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三叠纪在地质历史上通常被认为是一个气候相对炎热的时期（Simms et al.，1989; Mills et al.，2019）。干热的气候从二叠纪末一直延续至早三叠世，到了中三叠世温度略有下降，且湿度相对增大，直到中三叠世晚期—晚三叠世气候类型换变为湿热型，期间发生过多次湿润事件，如拉丁期—卡尼期湿润幕、卡尼期雨幕事件等（Trotter et al.，2015; Sun Yadong et al.，2016）。其中“卡尼期雨幕事件（CPE）”是自二叠纪/三叠纪生物灭绝事件之后又一个具有代表性和深远意义的极端气候事件（Preto et al.，2010; Jin Xin et al.，2022），全球降雨量突然增高（Mader et al.，2017; Baranyi et al.，2019），地球温度升高（Bonuso et al.，2018），气候温热湿润（Roghi，2004），泛大陆（Pangea）内部风化与剥蚀作用加速，陆源碎屑物质向海洋输入量突然增大导致古特提斯洋西域几乎所有的热带、亚热带碳酸盐工厂遭遇生产危机，碳酸盐岩被硅质碎屑岩或黑色页岩取代（Hornung and Brandner，2005; Hornung et al.，2007; Jiang Haishui et al.，2019）。
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早期关于CPE事件研究主要集中在古特提斯洋西北部和南阿尔卑斯地区，近十年来在日本、北美、中国等地区均陆续报道过该事件（Nakada et al.，2014; Mueller et al.，2016; Sun Yadong et al.，2016）。中国卡尼期海相地层零星分布于川西北、贵州、藏东、藏南及云南等地（金鑫等，2015; Sun Yadong et al.，2016; 赵向东等，2019; Jin Xin et al.，2022），因此目前海相地层中CPE事件在四川、贵州、西藏等地研究程度较高（刘树根等，2009; 吴熙纯，2009; 金鑫等，2015; Sun Yadong et al.，2016; Jiang Haishui et al.，2019; Jin Xin et al.，2022）。然而针对该事件的研究大多集中在海相地层，在陆地生态系统中响应的研究尚处于起步阶段，缺乏对古大陆的气候类型、事件触发机制的研究。此外，陆相地层与海相地层的精确对比是一个难题，很难做到海相地层那样用高分辨率菊石或牙形石带、亚带甚至化石层来标定其地质年代来进行横向对比。我国三叠纪陆相地层分布广泛、发育完好、化石丰富并赋存煤和石油等矿产，是世界上研究陆相三叠系的重要地区之一。鄂尔多斯盆地为中国北方典型的陆相盆地，该盆地中—上三叠统为延长组，分布广泛、地层连续，保存有完整的古气候演化信息。且发现有比较丰富的双壳类、介形类、叶肢介、孢粉、植物、轮藻等化石（王振等，1978; 邓胜徽等，2018; 赵向东等，2019）。为建立海陆相地层对比，可通过植物和孢粉与海陆交互相地层来进行综合对比以确定目标地层的层位。在鄂尔多斯盆地Zhang Kun et al.（2021a） 在铜川地区对该次事件做了报道，但由于地层穿时性的影响，卡尼期雨幕事件层位位于长73油层组，而非本次研究中的长71油层组，且并未对其多幕次的响应进行深入研究。本文首先利用孢粉年代来确定鄂尔多斯盆地正宁县ZH2钻孔钻遇地层的地质年代，以便进行海陆相对比，再通过草莓状黄铁矿、主量元素、TOC、有机碳同位素等多种指标来揭示CPE事件在陆相盆地的多幕次响应，为三叠纪全球深层地质事件的海陆协同演化提供新的思路。
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1 地质背景
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鄂尔多斯盆地位于中国中部，是华北克拉通西部发育的一个大型多旋回叠合盆地。共有6个二级构造单元，分别是：西缘冲断带、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠褶带、渭北隆起和伊盟隆起。ZH2井位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡南端，甘肃省正宁县榆林子镇莱后子村（图1），主要钻遇地层为延长组。鄂尔多斯盆地三叠系延长组是重要的含油气层系，传统上被划分为5段，并进一步细分为10个油层组，其中下部两个段划分为长8、长9、长10油层组也被称为铜川组，时代为中三叠世晚期，上部3个段被称为延长组（狭义），时代为晚三叠世。延长组中/上三叠统的界线划分为该地质单元的热点问题，前人开展了大量研究工作，目前存在两类观点：① 一部分学者认为中/上三叠统界线位于长7油层组内部，其中Zhang Kun et al.（2021a） 在铜川地区通过凝灰岩层中锆石年龄将中/上三叠统界线划分在长72段下部；邓胜徽等（2018） 通过对植物组合的研究认为长7油层组属于拉丁期。② 另一部分学者认为中/上三叠统界线大致位于长8油层组与长7油层组界线处，Wang Duoyun et al.（2014） 通过凝灰岩锆石年龄将长7油层组归为晚三叠世，长8油层组归为中三叠世; Sun Yuewu et al.（2019） 通过对宜君县长7油层组中凝灰岩锆石进行测龄将中/上三叠统界线限定在长8油层组与长7油层组界线处；童金南等（2019），根据年代地层、生物地层、磁性地层和化学地层等资料系统建立了鄂尔多斯盆地三叠纪综合地层框架，认为卡尼阶与长7油层组—长4+5油层组（胡家村组）对应；邓秀芹等（2009） 通过对陇东、陕北等地区孢粉组合的对比分析，发现长8油层组与长7油层组孢粉组合特征区别明显，认为长8油层组孢粉组合有明显的中三叠世特征，而长7油层组孢粉组合偏向于晚三叠世演化特征，此外长8油层组与长7油层组孢粉组合中所指示的气候环境发生了明显的变化，因此，通过孢粉组合特征和气候特征两方面证据将中/上三叠统界线划分在长8油层组/长7油层组界线处。
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ZH2井取芯段1413~1315 m，层位为延长组长7油层组和长8油层组，其中长8油层组以三角洲相，主要岩性为细砂岩夹泥岩、泥质粉砂岩; 长7油层组又分为3段，由下向上分别是：长73、长72、长71。其中长73段为半深湖—深湖相，以油页岩沉积为主，夹有少量细砂岩，该套页岩被称为“张家滩页岩”。由长73段向上水体逐渐变浅，过渡到长72和长71段三角洲相。由于地层穿时普遍性，前人研究地区距离本次研究区域较远，以上观点在只能提供地层划分标准，不能直接指示ZH2井钻所遇地层的确切地质年代，故本次研究首要任务是通过本钻孔的孢粉化石，按照以上的地层划分标准来建立ZH2井年代地层。
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2 研究方法
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孢粉样品的采集工作在ZH2钻孔1413.0~1350.9 m段进行，岩性为页岩、泥岩、粉砂质泥岩。将岩石样品磨至60~120 μm，并在每件样品中取干重50 g，先用10%的稀盐酸浸泡6 h，去除样品中的钙质沉积物，再用氢氟酸浸泡6 h，去除样品中的硅质沉积物。然后加盐酸后水浴加热，再将样品洗至中性，用比重为2.1以上的重液在离心机上进行离心浮选，再经冰乙酸水稀释、集中，纯净水清洗至中性后放到试管，最后制活动薄片在生物显微镜下进行观察、鉴定、统计。本次研究共采集孢粉样品13件，其中10件样品中见有大量孢粉颗粒，每件样品孢粉颗粒统计数大于150粒，剩余3件由于碳化太严重，无法鉴定。
