譚麗娟，師 萌，葛毓柱，郭優(yōu)優(yōu)

(中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580)

0 引 言

在晚三疊世至早侏羅世(即距今大約2 Ma以前)，中部大西洋巖漿省的系列密集火山爆發(fā)先噴出了一部分SO2和其他火山揮發(fā)物，引起海水的初步酸化并形成了短暫的干冷氣候；隨后，火山活動釋放的巨量CO2導(dǎo)致長期且強(qiáng)烈的溫室效應(yīng)，加劇海水酸化，同時帶動洋底甲烷水合物的失穩(wěn)，從而釋放出大量甲烷，之后氧化成CO2排放到空氣中，進(jìn)一步促進(jìn)溫度的提高及海水酸化。前人研究表明，該地質(zhì)轉(zhuǎn)折時期溫度上升了3 ℃～4 ℃[1-4]。海平面變化表現(xiàn)為一個迅速的海退后接著上升速率至少為每百年0.5 cm的海進(jìn)旋回[5]。溫度變化及水體環(huán)境改變導(dǎo)致陸相植被的更替及大規(guī)模的海相生物滅絕事件[4]。除此以外，大量火山噴發(fā)的CO2及其他氣體也擾亂了全球碳循環(huán)，造成了碳同位素值的負(fù)偏移現(xiàn)象[2]。

目前，國際上已經(jīng)綜合利用古生物學(xué)、有機(jī)碳同位素分析及其他化學(xué)元素分析方法界定三疊系—侏羅系界線位置，恢復(fù)古地理環(huán)境及古氣候變化。在高緯度的北美洲、歐洲地區(qū)海相剖面分布點(diǎn)，該研究已經(jīng)十分詳細(xì)，但在低緯度地區(qū)以及亞洲地區(qū)該研究仍然十分匱乏。迄今為止，中國僅見劉兆生等針對西藏地區(qū)、準(zhǔn)噶爾地區(qū)及四川地區(qū)展開了相關(guān)研究[6-11]。全球范圍內(nèi)需要更多的研究區(qū)域和剖面來完善關(guān)于三疊系—侏羅系事件研究，且中國方面的數(shù)據(jù)有不可或缺的作用，因此，本文通過總結(jié)國際上研究該事件的相關(guān)進(jìn)展及常用方法，以期為國內(nèi)學(xué)者研究三疊系—侏羅系地層學(xué)提供參考，并為全球三疊系—侏羅系界線的研究提供相關(guān)證據(jù)。

1 三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交研究現(xiàn)狀

目前，三疊系—侏羅系界線的研究主要集中在古環(huán)境變化上，包括氣候變化、海平面變化、生物種群變化等。

1.1 構(gòu)造活動

三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)全球性最重要的構(gòu)造事件有：古特提斯洋閉合，泛大陸亞洲部分匯聚；泛大陸開始在未來中部大西洋區(qū)域分裂，并由裂谷活動向漂移運(yùn)動轉(zhuǎn)變；中部大西洋巖漿省(CAMP)發(fā)生了廣泛的火山活動[12-13](圖1)?？偟膩砜矗蛐纬闪颂靥崴购痛笪餮髢纱髽?gòu)造域。大西洋構(gòu)造域以拉伸性構(gòu)造活動為主，而特提斯構(gòu)造域以擠壓性構(gòu)造活動為主。

圖件引自文獻(xiàn)[14]圖1 全球三疊系—侏羅系界線及海相剖面大致古地理位置分布Fig.1 Approximate Paleolocation Distributions of Global Triassic-Jurassic Boundary and Marine Profiles

在特提斯構(gòu)造域，古特提斯洋關(guān)閉和泛大陸亞洲部分的匯聚形成了泛大洋火山鏈，其發(fā)育于早二疊世，在其后各個時期具有活躍表現(xiàn)。在大西洋構(gòu)造域，伴隨著泛大陸的分裂活動，中部大西洋巖漿省出現(xiàn)并在三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)火山活動強(qiáng)烈，被認(rèn)為最有可能導(dǎo)致三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交生物滅絕事件的發(fā)生[4]。中部大西洋巖漿省以拉斑玄武巖為主，面積大于7×106km2，分布于4個大陸之上。由于后期風(fēng)化侵蝕效應(yīng)，現(xiàn)存面積小于1×106km3，以巖墻、巖蓋為主[15]。

1.2 大氣和氣候變化

圖件引自文獻(xiàn)[1]、[17]、[20]～[23]圖2 三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交全球環(huán)境、生物種群及有機(jī)碳變化Fig.2 Variations of Global Environmental, Biological Species and Organic Carbon During Triassic-Jurassic

晚三疊世另外一個顯著的氣候特征表現(xiàn)為巨型季風(fēng)性，這與晚三疊世古地理格局有關(guān)。晚三疊世地球上所有大陸聚集在一起，形成幾乎以赤道對稱分布的泛大陸，周圍被泛大洋所包圍，同時特提斯洋在泛大陸中部形成了狹長的海道。巨型季風(fēng)性氣候產(chǎn)生以下效應(yīng)：豐沛極端的季節(jié)性降水主要集中在夏季和北半球；泛大陸赤道區(qū)氣候相對干旱，高緯度地區(qū)和特提斯濱海域氣候相對濕潤；全球性氣候分帶不明顯[24]。

