四川盆地須家河組諾利—瑞替期之交氣候變遷及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制

關(guān)鍵詞 晚三疊世；須家河組；古氣候；風(fēng)化指數(shù)；四川盆地

0 引言

在晚三疊世諾利—瑞替期之交（Norian-Rhaetiantransition，NRT），古環(huán)境發(fā)生了顯著變化[1?2]，同時(shí)生物滅絕和更替也更加頻繁[3?4]。然而，NRT時(shí)期生物滅絕和更替的原因仍然具有爭議[4?6]。同時(shí)期的火山活動(dòng)（如Angayucham大火成巖省爆發(fā)）被認(rèn)為是導(dǎo)致NRT時(shí)期生物滅絕的主要原因[2，4]，大規(guī)模的火山活動(dòng)釋放的大量溫室氣體，會導(dǎo)致全球溫度上升，甚至出現(xiàn)極端氣候，最終可能導(dǎo)致NRT 時(shí)期的生物危機(jī)[7?10]。

上述觀點(diǎn)主要來自于NRT 時(shí)期的海相地層記錄，卻極少涉及陸相地層。研究表明陸相地層也能夠有效記錄地質(zhì)事件過程中的古氣候—環(huán)境變遷，如二疊紀(jì)末生物大滅絕事件[11]。四川盆地位于中國西南地區(qū)，發(fā)育了上三疊統(tǒng)—第四系陸相地層[12]，其中上三疊統(tǒng)須家河組發(fā)育連續(xù)的諾利—瑞替階地層[2，13]。此外，四川盆地記錄到了諾利—瑞替期有機(jī)碳同位素的多期次波動(dòng)和汞（Hg）元素的濃度異常，表明四川盆地在此時(shí)期可能受到火山作用影響，并導(dǎo)致古氣候—環(huán)境發(fā)生了明顯變化[2]。然而，前人對四川盆地須家河組諾利—瑞替期的古氣候重建工作主要集中于古植物、沉積學(xué)研究和碳同位素研究[2?3，14?16]，而缺乏元素地球化學(xué)證據(jù)，從而限制了對四川盆地NRT時(shí)期氣候變化的精確認(rèn)識以及不同研究方法之間的相互比較。

本文以四川盆地須家河剖面為研究對象，對研究剖面的須家河組巖石樣品進(jìn)行了主微量元素分析，并利用相關(guān)元素地球化學(xué)指標(biāo)，重建了四川盆地NRT時(shí)期的古氣候記錄，并討論了其可能的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，為探討NRT時(shí)期生物滅絕和更替的原因提供啟示。

1 地質(zhì)背景

四川盆地位于華南板塊西北部，是大型的陸相含油氣盆地[17?18]。盆地內(nèi)發(fā)育一套元古代至中三疊世的海相碳酸鹽巖[19]，上覆上三疊統(tǒng)至第四系陸相地層[12]。中三疊統(tǒng)與上三疊統(tǒng)之間的不整合，標(biāo)志著華南板塊西緣逐步由被動(dòng)大陸邊緣向前陸盆地轉(zhuǎn)換[19]，地勢由西高東低變?yōu)闁|高西低，海水從盆地西緣退出，碳酸鹽巖臺地階段結(jié)束[20?21]。四川盆地在晚三疊世時(shí)期處于特提斯東緣[22]，而現(xiàn)在盆地東面和南面為滇黔川鄂臺褶帶，西面為松潘—甘孜褶皺帶和龍門山斷褶帶，北面為米倉山隆起和秦嶺斷褶系[23]（圖1）。

四川盆地上三疊統(tǒng)發(fā)育馬鞍塘組、小塘子組和須家河組。有學(xué)者將小塘子組等同于須家河組一段[17，24]，主要由砂巖和泥巖夾層為主的河流相、湖泊相和沼澤相地層組成[17]。前人對須家河組的劃分提出過多種不同的方案，最少的將其劃分為四段，最多的則將其劃分為七段[25?27]。本文使用夏宗實(shí)等[28]采用的地層劃分方案，自下而上將須家河組分為須一段至須六段，其中須一段、須三段、須五段以灰色泥巖為主，伴有豐富的植物化石和煤層，沉積相主要為湖泊相或沼澤相；須二段、須四段、須六段以粗粒砂巖為主，沉積相主要為河流相[18]。

