2019, Vol. 37扩展功能
文章信息
- 孙青青, 樊太亮, RobertoGraziano, 吴俊
- SUN QingQing, FAN TaiLiang, Roberto Graziano, WU Jun
- 意大利Mt.Faito地区白垩纪早阿普第期浅水碳酸盐岩沉积微相及其环境演化
- Microfacies Analysis of Lower Aptian (Cretaceous) Shallow-water Carbonate in the Mt.Faito Section, Italy
- 沉积学报, 2019, 37(4): 723-734
- ACTA SEDIMENTOLOGICA SINCA, 2019, 37(4): 723-734
- 10.14027/j.issn.1000-0550.2018.166
-
文章历史
- 收稿日期：2018-05-23
- 收修改稿日期: 2018-08-30
2. 中国地质大学(北京)海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室, 北京 100083;
3. 意大利那不勒斯费德里克二世大学地球环境与资源科学系, 那不勒斯 80138
2. Key Laboratory of Marine Reservoir Evolution and Hydrocarbon Enrichment Mechanism, Ministry of Education, China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083, China;
3. Department of Earth, Environment and Resources Sciences, University of Naples FedericoⅡ, Naples 80138, Italy
碳酸盐岩沉积时生物种群的类型及其与生物—化学环境的相互作用决定了沉积物在碳酸盐岩台地的几何形态和堆积，因而浅水碳酸盐岩台地的类型能很好地反映沉积气候、海水成分特征及海平面升降变化等。通过对碳酸盐岩沉积及古生物特征的精细刻画，识别与之相对应的沉积微相类型，从而剖析碳酸盐岩沉积的旋回变化规律，解释整体环境格局（包括沉积环境和成岩环境等），这是碳酸盐岩沉积学研究的重要内容[1]。白垩纪是地质历史中极端温室气候的典型代表，长期以来被国际地球科学界视为地球科学系统研究的范例，被称为“白垩纪世界” [2]。该时期洋中脊产率极高、火成岩省大规模活动，古海洋及古气候状态等具有显著的全球规模不稳定性特征，曾多次发生“大洋缺氧事件”（Oceanic Anoxic Events）[3-4]。白垩纪大洋缺氧事件关系到碳—氧循环、古海洋—古气候变化等一系列问题，是地球科学领域研究的重点领域[5]。
意大利亚平宁碳酸盐岩台地地层出露完整，沉积较连续，为研究白垩纪浅水碳酸盐岩沉积的良好剖面。前人对该台地区域构造及岩相古地理特征进行了大量研究，并取得了丰硕成果[6-10]。但目前针对Mt.Faito地区的沉积微相及环境演变研究较为缺乏。本研究主要以Mt.Faito地区白垩纪早阿普第期浅水碳酸盐岩沉积为例，通过野外露头剖面实测、手标本识别、薄片镜下鉴定、碳同位素测定等手段，从岩石类型、生物地层及沉积特征变化分析着手，重建该区的沉积环境与岩相古地理特征演变过程。通过全球典型剖面的碳同位素分析对比，追溯阿普第阶早期缺氧事件（OAE1a）时期的全球气候特征，并揭示古海洋环境变化特征。
1 区域地质背景研究区Mt.Faito位于意大利亚平宁碳酸盐岩台地南部，地处坎帕尼亚大区的索伦托半岛，沿着从维科埃昆塞到Mt.Faito的公路边地层出露较好。在三叠纪晚期，亚平宁台地处于大陆裂谷发育背景下，该裂谷沿着非洲板块发育，并一直持续到早侏罗世。中侏罗世—白垩纪中期，特提斯海开始形成并不断扩张，直至晚白垩世特提斯海开始俯冲消减，至渐新世大陆碰撞发生造山运动，导致亚平宁山脉隆升。整个造山运动过程中伴生了一系列逆冲岩席，并使亚平宁碳酸盐台地和临近盆地沿其基底发生拆离[11]。浅水碳酸盐岩台地沉积一直持续到早中新世，随后台地淹没，陆源碎屑注入，碳酸盐岩台地消亡。晚阿普第期、森诺曼期、古新世—渐新世期间伴随着局部台地的淹没而出现相应的沉积间断。晚中新世早期，随着第勒尼安弧后盆地的开启，逆冲岩席发生逆时针旋转，并推覆至拉格涅格罗盆地及阿普利亚台地之上，而其中未变形的部分主要表现为现今的南亚平宁前陆褶皱冲断带系统（图 1）[12]。