1.3 海平面變化

Hallam曾根據(jù)三疊系—侏羅系界線下伏地層頂部存在沉積間斷及其與上覆地層巖性的顯著不同，提出三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交在包括歐洲、南美洲、北極、加拿大等地區(qū)，海平面變化表現(xiàn)為一個海退-海進(jìn)旋回，并計算出海平面上升速率至少為每百年0.5 cm[25]，之后很多學(xué)者通過不同剖面研究也證實了這個觀點(diǎn)。但在中國西藏及其附近地區(qū)未發(fā)現(xiàn)明顯相變，未見海平面下降的證據(jù)，Greene等認(rèn)為海平面的迅速下降可能只是局部現(xiàn)象，主要發(fā)生在臨近中部大西洋巖漿省火山活動的地區(qū)[12]。關(guān)于引發(fā)海平面變化的因素目前眾說紛紜：多數(shù)學(xué)者提出三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)海平面先短期下降后持續(xù)上升，并與中部大西洋巖漿省火山活動有關(guān)；而Hesselbo等提出三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)海退-海進(jìn)旋回是由全球海平面升降引發(fā)的，是一個長期的變化，在界線處實際不存在短期并且劇烈的海平面變化[1]；Honig等認(rèn)為古赤道區(qū)的阿拉伯海域海平面升降是由全球海平面變化及局部構(gòu)造活動造成的[26]。海平面變化受多種因素影響，構(gòu)造、氣候、天文周期均可影響海平面變化，關(guān)于三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交海平面變化(尤其是局部海平面變化)的控制因素研究可能對古環(huán)境探討更具有揭示意義(圖2)。

1.4 生物種群滅絕事件及滅絕原因

1.4.1 滅絕事件

受中部大西洋巖漿省火山活動的影響，晚三疊世的生物種群發(fā)生大規(guī)模滅絕，海、陸生物種群均受到影響。其具體表現(xiàn)為陸地植物從木質(zhì)松柏科植物逐漸演替成草本蕨類植物[27-28]，同時伴隨種子蕨類Dicroidium和Peltasperm群的重大損失[24,29]；海洋生物受到的影響則更加嚴(yán)重，其中大約53%的屬和23%的科遭受滅絕，嚴(yán)重程度超過了白堊紀(jì)末滅絕事件，其中菊石、雙殼、珊瑚和介形蟲遭受滅絕程度最為嚴(yán)重[29]。Tanner等發(fā)現(xiàn)海洋生物中牙形石、雙殼類及菊石類生物均表現(xiàn)為漸進(jìn)式滅絕，放射蟲在科的水平上沒有展示重大滅絕，但是在種的水平上出現(xiàn)重大轉(zhuǎn)折[4]。海洋光合浮游植物總體由紅藻類轉(zhuǎn)變?yōu)榫G藻類，其中鈣質(zhì)微型浮游生物和顆石藻滅絕，青綠藻和疑源類爆發(fā)[28,30-32]。

值得注意的是，此次生物滅絕事件具有選擇性。礁類居住者比水底居住者滅絕率高；近濱滅絕率大于遠(yuǎn)濱滅絕率；喜碳酸鹽基底者滅絕率高于喜硅質(zhì)基底者；低緯度地區(qū)滅絕率高于高緯度地區(qū)；內(nèi)生文石殼類滅絕率高于表生濾食鈣質(zhì)殼類[33-34]。另外，不同地區(qū)生物滅絕時期不同。例如，東、西特提斯洋菊石滅絕表現(xiàn)為穿時性特征[10]，而古赤道溫暖的海水可能保持了文石的過飽和狀態(tài)，生物在中部大西洋巖漿省火山活動初期仍可以生存[26,35]。

此外，關(guān)于海、陸生物滅絕的時間先后問題也引發(fā)了探討。盡管Palfy等根據(jù)海、陸三疊系—侏羅系剖面同期火山物質(zhì)定年結(jié)果對比，認(rèn)為陸地生物滅絕可能早于海洋生物滅絕至少0.7 Ma[36]，但陸地三疊紀(jì)孢粉消失與海洋生物滅絕同時，表明海、陸生物滅絕事件同步[27,37]。同時，Schaltegger等利用火山灰中鋯石測定三疊系—侏羅系界線的時代大約為201 Ma，再次印證了海洋生物滅絕時間與中部大西洋巖漿省火山活動時間相吻合[38](圖2)。

1.4.2 滅絕原因

(1)溫度降低。Guex等認(rèn)為滅絕事件與火山SO2的噴發(fā)而導(dǎo)致氣候變冷有關(guān)[18]，這一觀點(diǎn)受到孢粉研究的支持。但是氣候變冷事件是否為全球性事件值得探討，在中國西藏剖面生物特征就不支持這一觀點(diǎn)[10]。