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图1 晚三叠世古地理图（a）（引自Jin Xin et al.，2020）、鄂尔多斯盆地ZH2井位置示意图（b）、ZH2钻孔延长组岩性柱状图（c）
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Fig.1 Paleogeographic map of the Late Triassic (a) (after Jin Xin et al., 2020) , location of the ZH2 drill core in Ordos basin (b) , stratigraphic columns of the Yanchang Formation in ZH2 drill core (c)
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草莓状黄铁矿载体光片共制作47件。首先将岩石平行于层面抛光后，并将其顺层磨成边长为1.5×1.5 cm2的光面，随后将岩石抛光面朝上，底面粘上导电胶，放在CEA035真空镀膜仪中进行喷金处理后，在华北科技学院安全工程学院，利用复纳公司的Phenom pure plus台式扫描电镜，在BSE（back scattered electron）模式下进行草莓状黄铁矿的辨识，扫描和统计。每件样品中统计草莓状黄铁矿数量为200颗。
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总有机碳（TOC）样品共测试43件。首先将岩石样品去除风化面和脉，并将样品放入恒温箱中（50℃）烘干，24 h后取出，再磨碎至200 μm。称量约2 g粉末样品至50 mL离心管中，缓慢加入约10 mL的6 mol/L盐酸，观察气泡产生情况酌情增加盐酸用量，由于样品以页岩为主，所以此用量基本可以酸解样品中所有无机碳组分。待反应结束样品中无气泡产生，将样品离心后倒出反应液，随后用高纯水漂洗样品并离心，重复该步骤直至离心后漂洗液呈中性。接着将上清液倒出，将装有剩余样品的试管置于烘箱中烘干并称量反应后剩余样品的质量。完全烘干后将样品研磨均匀，称取约100 mg样品放入瓷舟中，使用北京万联达信科CS-902高频红外射线碳硫分析仪测试。测量值为反应后粉末样品的碳含量，依据对应的计量关系计算出初始样品中有机碳含量，分析不确定度估计为＜5%。实验在中国地质大学（武汉）生物地质与环境地质国家重点实验室完成。
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有机碳同位素样品共计31件，其测试是根据上述总有机碳测试酸解后样品的有机碳含量，称取0.05~0.40 g处理后的样品放入锡杯中，将锡杯中空气排尽，压实并折叠成致密小块状，使用元素分析仪—同位素比值质谱仪（MAT-253）进行样品的有机碳同位素测试分析。δ13Corg以国际标准物质Vienna Pee Dee组箭石作为标准。分析过程中使用国家标准碳GBW04407多次测试对数据质量进行监控，分析精度优于±0.2‰。实验在中国地质大学（武汉）生物地质与环境地质国家重点实验室完成。
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主量元素共测试样品40件，其测试流程分为烧失量分析和熔片分析两部分。烧失量分析流程：用钳子将洗净的坩埚（10 mL）依次放入马弗炉中，加热至1000℃，灼烧60 min。关掉马弗炉电源，稍微打开炉门，等待10 min后取出空坩埚，放在石棉板上冷却2~3 min，用镊子将空坩埚移入干燥器中，冷却30~35 min。微开干燥器，依次取出，迅速称重，空坩埚质量m0。将已经称重的坩埚放在天平上归零，称取样品1.0~1.1 g，记录质量m1。用钳子将装有样品的瓷坩埚依次放入马弗炉中，加热至1000℃，灼烧120 min。关掉马弗炉电源，稍微打开炉门，等待10 min后取出空坩埚，放在石棉板上冷却2~3 min，用镊子将空坩埚一如干燥器中，冷却30~35 min。微开干燥器，依次取出，迅速称重。记录质量m2。烧失量计算：LOI=（m0+m1-m2）/m1×100%。熔片分析分析流程：将洗净瓷坩埚（50 mL）依次放入烘箱中，105℃烘干备用。依次准确称取四硼酸锂（6.0 g）、硝酸铵（0.3 g）和样品0.6 g，倒入50 mL坩埚中。用玻璃棒将称量好的试剂和样品搅拌混合，再将其倒入铂金坩埚，滴入10滴10%溴化锂溶液（脱模剂），使用专用夹子将铂金坩埚移至高频熔样机中。待制样完毕，用夹子取出铂金坩埚，待冷却后，直接倒出样片。待样片冷却后，拿样片的边缘，在上表面做好标记，其下表面（与铂金坩埚地步接触面，即XRF测量面）不得用手触摸或其他物质玷污。装入塑料袋中待测。实验在中国地质大学（武汉）生物地质与环境地质国家重点实验室完成。
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3 结果
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3.1 孢粉组合
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经镜下孢粉鉴定统计分析，共计65属。按照植物的生态类型特征进行归纳整理，选取主要典型代表性33个植物孢粉属（Cycadopites、Monosulcites、Alisporites、Caytonipollenites、Pinuspollenites、Abietineaepollenites、Podocarpidites、Walchiites、Piceapollenites、Pseudopicea、Protopicea、Abiespollenites、Cedripites、Inaperturopollenites、Psophosphaera、Laevigatosporites、Leiotriletes、Cyathidites、Converrucosisporites、Granulatisporites、Lophotriletes、Concavisporites、Toroisporis、Densoisporites、Verrucingulatisporites、Asseretospora、Microretic-ulatisporites、Punctatisporites、Cyclogranisporites、Verrucosisporites、Osmundacidites、Baculatisporites、Apiculatisporis）运用孢粉专业作图软件（Tilia）作出孢粉百分比含量图式，并根据有序聚类分析（Coniss）结果，将10个孢粉样品划分为2个孢粉组合带（图2），其中样品Z2-98、Z2-102、Z2-104、Z2-106、Z2-110划为组合Ⅰ：Punctatisporites-Verrucosisporites-Osmundacidites组合（1407.1~1413.0 m）; 样品Z2-49、Z2-57、Z2-63、Z2-82、Z2-84划为组合Ⅱ：Asseretospora-Apiculatisporis组合（1350.9~1388.3 m）（部分孢粉图片见图3）。各孢粉组合带特征所反映的植被类型分述如下。
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3.1.1 组合Ⅰ: Punctatisporites-Verrucosisporites-Osmundacidites组合
