CB82晚中生代温室地球气候环境演变Word文档下载推荐.docx

CB82晚中生代温室地球气候环境演变Word文档下载推荐.docx

《CB82晚中生代温室地球气候环境演变Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CB82晚中生代温室地球气候环境演变Word文档下载推荐.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

（二）研究内容

目前国内外最新研究成果已经证实，侏罗纪－白垩纪－古近纪是一个完整的温室气候旋回。

考虑到地质旋回发育的连续性和研究对象的完整性，本项目涉及的时间跨度主要为侏罗纪－古近纪，空间范围海相主要为东特提斯地区、陆相主要为中国和东亚地区（其中松辽盆地是研究的重点地区）。

围绕上述两个关键科学问题，按照“从记录到重建、从状态到演变、从背景到事件、从成因到机制”的研究思路，形成本项目如下三项相互关联和承上启下的研究内容：

1晚中生代高分辨率地质记录的建立

要重建晚中生代温室地球古气候和古环境状态及其演化规律，首先必须建立晚中生代高分辨率地质记录和年代标尺，这是进行精确全球地质对比的基础。

为此，本项目拟利用晚中生代东特提斯海相连续地层剖面与松辽盆地科学钻井陆相连续岩心剖面这两个良好的平台，分别建立海、陆相晚中生代高分辨率地质记录，而后进行海-陆相整合性对比研究，最终建立起晚中生代海陆相高分辨率地质记录。

具体从以下3个方面展开研究：

晚中生代东特提斯海相高分辨率地质记录的建立：

运用古生物学（如有孔虫、钙质超微、放射虫等化石）、地层学、沉积学、地球化学（如碳同位素等）、年代学（U-Pb、Ar-Ar测年）、岩石学等多学科手段，对该区晚中生代连续地层剖面进行综合性研究，建立和完善该地区海相晚中生代岩石、生物、年代、旋回、化学等多重地层格架，对关键事件层（如三叠纪－侏罗纪（T/J）界线、古新世－始新世界线（P/E）界线等）建立高精度年代地层格架，为精确厘定东特提斯海相重要地质事件和快速气候变化的年代及持续时间提供依据。

晚中生代东亚陆相高分辨率地质记录的建立：

以松辽盆地松科1井和松科2井连续岩心及相关典型剖面为平台，开展岩石地层学、生物地层学研究，结合放射性年代学和磁性地层学研究成果，建立晚中生代东亚陆相高分辨率多重地层格架。

在此基础上，利用环境磁学参数、元素地球化学、测井等古环境-古气候指标开展高分辨率旋回地层学研究，建立具有绝对年代学意义的天文年代标尺，为松辽盆地晚中生代重要地质事件和快速气候环境变化提供高分辨率年代框架，实现晚中生代海、陆相地层和全球重大地质事件的高精度对比。

晚中生代海、陆相高分辨率地质记录的整合性对比研究：

在已分别建立的晚中生代东特提斯海相与东亚陆相高分辨率地质记录的基础上，通过生物地层、年代地层对比等手段，进行海陆相整合性研究，并实现两者之间在1.0Ma-0.1Ma级别上的高精度对比，建立完整的晚中生代高分辨率地质记录，为探究重大气候环境波动事件提供精确且具有全球意义的地层和时间格架。

2晚中生代古气候与古环境重建

要正确了解温室地球气候-环境状态和演化规律，揭示气候－环境快速变化的过程及其成因机制，首先需要对当时古气候与古环境背景进行全面了解和重建，这是捕捉和获取气候-环境快速变化不可或缺的重要基础。

本项目将利用东特提斯、东亚和中国东部等区域的地质记录和多种替代性指标方法，分别从古海洋、古湖泊、古大气CO2、古温度以及古地理等角度，重建晚中生代古气候和古环境，揭示古气候环境的演变规律。

晚中生代古海洋重建与古气候：

发挥东特提斯具有晚中生代连续海相沉积记录的地域优势，利用沉积学、古生态学（有孔虫等）、微量元素、同位素地球化学、有机地球化学指标等手段，来有效地恢复东特提斯晚中生代古海洋环境（如古水深、古水温，古生产力、水体氧化还原条件等）变化历史。

