俄罗斯远东萨哈林地区上白垩统陆源有机质的稳定碳同位素地层学.doc

俄罗斯远东——萨哈林(库页岛)地区上白垩统陆源有机质的稳定碳同位素地层学
——古大气层co2同位素的组成事例

摘要:俄罗斯远东地区赛诺曼——麦斯里希特阶地层中陆源有机质的稳定碳同位素年代地层图可以与世界其他地区钻井剖面的碳酸盐岩碳同位素相对比。在日本,建立了完善的以区域菊石和双壳类化石为依据的年代指示生物地层单位,它能够被应用于上赛诺曼——下土伦阶以及麦斯里希特阶之外的整个白垩系。全球相关的碳同位素事件,以前由欧洲和美国的碳酸盐岩中的碳和海相有机质中的碳确定。WI(Western Interior)地区的上赛诺曼期到下坎帕期地层中测定出与欧美相似的值。按照年代顺序。这些事件是:整个赛诺曼阶——土伦阶是正的峰值;向负值移动的阶梯状平移段(下中土伦阶);槽状的负异常(中——上土伦阶);正向的反弹加上随后的宽缓峰;带有适度负异常的正峰值(坎帕阶)。陆源有机质和碳酸盐岩之间,δ13C值相似变化表示海水平面与大气CO2之间的碳同位素的平衡关系,证明陆源有机碳同位素曲线能够被用于检测海洋——大气系统中CO2碳同位素的变化。在上坎帕和麦斯里希特阶,负的δ13C异常以及随后的迅速反弹可能与南、北大西洋,印度,太平洋深海岩心中所观察到的碳酸盐岩碳同位素的相同特点相关,在该地层之内,陆源有机质的碳13(δ13C)值已经反映出全球CO2碳同位素的变化,存在细微的区域或局部异常。
关键字:碳同位素,CO2,白垩纪,有机碳,古环境,萨哈林,内陆。
简介
碳酸盐中稳定碳同位素值(δ13C)的年代地层变化有时被用于代表海水中平均碳同位素的变化,以此分析全球碳循环的长期状态和相关的古气候。在最近十年中,碳酸盐碳同位素的许多地层学研究已经应用到了不同的上白垩统地层中(例如:Barrera和Huber,1990;Corfield等,1991;Pratt等,1993;Jenkyns等,1994;Barrera和Savin,1999;Stoll和Schrag,2000)。但是,碳酸盐岩中的碳同位素值潜在地受局部海洋环境的影响和/或在成岩期间受次生因素的影响所改变。总结晚白垩世期间有关全球碳循环的讨论,海洋——大气环境下的碳同位素值表示的时间序列应该根据与碳酸盐岩中的碳无关的数据重建并进行校验。Arthur等(1988)讨论了白垩统赛诺曼——土伦阶的海相有机质的δ13C同位素变化。他们发现了因Pco2的相对降低而产生的、与碳酸盐岩中的碳相关的、在MOM(海相有机质)中观察到的一种增大的异常。最近的研究证明水环境中的Pco2及其产率是控制海相浮游植物δ13C值的主要因素(LOWS等,1995;Popp等,1998)。沉积岩中的MOM不能作为海洋大气系统中CO2的δ13C值的时间序列指示器,这是因为δ13C值依赖环境的特征所决定。而另一方面,陆源有机质(TOM)的碳同位素地层学则能够起到这种作用。由陆相植物生成的碳应该反映大气CO2中碳同位素的变化,其结果是控制了海洋——大气系统中碳的同位素特征。本研究的目的是提出TOM的上白垩统碳同位素的地层学并把它与碳酸盐岩中的碳同位素进行比较,以便检验碳同位素的变化对全球海洋——大气系统的影响。
最近,长谷川(1997)和Grocke等人分别在赛诺曼——到土伦阶和巴雷姆——阿尔必阶根据陆源有机质(TOM)建立了δ13C地层剖面,这两项研究使用了准确年代标志的海相地层,作者认为在其研究剖面中具有全球相关的同位素特征。长谷川(1997)在岩相研究中分析了有机物质的组成,在大批分析的泥岩样品中,存在大量的陆源有机质。Grocke等(1999)选择性地使用地层中的木质碎屑进行分析。根据以上TOM(陆源有机质)的研究,显而易见,它恰当地成为地层序列的年代控制因素,并认为样品的陆源成因对于以认识地球碳循环中的海洋
——大气系统为目的的δ13C地层学来说,是重要的先决条件。对于讨论系统稳定状态下的短期波动,年代控制的分辨率要求小于100kyr(例如:kump和Arthur,1999;kuypers等,1999);另一方面,对于稳定状态的长期性(长周期)变化来说,在生物地层学的不确定范围之内,以“阶”为单位进行地区之间的对比,对上白垩统来说仍处于实践中,这是因为δ13C变化的波长近于或大于“阶”的时间长度。众所周知,晚白垩世是温暖的,在整个显生宙期间气候变化小,进而该阶段对于认识全球碳循环长期性的一般特征提供了重要的信息。我们暂时不论其重要性,仅就土伦期的白垩纪陆源有机质的碳同位素地层学研究以前不曾提及这一情况来说,其重要性也是不言而喻的。
本研究以下列内容为目标:(1)局部岩性地层对比以建立综合剖面;(2)泥岩中干酪根的类型检测以确定陆相成因;(3)从中赛诺曼阶到麦斯里希特阶的TOMδ13C地层学描述;(4)TOM与欧洲、美