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该组合共计56属，裸子植物花粉占主体地位，含量在63.7%~65.7%之间，其中松科占有绝对优势，主要包括Pinuspollenites属（30.8%~46.3%），Abietineaepollenites属（4.9%~19.8%），Piceapollenites属（4.6%~9.5%）等。此外还见有少量罗汉松科的Podocarpidites属（0~0.7%），Platysaccus属（0~0.5%），柏科的Inapertur-opollenites属（0~1.5%），Protoconiferus属（0~0.7%），Paleoconiferus属（0~0.7%）等，以及少量苏铁科的Cycadopites属（1.2%~3.9%）。蕨类植物孢子含量在34.3%~36.3%之间，其中属Osmundacidites、Punctatisporites、Verrucosisporites和Leiotriletes 含量相近且占据主导地位，其含量分别为2.4%~11.5%、6.8%~9.2%、2.4%~8.5%及2.2%~6.4%。此外，属Apiculatisporis（0.7%~2.1%）和Asseretospora（0.2%~1.2%）也占有一定的比例。剩余属均零星出现，如Laevigatosporites、Converrucosisporites、Concavis-simisporites、Undulatisporites、Cyathidites、Gleicheniidites、Concavisporites、Raistrickia、Neoraistrickia、Densosporites、Densoisporites、Duplexisporites、Calamospora、Toroisporis、Baculatisporites等。
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图2 鄂尔多斯盆地ZH2钻孔中一上三叠统典型孢粉垂向分布图（箭头为孢粉采样点，其中黑色箭头为含化石样品点，红色箭头为不含化石点）
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Fig.2 Vertical distribution of major representatives of spore and pollen through the Mid－Upper Triassic in ZH2 drill core in Ordos basin （arrows are pollen sampling points，where the black arrows are fossil－containing sample points and the red arrows are fossil－free points）
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图3 鄂尔多斯盆地ZH2钻孔中—上三叠统部分典型孢粉（线段比例尺长度为20 μm）
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图3 鄂尔多斯盆地ZH2钻孔中—上三叠统部分典型孢粉（线段比例尺长度为20 μm）Fig.3 Major representatives of spore and pollen of ZH2 drill core in Ordos basin through the Mid-Upper Triassic（scale bars are20 μm）
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1, 2—Platysaccus sp.; 3, 4—Alisporites sp.; 5—Taeniaesporites sp.; 6~8—Asseretospora sp.; 9—Undulatisporites sp.; 10—Duplexisporites sp.; 11—Osmundacidites sp.; 12~14—Apiculatisporis sp.; 15—Punctatisporites sp.; 16, 17—Leiotriletes sp.; 18—Pseudowalchia sp.; 19, 20—Converrucosisporites sp.; 21—Lophotriletes sp.; 22—Verrucosisporites sp.; 23—Cycadopites sp.; 24—Thymospora sp.; 25, 26—Pinuspollenites sp.; 27—Verrucingulatisporites sp.; 28—Podocarpidites sp.
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3.1.2 组合Ⅱ: Asseretospora-Apiculatisporis组合
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该组合共计54属，其中裸子植物花粉占55.9%~68.8%，蕨类植物孢子占31.2%~44.1%。裸子植物花粉中松科的属Pinuspollenites（11.2%~18.6%）、Abietineaepollenites（13.6%~28.0%）、Piceapollenites（8.6%~14.2%）仍占据主导地位，但三者之间的含量排名较组合Ⅰ中有所变化。Cedripites在本组合中也有着较大比例，含量为1.8%~3.4%。罗汉松科的属Podocarpidites含量较组合Ⅰ中有所提升，含量为0~3.2%。此外，属Alisporites和Caytonipollenites含量比组合Ⅰ中大幅度升高。蕨类植物孢子面貌发生较大变化，属Asseretospora和Apiculatisporis取代组合Ⅰ中属Osmundacidites、Punctatisporites、Verrucosisporites、Leiotriletes占据主导地位，含量分别为5.9%~10.3%和3.4%~7.7%。虽然，属Osmundacidites、Punctatisporites、Verrucosisporites和Leiotriletes含量有所下降，但是仍占据次要地位，含量分别为0~4.5%、1.7%~4.8%、0~4.8%和1.2%~5.4%。剩余属均零星出现，面貌与组合Ⅰ中相似。
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3.2 有机碳同位素
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ZH2钻孔长7和长8油层组δ13Corg值范围在-31.09‰~-26.21‰之间，平均值为-28.20‰（图5）。其中长8油层组中δ13Corg值普遍较高，范围在-28.00‰~-26.21‰之间，平均值为-26.91‰。长73段中δ13Corg值范围在-31.09‰~-26.80‰之间，平均值为-29.24‰。长72和长71段中δ13Corg值范围在-29.27‰~-26.7 9‰之间，平均值为-27.49‰。
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3.3 主量元素与化学蚀变指数（CIA）
