晚普林斯巴赫期至早托阿尔期詹金斯事件期间的周期性气候动力学及其对有机质的控制：来自羌塘盆地（东特提斯）的综合孢粉学、地球化学和矿物学证据

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Recurrent climate dynamics and controls on organic matter during the late Pliensbachian and early Toarcian Jenkyns Event: Integrated palynological, geochemical, and mineralogical evidence from the Qiangtang Basin (eastern Tethys)

　　

摘要

早侏罗纪晚期是地球历史上一个关键的时期，以全球性的环境和气候不稳定性为特征，这些不稳定性影响了古海洋学条件并推动了动物群和植物群的关键性变化。最显著的气候变化发生在普里默巴赫期/托阿尔期（P/T）界线之间，并在早托阿尔期的詹金斯事件中达到顶峰。这两个事件都对应着从冰室状态到温暖温室气候状态的剧烈转变。本研究采用了一种综合多代用指标方法，利用西藏南部羌塘盆地浅海陆架环境下沉积的普里默巴赫期-托阿尔期七香措剖面的孢粉学、有机和无机地球化学及矿物学数据集，来解释古气候演化及其对有机质积累的调控作用。晚普里默巴赫期-最早托阿尔期的特征是以碳酸盐为主的矿物学组成以及持续偏低的C值、Ga/Rb比值和偏高的K?O/Al?O?比值，表明在干旱至半干旱气候条件下大陆风化作用微弱、陆源物质输入有限。孢粉组合以旱生和大热生针叶植物花粉为主，主要为雪松科和松科，中生型成分次之。该组合反映了受信风-季风环流季节性波动驱动的水分受限型热带气候。在詹金斯事件期间，中等的化学蚀变指数（CIA）值与C值、Sr/Cu、Rb/Al的波动趋势以及黏土矿物、石英和方解石含量的变化相吻合，表明沿剖面向南气候条件在温暖半干旱至半湿润之间交替变化，大陆风化强度适中，硅质碎屑输入稳定，水文条件呈振荡变化。孢粉学数据进一步支持了这一解释：旱生针叶植物持续占主导地位，间歇性地出现中生型类群的短暂贡献和稀有的湿生成分，表明降水和径流出现间歇性增加。在詹金斯事件的主要阶段，硅藻囊藻（dinocysts）的暂时性消失揭示了一个显著的生态应激事件，对应于硅藻囊藻黑化事件，这很可能由全球变暖和海水温度升高所驱动。尽管该事件区域上以富有机碳沉积物与詹金斯事件的关联为特征，以增强缺氧为标志的托阿尔期-海洋缺氧事件（T-OAE）在此处持续偏低的总有机碳（TOC）含量反映了半干旱条件下有机质生成和埋藏有限，加上陆源有机质供给不足，导致初级生产力有限、氧化条件良好以及有机质稀释。与欧洲和东特提斯同期地层的区域至全球对比揭示了古气候演化的显著空间异质性，这归因于古地理位置、大气环流以及气候带内的纬度位置差异。本研究强调了普里默巴赫期-托阿尔期地层中高度动态的气候演化和区域差异，这些差异影响了沉积作用并控制了有机质分布。

