塔里木盆地庫車河剖面有機碳同位素地層學及三疊系—侏羅系界線

方琳浩，彭博，鄧勝徽，盧遠征，張新智，邱若原，彭佳里，張小宇，鮮本忠，師生寶

1.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249

2.中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249

3.中國石油杭州地質研究院，杭州 310023

4.中國石油天然氣股份有限公司勘探開發研究院，北京 100083

5.中國地質調查局自然資源實物地質資料中心，河北三河 065201

0 引言

距今約201 Ma的三疊紀—侏羅紀之交（Triassic-Jurassic boundary, TJB）發生了顯生宙以來五次最大規模之一的生物集群滅絕事件，在屬一級別上至少有50%的海洋生物和陸地生物滅絕[1￣2]，被稱為三疊紀 末 期 生 物 大 滅 絕（end-Triassic mass extinction,ETE）[3￣6]。同期，中大西洋火成巖省（Central Atlantic Magmatic Province, CAMP）爆發和泛大陸（Pangea）進一步裂解致使中大西洋開啟[7]，深刻地影響了其后約2億年全球板塊構造格局。根據植物葉片化石的外表皮細胞上的氣孔密度（stomatal density, SD）和氣孔指數（stomatal index, SI），推斷早侏羅世初大氣中的CO2濃度升高到了晚三疊世末的2~4倍，濃度高達2 500×10-6以上[8￣11]。根據升高的CO2濃度，推測對應的全球平均溫度升高3 ℃~4 ℃[8]。在隨著泛大陸裂解的構造作用和溫室效應主導的氣候共同作用下，早侏羅世全球海平面總體呈上升趨勢，但有相對短時的海平面下降[12￣13]；有研究認為海平面變化引起大洋缺氧，對ETE起到了關鍵作用[14￣17]，但也有學者報道了不同的證據和推論[18]。同期，無論熱帶和非熱帶的海洋中碳酸鹽巖相或硅質巖相環境中，海綿類、雙殼類、珊瑚、腕足類都發生顯著的滅絕[19]；海洋中的初級生產者，由鈣質超微類轉換成有機質殼類的鞭毛藻和疑源類為主[20]，暗示海洋酸化的發生。陸地上出現與白堊紀末蕨類植物爆發類似的現象，有些地區記錄到短暫的蕨類植物孢粉含量激增（持續小于400 kyr）[21￣23]。由地層中絲炭含量對巖石質量做歸一化的統計數據顯示，森林火災發生的頻率顯著增加[24]。地球表層系統可交換的無機碳庫和有機碳庫中碳同位素強烈波動（carbon isotope excursion, CIE）[4,15,18,25￣29]，顯著波動的CIE與ETE和TJB密切關聯[4,30￣36]，并在全球范圍內被廣泛地記錄[4,8,15,37]。具體地，在地層中從下至上包括初始負偏（I-CIE）和主負偏（M-CIE）兩次，它們可與CAMP三個主要的噴發期次中兩次相相關；I-CIE可能對應CAMP最初的侵位和噴發，M-ICE可能對應CAMP噴發最劇烈期次之后（第三期之前）的生態系統開始恢復時期[38￣43]。

目前，在奧地利Kuhjoch的三疊系—侏羅系GSSP（“金釘子”）剖面和同盆地內鄰近剖面，取得了若干條厘米級分辨率有機碳同位素地層曲線[35]。另外，基于C3植物的有機碳同位素地層學取得了多方面進展，包括：植物從大氣固碳過程中的同位素分餾的植物生理學研究[44￣45]、正演的植物培育實驗[46￣47]、微生物作用和成巖作用過程對于樣品記錄原始值改變的影響[48￣51]以及地質實證數據[52￣54]和地質實證數據的回歸分析[55]方面的成果，且大氣均一周期遠小于百年尺度[56]。以上成果為利用有機碳同位素地層學恢復地史時期大氣中CO2的δ13C演化以及進行全球等時地層對比夯實了基礎。從地球系統科學的角度對重大地質事件深入的、全球性的研究，依賴于不同剖面之間的精細等時對比，進而區分不同剖面記錄的地質事件的先后次序，推斷其因果關系和第一驅動力。但通常由于缺乏跨海陸的、全球性可對比的化石，使得海陸間地層對比存在巨大挑戰。在中國晚三疊世末—早侏羅世主要發育陸相沉積，生物地層很難與TJB的GSSP海相地層有效地對比[57]。本文以新疆塔里木盆地庫車河剖面為例，嘗試利用陸相有機碳同位素地層學進行跨海陸地層的精細對比。

