qū)Ρ?/h1>
2022-04-02 08:09:00張新智呂沛宗方琳浩楊涵鄧勝徽盧遠(yuǎn)征房亞男張小宇黃汝婷梁佳寶師生寶
沉積學(xué)報(bào) 2022年2期
張新智，呂沛宗，方琳浩，楊涵，鄧勝徽，盧遠(yuǎn)征，房亞男，張小宇，黃汝婷，梁佳寶，師生寶
1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249 2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249 3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083 4.中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所，南京 210008
0 引言
三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交（Triassic-Jurassic Boundary,TJB）是顯生宙以來(lái)地球歷史上一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，海洋和陸地生態(tài)系統(tǒng)崩潰，發(fā)生了五次生物集群絕滅事件之一的生物大絕滅（end-Triassic mass extinction,ETE）[1]，在屬的級(jí)別上至少有50%的海洋生物和陸地生物絕滅[2]。中大西洋火成巖?。–entral Atlantic Magmatic Province,CAMP）爆發(fā)和中大西洋開(kāi)啟[3]，深刻地影響并塑造了其后約2 億年全球的板塊構(gòu)造格局[1]。同期或準(zhǔn)同期地，還相伴發(fā)生了一系列重大的地質(zhì)事件，包括：大氣CO2濃度升高2~4 倍[4]、全球平均氣溫升高3 ℃~4 ℃[5]、全球海平面波動(dòng)[6]、海水酸化和缺氧[7]、無(wú)機(jī)碳同位素和有機(jī)碳同位素儲(chǔ)庫(kù)波動(dòng)與CAMP 在該時(shí)期不同的噴發(fā)期次相關(guān)聯(lián)[8]、陸相生態(tài)系統(tǒng)顯示緊鄰ETE 層之上的“蕨類(lèi)植物脈沖式（fern spike）”地短暫爆發(fā)，持續(xù)時(shí)間＜400 kyr，可能僅為50~60 kyr[9]、野火事件頻率顯著增加[10-11]等。
但是野火事件頻率增加的原因尚不清晰。目前主要有兩種假說(shuō)：一種是CAMP 噴發(fā)直接引燃作用區(qū)內(nèi)的表生植被或者烴類(lèi)儲(chǔ)庫(kù)[12]；另一種是因?yàn)镃AMP作用影響全球的氣候變化，進(jìn)而引起森林火災(zāi)頻率增加[11]。然而，以往研究集中在受CAMP影響最為強(qiáng)烈的特提斯洋周?chē)貐^(qū)，多為海相地層，缺少陸相地層研究報(bào)道。對(duì)三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)內(nèi)陸高緯地區(qū)的研究是空白，致使該時(shí)期的古氣候演化研究缺乏全球性的系統(tǒng)證據(jù)[13]。不但影響了TJB 時(shí)期野火事件起因的研究，也更因?yàn)槿狈?lái)自陸地生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)證數(shù)據(jù)，使得全球性地、系統(tǒng)性地理解同期海、陸系統(tǒng)的耦合作用無(wú)法深入。
作者在中國(guó)西北部的準(zhǔn)噶爾盆南緣郝家溝剖面進(jìn)行了系統(tǒng)的樣品采集和測(cè)試分析。發(fā)現(xiàn)燃燒成因的多環(huán)芳烴類(lèi)化合物（polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）的濃度在TJB之交地層中急劇升高，達(dá)背景值的5~6倍，這是首次在CAMP活動(dòng)區(qū)外的高緯度陸相地層中報(bào)道TJB之交的野火事件證據(jù)。進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)燃燒成因的PAHs 峰值與指示著CAMP 巖漿活動(dòng)同期的Hg元素濃度異常峰值具有明確的相關(guān)性。通過(guò)與全球多處TJB剖面的對(duì)比，本文對(duì)于TJB之交廣泛發(fā)生的、野火事件頻率急劇地升高的成因，進(jìn)行了詳細(xì)地探討。
1 區(qū)域地質(zhì)概況和地層年代格架
1.1 區(qū)域地質(zhì)概況
準(zhǔn)噶爾盆地位于中亞造山帶西南緣、天山北緣（圖1）[14]。在石炭紀(jì)—早二疊世準(zhǔn)噶爾盆地類(lèi)型為陸緣裂陷盆地，中二疊世—侏羅紀(jì)為陸內(nèi)拗陷盆地，白堊紀(jì)—新近紀(jì)為前陸盆地。依次經(jīng)歷海西、印支、燕山和喜馬拉雅多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，發(fā)育多期沉積旋回，是典型的疊合盆地[15]。在早—中三疊世，統(tǒng)一的準(zhǔn)噶爾湖盆形成；到晚三疊世，湖盆空前擴(kuò)大湖域普遍變深，半深湖區(qū)域遼闊，盆地邊緣為淺湖相沉積。準(zhǔn)噶爾盆地南緣的三疊系以辮狀河—辮狀河三角洲相的砂礫巖沉積為主，其下三疊統(tǒng)—中三疊統(tǒng)以含較多的礫巖沉積為特征[16]；下侏羅統(tǒng)八道灣組沉積相以河流相、辮狀河三角洲和湖泊相為主[17]。
圖1 準(zhǔn)噶爾盆地古地理（a）、剖面位置（b）及地層出露圖（c）（據(jù)Shaet al.[14]修改）Fig.1 Palaeogeography (a), section location (b) and stratigraphic outcrop (c) of the Junggar Basin (modified from Shaet al.[14])
研究區(qū)郝家溝剖面位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣，地處新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市西南約50 km（圖1b）。其古地理位置如圖1a 所示，三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交的古緯度約為60°N[14]。郝家溝剖面出露有良好的三疊系和侏羅系（圖1c），研究的目的層包括上三疊統(tǒng)郝家溝組上段42~44 層，以及下侏羅統(tǒng)八道灣組下段45~52層，總厚度約90 m（圖2）。巖層呈單斜狀連續(xù)產(chǎn)出，無(wú)明顯沉積間斷。郝家溝組上段主要發(fā)育黃綠、灰綠色礫巖，灰、灰綠色粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖，灰、深灰色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖呈多套旋回，砂礫巖層薄，泥巖層厚，局部夾煤層，向上碳質(zhì)泥巖和煤層增多。八道灣組下段主要發(fā)育灰白、淺灰綠色礫巖，淺黃綠、灰綠色中粗砂巖與灰綠色細(xì)砂巖、粉砂巖，夾灰色泥巖、局部夾薄煤層[18]。
1.2 地層年代格架
前人對(duì)郝家溝剖面陸相的三疊系—侏羅系界線(xiàn)有系統(tǒng)的研究[19-22]。根據(jù)孢粉組合中優(yōu)勢(shì)分子的顯著差異以及蕨類(lèi)孢子突發(fā)性增加[19]和孢粉種屬在地層中延續(xù)范圍[22]，將郝家溝剖面的TJB確定在郝家溝組頂部和八道灣組底部的巖性界面處，即44層與45層之間（層號(hào)據(jù)鄧勝徽等[18]）。其他門(mén)類(lèi)的化石證據(jù)也支持該結(jié)論[18-23]。
郝家溝組包含兩個(gè)植物組合，下部為Danaeopsis?Cladophlebis ichunensis組合，上部 為Hausmannia?Chlathropteris minoria組合。前者大部分屬種為晚三疊世常見(jiàn)分子，特別是有晚三疊世的標(biāo)準(zhǔn)分子Danaeopsis。八道灣組有上、下兩個(gè)植物組合，下部為Clathropteris elegans-Todites princeps組合，因含格陵蘭地區(qū)早侏羅世早期Thaumatopteris帶的重要分子，屬早侏羅世；上部為Coniopteris gaojiatianensis和眾多早侏羅世常見(jiàn)的形態(tài)屬Cladophebis，屬于早侏羅世[21]。植物化石證據(jù)說(shuō)明侏羅系底置于八道灣組之底（即45層底，圖2）。
