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扬子地台中晚奥陶世碳酸盐岩同位素演化：解锁古海洋环境变迁密码

一、引言

1.1研究背景与意义

奥陶纪作为古生代的重要时期，见证了地球历史上诸多关键事件，如奥陶纪生物大辐射、大规模海侵以及地球磁极倒转等，这些事件对地球的生物演化、海洋环境和地质构造都产生了深远影响。扬子地台在中晚奥陶世时期，沉积了丰富的碳酸盐岩地层，这些地层如同“历史档案”，完整地记录了该时期的古海洋环境信息，为我们研究这一时期的地球演化提供了绝佳的素材。

同位素分析技术是解读古海洋环境的有力工具。碳同位素（δ13C）能够反映海洋中生物的生产力以及有机碳的埋藏情况。当海洋中生物大量繁殖，有机碳埋藏增加时，海水中的12C更多地被生物利用并埋藏，导致海水中的δ13C值升高；反之，δ13C值降低。通过对碳酸盐岩中碳同位素的分析，可以了解当时海洋生态系统的活跃程度和碳循环过程。

氧同位素（δ1?O）则是古海洋温度和海平面变化的重要指示指标。在全球气候寒冷、冰川大量形成的时期，海水蒸发后形成的冰川中富集轻氧同位素（1?O），使得海水中的重氧同位素（1?O）相对富集，δ1?O值升高；而在气候温暖、冰川融化的时期，海水中的δ1?O值则会降低。同时，海平面的升降也会影响海水的δ1?O值，海平面上升，海水与周围环境物质交换增加，δ1?O值可能发生变化。因此，分析氧同位素可以帮助我们重建古海洋的温度变化和海平面波动历史。

锶同位素（??Sr/??Sr）在研究古海洋环境中也具有重要作用，其比值变化能够反映陆源物质输入、洋中脊热液活动以及海水化学组成的改变。陆源物质中??Sr相对富集，当陆源物质大量输入海洋时，会使海水中的??Sr/??Sr比值升高；洋中脊热液活动则会向海水中输入富含??Sr的物质，导致??Sr/??Sr比值降低。通过对锶同位素的研究，可以揭示古海洋中物质来源和海水化学演化的过程。

本研究聚焦于扬子地台中晚奥陶世碳酸盐岩的碳氧与锶同位素演化，旨在精确重建该时期的古海洋环境。通过对这些同位素的分析，我们能够深入了解海洋中碳循环、温度变化、海平面波动以及物质来源等关键信息，为揭示奥陶纪生物大辐射的环境背景提供重要依据。同时，本研究成果也将为全球古海洋环境演化的研究提供重要参考，填补相关领域在该地区和该时期研究的不足，具有重要的科学意义。

1.2国内外研究现状

国内外学者针对扬子地台奥陶纪地层开展了多维度的研究工作。在生物地层学领域，已建立起相对完善的生物地层框架，详细梳理了各类生物化石的分布与演化规律。例如，对笔石、腕足类、三叶虫等生物化石的研究，为地层的划分与对比提供了可靠依据，精确确定了不同地层的时代和相对顺序。

在沉积学方面，深入剖析了扬子地台奥陶纪的沉积相和沉积环境。研究发现，早奥陶世时期，扬子地台部分区域为蒸发台地相，随着特马豆克期海侵的发生，转变为开阔的浅海相。中奥陶世，海侵范围进一步扩大，水体加深，沉积环境逐渐转变为沉没台地相，如大湾组、牯牛潭组的紫红色泥灰岩就是这一时期沉积环境的典型代表。此外，还对生物礁的发育特征进行了研究，中扬子地台早奥陶世南津关组、分乡组和红花园组地层中发育有大量由瓶筐石类、海绵类等造礁生物形成的生物礁，其生长和演化受到海平面高度、海水清洁度和盐度等环境因素的显著影响。

在同位素地层学领域，虽然已取得一定成果，但仍存在局限性。华南奥陶纪碳同位素地层研究主要集中于中—晚奥陶世若干个显著碳同位素事件，如MiddleDarriwilianInorganicCarbonExcursion（MDICE）和GuttenbergInorganicCarbonExcursion（GICE）等，缺乏对整个奥陶纪连续的碳同位素变化分析，尚未建立起华南地区完整、可依据的碳同位素地层框架标准。同时，对于碳氧与锶同位素之间的耦合关系以及它们对古海洋环境变化的协同响应机制，研究还不够深入和系统。

综合来看，当前研究在生物地层学和沉积学方面成果丰硕，但在同位素地层学，尤其是中晚奥陶世碳酸盐岩碳氧与锶同位素演化及其古海洋环境意义的研究上，仍存在较大的探索空间。这为本研究的开展提供了明确的方向和重要的切入点，有望通过深入研究填补相关空白，进一步完善对扬子地台中晚奥陶世古海洋环境的认识。

1.3研究内容与方法

本研究的主要内容包括以下两个方面。一方面，对扬子地台中晚奥陶世碳酸盐岩的碳氧与锶同位素组成进行高精度测定，获取详细的同位素数据。通过对这些数据的分析，总结同位素的演化特征，确定碳同位素正漂或负漂事件的发生时期和幅度，以及氧同位素和锶同位素在不同地层中的变化趋势。另一方面，结合沉积学、生物地层学等多学科资料，深入探讨同位素演化所反映的古海洋环境意义。研究碳同位素变化与海洋生物生产力、有机碳埋藏的关系，