此次研究的須家河剖面，位于廣元市東北方向4.5 km 處的須家河村（圖1）。剖面的～110.8 m至～115 m、～118.6 m 至～120.6 m 為泥灰質(zhì)粉砂巖，～104.4 m 至～106.5 m、～114.9 m 至～118.6 m 為細(xì)砂巖，塊狀粗砂巖主要位于～124.2 m至～137.5 m[2]，見圖2[2，4，13?14，29]。同時(shí)剖面中識別出兩套煤層，分別為M1、M2；其中M1位于～104.4 m處，M2位于～123.5 m處，兩者厚度約為10 cm?；诤谔佳芯?，發(fā)現(xiàn)M2記錄有低溫成因的古野火事件[2]（圖2）。Jin et al.[2]還識別出至少四次有機(jī)碳同位素負(fù)漂并能夠進(jìn)行全球?qū)Ρ纫约叭喂馗患膶游唬▓D2）。Jin et al.[2]認(rèn)為須家河剖面中碳同位素負(fù)漂和汞元素富集可能與同時(shí)期的Angayucham大火成巖省爆發(fā)有關(guān)，但不排除區(qū)域長英質(zhì)火山活動(dòng)的影響。

2 諾利—瑞替階界線（Norian?RhaetianBoundary，NRB）研究

瑞替期持續(xù)的時(shí)間一直存在爭議，有長瑞替期和短瑞替期兩種觀點(diǎn)[30?32]，這種差異在很大程度上是由NRB的生物地層標(biāo)準(zhǔn)的不同所引起的[32]。短瑞替期持續(xù)時(shí)間為～4 Myr，其底界以牙形石Mi.posthernsteini sensu stricto首現(xiàn)為標(biāo)志[30?32]。諾利—瑞替階的生物地層標(biāo)準(zhǔn)可與Newark盆地磁極性序列（國際標(biāo)準(zhǔn)磁極性序列）相對應(yīng)，得出瑞替階底界為205.7 Ma[30?31]（即短瑞替期）。此外，Maron et al.[29]還在意大利Pignola-Abriola剖面中提出了一個(gè)化學(xué)地層標(biāo)準(zhǔn)（即NRB 處存在一個(gè)δ13Corg 負(fù)漂，偏移幅度約6‰）且該標(biāo)準(zhǔn)可與Newark 磁極性序列E20r（處于205.7 Ma 位置）相對應(yīng)。長瑞替期持續(xù)時(shí)間為～8 Myr，其底界以牙形石Mi. posthernsteini sensu lato首現(xiàn)為標(biāo)志[32?34]。在奧地利Steinbergkogel剖面，其磁極性序列E3r和諾利—瑞替階的生物地層標(biāo)準(zhǔn)可與Newark盆地磁極性序列E16r相對應(yīng)，從而得出瑞替階底界為209.5 Ma[34]（即長瑞替期）。Li et al.[13]在四川盆地須家河剖面進(jìn)行了旋回地層學(xué)和磁性地層學(xué)研究，其能夠與Newark磁極性序列和意大利Pignola-Abriola 剖面的磁極性序列相對應(yīng)[13，29，31]?；诖耍琇i et al.[13]將NRB限制在～135 m處。而根據(jù)海相諾利—瑞替期碳同位素波動(dòng)特征和古生物化石組合[4]，Jin et al.[2]將NRB限制在～129.5 m處，并依據(jù)Li et al.[13]的數(shù)據(jù)，計(jì)算出研究剖面的沉積時(shí)間跨度為～206 Ma至～205.7 Ma（圖2）。

3 樣品采集和分析方法

在須家河剖面，以不超過2 m的間隔距離在諾利—瑞替階采集了34 件樣品，用于主微量元素測試。首先用銼刀處理樣品，去除表面灰塵和風(fēng)化部分，然后用去離子水沖洗，再將樣品放在50 ℃的烤箱中烘干8 h，最后用瑪瑙缽研磨成粉至200 目以下。樣品制備在成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院完成。

34件樣品的主、微量元素分析在中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所完成。首先將大約0.6克樣品粉末與6克干式四硼酸鋰（Li2B4O7）充分混合，在1 000 ℃下熔融5 min，融成玻璃微珠，然后使用X射線熒光光譜儀（WD-XRF; PANalytical， Ea Almelo， The Netherlands）掃描玻璃微珠，分析精度優(yōu)于2％。使用了兩個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)（GSS-8和GSD-12）。樣品主量元素、微量元素的測試分析結(jié)果分別見表1、2，其中K、Al、Zn、Ni、Rb元素含量引自文獻(xiàn)[2]。