1 地質背景和地層（年代）框架

庫車河剖面位于中國新疆阿克蘇地區庫車市北約50 km（圖1），處塔里木盆地北緣，屬庫車坳陷構造單元。在三疊紀，古特提斯洋俯沖向北，使得盆地內中北部發育多個隆升和坳陷帶，總體呈現為規模巨大的前陸盆地[60]。至侏羅紀，塔里木盆地的構造演化由新特提斯洋控制，以伸展構造、正斷層為特征，形成斷陷盆地[61]。在三疊紀—侏羅紀，庫車河剖面位于北緯30°~40°附近（圖1a）[62￣63]。本研究目的層包括三疊系塔里奇克組以及侏羅系阿合組，13~49層（層號據王招明等[59]），厚度約270 m。地層呈單斜狀產出，沉積連續無明顯間斷。其中13~31層屬塔里奇克組下段頂部至中段，為灰色、褐灰色中厚層狀含礫粗砂巖和砂巖、灰色中厚層狀粉砂巖和泥質粉砂巖、黑灰色粉砂質泥巖和泥巖夾煤層組成的正韻律層。32~37層屬塔里奇克組上段，為灰、褐灰色細—中砂巖和粉砂巖與深灰、灰黑色粉砂質泥巖和泥巖組成正向韻律層。38~49層屬阿合組底部，為灰白色、褐灰色含礫粗砂巖、含礫中砂巖的正韻律互層，部分夾細—中礫巖[59]（圖1c）。

圖1 研究剖面的位置和露頭照片（a）晚三疊世全球古地理圖，據Scotese [58]修改；（b）庫車河剖面位置交通圖；（c）庫車河剖面露頭照片，層號據王招明等[59]Fig.1 Paleogeographic and modern location maps, and photo of an outcrop in the Kuqa River section, Tarim Basin(a) Late Triassic global paleogeographic map (modified from Scotese [58]); (b) modern location of the Kuqa River section; (c) outcrop in the Kuqa River, Tarim Basin (bed No. after Wang et al. [59])

綜合巖性地層對比、宏體植物化石與孢粉組合，阿合組—塔里奇克組的巖性地層界線被前人厘定為該剖面的三疊系—侏羅系界線[64￣66]。塔里奇克組發育Dictyophyllidites-Aratrisporites-Parataeniaesporites孢粉組合（DAP組合）的上亞組合；阿合組發育Disacciatrileti-Cyathidites孢粉組合（DC組合）。塔里奇克組上部和阿合組下部的孢粉組合顯示了從三疊紀向侏羅紀逐步過渡的特征[59,65]。匯總的孢粉數據顯示，在38層以下孢粉種屬有突變發生，Alisporites auritus，Minutossaccus fusiformis，Osmuntacidites alpinus，O. elagans，O. wellmanii等 種 屬 在 仍 存 在，至38層阿合組再未出現。同時，Asseretosporasp.，Piceites podocarpoides，Quadraeculina enigmata，Q. anellaeformis，Q. minor在37層首現。在38層開始出現孢粉Abietineaepollenitessp.,Alisporitessp.,Podocarpiditessp.,Piceaepollenitescomplanatiformis,P.sp.,Pinuspollenitessp.[59]。以上孢粉種屬數據表明，在37層與38層之間存在重要的生物延限帶的界線，并與塔里奇克組和阿合組的巖性地層界線吻合，被前人厘定為三疊系—侏羅系界線[59,65]，但未對ETE底界和TJB進行區分。