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主量元素在长7油层组和长8油层组变化特征可分为3段，其中长8油层组（1413.0~1391.5 m）Al2O3/MgO处于相对较低值，在7.36~10.5之间，平均值为8.56。该段CaO也处于较低水平，在0.11%~0.23%之间，平均值为0.17%。而Al2O3与TiO2在该段含量均较高，分别在17.97%~23.36%和0.72%~0.95%之间; 长73段（1391.5~1355.6 m）与长8油层组相比变化特征明显，其中Al2O3/MgO在该段总体处于高值，在5.52%~20.73%之间，平均值为10.29%，但Al2O3/MgO在该段波动特征较为明显，总体呈4个波动旋回，其中在1389.7~1382.1 m、1378.5~1371.5 m、1369.5~1368.2 m、1359.9~1354.6 m处为相对高值段，而CaO、Al2O3、TiO2含量在该段与Al2O3/MgO值呈反相关性; 长71段（1329.1~1315 m）和长72段（1355.6~1329.1 m）元素变化特征相似，但与长73段相比有着明显的差别，其中Al2O3/MgO处于低值，在5.11%~6.92%之间，平均值为6.01%，而CaO、Al2O3、TiO2含量在该段均处于较高水平。
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化学蚀变指数（CIA）是Nesbitt在1982年提出，其表达式为（Nesbitt et al.，1982）：
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以上公式中氧化物代表的是各组分的摩尔分数，其中CaO的分子量仅为硅酸盐中的摩尔含量，修正为除去碳酸盐岩和磷灰石中的CaO的摩尔含量，但是目前还没有任何方法可以直接区分和定量这两种组分中的CaO摩尔含量，对于CaO*的计算和校正，通常采用McLennan（1993）提出的方法进行校正，公式为CaO*=Min[n（CaO）-（10/3）× n（P2O5），n（Na2O）]，n为摩尔含量。其中，若n（CaO）＜n（Na2O），则采用n（CaO）作为样品CaO*，相反则采用n（Na2O）作为CaO*。通过计算得出，CIA值与Al2O3/MgO值具有相似的变化趋势，在长8、长71、长72段均处于较低水平，在66.37~80.42之间波动，平均值为72.43。在长73段CIA值与Al2O3/MgO值呈相同的波动趋势，均在1389.7~1382.1 m、1378.5~1371.5 m、1369.5~1368.2 m、1359.9~1354.6 m段处于高值。
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3.4 TOC
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ZH2井样品中TOC值可分为3个阶段。其中，长8油层组（1413.0~1391.5 m）TOC值相对较低，范围在0.60%~5.63%（平均值为2.15%）; 长73段（1391.5~1355.6 m）TOC值在本钻孔中含量最高，范围在0.38%~28.32%（平均值为15.07%），但该段样品TOC值波动较大，呈锯齿状，其中1390~1386 m、1380~1371.5 m、1369.5~1368.2 m、1359.9~1354.6 m处为高值段; 长71段（1329.1~1313 m）和长72段（1355.6~1329.1 m）TOC值又降至极低水平，范围在0.58%~2.67%（平均值为1.09%）。
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3.5 草莓状黄铁矿
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草莓状黄铁矿通常呈粒状、簇状、松散状随机分布于泥岩中。在电子显微镜下可见有4种形态的黄铁矿颗粒：①是标准的、微粒紧密结合的具有较均一粒径的草莓状黄铁矿（图4a~c）; ②是松散状黄铁矿颗粒（图4d）; ③是具有增生边的黄铁矿颗粒（图4e）; ④是草莓状黄铁矿簇（图4f）。其中，第二种黄铁矿尚未完全成型，第三种和第四种为后期成岩过程中形成，这3类均不能反映当时的水体信息，统计时应当舍去。仅第一种黄铁矿为同沉积形成的草莓状黄铁矿。
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目前为止，鄂尔多斯盆地上三叠统还未见前人利用草莓状黄铁矿形态学手段来恢复氧化还原环境。本文在ZH2井1413.00~1315.9 m段不同层位采集了47件样品，有23件样品中见草莓状黄铁矿，其中样品ZH2-3、ZH2-7、ZH2-57、ZH2-62、ZH2-77、ZH2-107中草莓状黄铁矿个数较少，在11~50颗之间，剩余17件样品中统计数均为200颗。23件具有统计意义的标本中，其中17件样品均分布于长73段，该段岩性为代表深湖—半深湖相的油页岩。草莓状黄铁矿在长73段主要集中于4个段，分别为1389.7~1382.6 m、1378.5~1378.0 m、1369.8~1367.3 m、1361.0~1356.6 m，对应的粒径范围分别为：7.61~11.01 μm、7.37~7.69 μm、6.12~8.12 μm、7.44~8.77 μm（表1）。
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图4 鄂尔多斯盆地ZH2钻孔中—上三叠统不同形态草莓状黄铁矿
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Fig.4 Different forms of framboid pyrites in Mid-Upper Triassic ZH2 drill core in Ordos basin
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（a）—标本ZH2-72;（b）—标本ZH2-65;（c）—标本ZH2-35;（d）—标本ZH2-07;（e）—标本ZH2-76;（f）—标本ZH2-73
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(a) —sample ZH2-72; (b) —sample ZH2-65; (c) —sample ZH2-35; (d) —sample ZH2-107; (e) —sample ZH2-76; (f) —sample ZH2-73
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4 讨论
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4.1 地质年代
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从鄂尔多斯盆地ZH2井样品中整体孢粉面貌来看，三叠纪常见属占有较大比例，如Asseretospora、Apiculatisporis、Punctatisporites、Verrucosisporites等。而Neoraistrickia、Eucommiidites、Quadraeculina等侏罗纪典型的属仅零星出现或者未出现，且孢粉组合中也缺乏Vittatina、Lueckisporites、Protohaploxypinus等二叠纪常见的标志性分子（杨兵等，2014）。此外组合中也极少见有或未见有早三叠世常见的标志性属，如Lundbladispora、Taeniaesporites（陶明华等，2009）。由此可以初步确定其地质年代为中三叠世—晚三叠世。