4 測試結(jié)果與分析

4.1 主微量元素含量

須家河剖面須家河組樣品主、微量元素含量表見表1、2。其中，諾利末期（剖面：105.5～129.5 m）樣品SiO2 的含量介于37.93%～80.8%（平均值為56.62%）；Al2O3的含量介于5.49%～19.95%（平均值為12.71%）；Fe2O3的含量介于1.67%～7.70%（平均值為4.32%）；MgO 的含量介于0.62%～4.45%（平均值為2.35%）；CaO 的含量介于0.27%～24.69%（平均值為8.26%）；Na2O 的含量介于0.62%～1.24%（平均值為0.86%）；K2O 的含量介于1.13%～4.17%（平均值為2.59%）；Rb的含量介于46.84～231.51 ug/g（平均值為116.47 ug/g）；Sr的含量介于39.62～304.75 ug/g（平均值為127.22 ug/g）。

NRB時(shí)期（剖面：129.5～135 m）樣品SiO2的含量介于61.47%～66.45%（平均值為63.82%）；Al2O3的含量介于7.74%～8.53%（平均值為8.03%）；Fe2O3的含量介于2.83%～3.55%（平均值為3.13%）；MgO的含量介于1.25%～2.44%（平均值為1.87%）；CaO的含量介于7.35%～10.13%（平均值為8.62%）；Na2O的含量介于1.04%～1.21%（平均值為1.15%）；K2O 的含量介于1.84%～2.00%（平均值為1.90%）；Rb 的含量介于59.91～70.18 ug/g（平均值為64.00 ug/g）；Sr的含量介于116.07～132.69 ug/g（平均值為122.61 ug/g）。由于瑞替早期樣品數(shù)量過少（圖2），此階段的古氣候變化在本文不做討論。

4.2 化學(xué)風(fēng)化指標(biāo)對古氣候的指示

根據(jù)風(fēng)化物質(zhì)的化學(xué)成分，化學(xué)風(fēng)化指標(biāo)可用來量化風(fēng)化程度，主要用于示蹤古氣候記錄[35?38]。本文總結(jié)了常見的化學(xué)風(fēng)化指標(biāo)，并列出了詳細(xì)的計(jì)算公式（表3）[35?36，39?44]。這些指標(biāo)涉及不同的元素，因此可以綜合對比討論化學(xué)風(fēng)化對沉積物成分的影響[45]。例如，鉀交代作用對化學(xué)蝕變指數(shù)（CIA）影響很大，但對化學(xué)風(fēng)化指數(shù)（CIW）沒有影響[39]；Na消耗指數(shù)（τNa）對沉積再旋回和分選導(dǎo)致的石英富集十分靈敏，但這通常不影響CIA值[45?46]。須家河組NRT時(shí)期的四個(gè)代表性風(fēng)化指標(biāo)：CIA、CIW、斜長石蝕變指數(shù)（PIA）、硅鋁比指數(shù)（R）在地層垂向上的變化趨勢如圖2所示。

研究表明，高CIA值（80～100）指示炎熱潮濕氣候條件下強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化作用；中等CIA值（70～80）反映溫暖潮濕的氣候條件下中等化學(xué)風(fēng)化作用；較低的CIA值（50～70）指示寒冷干燥氣候條件下較弱的化學(xué)風(fēng)化作用[36，47?48]。Ruxton[35]提出了一種簡單的風(fēng)化指數(shù)，Chittleborough[49]將其稱為Ruxton 比（R），Ruxton[35]認(rèn)為R最適用于均勻酸性到中性母巖的風(fēng)化剖面，風(fēng)化過程中Al2O3含量恒定，并產(chǎn)生高嶺土風(fēng)化產(chǎn)物。R將硅損失量與全元素?fù)p失量聯(lián)系起來，當(dāng)R大于10時(shí)，表明母巖基本沒有受到風(fēng)化作用，R值等于0時(shí)，表明母巖受到劇烈的風(fēng)化作用[35]。本次研究的樣品受到了K交代作用的影響（詳情見5.1.1），因此有必要對CIA進(jìn)行K校正（用CIAcorr表示K校正后的CIA）。諾利末期（剖面：105.5～129.5 m），CIAcorr（58～81）和R 值（3.8～16.9）的平均值分別為73、8.2，表明研究區(qū)此時(shí)整體上受到了中等強(qiáng)度的化學(xué)風(fēng)化作用，氣候條件為溫暖濕潤氣候；在NRB時(shí)期（剖面：129.5～135 m），CIAcor（r 59～64）和R值（13.1～13.9）的平均值分別為61和13.5，表明研究區(qū)在該時(shí)期受到較弱的化學(xué)風(fēng)化作用，存在降溫趨勢。

