2007 广西东攀二叠系_三叠系界线剖面基于岩石磁参数的米兰科维奇旋回特征和地层对比陈建业
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过去的几年里笔者等对该剖面进行了较为详细的岩石地层学古生物地层学以及事件地层学的研究蒙有言等2005区分出两次大的灭绝事件可与浙江煤山二叠系一三叠系界线层型剖面进行对黏土岩目泥岩目钙质泥岩质泥岩目含粉砂i质泥岩鬯含硅质泥岩回含凝灰质二硅质泥岩圈层凝灰岩回生物碎屑灰岩广西东攀剖面和浙江煤山剖面对比图煤山剖面参考彭元桥童金南2000fig2correlationbetweendongpanandmeishansectionsmeishansectionfrompengyuanqiaotongjinnan2000东攀剖面第6层为凝灰岩与上下突变接触是生物绝灭的第一幕介形虫放射虫的丰度分异度急剧下降有孔虫钙质壳消失腕足动物个体小型化为放射虫neoalbaillellaoptima带的顶界根据gujihachiman剖面牙形石和放射虫研究neoalbaillellaoptima带对应于clarkinachangxingensiscpostsubcarinatacpostwangicdeflaecta组合带的上限xiawencheneta1
二叠纪2三叠纪之交最大的生物集群灭绝 ,各类生物 分异度均降到极低 ,腕足动物 、有孔虫消失 ,13 层出 现了 标 志 三 叠 纪 开 始 的 生 物 组 合 Cl arai a sp . 2 O p hiceras sp . ,将 13/ 12 定为二叠系2三叠系界线 , 对应于煤山剖面的 27c/ b 。 华南乃至整个特提斯的东南缘 ,二叠系2三叠系 界线普遍发育有火山黏土层 ,具有等时性 ,在一定区 域范围内可以用来划分和对比地层 ( Yin Ho ng2f u & To ng Jin2nan , 1998) 。在上述生物地层对比基
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
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地 层 学 杂 志 31 卷
一 、地层序列与地层对比 从属东特提斯的桂西南地区 ,从晚古生代到中
生代早期一直为浅水碳酸盐台地礁与深水硅质岩沉 积相间Байду номын сангаас格局 (图 1a) ,其中二叠纪末至早三叠世为 深水相连续沉积 。东攀深水相二叠系2三叠系界线 剖面位于桂西南扶绥县境内柳桥镇东约 5km 处 ,紧 邻南宁 —凭祥国道 (图 1b) ,界线附近地层出露完
波动幅度较大 ,图 3 给出了各个磁参数的对数结果 。
三 、旋回地层分析 1 旋回的宏观特征
东攀剖面野外宏观级序结构清楚 ,表现出很好 的旋回性 。界线之下 ,特别是 2 —5 层 ,岩性上表现 为泥岩与硅质岩 、含泥硅质岩韵律互层 ,单层泥岩或 硅质岩中发育有明暗相间的纹层 ,排除了事件沉积 的可能 ,应代表气候的周期变化 ,可能对应于米兰科 维奇斜度旋回 ( Zhang Ke2xin et al . , 1996) 。6 —14 层为稳定的泥岩沉积 (夹火山事件层) ,岩性上未显 示旋回 。14 层之上岩性逐渐过渡到罗楼组典型的 瓦片状泥岩与泥灰岩韵律性互层 ,这种泥/ 灰岩层束 在下扬子地区下三叠统可追索对比 ,具有均一性 、周 期性和多级次的特点 (童金南 、殷鸿福 ,1999) ,众多 学者已从中分辨出米兰科维奇旋回周期 (喻 艺等 , 1998 ; 童 金 南 、殷 鸿 福 , 1999 ; Peng Yuan2qiao & To ng J in2nan , 2001 ; Yang & Lehrmann ,2003) 。 2 基于磁参数的频谱分析
2007 年 10 月
地 层 学 杂 志
J OU RNAL O F S TRA TI GRA P H Y
第 31 卷 第 4 期
