科学前沿

二叠纪-三叠纪之交发生了显生宙历史上规模最大的一次生物灭绝事件,研究表明,早三叠世极端环境事件频发,环境压力较高,导致海洋生态系统长期萧条,直到中三叠世环境压力减弱,海洋生态系统才开始全面复苏。此次生物灭绝事件不仅对生态系统造成了巨大的影响,同时也显著地影响了全球碳酸盐岩沉积模式。“红层”在地质学上通常是指蕴含细粒铁氧化物而呈现红色色调的沉积地层,其形成通常对应一个特定的富氧环境,是指示海洋氧化还原条件改变的一个重要指标。目前针对三叠纪红层的研究则主要集中在早三叠世Spathian亚期的红色地层,揭示了早三叠世海洋缺氧向富氧条件的改变,这与该时期海洋生态系统的复苏,海洋生物开始繁盛时间相吻合,指示着海洋底层氧化条件的改变。而此次中三叠统红层的发现是否与下三叠统红层一样指示某一次缺氧事件的结束?因此本文针对该科学问题选取贵州遵义地区中三叠统狮子山组红层开展研究,通过分析贵州遵义地区中三叠统狮子山组红层沉积环境演变过程、红层致色矿物特征以及成因机制,综合得出该地区红层发育所指示的环境演变过程,为恢复中三叠统古氧化环境条件以及揭示二叠纪-三叠纪之交生物灭绝事件复苏期海洋环境事件提供一定的理论依据。 经过野外实地勘探和样品采集,以及室内显微镜薄片观察,对贵州遵义地区下-中三叠统碳酸盐岩进行深入分析。通过对薄片内碳酸盐岩颗粒类型、颗粒的相对含量、胶结物类型以及沉积构造等特征综合分析,在茅台剖面识别出8种沉积微相类型（MMF1-8）,虾子剖面识别出6种沉积微相类型（XMF1-6）,包括粉晶白云岩微相（MMF1,XMF1）、砂屑颗粒白云岩微相（MMF2）、泥晶灰岩微相（MMF3,XMF2）、生屑粒泥灰岩微相（MMF4,XMF3）、双壳类砾状灰岩微相（MMF5,XMF4）、海百合茎泥粒灰岩微相（MMF6,XMF5）、生屑-似球粒颗粒灰岩微相（MMF7）以及鲕粒颗粒灰岩微相（MMF8,XMF6）。通过沉积微相所指示的环境分析结果显示,贵州遵义地区中三叠世属于局限台内与台地边缘滩交互沉积,归纳为镶边碳酸盐岩台地沉积模式。 为探寻贵州遵义地区中三叠统海相红层特征,本研究针对红层样品进行了主量元素测试、拉曼光谱分析以及扫描电镜能谱分析测试。研究表明,贵州遵义地区中三叠统红层岩性主要为泥晶灰岩,仅在茅台剖面发育生屑灰岩和鲕粒灰岩。主量元素指示两剖面红层层位主量元素含量以Ca O、Si O2和Al2O3为主,铁元素主要以三价铁化合物形式存在。拉曼光谱显示茅台剖面红层中矿物类型主要为方解石、石英以及微米级的赤铁矿,同时也可见少量针铁矿发育。虾子剖面与茅台剖面类似,但其中铁氧化物以针铁矿为主。扫描电镜能谱分析显示,两剖面红层层位中赤铁矿以包裹体或者浸染状分布于方解石矿物中,指示赤铁矿为原生成因,与方解石同时发育或早于方解石发育。 为探究下三叠统红层与中三叠统红层的差异,本研究选取了茅台剖面下三叠统红层样品进行相关分析。分析结果表明,下三叠统红层岩性包括灰泥岩、粒泥灰岩以及生屑-似球粒颗粒灰岩,该时期红层中铁元素含量与中三叠统红层相差不大。除元素含量差异外,下三叠统红层中致色矿物主要以赤铁矿为主,未见针铁矿发育,其他矿物常见石英和方解石发育,部分层位发育粘土矿物。同时,下三叠统红层中赤铁矿的分布形式较多,大多数仍存在于方解石晶粒之间,与方解石共生,粒级以微米级为主,但也可见少数呈环带状分布,根据扫描电镜和能谱图特征同样可证实这些赤铁矿为原生赤铁矿。 贵州遵义地区茅台剖面下-中三叠统红层的成因机制存在一定差异。茅台剖面下三叠统红层沉积环境常见风暴作用影响,未见明显缺氧事件,推测其成因为表层沉积物孔隙中富含亚铁离子的还原性流体遭受风暴作用影响,与上覆富氧水体混合,导致亚铁离子氧化。而茅台剖面和虾子剖面中三叠统红层沉积环境同样以含氧浅水环境为主,沉积水体中无大量稳定的亚铁离子供应,但可见微生物作用,因此推测其成因主要是由孔隙水中亚铁离子的化学沉淀和微生物氧化共同作用的结果。总体而言,贵州遵义地区红层成因主要为浅层沉积物孔隙中富含亚铁离子的还原性流体被氧化或经化学沉淀与微生物氧化而形成。