卡尼期降雨事件后碳酸盐工厂演化的纬度控制：来自西藏喜马拉雅的启示

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Latitudinal controls on carbonate factory evolution following the Carnian Pluvial Episode: Insights from the Tibetan Himalaya

　　

摘要

卡尼期洪积事件（CPE）的特征是由兰格尔亚大火成岩省大量排放 CO₂ 引发的多次负碳同位素偏移。CPE 期间的强烈环境扰动重组了低纬度碳酸盐工厂。在古热带地区（如意大利、四川盆地），这引发了向后生动物主导工厂的转变，随后在 CPE 之后微生物工厂复苏。然而，该模式的全局相关性仍不确定。在此，我们提供了来自亚热带西藏喜马拉雅的高分辨率微相和牙形石生物地层学数据集，以重建晚卡尼期–早诺利期碳酸盐台地的演化。我们的结果显示，上部曲龙贡巴组（图瓦阶 2 期）沉积于受陆源影响的混合内缓坡，而其上覆的其玛拉组（图瓦阶 2 期–拉阶）发育于中 - 外缓坡环境。在 CPE 之后，西藏喜马拉雅西部的碳酸盐工厂从后生动物主导的骨架工厂转变为富产的鲕粒工厂。关键在于，岩石学证据表明这些鲕粒主要源于泥化生物碎屑和再搬运碳酸盐泥，证明该系统从根本上仍由异养后生动物驱动，而非转变为微生物工厂。这种 CPE 之后特提斯域之间的异质性很大程度上是由于表层海水温度和碳酸盐饱和度的纬度控制。此外，古地理格局进一步区分了恢复模式：半受限的热带低纬度有利于微生物工厂，而西藏喜马拉雅亚热带的开阔海洋条件则维持了异养后生动物的主导地位。

引言

卡尼期洪积事件（CPE）代表了晚三叠世的一次深刻环境扰动，其特征是全球水文循环的急剧加剧以及晚早卡尼期（朱利亚阶 2 期）陆源物质的脉冲式注入。这种环境扰动引发了浅海碳酸盐生产的危机，岩性上表现为碳酸盐沉积物被硅碎屑沉积物广泛替代（Keim et al., 2006; Hornung et al., 2007a, Hornung et al., 2007b; Rigo et al., 2007; Lukeneder et al., 2012; Preto et al., 2013; Gattolin et al., 2015; Sun et al., 2016）。海洋和陆相剖面的碳同位素地层学表明，CPE 的开始（朱利亚阶 1 期–朱利亚阶 2 期界线，约 234 Ma）与突发的负碳同位素偏移（NCIE）以及加剧的水文循环相吻合，并伴有重复的同位素波动（Dal Corso et al., 2012, Dal Corso et al., 2015, Dal Corso et al., 2018; Mueller et al., 2016; Sun et al., 2016; Miller et al., 2017; Fu et al., 2020; Lu et al., 2021; Ke et al., 2023; Jia et al., 2025）。这些 NCIE 伴随水文循环的放大，被广泛解释为多期次兰格尔亚大火成岩省（LIP）侵位排放 CO₂ 驱动全球变暖的结果（Furin et al., 2006; Greene et al., 2010; Dal Corso et al., 2012, Dal Corso et al., 2015, Dal Corso et al., 2020; Sun et al., 2016; Hu et al., 2020; Pecorari et al., 2023）。

来自加拿大温哥华岛和美国阿拉斯加兰格尔亚火成岩的年代学数据，结合菊石约束，将 LIP 活动的结束限定在图瓦阶 1 期亚阶的末尾（约 233 Ma; Mortensen and Hulbert, 1991; Tozer, 1994; Greene et al., 2010）。火山活动停止后，之前受 CPE 干扰的浅海碳酸盐沉积在早图瓦阶 2 期恢复（De Zanche et al., 2000; Preto and Hinnov, 2003; Hornung et al., 2007b; Roghi et al., 2010; Lukeneder et al., 2012; Sun et al., 2016; Dal Corso et al., 2018）。在 CPE 期间，增强的陆源输入不仅抑制了碳酸盐堆积，还驱动了碳酸盐生产者的重大重组。来自意大利多洛米蒂的证据表明，碳酸盐工厂从微生物主导的系统转变为以后生动物骨架（如双壳类、棘皮动物和腕足动物）主导的系统（Dal Corso et al., 2015, Dal Corso et al., 2018）。随后，CPE 之后（图瓦阶 2 期）见证了微生物碳酸盐工厂的复苏（Caggiati et al., 2018）。四川盆地也记录了平行的碳酸盐工厂演化轨迹（Jin et al., 2018, Jin et al., 2019, Jin et al., 2020）。