广西东攀二叠系2三叠系界线剖面基于岩石磁参数的 米兰科维奇旋回特征和地层对比 ①
陈建业 冯庆来 陈 晶 朱宗敏
中国地质大学生物地质与环境地质教育部重点实验室 湖北武汉 430074
图 1 广西东攀剖面交通位置及区域地质简图 Fig. 1 Location and simplified geological map
of Dongpan sectio n in Guangxi
①国家自然科学基金 (No . 40232025) 和国家理科基础科学研究和教学人才培养基地资金资助 。 文稿接受日期 :2007203229 ;修改稿收到日期 :2007208203 。 第一作者简介 :1983 年 9 月生 ,男 ,湖北松滋人 ,中国地质大学理科基地班 。 通讯作者 :冯庆来 ,1961 年 7 月生 ,男 ,山东济宁人 ,教授 ,从事微体古生物学 、造山带地质学和重大地质事件研究 。
古生代 、中生代之交生物的集群灭绝一直备受 关注 ,大量研究在全球诸多剖面上持续进行 ,而地层 的精细对比一直是一个难点 。牙形石 H i n deod us p arv us 的首现处作为二叠系2三叠系界线点 ,为剖 面间的对比提供标准 ( Yin Ho ng2f u & To ng Jin2 nan ,1998) ,但由于 H. p arv us 对陆相地层的局限性 及其出现层位的不一致性 ,使用它来标定界线并不 尽人意 。此外磁极性地层由于后期磁场的叠加 、氧 碳同位素由于成岩作用的影响也都存在一定弊端 , 地球化学突变面如铱异常层也是众说纷纭 。近年 来 ,磁化率地层学方法用于第四纪黄土的对比得到 普遍认同 (刘东生 ,1985) ,之后不同学者将该法引入 二叠系2三 叠 系 界 线 地 层 研 究 ( 彭 元 桥 、童 金 南 , 2000 ;袁爱华等 , 2003 ; Hansen et al . , 2000 ; Wang Shang2yan et al . ,2002) ,本文将焦点置于界线附近 小范围内 ,对不同剖面的磁化率进行了精细对比 。
米兰科维奇周期一致的旋回 ( Hansen et al . ,2000 ; Rampino et al . ,2000 ;Dolenec et al . ,2001) 。值得 注意的是 ,磁化率主要反映亚铁磁性矿物的含量 ,仅 为岩石磁性特征的一个方面 ,天文轨道旋加力通过 对气候和海平面变化的控制来间接影响沉积作用 , 反映到沉积岩石磁性特征上会引起磁性矿物含量 、 大小 、种类的韵律变化 。本文试图用不同的磁参数 来研究地层的旋回性 ,并探讨不同的磁性特征分别 受何种周期的气候旋回控制 。
另外 ,广泛用于新生代以来沉积物的旋回地层 学也不失为高精度对比地层的一个好方法 。磁化率 是旋回分析的常用替代指标 ,由于受后期地质作用 的影响小 , 它也被用于古老地层的高分辨率研究
(Mayer & Appel , 1999 ; Crick & Ellwood , 2001 ; Yang & Lehrmann ,2003) 。对于二叠系2三叠系界 线 ,不同学者对磁化率曲线的时频分析结果具有与
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4 期
陈建业等 :广西东攀二叠系2三叠系界线剖面基于岩石磁参数的米兰科维奇旋回特征和地层对比
摘 要 :二叠纪2三叠纪之交发生了地质历史上最大的生物集群绝灭 。通过对广西东攀二叠系2三叠系界线剖面不 同的磁学数据进行频谱分析 ,其结果均具一致的功率谱峰 ,对比煤山剖面的同位素年龄将厚度频率 35. 7 ∶15. 6 ∶ 7. 7cm/ cycle换算为时间周期 95 ∶41. 6 ∶20. 5kyr/ cycle ,分别与米兰科维奇旋回偏心率 、斜度 、岁差相当 ,从而将地 层研究的精度提高到万年级 ,为生物绝灭和众多地质事件提供时间上的约束 。不同的磁学参数分别受控于不同的 天文周期 ,磁性矿物种类主要受偏心率旋回控制 ,同时也受斜度周期的影响 ,而岁差周期则是促使岩石携磁能力高频 变化的原因。不同二叠系 —三叠系剖面(集中在界线附近) 的磁化率曲线具有一致特征 ,可作为界线点确定的辅助依据。 关 键 词 :磁化率 ,米兰科维奇旋回 ,地层对比 ,二叠纪2三叠纪界线 ,东攀剖面 ,广西 中图法分类号 : P 534. 46 ,534. 51 ,539. 3 文献标识码 :A 文章编号 :025324959 (2007) 0420309208