晚中生代古湖泊重建与古气候：

以松辽盆地及其相关盆地关键层系为研究对象，对湖泊缺氧、海侵、关键地质历史时期湖相生物的快速演替等重要地质事件，以及构造、火山事件所引起的湖泊环境突变特征（如水深、水温、水体氧化还原、盐度、酸碱度等）开展古生物学、生物标志化合物、地球化学和地球物理等研究，确定这些重大地质事件发生的时间、规模、性质，探讨这些事件对区域性以及全球气候－环境演化的影响。

在此基础上，研究和重建晚中生代松辽盆地及邻区的古地理，恢复晚中生代重要时期的原形盆地格局，进而划分和重建晚侏罗世－古近纪早期古湖泊地质演化阶段及环境变迁历史。

晚中生代古气候重建：

通过对具有气候指示意义的重要古植物类群的研究，查明其化石生物学性状、解剖结构和系统学属性，分析多样性兴衰变化和时空分布模式，揭示植被演化与古气候－环境演变的关系；

研究反映陆相古气候演化的沉积记录（主要包括古土壤、湖泊碳酸盐、粘土矿物等）在古地理背景下的时空分布规律，揭示其反映的古气候－环境关系。

采用古植物气孔参数和古土壤碳同位素相结合手段，研究在温室气候背景下，侏罗纪、白垩纪和古近纪不同时期古大气CO2浓度及其变化趋势，建立重要时期高精度（时间分辨率在0.5－1Ma）的古大气CO2变化曲线，重点查明和捕捉中生代重大地史转折时期全球性、洲际性、区域性的能够反映快速气候－环境变化事件的CO2波动信息，并探讨其成因和机制。

晚中生代古地理重建：

以“世”或重要时段为研究单元，重建中国晚中生代重要时期的气候-古地理图景。

在厘定中国晚中生代地层框架基础上，充分利用海陆分布、大地构造、盆地演化、盆山界线、古地貌变化以及沉积环境及沉积相等方面的资料，重建中国晚中生代重要时期的古地理面貌。

在此基础上，结合古生物地理学、地球化学、粘土矿物组合及特殊沉积记录（如:

古土壤、湖泊碳酸盐、风成砂岩、钙质结核、煤层、膏盐）分布等证据，进行晚中生代重要时期的古气候带划分，在古地理基础上集成编制有关重要时期的古气候分带图，并揭示古气候的变化趋势，探讨古地理演化与气候带变迁之间的关系。

3晚中生代重大地质事件与快速气候-环境变化关系

晚中生代-古近纪温室地球时期发生了一系列重大地质事件，包括重大生物演化事件（如T/J、K/Pg界线生物大绝灭事件等）、古海洋事件（如大洋缺氧及富氧事件等）以及岩浆-构造事件（如大火成岩省事件、PETM事件、印度/亚洲板块的碰撞所导致的东特提斯关闭事件等）。

这些事件被认为与快速气候-环境变化之间存在密切的关系，并在东特提斯（海相）与东亚（陆相）地层记录中具有不同程度的显示。

本项目拟以东特提斯与中国东部连续地质记录为平台，研究晚中生代重大地质和生物演化事件与快速气候-环境变化之间的耦合关系，探讨晚中生代全球性快速气候-环境变化事件的演化过程与成因机制。

重大生物演化事件与快速气候-环境变化关系：

采用地球生物学、同位素/有机地球化学和地层古生物学的最新理论与方法，结合室内模拟技术手段，研究中国晚中生代温室地球快速气候变化时期典型地质微生物功能群（光合作用菌、产甲烷菌及甲烷氧化菌、硝化反硝化菌、硫酸盐还原菌）/宏体生物群（植物、无脊椎动物、脊椎动物等）对温室地球环境条件变化（温度、湿度、主要温室气体）的响应过程与机理、以及生物群对温室效应的反馈及机理，解释与实证温室时期气候-环境-生物之间的相互关系，为预测全球气候环境变化的生物响应提供科学依据。

