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依托部门：

教育部

一、研究内容

拟解决的关键科学问题：

以白垩纪大洋缺氧事件向富氧作用转变过程及控制因素为核心，进展海陆相整合研究，探讨碳循环控制的重大地质事件与气候变化之间的关系。

陆地和海洋是构成统一的地球表层系统的不可分割的单元。

白垩纪时期所发生的与碳循环密切相关的大洋缺氧事件-富氧作用不仅在海洋中得到清晰的记录，也必然在陆地上得到良好的响应。

缺少来自陆地的响应研究，既无法精细刻画白垩纪的“黑-红转变〞，同时也很难完整而准确地探索这种转变与温室气候变化的关系。

在我国形成的世界最大含油气湖盆－松辽盆地，是进展陆地响应研究的理想地区。

本工程拟开展四个方面的研究内容，包括海相、陆相白垩纪重大地质事件及大规模烃源岩与古气候变化的关系。

需要说明的是，以下第1个方面的研究内容所覆盖的地域是全球性的，第2、3方面的内容是区域性的。

在进展陆地响应研究的同时，必须注意到海陆相记录在物理、化学、生物方面都存在重大的不同，因此对二者的异同点进展分析更是不可或缺的研究内容，因此设立第4方面的研究内容。

1.白垩纪海相重大地质事件与气候变化

大洋富氧作用-大洋红层剖面立典研究与全球准确比照：

在东特提斯洋〔喜马拉雅地区〕及西特提斯〔意大利等〕开展白垩纪大洋红层的剖面的立典研究，包括地层学、矿物学、岩石学、沉积学、地球化学、古生物学等方面，并利用ODP/DSDP获取的来自大西洋和太平洋典型钻孔岩芯开展“大洋红层〞主题研究。

在此根底上，对全球白垩纪大洋红层进展精细比照研究，确定其时空分布，分析世界各地白垩纪大洋红层的异同点。

东特提斯洋大洋缺氧事件-黑色页岩的立典研究：

发挥保存在我国西藏地区东特提斯白垩纪古海洋记录的独特优势和在大洋红层研究中取得的学术优势，重点以白垩纪大洋缺氧事件为突破，继续加强并深化东特提斯地区海相白垩纪大洋缺氧事件研究。

对白垩纪大洋缺氧事件沉积开展多学科、高精度研究。

通过浮游有孔虫、底栖有孔虫、钙质超微化石、放射虫、孢粉、沟鞭藻等多门类生物化石研究，建立起生物演化的空间序列和大洋缺氧事件的年代格架。

大洋富氧作用和缺氧事件的地质、地球化学及生物记录：

对大洋富氧作用和缺氧事件的地质、地球化学和生物记录进展综合研究，地质记录包括矿物学和岩石学〔含铁矿物、粘土矿物等〕、沉积环境、沉积速率等，生物记录包括生物绝灭、更替与辐射速率、生物原始生产力、古生物的生态功能分析，地球化学记录包括稳定同位素、元素地球化学、生物标志化合物等。

通过对这些记录的综合分析，获得指示这两个重大地质事件的有效标志。

大洋富氧作用和缺氧事件的化学、物理和生物控制因素及成因机制：

通过多学科研究和新方法、新技术的运用〔如化石氧同位素、硫同位素、硼同位素等〕，探讨当时古海洋环境参数，包括化学参数〔溶解氧含量、氧化复原条件等〕、物理参数〔洋流、温度、海平面、盐度等〕、生物参数〔如原始生物生产力、生物古生态等〕；

结合全球气候变化、大火成岩省形成、古地理变迁、古海洋演化等特征，探讨大洋缺氧事件和大洋富氧作用的控制因素；

从全球范围和地球系统科学框架内，探讨蕴涵在这一重大转变之后的古海洋、古气候条件的变化及其与碳循环之间的关系。

2.白垩纪重大地质事件的陆相记录及其与气候变化的关系

陆相与海相白垩系的比照：

由于陆相生物与海相生物的不可比性，常规的生物地层学比照研究难以开展，而地质事件研究只能在同一尺度的限定下进展，使得中国陆相白垩系的全球比照工作成为本工程的难点。

本工程拟充分依靠松辽盆地白垩系科学钻探，结合陆地剖面，采用磁性地层学、稳定同位素地层学、同位素年代学、层序地层学、湖-海沟通沉积记录比照、元素地球化学以及生物类群更替与定量古生物学等方法进展海-陆相白垩系的比照研究。