郝家溝組含典型三疊紀(jì)分子Arathrisporites和Chordasporites，及部分時(shí)代更老的分子，如Hamiapoll?enites buliaeformis,Endosporites ornatus等，時(shí)代為晚三疊世。八道灣組底部以上，蕨類(lèi)植物孢子激增，出現(xiàn)以侏羅紀(jì)常見(jiàn)分子，如Cyathidites,Densoisporites scanicus,Densosporties crassus等為主的蕨類(lèi)孢子含量高峰，裸子植物豐度受到暫時(shí)壓制，反映植物界一次大的演替事件[19-22]。孢粉證據(jù)指示三疊系—侏羅系界線(xiàn)置于八道灣組底部（即45層底，圖2）。
有機(jī)碳同位素曲線(xiàn)在42~51 層整體呈現(xiàn)顯著的負(fù)偏異常，均值達(dá)2‰左右[20]。其特征與奧地利三疊系—侏羅系界線(xiàn)的層型剖面（GSSP）[24]、美國(guó)內(nèi)華達(dá)州的輔助層型（ASSP）[25]和英國(guó)南部及格陵蘭東部TJB附近的有機(jī)碳同位素曲線(xiàn)[26]均可對(duì)比。結(jié)合孢粉組合及“蕨類(lèi)孢子激增”出現(xiàn)的層位約束[20]，郝家溝剖面有機(jī)碳同位素曲線(xiàn)與GSSP和國(guó)際經(jīng)典剖面的對(duì)比，在該剖面上可精細(xì)地識(shí)別出與以上經(jīng)典研究剖面可對(duì)比的“首次碳同位素負(fù)偏”（initial CIE，即ETE 層位）對(duì)應(yīng)于45 層底附近，“主碳同位素負(fù)偏”（main CIE，即TJB相當(dāng)層位）對(duì)應(yīng)于51層底部附近（圖2）[24]。
圖2 郝家溝剖面TJB 附近地層生物地層、碳同位素地層和地球化學(xué)地層曲線(xiàn)綜合對(duì)比圖Fig.2 Comprehensive chart of biostratigraphy, carbon-isotope stratigraphy and geochemical stratigraphic curvesacross the TJB at the Haojiagou section
在巖性地層特征方面，郝家溝組上段則以灰黃、黃綠色色調(diào)為主；而八道灣組下段巖性總體以灰白、淺灰綠色色調(diào)為主，底部為一套灰白色礫巖或含礫粗砂巖。在宏觀(guān)上區(qū)分明顯，反映了三疊紀(jì)與侏羅紀(jì)的整體沉積環(huán)境的巨大變化[21]。
2 采樣和實(shí)驗(yàn)方法
2.1 野外樣品采集
本研究在新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣郝家溝剖面系統(tǒng)地采集化學(xué)地層學(xué)樣品。野外采集的全部為剝?nèi)ワL(fēng)化層的新鮮樣品，采樣間隔根據(jù)巖性確定，其中泥巖的采樣間隔為20 cm、砂巖為30~40 cm、礫巖為40~60 cm、煤線(xiàn)層位10 cm。
2.2 TOC、TS、Hg的實(shí)驗(yàn)方法
稱(chēng)取0.1g左右粉碎后樣品，用LECO CS230碳硫分析儀進(jìn)行TOC 和TS 測(cè)試分析。稱(chēng)取0.1 g 左右粉碎后樣品，OGE-Ⅵ油氣評(píng)價(jià)工作站進(jìn)行巖石熱解分析。Hg元素濃度測(cè)試的實(shí)驗(yàn)方法采用原子熒光光譜法（AFS）。具體分析步驟如下：稱(chēng)取0.25 g 試樣（粒徑小于0.075 mm，經(jīng)室溫干燥），置于25 mL聚乙烯試管中，用水潤(rùn)濕試樣，加入10 mL（1+1）王水，搖散試樣，置于沸水浴中保持1 小時(shí)，期間搖動(dòng)一次。取出冷卻后，加入1 mL KMnO4溶液，搖勻后放置30 min，用草酸溶液稀釋至刻度，搖勻，放置沉淀至液體清澈備用。移取2.0 mL試液，按照校準(zhǔn)線(xiàn)分析步驟操作，采用汞高強(qiáng)度空心陰極燈，以氯化亞錫作還原劑，使溶液中的Hg2+還原成Hg 蒸汽后，由載氣導(dǎo)入預(yù)加熱200 ℃的石英原子化器中進(jìn)行冷蒸汽—原子熒光光譜法測(cè)定，測(cè)得汞含量。方法檢出限：0.000 3 μg∕g，測(cè)定范圍：0.001~6 μg∕g。以上實(shí)驗(yàn)在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院測(cè)試完成。
2.3 生物標(biāo)志化合物的實(shí)驗(yàn)方法
稱(chēng)取100 g 左右粉碎后樣品，以二氯甲烷為溶劑，使用索氏抽提器在60 ℃水浴條件下抽提至少8 h。用石油醚溶解沉淀濾去抽提物中的瀝青質(zhì)，然后用硅膠∕氧化鋁（3∶2）且底部填充少量脫脂棉的層析柱，依次用石油醚和石油醚加二氯甲烷（2∶1）淋洗得到飽和烴和芳烴。族組分分離后將飽和烴及芳烴轉(zhuǎn)移到進(jìn)樣瓶中。飽和烴樣品采用氘代正構(gòu)二十四烷作為內(nèi)標(biāo)，芳烴樣品采用氘代菲作為內(nèi)標(biāo)。
所用儀器為Agilent 6890GC-5975iMS 和Agilent 7890BGC-5977MS 色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀。進(jìn)樣口溫度300 ℃，載氣為He氣，載氣流速為1.0 mL∕min。進(jìn)樣方式為不分流進(jìn)樣。飽和烴色譜柱為HP-5 ms石英彈性毛細(xì)柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。芳烴色譜柱為HP-5 ms 石英彈性毛細(xì)柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）。飽和烴程序升溫：初溫為50 ℃，保留1 min，然后以20 ℃∕min的速度升至120 ℃，再以3 ℃∕min 升至310 ℃，保留20 min。掃描范圍為m/z50~570，檢測(cè)方式為全掃描。芳烴程序升溫：初溫為80 ℃，保留1 min，然后以3 ℃∕min的速度升至310 ℃，保留16 min。掃描范圍為m/z50~450，檢測(cè)方式為全掃描。質(zhì)譜離子源采用電子轟擊，電離電壓為70 eV，獲取數(shù)據(jù)方式為全掃描與選擇離子同時(shí)進(jìn)行。以上實(shí)驗(yàn)在中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試完成。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
3.1 TOC和TS的地層數(shù)據(jù)
在郝家溝剖面42~52 層中TOC 含量值出現(xiàn)了2 個(gè)顯著的峰值，分別位于42 層下部和44 層頂部（圖2）。臨近44~45層界線(xiàn)（即郝家溝組和八道灣組界線(xiàn)）處，TOC值快速升高，并隨后迅速降低，呈脈沖樣式。在緊鄰郝家溝組和八道灣組巖性地層界線(xiàn)的44層上部，發(fā)育較厚碳質(zhì)泥巖沉積，并且在頂部夾約20~30 cm厚的泥巖角礫層（圖2），礫石為桔紅色。而45 層頂部TOC 曲線(xiàn)略有寬緩升高約為背景值2 倍；再向上直到52層頂部呈現(xiàn)平緩低值。
在郝家溝剖面42~52層中TS地層數(shù)據(jù)曲線(xiàn)在43層頂部、44 層頂部和45 層頂部，以及51 層中上部有相應(yīng)高值，大于0.1%。其中，TS∕TOC數(shù)據(jù)在44層、45層和51 層三處比較高的峰值，達(dá)到0.2%至0.4%，其中51層整段有三個(gè)高值（圖2）。
3.2 Hg元素濃度地層數(shù)據(jù)
Hg 元素濃度地層曲線(xiàn)（圖2）呈現(xiàn)3 個(gè)主要的脈沖高值段，由下至上出現(xiàn)波峰信號(hào)的分別位于44層，47~48 層以及51 層頂部。在44 層與45 層界線(xiàn)之上含量曲線(xiàn)突然趨于平緩，僅Hg 含量在46 層頂至47層出現(xiàn)了極其短暫的高峰值，除此之外各項(xiàng)指標(biāo)的含量也基本處于較低的水平。整體來(lái)說(shuō)，Hg 元素濃度值與TOC和TS的對(duì)應(yīng)關(guān)系明顯，在Hg出現(xiàn)高峰值的層位，另外兩者在同一層位或者略有滯后，也出現(xiàn)了一定的波動(dòng)。
3.3 Hg/TOC值的地層數(shù)據(jù)
因?yàn)榈貙又蠬g 元素濃度對(duì)于沉積有機(jī)物有富集效應(yīng)，因此將其對(duì)TOC 做歸一化，結(jié)果得到Hg∕TOC 數(shù)值的地層曲線(xiàn)，能有效地反映大火成巖省侵位或者噴發(fā)活動(dòng)[27]。