晚中生代大洋缺氧－富氧事件与快速气候-环境变化的关系：

以东特提斯洋侏罗纪－古近纪若干实测剖面连续、高分辨率的地质记录为研究平台，利用沉积学、古生物学、古生态学、矿物学（如纳米级铁矿物研究）、地球化学（如微量元素分析、碳同位素分析、生物标志化合物、铁同位素等）等多学科方法，研究早侏罗世Toarcian期和白垩纪OAE2等大洋缺氧事件、白垩纪大洋红层－富氧事件、P/E事件的特征及成因机制，提取这些事件所富含的古环境与古气候信息，进而探讨大洋缺氧－富氧事件、P/E事件与快速气候-环境变化之间的耦合关系。

东特提斯晚中生代重大构造－古地理事件与气候-环境变化：

晚中生代期间东特提斯域发生了一系列重大构造-古地理事件，包括早白垩世大火成岩省事件（LIP）、冈瓦纳大陆最后裂解事件、印度/亚洲板块初始碰撞事件和东特提斯海的关闭事件等。

拟以东特提斯范围的我国西藏南部若干实测剖面连续、高分辨率的地质记录为研究平台，利用地层学、沉积学、岩石学、构造地质学、碎屑年代学（碎屑锆石U-Pb-Hf）、地球化学（如Sm-Nb同位素、微量元素分析等）等多学科方法，研究这些重大地质事件发生的时间、规模、性质，探讨这些事件对全球以及区域性气候－环境演化的影响。

二、预期目标

（一）总体目标：

以地球系统科学作为指导思想，以“深时”研究作为学术思路，重建晚中生代温室地球古气候和古环境状态及其演化规律，揭示温室地球气候－环境快速变化的过程及机制，探究自然条件下所形成的长周期温室气候－环境变化的成因和机制，总结温室气候的自然演变规律，为应对人类面临的全球变暖趋势提供科学依据。

促进地球系统科学交叉结合，推动“深时”研究学科发展。

优化古气候替代指标，形成并掌握古气候－环境研究的技术方法体系，促进海陆整合对比研究，为发展地球系统科学理论和应用做出原创性贡献。

整合高等院校、科研院所和国有大型企业的研究力量，推进交流和合作，汇聚和锤炼“深时”研究人才队伍，培养一批国内外知名的中青年专家，提高中国科学家在地史时期温室气候变化领域的综合学术优势。

为未来全球变化研究提供支撑，为丰富和深化陆相石油和煤炭等化石能源的勘探开发提供科学依据。

（二）五年预期目标：

通过本项目的实施，在理论、方法、技术、人才培养和成果等方面的具体五年目标如下：

1理论创新目标：

重建东特提斯洋和东亚陆地晚中生代温室地球古气候和古环境状态及其演化规律，揭示温室地球气候－环境快速变化的过程和特征，在探究自然条件下所形成的长周期温室气候－环境变化的成因和机制方面形成创新性理论成果。

2方法目标：

发展和完善晚中生代古气候重建的地质记录和替代指标（如TEX86古温度参数，地微生物模拟等），建立高分辨率的晚中生代CO2浓度变化曲线，为我国未来“地球时间（EarthTime）”研究提供可资借鉴的实例。

3技术目标：

在国际大陆科学钻探计划（ICDP）和中国地质调查局支持下，实施“松科2井”对泉头组－火石岭组地质记录的科学钻探及综合研究，预计取心总长度6500米。

4人才培养目标：

培养博士研究生30名左右、硕士研究生60名左右、相关研究领域中青年学术带头人和科研骨干10名左右，造就一支既相对稳定又充满活力的多学科交叉的“深时”研究队伍。

5成果目标：

在国际重要SCI刊物上发表60-80篇高质量的科学论文，在国际重要刊物出版专辑，出版总结晚中生代温室地球与气候环境变化方面的系统专著。

组织深时和地史关键时期快速变化国际会议，并在其它大型国际学术会议上组织专题。

三、研究方案

（一）总体研究思路和研究方案

以地球系统科学的理论为指导，以温室地球气候-环境演变为主线，围绕关键科学问题，按照“从记录到重建、从状态到演变、从背景到事件、从成因到机制”的研究思路，以高分辨率的连续地质记录为基础，以重大地质事件为切入重点，利用先进的实验条件与新技术、新方法，揭示温室地球气候环境状态和演变规律，捕捉快速气候-环境变化事件，探讨温室地球条件下快速气候-环境变化的成因机制，力争在该研究领域内取得理论上的创新与突破。