2 樣品采集與實驗方法

在庫車河剖面，三疊系—侏羅系發育豐富的有機質碎屑，為進行陸相碳同位素地層學研究提供了寶貴的材料。本研究在庫車河剖面進行了兩次獨立地采樣工作。2010年第一批，采樣從塔里奇克組13層至阿合組49層。主要采集兩類樣品：絲炭和煤質木化石（或其碎屑）；當這兩種樣品不發育時，以黑色碳質頁巖或者碳質泥巖作為補充。2017年第二批，采樣從塔里奇克組16層至阿合組45層，采樣方法與2010年相同，但第二批樣品中的41~45層整體發育砂巖，所以此批樣品以粉砂和細砂巖為主。兩次共取得69件樣品，均采集于未明顯風化的巖層。選取具有代表性的絲炭和煤質木化石樣品，進行光學顯微鏡觀察和掃描電鏡（SEM）觀察。KQ14（04）為絲炭樣品，采自塔里奇克組頂部（圖2a1~a3）。KQ18（04）煤質木化石樣品，采于塔里奇克組頂部（圖2b1~b3）。

圖2 木化石有機碳同位素樣品在光學顯微鏡下和掃描電鏡下的顯微特征觀察（a1）透射光顯微鏡下絲炭特征性長寬比的形態；（a2，a3）掃描電鏡下絲炭樣品保存了細胞壁生物結構；（b1）透射光顯微鏡下煤質木化石的形態特征；（b2，b3）掃描電鏡下煤質木化石受各向相等靜巖壓力下的形態特征Fig.2 The observation of wood fossil samples under a light microscope and scanning electron microscope (SEM)(a1) characteristic length to width ratio of charcoal using a transmitted light microscope, (a2, a3) preserved biological structures of a cell wall using SEM; (b1) morphologi￣cal characteristics of coalified wood fossils using a transmitted light microscope; (b2, b3) morphological characteristics of coalified wood fossils due to equal static rock pressure using SEM

對于有機碳同位素測試的樣品，將絲炭或煤化木化石約1 g裝入50 mL離心管，加入容積三分之二的去離子水，用超聲波清洗表面雜質，重復該步驟直至去離子水不再渾濁。之后在樣品的離心管內加入3 mol/L的鹽酸，55 ℃水浴中加熱并震蕩持續約3 h。倒掉鹽酸，重復前一步實驗直至加入的鹽酸與樣品在水浴條件下充分反應后，鹽酸仍保持無色為止。之后再用去離子水在離心管內漂洗樣品至pH為中性，然后在烘箱中以55 ℃放置48~72 h，至完全烘干。對于黑色碳質頁巖、碳質泥巖、粉砂和細砂巖樣品，用去離子水超聲波清洗后烘干，粉碎至200目，稱量樣品4~5 g放入50 mL離心管，加入3 mol/L的鹽酸在55 ℃水浴中加熱并震蕩，持續約3 h。后面的步驟與絲炭和煤化木化石類樣品的前處理步驟相同。以上步驟除去潛在的無機碳酸根和可能破壞實驗設備的硫化物。最后，用電子天平稱取約50 mg樣品，放入5 mm×8 mm錫杯中封裝，在MAT-253穩定同位素質譜儀上進行碳同位素測試，每10個樣品中加入一個平行樣品和兩個標樣。最終獲得有機碳同位素δ13C的數據結果采用PDB標準，絕對誤差低于0.2‰。第一批樣品在英國牛津大學地球科學系地球化學實驗室完成前處理，在英國牛津大學地理系和環境系、古人類和歷史藝術實驗室完成測試；第二批樣品在中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室完成前處理和測試。