陆相生物类群更替与气候变化的关系：

白垩纪重大地质事件与生物群绝灭和复苏在时间上严密相关。

对白垩纪热河生物群、阜新生物群和松花江生物群形成、演替及其环境变化驱动机制开展研究，从深层次、多角度理解和发现鲜为人知的假设干陆相生物类群更替与气候变化关系。

以东北地区白垩纪陆相地层为重点，以脊椎动物、昆虫、植物及伴生化石为典型门类，辅以构造、古生态、沉积、火山岩、同位素测年等手段，全面了解白垩纪生物群的组成和时空分布规律。

在研究鸟类、哺乳类、喜花昆虫和被子植物的起源和早期演化等问题根底上，重点探讨生物群演替〔绝灭与复苏〕与气候变化的关系。

重大地质事件的陆地响应与气候变化的关系：

以我国独具特色的大型陆相白垩纪湖盆为研究基地，重点研究松辽盆地登娄库组中部、青山口组上部和嫩江组三次黑色页岩沉积和相间的三套红色碎屑沉积之间转变的机制，通过生物、地球化学、同位素等指标，识别中国大陆环境白垩纪温室气候变化规律，探讨白垩纪大洋缺氧事件、大洋富氧作用等重大地质事件在陆地的响应，在此根底上探讨重大地质事件与气候变化的关系。

3.白垩纪陆相大规模烃源岩形成与古气候变化的耦合关系

古湖泊表层温度的沉积有机质指标：

通过研究沉积物中特殊生物化合物的比值及其剖面变化研究沉积水体的古温度及其变化，探讨有机质大量堆积和红层发育时期水体古温度的差异。

缺氧事件与富氧作用的分子有机地球化学响应：

通过研究具有陆相物源区古气候环境和生态意义的有机地球化学指标，如有机质碳同位素、特征生物标记物、碳黑，确定陆相沉积有机质反映的缺氧事件和富氧作用与温室气候/沉积陆源区环境演化过程和气候事件〔缺氧〕、海侵事件的相关性；

陆相大规模烃源岩有机质特征与温室气候的关系：

沉积有机质和大规模烃源岩的形成/发育受古气候环境的控制；

通过分析松辽盆地白垩系典型富烃源岩沉积剖面有机质丰度、组成，有机碳氧同位素、特殊生物标记化合物、单烃碳同位素，研究有机质、特别是大规模富有机质烃源岩形成时有机质物源〔母源〕区和沉积水体古环境〔包括古生态、氧化复原条件等〕特征，探讨气候演变以及重大气候地质事件〔如海侵、温室气候〕对烃源岩生成发育的控制和影响作用。

4.白垩纪海陆相重大地质事件整合研究及其与气候变化的关系

白垩纪古地理研究：

利用地层古生物、植物群、岩相、古地磁、古环境研究资料，采用地理信息系统〔GIS〕技术方法重建中国大陆白垩纪具有古地形背景的古地理格局；

在此根底上划分气候区及气候带，分时段建立中国白垩纪主要大区域的古气候－地理图景。

在海陆相地层沉积学研究根底上，利用古地磁数据，按照重要时期分期进展中国大陆古地理重建，并编制重要时期的气候古地理图。

运用GIS技术恢复中国大陆古地形并构筑重要时期的古地貌形态将是重要探索的内容，尤其是将对中国东部白垩纪晚期可能存在的高海拔山系进展古地形恢复，并探讨其对中国大陆古气候的影响。

白垩纪古气候研究：

研究鄂尔多斯、四川、江汉和浙江及塔里木盆地陆相红层、沙漠相、湖相沉积以及冰筏、煤等特殊气候沉积的构造、地球化学及时空分布等沉积信息，探索白垩纪陆地气候的分带性和变化规律；

运用移离、浸解、切片撕片并结合光学和电镜观察等技术手段，研究白垩纪气候敏感植物类群的解剖构造、辐射演化、地质地理分布及其所反映的古气候变化信息；

利用木化石生长轮特征以及植物化石的最近似现生关系，探讨白垩纪古植被和古气候变化的特征及规律，并进展古气候的重建；

白垩纪重要时期的古大气二氧化碳浓度重建；

重点研究银杏目植物化石气孔参数与古大气CO2浓度变化之间的关系，以北方及东北地区材料为主对白垩纪早中期古大气二氧化碳浓度变化特征进展重建；

白垩纪重大地质事件与温室气候变化的耦合机制：

由于本项研究包括了白垩纪古气候重建、白垩纪黑色页岩和大洋缺氧事件、白垩纪大洋红层和大洋富氧作用以及白垩纪重大地质事件的陆相记录及其与碳循环、气候变化的关系，涉及到地质学、地球化学、古气候学、古海洋学等诸多学科，有必要在白垩纪海陆相重大地质事件整合研究、古气候变化研究的根底上，重点研究这些重大地质事件、生物事件、大规模烃源岩形成与碳循环、古气候变化之间的关系及其耦合机制。