Hg∕TOC 曲線(xiàn)有多個(gè)明顯的峰值，第1 個(gè)出現(xiàn)在42層中上部；第2個(gè)在43層上部；第3個(gè)峰值（命名為Pre-V）在44層非常明顯，可達(dá)背景值的10倍以上，同時(shí)對(duì)應(yīng)著顯著的TS∕TOC 的峰值（暗示著有一期強(qiáng)烈的幔源巖漿活動(dòng)）；前三個(gè)峰值總體上波峰都較為寬緩。第4個(gè)在峰值（命名為V1）出現(xiàn)在46~48層，其特點(diǎn)是具有兩個(gè)高而窄的峰組成，其中下窄峰極值略高于上窄峰，整個(gè)剖面中Hg∕TOC的最高值出現(xiàn)在此處（圖2）。再往上到49層上部第5個(gè)峰值（命名為V2），僅由1個(gè)窄峰組成，其特點(diǎn)與第4個(gè)峰值信號(hào)相似，為短暫脈沖，且是整個(gè)剖面次高的峰值。仔細(xì)觀(guān)察不難發(fā)現(xiàn)，V1 和V2 之間還有約為背景值2 倍的小峰值。第6個(gè)峰值出現(xiàn)在51層上部延續(xù)到52層。在第5與第6峰值之間，Hg∕TOC含量低且變化平緩。
3.4 PAHs的數(shù)據(jù)
全部樣品中均檢測(cè)到了菲、螢蒽、芘、苯并蒽、?、苯并螢蒽、苯并芘、茚并芘、苯并苝和暈苯（圖3）。本文主要選取了菲、螢蒽、芘、?、苯并螢蒽、苯并苝和暈苯七種標(biāo)志性化合物，它們的分子量從178 至300 依次遞增，苯環(huán)數(shù)也由三個(gè)增加到七個(gè)（圖3，4）。
圖3 郝家溝剖面PAHs 的總離子流圖Fig.3 The total ion current of PAHs at the Haojiagou section
該七種多環(huán)芳烴在剖面的地層中，呈現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)。即42~44層呈穩(wěn)定低值，在45~50層相對(duì)含量明顯升高，在51層之上又有明顯下降（圖4）。就均值來(lái)說(shuō)，菲由0.82 μg∕gTOC 上升至4.73 μg∕gTOC，螢蒽由0.65 μg∕gTOC 上升至2.19 μg∕gTOC，芘由0.65 μg∕gTOC上升至2.34 μg∕gTOC，?由0.33 μg∕gTOC上升至1.14 μg∕gTOC，苯并螢蒽由0.59 μg∕gTOC上升至1.26 μg∕gTOC，苯并芘由0.22 μg∕gTOC上升至0.85 μg∕gTOC，苯并苝由0.10 μg∕gTOC上升至0.41 μg∕gTOC，暈苯由0.02 μg∕gTOC上升至0.17 μg∕gTOC。
圖4 郝家溝剖面TJB 附近地層中燃燒來(lái)源的PAHs 含量分布圖Fig.4 Combustive-derived PAHs content distribution across the TJB at the Haojiagou section
將高于檢出限的12 種PAHs（三至七個(gè)苯環(huán)）相對(duì)含量相加之后，其地層中濃度含量變化趨勢(shì)與單一化合物的相似。在42~44層含量較低，到44~45層交界處PAHs含量值迅速上升，并保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，直到50層底部達(dá)峰值后，急劇下降（圖2）。
4 討論
4.1 野火事件頻率增加的證據(jù)
PAHs的成因已經(jīng)受到了比較廣泛的研究，既可以由自然野火中植被的不完全燃燒產(chǎn)生[28-29]，也可由成巖過(guò)程中的熱作用形成[30-32]。本剖面地層厚度約90 m，所以該段地層從底部到頂部，在成巖埋藏過(guò)程中遭受的熱作用相同，因此其地層中多環(huán)芳烴含量的顯著差異，主要反映地史時(shí)期中野火事件的記錄。
值得注意的是，這些PAHs相對(duì)含量的峰值層位不同，三環(huán)及四環(huán)的相對(duì)含量峰值出現(xiàn)在49~50 層，而五到七環(huán)的相對(duì)含量高值則出現(xiàn)在45~48層，呈現(xiàn)錯(cuò)峰現(xiàn)象（圖4）。環(huán)數(shù)更高的多環(huán)芳烴指示著更高的燃燒溫度，可知在45~48層比49~50層的野火溫度更高；另外，由Hg∕TOC 曲線(xiàn)最高值指示的大火成巖省噴發(fā)活動(dòng)的峰值（V1）層位也在45~48層（圖2），即大火成巖省活動(dòng)最劇烈時(shí)期，相應(yīng)地與距離大于4 000 km[33]外的、高緯度的準(zhǔn)噶爾盆地南緣，野火事件燃燒溫度達(dá)較高值相一致。
前人在郝家溝地區(qū)的研究表明[20]，植被類(lèi)型在44~45層處，即ETE層附近，發(fā)生了巨大的突變，其所指示的氣候類(lèi)型也發(fā)生轉(zhuǎn)變。根據(jù)現(xiàn)代大氣觀(guān)察數(shù)據(jù)，地表氣溫升高會(huì)導(dǎo)致對(duì)流層水分含量增加，云量增多；年平均氣溫每升高1 ℃，會(huì)導(dǎo)致雷電頻率增加約40%[34-35]，而雷電是野火的主要火源之一，綜合多環(huán)芳烴的含量變化，推斷在45~50層之間野火事件頻率顯著增加。
4.2 郝家溝剖面地球化學(xué)地層數(shù)據(jù)綜合對(duì)比
縱觀(guān)整個(gè)剖面（圖2），會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)特別的現(xiàn)象，45~50 層巖性的沉積正旋回變化速率明顯高于該剖面的其他層位。尤其在46 層、47 層和48 層不到10米厚的地層中，出現(xiàn)了三個(gè)礫巖—砂巖—泥巖的正旋回，而此層位與Hg∕TOC 峰值層位V1 峰相吻合。另外，整個(gè)研究剖面中Hg∕TOC 最高的3 個(gè)值都出現(xiàn)在45~50層的地層內(nèi)，而且有2個(gè)在46~48層范圍內(nèi)。在緊鄰V1 峰值之上地層，多環(huán)芳烴的含量明顯升高，且分別在47 層和49 層出現(xiàn)兩個(gè)峰值（圖4）。推測(cè)CAMP 活動(dòng)通過(guò)大氣循環(huán)帶來(lái)的Hg∕TOC 峰值，與環(huán)境改變?cè)斐傻囊盎痤l率增加事件，兩者具有明顯的相關(guān)性。綜合對(duì)比，可以看出地層中Hg含量較高的層位和PAHs 含量較高的層位具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但是，在45 層之下Hg 的峰值較為寬緩，在地層中呈現(xiàn)比45~50層中持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，推測(cè)該地層對(duì)應(yīng)的時(shí)期，大火成巖省侵位或者活動(dòng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，但是可能強(qiáng)度低。而對(duì)野火事件有指示作用的多環(huán)芳烴的高含量，在45層之下，顯示卻不明顯，雖然在45層之下的地層中，野外工作時(shí)肉眼可以識(shí)別的絲炭含量比在45~50層中豐富許多。在51層及其以上地層各地球化學(xué)指標(biāo)都快速地恢復(fù)到45 層之下的背景值水平。
45 層和51 層底部，有兩處該剖面上有機(jī)碳δ13C同位素地層曲線(xiàn)的負(fù)偏極值，與全球多處經(jīng)典剖面都可以進(jìn)行對(duì)比，例如奧地利Kuhjoch 的GSSP 和英國(guó)的St.Audrie’s Bay 的剖面，可知郝家溝剖面的45 層應(yīng)對(duì)比于ETE，而51 層應(yīng)對(duì)比于TJB（圖2，5），該對(duì)比在后文將詳細(xì)討論。
4.3 準(zhǔn)噶爾盆地三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交事件的全球?qū)Ρ?/h3>
4.3.1 郝家溝剖面與GSSP的對(duì)比
三疊系—侏羅系的GSSP 位于奧地利Kuhjoch的海相地層剖面，以菊石Psiloceras spelaeGuex 的trolicumHillebrandt & Krystyn 亞種的首現(xiàn)面來(lái)定義侏羅系底界[24,36]，即TJB。在菊石界線(xiàn)之下約0.5 m處則是孢粉組合Trachysporites?Heliosporites的兩個(gè)亞組的界線(xiàn)。在Kuhjoch 剖面侏羅系底界向下約6 m 處，是以三疊紀(jì)菊石Choristoceras marshi的絕滅為代表的ETE 界線(xiàn)（圖5），也是該剖面的地層中孢粉組合Rhaetipollis?Limbosporites與Rhaetipollis?Porcellispora的界線(xiàn)。