通过对亚平宁碳酸盐台地的沉积分析可知：从晚三叠世到早中新世的整套地层厚度约5 km，其中白垩系约1~1.2 km[13]（图 2A）。Mt.Faito研究剖面厚400余米，由老至新出露早白垩世晚欧特里夫期—阿尔必期浅水碳酸盐岩地层。早白垩世期间该区主要位于20°~25°N[14]，即特提斯海中部干旱环境和中纬度暖湿环境过渡带之间（图 2B），为平顶巴哈马类型的浅水碳酸盐岩台地沉积，大量发育Requieniid/腹足动物灰岩。生物类型以珊瑚、钙质绿藻等自养生物广泛发育的“Chlorozoan”组合为主，OAEs期间生物地层沉积具显著变化[15]。随着全球海平面的上升，白垩世中期—晚白垩世台地整体处于陆架斜坡沉积环境[16]，广泛发育Radiolitid和Hippurtid灰岩等沉积（图 2A）。该时期海水温度、溶解CO2含量及海水化学成分变化，导致地层沉积、岩石矿物类型及生物演变有所不同[17]。其中，晚森诺曼期为一重要转换时期。晚阿尔必阶—晚森诺曼阶多发育文石颗粒沉积，土伦阶—坎帕阶地层中方解石颗粒沉积逐渐上升，大量发育“Foramol”类型的生物组合沉积，以厚壳蛤类（Rudist）为代表。
|
| 图 2 A.亚平宁碳酸盐岩台地地层柱状图（含主要岩性地层单元，红色星号为研究区Mt.Faito的沉积地层）；B.早阿普第期（距今120 Ma）特提斯洋古地理位置图 缩写说明：A.亚平宁碳酸盐岩台地；Ad.亚得里亚碳酸盐岩台地；Ar.阿拉伯半岛；Ap.阿普利亚台地（意大利东南部）；AT.高山特提斯洋；G. Gavrovo台地（希腊）；I.伊奥尼亚海盆；L.拉格涅格罗盆地（意大利南部）；NT.新特提斯洋；P. Panormide台地（西西里西部）；U. Umbria-Marche盆地（意大利中部） Fig.2 A. Schematic stratigraphic column of the Apennine carbonate platform with indication of the major lithostratigraphic units (after several sources). The stratigraphic position of the studied interval at Mt. Faito is also shown (red star); B. Paleogeographic map of the Mediterranean Tethys in the Early Aptian (around 120 Ma ago) |
碳酸盐岩微相分析旨在通过野外露头观察、手标本及室内薄片鉴定中对岩石学和古生物特征精细刻画，进而建立微相组合来解释其沉积环境[1]。Mt.Faito区碳酸盐岩地层出露较好，颗粒类型丰富多样，为早白垩世浅水碳酸盐岩沉积研究的良好剖面。Graziano et al.[9]将该剖面早阿普第阶划分为A —E五个岩性地层单元。本研究借鉴了其划分方案，重点针对单元A上部、B和C开展更为详细的沉积微相类型划分（图 3A）。本文的岩石分类与命名采用Dunham（1962）的碳酸盐岩岩石学分类方法。
|
| 图 3 意大利亚平宁碳酸盐岩台地Mt.Faito剖面西南斜坡巴雷姆阶—阿尔必阶露头与岩性地层单元分界及特征 A. Mt.Faito剖面西南斜坡巴雷姆阶—阿尔必阶露头；B. B、C岩性地层单元分界（见红色实线）；C. A、B岩性地层单元分界（见红色实线）；D. B单元上部漂浮岩，大量发育有孔虫、藻灰结核、requieniids碎片等；E. B单元顶部灰砾岩，可见大量新月型及重力悬挂型胶结物，呈不对称结构，为渗流带成岩产物；F. B单元生屑漂砾岩，重结晶现象显著（见红色箭头）；G. C单元底部示顶底构造发育，底部为泥晶充填，色较暗，顶部为亮晶方解石充填，色较浅；H. A单元粒泥灰岩出露；I. Chondrodonta （见红色箭头），淋滤溶蚀现象不明显；J. caprinids（见红色箭头），具显著淋滤溶蚀现象，多以铸模形式保存；K. requieniids，钙质外层保存较好，文石质内层再结晶现象明显（见红色箭头） Fig.3 Overall stratigraphy of the Barremian-Albian succession exposed along the SW slope of Mt. Faito from the Apennine carbonate platform in Italy and details of boundaries between different units |
研究剖面地层出露厚度超过13米。其中A单元上部厚约3 m，岩性较均一，主要为成层性较差的灰褐色粒泥灰岩夹薄层生物碎屑泥粒灰岩（图 3C，H、图 4），生物化石种类丰富，可见大量蓝藻细菌（Bacinella）、底栖有孔虫（Orbitolina sp., miliolids, textularids, Debarina hahounerensis），及绿藻（Salpingoporella dinarica, Triploporella marsicana）、腹足类、双壳类碎片等正常海相生物（图 5），可见示顶底构造及生物侵蚀现象，主要为较稳定的潮下带沉积产物。
|