3 結果

3.1 絲炭和煤化木化石顯微觀察

絲炭在透射光顯微鏡下，黑色不透明，有較高的反光度，一般長寬比大于5，呈特征性的“長條狀”（圖2a1）。因為絲炭在沉積埋藏前，由野火的作用下經歷了無氧或缺氧條件的高溫烘烤，其主體高分子成分的纖維素和木質素脫氫脫氧，同時部分支鏈脫落。纖維素的結構在380 ℃~400 ℃之間幾乎全部遭到破壞[67]，變得容易破碎，但木質素分子的維管束的支撐結構得以保留，呈現特征性長寬比的宏觀以及顯微結構。絲炭在掃描電鏡下，可觀察到原始植物細胞膜遭到破壞，但細胞壁得以保存，并且在野火缺氧烘烤的裂解作用下，其結構得以固化，在后期的壓實成巖過程容易完整保存（圖2a2，a3，SEM照片）。

煤質木化石在透射光顯微鏡下，不透明，為暗黑色，一般長寬比小于3，棱角較為清晰（圖2b1）。當沉積埋藏深度小于4 m，一般為有氧條件埋藏，微生物會參與纖維素和木質素分解[68]，深于4 m之后地層氧含量接近零，降解纖維素和木質素的微生物因需氧無法繼續起主導作用，壓實成巖作用成為主導；有機質成熟度隨著地溫逐漸增高，進入成煤（煤化）階段，經歷泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤的遞進過程，化學上以聚縮作用為主。煤質木化石在掃描電鏡下，可見原始的微觀木質結構基本被均一化壓實破壞，局部偶爾保留（圖2b2，b3，SEM照片）。原因是煤化成巖過程中靜圍巖壓各方向上近似，最終形成長寬比近似的顯微和宏觀結構。在中生代，可以形成絲炭和煤化木化石的沉積有機物均為C3植物來源（此時C4植物還未繁盛）。根據對多塊代表性樣品的顯微觀察，顯示全巖有機物中主體為保存良好的、沒有強烈生物降解作用的C3植物成分。

3.2 有機碳同位素地層曲線結果

2010年和2017年兩次分別獨立采樣測試，得到庫車河剖面有機碳同位素地層曲線（圖3），數據見表1。根據有機碳同位素地層曲線的變化特征，從下至上劃分為三段（圖3）。第一段（塔里奇克組13~33層）：約170 m厚，屬塔里奇克組中上部。δ13Cwood主要分布范圍-24.5‰至-26.5‰，總體上較穩定。第二段（塔里奇克組34~37層）：約20 m厚，是塔里奇克組頂部。在此段內δ13Cwood出現了兩次強烈的波動。第一次在35層底部，達2.1‰；第二次位于37層近頂部，負偏至-26.2‰后，在1 m的地層厚度內正向偏移至-22.5‰，隨后急劇負偏至-26.6‰，本段內達到了4.1‰的波動幅度。第三段（阿合組38~49層）：約80 m厚，為阿合組的下部。本段總體呈較輕的δ13Cwood特征，約-25.5‰至-27.4‰。并在43層底部處出現了整個剖面上的碳同位素最低值（-27.4‰）；在38層頂部也記錄到了一次快速負偏，幅度達1.4‰，在1 m厚范圍內由-25.8‰負偏至-27.2‰。

表1 庫車河剖面有機碳同位素數據Table 1 Organic carbon isotopic data of the Kuqa River section

2017年采樣結果顯示（圖3），在35層內、39層下部、43層底部發生了較顯著的碳同位素偏移。其中，在35層的碳同位素波動幅度達3.5‰，可與第一次采樣中35層底部的δ13Cwood波動相對比；在39層下部的δ13Cwood負偏至-26.3‰，波動幅度達2.0‰，與第一次結果有較好的可重復性；43底部的δ13Cwood負偏至-27.2‰，特征同樣可以與第一次結果對比，為本剖面的負偏極值。兩次獨立地采樣的數據結果有較好的可重復性。從碳同位素曲線可以看出，以38層底為界線，之上的碳同位素整體呈現顯著的負偏，平均幅度為2‰左右；38層底界恰好與地層記錄中多種植物孢粉滅絕界面和首現的界面吻合（圖3）。