根據(jù)有機(jī)碳同位素和孢粉組合約束，郝家溝剖面ETE和TJB都可以與GSSP海相地層剖面上的進(jìn)行對(duì)比。在“首次碳同位素負(fù)偏”（initial CIE）和“主碳同位素負(fù)偏”（main CIE）之間，即ETE 與TJB 之間的層段，兩個(gè)對(duì)比剖面都可見(jiàn)到顯著的Hg∕TOC的異常高值（圖2，5）。郝家溝剖面在45層底部和51層底部的兩個(gè)碳同位素負(fù)偏峰，即為可分別與GSSP海相地層的“首次碳同位素負(fù)偏”和“主碳同位素負(fù)偏”對(duì)比。從而可以約束郝家溝剖面和奧地利GSSP 剖面的地層對(duì)比。
4.3.2 郝家溝剖面與其他國(guó)際典型TJB 剖面的對(duì)比
英國(guó)St.Audrie’s Bay 剖面是歐洲另一個(gè)研究較為深入的海相TJB 剖面，也曾是侏羅系底界GSSP 候選剖面之一。該剖面TJB 定義于菊石Psiloceras planorbis的首現(xiàn)面，與菊石Psiloceras spelae trolicum出現(xiàn)時(shí)間近同期（圖5）。而牙形石絕滅帶位于菊石Psilocera planorbis的首現(xiàn)面下7 m 處，推斷該層為ETE 層位[26]；值得注意的是，該層位也與蕨類(lèi)植物孢子的含量出現(xiàn)“脈沖式峰值（fern spike）”同步，該現(xiàn)象與郝家溝剖面上45 層開(kāi)始有蕨類(lèi)植物含量激增相一致[20]。郝家溝剖面TJB 可以與該海相地層剖面進(jìn)行對(duì)比，在首次碳同位素負(fù)偏和主負(fù)偏之間，即ETE 與TJB 之間的層段，兩個(gè)對(duì)比剖面都可見(jiàn)到顯著的Hg∕TOC的異常高值（圖5）。
圖5 郝家溝剖面TJB 地層與GSSP 及全球其他典型剖面對(duì)比圖Fig.5 Stratigraphic correlation of the TJB at the Haojiagou section with those of GSSP and other typical sections globally
早在上世紀(jì)五十年代，關(guān)于TJB附近地層中野火事件的記錄，在格陵蘭、英格蘭和威爾士[37-38]就有相關(guān)報(bào)道，以地層中保存大量良好的絲炭為證據(jù)。近年來(lái)，在波蘭的南部[39]、瑞典和丹麥的煤系地層[40]和中國(guó)四川盆地[11]的TJB 地層中，都有PAHs 豐度異常高值的報(bào)道；而在東格陵蘭[41]和波蘭南部下侏羅統(tǒng)底部[39,42]，有相應(yīng)地層中絲炭記錄的報(bào)道。
國(guó)際上其他幾個(gè)典型的TJB 剖面（例如，丹麥的Stenlille-1 巖心數(shù)據(jù)、美國(guó)New York Canyon 剖面、格陵蘭Astartekloft 剖面）也有類(lèi)似現(xiàn)象，郝家溝剖面可以與之在ETE 和TJB 之間的層段都有很好的對(duì)比（圖5）。非常有趣地是，在來(lái)自丹麥的研究剖面，淺海相夾局限的潟湖相沉積，其TJB 以特征孢粉為約束（巖心中未發(fā)現(xiàn)菊石化石）。如Cerebropollenites thiergartii的首現(xiàn)附近的野火記錄有燃燒溫度較高的特征，但是在過(guò)了TJB 之上，以至于延續(xù)到上Sinemurian 階，野火發(fā)生的頻率似乎增加了，發(fā)生野火的最高溫度卻低了，僅僅為地面火（約300 ℃）或者地表火（約600 ℃），不再發(fā)生冠層火（≥800 ℃）[40]，這種現(xiàn)象與郝家溝剖面看到現(xiàn)象一致（圖2，5）。總之，ETE發(fā)生后的初期，野火溫度較高；后期接近TJB以及其上地層的野火溫度相對(duì)之前降低。除ETE與TJB之間層段外，其下、上的地層中也有由PAHs記錄的野火事件[11,37-40]。另外，有個(gè)看似矛盾，但相當(dāng)普遍的現(xiàn)象值得未來(lái)工作留意，即如果野火多，該有絲炭和PAHs。但似乎是PAHs 高值處，并未有很多絲炭的記錄[10-12]，郝家溝剖面也有類(lèi)似現(xiàn)象。
從全球的視角看，除了中國(guó)四川以外，以上地區(qū)都接近CAMP 爆發(fā)的區(qū)域。由地層中絲炭含量對(duì)巖石質(zhì)量做歸一化的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示格陵蘭等地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了古火災(zāi)的證據(jù)，TJB界線(xiàn)上野火發(fā)生的頻率顯著增加[10]。在TJB 臨近地層中Hg∕TOC 值升高，且其峰值與CAMP玄武巖大量噴發(fā)的時(shí)期相對(duì)應(yīng)[27]，并與古野火頻率的增加相關(guān)。
5 CAMP對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響及同期野火事件全球性的探討
CAMP 如何深刻地影響陸地生態(tài)系統(tǒng)研究還比較初步，尚不充分。例如，蕨類(lèi)植物的脈沖式峰值（fern spike）和蕨類(lèi)孢子的暗黑帶（dark zone）現(xiàn)象，目前的研究解釋為酸雨腐蝕導(dǎo)致[43]；陸地植被面貌的變遷，可能不僅是CO2升高能造成的，SO2氣溶膠和有毒的PAHs可能起到了關(guān)鍵性作用，并與動(dòng)物的絕滅關(guān)系密切。該時(shí)期的野火記錄表明ETE-TJB 期間大氣中氧氣濃度大于野火燃燒下限15%[39]。郝家溝剖面ETE至TJB地層的野火記錄，也印證了當(dāng)時(shí)大氣中氧氣濃度在15%以上。野火事件持續(xù)地發(fā)生，表明大氣未發(fā)生明顯的缺氧現(xiàn)象，因此同期海洋沉積中的缺氧記錄，推斷不是由大氣缺氧所導(dǎo)致。根據(jù)目前的數(shù)據(jù)推斷CAMP 噴發(fā)，對(duì)于全球氣候和環(huán)境產(chǎn)生了直接影響，在環(huán)境的壓力下使得野火發(fā)生頻率增高。但是野火事件頻率增加過(guò)程是否也疊合了天文周期旋回對(duì)氣候的影響因素，需要未來(lái)進(jìn)一步工作驗(yàn)證。
在郝家溝剖面的44 層上部，早于ETE 層位有Hg∕TOC異常高值（即Pre-V），可能對(duì)應(yīng)CAMP的早期侵位，并且也可與全球多個(gè)剖面對(duì)比[33]。文獻(xiàn)報(bào)道很多剖面上，也同樣有該Hg∕TOC 異常峰值（即Pre-V）（圖5）。中大西洋火成巖省的直接作用區(qū)集中在現(xiàn)今南美洲北部、非洲西北部和北美洲東部地區(qū)，但其影響可達(dá)全球規(guī)模。在南美洲西北部秘魯?shù)腜ucara盆地的三疊紀(jì)系—侏羅系，有多層中大西洋火成巖省的火山灰層的記錄[44]。在美國(guó)內(nèi)華達(dá)洲的海相TJB附近，觀(guān)測(cè)到了異常高濃度的地幔來(lái)源的汞元素豐度[27]，表明中大西洋火成巖省影響的規(guī)模可達(dá)泛大洋西岸地區(qū)。
總之，在準(zhǔn)噶爾盆地南緣郝家溝剖面，同一個(gè)剖面上高分辨率的、綜合性的地球化學(xué)地層曲線(xiàn)，有力地說(shuō)明了CAMP 噴發(fā)的主期次與野火事件頻率的增加、陸相有機(jī)碳同位素的負(fù)向偏移、以及植被突然地由裸子替換為蕨類(lèi)植物，四者在時(shí)間上具有同期性。因此，ETE到TJB持續(xù)的時(shí)間段，全球性的氣候、陸地植物生態(tài)系統(tǒng)和大氣中的碳同位素都有強(qiáng)烈地波動(dòng)，也為未來(lái)進(jìn)一步探索全球性的海、陸耦合作用提供了獨(dú)一無(wú)二的地質(zhì)窗口。
6 結(jié)論
（1）與三疊系—侏羅系GSSP等時(shí)的地層界線(xiàn)進(jìn)行了對(duì)比，確定在新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣郝家溝剖面上，與全球性的ETE 事件等時(shí)的地層界線(xiàn)應(yīng)位于45層底部附近，TJB界線(xiàn)應(yīng)位于51層底部附近。
（2）在新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣郝家溝剖面上，在ETE與TJB之間的地層存在燃燒成因的PAHs含量的異常高值，并且與地層中指示CAMP 侵位或噴發(fā)的Hg∕TOC 高峰值很好地對(duì)應(yīng)，兩者同期或準(zhǔn)同期發(fā)生。
（3）推斷CAMP的侵位或噴發(fā)，與野火事件頻率快速地升高具有因果關(guān)系，但并非火源直接點(diǎn)燃關(guān)系，而是CAMP 的侵位或噴發(fā)直接影響到全球的氣候?qū)е?，其影響范圍遠(yuǎn)超出CAMP 活動(dòng)區(qū)以外；因此ETE與TJB之間時(shí)段短暫地野火頻率增高事件，可能為全球性事件。
致謝 感謝中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室朱雷、張劍鋒和李天天，在樣品測(cè)試過(guò)程中的幫助與支持。