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研究区Punctatisporites-Verrucosisporites-Osmundacidites组合中，Punctatisporites、Verrucosisporites和Osmundacidites为蕨类孢子中的主要优势分子，而到了Asseretospora-Apiculatisporis组合中Punctatisporites、Verrucosisporites，Osmundacidites等属的含量大幅度下降，取而代之的是Asseretospora，Apiculatisporis等属在蕨类孢子的占比大幅度提高，以上孢粉含量的变化对鄂尔多斯盆地延长组地层划分有着重要的指示意义。吉利明等（2013） 通过对甘肃西峰地区延长组长8和长7油层组的孢粉研究，将长8油层组中孢粉组合划分为Aratrisporites-Punctatisporites组合，其地质年代为中三叠世拉丁期，长7油层组中孢粉组合划分为Asseretospora-Walchiites组合其地质年代为晚三叠世卡尼期。其中Aratrisporites、Punctatisporites、Osmundacidites、Verrucosisporites在Aratrisporites-Punctatisporites组合蕨类孢子中占据主要地位。到了长7油层组Asseretospora-Walchiites组合中旋脊孢类开始繁盛，其中蕨类孢子中Asseretospora占据主导地位，此外还见有少量Crassitudisporite，而此时Aratrisporites、Punctatisporites、Osmundacidites、Verrucosisporites等属虽然还有这较高含量，但是相对于其下部组合，含量有着明显的衰退。邓秀芹等（2009） 对甘肃庆阳地区和陕西吴起地区的钻孔研究得出：长10—长8油层组中孢粉可划为Punctatisporites-Verrucosisporites组合，该组合三缝孢类占绝对优势，其中Punctatisporites含量高达50.5%，Verrucosisporites，Osmundacidites也占有较高比例，与本文研究相同的是，该组合中也缺少中三叠世繁盛的Aratrisporites。而到了长7油层组孢粉组合中属Punctatisporites含量急剧下降。曲立范（1980） 通过对鄂尔多斯盆地东南部的韩城、铜川等地的铜川组和狭义延长组研究得出，铜川组孢粉组合地质年代为中三叠世，组合中蕨类孢子以三缝孢类Punctatisporites最为丰富，其次是Verrucosisporites，此外，Apiculatisporis、Lophotriletes、Calamospoa等属也较为丰富，而Asseretospora在本组合中则零星出现。狭义延长组（长7—长1油层组）孢粉组合地质年代为晚三叠世。组合中，属Punctatisporites含量大幅度下降，并由Apiculatisporis取代其首要地位，Verrucosisporites含量也随之下降。而此时Asseretospora含量不多，但相对于铜川组孢粉组合，其含量还是有着明显的变动。邓胜徽等（2018） 对前人在鄂尔多斯盆地延长组的研究进行总结，将延长组孢粉划分为2个组合，下部长10—长8油层组为Punctatisporites-Aratrisporites-Verrucosisporites组合，上部长7—长1油层组为Asseretospora-Apiculatisporis-Chordasporites组合，其中下部孢粉组合以Punctatisporites，Aratrisporites，Verrucosisporites等属的高含量为特征，到了上部孢粉组合中此3属含量急剧下降。由此邓胜徽等（2018）将Punctatisporites-Aratrisporites-Verrucosisporites组合的地质年代确定为中三叠世，将Asseretospora-Apiculatisporis-Chordasporites组合地质年代确定为晚三叠世。并将Punctatisporites，Aratrisporites，Verrucosisporites等属含量急剧减少和Asseretospora，Apiculatisporis，Chordasporites等属含量的大幅度上升为特征来划分中三叠世与晚三叠世的界线。本文的Punctatisporites-Verrucosisporites-Osmundacidites组合和Asseretospora-Apiculatisporis组合与前人的研究能形成很好的对比（表2），由此可以确定Punctatisporites-Verrucosisporites-Osmundacidites组合的地质年代为中三叠世拉丁期，Asseretospora-Apiculatisporis组合的地质年代为晚三叠世卡尼期（图5a）。
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图5 鄂尔多斯盆地ZH2钻孔中一上三叠统综合柱状图
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Fig.5 Comprehensive column of Mid－Upper Triassic in ZH2 drill core in Ordos basin
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（a）—孢粉组合；（b）—有机碳同位素；（c）— Al2O3/ MgO 比值；（d）— CaO 含量；（e）— TiO2含量；（f）—总有机碳；（g）—CIA值；（h）—温度变化；（i）—草莓状黄铁矿分布
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（a）－sporopollen assemblages；（b）－organic carbon isotopes；（c）－ratio of Al2O3/ MgO；（d）－ CaO content；（e）－ TiO2 content；（f）－total organic carbon content；（g）－CIA value；（h）－vary of temperature；（i）－distribution of pyrite framboid
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4.2 有机碳同位素
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部分学者认为，CHE期间大陆有机质和海洋化石碳同位素的负漂移是由于Wrangellia岩浆作用向大气—海洋系统注入了轻碳所导致（Furin et al.，2006; Dal Corso et al.，2018），该次负漂移常被作为地层划分对比的标志（Miller et al.，2017; Jin Xin et al.，2020）。本文ZH2钻孔长73段卡尼阶（Asseretospora-Apiculatisporis组合）有机碳同位素发生多次明显的负漂移（图5b），同时也伴随着总有机碳的富集（图5f），在全球其他地区均能很好的对比。奥地利北阿尔卑斯山地区δ13Corg记录了约4‰的负偏移（Mueller et al.，2016）; 意大利的南阿尔卑斯地区检测出3.8‰的负偏移（Dal Corso et al.，2018）; Sun Yadong et al.（2016） 在华南贞丰地区也发现了约3‰的负偏移。在鄂尔多斯盆地铜川地区，Zhang Kun et al.（2021a） 在长7油层组中发现了偏移量达3.5‰的有机碳同位素记录。此外，以上地区该层位也同时伴随着TOC的富集。本文长73段张家滩页岩中有机碳同位素发生4.88‰的负偏移。
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4.3 古气候和古环境恢复