圖3 庫車河剖面三疊系—侏羅系界線地層巖性地層、有機碳同位素地層曲線和孢粉分布（孢粉數據匯總自王招明等[59]）Fig.3 Lithostratigraphy, organic carbon￣isotope curves, and sporo￣pollen occurrence across the Triassic￣Jurassic boundary, Kuqa River section (data of sporo￣pollen occurrence combined from Wang et al.[59])

4 討論

4.1 庫車河剖面與GSSP及全球經典TJB剖面的對比約束

TJB的GSSP以菊 石Psiloceras spelae tirolicum首現面定義，即赫塘階的底界[35]，定義于奧地利Kuhjoch的海相地層剖面。該界線之下約0.5 m是孢粉組合Trachysporites?Heliosporites(TH)的內部兩個地方性亞組帶D1和D2的界線；另外菊石界線層之下3.2 m是孢粉Cerebropollenites thiergartii的首現面。TJB向下約6 m以三疊紀菊石Choristoceras marshi的末現面代表ETE底界，也恰是孢粉組合Rhaetipollis?Limbosporites（RL）與Rhaetipollis?Porcellispora(RP)的界線（圖4）。

英國St. Audrie’s Bay也曾是侏羅系底界GSSP候選剖面之一，是在歐洲研究較深入的海相TJB剖面。該剖面TJB位于菊石Psiloceras planorbis的首現面之下約5 m處。而牙形石滅絕帶位于菊石Psilocera planorbis的首現面下7 m處，推斷該層為ETE底界層位[4,77]；也與蕨類植物孢子的含量“脈沖式峰值（fern spike）”的出現同步（圖4）。

在美洲西部的泛大洋周緣，秘魯的Pucara海相盆地中含有菊石Psiloceras spelae可以與TJB的GSSP剖面直接對比[30,75]。其下約5 m處為晚三疊世末菊石Choristoceras crickmayi的末現層，為ETE底界（圖4）。由鄰近的3個火山灰層中鋯石同位素定年給出菊石Psiloceras spelae的首現面（即TJB）的絕對年齡為201.31±0.18/0.38/0.43 Ma[76]（圖4）。其他美洲西部的海相剖面，如美國內華達的Muller Canyon剖面的TJB由相同的菊石Psiloceras spelae首現面標定[78]。

圖4 庫車河剖面的生物地層、碳同位素地層與全球三疊系—侏羅系界線典型剖面對比郝家溝剖面引自文獻[69￣71]，GSSP剖面引自文獻[25￣26]，St. Audrie’s Bay剖面引自文獻[4,72]，Newark盆地剖面引自文獻[27,73￣74]，Pucara盆地剖面引自文獻[75￣76]Fig.4 Biostratigraphic and carbon￣isotope stratigraphic correlation between the Kuqa River section and global classic sections across the Triassic￣Jurassic BoundaryHaojiagou section cited from references [69￣71], Global Stratotype Section and Point (GSSP) cited from references [25￣26], St. Audrie’s Bay section cited from references [4,72],，Newark section cited from references [27,73￣74]，and Pucara section cited from references [75￣76]