張新智，呂沛宗，方琳浩，楊涵，鄧勝徽，盧遠(yuǎn)征，房亞男，張小宇，黃汝婷，梁佳寶，師生寶
1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249 2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249 3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083 4.中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所，南京 210008
0 引言
三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交（Triassic-Jurassic Boundary,TJB）是顯生宙以來(lái)地球歷史上一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，海洋和陸地生態(tài)系統(tǒng)崩潰，發(fā)生了五次生物集群絕滅事件之一的生物大絕滅（end-Triassic mass extinction,ETE）[1]，在屬的級(jí)別上至少有50%的海洋生物和陸地生物絕滅[2]。中大西洋火成巖?。–entral Atlantic Magmatic Province,CAMP）爆發(fā)和中大西洋開(kāi)啟[3]，深刻地影響并塑造了其后約2 億年全球的板塊構(gòu)造格局[1]。同期或準(zhǔn)同期地，還相伴發(fā)生了一系列重大的地質(zhì)事件，包括：大氣CO2濃度升高2~4 倍[4]、全球平均氣溫升高3 ℃~4 ℃[5]、全球海平面波動(dòng)[6]、海水酸化和缺氧[7]、無(wú)機(jī)碳同位素和有機(jī)碳同位素儲(chǔ)庫(kù)波動(dòng)與CAMP 在該時(shí)期不同的噴發(fā)期次相關(guān)聯(lián)[8]、陸相生態(tài)系統(tǒng)顯示緊鄰ETE 層之上的“蕨類(lèi)植物脈沖式（fern spike）”地短暫爆發(fā)，持續(xù)時(shí)間＜400 kyr，可能僅為50~60 kyr[9]、野火事件頻率顯著增加[10-11]等。
但是野火事件頻率增加的原因尚不清晰。目前主要有兩種假說(shuō)：一種是CAMP 噴發(fā)直接引燃作用區(qū)內(nèi)的表生植被或者烴類(lèi)儲(chǔ)庫(kù)[12]；另一種是因?yàn)镃AMP作用影響全球的氣候變化，進(jìn)而引起森林火災(zāi)頻率增加[11]。然而，以往研究集中在受CAMP影響最為強(qiáng)烈的特提斯洋周?chē)貐^(qū)，多為海相地層，缺少陸相地層研究報(bào)道。對(duì)三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)內(nèi)陸高緯地區(qū)的研究是空白，致使該時(shí)期的古氣候演化研究缺乏全球性的系統(tǒng)證據(jù)[13]。不但影響了TJB 時(shí)期野火事件起因的研究，也更因?yàn)槿狈?lái)自陸地生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)證數(shù)據(jù)，使得全球性地、系統(tǒng)性地理解同期海、陸系統(tǒng)的耦合作用無(wú)法深入。
作者在中國(guó)西北部的準(zhǔn)噶爾盆南緣郝家溝剖面進(jìn)行了系統(tǒng)的樣品采集和測(cè)試分析。發(fā)現(xiàn)燃燒成因的多環(huán)芳烴類(lèi)化合物（polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）的濃度在TJB之交地層中急劇升高，達(dá)背景值的5~6倍，這是首次在CAMP活動(dòng)區(qū)外的高緯度陸相地層中報(bào)道TJB之交的野火事件證據(jù)。進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)燃燒成因的PAHs 峰值與指示著CAMP 巖漿活動(dòng)同期的Hg元素濃度異常峰值具有明確的相關(guān)性。通過(guò)與全球多處TJB剖面的對(duì)比，本文對(duì)于TJB之交廣泛發(fā)生的、野火事件頻率急劇地升高的成因，進(jìn)行了詳細(xì)地探討。
1 區(qū)域地質(zhì)概況和地層年代格架
1.1 區(qū)域地質(zhì)概況
準(zhǔn)噶爾盆地位于中亞造山帶西南緣、天山北緣（圖1）[14]。在石炭紀(jì)—早二疊世準(zhǔn)噶爾盆地類(lèi)型為陸緣裂陷盆地，中二疊世—侏羅紀(jì)為陸內(nèi)拗陷盆地，白堊紀(jì)—新近紀(jì)為前陸盆地。依次經(jīng)歷海西、印支、燕山和喜馬拉雅多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，發(fā)育多期沉積旋回，是典型的疊合盆地[15]。在早—中三疊世，統(tǒng)一的準(zhǔn)噶爾湖盆形成；到晚三疊世，湖盆空前擴(kuò)大湖域普遍變深，半深湖區(qū)域遼闊，盆地邊緣為淺湖相沉積。準(zhǔn)噶爾盆地南緣的三疊系以辮狀河—辮狀河三角洲相的砂礫巖沉積為主，其下三疊統(tǒng)—中三疊統(tǒng)以含較多的礫巖沉積為特征[16]；下侏羅統(tǒng)八道灣組沉積相以河流相、辮狀河三角洲和湖泊相為主[17]。
圖1 準(zhǔn)噶爾盆地古地理（a）、剖面位置（b）及地層出露圖（c）（據(jù)Shaet al.[14]修改）Fig.1 Palaeogeography (a), section location (b) and stratigraphic outcrop (c) of the Junggar Basin (modified from Shaet al.[14])
研究區(qū)郝家溝剖面位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣，地處新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市西南約50 km（圖1b）。其古地理位置如圖1a 所示，三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交的古緯度約為60°N[14]。郝家溝剖面出露有良好的三疊系和侏羅系（圖1c），研究的目的層包括上三疊統(tǒng)郝家溝組上段42~44 層，以及下侏羅統(tǒng)八道灣組下段45~52層，總厚度約90 m（圖2）。巖層呈單斜狀連續(xù)產(chǎn)出，無(wú)明顯沉積間斷。郝家溝組上段主要發(fā)育黃綠、灰綠色礫巖，灰、灰綠色粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖，灰、深灰色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖呈多套旋回，砂礫巖層薄，泥巖層厚，局部夾煤層，向上碳質(zhì)泥巖和煤層增多。八道灣組下段主要發(fā)育灰白、淺灰綠色礫巖，淺黃綠、灰綠色中粗砂巖與灰綠色細(xì)砂巖、粉砂巖，夾灰色泥巖、局部夾薄煤層[18]。
1.2 地層年代格架
前人對(duì)郝家溝剖面陸相的三疊系—侏羅系界線(xiàn)有系統(tǒng)的研究[19-22]。根據(jù)孢粉組合中優(yōu)勢(shì)分子的顯著差異以及蕨類(lèi)孢子突發(fā)性增加[19]和孢粉種屬在地層中延續(xù)范圍[22]，將郝家溝剖面的TJB確定在郝家溝組頂部和八道灣組底部的巖性界面處，即44層與45層之間（層號(hào)據(jù)鄧勝徽等[18]）。其他門(mén)類(lèi)的化石證據(jù)也支持該結(jié)論[18-23]。
郝家溝組包含兩個(gè)植物組合，下部為Danaeopsis?Cladophlebis ichunensis組合，上部 為Hausmannia?Chlathropteris minoria組合。前者大部分屬種為晚三疊世常見(jiàn)分子，特別是有晚三疊世的標(biāo)準(zhǔn)分子Danaeopsis。八道灣組有上、下兩個(gè)植物組合，下部為Clathropteris elegans-Todites princeps組合，因含格陵蘭地區(qū)早侏羅世早期Thaumatopteris帶的重要分子，屬早侏羅世；上部為Coniopteris gaojiatianensis和眾多早侏羅世常見(jiàn)的形態(tài)屬Cladophebis，屬于早侏羅世[21]。植物化石證據(jù)說(shuō)明侏羅系底置于八道灣組之底（即45層底，圖2）。