4.3 微量元素對古氣候指示

Long et al.[50]提出Rb/Sr值可以用來反映風(fēng)化作用的程度。大多數(shù)巖石的Rb/Sr比值隨化學(xué)風(fēng)化程度的增加而增大。這是因?yàn)镽b+是一種堿性微量元素，相對于選擇性浸出的Sr2+，它仍然保留在風(fēng)化后的巖石中[44，51]。因此，可以利用Rb/Sr比值來評價(jià)源區(qū)化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度：Rb/Srgt;1指示化學(xué)風(fēng)化程度較高；Rb/Srlt;1指示化學(xué)風(fēng)化程度中—低[52]。諾利末期樣品（剖面：105.5～129.5 m）的Rb/Sr值介于0.2～2.6，平均值為1.2，表明該時(shí)期總體風(fēng)化程度較高；在NRB時(shí)期（剖面：129.5～135.0 m）Rb/Sr 比值集中在0.5～0.6，平均值為0.5，指示較低的風(fēng)化程度。此外，沉積物中Ti元素含量的變化能夠反映陸源物質(zhì)的輸入程度，Ti含量越高反映陸源物質(zhì)越豐富，指示一種溫暖濕潤的氣候條件[53?54]。圖2中可以看出Ti含量變化所指示的氣候狀況與前文分析的氣候變化趨勢一致。

樣品在剖面的105.5 m、110.7～122.8 m、119.0 m、123.2～124.4 m、137.7 m 處CIA 和Rb/Sr 值相對較高，R值相對較低；在106.6～108.0 m、115.3～116.6 m、121.5 m、126.4～134.5 m處CIA和Rb/Sr值相對較低，R值相對較高（表4）。結(jié)合前文分析，認(rèn)為NRT時(shí)期古氣候頻繁波動(dòng)，存在溫暖潮濕氣候和涼爽干燥氣候交替出現(xiàn)的現(xiàn)象（圖2）。

5 討論

5.1 化學(xué)風(fēng)化指標(biāo)的適用性分析

本次研究所使用的風(fēng)化指標(biāo)有CIA、CIW、PIA、R等（表3）。然而，沉積后成巖蝕變、沉積再旋回以及水動(dòng)力分選都會對樣品的化學(xué)成分產(chǎn)生影響[40，45，55?56]。因此，有必要對化學(xué)風(fēng)化指標(biāo)的適用性進(jìn)行評估。

5.1.1 沉積后成巖蝕變對樣品的影響

沉積后成巖蝕變會改變沉積物的主要化學(xué)成分，從而影響化學(xué)風(fēng)化指標(biāo)的真實(shí)性，因此需要評價(jià)其對樣品的影響[57]。如果僅巖石成分是風(fēng)化的控制因素，樣品的風(fēng)化趨勢應(yīng)平行于A-CN-K 圖中的A-CN界線[37，44，52，58]。然而，所研究的樣品略微偏向K頂點(diǎn)（圖3a[59]），表明存在K交代作用[40，58]。富鉀孔隙水和黏土礦物在沉積后成巖作用過程中，會使樣品富集K2O，從而導(dǎo)致CIA值偏低[40]。因此，需要對CIA進(jìn)行K校正[57]。本文利用Panahi et al.[60]提出的方法校正CIA：

式中：K2O*是指發(fā)生K交代作用前沉積物中K2O的含量，m代表母巖中K2O的比例。前人研究認(rèn)為晚三疊世四川盆地物源為南秦嶺造山帶[61?62]，因此母巖中各元素含量取自南秦嶺上地殼巖石中各元素的平均含量[59]。

因?yàn)镃IW、PIA指標(biāo)不受K交代作用的影響[39?40]，因此可以用CIW和PIA值來檢驗(yàn)CIAcorr值[57]，CIAcorr與CIW（r2=1）、PIA（r2=0.998 7）之間都具有很強(qiáng)的相關(guān)性（圖4a，b），表明K校正消除了K交代作用帶來的影響。