| 图 4 意大利亚平宁碳酸盐岩台地Mt.Faito剖面地层综合柱状图 Fig.4 Synthetical stratigraphic log of the Mt. Faito section from the Apennine carbonate platform in Italy |
|
| 图 5 Mt.Faito剖面早阿普第阶生物化石镜下显微特征 A.粒泥灰岩中发育的miliolids（横向赤道切面，薄片E2），见缝合线构造（见红色箭头）；B.泥晶灰岩—粒泥灰岩中的Salpingoporella dinarica（斜向切面，E2）；C.微球粒粒泥灰岩—泥粒灰岩中的textularids（轴切面，E9）；D.微球粒泥晶灰岩—粒泥灰岩中的Praechrysalidina infracretacea （轴向切面，E7）；E.泥粒灰岩—颗粒灰岩（含大量球粒、生物）中的Orbitolina，可见胚胎（见红色箭头，轴向切面，E3adw）；F. Spiroloculina sp（.右上角，轴向切面）和miliolids（左下角，横向赤道切面，E19）；G. Debarina hahounerensis （横向赤道切面，E19）；H.生屑漂砾岩中的Triploporella marsicana （斜向切面，E6）；I.含大量球粒及生物化石的泥晶颗粒灰岩中发育的requieniid碎片，可见强烈微生物侵蚀作用（见红色箭头，E6c） Fig.5 Microscope observations of fossils from the Mt. Faito section during the Early Aptian |
B单元厚4.65 m，与A单元以一较平缓的溶蚀面整合接触（图 3C），无明显地层缺失。与A单元大量发育的厚层均质、富含Bacinellla和底栖有孔虫的泥晶灰岩—粒泥灰岩不同，B单元岩性较粗，岩石以中厚层双壳类漂浮岩为主，壳体较大，可达10 cm左右。基质主要为生物碎屑粒泥灰岩—泥粒灰岩，生物类型多样，以底栖有孔虫、绿藻类、腹足类、棘皮类、介形虫及海绵等化石碎屑为主（图 3D、图 5），可见明显的生物（Bacinella-Lithocodium）侵蚀及结壳现象（图 6），生物潜穴发育。在某些层位中，双壳类的壳体仍处于绞合状态，可见明显的大量壳体成群生长的丘状介壳富集层，体现其生长时水流能量相对增强。另外，由于不同类型的双壳类矿物颗粒具显著差异，因而其在纵向上的发育数量及丰度也具明显不同。如caprinids（图 3J）以文石颗粒沉积为主，较不稳定，淋滤溶蚀现象多发育，主要分布在A、B单元，往上减少至C单元消失，Chondrodonta（图 3I）为相对稳定的方解石颗粒沉积，发育特征与其相反，requieniids纵向分布特征相对不明显，该生物具方解石外壳，其内层则多为文石成分，因而其外壳多保存完整，内层多具有溶解及再结晶特征（图 3K）。上述生物类型及其数量上的纵向分布特征也表明其沉积环境的变换。整体而言，该单元为波浪作用较强烈、水体整体能量增强的潮下高能沉积。
|
| 图 6 Mt.Faito剖面早阿普第阶生物化石镜下显微特征 A.双壳类漂砾岩（基质为泥粒灰岩）中的Chondrodonta碎片，可见明显的片状显微结构，表面黑色泥晶套为微生物侵蚀作用的产物（见红色箭头，E5c）；B.微球粒泥晶灰岩中的介形虫碎片（可见铰接较好的双瓣壳及脱落的细月牙状单瓣壳，见红色箭头，E15）；C.单体珊瑚碎片，注意内部重结晶现象明显（横切面，E3adw）；D.棘皮动物碎屑，可见大量球粒及生物碎屑（E5f）；E.生屑漂砾岩中的requieniid和腹足类碎片，注意requieniid碎片钙质外层保存较好，文石质内层再结晶现象明显（见红色箭头，E6）；F.生屑灰砾岩中的Bacinella-Lithocodium结核（E6c）；G.泥晶灰岩—粒泥灰岩中的Tubiphytes sp.（E10a）；H.双壳类—棘皮类漂砾岩，大量发育粪球粒，左下部为双壳类碎片，右上部有海百合碎片（见红色箭头，E10a）；I.泥粒灰岩，含大量微核形石、球粒及双壳类碎片等（见红色箭头，E6c） Fig.6 Microscope observations of fossils from the Mt. Faito section during the Early Aptian |
C单元以一明显侵蚀间断面与下伏地层接触（图 3B），该不整合面附近岩性、古生物及成岩特征等具明显突变。B单元顶即不整合面下部主要沉积藻粒漂砾岩（图 3F），产绿藻（Triploporella marsicana）、单体珊瑚、腹足动物、有孔虫等化石（图 3D，F、图 6C），且由于淡水淋滤所导致的颗粒溶蚀及多期次重结晶现象显著，多发育铸模孔、示顶底构造、渗流粉砂及新月型胶结物等（图 3E，F）；而C单元底即不整合面上部多发育基质为微生物粒泥灰岩及泥粒灰岩的薄层双壳类漂砾岩沉积，富含球粒、Tubiphytes等，生物钻孔及结壳现象显著，无明显淡水淋滤与重结晶现象。总体而言，C单元生物化石丰富（图 5，6），岩性变化较复杂，纵向上表现为三种明显不同的沉积特征。