郝家溝組含典型三疊紀(jì)分子Arathrisporites和Chordasporites，及部分時(shí)代更老的分子，如Hamiapoll?enites buliaeformis,Endosporites ornatus等，時(shí)代為晚三疊世。八道灣組底部以上，蕨類(lèi)植物孢子激增，出現(xiàn)以侏羅紀(jì)常見(jiàn)分子，如Cyathidites,Densoisporites scanicus,Densosporties crassus等為主的蕨類(lèi)孢子含量高峰，裸子植物豐度受到暫時(shí)壓制，反映植物界一次大的演替事件[19-22]。孢粉證據(jù)指示三疊系—侏羅系界線(xiàn)置于八道灣組底部（即45層底，圖2）。
有機(jī)碳同位素曲線(xiàn)在42~51 層整體呈現(xiàn)顯著的負(fù)偏異常，均值達(dá)2‰左右[20]。其特征與奧地利三疊系—侏羅系界線(xiàn)的層型剖面（GSSP）[24]、美國(guó)內(nèi)華達(dá)州的輔助層型（ASSP）[25]和英國(guó)南部及格陵蘭東部TJB附近的有機(jī)碳同位素曲線(xiàn)[26]均可對(duì)比。結(jié)合孢粉組合及“蕨類(lèi)孢子激增”出現(xiàn)的層位約束[20]，郝家溝剖面有機(jī)碳同位素曲線(xiàn)與GSSP和國(guó)際經(jīng)典剖面的對(duì)比，在該剖面上可精細(xì)地識(shí)別出與以上經(jīng)典研究剖面可對(duì)比的“首次碳同位素負(fù)偏”（initial CIE，即ETE 層位）對(duì)應(yīng)于45 層底附近，“主碳同位素負(fù)偏”（main CIE，即TJB相當(dāng)層位）對(duì)應(yīng)于51層底部附近（圖2）[24]。
圖2 郝家溝剖面TJB 附近地層生物地層、碳同位素地層和地球化學(xué)地層曲線(xiàn)綜合對(duì)比圖Fig.2 Comprehensive chart of biostratigraphy, carbon-isotope stratigraphy and geochemical stratigraphic curvesacross the TJB at the Haojiagou section
在巖性地層特征方面，郝家溝組上段則以灰黃、黃綠色色調(diào)為主；而八道灣組下段巖性總體以灰白、淺灰綠色色調(diào)為主，底部為一套灰白色礫巖或含礫粗砂巖。在宏觀(guān)上區(qū)分明顯，反映了三疊紀(jì)與侏羅紀(jì)的整體沉積環(huán)境的巨大變化[21]。
2 采樣和實(shí)驗(yàn)方法
2.1 野外樣品采集
本研究在新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣郝家溝剖面系統(tǒng)地采集化學(xué)地層學(xué)樣品。野外采集的全部為剝?nèi)ワL(fēng)化層的新鮮樣品，采樣間隔根據(jù)巖性確定，其中泥巖的采樣間隔為20 cm、砂巖為30~40 cm、礫巖為40~60 cm、煤線(xiàn)層位10 cm。
2.2 TOC、TS、Hg的實(shí)驗(yàn)方法
稱(chēng)取0.1g左右粉碎后樣品，用LECO CS230碳硫分析儀進(jìn)行TOC 和TS 測(cè)試分析。稱(chēng)取0.1 g 左右粉碎后樣品，OGE-Ⅵ油氣評(píng)價(jià)工作站進(jìn)行巖石熱解分析。Hg元素濃度測(cè)試的實(shí)驗(yàn)方法采用原子熒光光譜法（AFS）。具體分析步驟如下：稱(chēng)取0.25 g 試樣（粒徑小于0.075 mm，經(jīng)室溫干燥），置于25 mL聚乙烯試管中，用水潤(rùn)濕試樣，加入10 mL（1+1）王水，搖散試樣，置于沸水浴中保持1 小時(shí)，期間搖動(dòng)一次。取出冷卻后，加入1 mL KMnO4溶液，搖勻后放置30 min，用草酸溶液稀釋至刻度，搖勻，放置沉淀至液體清澈備用。移取2.0 mL試液，按照校準(zhǔn)線(xiàn)分析步驟操作，采用汞高強(qiáng)度空心陰極燈，以氯化亞錫作還原劑，使溶液中的Hg2+還原成Hg 蒸汽后，由載氣導(dǎo)入預(yù)加熱200 ℃的石英原子化器中進(jìn)行冷蒸汽—原子熒光光譜法測(cè)定，測(cè)得汞含量。方法檢出限：0.000 3 μg∕g，測(cè)定范圍：0.001~6 μg∕g。以上實(shí)驗(yàn)在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院測(cè)試完成。
2.3 生物標(biāo)志化合物的實(shí)驗(yàn)方法
稱(chēng)取100 g 左右粉碎后樣品，以二氯甲烷為溶劑，使用索氏抽提器在60 ℃水浴條件下抽提至少8 h。用石油醚溶解沉淀濾去抽提物中的瀝青質(zhì)，然后用硅膠∕氧化鋁（3∶2）且底部填充少量脫脂棉的層析柱，依次用石油醚和石油醚加二氯甲烷（2∶1）淋洗得到飽和烴和芳烴。族組分分離后將飽和烴及芳烴轉(zhuǎn)移到進(jìn)樣瓶中。飽和烴樣品采用氘代正構(gòu)二十四烷作為內(nèi)標(biāo)，芳烴樣品采用氘代菲作為內(nèi)標(biāo)。
所用儀器為Agilent 6890GC-5975iMS 和Agilent 7890BGC-5977MS 色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀。進(jìn)樣口溫度300 ℃，載氣為He氣，載氣流速為1.0 mL∕min。進(jìn)樣方式為不分流進(jìn)樣。飽和烴色譜柱為HP-5 ms石英彈性毛細(xì)柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。芳烴色譜柱為HP-5 ms 石英彈性毛細(xì)柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）。飽和烴程序升溫：初溫為50 ℃，保留1 min，然后以20 ℃∕min的速度升至120 ℃，再以3 ℃∕min 升至310 ℃，保留20 min。掃描范圍為m/z50~570，檢測(cè)方式為全掃描。芳烴程序升溫：初溫為80 ℃，保留1 min，然后以3 ℃∕min的速度升至310 ℃，保留16 min。掃描范圍為m/z50~450，檢測(cè)方式為全掃描。質(zhì)譜離子源采用電子轟擊，電離電壓為70 eV，獲取數(shù)據(jù)方式為全掃描與選擇離子同時(shí)進(jìn)行。以上實(shí)驗(yàn)在中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試完成。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
3.1 TOC和TS的地層數(shù)據(jù)
在郝家溝剖面42~52 層中TOC 含量值出現(xiàn)了2 個(gè)顯著的峰值，分別位于42 層下部和44 層頂部（圖2）。臨近44~45層界線(xiàn)（即郝家溝組和八道灣組界線(xiàn)）處，TOC值快速升高，并隨后迅速降低，呈脈沖樣式。在緊鄰郝家溝組和八道灣組巖性地層界線(xiàn)的44層上部，發(fā)育較厚碳質(zhì)泥巖沉積，并且在頂部夾約20~30 cm厚的泥巖角礫層（圖2），礫石為桔紅色。而45 層頂部TOC 曲線(xiàn)略有寬緩升高約為背景值2 倍；再向上直到52層頂部呈現(xiàn)平緩低值。
在郝家溝剖面42~52層中TS地層數(shù)據(jù)曲線(xiàn)在43層頂部、44 層頂部和45 層頂部，以及51 層中上部有相應(yīng)高值，大于0.1%。其中，TS∕TOC數(shù)據(jù)在44層、45層和51 層三處比較高的峰值，達(dá)到0.2%至0.4%，其中51層整段有三個(gè)高值（圖2）。
3.2 Hg元素濃度地層數(shù)據(jù)
Hg 元素濃度地層曲線(xiàn)（圖2）呈現(xiàn)3 個(gè)主要的脈沖高值段，由下至上出現(xiàn)波峰信號(hào)的分別位于44層，47~48 層以及51 層頂部。在44 層與45 層界線(xiàn)之上含量曲線(xiàn)突然趨于平緩，僅Hg 含量在46 層頂至47層出現(xiàn)了極其短暫的高峰值，除此之外各項(xiàng)指標(biāo)的含量也基本處于較低的水平。整體來(lái)說(shuō)，Hg 元素濃度值與TOC和TS的對(duì)應(yīng)關(guān)系明顯，在Hg出現(xiàn)高峰值的層位，另外兩者在同一層位或者略有滯后，也出現(xiàn)了一定的波動(dòng)。
3.3 Hg/TOC值的地層數(shù)據(jù)
因?yàn)榈貙又蠬g 元素濃度對(duì)于沉積有機(jī)物有富集效應(yīng)，因此將其對(duì)TOC 做歸一化，結(jié)果得到Hg∕TOC 數(shù)值的地層曲線(xiàn)，能有效地反映大火成巖省侵位或者噴發(fā)活動(dòng)[27]。