主要研究内容包括：

对白垩纪重大地质事件的海陆研究结果进展整合分析；

分析比拟大洋缺氧事件、大洋富氧作用的海陆相响应及其异同点，在此根底上，探讨重大地质事件的触发机制和发生过程；

探讨白垩纪植物气孔参数与古大气CO2浓度的关系，选取相似的现生植物类群进展温室气体控制模拟实验；

在白垩纪海陆相地质事件整合研究根底上，结合其它地质时期重大地质事件〔如新元古代、古新世/始新世界限等〕与气候变化研究，探讨事件与碳循环、快速气候变化之间的耦合机制。

探讨事件与碳循环、快速气候变化之间的关系。

二、预期目标

总体目标：

以白垩纪与碳循环相关的重大地质事件和温室气候变化的关系为主线，以独具特色的大洋缺氧事件和富氧作用及其陆地响应为主要研究对象，重点追溯东特提斯洋和我国大陆地球表层系统重大地质事件的记录，探讨这些事件与碳循环、快速气候变化的正/负反响机制，在此根底上，答复白垩纪重大地质事件与温室气候变化的关系、陆相烃源岩的大规模形成、陆地生物群更替及其与气候变化之间的关系等科学问题并形成创新理论，为预测未来全球长时间尺度温室效应及其变化趋势提供科学依据，推动我国地球系统科学的进一步开展。

五年预期目标：

1．科学目标：

a）白垩纪大洋缺氧事件向富氧作用转变过程及其控制因素；

b）通过“松辽盆地白垩系科学钻探〞的实施，研究大洋缺氧事件和富氧作用的陆地响应；

c）白垩纪地球表层系统重大地质事件与温室气候变化的关系。

2．技术目标：

开展和形成具有切合中国实际的白垩纪研究技术方法体系，尤其是古CO2、古温度等关键技术方法，另外还包括根底资料积累、数据库建立、国家岩矿化石标本管理系统、有关的古生物和岩石地球化学等测试分析技术等。

3．人才培养目标：

在形成和会聚一支进入国际前沿领域优秀科学家群体根底上，重点培养2-3名国家层次中青年学术带头人，10-20名左右中青年学科带头人，培养30名左右高质量的博士、硕士研究生。

4．创新成果目标：

发表学术论文200篇以上〔其中，SCI期刊学术论文100篇以上，争取在较高影响因子的国际刊物上发表系列学术论文30篇左右〕；

出版“重大地质事件与气候变化〞系列学术专著；

争取主办国际相关重要学术年会或大会2-3次〔如第八届国际白垩纪大会等〕。

三、研究方案

总体研究思路

以地球系统科学为指导思想，充分发挥我国白垩纪东特提斯洋海相记录和大型陆相沉积盆地的地域特色与大洋红层和富氧作用的学术优势，对与碳循环密切相关的重大地质事件记录和温室气候变化进展海陆相整合研究，重点探讨温室状态下重大地质事件发生过程及其与气候变化之间的正/负反响关系和机制，以及它们对地球内部动力学过程的响应，为预测未来全球长时间尺度温室效应变化趋势提供科学依据。

技术路线

从本工程定位来讲，属于地球系统科学研究；

从学科来讲，为多学科穿插综合研究，涉及地质学、地球化学、地球物理学、古气候学、古地理学、古海洋学等领域，主要涵盖了根底地质的多个学科如地层学、古生物学、沉积学、矿物学、岩石学、无机地球化学、有机地球化学、同位素地质学、古地磁学、石油地质学等；

从工程研究区域来讲，它包括了全球性、区域性〔东特提斯和中国〕和地区性〔我国东北陆相盆地〕三个层面；

从研究内容上重点查明白垩纪我国有良好根底且颇具特色的重大地质事件〔包括大洋缺氧事件、大洋红层、陆相大规模烃源岩形成、陆地生物演化事件等〕发生的地质学背景、主要事件转变过程、陆地环境和生物对古气候变化的反响机制，重点探讨温室状态下重大地质事件与气候的耦合过程。

工程的技术难点是陆相地层关键层位的划分及其与海相地层的准确比照。

本工程将以海相白垩系研究成果为基准，结合地表露头研究，在前人卓有成效的工