在美洲東部的Newark裂谷盆地是TJB的經典陸相研究區，其古地理位置位于CAMP作用區內，發育了三期晚三疊世—早侏羅世的玄武巖巖漿。在該區對于湖相魚類化石和爬行動物足跡化石研究較多，但與海相地層對比較缺乏[73￣74]。依據陸相動物、孢粉化石以及銥元素異常數據，起初TJB被定為盆地內Orange Mountain（OM）玄武巖層之下[74]。北美東部陸相盆地的TJB與特提斯洋周緣海相剖面之間，前人進行了旋回地層學和磁性地層學對比工作。在Newark盆地與英國St. Audrie’s Bay的地磁極性地層序列對比的約束下，由天文周期旋回的短偏心率周期建立浮動天文標尺進行矯正，得到兩個地區的TJB較精細的對比，表明Newark盆地的TJB應位于OM玄武巖層之上[72,79]。地層中汞濃度峰值的對比結果也顯示TJB位于OM玄武巖層之上[80]，這表明TJB晚于早、中期的CAMP噴發。結合美國Newark盆地和秘魯Pucara盆地的鋯石U-Pb定年結果和英國St Audrie’s Bay/East Quantoxhead旋回地層學浮動天文標尺的推算，ETE底 界 發 生 于201.58 Ma，持 續 約160~270 kyr至TJB[23,75￣76]；綜合磁性地層學數據推斷，ETE底界與TJB的間隔時長為約200~300 kyr[81]。

值得注意的是，無論是在CAMP區域的陸相盆地中（如美國Newark盆地）還是在特提斯洋西岸的海相地層中（如英國St. Audrie’s Bay地區），均在ETE底界之上緊鄰TJB之下，出現了蕨類孢子含量“脈沖式”激增，指示該時段內蕨類植物迅速地、主導了陸地生態系統，但隨后裸子植物快速復蘇并再次占據主導（圖4）。在美國Newark盆地OM玄武巖之下的ETE層處，三縫孢子含量在地層中占比從不足10%激增到超過80%；而在英國St. Audrie’s Bay地區，晚三疊世—早侏羅世孢粉產出以裸子植物孢粉為主，但是在TJB之下牙形石滅絕帶之上約0.5 m處，其Selaginellales屬孢子含量激增占比超過80%[77]。該現象與白堊紀末界線的蕨類爆發非常相似[73]。在GSSP的奧地利Kuhjoch剖晚三疊世末菊石Choristoceras marshi的最后出現層位（即ETE底界），主要產出少量Ovalipollis pseudoalatus，Classopollis meyeriana和Classopollis torosus孢粉組合，孢子豐度較少，屬于Rhaetipollis-Limbosporites組合帶。向上轉變為Rhaetipollis-Porcellispora 組合帶，孢子數量和種類迅速增加，蕨類和苔蘚類的孢子含量達60%~80%，此組合特征持續到赫塘期早期[77]。

三疊系—侏羅系在新疆北部的準噶爾盆地南緣發育非常連續，郝家溝剖面是典型的陸相TJB剖面[82￣83]。郝家溝剖面植物組合和孢粉組合在郝家溝組和八道灣組之間變化明顯，在郝家溝組內Danaeopsis植 物 及Aratrisporites和Chordasporites等孢粉指示晚三疊世，八道灣組發育Coniopteris gaojiatianensis等指示早侏羅世[84]，因此TJB位于郝家溝組頂部與八道灣組底部之間[82,84]。另外，在郝家溝組上部43層開始也有類似的蕨類孢子含量激增現象[85]，可與奧地利Kuhjoch、英國St. Audrie’s Bay和美國Newark盆地的三個典型剖面的ETE事件層對比（圖4）。

在庫車河剖面尚未有孢粉豐度數據，但塔里奇克組37層有多種蕨類孢子和裸子植物花粉的首現，如Asseretospora sp., Piceites podocarpoides，Quadraecu lina anellaeformis，Q.enigmata，Q.minor，等[59]，暗示較大規模的、陸相植被生態系統的波動；推測可對比于郝家溝剖面43~45層，并可對比于奧地利Kuhjoch、英國St. Audrie’s Bay和美國Newark盆地的剖面（圖4）。綜合庫車河剖面生物地層及孢粉統計資料，圖4中匯總了與經典剖面的ETE底界和TJB層位的對比。綜上，綜合的地層學研究成果為庫車河剖面進行跨海、陸精細的地層厘定和對比提供了良好的約束。

