白垩纪地球表层系统.doc

项目名称:
白垩纪地球表层系统重大地质事件与温室气候变化
首席科学家:
王成善中国地质大学(北京)
起止年限:

依托部门:
教育部
一、研究内容
拟解决的关键科学问题:以白垩纪大洋缺氧事件向富氧作用转变过程及控制因素为核心,进行海陆相整合研究,探讨碳循环控制的重大地质事件与气候变化之间的关系。
陆地和海洋是构成统一的地球表层系统的不可分割的单元。白垩纪时期所发生的与碳循环密切相关的大洋缺氧事件-富氧作用不仅在海洋中得到清晰的记录,也必然在陆地上得到良好的响应。缺少来自陆地的响应研究,既无法精细刻画白垩纪的“黑-红转变”,同时也很难完整而准确地探索这种转变与温室气候变化的关系。在我国形成的世界最大含油气湖盆-松辽盆地,是进行陆地响应研究的理想地区。本项目拟开展四个方面的研究内容,包括海相、陆相白垩纪重大地质事件及大规模烃源岩与古气候变化的关系。需要说明的是,以下第1个方面的研究内容所覆盖的地域是全球性的,第2、3方面的内容是区域性的。在进行陆地响应研究的同时,必须注意到海陆相记录在物理、化学、生物方面都存在重大的不同,因此对二者的异同点进行分析更是不可或缺的研究内容,因此设立第4方面的研究内容。
白垩纪海相重大地质事件与气候变化
大洋富氧作用-大洋红层剖面立典研究与全球精确对比:在东特提斯洋(喜马拉雅地区)及西特提斯(意大利等)开展白垩纪大洋红层的剖面的立典研究,包括地层学、矿物学、岩石学、沉积学、地球化学、古生物学等方面,并利用ODP/DSDP获取的来自大西洋和太平洋典型钻孔岩芯开展“大洋红层”主题研究。在此基础上,对全球白垩纪大洋红层进行精细对比研究,确定其时空分布,分析世界各地白垩纪大洋红层的异同点。
东特提斯洋大洋缺氧事件-黑色页岩的立典研究:发挥保存在我录的独特优势和在大洋红层研究中取得的学术优势,重点以白垩纪大洋缺氧事件为突破,继续加强并深化东特提斯地区海相白垩纪大洋缺氧事件研究。对白垩纪大洋缺氧事件沉积开展多学科、高精度研究。通过浮游有孔虫、底栖有孔虫、钙质超微化石、放射虫、孢粉、沟鞭藻等多门类生物化石研究,建立起生物演化的空间序列和大洋缺氧事件的年代格架。
大洋富氧作用和缺氧事件的地质、地球化学及生物记录:对大洋富氧作用和缺氧事件的地质、地球化学和生物记录进行综合研究,地质记录包括矿物学和岩石学(含铁矿物、粘土矿物等)、沉积环境、沉积速率等,生物记录包括生物绝灭、更替与辐射速率、生物原始生产力、古生物的生态功能分析,地球化学记录包括稳定同位素、元素地球化学、生物标志化合物等。通过对这些记录的综合分析,获得指示这两个重大地质事件的有效标志。
大洋富氧作用和缺氧事件的化学、物理和生物控制因素及成因机制:通过多学科研究和新方法、新技术的运用(如化石氧同位素、硫同位素、硼同位素等),探讨当时古海洋环境参数,包括化学参数(溶解氧含量、氧化还原条件等)、物理参数(洋流、温度、海平面、盐度等)、生物参数(如原始生物生产力、生物古生态等);结合全球气候变化、大火成岩省形成、古地理变迁、古海洋演化等特征,探讨大洋缺氧事件和大洋富氧作用的控制因素;从全球范围和地球系统科学框架内,探讨蕴涵在这一重大转变之后的古海洋、古气候条件的变化及其与碳循环之间的关系。
白垩纪重大地质事件的陆相记录及其与气候变化的关系
陆相与海相白垩系的对比:由于陆相生物与海相生物的不可比性,常规的生物地层学对比研究难以开展,而地质事件研究只能在同一尺度的限定下进行,使得中国陆相白垩系的全球对比工作成为本项目的难点。本项目拟充分依靠松辽盆地白垩系科学钻探,结合陆地剖面,采用磁性地层学、稳定同位素地层学、同位素年代学、层序地层学、湖-海沟通沉积记录对比、元素地球化学以及生物类群更替与定量古生物学等方法进行海-陆相白垩系的对比研究。
陆相生物类群更替与气候变化的关系:白垩纪重大地质事件与生物群绝灭和复苏在时间上紧密相关。对白垩纪热河生物群、阜新生物群和松花江生物群形成、演替及其环境变化驱动机制开展研究,从深层次、多角度理解和发现鲜为人知的若干陆相生物类群更替与气候变化关系。以东北地区白垩纪陆相地层为重点,以脊椎动物、昆虫、植物及伴生化石为典型门类,辅以构造、古生态、沉积、火山岩、同位素测年等手段,全面了解白垩纪生物群的组成和时空分布规律。在研究鸟类、哺乳类、喜花昆虫和被子植物的起源和早期演化等问题基础上,重点探讨生物群演替(绝灭与复苏)与气候变化的关系。
重大地质事件的陆地响应与气候变化的关系:以我国独具特色的大型陆相白垩纪湖盆为研究基地,重点研究松辽盆地登娄库组中部、青山口组上部和嫩江组三次黑色页岩沉积和相间的三套红色碎屑沉积之间转变的机制,通过生物、地球化学、同位素