引言

早侏罗纪晚期（普里默巴赫期-托阿尔期）是地球历史上一个关键的时期，在此期间，严重的气候变化、古海洋学和古环境扰动扰乱了全球生物地球化学循环，并影响了动物群和植物生态系统。这包括从晚普里默巴赫期-早托阿尔期的寒冷气候（两极地区富含软流石、冰碛岩和菱铁矿的特征）（Price, 1999; Polyak等, 2010; Suan等, 2011; Teichert和Luppold, 2013; Rogov, 2015）到早托阿尔期詹金斯事件的温暖温室-极热状态（以极冰缺失为特征）（Dera等, 2009a; Dera和Donnadieu, 2012）的转变，且缺乏冰川成因特征（Price, 1999）。詹金斯事件以长期负碳同位素漂移（NCIE）为标志，对应着碳循环的全球性扰动和全球变暖（Jenkyns, 1988; Jenkyns等, 2002; Kemp等, 2005; Hesselbo等, 2007; Xia和Mansour, 2022; Ji等, 2025a; Ayadi等, 2026），这很可能由与卡鲁-法拉大型火成省相关的 CO?和CH?气体的大规模排放所触发（McElwain等, 2005; Nordt等, 2022; Fendley等, 2024），海洋天然气水合物大规模分解（Hesselbo等, 2000），永久冻土融化（Ruebsam等, 2019），和/或湿地甲烷生成（Them等, 2017）所触发。这与从晚普里默巴赫期到早托阿尔期詹金斯事件海水温度显著上升7-10°C的推断相一致，该推断来自箭石δ18O、团簇同位素和生物标志物TEX86数据集（Dera等, 2011; Gómez等, 2016; Ruebsam等, 2020a）。尽管对晚普里默巴赫期-早托阿尔期区间的古气候不稳定性进行了广泛研究，但解决詹金斯事件的空间变异性和短期气候波动仍是一个重大挑战，特别是在东特提斯地区。

尽管某些微型浮游生物（如硅藻囊藻）在晚普里默巴赫期发生了辐射（van de Schootbrugge等, 2005），但詹金斯事件导致了海洋生物的显著衰退和/或更替（Mattioli等, 2009; Caruthers等, 2013）。这包括硅藻囊藻黑化事件（Bucefalo Palliani和Riding, 2000; Ji等, 2026），以及陆地生态系统的显著变化，如植物组成变化、植被格局改变和气候带转变（Slater等, 2019; Xia等, 2021; Baranyi等, 2024）。虽然温暖湿润的温室气候在詹金斯事件期间会导致赤道和低纬度盆地水文循环加速（Izumi等, 2018; Ruebsam等, 2020b; Yi等, 2023; Kemp等, 2024），但关于该事件期间短期干旱-湿润阶段之间显著气候振荡的证据仍然缺乏。特别是，基于植被动态（如湿生和旱生孢粉组合的转变）与地球化学代用指标及矿物学组成耦合的气候重建，在东特提斯域内仍然约束不足。这进一步凸显了一个持续存在的知识空白，即信风和季风环流系统调控的气候季节性和陆地生态系统不稳定性的影响。在此背景下，本研究致力于解决这些空白，通过整合西藏南部羌塘盆地七香措剖面库斯组晚普里默巴赫期-下托阿尔期的孢粉学、地球化学和矿物学数据集，来解读可能的短期古气候转变及其生态表达（图1）。孢粉学数据（主要是孢子与花粉）为植被组成和陆地生态系统动态提供了关键信息，并允许对水分和气温随时间的变化进行更精细的评估（Balme, 1995; Van Konijnenburg-Van Cittert, 2002; Abbink等, 2004; Zhang等, 2021; Abdelhalim等, 2025）。

尽管詹金斯事件具有全球意义，但托阿尔期-海洋缺氧事件（T-OAE）在不同盆地中的表现各异，特别是在特提斯域内，这取决于海洋缺氧和有机质积累模式（Jenkyns等, 2002; Remírez和Algeo, 2020; Kemp等, 2022; Xia和Mansour, 2022）。多项研究将T-OAE期间厚层富有机碳沉积归因于限制和半限制盆地中缓慢的环流和/或层化水柱条件，而贫有机质沉积物则被归因于增强的环流、水动力条件、沉积物供给和河流径流（Rodríguez-Tovar和Reolid, 2013; Fantasia等, 2018; Fantasia等, 2019; Xia和Mansour, 2022; Fernández-Martínez等, 2023）。评估古气候与有机碳含量空间变异性之间的关系，对于约束詹金斯事件期间有机质分布控制机制的异质性至关重要。东特提斯洋的南部羌塘盆地以连续的晚普里默巴赫期-下托阿尔期贫有机质生物碎屑灰岩、泥灰岩和泥岩地层为特征，适合重建这一关键时间区间内的短期古气候波动（图2）。在本研究中，采用了一种综合方法，整合了地球化学数据（包括总有机碳和主量元素及微量元素）、孢粉组合和矿物学组成数据。通过结合这些数据集，本研究的目标是对七香措剖面普里默巴赫期-早托阿尔期的古气候演化和干旱-湿润模式的短期波动进行全面评估。研究剖面的结果进一步与全球同期地层进行了比较，以提供对区域至全球古气候条件的更广泛评估，以及对詹金斯事件的有机质积累响应。这种方法为东特提斯的有机质积累的气候和沉积控制提供了新的认识。