总的研究方案如图1所示。

图1项目的总体研究方案

（二）技术路线

总体技术路线：

以建立在陆相科钻连续岩心和海相连续地层剖面平台上的高精度关键地质记录及时间标尺等为基础，利用古大气CO2、古温度、古湿度、古地理重建及地微生物分析技术等手段，实现了解温室地球气候-环境演变规律与揭示快速气候环境变化过程及成因机制的目的。

具体技术路线和技术方法概括于图2。

图2项目的主要技术路线和技术方法

本项目所涉及到的主要技术方法简述如下：

1科学钻探技术

本项目实施的松辽盆地“松科2井”大陆科学钻探，以我们成功实施的“松科1井”为基础，将整合目前所有先进的钻探技术和科学指标，集成保形取心、定向取心、荧光示踪密闭取心和水力出心等技术，获得长时间跨度（从晚侏罗世－古近纪）、高取心收获率（大于95%）、超长连续取心（取心长度达到万米）的连续地质记录，从而获得本项目完整的晚侏罗世－古近纪陆相沉积序列，获得连续岩石地层、生物地层、年代地层、旋回地层记录以及生物标志化合物、环境磁学、元素地球化学、稳定同位素、炭黑等参数，为建立和完善代表东北亚地区高精度的岩石、生物、年代、旋回、化学等多重地层格架奠定基础。

2高分辨率年代地层的建立技术

依托“松科2井”和“松科1井”的连续岩心记录和东特提斯良好地层剖面，开展厘米级岩性描述、采样、分析和测试。

首先建立高分辨率晚中生代岩石地层和生物地层精细框架。

其次对火山岩及凝灰岩层开展高精度锆石U-Pb法、透长石Ar-Ar法放射性同位素年代学定年（定年误差优于0.5Ma），获得绝对年龄控制点。

同时，开展取样精度为20厘米的磁性地层学研究，并对环境磁学参数、自然伽马能谱测井和元素地球化学数据开展高精度旋回地层学研究，建立研究区晚中生代天文年代标尺。

采用“地球时间（Earthtime）”研究计划的工作方法和技术手段，整合和相互校正放射性同位素年龄、磁性地层学和天文年代标尺的研究成果，最终建立研究区时间分辨率达到0.1-0.4Ma的年代地层格架，为晚中生代重大地质事件和快速气候变化的年代和持续时间，以及海、陆整合研究提供高分辨率年代约束。

3高精度的古大气CO2重建技术

以东亚地区侏罗纪-古近纪典型盆地为切入点，利用植物化石气孔参数和古土壤结核碳同位素两种方法进行古大气CO2浓度定量重建。

重点分析晚中生代银杏类、苏铁类、松柏类、被子植物等化石类群的表皮气孔参数变化，按照对应种气孔指数/化石气孔指数的SR比值与工业革命前CO2浓度比率（RCO2）来获取定量的古大气CO2浓度，并采用石炭纪标准加以校验。

根据“古土壤气压计”原理，测试分析古土壤结核碳同位素并利用古土壤空气CO2碳同位素组成来定量估算古大气CO2浓度。

时间分辨率拟按两个尺度实施：

一是中长周期，重建晚中生代温室气候阶段1.0－5.0Ma尺度的中长周期古大气CO2浓度及其变化；

二是中短周期，恢复重大地质事件有关的时期0.1-0.5Ma古大气CO2浓度，探索CO2快速变化与气候关系。

具体操作上，在同一剖面或同一气候区域使用两种方法恢复古大气CO2浓度并进行相互校验以备东亚其它地区参考。

4古温度和古湿度定量重建技术

针对古海洋和陆相古湖泊环境开展古温度和古湿度替代性指标的研究。

对于古温度重建，将利用钙质生物氧同位素（有孔虫、双壳、腕足等）、有孔虫Mg/Ca比值、有孔虫δ44Ca值建立连续的水体古温度变化曲线。

利用高压液相-质谱联用仪分析地质记录中的古菌类脂物组分特征，计算TEX86古温度指标并用其校正古温度变化曲线，从而达到定量重建古海洋和陆相湖盆水体表层古温度的目的。