C单元下部地层厚约1.5 m，主要为灰黑色薄层球粒泥晶灰岩与双壳类漂砾岩互层（图 4），为潮下带环境中海平面频繁变动所致。中部岩性变化复杂，又可细分为两类沉积，底部为泥粒灰岩、粒泥灰岩、颗粒岩等岩石类型，发育大量正常盐度的生物，如双壳类、介形虫、绿藻（Salpingoporella dinarica，Triploporella marsicana）、腹足类（图 6）等浅海广适性生物，见交错层理，为潮下带开阔沉积环境。但上部主要为具平行纹层的深灰色泥晶灰岩，多发育如潟湖等较局限海环境中的生物群落，如介形虫、轮藻类（Characeae）等，可见生物潜穴、生物侵蚀及结壳现象，具干缩缝、示顶底构造（图 3G）等，指示该时期海平面频繁变动，沉积物短暂暴露地表，为水流不畅能量较低的潮间带及局限潟湖沉积。上述岩石类型、沉积构造及其古生物等特征表明了该时期为水动力时强时弱且间歇性暴露的潮坪相（局限潟湖—潮下带—潮间带）沉积环境。C单元顶部发育灰褐色厚层双壳类泥质颗粒岩及漂砾岩等较高能沉积，表明该沉积期海平面的相对上升，指示其重新恢复到较开阔的浅海沉积环境。整体而言，C单元主要处于潮下带和潮上带间断变换的潮坪环境沉积，具明显的间歇性暴露沉积特征。D单元与C单元不整合接触，主要发育湖相泥与蒸发岩互层沉积，表明其沉积环境与底部地层明显不同。
3 早阿普第期沉积作用演化及其古环境演变海洋碳酸盐的沉积过程是一个极其复杂的地球化学和生物作用的综合作用过程，也是记录海洋生物地球化学和碳循环等最重要的载体。综合应用碳酸盐岩岩性、古生物发育种类、数量及成岩作用等特征，可用于解释碳酸盐岩骨架颗粒组合类型，进一步指示碳酸盐岩沉积时相对应的古气候及古海洋沉积背景变化[18]。
3.1 Mt.Faito地区的生物沉积特征及沉积作用演化除了非生物碳酸盐岩沉积之外，生物碳酸盐岩沉积主要分为两种模式（图 7A）：1）生物诱导沉积模式（Microbial），即微生物控制沉降过程，生物颗粒沉积较少；2）生物控制沉积模式，即生物体控制碳酸盐岩的沉积位置、开始与结束等，主要包括热带暖水环境中的“Chlorozoan”（钙质绿藻—造礁珊瑚组合）和冷水环境中的“Foramol”（有孔虫—软体动物组合）两种生物骨架颗粒组合[18-21]。James[22]根据对光照等是否依赖将生产碳酸盐岩的底栖生物分为自养颗粒组合（Photozoan）和异养颗粒组合（Heterozoan）两种类型。其中，自养生物组合指示浅海暖水沉积环境，而异养生物组合指示从极地到赤道、从潮间带到深海均有分布的沉积环境。一般而言，“Chlorozoan”组合主要由自养生物组成，“Foramol”组合主要由异养生物组成。
所有碳酸盐岩相和地层都取决于其生产作用状况，碳酸盐工厂（Carbonate Factory）指的是海洋中生产碳酸盐最有效的方式。碳酸盐工厂主要包括三种类型，即“T”工厂（tropical topmost water）、“C”工厂（cool - water controlled precipitates）及“M”工厂（mud-mound micrite）。不同类型生物颗粒组合对应不同的碳酸盐沉积环境与成因机制，从而形成不同类型的碳酸盐岩工厂，沉积不同的颗粒矿物类型。“M”、“C”、“T”工厂分别对应热带陆架碳酸盐沉积（也称暖水碳酸盐沉积）、冷水碳酸盐沉积、灰泥丘碳酸盐沉积环境，分别更有利于沉积高镁方解石（> 4 mol% MgCO3，又称镁方解石）、方解石（< 4 mol% MgCO3）和文石颗粒[18]（图 7B）。
白垩纪是地质历史中极端温室气候的典型实例，古海洋与古气候状态具显著不同，尤其以阿普第阶早期缺氧事件（OAE1a）为代表。Naafs et al. [23]曾通过古海水温度重建指标TEX86成功对早阿普第期北大西洋（30° N）古海水温度进行重建，发现OAE1a时的平均海水表面约35 ℃ ~37 ℃，较现今温度明显升高。该时期的极端环境条件对海平面升降及水体特征等具显著影响。通过分析早阿普第期Mt.Faito剖面中的生物类型及其演化（图 8），可识别不同类型的碳酸盐岩骨架颗粒组合类型，并对其沉积作用及沉积环境演变，如温度、养分等加以总结（图 9）。
|
| 图 8 早阿普第阶Mt.Faito剖面碳酸盐岩地层中发育的典型生物颗粒类型及其分布特征 Fig.8 Various types and distribution characteristics of the most important carbonate-producing organisms observed at the Mt. Faito section during the Early Aptian |
|