Hg∕TOC 曲線(xiàn)有多個(gè)明顯的峰值，第1 個(gè)出現(xiàn)在42層中上部；第2個(gè)在43層上部；第3個(gè)峰值（命名為Pre-V）在44層非常明顯，可達(dá)背景值的10倍以上，同時(shí)對(duì)應(yīng)著顯著的TS∕TOC 的峰值（暗示著有一期強(qiáng)烈的幔源巖漿活動(dòng)）；前三個(gè)峰值總體上波峰都較為寬緩。第4個(gè)在峰值（命名為V1）出現(xiàn)在46~48層，其特點(diǎn)是具有兩個(gè)高而窄的峰組成，其中下窄峰極值略高于上窄峰，整個(gè)剖面中Hg∕TOC的最高值出現(xiàn)在此處（圖2）。再往上到49層上部第5個(gè)峰值（命名為V2），僅由1個(gè)窄峰組成，其特點(diǎn)與第4個(gè)峰值信號(hào)相似，為短暫脈沖，且是整個(gè)剖面次高的峰值。仔細(xì)觀(guān)察不難發(fā)現(xiàn)，V1 和V2 之間還有約為背景值2 倍的小峰值。第6個(gè)峰值出現(xiàn)在51層上部延續(xù)到52層。在第5與第6峰值之間，Hg∕TOC含量低且變化平緩。
3.4 PAHs的數(shù)據(jù)
全部樣品中均檢測(cè)到了菲、螢蒽、芘、苯并蒽、?、苯并螢蒽、苯并芘、茚并芘、苯并苝和暈苯（圖3）。本文主要選取了菲、螢蒽、芘、?、苯并螢蒽、苯并苝和暈苯七種標(biāo)志性化合物，它們的分子量從178 至300 依次遞增，苯環(huán)數(shù)也由三個(gè)增加到七個(gè)（圖3，4）。
圖3 郝家溝剖面PAHs 的總離子流圖Fig.3 The total ion current of PAHs at the Haojiagou section
該七種多環(huán)芳烴在剖面的地層中，呈現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)。即42~44層呈穩(wěn)定低值，在45~50層相對(duì)含量明顯升高，在51層之上又有明顯下降（圖4）。就均值來(lái)說(shuō)，菲由0.82 μg∕gTOC 上升至4.73 μg∕gTOC，螢蒽由0.65 μg∕gTOC 上升至2.19 μg∕gTOC，芘由0.65 μg∕gTOC上升至2.34 μg∕gTOC，?由0.33 μg∕gTOC上升至1.14 μg∕gTOC，苯并螢蒽由0.59 μg∕gTOC上升至1.26 μg∕gTOC，苯并芘由0.22 μg∕gTOC上升至0.85 μg∕gTOC，苯并苝由0.10 μg∕gTOC上升至0.41 μg∕gTOC，暈苯由0.02 μg∕gTOC上升至0.17 μg∕gTOC。
圖4 郝家溝剖面TJB 附近地層中燃燒來(lái)源的PAHs 含量分布圖Fig.4 Combustive-derived PAHs content distribution across the TJB at the Haojiagou section
將高于檢出限的12 種PAHs（三至七個(gè)苯環(huán)）相對(duì)含量相加之后，其地層中濃度含量變化趨勢(shì)與單一化合物的相似。在42~44層含量較低，到44~45層交界處PAHs含量值迅速上升，并保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，直到50層底部達(dá)峰值后，急劇下降（圖2）。
4 討論
4.1 野火事件頻率增加的證據(jù)
PAHs的成因已經(jīng)受到了比較廣泛的研究，既可以由自然野火中植被的不完全燃燒產(chǎn)生[28-29]，也可由成巖過(guò)程中的熱作用形成[30-32]。本剖面地層厚度約90 m，所以該段地層從底部到頂部，在成巖埋藏過(guò)程中遭受的熱作用相同，因此其地層中多環(huán)芳烴含量的顯著差異，主要反映地史時(shí)期中野火事件的記錄。
值得注意的是，這些PAHs相對(duì)含量的峰值層位不同，三環(huán)及四環(huán)的相對(duì)含量峰值出現(xiàn)在49~50 層，而五到七環(huán)的相對(duì)含量高值則出現(xiàn)在45~48層，呈現(xiàn)錯(cuò)峰現(xiàn)象（圖4）。環(huán)數(shù)更高的多環(huán)芳烴指示著更高的燃燒溫度，可知在45~48層比49~50層的野火溫度更高；另外，由Hg∕TOC 曲線(xiàn)最高值指示的大火成巖省噴發(fā)活動(dòng)的峰值（V1）層位也在45~48層（圖2），即大火成巖省活動(dòng)最劇烈時(shí)期，相應(yīng)地與距離大于4 000 km[33]外的、高緯度的準(zhǔn)噶爾盆地南緣，野火事件燃燒溫度達(dá)較高值相一致。
前人在郝家溝地區(qū)的研究表明[20]，植被類(lèi)型在44~45層處，即ETE層附近，發(fā)生了巨大的突變，其所指示的氣候類(lèi)型也發(fā)生轉(zhuǎn)變。根據(jù)現(xiàn)代大氣觀(guān)察數(shù)據(jù)，地表氣溫升高會(huì)導(dǎo)致對(duì)流層水分含量增加，云量增多；年平均氣溫每升高1 ℃，會(huì)導(dǎo)致雷電頻率增加約40%[34-35]，而雷電是野火的主要火源之一，綜合多環(huán)芳烴的含量變化，推斷在45~50層之間野火事件頻率顯著增加。
4.2 郝家溝剖面地球化學(xué)地層數(shù)據(jù)綜合對(duì)比
縱觀(guān)整個(gè)剖面（圖2），會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)特別的現(xiàn)象，45~50 層巖性的沉積正旋回變化速率明顯高于該剖面的其他層位。尤其在46 層、47 層和48 層不到10米厚的地層中，出現(xiàn)了三個(gè)礫巖—砂巖—泥巖的正旋回，而此層位與Hg∕TOC 峰值層位V1 峰相吻合。另外，整個(gè)研究剖面中Hg∕TOC 最高的3 個(gè)值都出現(xiàn)在45~50層的地層內(nèi)，而且有2個(gè)在46~48層范圍內(nèi)。在緊鄰V1 峰值之上地層，多環(huán)芳烴的含量明顯升高，且分別在47 層和49 層出現(xiàn)兩個(gè)峰值（圖4）。推測(cè)CAMP 活動(dòng)通過(guò)大氣循環(huán)帶來(lái)的Hg∕TOC 峰值，與環(huán)境改變?cè)斐傻囊盎痤l率增加事件，兩者具有明顯的相關(guān)性。綜合對(duì)比，可以看出地層中Hg含量較高的層位和PAHs 含量較高的層位具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但是，在45 層之下Hg 的峰值較為寬緩，在地層中呈現(xiàn)比45~50層中持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，推測(cè)該地層對(duì)應(yīng)的時(shí)期，大火成巖省侵位或者活動(dòng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，但是可能強(qiáng)度低。而對(duì)野火事件有指示作用的多環(huán)芳烴的高含量，在45層之下，顯示卻不明顯，雖然在45層之下的地層中，野外工作時(shí)肉眼可以識(shí)別的絲炭含量比在45~50層中豐富許多。在51層及其以上地層各地球化學(xué)指標(biāo)都快速地恢復(fù)到45 層之下的背景值水平。
45 層和51 層底部，有兩處該剖面上有機(jī)碳δ13C同位素地層曲線(xiàn)的負(fù)偏極值，與全球多處經(jīng)典剖面都可以進(jìn)行對(duì)比，例如奧地利Kuhjoch 的GSSP 和英國(guó)的St.Audrie’s Bay 的剖面，可知郝家溝剖面的45 層應(yīng)對(duì)比于ETE，而51 層應(yīng)對(duì)比于TJB（圖2，5），該對(duì)比在后文將詳細(xì)討論。
4.3 準(zhǔn)噶爾盆地三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交事件的全球?qū)Ρ?/h3>
4.3.1 郝家溝剖面與GSSP的對(duì)比
三疊系—侏羅系的GSSP 位于奧地利Kuhjoch的海相地層剖面，以菊石Psiloceras spelaeGuex 的trolicumHillebrandt & Krystyn 亞種的首現(xiàn)面來(lái)定義侏羅系底界[24,36]，即TJB。在菊石界線(xiàn)之下約0.5 m處則是孢粉組合Trachysporites?Heliosporites的兩個(gè)亞組的界線(xiàn)。在Kuhjoch 剖面侏羅系底界向下約6 m 處，是以三疊紀(jì)菊石Choristoceras marshi的絕滅為代表的ETE 界線(xiàn)（圖5），也是該剖面的地層中孢粉組合Rhaetipollis?Limbosporites與Rhaetipollis?Porcellispora的界線(xiàn)。
根據(jù)有機(jī)碳同位素和孢粉組合約束，郝家溝剖面ETE和TJB都可以與GSSP海相地層剖面上的進(jìn)行對(duì)比。在“首次碳同位素負(fù)偏”（initial CIE）和“主碳同位素負(fù)偏”（main CIE）之間，即ETE 與TJB 之間的層段，兩個(gè)對(duì)比剖面都可見(jiàn)到顯著的Hg∕TOC的異常高值（圖2，5）。郝家溝剖面在45層底部和51層底部的兩個(gè)碳同位素負(fù)偏峰，即為可分別與GSSP海相地層的“首次碳同位素負(fù)偏”和“主碳同位素負(fù)偏”對(duì)比。從而可以約束郝家溝剖面和奧地利GSSP 剖面的地層對(duì)比。