(2)海平面波動與海水缺氧。海平面變化會影響淺海生物棲息范圍和淺海沉積基底、鹽度等。這種情況在缺乏礁類建造的碳酸鹽巖緩坡尤為顯著，輕微的海平面變化都會導(dǎo)致沿海地區(qū)大面積的暴露和淹沒。在三疊系—侏羅系界線，海平面變化在多地表現(xiàn)為一個海退-海進(jìn)旋回。資料顯示，海平面下降期出現(xiàn)了菊石和淺水雙殼類滅絕，海平面上升期出現(xiàn)了放射蟲變化和牙形蟲的最后滅絕[18,39]。但單憑海平面波動很難造成大型生物滅絕事件，而且海平面波動也無法解釋陸地生物滅絕事件[5,40]。在地質(zhì)歷史時期，許多明顯的海平面波動并不伴隨重要的生物變動?；谝恍┭芯科拭嬷谐练e有黑色頁巖，海水缺氧事件被提出作為生物滅絕原因之一[18]。晚三疊世全球溫室效應(yīng)及海平面上升可能導(dǎo)致海水水體交換受阻，分層性加強(qiáng)，有利于出現(xiàn)海水缺氧現(xiàn)象。但是，三疊系—侏羅系界線海水缺氧現(xiàn)象缺乏全球性表現(xiàn)，一些剖面氮同位素和微量元素研究表明氧化狀況得到改善[41]。另外，生物選擇性滅絕也不完全支持海水缺氧作為生物滅絕原因。

(3)海水鹽度降低及循環(huán)受阻。海洋是個動力系統(tǒng)，表面水體主要受風(fēng)力驅(qū)動，深部水體運(yùn)動與溫鹽差有關(guān)。晚三疊世升高的CO2濃度和加強(qiáng)的季節(jié)性氣候促進(jìn)陸地風(fēng)化侵蝕作用，大量淡水和陸源物質(zhì)向濱海區(qū)域輸入，使沿海地區(qū)鹽度降低，一部分古微生物(有孔蟲及介形蟲)滅絕[20]。由于氣候變暖，海水分層性加強(qiáng)，水體循環(huán)受阻，整個海洋活動受滯。海水營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)同樣受阻，深部生物體分解所產(chǎn)生的營養(yǎng)元素?zé)o法向表層生物供應(yīng)，尤其是元素N，即使有陸源輸入也無法彌補(bǔ)，這無疑會對海洋初始生產(chǎn)率造成重大影響，從而固氮菌藻類爆發(fā)。Kasprak等指出三疊系—侏羅系界線在泛大洋東北處出現(xiàn)光合區(qū)停滯現(xiàn)象[42]。

(4)海水酸化及碳酸鹽飽和度降低?；鹕交顒踊蛱烊粴馑衔锸Х€(wěn)會產(chǎn)生大量CO2并融入到海水之中，從而使海水pH值減小，產(chǎn)生海水酸化現(xiàn)象[43]。晚三疊世和早侏羅世，海水中主要沉積的碳酸鹽礦物為文石，海水酸化現(xiàn)象會降低碳酸鹽飽和度，對分泌文石的海相生物種群造成損害。實驗表明，碳酸鹽飽和度降低的情況下，原本分泌文石的藻類開始分泌低Mg方解石，這不利于文石生物的繁殖和競爭力[44]。同時，在高CO2濃度和海水酸化條件下，生物傾向于方解石沉淀，這也可以解釋文石生物的選擇性滅絕現(xiàn)象[40]。

圖件引自文獻(xiàn)[14]圖3 理想條件下三疊系—侏羅系界線的沉積剖面類型Fig.3 Idealized Sedimentary Profile Types of Triassic-Jurassic Boundary

1.5 巖石地層情況

很多學(xué)者認(rèn)為受大量CO2釋放導(dǎo)致的海水酸化影響，三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交沉積的碳酸鹽巖剖面中存在著一個全球性的沉積間斷(碳酸鹽巖含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)不同幅度的下降)，并與碳同位素值的負(fù)偏移相對應(yīng)，這也從側(cè)面印證三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)海水酸化導(dǎo)致碳酸鹽不飽和的結(jié)果，但是在碎屑巖沉積剖面中不會有受海水酸化影響的痕跡?，F(xiàn)有的三疊系—侏羅系界線的巖石記錄大致可以分為3種。

(1)存在沉積間斷的碳酸鹽巖剖面[圖3(a)]。英屬哥倫比亞威利斯頓湖剖面在三疊系—侏羅系界線下沉積不整合層，該層沉積物由富雙殼類的碳酸鹽巖過渡為含硅質(zhì)碎屑的碳酸鹽巖混雜層；在三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交，沉積一段80 cm厚的碳酸鹽巖含量僅為4%的夾層，這可能是該區(qū)由海水酸化引起的生物鈣化危機(jī)的一種表現(xiàn)[39]。美國紐約納維達(dá)剖面中，三疊紀(jì)末期的生物滅絕發(fā)生在加比組米勒峽谷段底，上覆巖層即為三疊系—侏羅系界線層，同樣出現(xiàn)了碳酸鹽巖大幅度降低的情況，含量大約為10%，而沉積在界線層附近的碳酸鹽巖含量則超過80%[18]。Greene等認(rèn)為碳酸鹽巖含量的劇烈降低不是大量的硅質(zhì)碎屑輸入導(dǎo)致的，而是因為碳酸鹽巖產(chǎn)能被抑制[14]。北阿爾卑斯山地區(qū)三疊系—侏羅系界線層為一套碳酸鹽巖含量為9%～15%的泥灰?guī)r，同時泥灰?guī)r是一套典型的三疊系—侏羅系界線沉積物[29]。南阿爾卑斯山地區(qū)界線處近物源區(qū)一般沉積含F(xiàn)e的硬灰?guī)r凝縮層；遠(yuǎn)物源區(qū)附近沉積1 m厚的粉砂巖-泥灰?guī)r夾層[45]。在亞平寧山脈北部和中部地區(qū)，三疊系—侏羅系界線處也出現(xiàn)了碳酸鹽巖產(chǎn)能的下降。亞平寧山脈北部瑞替階晚期沉積物已經(jīng)過渡為粉砂巖，界線處沉積夾層于灰?guī)r中的暗色頁巖；亞平寧山脈中部界線處沉積一段黑色頁巖[46]。