对于古湿度重建，除了利用常规有机地球化学测得单体同位素方法外，主要采用喜湿植被发育特征，确认湿生、中生、湿中生和季节性旱生四种植物属性和类型以及挺水带、浮水带、沉水带等湖沼发育阶段，利用上述四种植物含量系数来定量测算古湿度变化，恢复植物的生态类型以及植被干湿发展状态和湖盆演化历史。

5古地理重建技术

在大地构造格局下进行古地理重建，重点重建各相关时期海陆边界、勾勒盆山界线和古地貌变化。

海陆边界以海相地层为依托，通过识别古滨线的位置来限定；

沉积盆地与物源区（盆山）界线恢复主要依据地表和地下地层的分布来分析，结合特殊沉积如古土壤、湖泊碳酸盐、粘土矿物、风成砂、煤、油页岩、石膏、等以划定沼泽相、湖泊相和湖泊三角洲相的水区范围，分析其时空分布特征和气候－环境指示意义；

古地貌变化侧重利用古造山带、地下热隆起产生的地表正地貌单元来分析不同时期的中国乃至东亚地区古地貌变化。

根据沉积物源区分析、岩相特征和古植物地理区系等多种手段，修订、补充这些古地貌单元的分布甚至古高程，为分时段进行晚中生代古气候重建提供古地理背景。

6地微生物分析技术

采用同位素/有机/脂类化合物地球化学、地球生物学、分子生物学的最新理论与技术方法（功能微生物群萤光原位杂交、电子显微镜、扫描透射X光显微镜、纳米离子探针仪、功能基因组学等）定量、原位、显微规模寻找晚中生代以来关键地质历史时期与主要温室效应相关生物群（包括功能微生物群）的生态特征信息（丰度、种类分布、功能等），并通过实验模拟，定量研究温室地球的生物响应与反馈机制。

（三）可行性分析

本项目在晚中生代温室地球的气候－环境演变这一科学前沿问题上实现理论上的重大突破是完全有可能的，主要体现在：

1学术思路：

本项目以地球系统科学作为指导思想，以“深时”研究作为学术思路，针对关键性科学问题开展整合研究，科学思路和目标明确。

2前期基础：

本项目是前一个白垩纪“973”科学前沿项目（白垩纪地球表层系统重大地质事件与温室气候变化）研究的自然延伸，发表了一系列有重要影响的论著。

以该项目骨干成员为首发表相关论文发表论文360余篇，其中SCI收录167篇，包括《Nature》和《Science》论文8篇，《PNAS》和《ProceedingsoftheRoyalSociety》论文共5篇。

Nature杂志为该项目的研究成果发表评论文章2篇。

在国际相关领域的一流学术刊物上发表系列论文专辑3期。

已出版和待出版学术专著12部，会议论文摘要集8部，野外考察指南10部。

主办和承办大型国际会议4次，主办专题性国际学术会议3次，在国际学术会议上主持分会场10余次，共同主办香山会议1次。

开办国际知名学者短训班3期。

建立了多层次共享的数据库。

这为本项目顺利开展提供了丰厚的研究积累。

3研究队伍：

本项目研究队伍以活跃在科研一线的中青年学术骨干为主，多数骨干研究人员均承担了前一个“973”项目的研究。

他们中大多数都有主持承担国家级科研项目的经验，并具有国外留学进修和合作研究经历，部分还是活跃在国内外学术组织的知名学者，是本项目顺利开展和取得突破的重要力量。

可以看出本项目研究队伍稳定，知识结构合理。

4技术平台：

依托的6个国家重点实验室（生物地质与环境地质、现代古生物学和地层学、有机地球化学、地质过程与矿产资源、岩石圈演化和内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室）均配备有先进的分析测试仪器设备，为项目开展高精度同位素年代学、磁性地层学、高分辨率层序地层学、稳定同位素地球化学等研究提供坚实的技术平台。

5材料优势：

中国和东亚地区的海陆相地层剖面和“松辽盆地大陆科学钻探”的连续地质记录优势，可为本项目研究提供扎实的材料基础。

6技术方法：

通过上一轮973项目的实施，以及与国际著名研究机构的合作，本项目组成员已经掌握了项目所涉及的关键新技术和新方法，如利用植物气孔参数和古土壤气压计重建古大气CO2浓度,地微生物模拟等，从而为本项目研究的前沿性提供技术保障。