| 图 9 Mt.Faito研究剖面各单元沉积特征演变与沉积环境（养分、温度等）分析与对比 Fig.9 Evolvement of sedimentary characteristics in the Mt. Faito section and comparison of the shifting mineralogy across Units A-C with the coeval, inferred environmental changes (qualitative trends of nutrients and temperatures) |
A单元上部大量发育钙质绿藻、蓝藻细菌（Bacinella）、caprinids、底栖大型有孔虫（与绿藻相共生）、造礁珊瑚等颗粒类型（图 8），以自养生物颗粒为主，为典型的“Chlorozoan”组合类型，指示热带—亚热带暖水贫营养的碳酸盐岩沉积环境，矿物成分以文石为主（图 9）。
上覆B单元发育的生物组合中钙质藻类等自养生物等显著降低，底栖有孔虫、软体动物（厚壳蛤等双壳类）、腹足动物、棘皮动物、单体珊瑚等异养生物明显增多（图 8），其中具方解石外壳的Chondrodonta和requieniids等双壳类生物大量繁殖，而不稳定的文石质生屑（如caprinids）含量显著降低。且从底到顶部地层，生物侵蚀（如对有孔虫、腹足动物外壳等的生物侵蚀）现象明显增强，可见由Bacinella-Lithocodium作用所产生的双壳类结壳等。整体而言，除了仍然发育的“Chlorozoan”组合外，该单元大量发育以方解石矿物为主的“Foramol”类型的生物组合，说明B单元沉积时其整体环境相对较暖、水体富营养化或有可能发生酸化[24]。
C单元与下伏地层具明显沉积间断，其岩石类型及生物组合特征与底部具显著差异。除了典型的“Foramol”生物组合外，该单元还沉积了大量薄层、细粒微生物石灰岩，微生物团块发育，可见细纹层。化石种类丰富，广泛发育有milliods、Tubiphytes、小型有孔虫、棘皮动物碎片和双壳类颗粒等（图 8）。该单元无caprinids发育，主要发育以方解石颗粒为主的requieniids、Chondrodonta等双壳类，壳体的生物侵蚀及泥晶套现象显著。因此，C单元主要发育“Foramol”和“Microbial”的生物颗粒组合类型，整体处于温水、富营养的陆架沉积环境。
3.1.2 Mt.Faito地区沉积作用演化及古环境演变A单元岩性较单一，以厚层生物扰动粒泥灰岩—泥粒灰岩为主，大量发育“Chlorozoan”组合的生物骨架颗粒类型，以文石矿物沉积为主（图 9），整体处于较稳定低能的浅水潮下带沉积环境。大量发育的底栖大型有孔虫、钙质绿藻等表明当时水体环境较温暖、营养物质含量相对较低。
B单元岩性相对较粗，以中厚层双壳类、藻粒漂砾岩为主，可见丘状介壳富集层，说明其沉积水体能量相对增强，整体为波浪作用有所增强的高能潮下带沉积。单元内部“Foramol”组合类型生物颗粒明显增加，主要沉积矿物成分有明显变化，如稳定的方解石矿物成分较A单元增多，且生物侵蚀现象较广泛发育。推测上述变化特征与OAE1a之前太平洋内Ontong-Java大型火成岩省的发育有关。海底火山爆发释放出大量CO2，打破了大气与海洋之间的原有平衡，使得海水中CO2分压（pCO2）增高，与此相伴生的海平面上升、水体养分增加及温度上升（图 9）引起大洋表层产率升高[25-31]，从而导致“Foramol”组合的生物类型大量发育，与此同时大量较稳定的方解石矿物取代文石形成与堆积。单元顶部广泛发育以文石颗粒沉积为主的绿藻T.marsicana，或短暂发育“Chlorozoan”生物沉积组合，且大气淡水淋滤及重结晶现象显著，说明海平面有所下降，碳酸盐沉积物或短暂处于大气淡水成岩环境。
C单元与下伏地层具明显沉积间断，其沉积作用演变相对复杂。单元底部沉积时水动力变化频繁，以泥晶灰岩与漂砾岩互层沉积为主，主要发育“Foramol”组合的生物颗粒；中部多为潮下带开阔沉积，大量发育泥粒灰岩、颗粒灰岩等，局部为局限潟湖深色低能泥晶灰岩沉积等，“Microbial”组合生物颗粒大量发育，且生物侵蚀及泥晶套现象明显，说明其水体相对变暖、营养物质有所增强；顶部重新恢复到开阔浅海沉积，广泛发育的泥粒灰岩与漂砾岩沉积，表明海平面上升及水动力的相对增强。整体而言，该单元生物组合以“Foramol”类型为主，局部大量发育“Microbial”组合，其相对较温水、富营养的陆架沉积环境，表明整体沉积于OAE1a温室效应相对减弱期间（即全球相对变冷期间），该时期大量有机质被快速埋藏，全球广泛发育大量黑色页岩沉积[28-31]。
3.2 早阿普第期古环境演变特征早阿普第阶为研究地质历史中极端温室环境沉积的理想地层之一，以OAE1a期间沉积为典型代表，其沉积作用及古环境演变具全球性规模。本文通过对比OAE1a期间Mt.Faito区域与多个不同地区剖面的生物地层发育情况及碳同位素曲线演变趋势[32-37]，可更好地分析早阿普第期Mt.Faito地区及全球的沉积作用与环境演化的相似性。