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卡尼期雨幕事件作为一次全球性的气候事件，以碳同位素的负漂移和缺氧为特征，在沉积上以黑色页岩为标志，伴随着降雨量激增、温度升高和内陆风化作用加剧（Roghi et al.，2010; Mueller et al.，2016; Miller et al.，2017; 赵向东等，2019; Jin Xin et al.，2022）。在全球大部分区域均可得到对比。
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4.3.1 元素地球化学
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古气候的变化在一定程度上会控制沉积物中对气候敏感元素的含量和组合的变化，反过来不同的元素含量、组合及其比值关系能反映不同的古气候特征（Nechaev，1993）。黏土岩中Al2O3/MgO值是古气候评价的有效指标，高值反映暖湿气候，低值代表干旱气候（Zhang Kun et al.，2021a）；干燥气候条件下由于水分的蒸发，水介质的碱性增强，Ca被大量析出形成各种盐类沉积在水底，所以其含量相对增高，因此，CaO含量也可以用来指示气候的湿润程度（谭聪，2017）。
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在ZH2井大部分层位Al2O3/MgO和CaO均未发生明显变化，Al2O3/MgO大多处于较低值，CaO值相对较高，说明大多处于相对偏干旱的环境中。但在延长组第7油层组73段张家滩页岩中Al2O3/MgO与CaO发生明显的有规律性波动，其波动可划分为4个旋回，且二者具有明显的此消彼长关系。其中，在1389.7~1382.1 m、1378.5~1371.5 m、1369.5~1368.2 m、1359.9~1354.6 m这4个层段中Al2O3/MgO发生明显的正漂移（图5c），同时伴随着CaO同步负漂移（图5d），指示着发生过4期湿润事件，由早到晚分别命名为：湿润幕1、湿润幕2、湿润幕3、湿润幕4。
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4.3.2 化学风化指数与古温度
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长石是地壳中最丰富的活性矿物质，上部地壳的主要化学风化过程是长石的分解减少并伴随黏土矿物的形成过程。钙、钠和钾通常在具有侵蚀性的溶液作用于土壤时从长石组成中被移出带走，在风化产物中氧化铝与碱金属的比例就会自然而然的增加（Wedepohl，1971）。由于风化过程中碱性物质的损失相对容易量化，因此，许多研究者利用沉积区泥岩的元素数据来定量分析源区的风化程度和古气候。CIA最初是作为能够定量反映物源区原岩化学风化程度的一个化学指标，后来该指数也被引用于定量地反映多个地质历史时期沉积物沉积时的古气候环境变化（Cullers et al.，2002; Yan Detian et al.，2010; Shen Jun et al.，2013），以及某个时期全球气候环境的变化事件的研究（Yang Jianghai et al.，2014，2016），也有学者将其所反映的古气候环境事件与古生态环境事件联系在一起（Shen Jun et al.，2013，2022）。一般认为，高CIA值指示了温暖湿润的气候，低CIA值指示了干冷的气候（CIA值在50~60之间指示弱风化条件; CIA值在60~80之间指示中等风化; CIA值大于80指示强风化）（Fedo et al.，1995）。
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沉积物在经历搬运、沉积和压实成岩的沉积成岩过程中，源岩成分会随元素的流失与富集发生变化，造成这种化学组成变化的原因主要为钾交代作用，因此在使用CIA值来反映风化强度的之前应判断沉积物是否在成岩过程中受钾交代作用影响，若受到钾交代作用的影响。还需要对CIA值进行矫正。Fedo et al.（1995） 提出的A-CN-K（Al2O3-Na2O+CaO*-K2O）三角图解可以用来判断沉积物在成岩过程中是否受钾交代作用影响，理想的风化趋势线平行于CN-A连线。ZH2井岩芯样品获得的风化趋势线与利用原岩组分恢复的理想风化趋势线基本重合（图6），说明研究区样品主要组分改变并未受到钾交代作用过多的影响。因此，ZH2井样品的CIA值无需校正。
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由结果可知，该钻孔CIA值在长73段整体高于其他层位，说明该层位形成环境相对温暖湿润，使得化学蚀变程度较强。其中1389.7~1382.1 m、1378.5~1371.5 m、1369.5~1368.2 m、1359.9~1354.6 m段4个高值区指示着4次温暖湿润—寒冷干旱旋回（图5g、h）。
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图6 鄂尔多斯盆地ZH2井延长组样品A-CN-K图解
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Fig.6 Plots of A-CN-K in Yanchang Formation of ZH2 drill core in Ordos basin
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风化作用与温度和湿度有着密不可分的关系（Bluth et al.，1994; Cohen et al.，2004），一般而言温暖湿润的环境使得化学风化作用增强，高温、高降雨量为特征的卡尼期雨幕事件在化学风化作用变化趋势方面在鄂尔多斯盆地内部以及其他地区均能形成很好的对比。如鄂尔多斯盆地铜川地区延长组张家滩页岩中Al2O3/MgO和CIA值均高于上下层位指示了湿润、强化学风化的环境; Jiang Haishui et al.（2019）通过对四川地区海相地层中石英颗粒统计得出：卡尼期雨幕事件时期，由于湿润的气候导致地表径流和化学风化作用增强，使得沉积物中石英颗粒增多; 同期在南阿尔卑斯地区Roghi et al.（2010）通过孢粉分析得出，该时期湿润环型蕨类植物取代干旱型属种，指示着湿润的气候环境。
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气候变化的直观指标就是温度，因此温度曲线的建立对于研究和恢复特殊古地质历史时期的气候变化具有极其重要的意义。Li Chao et al.（2010）对现代大型河流悬浮沉积物的研究发现沉积物的CIA值与陆表温度存在相关性，随后Yang Jianghai et al.（2014）根据该原理建立温度与CIA值之间的函数关系，如下：
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Yang Jianghai et al.（2014）成功地将该公式应用于晚古生代冰期的研究中。Cao Ying et al.（2019）将其应用于鄂尔多斯盆地陆相P/T界线的研究中。利用该函数公式，本次研究建立鄂尔多斯盆地拉定期—卡尼期温度变化曲线（图5）。结果显示，长73段温度最高，在13.26~19.57℃之间波动、平均值为16.69℃，该结论与付金华等（2018）认为该时期鄂尔多斯盆地湖面积约65000 km2，古气温大于15℃的结果相似。此外，该段中可进一步划分为4个高温段，该4个高温段恰好对应于4个湿润幕，各幕升温幅度分别为4.14℃、1.41℃、4.86℃、4.78℃。说明在卡尼期早期鄂尔多斯盆地经历过4次温暖湿润幕，CIA值、Al2O3/MgO和CaO数据均证明了该结论。