区域地质背景

本研究调查的七香措剖面上位于羌塘盆地，这是西藏最大的盆地之一（图1B-C）。自早二叠世以来，一系列构造活动相继发生，由此构造沉降和裂解导致了几乎覆盖盆地所有部分的浅海陆架通道的形成（Zhu等, 2013）。羌塘盆地位于南部的邦多-怒江缝合带和北部的金沙缝合带之间。

材料与方法

七香措剖面代表晚普里默巴赫期-下托阿尔期地层，总厚度为129.5米。在七香措共采集了199个岩样来自库斯组，采样间隔在下托阿尔期泥岩-泥灰岩区间最大为20厘米（图2）。

总体矿物学组成

七香措普里默巴赫期-托阿尔期沉积物的矿物学组成表现出显著的模式，碳酸盐和硅质碎屑成分存在不同程度的波动（图2）。方解石分布范围广泛，最高值（高达92 wt%）记录在生物碎屑灰岩和微晶灰岩中。相反，泥岩-泥灰岩区间以方解石含量在约9-50 wt%的低位和中等值之间周期性波动为特征（图2）。白云石在

地球化学和矿物学对早侏罗纪古气候演化的约束

气候状态在海洋-大气温度体制、降水与蒸发模式、植被和孢粉组合以及风化过程中起着重要作用，所有这些直接影响沉积物特征和沉积环境。因此，总体元素、矿物学和同位素数据的空间分布可以作为解释沉积物积累期间气候不稳定性的重要指标（Taylor和McLennan, 1985;

结论

本研究整合了南部羌塘盆地七香措剖面库斯组的孢粉组成、地球化学和矿物学数据，重建了P/T界线及早托阿尔期詹金斯事件期间的古气候演化和有机质积累控制作用。在P/T界线过渡期间，以碳酸盐为主的沉积物表现出持续偏低的C值，表明在……条件下大陆风化作用被抑制且陆源供给极少。

作者贡献声明

纪昌军：写作-审阅与编辑，写作-原稿撰写，监督，资源获取，资金获取，形式分析，数据整理。李英丽：写作-审阅与编辑，验证，软件，方法论，概念化。吴艳：写作-审阅与编辑，资源获取，方法论，数据整理。吴振寒：写作-审阅与编辑，验证，软件，资源获取。陈云：写作-审阅与编辑，调查，资金获取，形式分析。杨宁：写作-

未引用参考文献

Li等, 2022
Mansour等, 2026
Ruvalcaba Baroni等, 2018
Schultz, 1964
Wang等, 2009
Wang等, 2014
Zakharov等, 2006

利益冲突声明

作者声明不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究由国家科技重大专项-深地探测与矿产资源勘查（项目编号：2024ZD1001005）、重点研发计划（XZ202403ZY0040）、国家自然科学基金（批准号：U24A20597）、陕西煤业地质集团重点项目（项目编号：SMDZ-2022ZD-8）、中央引导地方科技发展专项资金项目（XZ202401YD0006）以及中国地质调查局（DD20230024）资助。

纪昌军 | 李英丽 | 吴艳 | 吴振寒 | 陈云 | 杨宁

中国地质科学院，北京 100037，中国