Menegatti等曾将Cismon剖面晚巴雷姆阶—阿普第阶的碳同位素曲线划分为C1—C8八段，分别对应不同的岩性、古生物及碳同位素演变特征[38]。根据A、B单元发育的地层沉积及古生物特征，可知该阶段碳同位素值呈明显正偏，与贝卢诺盆地的Cismon剖面、Resolution海底平顶山剖面、及卢西塔尼亚盆地的Crismina剖面的C2段可形成良好对比（图 10），其与太平洋大规模的海底火山喷发导致的全球变暖有关。B、C单元缺乏C3—C4段地层沉积，但该阶段沉积特征在其他剖面上多有较好显示，如Cismon剖面、Resolution剖面、Crismina剖面及巴布盆地相关剖面。其中，C3期间碳同位素值呈明显的负偏趋势，标志着Selli（OAE1a）事件的开始，为早白垩世碳同位素曲线的显著特征之一，而C4期间（OAE1a早期）碳同位素曲线呈快速正偏，与全球海平面上升及相对应的大洋表层产率升高有关。C单元碳同位素组成与其余剖面相类似，处于较稳定高值，与C5时期大量有机质被快速埋藏，及黑色页岩大量沉积有关（图 10）。
|
| 图 10 Mt.Faito地区早阿普第期碳同位素记录及其与其他剖面的对比 C1—C8是根据Cismon剖面（巴布盆地）创建的碳同位素分段，彩色区带为对比结果 Fig.10 C-isotope stratigraphic correlation of the Mt. Faito record with selected Early Aptian reference sections at a global scale C1-C8 are the Aptian C-isotope segments established at Cismon (Belluno Basin). Coloured bands indicate the chemostratigraphic correlation of studied Units A, B, and C |
由于特定沉积环境及古构造背景的差异，不同地理位置的碳同位素组成可具明显差距。Mt.Faito地区B单元碳同位素组成具显著的正偏趋势，而与其同期沉积的阿拉伯巴布盆地地层碳同位素值则呈明显负偏，推测后者是由于早白垩世全球气候变暖引起降雨量增大，从而导致陆源物质供应量随之增大所致。而贝卢诺盆地中的下白垩统主要为深海沉积，因而其沉积特征及碳同位素组成与潮坪沉积为主的Mt.Faito地区及其他浅水沉积剖面具有明显差异。
4 结论（1）意大利亚平宁台地Mt. Faito剖面的早阿普第期浅水碳酸盐岩沉积主要包括A、B、C三个地层单元。A单元为较均质的粒泥灰岩夹生屑泥粒灰岩沉积，形成于潮下带的稳定水体环境。B单元为成层性较好的中厚层双壳类漂浮岩沉积，为潮下高能沉积。C单元与下伏地层呈不整合接触，可分为三段：底部为薄层球粒泥晶灰岩与双壳类漂砾岩互层沉积，中部可见泥晶灰岩、泥粒灰岩、颗粒灰岩等沉积，顶部发育泥粒灰岩、漂砾岩等较高能沉积，整体处于潮下带和潮上带相变换的潮坪环境，可见局限潟湖沉积。
（2）三个地层单元具有显著不同的碳酸盐岩骨架颗粒组合沉积类型，沉积于不同的水体环境。A单元主要发育钙质绿藻、大壳体有孔虫（与绿藻共生）等“Chlorozoan”组合的生物类型，矿物颗粒以文石沉积为主，指示暖水贫营养的碳酸盐沉积环境；B单元中“Foramol”组合的生物增多，大量发育有底栖有孔虫、软体动物、棘皮动物等，方解石矿物沉积增多，该单元沉积环境整体较暖、水体富营养化；C单元中微生物和粪球粒等沉积显著增加，主要发育“Foramol”和“Microbial”组合的生物类型，以方解石颗粒沉积为主，说明该单元处于温水、富营养的陆架沉积环境。
（3）将Mt.Faito剖面的典型骨架生物颗粒组合与沉积特征相结合，分析不同单元中生物与沉积作用的演变及其与古环境的联系。通过对比研究剖面与同时期不同地区的剖面，发现由温度，CO2及水体养分增加所引起的早白垩世OAE1a期间的生物及地层沉积与环境演化具有全球性规模。
致谢 感谢中国石油大学（华东）李宝刚老师在写作中给予的指导与帮助，感谢审稿专家与编辑对本文提出的宝贵建议。
| [1] |
Flügel E. Microfacies of carbonate rocks:Analysis, interpretation and application[M]. 2nd ed. Heidelberg: Springer-Verlag, 2010: 1-723.
|
| [2] |
Skelton P W, Spicer R A, Kelley S P, et al. The cretaceous world[M]. London: Cambridge University Press, 2003: 1-350.