东攀剖面第 6 层为凝灰岩 ,与上下突变接触 ,是 生物绝灭的第一幕 ,介形虫 、放射虫的丰度 、分异度 急剧下降 ,有孔虫钙质壳消失 ,腕足动物个体小型 化 ,为放射虫 N eoalbai l lel l a opti m a 带的顶界 ,根据 Gujihachiman 剖 面 牙 形 石 和 放 射 虫 研 究 , N eoalbai l lel l a opti m a 带 对 应 于 Cl arki na chan g2 x i n gensis2C. posts ubca ri nat a2C. post w an gi2C. de2 f l aect a 组合带的上限 ( Xia Wen2chen et al . ,2004) , 而此牙形石带见于煤山剖面 24d 层 。12 层顶发生
图 2 广西东攀剖面和浙江煤山剖面对比图 (煤山剖面参考彭元桥 、童金南 ,2000) Fig. 2 Co rrelation between Dongpan and Meishan sectio ns ( Meishan section f rom Peng Yuan2qiao & Tong Jin2nan ,2000 )
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础上 ,两剖面的黏土层也可对比 (图 2) ,煤山剖面继 24e 的灭绝事件之上为 25 层的火山黏土层 ,而东攀 剖面第一次灭绝之上从第 9 层下部开始频繁出现黏 土层 ,单层厚度大且稳定 ;同样煤山剖面在二叠系2 三叠系界线之上 28 层为黏土岩 ,而东攀剖面界线上 1321A 、1322 、1324 、1326 均为白色黏土层 。黏土层的 对比反过来又支持了将东攀剖面界线置于 13/ 12 层 的论断 。
整 ,共 14. 1m ,划分为 14 层 ,包括上二叠统大隆组顶 部的硅泥质沉积和下三叠统罗楼组底部的泥岩沉 积 。过去的几年里 ,笔者等对该剖面进行了较为详 细的岩石地层学 、古生物地层学以及事件地层学的 研究 (蒙有言等 ,2005) ,区分出两次大的灭绝事件 , 可与浙江煤山二叠系2三叠系界线层型剖面进行对 比 (图 2) 。
米兰柯维奇旋回是一种全球范围的高频变化 力 ,它对地层记录的影响是通过气候和海平面变化
来实现的 。气候上的旋回控制岩石的磁性特征 ,可 反映在不同的磁参数上 。
二 、采样测试及结果 东攀剖面 6 —14 层岩性均一 ,并跨越两次灭绝
事件 ,对其进行间距为 1. 5cm 的高精度采样 ,单层 厚度不足时单独采样 。常温干燥后样品经过非铁质 手工研磨至 50 目以下粉末状 ,称取约为 10g 的样品
分别装入 3 个圆柱形聚乙烯盒内并压实 ,然后依次 测量以下磁参数 : 1) 3 样品的三方位单位体积磁化 率κ,共得到 9 组数据 ,取平均值后体积磁化率 ; 2) 选取 1 个磁化率居中的样品 ,将其依次在 300m T 、 1 000 m T 外 磁 场 下 冲 磁 后 , 测 得 等 温 剩 磁 IRM300m T 、饱和等温剩磁 SIRM (认为 1 000 m T 下已达到饱和) ;3) 携饱和等温剩磁样品在 - 40m T 、 - 100m T 、- 300m T 的反向磁场冲磁后保留的等温 剩磁 IRM - 40mT 、IRM - 100mT 、IRM - 300mT 。通过简单计 算 可 得 到 比 值 参 数 SIRM/κ, 冲 磁 参 数 F300 ( IRM300m T/ SIRM) 和反向充磁参数 S - 40 ( ( SIRM2
