墨西哥东部上侏罗世—下白垩世碳酸盐岩的地球化学地层学与古环境：区域特征与特提斯洋启示

《Cretaceous Research》：Chemostratigraphy and paleoenvironment of the Upper Jurassic?Lower Cretaceous carbonates in eastern Mexico: Regional patterns and Tethyan insights

　　

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  尽管存在局部蚀变，J–K 碳酸盐岩仍具有近原生地球化学保存性。
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  J/K 界线以下间歇性的多指标异常与火山碎屑输入及受氧化还原控制的保存性有关。
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  氧化还原条件从缺氧到次缺氧的转变与 Remaniella ferasini 亚带一致。
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  跨越 J/K 界线的 δ¹³C_carb 正漂移反映了区域碳循环重组。

引言

侏罗纪/白垩纪 (J/K) 界线在显生宙界线中独具特色，因为它未与清晰的岩性、全球海平面或全球同步生物地球化学事件相关联，这些事件可作为地层标志。与其他系统界线不同，在全球范围内跨越 J–K 间隔并未发现一致相变、重大海平面变化或海洋地球化学的突然扰动 (Remane, 1991; Abbink et al., 2001; Hallam, 2001; Haq, 2014, 2018; Price et al., 2016; Grabowski et al., 2017; Tennant et al., 2017; Barragán et al., 2020)。这种事件的缺失从根本上限制了全球对比，并构成了围绕侏罗纪/白垩纪界线位置持续存在不确定性的基础。

跨越 J/K 界线的地层对比因强烈的古生物地理特有性而进一步复杂化，这限制了全球适用生物地层标志的识别，仍然是定义白垩系底部全球界线层型剖面和点 (GSSP) 的根本障碍 (Wimbledon, 2017; Gradstein and Ogg, 2020)。因此，J/K 界线的年龄仍然不确定。虽然界线定在约 143 Ma，但近期的高精度 U–Pb 年代学研究表明其年龄较年轻，为 140–141 Ma (Vennari et al., 2014; Aguirre-Urreta et al., 2019; Lena et al., 2019; Rogov et al., 2023)。

地层界线通常与海水环境条件和地球化学以及海洋沉积物的明显变化相关。然而，J–K 过渡期并非如此，尽管它发生在潘加亚大陆裂解和北大西洋打开期间，这些都与显著的古海洋学变化相关 (Abbink et al., 2001; Tennant et al., 2017)。因此，多指标化学地层学成为检测岩性和生物地层控制较差的过渡界线的潜在工具 (e.g., Azmy et al., 2008; Capelli et al., 2021; Bingham-Koslowski et al., 2024)。

蚀变最少的海洋碳酸盐岩中保留的至少近原生稳定同位素 (C, O) 和微量元素质代，为重建其沉积时的古环境变化提供了可靠的指标。保存良好的海洋碳酸盐岩的稳定同位素组成已被证明在推进古环境理解和构建高分辨率全球对比同位素剖面方面有效，适用于生物地层分辨率较差的沉积序列，跨越不同的沉积盆地 (Veizer et al., 1999; Halverson et al., 2005; Azmy et al., 2010; Hammer et al., 2012)。该方法在受海平面波动影响有机质氧化的沉积盆地中尤为有价值 (e.g., Quan et al., 2008; Kump et al., 2011; Okafor and Azmy, 2024; Gu et al., 2025)，从而影响其同位素质代 (δ¹³C_org 和 δ¹⁵N_org)。微量元素质代为过去气候动力学、生物生产力和海洋底层水氧化还原条件提供了宝贵见解，有助于我们理解古环境变化 (?liwiński et al., 2010; Dickson and Cohen, 2012; Tessin et al., 2019; Wang and Azmy, 2020; Bingham-Koslowski et al., 2024; Okafor and Azmy, 2024; Gu et al., 2025)。岩石中特定微量元素和同位素的丰度、比值及出现的变化作为古环境随时间变化的质代，地层间隔内质代剖面的变化允许重建过去的沉积条件以及区域到全球的化学地层对比 (e.g., Calvert and Pedersen, 1993; Tribovillard et al., 2006; Quan et al., 2008; Hetzel et al., 2009; Xia et al., 2023; Okafor and Azmy, 2024)。

δ¹³C_org 记录的负漂移被称为 VOICE 事件（沃尔贡同位素碳漂移；Hammer et al., 2012），首次记录于挪威斯瓦尔巴群岛的中沃尔贡下部。尽管该同位素特征已在北半球其他地区被识别 (e.g., Galloway et al., 2020)，但其全球范围和精确地层位置仍有争议。相比之下，特提斯域的 δ¹³C_org 和 δ¹³C_carb 记录 (e.g., Weissert and Channell, 1989; Weissert et al., 1998; Grabowski et al., 2019; Michalík et al., 2021) 为 J–K 过渡提供了良好约束的生物地层框架。在此背景下，墨西哥记录与其他特提斯曲线的对比代表了探索古地理域内相似性和差异的可靠基础。