5.1.2 沉積再旋回和水動(dòng)力分選（巖性差異）對樣品的影響

再旋回的原巖在被二次風(fēng)化后，會使CIA值偏大，因此不能準(zhǔn)確地指示古氣候和源區(qū)風(fēng)化程度[43，46，55，63]。Cox et al.[43]提出了成分變異指數(shù)（ICV），可以用來評估碎屑巖的成分成熟度，從而判斷巖石序列是首次沉積的產(chǎn)物還是源于再旋回的沉積物：ICVgt;1，表明沉積物中含有很少的黏土礦物，屬于構(gòu)造活動(dòng)背景下的初始沉積[55，64]；ICVlt;1，則表明沉積物中含有大量的黏土礦物，代表其可能在初始沉積條件下經(jīng)歷了較強(qiáng)烈的風(fēng)化作用或經(jīng)歷了再旋回沉積作用[55，65]。從圖3b中可以看出大部分樣品的ICVgt;1，表明沉積物整體屬于構(gòu)造活動(dòng)背景下的初始沉積，受到較弱的沉積再旋回作用的影響。此外，四川盆地上三疊統(tǒng)為泥炭沼澤—陸相湖泊—河流沉積序列[66]，下伏地層為元古代—中三疊世海相碳酸鹽巖[19]。因此，下伏地層不太可能為盆地提供再旋回硅質(zhì)碎屑物質(zhì)。綜上，沉積再旋回作用對四川盆地晚三疊沉積體系影響不大。

沉積物在搬運(yùn)過程中可能受到水動(dòng)力分選作用，使得黏土礦物及云母類礦物富集于細(xì)粒沉積物中，而石英、長石和鋯石等礦物富集于粗粒沉積物中[45?46]。礦物在不同粒級沉積物中富集導(dǎo)致化學(xué)元素也呈現(xiàn)類似規(guī)律，Si和高場強(qiáng)元素（U、Th、Zr、Hf）趨于富集在石英和重礦物中，大部分主微量元素則趨于富集在細(xì)粒沉積物中[67]，從而影響化學(xué)風(fēng)化指數(shù)。在相同風(fēng)化條件下，細(xì)粒沉積物比粗粒沉積物具有更高的CIA值[68]。Al/Si比值可作為碎屑巖粒度（巖性）和水動(dòng)力分選的指標(biāo)[69?70]，此次樣品其變化范圍為0.1～0.5。損失化學(xué)風(fēng)化指數(shù)（LCWP）和τNa是基于分選敏感元素Zr 和Ti 計(jì)算的風(fēng)化指數(shù)[45]，與Al/Si存在弱相關(guān)性（圖3c，d）。因此，在研究區(qū)沉積物的形成過程中，巖性差異對樣品的影響較弱。

綜上，分析了沉積后成巖蝕變、沉積再旋回以及水動(dòng)力分選對樣品的影響后，表明本文的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可用于反映物源區(qū)的化學(xué)風(fēng)化程度和古氣候。此外，大多數(shù)風(fēng)化指標(biāo)（CIW、PIA、R、LCWP）與CIAcorr都具有良好的相關(guān)性（圖4），指示這些指標(biāo)均適用于指示須家河組沉積巖的源區(qū)化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度[71]。

5.2 NRB 時(shí)期全球降溫事件

本文系統(tǒng)地研究了須家河組NRT時(shí)期的主、微量元素，并運(yùn)用元素地球化學(xué)指標(biāo)重建了特提斯東緣四川盆地廣元地區(qū)須家河組NRT時(shí)期的古氣候，即在諾利末期CIAcorr、Rb/Sr相對較高，R值相對較低（平均值分別為73.0、1.2、8.2），而NRB 時(shí)期CIAcorr、Rb/Sr相對較低，R值相對較高（平均值分別為61.0、0.5、13.5），揭示了諾利末期溫暖潮濕的氣候條件和NRB存在的一次降溫事件（詳情見3.2、3.3）。本次降溫事件可能是全球性的，且能夠被同位素地球化學(xué)（牙形石δ18O）、古植物學(xué)及沉積學(xué)的證據(jù)所支持[3，5，16，72?73]。

5.2.1 同位素地球化學(xué)證據(jù)