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古温度变化是卡尼期雨幕事件的一个明显的特征，部分学者将氧同位素计算古温度用于该事件用以解释古温度变化，其中意大利Lagonegro盆地氧同位素数据表明，卡尼期雨幕事件使得海水温度上升约6℃（Trotter et al.，2015）; 奥地利北部钙质阿尔卑斯山脉氧同位素显示该期间海水温度上升幅度大于8℃（Hornung et al.，2007）; Sun Yadong et al.（2016）在华南贞丰地区获取的δ18OPO4值显示该地区发生或两次升温事件，温度上升分别是4℃和7℃。以上研究表明，尽管在不同地区升温幅度不一致，但是卡尼期确实存在一个全球性升温事件。本次在鄂尔多斯盆地正宁地区发现有4次温度波动，使用CIA与温度函数计算可知，升温幅度分别为4.14℃、1.41℃、4.86℃、4.78℃，在升温幅度上与上述有所差距，可能的原因有2种： ① 所使用的的温度计指标不同; ② 鄂尔多斯盆地所处的古纬度较高，受特提斯洋地区的气候波动影响相对较小。
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4.3.3 陆源碎屑输入与TOC
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Al和Ti元素是指示陆源碎屑输入的代表性元素，Al主要赋存于黏土矿物中，Ti主要赋存于重矿物中（Schmitz，1987; Calvert et al.，2007）。延长组第7油层组中张家滩页岩段Al和Ti元素含量均处于较低水平，且在该段中二者也表现出为4个波动旋回，旋回转变层位与4个湿润幕层位完全一致，其中4个湿润幕均对应于Al和Ti元素负漂移（图5e）。说明在湿润期该地区陆源碎屑强度输入减弱。在温暖湿润的环境下，湖周围植被异常茂盛，茂盛的植被在湖周围形成“生物坝”， Sephton et al.（2005）认为这些茂盛的植被能有效的防止水土流失，阻碍陆源碎屑物质的输入，从而造成了在温暖湿润的环境下，虽然地表化学风化作用增强，但陆源碎屑物质输入变少的现象，这种现象在鄂尔多斯盆地铜川地区张家滩页岩中也有体现（Zhang Kun et al.，2021a）。
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古气候在富有机质页岩的沉积过程中起着重要的作用，富有机质页岩大多形成于温暖湿润的环境下（Giorgioni et al.，2015; Song Yu et al.，2019）。“卡尼期暴雨事件（CPE）”又被认为是“黑色页岩事件”（Keim et al.，2006; Golonka，2007），其形成与温暖湿润的气候有着密不可分的关系。ZH2井延长组TOC高值段均集中于张家滩页岩段，且TOC含量变化也表现出为4个波动旋回，波动值分别为26.51%、25.08%、26.67%、12.43%，而4个高值带恰好与4个Al2O3/MgO正漂移、CIA高值带对应。这些对应关系表明，温暖湿润的气候促进了黑色页岩的发育。Zhang Kun et al.（2021a）通过对鄂尔多斯盆地铜川地区的张家滩页岩有机氮研究表明，有机碳与有机碳呈正相关，说明藻类对张家滩页岩有机质的富集有较大贡献。ZH2井张家滩页岩高TOC段与铜川地区的张家滩页岩（Zhang Kun et al.，2021a）均发生有机碳同位素负漂移，说明水生植被和浮游类生物成分在富有机质页岩中也占有较大比例。此外，张家滩页岩中4个TOC富集段与4个Al和Ti元素负漂移均有良好的对应关系，说明在碎屑流衰弱时期有机碳富集。Kemp et al.（2022） 对于该种现象做了一系列统计研究，其通过统计北欧和其他地区水文受限的贫氧—缺氧盆地得出，当TOC含量大于2.5%时，由于碎屑流的稀释作用，沉积速率与TOC含量呈反比，加之缺氧的环境使得有机质利于保存，这就意味着在水体受限的地区，较小的陆源输入反而可能促进有机碳的富集。由此可以说明有机质的富集除了受陆源输入和水体初级生产力的影响外，很大程度上还受到沉积速率的影响。
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4.3.4 氧化还原环境
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Wilkin et al.（1996） 将草莓状黄铁矿的粒径大小能够作为反映当时水体氧化还原环境的指标。其通过实验得出：在硫化环境的水体中，草莓状黄铁矿的平均粒径为 5.0±1.7 μm并只有很少一部分粒径大于10 μm; 而在氧化和次氧化环境的水体中，莓状黄铁矿的平均粒径则达到7.7±4.1 μm，同时有更多的草莓体粒径大于10 μm。然而Bond et al.（2010） 根据该原理进一步将氧化还原环境细分为5种形态，分别是：①硫化环境，粒径分布集中，草莓状黄铁矿平均直径较小，大约在3~5 μm之间，偶见自型黄铁矿; ②还原环境，草莓状黄铁矿平均直径较小，大约在3~6 μm之间，少见较大粒径的颗粒，少见自型黄铁矿; ③下贫氧层环境，少量草莓状黄铁矿粒径会比较大，但大多粒径在6~10 μm之间; ④上贫氧层环境，草莓状黄铁矿平均直径少见小于5 μm，粒径分布范围很广; ⑤氧化环境中无草莓状黄铁矿。
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通过对ZH2井样品中草莓状黄铁矿形态学统计发现，延长组长7—长8油层组在张家滩页岩段发现有大量草莓状黄铁矿，其他层位缺未见或少见（图5i）。说明从卡尼期初期开始，水体强烈分层，水体含氧量减少，这种现象一直持续到张家滩页岩沉积期结束，水体分层开始减弱，含氧量开始增加。进一步划分又可将张家滩页岩段划分为4个独立的缺氧幕，根据Bond et al.（2010） 划分标准显示，这四段大多样品数据均指示贫氧层环境，且该四个缺氧段分别对应于高温湿润幕1、高温湿润幕2、高温湿润幕3、高温湿润幕4。说明卡尼期初期水量的剧增使得水体发生不同程度的缺氧，而水体缺氧又为有机质的富集创造了条件，从而使得该4段的TOC含量增高。从草莓状黄铁矿粒径分布来看，氧化还原环境经历了氧化环境→上贫氧层环境（缺氧幕1）→下贫氧层环境（缺氧幕2）→下贫氧层环境（缺氧幕2）→上贫氧层环境（缺氧幕4）→氧化环境的转变。
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卡尼期雨幕事件（CPE）也常伴随着缺氧事件的发生，该时期的缺氧事件在其他地区也可以得到对比，Zhang Kun et al.（2021b） 以V/Cr和δU为指标对铜川地区长7油层组研究发现，张家滩页岩（长73段）形成于缺氧环境，长71段形成于亚缺氧环境，长72段形成于氧化环境。Sun Yadong et al.（2016）通过草莓状黄铁矿和U/Th值两种指标得出在CPE事件期间，海水发生了由氧化向缺氧的转变。本研究中草莓状黄铁矿精确指示着CPE事件发生了4次缺氧事件片段。
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4.4 多幕次