(2)連續(xù)沉積的碳酸鹽巖剖面[圖3(b)]。南阿爾卑斯山地區(qū)的東歐在三疊系—侏羅系界線處可能連續(xù)沉積碳酸鹽巖剖面，多為薄層的半深海生物灰?guī)r或深水碳酸鹽巖沉積[47-48]。而在古赤道附近的阿拉伯海穆桑達(dá)姆半島地區(qū)，碳同位素值負(fù)偏移發(fā)生在生物滅絕事件之前，三疊系—侏羅系界線處的沉積物則只是由生物灰?guī)r過渡到鮞?；?guī)r，未見碳酸鹽巖含量有明顯下降[26]。

(3)碎屑巖主導(dǎo)的沉積剖面[圖3(c)]。這類剖面大多在東亞地區(qū)，如日本西南地區(qū)就存在碳酸鹽巖含量為0的深水沉積剖面，含放射蟲的燧石層為該剖面的三疊系—侏羅系界線層[49]。位于中國西藏地區(qū)的格米格剖面也屬于這一類型，沉積背景為淺水的硅質(zhì)海環(huán)境，在界線層也未表現(xiàn)出明顯的相變[50]。位于中國準(zhǔn)噶爾盆地的郝家溝剖面，界線處表現(xiàn)為一套辮狀三角洲沉積[51]。中國四川盆地剖面的界線巖性標(biāo)志則較為復(fù)雜，上三疊統(tǒng)為分布廣且穩(wěn)定的灰色及黃灰色長石石英砂巖，夾粉砂質(zhì)泥巖及粉砂巖，而下侏羅統(tǒng)則有局部差異。四川盆地北部或西北地區(qū)沉積石英礫巖或燧石礫巖，南部沉積石英砂巖，重慶萬州剖面則沉積泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖。中國鄂西秭歸盆地西部的界線層沉積石英砂巖夾礫巖[52]。

1.6 碳同位素值變化

現(xiàn)今階段，已有研究報告顯示關(guān)于三疊系—侏羅系界線的碳同位素值(δ13C)大致可以分為兩類：第一類在界線附近，即在瑞替階晚期及赫塘階早期初始碳同位素值負(fù)偏移(Initial Negative CIE)出現(xiàn)，同時伴有后續(xù)的小段碳同位素值正偏移(Positive CIE)及一大段的主要碳同位素值負(fù)偏移(Main Negative CIE)[53-55]；另一類則是缺少初始碳同位素值負(fù)偏移，連續(xù)的碳同位素值正偏移被一段主要碳同位素值負(fù)偏移打斷[29,56](圖4)?，F(xiàn)階段研究中，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為三疊系—侏羅系界線應(yīng)該與主要碳同位素值負(fù)偏移相對應(yīng)，雖然初期研究成果曾認(rèn)為碳同位素值正偏移可能與取樣精度有關(guān)[1,27]。至于部分剖面缺少初始碳同位素值負(fù)偏移的原因可以歸納為：①瑞替階時，海平面下降導(dǎo)致部分碳酸鹽巖臺地出露，受到剝蝕風(fēng)化作用[53]；②在碳酸鹽巖緩坡遠(yuǎn)端的底流區(qū)或該區(qū)沉積的風(fēng)暴巖沉積了凝縮層，并發(fā)生鐵質(zhì)礦化導(dǎo)致初始碳同位素值負(fù)偏移缺失[45,54]。

LOTF(Last Occurrence of Triassic Fauna)表示三疊系生物最后一次出現(xiàn)的位置；FOJA(First Occurrence of Jurassic Ammonoids)表示侏羅系菊石首次出現(xiàn)的位置；FOJF(First Occurrence of Jurassic Fauna)表示侏羅系生物首次出現(xiàn)的位置；δ13Ccarb為無機(jī)碳同位素值;圖件引自文獻(xiàn)[45]和[54]圖4 奧地利Loruns和 Steinernes Meer剖面三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交碳同位素值偏移及生物滅絕事件Fig.4 Carbon Isotope Excursions and Relevant Biological Extinction Events of Loruns and Steinernes Meer Profiles from Austria During Triassic-Jurassic

δ13Corg為有機(jī)碳同位素值；圖件引自文獻(xiàn)[57]圖5 意大利倫巴第盆地三疊系—侏羅系界線的碳同位素值隨深度變化Fig.5 Variation of Carbon Isotope Values with Depth in Triassic-Jurassic Boundary of Lombardy Basin, Italy

三疊系—侏羅系界線的碳同位素值負(fù)偏移出現(xiàn)在全球剖面的不同環(huán)境中，雖然偏移幅度隨地區(qū)、沉積物組成和環(huán)境發(fā)生變化，但在有機(jī)碳和無機(jī)碳中均有體現(xiàn)，表現(xiàn)為全球性的碳庫擾動事件(圖5)。同時，McRoberts等研究發(fā)現(xiàn)，初始碳同位素值負(fù)偏移位置通常與生物滅絕事件相對應(yīng)，而隨后短暫的碳同位素值正偏移及主要碳同位素值負(fù)偏移則代表了后滅絕時期生物的恢復(fù)階段[20]。但是，Lindstrom等發(fā)現(xiàn)示蹤生物化石及雙殼類的滅絕發(fā)生在初始碳同位素值負(fù)偏移之前[58]。