Trotter et al.[5]利用牙形石的氧同位素?cái)?shù)據(jù)定量化分析諾利—瑞替期的古海水溫度，從而判別當(dāng)時(shí)西特提斯地區(qū)該時(shí)期的古氣候狀況。其在意大利Lagonegro 盆地的中—上諾利階（Alaunian-Sevatian）界線附近發(fā)現(xiàn)了牙形石氧同位素的一次大幅度負(fù)偏，估計(jì)當(dāng)時(shí)的表層海水溫度上升了大約7 ℃（變暖事件W3），而后溫度逐漸緩慢下降直到諾利階和瑞替階界線的附近，反映了短暫的降溫事件（圖5）[2，4?5，13，29，34，74?77]。同樣，來自加拿大Cordillera地區(qū)的牙形石氧同位素?cái)?shù)據(jù)顯示中—上諾利階界線附近表層海水溫度可達(dá)35 ℃，支持了諾利中—晚期氣候條件較熱的觀點(diǎn)[78]。

5.2.2 古植物學(xué)證據(jù)

中生代大多數(shù)蕨類植物生長在沼澤、河岸、林下等溫暖潮濕的氣候環(huán)境下[79]，而大多數(shù)蘇鐵類植物能夠適應(yīng)干旱的氣候條件[80]。此外，銀杏樹和針葉樹都屬于落葉喬木，通常分布于相對干燥的溫帶地區(qū)，具有較強(qiáng)的抗寒能力[3]。Li et al.[15]在四川盆地合川地區(qū)須家河組進(jìn)行了孢粉學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)晚三疊世植被經(jīng)歷了由低地蕨類林向喬木較多的混合林的變化（蕨類逐漸被銀杏、針葉植物及蘇鐵類植物取代），反映了晚三疊世早期的氣候條件相對溫暖濕潤，而諾利末期至瑞替期總體呈降溫干燥趨勢。此外，Lu et al.[3]在川東北七里峽剖面上三疊統(tǒng)須家河組一段中發(fā)現(xiàn)的植物化石以Dictyophyllum、Clathropteris 及Cladophlebis 等蕨類植物為主，到了須家河組二段蕨類植物則被已適應(yīng)干旱環(huán)境的Neocalamites 所取代，成為該時(shí)期植物群落的優(yōu)勢種，Lu et al.[3]認(rèn)為晚三疊世的古氣候總體為溫暖濕潤，但在NRB時(shí)期出現(xiàn)了短暫的涼爽干燥的氣候環(huán)境。在古植物的研究中，化石木Xenoxylon 的出現(xiàn)是涼爽氣候條件的標(biāo)志[14，81?82]，川西北須家河組二段中化石木Xenoxylon（圖2）的發(fā)現(xiàn)也佐證了NRB 時(shí)期涼爽的氣候特征[14]。同樣，Li et al.[16]對四川盆地宣漢地區(qū)須家河組（諾利—瑞替階）進(jìn)行了詳細(xì)的孢粉研究，發(fā)現(xiàn)諾利晚期至NRB 時(shí)期蕨類占比從～50%急劇下降到～30%，而針葉樹和蘇鐵/銀杏類占比分別上升了～15%和～10%，揭示NRB時(shí)期存在降溫事件。

5.2.3 沉積學(xué)證據(jù)

Berra et al.[72?73]發(fā)現(xiàn)特提斯西緣阿爾卑斯山脈中部的上三疊統(tǒng)沉積序列在NRB附近突然從碳酸鹽沉積向細(xì)粒硅質(zhì)碎屑沉積轉(zhuǎn)變，且伴隨著早期白云石化作用的終止，Berra et al.[72?73]將其歸因于全球降溫導(dǎo)致的海平面迅速下降，如圖5所示[77]（以長瑞替期為時(shí)間軸）。此外，Lu et al.[3]在特提斯東緣四川盆地七里峽剖面須家河組（諾利—瑞替階）進(jìn)行了沉積特征分析，認(rèn)為須一段主要為泥巖和頁巖（占94.4%），屬于溫暖氣候條件下的潟湖相和泥炭沼澤相，而上覆須二段底層為中—細(xì)粒的長石砂巖，可能為涼爽干燥氣候背景下的河口灣相。因此基于沉積學(xué)證據(jù)，Lu et al.[3]推測NRB時(shí)期存在短暫的降溫事件。

5.3 NRT 時(shí)期的古氣候驅(qū)動(dòng)機(jī)制探討

5.3.1 超級季風(fēng)