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目前关于卡尼期气候事件多幕次的研究目前还没有统一的认识。Roghi et al.（2010）根据西北特提斯洋地区多个剖面里卡尼阶4个黑色页岩夹层的孢粉学研究认为，“卡尼期雨幕事件（CPE）”在欧洲记录了4个独立的反映潮湿气候扰动的硅质碎屑输入脉冲; 时志强等（2010）、金鑫等（2015） 均认为，在绵竹汉旺剖面中灰黑色粉砂质页岩夹层中见大量植物叶片化石及菊石、腕足类海洋生物碎屑，反映了淡水输入及海洋生物死亡事件的影响，而该类夹层共见有4套。此外，Miller et al.（2017） 对英国南部Wiscombe Park钻孔的岩芯柱进行了有机碳同位素分析，结果显示在CPE事件同期出现了振幅区间为-30.1‰至-25.1‰的4次负偏移，可能也反映了该事件的4次气候波动。本次研究，由于有机碳同位素采样密度较稀，未能显示出多幕次信息，但在湿润度、温度、氧化还原环境、风化作用强度等方面可分为4个相对独立的小片段，由此命名为CPEⅠ、CPEⅡ、CPEⅢ、CPEⅣ（图5），该4个片段各项指标均呈同步演化趋势，可能也显示了CPE事件在鄂尔多斯盆地的4次气候波动。
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5 结论
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对鄂尔多斯盆地ZH2钻孔延长组长7油层组—长8油层组孢粉化石鉴定分析，建立年代地层单位，在此基础上通过主量元素、有机碳同位素、总有机碳、莓状黄铁矿等指标共同恢复古环境、重建古气候，其主要结论如下:
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（1）孢粉组合Ⅰ为Punctatisporites-Verrucosisporites-Osmundacidites组合，地质年代为中三叠世拉丁期; 孢粉组合Ⅱ为Asseretospora-Apiculatisporis组合，地质年代为晚三叠世卡尼期。
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（2）有机碳同位素证据显示，在Asseretospora-Apiculatisporis组合下部张家滩页岩中有机碳同位素发生负漂移，漂移量为4.88‰; 总有机碳在该层位也发生富集; 草莓状黄铁矿证据显示，在该段沉积时期水体中含氧量减少; Al2O3/MgO比值和CIA值在该层位均处于高值，指示着湿热的气候和风化作用加剧，以上证据为卡尼期雨幕事件在鄂尔多斯盆地的响应。
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（3）草莓状黄铁矿、总有机碳、Al2O3/MgO比值和CIA值等指标在Asseretospora-Apiculatisporis组合下部张家滩页岩中进一步可划分为4个片段，各片段均指示了高温、湿润、缺氧、有机碳富集的环境，指示了卡尼期雨幕事件（CPE）在鄂尔多斯盆地的4次气候波动，并分别命名为：CPEⅠ、CPEⅡ、CPEⅢ、CPEⅣ。
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致谢：本文的有机碳同位素、总有机碳、常量元素测试工作均由中国地质大学（武汉）生物地质与环境地质国家重点实验室胡军老师完成。在此表示感谢!
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摘要
为研究卡尼期雨幕事件在鄂尔多斯盆地南部的响应，对该盆地ZH2钻孔延长组进行孢粉化石、有机碳同位素、草莓状黄铁矿和主量元素分析。孢粉化石由下至上划分出Punctatisporites-Verrucosisporites-Osmundacidites组合Ⅰ和Asseretospora-Apiculatisporis组合Ⅱ，地质年代分别为中三叠世拉丁期和晚三叠世卡尼期。在孢粉组合Ⅱ下部张家滩页岩中总有机碳富集、有机碳同位素发生负漂移，漂移量为4.88‰，同时草莓状黄铁矿指标指示着该层位形成于贫氧的环境，Al2O3/MgO比值和化学蚀变指数（chemical index of alteration，CIA）值在该层位均处于高值，指示着高温、湿润、强化学风化的环境。以上特征表明卡尼期雨幕事件在鄂尔多斯盆地造成了显著影响。进一步分析显示这些指标在张家滩页岩中可划分为4个独立的高温、湿润、缺氧、有机碳富集片段，指示了卡尼期雨幕事件（Carnian pluvial event，CPE）在鄂尔多斯盆地的4次气候波动，分别命名为：CPEⅠ、CPEⅡ、CPEⅢ、CPEⅣ。
Abstract
Pollen fossils, stable isotopes, framboid pyrites, and major elements were analyzed in the Yanchang Formation from core ZH2 to investigate the response of the Carnian pluvial event in the southern Ordos basin. Two pollen fossil assemblages were identified from bottom to top: (Ⅰ) the Punctatisporites-Verrucosisporites-Osmundacidites assemblage and (Ⅱ) the Asseretospora-Apiculatisporis assemblage. The geological dates of these assemblages correspond to the Middle Triassic (Ladinian) and the Late Triassic (Carnian),respectively. The Zhangjiatan shale, located in the lower part of pollen assemblage Ⅱ, exhibits enriched total organic carbon (TOC) content and a negative organic carbon isotope shift of 4.88‰. Concurrently, the framboid pyrite index indicates that this layer formed in anoxic conditions. Additionally, high values of Al2O3/MgO and the chemical index of alteration (CIA) indicate a high-temperature, humid climate with enhanced chemical weathering. These characteristics collectively demonstrate that the Carnian pluvial event had a significant impact on the Ordos basin. Further analysis shows that these indicators can be subdivided into four distinct intervals within the Zhangjiatan shale, each marked by high temperatures, humidity, anoxia, and organic carbon enrichment. These intervals represent four climatic fluctuations associated with the Carnian pluvial event in the Ordos basin, designated as CPEⅠ, CPEⅡ, CPEⅢ, and CPEⅣ.
Keywords
Carnian pluvial event ； pollen assemblages ； framboid pyrites ； paleoclimate ； Ordos basin