碳同位素值偏移可能與環(huán)境變化、成巖作用、有機(jī)質(zhì)組成變化等多種因素有關(guān)。例如，海相碳酸鹽巖可能會通過與周圍液體發(fā)生成巖作用(如重結(jié)晶作用或新生變形作用)導(dǎo)致碳同位素值發(fā)生變化；而有機(jī)質(zhì)的碳同位素值變化則可能由于熱解作用產(chǎn)生的烴類替換了原有的碳同位素[59]。關(guān)于三疊系—侏羅系界線碳同位素值偏移的成因大致可以分為：①中部大西洋巖漿省火山活動通過噴發(fā)大量CO2，巖漿熱變質(zhì)作用及海底甲烷水合物失穩(wěn)提供大量富含12C的輕質(zhì)碳至大氣-海洋系統(tǒng)中，造成碳同位素值負(fù)偏移；②隨后出現(xiàn)的無機(jī)碳及有機(jī)碳同位素值正偏移則可能是因為全球范圍內(nèi)有機(jī)碳埋藏速率增加，在來自中部大西洋巖漿省的主要火山活動中，大量額外的CO2再次噴入大氣中引起溫度的升高及廣泛的海洋缺氧環(huán)境，造成富含12C的海洋沉積物中有機(jī)碳埋藏速率增加，從而提高了大氣-海洋系統(tǒng)中的碳同位素值[57,60-64]。只在部分剖面出現(xiàn)的主要碳同位素值負(fù)偏移則可能對應(yīng)了又一次的生物滅絕事件，這說明生物圈通過有機(jī)質(zhì)組成變化也可導(dǎo)致碳同位素值的變化[18]。

2 三疊系—侏羅系界線研究方法

2.1 古生物化石標(biāo)定法

2.1.1 菊石生物地層學(xué)

在三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)海洋生物記錄中，菊石通常被認(rèn)為是可以用來劃分地層的最可靠化石。在全球很多剖面研究中，都可以見到以菊石帶為基礎(chǔ)劃分的生物地層，一般包括最后一次出現(xiàn)的晚三疊世菊石Choristocerasmarchi及隨后首次出現(xiàn)的早侏羅世菊石Psilocerasspelae。各剖面典型菊石分布見表1。

2.1.2 孢粉生物地層學(xué)

孢粉生物地層學(xué)的應(yīng)用非常廣泛，可以同時反映海洋生物系統(tǒng)及陸地生物系統(tǒng)的相應(yīng)變化。通過分析散落在地層中的孢粉成分及統(tǒng)計其體積分?jǐn)?shù)，結(jié)合其他地球化學(xué)數(shù)據(jù)(如高精度碳同位素記錄)可以幫助劃分地層；通過將各孢粉按已知的或可能的母體植物親緣關(guān)系分屬種，結(jié)合已有記錄的母體植物適合生存環(huán)境，可以推測古氣候、古植被及其他環(huán)境變化情況[65]。

Lindstrom等研究發(fā)現(xiàn)三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)海洋浮游生物遭受了強(qiáng)烈損失，尤其在溝鞭藻囊孢中的Suessiaceae科，Rhaetogonyaulaxrhaetica就是其中之一，它的消失與三疊紀(jì)末期滅絕事件同步，也可能剛好發(fā)生在其后不久的時間段內(nèi)。因此，它的最后普遍出現(xiàn)時間(Last Common)、最后連續(xù)出現(xiàn)時間(Last Consistent)以及末現(xiàn)(Last Occurrence)可以被用來作為地層劃分標(biāo)志[23]。其他孢粉類群(包括Granuloperculatipollisrudis、Rhaetipollisgermanicus、Ovalipollisovalis、Limbosporiteslund-bladiae、Semiretisporisgothae、Polypodiisporitespolymicroforatus和Ricciisporitestuberculatus)的末現(xiàn)也可用于地層劃分。同時，研究表明，許多孢粉類群的首現(xiàn)(First Occurrence)、首次連續(xù)出現(xiàn)(First Consis-tent)及首次普遍出現(xiàn)(First Common)與其他方法所定的三疊系—侏羅系界線時間極為接近。例如，可以用來標(biāo)志侏羅紀(jì)早期的很可能為松柏植物花粉Cerebropollenitesthiergartii的首現(xiàn)及松柏科花粉Pinuspollenitesminimus的首次普遍出現(xiàn)、蕨類孢子Ischyosporitesvariegatus的首現(xiàn)、石松類孢子Kraeuselisporitesreissingeri的首現(xiàn)/連續(xù)出現(xiàn)/普遍出現(xiàn)，其均可用來界定三疊系—侏羅系界線[23]。中國陸相地層三疊系—侏羅系界線劃分也常用孢粉分析法，早侏羅世蕨類植物孢子數(shù)量爆發(fā)(Densoisporitesscanicus、Densosporitescrassus、Cyathidites)，于界線底部形成高峰值，十分顯著，可用于劃分地層[66]。