本次運(yùn)用化學(xué)風(fēng)化指標(biāo)（如：CIAcorr、CIW、PIA、R、Rb/Sr、Ti等）揭示了四川盆地須家河組NRT時(shí)期的古氣候演化特征。在此期間風(fēng)化指標(biāo)數(shù)值呈高低交互出現(xiàn)，反映氣候波動(dòng)頻繁，存在溫暖潮濕氣候和涼爽干燥氣候交替出現(xiàn)的現(xiàn)象（圖2，5），其可能與晚三疊世盛行于泛大陸上的超級季風(fēng)有關(guān)。Olsen etal.[83]分析了Newark超群6 700 m（持續(xù)時(shí)間～33 Ma）的巖心，揭示了季風(fēng)的各種周期性變化。最小有0.2～0.3 mm的微層理，呈現(xiàn)暗色和淺色互層，是季風(fēng)氣候的年紋層，其中較大的沉積韻律可相當(dāng)于季風(fēng)兩萬年的歲差周期[83]。本次研究剖面時(shí)間尺度為～0.3 Ma，這種較短時(shí)間尺度內(nèi)的干濕交替，季風(fēng)可能呈現(xiàn)相當(dāng)于萬年的歲差周期。晚三疊世泛大陸聚合，古氣候帶呈帶狀分布[84]，季風(fēng)環(huán)流增強(qiáng)[85?89]，導(dǎo)致氣候波動(dòng)頻繁[90?91]。同時(shí)，四川盆地晚三疊世的風(fēng)暴沉積[87]、植物化石[3]和樹木年輪[92]的研究結(jié)果也一致表明，我國中緯度地區(qū)晚三疊世為季風(fēng)性氣候，且為受季風(fēng)驅(qū)動(dòng)的高能量海—陸相環(huán)境。此外，西特提斯地區(qū)意大利[73]、匈牙利[93]、瑞典[94]以及南半球澳大利亞[95]的古氣候研究，表明晚三疊世巨型季風(fēng)達(dá)到頂峰，且控制了整個(gè)泛大陸和特提斯沿岸的氣候循環(huán)。季風(fēng)性氣候容易形成干—濕交替的循環(huán)氣候[88，92]，在季風(fēng)增強(qiáng)的過程中會帶來特提斯洋和泛大洋的豐富水分，導(dǎo)致泛大陸和特提斯沿岸氣候濕潤，反之季風(fēng)減弱則會導(dǎo)致氣候較為干旱[57]。因此，本文認(rèn)為晚三疊世的超級季風(fēng)可能對NRT時(shí)期全球氣候波動(dòng)產(chǎn)生了重要的影響[96?97]，且可能導(dǎo)致了NRB 時(shí)期的降溫事件。

5.3.2 火山活動(dòng)

研究表明，火山活動(dòng)亦是全球氣候變化的主要驅(qū)動(dòng)力之一，大規(guī)模火山噴發(fā)會釋放出大量的溫室氣體，造成氣候變暖[98]。例如，二疊紀(jì)—三疊紀(jì)界線事件時(shí)期全球增溫事件就歸因于西伯利亞大火山巖省爆發(fā)釋放的大量溫室氣體[99?100]。Schaller et al.[74]根據(jù)北美Newark裂谷盆地成土碳酸鹽同位素與古土壤中有機(jī)質(zhì)的碳同位素，發(fā)現(xiàn)CO2濃度從中諾利期的～2 000×10-6上升到晚諾利期的～4 000×10-6（圖5）。同時(shí)，在諾利末期，泛大洋深海盆地中的硅質(zhì)巖和泥巖序列所記錄的187Os/188Os 值急劇下降[1，101?102]。此外，Trotter et al.[5]和Sun et al.[78]的牙形石氧同位素?cái)?shù)據(jù)顯示，在中—上諾利階（Alaunian-Sevatian）界線附近表層海水溫度可達(dá)35 ℃，與古新世—始新世極熱事件記錄的相同緯度地區(qū)的溫度相當(dāng)[78]。再者，一些主要的海洋生物群體，例如菊石，牙形石，雙殼等在中—晚諾利期開始衰落，并逐漸開始滅絕[5]（圖5）。同時(shí)，Sun et al.[78]還報(bào)道了Alaunian時(shí)期珊瑚和海綿的低生物多樣性。種種跡象表明諾利—瑞替期地球環(huán)境發(fā)生了顯著的變化，可能與同時(shí)期Angayucham大火成巖省的侵位有關(guān)[2，4，75?76，103]（圖5）。然而Angayucham大火成巖省爆發(fā)時(shí)間被粗略定在214±7 Ma[76]，與研究剖面（～205.7至～206 Ma）存在一定的時(shí)間差距，但關(guān)于Angayucham大火成巖省的認(rèn)識非常有限，不排除其延長至NRB附近。再者，Jin et al.[2]在須家河剖面中發(fā)現(xiàn)了至少三套汞元素的富集層位，且伴隨著多次有機(jī)碳同位素負(fù)漂（圖2，5），認(rèn)為該時(shí)期可能存在多期次大規(guī)模的火山活動(dòng)[2]?；诖苏J(rèn)識，我們不排除火山活動(dòng)對四川盆地NRT時(shí)期的古氣候系統(tǒng)產(chǎn)生了一定影響的可能性，但火山活動(dòng)的具體時(shí)限、量級及其如何與古氣候變化相耦合，這些問題仍不明晰，未來需要進(jìn)一步研究。