|
| [3] |
Larson R L. Latest pulse of Earth:Evidence for a mid-Cretaceous superplume[J]. Geology, 1991, 19(6): 547-550. doi: 10.1130/0091-7613(1991)019<0547:LPOEEF>2.3.CO;2 |
| [4] |
Jones C E, Jenkyns H C. Seawater strontium isotopes, oceanic anoxic events, and seafloor hydrothermal activity in the Jurassic and Cretaceous[J]. American Journal of Science, 2001, 301(2): 112-149. |
| [5] |
Jenkyns H C. Oceanic Anoxic Events: 30 Years on[C]//AGU Fall Meeting. AGU Fall Meeting Abstracts. San Francisco: AGU, 2006.
|
| [6] |
Iannace A, Frijia G, Galluccio L, et al. Facies and early dolomitization in Upper Albian shallow-water carbonates of the southern Apennines (Italy):Paleotectonic and paleoclimatic implications[J]. Facies, 2014, 60(1): 169-194. doi: 10.1007/s10347-013-0362-4 |
| [7] |
Amodio S, Weissert H. Palaeoenvironment and palaeoecology before and at the onset of Oceanic Anoxic Event (OAE) 1a:Reconstructions from Central Tethyan archives[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2017, 479: 71-89. doi: 10.1016/j.palaeo.2017.04.018 |
| [8] |
Amodio S, Ferreri V, D'argenio B. Cyclostratigraphic and chronostratigraphic correlations in the Barremian-Aptian shallowmarine carbonates of the central-southern Apennines (Italy)[J]. Cretaceous Research, 2013, 44: 132-156. doi: 10.1016/j.cretres.2013.04.003 |
| [9] |
Graziano R, Raspini A. Long-and short-term hydroclimatic variabilities in the Aptian Tethys:Clues from the orbital chronostratigraphy of evaporite-rich beds in the Apennine carbonate platform (Mt. Faito, southern Italy)[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2015, 418: 319-343. doi: 10.1016/j.palaeo.2014.11.021 |
| [10] |
Graziano R, Raspini A, Bartiromo A. Late Aptian palaeoclimatic turnovers and volcanism:Insights from a shallow-marine and continental succession of the Apennine carbonate platform, southern Italy[J]. Sedimentary Geology, 2016, 339: 188-217. doi: 10.1016/j.sedgeo.2016.03.021 |
| [11] |
Ascione A, Ciarcia S, Donato V D, et al. The Pliocene-Quaternary wedge-top basins of southern Italy:an expression of propagating lateral slab tear beneath the Apennines[J]. Basin Research, 2012, 24(4): 456-474. doi: 10.1111/j.1365-2117.2011.00534.x |
| [12] |
Nicolai C, Gambini R. Structural architecture of the Adria platform-and-basin system[J]. Bollettino-Societa Geologica Italiana, 2007, 15(7): 21-37. |
| [13] |
D'Argenio B, Alvarez W. Stratigraphic evidence for crustal thickness changes on the southern Tethyan margin during the alpine cycle[J]. Geological Society of America Bulletin, 1980, 91(12): 681-689. doi: 10.1130/0016-7606(1980)91<681:SEFCTC>2.0.CO;2 |
| [14] |
Dercourt J, Gaetani M, Vrielynck B, et al. Atlas peri-tethys, palaeogeographical maps[M]. Paris, France: Commission for the Geological Map of the World, 2000: 24.
|
| [15] |
Najarro M, Rosales I, Martín-Chivelet J. Major palaeoenvironmental perturbation in an Early Aptian carbonate platform:Prelude of the Oceanic Anoxic Event 1a?[J]. Sedimentary Geology, 2011, 235(1/2): 50-71. |
| [16] |
Carannante G, Simone L. Foramol carbonate shelves as depositional site and source area:Recent and ancient examples from the Mediterranean region[J]. International Journal of Obesity, 1988, 30(7): 124-125. |
| [17] |
Graziano R, Carannante G, Simone L. The Inception and Evolution of the Late Cretaceous Rudist Bearing Carbonate Platforms in the Mediterranean Tethys: Mirror of Geodynamically Induced Biosphere-Geosphere Interactions[C]//Meeting of the European Geosciences Union. Geophysical Research Abstract. Vienna, 2007, 9.
|
| [18] |
Schlager W. Carbonate sedimentology and sequence stratigraphy[M]. Tulsa: Society for Sedimentary Geology, 2005: 13-38.
|
| [19] |
Lees A. Possible influence of salinity and temperature on modern shelf carbonate sedimentation[J]. Marine Geology, 1975, 19(3): 159-198. doi: 10.1016/0025-3227(75)90067-5 |
| [20] |
Lees A, Buller A T. Modern temperate-water and warm-water shelf carbonate sediments contrasted[J]. Marine Geology, 1972, 13(5): M67-M73. doi: 10.1016/0025-3227(72)90011-4 |
| [21] |
苏旺, 江青春, 陈志勇, 等. 冷水碳酸盐岩研究现状与展望[J]. 海相油气地质, 2017, 22(1): 1-13. [Su Wang, Jiang Qingchun, Chen Zhiyong, et al. Cool-water carbonates:a review of the current status and prospects[J]. Marine Origin Petroleum Geology, 2017, 22(1): 1-13.] |
| [22] |
James N P. The cool-water carbonate depositional realm[M]//James N P, Clarke J A D. Cool-water carbonates. Tulsa: SEPM (Society for Sedimentary Geology) Special Publications, 1997, 56: 1-20.