由于其作为烃源岩的重要性，墨西哥中东部的晚侏罗世 - 早白垩世序列已被许多作者从构造、地层和古生物角度进行了广泛研究 (e.g., Cantú-Chapa, 1967; Stinnesbeck et al., 1993; Villase?or et al., 2012; López-Martínez, 2013; Fitz-Diaz et al., 2014; Abascal-Hernández et al., 2018; Lena et al., 2019)。然而，对侏罗纪 - 白垩纪系统地球化学演变的研究，特别是在墨西哥，仍然有限 (e.g., Adatte et al., 1996; Barragán et al., 2020)。本研究的主要目标是：

• (1)
  使用岩石学和地球化学技术，评估该地区 Pimienta 组和 Tamaulipas Inferior 组之间 J–K 碳酸盐岩序列的成岩作用影响。
• (2)
  建立墨西哥东部 J–K 过渡期的化学地层剖面，并评估其在特提斯域内的意义。

章节摘要

地质背景

研究区位于墨西哥普埃布拉州北部，阿普尔科河沿岸，靠近马萨特佩克市镇，距库埃特萨拉兰约 10 公里 (图 1)。它位于东方 Sierra Madre 山脉的最南段，靠近坦皮科 - 米桑特拉盆地东缘的边界。

该地区的构造演化 (图 2) 始于墨西哥湾的打开。这一过程分为两个不同的阶段：第一阶段是裂谷阶段，

采样

从马萨特佩克剖面收集了九十三 (93) 个样品 (附录 A)，间隔窄至 30 厘米，来自一根连续 85 米厚的岩芯 (20°00′25″N, 91°23′54″W; 图 1)，该岩芯包括整个 Pimienta 组 (64.5 米厚) 和 Tamaulipas Inferior 组的底部 (20.5 米厚)，跨越提通期 - 贝里亚期过渡。制备了薄片 (n = 93)，进行抛光并用茜素红 S 染色以进行岩石学分析。每个薄片的镜像岩板为

岩石学

对 Pimienta 组和 Tamaulipas Inferior 组海洋碳酸盐岩的岩石学检查显示，紧密堆积的微晶质 (≤4 μm) 至近微晶质 (4–10 μm) 碳酸盐岩占主导地位 (图 3A?B, F?G)，在阴极发光显微镜下表现出非发光至暗淡发光 (图 3A?D)。重结晶相和零星的白云岩化层位偶尔出现 (图 3C?D)。在微晶基质扫描电镜观察中也局部识别出球状黄铁矿 (图 3E)。裂缝被堵塞以

成岩作用影响

成岩蚀变可能会在海洋碳酸盐岩的埋藏历史中显著改变其原始化学成分 (Veizer, 1983; Gilleaudeau et al., 2018; Luan et al., 2024)。因此，评估成岩作用影响是碳酸盐岩序列研究的关键步骤，因为对氧化还原条件、微量元素系统学和碳同位素趋势的解释依赖于近原生地球化学质代的保存。为了评估保存程度，采用

对侏罗纪 - 白垩纪间隔及特提斯意义的启示

海洋碳酸盐岩中初级 δ¹³C 的耗尽已被联系到一系列因素，包括全球海平面波动、海水化学的长期变化以及有机生产力的变化 (e.g., Veizer, 1983; Veizer et al., 1999; Brand et al., 2011; Oehlert and Swart, 2014; Luan et al., 2024; Gu et al., 2025)。在多项北冰洋域研究文献中记录了明显的 δ¹³C_org 负漂移，被识别为 VOICE 事件 (沃尔贡碳同位素事件)

结论

本研究关于侏罗纪 - 白垩纪碳酸盐岩序列 (马萨特佩克地区) 的主要发现总结如下：

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  来自墨西哥普埃布拉 Pimienta 组和 Tamaulipas Inferior 组的受检样品通常表现出高度岩石学保存性，表明仅有轻微的成岩改造。地球化学结果表明，它们在整个 J–K 碳酸盐岩序列中保留了至少近原生质代。然而，中间富有机质泥岩间隔

CRediT 作者贡献声明

Juan Manuel León-Francisco: 写作 - 原稿，监督，调查，形式分析，数据整理，概念化。 Karem Azmy: 写作 - 审阅与编辑，监督，数据整理，概念化。 Griselda Abascal-Hernández: 写作 - 原稿，调查，数据整理。 Ricardo Torres-Vargas: 资源，调查，资金获取。 Linhan Li: 资源，数据整理。

竞争利益声明

作者声明以下可能被视为潜在竞争利益的财务利益/个人关系：Ricardo Torres-Vargas 报告获得了 Fondos Sectoriales CONACYT-SENER-Hidrocarburos 的财务支持和行政支持。如果有其他作者，他们声明没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文中报告的工作。

致谢

我们感谢主编 Maria Rose Petrizzo 博士对其仔细的编辑处理，以及客座编辑 Grabowski 博士和三位匿名审稿人提出的建设性意见和建议。作者衷心感谢墨西哥国家科学技术委员会 - 能源部 - 烃类部门专项资金 (Fondos Sectoriales CONACYT-SENER-Hidrocarburos, 205868) 的财政支持。我们要感谢 Diana Gardu?o 和 Leopoldo Gutiérrez 在样品描述和处理方面提供的宝贵帮助，以及

Juan Manuel León-Francisco|Karem Azmy|Griselda Abascal-Hernández|Ricardo Torres-Vargas|Linhan Li