5.3.3 野火事件

野火的發(fā)生受控于諸多因素，如氣候干濕程度、大氣氧含量和植被，同時(shí)大規(guī)模的野火事件也會反過來影響區(qū)域或甚至是全球的氣候[104]。在晚三疊世，四川盆地多個(gè)地區(qū)均有野火事件的記錄。在宣漢地區(qū)，上三疊統(tǒng)須家河組有較為零星的木炭化石（絲炭）產(chǎn)出，表明野火有一定的復(fù)燃時(shí)間，可能存在某些氧氣水平較低的時(shí)期或?qū)夂蛑芷谛宰兓摧^潮濕的時(shí)期）的響應(yīng)[87]。此外，Song et al.[89]在廣元和合川的兩個(gè)陸相須家河組剖面也發(fā)現(xiàn)了以多環(huán)芳烴形式存在的野火生物標(biāo)志物證據(jù)，該野火的可能成因是晚三疊世古熱帶輻合區(qū)的南移導(dǎo)致的區(qū)域氣候干旱化[89]。在本次研究剖面M2煤層（圖2，5）中也記錄了一次野火事件，據(jù)黑碳含量變化特征，Jin etal.[2]推測此次野火類型為陰燃火，形成于濕潤氣候的背景。晚三疊世的野火事件不僅在四川盆地存在記錄，在全球其他地區(qū)也存在相關(guān)記錄。Ziegler et al.[105]以及Tanner et al.[106]在美國新墨西哥州北部上三疊統(tǒng)Chinle組發(fā)現(xiàn)了木炭化石并認(rèn)為其與古野火相關(guān)。美國猶他州東南部上三疊統(tǒng)Chinle組產(chǎn)出的樹干化石上存在火痕[107]且地層中存在豐度很高的絲炭[106]，表明該地區(qū)曾發(fā)生過野火事件。德國西南部的上三疊統(tǒng)砂巖中也有木炭化石產(chǎn)出，同樣指示古野火事件的存在[108]。此外，瑞典上三疊統(tǒng)H?gan?s組[109]以及來自波蘭Kamień Pomorski剖面和Lipie ?l?skie剖面地層[110]的報(bào)道，均表明同時(shí)期的地層中有絲炭記錄。雖然晚三疊世的野火頻發(fā)，但目前我們對野火事件仍缺乏精細(xì)的時(shí)間限定和全球統(tǒng)一比對；此外，晚三疊世野火事件能否驅(qū)動(dòng)同期全球的古氣候變化仍不清楚。因此，我們不排除晚三疊世野火事件可能對同期古氣候變化產(chǎn)生一定的影響，但其與氣候環(huán)境的互饋機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

6 結(jié)論

（1） 四川盆地須家河組諾利末期（剖面：105.5～129.5 m）整體上受到中等強(qiáng)度的化學(xué)風(fēng)化作用，氣候環(huán)境以溫暖濕潤為主；諾利—瑞替期界線（剖面：129.5～135 m）受到較弱的化學(xué)風(fēng)化作用，存在短暫的降溫事件。

（2） 晚三疊世盛行于泛大陸上的超級季風(fēng)的變化是導(dǎo)致四川盆地須家河組NRT時(shí)期氣候頻繁波動(dòng)和NRB降溫事件的主要原因，且同時(shí)期的火山活動(dòng)和野火事件也對氣候變化產(chǎn)生一定的影響，但火山活動(dòng)和野火事件發(fā)生的準(zhǔn)確時(shí)限以及其如何驅(qū)動(dòng)同時(shí)期的氣候變化，還需要進(jìn)一步研究。