12）注意加強(qiáng)各專業(yè)的協(xié)調(diào)配合。在工程施工中，各專業(yè)交叉配合與協(xié)調(diào)是非常重要的，如果處理的不好，就會出現(xiàn)返工，造成工程投資的極大浪費(fèi)，影響工期，有的還會影響到建筑物的使用功能，嚴(yán)重的甚至還會帶來質(zhì)量問題和安全隱患。可見工程施工中各專業(yè)的協(xié)調(diào)管理工作，不僅很重要，同時也很必要。作為建設(shè)單位，在工程的設(shè)計階段以及施工過程中，應(yīng)隨時注意保持各專業(yè)的相互協(xié)調(diào)配合。

表1 不同地區(qū)上三疊統(tǒng)—下侏羅統(tǒng)菊石帶比較Tab.1 Comparison of Upper Triassic-Lower Jurassic Ammonite Zones from Different Areas

注：資料引自文獻(xiàn)[10]和[23]。

2.2 碳同位素標(biāo)定法

三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)中部大西洋巖漿省頻繁密集的火山爆發(fā)噴出大量CO2及甲烷水合物，引發(fā)了系列環(huán)境變化及生物滅絕事件，這些通常都伴隨全球碳循環(huán)擾動，在有機(jī)碳和無機(jī)碳中均有體現(xiàn)。穩(wěn)定碳同位素法是近年來常用的地球化學(xué)手段，主要用于研究大氣圈、生物圈、全球氣候、陸地風(fēng)化作用及海洋循環(huán)的變化，一般以國際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)PDB為參考。

當(dāng)樣品的13C/12C值比國際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)PDB高時，δ13C為正值，而δ13C為負(fù)值則意味著樣品的13C/12C值比國際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)PDB低很多。碳酸鹽巖中的主要沉積礦物方解石受空氣中CO2影響較大，其含有更多氧化碳，無機(jī)碳中的δ13C值會偏高；而有機(jī)碳受光合作用中的分餾作用而含有更多的還原碳，其δ13C值偏低。因此，無機(jī)碳同位素值通常大于有機(jī)碳同位素值。然而，碳酸鹽巖中的無機(jī)碳與有機(jī)碳相比更易與周圍流體發(fā)生成巖作用，導(dǎo)致同位素組分發(fā)生變化，因此，有機(jī)碳同位素值比無機(jī)碳同位素值更穩(wěn)定[62]。值得注意的是，白堊紀(jì)之前，陸相有機(jī)質(zhì)比海相有機(jī)質(zhì)更富13C，因此，大量的陸源輸入也會提高海洋沉積物中的有機(jī)碳同位素值。

2.3 元素地球化學(xué)特征分析法

除了碳同位素標(biāo)定法以外，近年來很多學(xué)者也采用元素地球化學(xué)特征分析法來研究三疊系—侏羅系界線及其環(huán)境變化。元素含量分布及其相關(guān)關(guān)系在不同環(huán)境下顯示不同特征，巖石中各元素含量還受氣候變化、物源輸入、水體深度及水體介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)(如鹽度、pH值)等因素的影響。吳智平等用不同元素的分布變化反映濟(jì)源盆地三疊系—侏羅系界線地層沉積相的演變[67]。

w(·)為元素含量；圖件引自文獻(xiàn)[49]和[68]圖6 日本犬山地區(qū)三疊系—侏羅系界線的鉑族金屬元素異常隨深度變化Fig.6 Variation of Platinum Group Elements Anomalies with Depth in Triassic-Jurassic Boundary of Inuyama Area, Japan

三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)中部大西洋巖漿省火山活動的頻繁發(fā)生會極大地增強(qiáng)陸地風(fēng)化作用，從而提高海洋沉積物中陸源物質(zhì)的輸入，同時，大量的巖漿噴出侵入也會造成某些特定元素的分布異常，這些都可以反映在沉積物的化學(xué)元素特征中。鉑族金屬元素(Platinum Group Elements)就是可以用來反映該類事件影響的地球化學(xué)標(biāo)志物。Kuroda等通過研究太平洋遠(yuǎn)洋沉積物，發(fā)現(xiàn)三疊系—侏羅系界線附近出現(xiàn)Os和Re分布的異常正偏移，并與該地區(qū)有孔蟲的滅絕事件相呼應(yīng)[68]；Hori等在研究日本犬山地區(qū)盤古大洋深海沉積物層狀燧石時也發(fā)現(xiàn)在三疊系—侏羅系界線附近出現(xiàn)鉑族金屬元素的異常高值，并同步于海洋浮游植物的滅絕事件[49](圖6)；而Tanner等在加拿大芬地盆地三疊系—侏羅系界線的美登組(Blomidon)地層也檢測出Ir的異常高值[69]。上述現(xiàn)象表明，鉑族金屬元素在三疊系—侏羅系界線附近出現(xiàn)異常高值具有全球性特征，可用來幫助厘定三疊系—侏羅系界線的位置。

2.4 綜合數(shù)據(jù)建立地質(zhì)模型

現(xiàn)階段的三疊系—侏羅系界線研究方法中，已經(jīng)不再只采用單一方法，大多綜合多種方法，常見的有綜合生物化石證據(jù)及地球化學(xué)指標(biāo)推測該時期的古氣候和古環(huán)境。近年來，一些國外學(xué)者也利用數(shù)學(xué)建模的方法對三疊系—侏羅系界線研究進(jìn)行半定量—定量分析。Kump等對有機(jī)碳同位素曲線及無機(jī)碳同位素曲線進(jìn)行量化分析，并提出公式[70]