4.3.2 郝家溝剖面與其他國(guó)際典型TJB 剖面的對(duì)比
英國(guó)St.Audrie’s Bay 剖面是歐洲另一個(gè)研究較為深入的海相TJB 剖面，也曾是侏羅系底界GSSP 候選剖面之一。該剖面TJB 定義于菊石Psiloceras planorbis的首現(xiàn)面，與菊石Psiloceras spelae trolicum出現(xiàn)時(shí)間近同期（圖5）。而牙形石絕滅帶位于菊石Psilocera planorbis的首現(xiàn)面下7 m 處，推斷該層為ETE 層位[26]；值得注意的是，該層位也與蕨類(lèi)植物孢子的含量出現(xiàn)“脈沖式峰值（fern spike）”同步，該現(xiàn)象與郝家溝剖面上45 層開(kāi)始有蕨類(lèi)植物含量激增相一致[20]。郝家溝剖面TJB 可以與該海相地層剖面進(jìn)行對(duì)比，在首次碳同位素負(fù)偏和主負(fù)偏之間，即ETE 與TJB 之間的層段，兩個(gè)對(duì)比剖面都可見(jiàn)到顯著的Hg∕TOC的異常高值（圖5）。
圖5 郝家溝剖面TJB 地層與GSSP 及全球其他典型剖面對(duì)比圖Fig.5 Stratigraphic correlation of the TJB at the Haojiagou section with those of GSSP and other typical sections globally
早在上世紀(jì)五十年代，關(guān)于TJB附近地層中野火事件的記錄，在格陵蘭、英格蘭和威爾士[37-38]就有相關(guān)報(bào)道，以地層中保存大量良好的絲炭為證據(jù)。近年來(lái)，在波蘭的南部[39]、瑞典和丹麥的煤系地層[40]和中國(guó)四川盆地[11]的TJB 地層中，都有PAHs 豐度異常高值的報(bào)道；而在東格陵蘭[41]和波蘭南部下侏羅統(tǒng)底部[39,42]，有相應(yīng)地層中絲炭記錄的報(bào)道。
國(guó)際上其他幾個(gè)典型的TJB 剖面（例如，丹麥的Stenlille-1 巖心數(shù)據(jù)、美國(guó)New York Canyon 剖面、格陵蘭Astartekloft 剖面）也有類(lèi)似現(xiàn)象，郝家溝剖面可以與之在ETE 和TJB 之間的層段都有很好的對(duì)比（圖5）。非常有趣地是，在來(lái)自丹麥的研究剖面，淺海相夾局限的潟湖相沉積，其TJB 以特征孢粉為約束（巖心中未發(fā)現(xiàn)菊石化石）。如Cerebropollenites thiergartii的首現(xiàn)附近的野火記錄有燃燒溫度較高的特征，但是在過(guò)了TJB 之上，以至于延續(xù)到上Sinemurian 階，野火發(fā)生的頻率似乎增加了，發(fā)生野火的最高溫度卻低了，僅僅為地面火（約300 ℃）或者地表火（約600 ℃），不再發(fā)生冠層火（≥800 ℃）[40]，這種現(xiàn)象與郝家溝剖面看到現(xiàn)象一致（圖2，5）。總之，ETE發(fā)生后的初期，野火溫度較高；后期接近TJB以及其上地層的野火溫度相對(duì)之前降低。除ETE與TJB之間層段外，其下、上的地層中也有由PAHs記錄的野火事件[11,37-40]。另外，有個(gè)看似矛盾，但相當(dāng)普遍的現(xiàn)象值得未來(lái)工作留意，即如果野火多，該有絲炭和PAHs。但似乎是PAHs 高值處，并未有很多絲炭的記錄[10-12]，郝家溝剖面也有類(lèi)似現(xiàn)象。
從全球的視角看，除了中國(guó)四川以外，以上地區(qū)都接近CAMP 爆發(fā)的區(qū)域。由地層中絲炭含量對(duì)巖石質(zhì)量做歸一化的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示格陵蘭等地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了古火災(zāi)的證據(jù)，TJB界線(xiàn)上野火發(fā)生的頻率顯著增加[10]。在TJB 臨近地層中Hg∕TOC 值升高，且其峰值與CAMP玄武巖大量噴發(fā)的時(shí)期相對(duì)應(yīng)[27]，并與古野火頻率的增加相關(guān)。
5 CAMP對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響及同期野火事件全球性的探討
CAMP 如何深刻地影響陸地生態(tài)系統(tǒng)研究還比較初步，尚不充分。例如，蕨類(lèi)植物的脈沖式峰值（fern spike）和蕨類(lèi)孢子的暗黑帶（dark zone）現(xiàn)象，目前的研究解釋為酸雨腐蝕導(dǎo)致[43]；陸地植被面貌的變遷，可能不僅是CO2升高能造成的，SO2氣溶膠和有毒的PAHs可能起到了關(guān)鍵性作用，并與動(dòng)物的絕滅關(guān)系密切。該時(shí)期的野火記錄表明ETE-TJB 期間大氣中氧氣濃度大于野火燃燒下限15%[39]。郝家溝剖面ETE至TJB地層的野火記錄，也印證了當(dāng)時(shí)大氣中氧氣濃度在15%以上。野火事件持續(xù)地發(fā)生，表明大氣未發(fā)生明顯的缺氧現(xiàn)象，因此同期海洋沉積中的缺氧記錄，推斷不是由大氣缺氧所導(dǎo)致。根據(jù)目前的數(shù)據(jù)推斷CAMP 噴發(fā)，對(duì)于全球氣候和環(huán)境產(chǎn)生了直接影響，在環(huán)境的壓力下使得野火發(fā)生頻率增高。但是野火事件頻率增加過(guò)程是否也疊合了天文周期旋回對(duì)氣候的影響因素，需要未來(lái)進(jìn)一步工作驗(yàn)證。
在郝家溝剖面的44 層上部，早于ETE 層位有Hg∕TOC異常高值（即Pre-V），可能對(duì)應(yīng)CAMP的早期侵位，并且也可與全球多個(gè)剖面對(duì)比[33]。文獻(xiàn)報(bào)道很多剖面上，也同樣有該Hg∕TOC 異常峰值（即Pre-V）（圖5）。中大西洋火成巖省的直接作用區(qū)集中在現(xiàn)今南美洲北部、非洲西北部和北美洲東部地區(qū)，但其影響可達(dá)全球規(guī)模。在南美洲西北部秘魯?shù)腜ucara盆地的三疊紀(jì)系—侏羅系，有多層中大西洋火成巖省的火山灰層的記錄[44]。在美國(guó)內(nèi)華達(dá)洲的海相TJB附近，觀(guān)測(cè)到了異常高濃度的地幔來(lái)源的汞元素豐度[27]，表明中大西洋火成巖省影響的規(guī)模可達(dá)泛大洋西岸地區(qū)。
總之，在準(zhǔn)噶爾盆地南緣郝家溝剖面，同一個(gè)剖面上高分辨率的、綜合性的地球化學(xué)地層曲線(xiàn)，有力地說(shuō)明了CAMP 噴發(fā)的主期次與野火事件頻率的增加、陸相有機(jī)碳同位素的負(fù)向偏移、以及植被突然地由裸子替換為蕨類(lèi)植物，四者在時(shí)間上具有同期性。因此，ETE到TJB持續(xù)的時(shí)間段，全球性的氣候、陸地植物生態(tài)系統(tǒng)和大氣中的碳同位素都有強(qiáng)烈地波動(dòng)，也為未來(lái)進(jìn)一步探索全球性的海、陸耦合作用提供了獨(dú)一無(wú)二的地質(zhì)窗口。
6 結(jié)論
（1）與三疊系—侏羅系GSSP等時(shí)的地層界線(xiàn)進(jìn)行了對(duì)比，確定在新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣郝家溝剖面上，與全球性的ETE 事件等時(shí)的地層界線(xiàn)應(yīng)位于45層底部附近，TJB界線(xiàn)應(yīng)位于51層底部附近。
（2）在新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣郝家溝剖面上，在ETE與TJB之間的地層存在燃燒成因的PAHs含量的異常高值，并且與地層中指示CAMP 侵位或噴發(fā)的Hg∕TOC 高峰值很好地對(duì)應(yīng)，兩者同期或準(zhǔn)同期發(fā)生。
（3）推斷CAMP的侵位或噴發(fā)，與野火事件頻率快速地升高具有因果關(guān)系，但并非火源直接點(diǎn)燃關(guān)系，而是CAMP 的侵位或噴發(fā)直接影響到全球的氣候?qū)е?，其影響范圍遠(yuǎn)超出CAMP 活動(dòng)區(qū)以外；因此ETE與TJB之間時(shí)段短暫地野火頻率增高事件，可能為全球性事件。
致謝 感謝中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室朱雷、張劍鋒和李天天，在樣品測(cè)試過(guò)程中的幫助與支持。