IRM - 40mT ) / (2 3 SIRM) ) , S - 100 (2IRM - / 100mT SIRM) ,S - 300 (2IRM - / 300mT SIRM) 。具体各参数的 含义参考孙知明等 (1996) 的有关文章 。由于磁参数
图 3 广西东攀剖面磁参数的对数结果 ( S - 100 ,S - 40存在负值取对数之前加了 0. 5 ,虚线代表分层界线) Fig. 3 Logging result s of magnetic parameters o n Dongpan section in Guangxi
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二叠纪2三叠纪之交最大的生物集群灭绝 ,各类生物 分异度均降到极低 ,腕足动物 、有孔虫消失 ,13 层出 现了 标 志 三 叠 纪 开 始 的 生 物 组 合 Cl arai a sp . 2 O p hiceras sp . ,将 13/ 12 定为二叠系2三叠系界线 , 对应于煤山剖面的 27c/ b 。 华南乃至整个特提斯的东南缘 ,二叠系2三叠系 界线普遍发育有火山黏土层 ,具有等时性 ,在一定区 域范围内可以用来划分和对比地层 ( Yin Ho ng2f u & To ng Jin2nan , 1998) 。在上述生物地层对比基
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地 层 学 杂 志 31 卷
一 、地层序列与地层对比 从属东特提斯的桂西南地区 ,从晚古生代到中
生代早期一直为浅水碳酸盐台地礁与深水硅质岩沉 积相间Байду номын сангаас格局 (图 1a) ,其中二叠纪末至早三叠世为 深水相连续沉积 。东攀深水相二叠系2三叠系界线 剖面位于桂西南扶绥县境内柳桥镇东约 5km 处 ,紧 邻南宁 —凭祥国道 (图 1b) ,界线附近地层出露完
波动幅度较大 ,图 3 给出了各个磁参数的对数结果 。
三 、旋回地层分析 1 旋回的宏观特征
东攀剖面野外宏观级序结构清楚 ,表现出很好 的旋回性 。界线之下 ,特别是 2 —5 层 ,岩性上表现 为泥岩与硅质岩 、含泥硅质岩韵律互层 ,单层泥岩或 硅质岩中发育有明暗相间的纹层 ,排除了事件沉积 的可能 ,应代表气候的周期变化 ,可能对应于米兰科 维奇斜度旋回 ( Zhang Ke2xin et al . , 1996) 。6 —14 层为稳定的泥岩沉积 (夹火山事件层) ,岩性上未显 示旋回 。14 层之上岩性逐渐过渡到罗楼组典型的 瓦片状泥岩与泥灰岩韵律性互层 ,这种泥/ 灰岩层束 在下扬子地区下三叠统可追索对比 ,具有均一性 、周 期性和多级次的特点 (童金南 、殷鸿福 ,1999) ,众多 学者已从中分辨出米兰科维奇旋回周期 (喻 艺等 , 1998 ; 童 金 南 、殷 鸿 福 , 1999 ; Peng Yuan2qiao & To ng J in2nan , 2001 ; Yang & Lehrmann ,2003) 。 2 基于磁参数的频谱分析
2007 年 10 月
地 层 学 杂 志
J OU RNAL O F S TRA TI GRA P H Y
第 31 卷 第 4 期
广西东攀二叠系2三叠系界线剖面基于岩石磁参数的 米兰科维奇旋回特征和地层对比 ①
陈建业 冯庆来 陈 晶 朱宗敏
中国地质大学生物地质与环境地质教育部重点实验室 湖北武汉 430074
图 1 广西东攀剖面交通位置及区域地质简图 Fig. 1 Location and simplified geological map
of Dongpan sectio n in Guangxi
①国家自然科学基金 (No . 40232025) 和国家理科基础科学研究和教学人才培养基地资金资助 。 文稿接受日期 :2007203229 ;修改稿收到日期 :2007208203 。 第一作者简介 :1983 年 9 月生 ,男 ,湖北松滋人 ,中国地质大学理科基地班 。 通讯作者 :冯庆来 ,1961 年 7 月生 ,男 ,山东济宁人 ,教授 ,从事微体古生物学 、造山带地质学和重大地质事件研究 。