(1)

式中：Mo表示大氣-海洋系統(tǒng)中的無機(jī)碳含量；Fw表示來源于風(fēng)化作用的碳輸入；Fvolc表示來源于火山活動的碳輸入；Fb,org表示碳輸出中沉積物有機(jī)碳的埋藏量；Fb,carb表示碳輸出中沉積物無機(jī)碳的埋藏量；t為時間。

通過改變式(1)中各參數(shù)的取值范圍，發(fā)現(xiàn)增長的有機(jī)碳埋藏量會導(dǎo)致大氣中CO2濃度降低，與此同時無機(jī)碳及有機(jī)碳同位素值出現(xiàn)正偏移，雖然有機(jī)碳同位素值正偏移出現(xiàn)時間略晚于無機(jī)碳同位素值，但是其幅度更大。針對無機(jī)碳和有機(jī)碳同位素值正偏移幅度不同的情況，Bachan等認(rèn)為這與有機(jī)碳中的可再循環(huán)組分有關(guān)，并進(jìn)一步提出公式[57]

(2)

Fw,carb(δw,carb-δc)-Fb,org(Δorg)+

Fextra(δextra-δc)

(3)

式中：Mc代表溶解的無機(jī)碳物質(zhì)的量；δc代表無機(jī)碳埋藏量中碳同位素值，因為埋藏?zé)o機(jī)碳無法進(jìn)入下一步碳循環(huán)，所以計算其他來源的碳同位素值時需要將埋藏量的碳同位素值去除；δvolc為火山活動中的碳同位素值；Fw,org代表巖石風(fēng)化作用導(dǎo)致的有機(jī)碳輸入，δw,org為其相應(yīng)的碳同位素值；Fw,carb代表巖石風(fēng)化作用導(dǎo)致的無機(jī)碳輸入，δw,carb為其相應(yīng)的碳同位素值；Δorg代表兩類碳同位素值之間的幅度；Fextra代表其他來源的碳輸入，δextra為其相應(yīng)的碳同位素值。

此外，Jost等在碳循環(huán)基礎(chǔ)上加入鈣循環(huán)(即鈣同位素數(shù)據(jù))，提出公式[71]

(4)

式(4)可以研究中部大西洋巖漿省火山活動釋放的大量CO2導(dǎo)致海水酸化對鈣循環(huán)的影響，從而更全面地了解三疊系—侏羅系界線的情況。

3 三疊系—侏羅系界線的全球關(guān)聯(lián)性

三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交引發(fā)的環(huán)境變化影響范圍很廣，生物種群變化及碳同位素值偏移已在全球多個剖面中找到。為了較好地呈現(xiàn)各剖面三疊系—侏羅系界線的關(guān)聯(lián)性，本文收集了多地更為穩(wěn)定的有機(jī)碳同位素值與生物種群情況。

Guex等在美國內(nèi)華達(dá)州Nevada剖面發(fā)現(xiàn)初始有機(jī)碳同位素值負(fù)偏移與三疊系菊石的滅絕位置相符，同時赫塘階底部的碳同位素值負(fù)偏移及主要碳同位素值負(fù)偏移與大多數(shù)陸地植物及菊石、有孔蟲的恢復(fù)期相對應(yīng)，三疊系—侏羅系界線因此被確定為侏羅紀(jì)菊石(Psilocerasspelae)首次出現(xiàn)的位置，該段主要沉積黑色頁巖[18]。在英國St Audrie剖面及丹麥Stenlille剖面中并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的生物學(xué)證據(jù)，但在初始有機(jī)碳同位素值負(fù)偏移上的正偏移中發(fā)現(xiàn)了大量侏羅紀(jì)孢粉(P.polymicroforatusabundance)聚集，因此，Lindstrom等將界線位置標(biāo)志于此[23]；該段St Audrie剖面沉積薄層泥巖，偶見灰?guī)r夾層[5]，Stenlille剖面沉積灰色粉砂巖[58]。特提斯洋范圍內(nèi)的奧地利Kuhjoch剖面初始碳同位素值負(fù)偏移的位置與菊石(Choristocerasmarchii)滅絕位置相對應(yīng)，在隨后的碳同位素值正偏移及主要碳同位素值負(fù)偏移中，孢粉種群逐漸恢復(fù)；而侏羅紀(jì)菊石(Psilocerasspelae)首次出現(xiàn)位置為主要有機(jī)碳同位素值負(fù)偏移之上的正偏移內(nèi)，為三疊系—侏羅系界線位置[72]。該剖面也是國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(IUGS)批準(zhǔn)的侏羅系底界全球年代地層單位界線層型剖面和點(diǎn)位(GSSP)，該段沉積黏土-粉砂狀泥灰?guī)r。意大利倫巴第(Lombardy)盆地Val Adara剖面中菊石證據(jù)及孢粉證據(jù)均不完善，但三疊系—侏羅系界線處的剖面巖性變化十分明顯，在出現(xiàn)初始碳同位素值負(fù)偏移之下的瑞替階主要沉積物為富含化石(尤其珊瑚)的泥晶顆粒灰?guī)r，在碳同位素值負(fù)偏移處巖性突變?yōu)楸訝钅鄮r，在隨后的赫塘階連續(xù)碳同位素值正偏移中則對應(yīng)鮞?；?guī)r沉積[57]。相同的巖性變化及同位素特征(即鮞?；?guī)r與連續(xù)碳同位素值正偏移)也出現(xiàn)在阿聯(lián)酋Wadi Milaha剖面中，但同位素類型為無機(jī)碳[26,35](圖7)。