（四）创新点

1思路创新：

国外古气候环境的综合研究在海相地层方面积累较多，但对于陆相沉积的系统研究一直较为缺乏，这也是古全球变化研究中的一大缺陷。

本项目发挥中国陆相晚中生代地层发育的特色和优势，遵循“海陆结合、连续记录与替代指标结合、背景重建与快速变化结合、高分辨率与长短周期相结合”的思路，进行温室气候条件下的气候快速变化和记录响应的海陆相整合研究，有利于从地球系统科学角度全面认识温室地球气候环境演变的过程和机制。

2理论创新：

以地球系统科学为指导，充分发挥我国科学家在温室地球古气候环境演变领域已经形成的学术优势以及东亚陆地与东特提斯洋的地域优势，重点进行理论创新的探索，有望建立晚中生代温室气候－环境演变的理论体系。

3方法创新：

根据项目的特色，必须进行一系列新的方法技术创新以保障本项目科学目标的实现。

针对陆相露头的不连续性问题，实施“松辽盆地大陆科学钻探”。

针对古气候、古环境参数不能直接获取的问题，发展和优化各种古气候替代性指标。

针对“深时”地质记录年代分辨率较低的问题，以松辽盆地为重点，发展“地球时间（Earthtime）”研究技术和方法在晚中生代陆相地层中的应用。

（五）课题设置

围绕拟解决的关键科学问题，根据研究内容的需要，本项目设立如下5个课题：

课题1晚中生代东特提斯古海洋和古环境演变

课题2中国东北晚中生代大型陆相盆地古环境演化

课题3晚中生代东亚地区古气候重建

课题4晚中生代气候-环境变化的生物响应

课题5松辽盆地科学钻探与综合研究

课题间相互关系：

课题1和2为本项目的主题研究，通过建立晚中生代高分辨率地质记录和年代标尺，重点开展基于我国地域优势的东特提斯海相古环境和东亚陆相盆地古环境研究。

课题3和4为本项目的特色研究，其中课题3开展高分辨率CO2浓度和古温度定量重建为核心的东亚古气候研究，课题4充分利用我国科学家已经形成的陆地生物群更替研究方面的学术优势，重点探究快速气候-环境变化事件的生物响应。

课题5为项目研究提供材料基础和集成项目系统成果，从而达到项目科学目标的最终实现，前期重点组织实施“松辽盆地大陆科学钻探”，后期聚焦于项目成果的综合与集成。

各课题既有一定的独立性，又紧密围绕项目的目标：

“温室地球气候-环境演变”构成了一个相互联系的有机系统（图3）。

图3课题设置及其与研究内容的关系

研究目标：

以东特提斯洋晚中生代若干实测剖面的连续、高分辨率的地质记录为基础，开展古生物学、矿物学、沉积学、岩石学、地球化学、古地理学等综合研究，提取反映古海洋、古气候变化的替代性指标，恢复东特提斯洋晚中生代古海洋、古环境演变过程；

在此基础上，重点研究晚中生代古海洋、古气候、古地理、古构造等重大地质事件，探讨这些重大地质事件与古气候、古环境变化的关系。

研究内容：

1）东特提斯晚中生代高精度年代地层格架与全球对比；

2）东特提斯晚中生代古海洋事件与环境变化；

3）东特提斯晚中生代重大构造－古地理事件与气候-环境变化；

4）东特提斯晚中生代古地理、古海洋、古气候演变过程。

课题负责人：

胡修棉

学术骨干：

李国彪、姜仕军、蔡元峰、朱弟成、孙涛

承担单位：

南京大学、中国地质大学（北京）、暨南大学

经费比例：

17%

通过对松辽盆地“松科2井”岩心及东北相关盆地关键层的厘米级描述、高密度取样和分析测试，开展沉积、火山、古生物、地球化学和地球物理等多学科综合研究，获取岩性、岩相、旋回、古生态、生物标志化合物、环境磁学参数、元素地球化学、稳定同位素、炭黑等古气候、古环境替代性指标，结合相关测井、地震资料和“松科1井”已有成果，再造松辽古湖泊盆地形成与古环境演化历史，探讨温室气候条件下湖泊环境对快速气候变化的响应规律及机制。

1）松辽盆地晚中生代高精度年代地层格架与全球对比；

2）松辽盆地陆相湖盆重要地质事件与