|
| [23] |
Naafs B D A, Pancost R D. Sea-surface temperature evolution across Aptian Oceanic Anoxic Event 1a[J]. Geology, 2016, 44(11): 959-962. doi: 10.1130/G38575.1 |
| [24] |
Branch T A, DeJoseph B M, Ray L J, et al. Impacts of ocean acidification on marine seafood[J]. Trends in Ecology & Evolution, 2013, 28(3): 178-186. |
| [25] |
Bonin A, Pucéat E, Vennin E, et al. Cool episode and platform demise in the Early Aptian:New insights on the links between climate and carbonate production[J]. Paleoceanography, 2016, 31(1): 66-80. doi: 10.1002/2015PA002835 |
| [26] |
Bottini C, Erba E, Tiraboschi D, et al. Climate variability and ocean fertility during the Aptian Stage[J]. Climate of the Past, 2015, 11(3): 383-402. doi: 10.5194/cp-11-383-2015 |
| [27] |
Weissert H, Lini A, Föllmi K B, et al. Correlation of Early Cretaceous carbon isotope stratigraphy and platform drowning events:a possible link?[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 1998, 137(3/4): 189-203. |
| [28] |
王成善, 胡修棉. 白垩纪世界与大洋红层[J]. 地学前缘, 2005, 12(2): 11-20. [Wang Chengshan, Hu Xiumian. Cretaceous world and oceanic red beds[J]. Earth Science Frontiers, 2005, 12(2): 11-20. doi: 10.3321/j.issn:1005-2321.2005.02.003] |
| [29] |
胡修棉. 白垩纪中期异常地质事件与全球变化[J]. 地学前缘, 2005, 12(2): 222-230. [Hu Xiumian. Middle Cretaceous abnormal geological events and global change[J]. Earth Science Frontiers, 2005, 12(2): 222-230. doi: 10.3321/j.issn:1005-2321.2005.02.024] |
| [30] |
黄永建, 王成善, 顾健. 白垩纪大洋缺氧事件:研究进展与未来展望[J]. 地质学报, 2008, 82(1): 21-30. [Huang Yongjian, Wang Chengshan, Gu Jian. Cretaceous oceanic anoxic events:Research progress and forthcoming prospects[J]. Acta Geologica Geologica Sinica, 2008, 82(1): 21-30. doi: 10.3321/j.issn:0001-5717.2008.01.003] |
| [31] |
张振国, 方念乔, 高莲凤, 等. 白垩纪黑色页岩与大洋红层:缺氧到富氧的过程与机制[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2007, 27(3): 69-75. [Zhang Zhenguo, Fang Nianqiao, Gao Lianfeng, et al. Cretaceous black shale and oceanic red beds:process and mechanism of oceanic anoxic events and Oxic environment[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2007, 27(3): 69-75.] |
| [32] |
Graziano R, Raspini A. High-resolution chronostratigraphy of palaeoecologic and isotopic changes in shallow-marine carbonates:Deciphering the completeness of the Aptian record in the Apennine carbonate platform (southern Italy)[J]. Cretaceous Research, 2018, 86: 97-128. doi: 10.1016/j.cretres.2017.12.008 |
| [33] |
Burla S, Heimhofer U, Hochuli P A, et al. Changes in sedimentary patterns of coastal and deep-sea successions from the North Atlantic (Portugal) linked to Early Cretaceous environmental change[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2008, 257(1/2): 38-57. |
| [34] |
Vahrenkamp V C. Chemostratigraphy of the lower cretaceous Shu'aiba formation:A δ13C reference profile for the Aptian Stage from the southern Neo-Tethys Ocean[J]. Barremian-Aptian stratigraphy and hydrocarbon habitat of the eastern Arabian plate:GeoArabia Special Publication, 2010, 1(4): 107-137. |
| [35] |
Jenkyns H C, Wilson P A. Stratigraphy, paleoceanography, and evolution of Cretaceous Pacific guyots; relics from a greenhouse Earth[J]. American Journal of Science, 1999, 299(5): 341-392. doi: 10.2475/ajs.299.5.341 |
| [36] |
Yamamoto K, Ishibashi M, Takayanagi H, et al. Early Aptian paleoenvironmental evolution of the Bab Basin at the southern Neo-Tethys margin:Response to global carbon-cycle perturbations across Ocean Anoxic Event 1a[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2013, 14(4): 1104-1130. doi: 10.1002/ggge.20083 |
| [37] |
Erba E, Channell J, Claps M, et al. Integrated stratigraphy of the Cismon APTICORE (Southern Alps, Italy); A "Reference section" for the Barremian-Aptian interval at low latitudes[J]. Journal of Foraminiferal Research, 1999, 29(4): 371-391. |
| [38] |
Menegatti A P, Weissert H, Brown R S, et al. High-esolution δ13C stratigraphy through the early Aptian "Livello Selli" of the Alpine Tethys[J]. Paleoceanography, 1998, 13(5): 530-545. doi: 10.1029/98PA01793 |