骨架后生动物在早古生代兴起，并通过建立热带或冷水工厂，逐渐主导了显生宙的浅海碳酸盐沉积。此后，微生物碳酸盐工厂在生物大灭绝事件和碳酸盐生产危机期间更易于发育（Schlager, 2003; Riding and Liang, 2005）。然而，意大利和四川盆地的沉积记录表明了一种异常的演化模式：在 CPE 的碳酸盐危机期间，后生动物骨架工厂占主导地位，而 CPE 之后微生物工厂占主导地位。确定这种现象是否是全球性的，需要从地理上与这些研究充分的地区不同的地区进行独立验证。本研究提供了西藏喜马拉雅（西藏南部）的新高分辨率地层学和沉积学调查，旨在：(1) 重建该地区 CPE 之后碳酸盐工厂的演化轨迹；以及 (2) 通过区域和全球对比，调查碳酸盐工厂的全局时空模式及其控制因素。

章节摘要

构造背景

特提斯喜马拉雅代表了从三叠纪到白垩纪末期稳定的被动大陆边缘，拥有连续的海相沉积岩序列（Garzanti, 1999; Sciunnach and Garzanti, 2012）。古地磁重建表明，晚三叠世时特提斯喜马拉雅位于南半球，对应的古纬度范围约为 25°S 至 35°S（例如，Klootwijk and Bingham, 1980; Appel et al., 1991; Ran et al., 2012;

材料与方法

共系统收集了 245 个样本，采样间隔为 1–2 m。为了进一步完善 Du et al. (2024) 建立的地层框架，我们额外收集了六个牙形石样本和一个原位珊瑚标本。含牙形石的岩石样本经过破碎并用 8% 乙酸处理。残留物随后被清洗、通过 100 μm 目筛筛分，并在 40 °C 的恒温箱中干燥。标本鉴定

牙形石生物地层学

接胜剖面的生物地层学框架最近由 Du et al. (2024) 建立，他们将序列划分为三个区间：(1) 从底部到约 206 m 的区间被定为中 - 晚图瓦阶（晚卡尼期）；(2) 从约 206 m 到约 239 m 的区间代表了跨卡尼期–诺利期界线；(3) 约 239 m 以上的地层与拉阶（早诺利期）对比。本研究中的牙形石在三个

微相分析

在本研究中，接胜剖面的上部曲龙贡巴组和其玛拉组共鉴定了八种微相类型（MF1–MF8），代表三种沉积环境。

沉积环境演化

综合生物地层学和微相分析揭示了接胜剖面在图瓦阶 2 期–拉阶区间内明显的三个阶段环境演化。序列记录了从受硅碎屑影响的混合系统（上部曲龙贡巴组）到以碳酸盐为主的缓坡系统（其玛拉组）的转变，这是由陆源输入和相对海平面的变化驱动的。

在图瓦阶 2 期间（约 233–231 Ma），即 CPE 结束后立即，

结论

综合牙形石生物地层学和微相分析，本研究将接胜剖面限定在图瓦阶 2 期–拉阶区间（晚卡尼期–早诺利期），代表了卡尼期洪积事件（CPE）之后的恢复阶段。沉积演化记录了从混合硅碎屑–碳酸盐内缓坡系统（上部曲龙贡巴组）到碳酸盐中 - 外缓坡环境（其玛拉组）的明显转变。碳酸盐工厂的演化

CRediT 作者贡献声明

Tianhao Su: 写作 – 原稿，方法论，概念化。 Zhong Han: 写作 – 审阅与编辑，监督，调查，资金获取，概念化。 Yixing Du: 写作 – 原稿，方法论。 Jingxin Jiang: 写作 – 审阅与编辑。 Xiumian Hu: 写作 – 审阅与编辑，资金获取，概念化。

竞争利益声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些可能看似影响本论文报告的工作。

致谢

我们感谢 Jiawei He 和 Chunrun Liu 在野外工作中的协助，以及 Xia Wang 在珊瑚摄影方面的帮助。我们向 Weihua Liao 和 Yiwei Xu 致以诚挚的谢意，感谢他们在珊瑚鉴定和建设性建议方面的协助。我们感谢 Nereo Preto 教授和另一位匿名审稿人，他们的评论和建议极大地改进了本手稿。本研究得到了 国家自然科学基金（资助号 42272116

Tianhao Su|Zhong Han|Yixing Du|Jingxin Jiang|Xiumian Hu

关键地球物质循环与矿产资源国家重点实验室，南京大学地球科学与工程学院，中国南京 210023