4.2 碳同位素地層學對比

在4.1部分討論的地層框架約束基礎上，對庫車河剖面與GSSP剖面及其他經典剖面進行了碳同位素地層學精細對比。在奧地利Kuhjoch的GSSP剖面，全巖有機質碳同位素（δ13Corg）曲線顯示I-CIE和M-CIE的顯著特征[25]。在剖面約0 m處出現了一次短暫的-7‰CIE，即為I-CIE，與晚三疊世末菊石Choristoceras marshi末現面一致，即ETE底界。在δ13Corg迅速恢復之后，在剖面約6 m處呈現幅度達-3‰的負偏，其在M-ICE之下與侏羅紀菊石Psiloceras spelae tirolicum首現面一致，即TJB（圖4）。可以指示陸源高等植物碳源的長鏈正構烷烴的碳同位素（δ13Calk）地層曲線與全巖有機碳結果相似，I-CIE幅度為-6‰[26]。在英國St.Audrie’s Bay剖面，I-CIE位于Cotham組與Langport組交界，牙形石帶頂部，呈現約4‰的短暫負偏；I-CIE上方約5 m處為M-CIE，幅度約為2‰，保持相對輕的碳同位素值，一直持續至辛涅繆爾期，菊石Psiloceras planorbis的首現面在此附近[4]。美國的Newark盆地的湖相地層中記錄了單體正構烷烴、陸源木質碎屑以及全巖有機質碳組分[27]，在該剖面三疊系頂部的δ13Calk負偏幅度達4‰；隨后δ13Calk正偏幅度達5‰。在郝家溝剖面，δ13Corg地層曲線在42層、43層與45層之間呈現約1.5‰~2‰的CIE；結合孢子激增層位、暈苯和汞元素峰值出現的層位，推斷I-CIE位于43層底部附近；49~51層底部附近出現約2‰的M-CIE，此后地層向上為相對長期的、穩定的正向偏移趨勢[69,85￣86]。

在庫車河剖面，塔里奇克組38層底部附近（約0 m處）、39層底部附近（約10 m處）和43層底部（約30 m處），分別出現了三次碳同位素負偏，幅度約1.7‰~2.5‰（圖3）。碳同位素地層曲線負偏特征顯著，推斷I-CIE位于38層底部附近。另外，宏觀的沉積環境在38層附近有較大轉變，從沼澤和河流為主的沉積環境變為以較大規模的河流相沉積為主，以煤線或薄煤層為特征的沼澤相沉積在38層之上不再出現（圖3）。38層也開始記錄到新孢子種屬的出現，暗示可與地層中蕨類孢子激增事件對比；結合其他生物年代地層約束（圖4），本研究認為ETE底界位于塔里奇克組與阿合組之間的巖性地層界線，即38層底部附近。從43層底部附近出現的δ13Cwood約2.5‰負偏，以及此層位之上開始的相對長期的、穩定的正向偏移趨勢，可以推定此為MCIE起始層位；而全球海陸地層對比的結果明都確顯示，以海相菊石首現面定義的TJB位于M-CIE之下的次一級碳同位素負偏層位（圖4），綜合孢粉記錄Piceaepollenites exlioides，Asseretosporaspp.和Osmuntaciditessp.等種屬在39~43層的首現（圖3），暗示生態系統的逐步恢復，推論本剖面的TJB位于41層底部附近。

4.3 三疊紀—侏羅紀之交地表圈層碳儲庫波動的潛在成因

在美國內華達洲的海相TJB，在準噶爾盆地和四川盆地的陸相TJB附近，均觀測到異常高的、幔源的汞元素豐度[80,86￣87]，表明CAMP雖然直接作用區集中在現今非洲西北部、北美洲東部和南美洲北部，其影響的規模可達全球。在南美洲秘魯的Pucara盆地，三疊系—侏羅系發現多層火山灰層，取得了鋯石年代學結果[76]。在摩洛哥Argana盆地最早的CAMP玄武巖年齡老于Newark盆地的[88]，由于Newark盆地的玄武巖層是直接覆蓋于該盆地的ETE事件層之上，可認為與滅絕事件近同期，因此表明ETE的發生在CAMP的大規模噴發之后[81,88]。