古生代 、中生代之交生物的集群灭绝一直备受 关注 ,大量研究在全球诸多剖面上持续进行 ,而地层 的精细对比一直是一个难点 。牙形石 H i n deod us p arv us 的首现处作为二叠系2三叠系界线点 ,为剖 面间的对比提供标准 ( Yin Ho ng2f u & To ng Jin2 nan ,1998) ,但由于 H. p arv us 对陆相地层的局限性 及其出现层位的不一致性 ,使用它来标定界线并不 尽人意 。此外磁极性地层由于后期磁场的叠加 、氧 碳同位素由于成岩作用的影响也都存在一定弊端 , 地球化学突变面如铱异常层也是众说纷纭 。近年 来 ,磁化率地层学方法用于第四纪黄土的对比得到 普遍认同 (刘东生 ,1985) ,之后不同学者将该法引入 二叠系2三 叠 系 界 线 地 层 研 究 ( 彭 元 桥 、童 金 南 , 2000 ;袁爱华等 , 2003 ; Hansen et al . , 2000 ; Wang Shang2yan et al . ,2002) ,本文将焦点置于界线附近 小范围内 ,对不同剖面的磁化率进行了精细对比 。
米兰科维奇周期一致的旋回 ( Hansen et al . ,2000 ; Rampino et al . ,2000 ;Dolenec et al . ,2001) 。值得 注意的是 ,磁化率主要反映亚铁磁性矿物的含量 ,仅 为岩石磁性特征的一个方面 ,天文轨道旋加力通过 对气候和海平面变化的控制来间接影响沉积作用 , 反映到沉积岩石磁性特征上会引起磁性矿物含量 、 大小 、种类的韵律变化 。本文试图用不同的磁参数 来研究地层的旋回性 ,并探讨不同的磁性特征分别 受何种周期的气候旋回控制 。
另外 ,广泛用于新生代以来沉积物的旋回地层 学也不失为高精度对比地层的一个好方法 。磁化率 是旋回分析的常用替代指标 ,由于受后期地质作用 的影响小 , 它也被用于古老地层的高分辨率研究
(Mayer & Appel , 1999 ; Crick & Ellwood , 2001 ; Yang & Lehrmann ,2003) 。对于二叠系2三叠系界 线 ,不同学者对磁化率曲线的时频分析结果具有与
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4 期
陈建业等 :广西东攀二叠系2三叠系界线剖面基于岩石磁参数的米兰科维奇旋回特征和地层对比
摘 要 :二叠纪2三叠纪之交发生了地质历史上最大的生物集群绝灭 。通过对广西东攀二叠系2三叠系界线剖面不 同的磁学数据进行频谱分析 ,其结果均具一致的功率谱峰 ,对比煤山剖面的同位素年龄将厚度频率 35. 7 ∶15. 6 ∶ 7. 7cm/ cycle换算为时间周期 95 ∶41. 6 ∶20. 5kyr/ cycle ,分别与米兰科维奇旋回偏心率 、斜度 、岁差相当 ,从而将地 层研究的精度提高到万年级 ,为生物绝灭和众多地质事件提供时间上的约束 。不同的磁学参数分别受控于不同的 天文周期 ,磁性矿物种类主要受偏心率旋回控制 ,同时也受斜度周期的影响 ,而岁差周期则是促使岩石携磁能力高频 变化的原因。不同二叠系 —三叠系剖面(集中在界线附近) 的磁化率曲线具有一致特征 ,可作为界线点确定的辅助依据。 关 键 词 :磁化率 ,米兰科维奇旋回 ,地层对比 ,二叠纪2三叠纪界线 ,东攀剖面 ,广西 中图法分类号 : P 534. 46 ,534. 51 ,539. 3 文献标识码 :A 文章编号 :025324959 (2007) 0420309208
