晚古生代冰室期低纬度古泥炭地净初级生产力及其对全球碳循环的响应

【作者】 邵延文； 赵峰华； 穆光远； 田文广； 孙斌； 鲁静；

【机构】 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院； 中国石油勘探开发研究院非常规研究所；

【摘要】 泥炭地作为重要的有机碳库,在全球碳循环中扮演着重要的角色,泥炭地生产力的高低会对全球碳循环及气候变化造成影响。煤层是古泥炭地经历地质演化后的主要产物,记录着泥炭堆积时期的气候信号。鄂尔多斯盆地东北部的晚石炭世到早二叠世地层中保存有多层厚煤层,这为我们提供了研究晚石炭世到早二叠世华北板块中的煤层的碳聚集速率、古泥炭地净初级生产力、冰室期气候特征的重要窗口。本文利用两个钻孔剖面的自然伽马（GR）测井数据,对鄂尔多斯盆地东北部太原组和山西组进行频谱分析,并识别出天文周期信号,包括长偏心率,短偏心率和斜率,这些周期在早二叠世期间的预测值分别为405kyr,～125kyr和～95kyr,～41kyr和～35.5kyr。府5井太原组记录了405kyr（405kyr）的长偏心率,120kyr-116kyr（～125kyr）和97-93kyr（～95kyr）的短偏心率,41.3-40.5kyr（～41kyr）的斜率周期,统16井山西组记录了405kyr（405kyr）的长偏心率,123.7kyr（～125kyr）和97.5kyr（～95kyr）的短偏心率,41.1kyr（～41kyr）和36.8kyr（～35.5kyr）的斜率周期。演化能谱分析结果显示短偏心率和斜率的周期在煤层段的信号能量明显增强,煤层沉积受到短偏心率和斜率的调节。选取短偏心率和斜率信号对含煤段进行高斯高通滤波,得到山西组5#煤层和太原组8#煤层的沉积时限,分别为156kyr-164.4kyr和428.4kyr-448.2kyr。5#和8#煤层的厚度分别为5m和11.5m,结合碳含量和视密度参数,计算得出5#煤层的碳聚集速率为34.74-37.06gCm^-2a^-1,8#煤层的碳聚集速率为27.7-28.8gCm^-2a^-1。进一步根据煤化作用中的碳损失系数,推算出5#和8#煤层代表的泥炭地中的碳聚集速率分别为55.1-58.8gCm^-2a^-1和41.3-43.0gCm^-2a^-1,泥炭地净初级生产力分别为66.2-123.5gCm^-2a^-1和49.6-90.3gCm^-2a^-1。将该阶段和晚二叠世、中侏罗世、早白垩世及全新世的泥炭地净初级生产力进行对比,结果显示,大气中二氧化碳的含量与泥炭地净初级生产力呈现正相关,而氧气含量升高可能导致泥炭地的保存能力下降,进而抑制了泥炭地生产力,使得泥炭地的碳汇能力下降。另外太原组和山西组煤层沉积时间对应于早二叠世冰室期,较低的温度也可能抑制了泥炭地的生产力。本文结果对研究古气候演变和碳循环的关系提供帮助,并对预测现今气候变化,评估"双碳"目标具有一定的借鉴意义。更多还原