晚三疊世末全球多處海相和陸相地層中，同期都記錄了碳同位素地層曲線正、負偏的顯著波動，根據基于C3植物的碳同位素地層學理論，推論該時期大氣中CO2的δ13C亦發生顯著波動，指示全球性的、地表圈層的碳儲庫的波動。CAMP大火成巖省的巖漿作用，導致大量幔源碳釋放到大氣中，迅速地使大氣CO2濃度增加2~4倍[8,10￣11,89￣90]。但CAMP爆發釋放的幔源δ13C值為-5‰左右，與大氣CO2的δ13C長期穩定值-5‰~-7‰相近（或略偏重），無法引起負向約2‰的偏移；2‰的負偏僅可能源于外來輕碳同位素源注入大氣，或者海、陸初級生產者遭遇毀滅性打擊的結果——初級生產者優先固定輕碳同位素的生物泵作用全球規模地停擺；或者此兩種原因混合。

輕碳同位素主要來源有潛在的三種情況之一，或其不同比例組合：第一，因板塊構造裂解，造成的大陸架上失穩的生物成因CH4氣水合物釋放（特征δ13C值約-60‰）到大氣中，其溫室效應約是CO2的25倍，約30年內CH4全部轉化成CO2[4,54]；第二，全球性的森林火災，植被（特征δ13C值約-26‰）燃燒釋放到大氣中的CO2[24]；第三，因全球升溫，導致的南北極高緯度地區的或高海拔地區的永久凍土帶中封存的生物成因甲烷氣水合物（特征δ13C值約-60‰）釋放到大氣中[91￣92]。以上一種或多種輕碳源注入大氣圈后，使得在海水的碳酸鹽巖中和C3植物中的碳同位素值呈現約2‰負偏的記錄，呈現全球性的地球表層系統碳庫的波動。未來對CAMP的玄武巖中揮發性物質的定量研究，以及其如何影響全球生態系統并導致海陸生態系統的崩潰，可能是解開三疊紀末期一系列關鍵地質事件的鑰匙。該事件的定量研究成果，對當代全球碳庫波動模型的建立和驗證參數的優化，具有實證數據的借鑒意義。

5 結論

（1） 在新疆塔里木盆地北緣的庫車河剖面，兩次獨立地有機碳同位素地層學樣品采集和測試，其結果具有較好的可重復性。

（2） 在庫車河剖面完成了跨海、陸的TJB碳同位素地層學對比。推斷與全球性的ETE事件等時底界，位于38層底部附近；與GSSP等時的TJB地層界線，位于41層底部附近；ETE底界與TJB的間隔時長為約200~300 kyr。

（3） 在ETE底界和TJB附近，陸相和海相的碳同位素地層曲線都有2‰~7‰幅度不等的負偏。I-CIE（即ETE底界）與地層中孢粉含量“脈沖式”爆發事件的起始層位同期，表明蕨類植物響應于ETE，其短暫地占據陸地生態系統優勢生態位，暗示生態系統快速劇烈波動。M-CIE的起始臨近層位對應海相菊石首現定義的TJB，此時的首現物種暗示全球生態系統復蘇的開始。

（4） 全球多處海相和陸相地層中，同期都記錄了碳同位素地層曲線正、負偏的顯著波動，推論該地質時期大氣中可能有輕碳源注入或者初級生產者遭遇毀滅性打擊，或兩者共同作用，導致了全球性的、地表圈層的碳儲庫的波動。

致謝 感謝英國牛津大學地理系和環境系，古人類和歷史藝術實驗室的Peter W. Ditchfield博士，對于本研究中第一批采集的樣品測試的協助與支持；感謝中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室朱雷，對于本研究中第二批采集的樣品測試的協助與支持。