东攀剖面第 6 层为凝灰岩 ,与上下突变接触 ,是 生物绝灭的第一幕 ,介形虫 、放射虫的丰度 、分异度 急剧下降 ,有孔虫钙质壳消失 ,腕足动物个体小型 化 ,为放射虫 N eoalbai l lel l a opti m a 带的顶界 ,根据 Gujihachiman 剖 面 牙 形 石 和 放 射 虫 研 究 , N eoalbai l lel l a opti m a 带 对 应 于 Cl arki na chan g2 x i n gensis2C. posts ubca ri nat a2C. post w an gi2C. de2 f l aect a 组合带的上限 ( Xia Wen2chen et al . ,2004) , 而此牙形石带见于煤山剖面 24d 层 。12 层顶发生
图 2 广西东攀剖面和浙江煤山剖面对比图 (煤山剖面参考彭元桥 、童金南 ,2000) Fig. 2 Co rrelation between Dongpan and Meishan sectio ns ( Meishan section f rom Peng Yuan2qiao & Tong Jin2nan ,2000 )
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础上 ,两剖面的黏土层也可对比 (图 2) ,煤山剖面继 24e 的灭绝事件之上为 25 层的火山黏土层 ,而东攀 剖面第一次灭绝之上从第 9 层下部开始频繁出现黏 土层 ,单层厚度大且稳定 ;同样煤山剖面在二叠系2 三叠系界线之上 28 层为黏土岩 ,而东攀剖面界线上 1321A 、1322 、1324 、1326 均为白色黏土层 。黏土层的 对比反过来又支持了将东攀剖面界线置于 13/ 12 层 的论断 。
整 ,共 14. 1m ,划分为 14 层 ,包括上二叠统大隆组顶 部的硅泥质沉积和下三叠统罗楼组底部的泥岩沉 积 。过去的几年里 ,笔者等对该剖面进行了较为详 细的岩石地层学 、古生物地层学以及事件地层学的 研究 (蒙有言等 ,2005) ,区分出两次大的灭绝事件 , 可与浙江煤山二叠系2三叠系界线层型剖面进行对 比 (图 2) 。
米兰柯维奇旋回是一种全球范围的高频变化 力 ,它对地层记录的影响是通过气候和海平面变化
来实现的 。气候上的旋回控制岩石的磁性特征 ,可 反映在不同的磁参数上 。
二 、采样测试及结果 东攀剖面 6 —14 层岩性均一 ,并跨越两次灭绝
事件 ,对其进行间距为 1. 5cm 的高精度采样 ,单层 厚度不足时单独采样 。常温干燥后样品经过非铁质 手工研磨至 50 目以下粉末状 ,称取约为 10g 的样品
分别装入 3 个圆柱形聚乙烯盒内并压实 ,然后依次 测量以下磁参数 : 1) 3 样品的三方位单位体积磁化 率κ,共得到 9 组数据 ,取平均值后体积磁化率 ; 2) 选取 1 个磁化率居中的样品 ,将其依次在 300m T 、 1 000 m T 外 磁 场 下 冲 磁 后 , 测 得 等 温 剩 磁 IRM300m T 、饱和等温剩磁 SIRM (认为 1 000 m T 下已达到饱和) ;3) 携饱和等温剩磁样品在 - 40m T 、 - 100m T 、- 300m T 的反向磁场冲磁后保留的等温 剩磁 IRM - 40mT 、IRM - 100mT 、IRM - 300mT 。通过简单计 算 可 得 到 比 值 参 数 SIRM/κ, 冲 磁 参 数 F300 ( IRM300m T/ SIRM) 和反向充磁参数 S - 40 ( ( SIRM2
IRM - 40mT ) / (2 3 SIRM) ) , S - 100 (2IRM - / 100mT SIRM) ,S - 300 (2IRM - / 300mT SIRM) 。具体各参数的 含义参考孙知明等 (1996) 的有关文章 。由于磁参数
图 3 广西东攀剖面磁参数的对数结果 ( S - 100 ,S - 40存在负值取对数之前加了 0. 5 ,虚线代表分层界线) Fig. 3 Logging result s of magnetic parameters o n Dongpan section in Guangxi
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