圖7 全球沉積三疊系—侏羅系界線的典型剖面對比Fig.7 Comparison of Triassic-Jurassic Boundaries from Global Typical Profiles

現(xiàn)階段中國三疊系—侏羅系界線的研究取得了一些進(jìn)展，主要以巖性描述及古生物化石研究為主，根據(jù)三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)古地理環(huán)境可分為海相剖面(西藏地區(qū)及廣東部分地區(qū))、海陸交互相剖面(湘粵地區(qū))及陸相剖面(除上述地區(qū)外的國內(nèi)大部分地區(qū))。①海相剖面研究取得進(jìn)展最多。王永勝等利用菊石、珊瑚、腕足類、魚類及雙殼類建立西藏北部多瑪?shù)貙拥耐砣B世—早侏羅世生物地層劃分標(biāo)準(zhǔn)[73]；陰家潤等對西藏格米格剖面進(jìn)行了詳細(xì)的菊石研究，并提供了碳氧同位素數(shù)據(jù)[9-10]；Sha等更是在羌塘盆地取得突破性進(jìn)展，提出了雙殼類生物Waagenoperna不僅在本次滅絕事件中存活，同時該生物各亞屬聚集分類還可細(xì)致區(qū)分晚三疊世—早侏羅世各地質(zhì)時間段，其中卡尼階—諾利階Waagenoperna的A類亞屬聚集甚至可以同日本及南阿爾卑斯山脈的同類生物相關(guān)聯(lián)[74]。不僅如此，羌塘盆地中三疊世—侏羅紀(jì)發(fā)生的相關(guān)地質(zhì)現(xiàn)象還可和天文學(xué)結(jié)合起來，已有部分?jǐn)?shù)據(jù)表明該時期劇烈的氣候變化可能由行星運(yùn)行軌道的偏心率周期引起，其與太陽系的混沌擴(kuò)散有關(guān)[16]。②海陸交互相剖面研究近幾年來也取得了較大突破。張彥偉等提出了南嶺地區(qū)的晚三疊世—早侏羅世海相古生物標(biāo)志帶[11]；許中杰等利用地球化學(xué)元素分析推測華南陸緣于三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)之交出現(xiàn)濕潤→短暫干旱→濕潤的氣候變化及早侏羅世大規(guī)模海侵事件具有全球一致性[75]。③陸相剖面研究則更注重利用孢粉類型的變化劃分界線及研究相關(guān)環(huán)境變化。盧遠(yuǎn)征等利用準(zhǔn)噶爾盆地南緣孢粉類型及組合特征判斷早侏羅世更為潮濕炎熱，同時提供有機(jī)碳同位素值，并與全球典型剖面作對比[8]；杜建軍等則應(yīng)用地球化學(xué)數(shù)據(jù)推測柴達(dá)木盆地早侏羅世環(huán)境為貧氧還原環(huán)境[76]；劉兆生等則對四川盆地晚三疊世孢粉組合及相關(guān)古氣候和古植物變化進(jìn)行詳細(xì)研究，認(rèn)為沉積相類型也多以河流及湖泊為主[7,77]。

4 結(jié) 語

(1)三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)轉(zhuǎn)折期由于受中部大西洋巖漿省火山活動的影響，發(fā)生了海平面波動和海水酸化，長期溫室效應(yīng)導(dǎo)致氣候炎熱，還伴隨晚三疊世末的生物滅絕事件，同時碳同位素值也受到影響，這些在全球范圍內(nèi)各剖面上及其地球化學(xué)數(shù)據(jù)中顯示出相應(yīng)的變化。

(2)現(xiàn)階段劃分三疊系—侏羅系界線的方法主要有以菊石及孢粉為主的古生物化石標(biāo)定法、碳同位素標(biāo)定法、元素地球化學(xué)特征分析法和綜合數(shù)據(jù)建立地質(zhì)模型等，已經(jīng)被用于多個國家的三疊系—侏羅系界線研究中。

(3)目前，中國對于三疊系—侏羅系界線的研究尚不全面，究其原因主要有：①中國沉積環(huán)境大部分屬于陸相沉積環(huán)境，不同于現(xiàn)階段全球研究熱點(diǎn)的中、高緯度海相環(huán)境中有較為豐富的海相生物化石證據(jù)；②東亞地區(qū)距離中部大西洋巖漿省大規(guī)模頻發(fā)的火山活動較遠(yuǎn)，因此，環(huán)境變化受其影響相對來說不如歐洲和北美洲等。

(4)中國三疊系—侏羅系界線研究仍缺乏地球化學(xué)數(shù)據(jù)及整合各方面數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)建模等定量化研究。未來對于三疊系—侏羅系地層劃分的研究應(yīng)合理利用半定量的生物化石，結(jié)合地球化學(xué)數(shù)據(jù)(如碳同位素、鈣同位素、其他重要元素分布特征)等建立地質(zhì)模型。這不僅可以更精確地厘定三疊系—侏羅系界線，與國際年代地層格架相對應(yīng)，同時還可用于推測該時期沉積環(huán)境的變化，補(bǔ)充全球三疊系—侏羅系界線研究中東亞方面的證據(jù)。

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