1、项目名称： 晚中生代温室地球气候-环境演变首席科学家： 王成善 中国地质大学（北京）起止年限： 2012.1-2016.8依托部门： 教育部一、关键科学问题及研究内容（一）拟解决的关键科学问题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。作为地球系统科学的主要部分，当前地质学发展的主要趋势是越来越关注气候环境变化及机制的综合研究，其核心是重建地史时期的古环境和古气候。晚中生代是地球历史上典型的温室气候期，期间发生了诸多重大的环境、气候和生物事件，深刻影响了地球发 展历史和生命演化。但就总体而言，国 际地球科学界对这段典型温室地球时期的气候环境变化
2、仍缺乏深入了解。因此，本项目以松辽盆地科学钻探所获得的晚侏罗世古近纪的连续沉积记录作为基础，发挥地质学、生物学、地球化学和地球物理学等多学科交叉的优势，通 过发展和优化各种替代性指标，深入了解温室气候状态下晚中生代气候和环境特征，重建晚中生代温室地球气候- 环境状态和演化规律就成为本项目要解决的一个关键科学问题。在重建温室气候地球环境状态和演变基础上，深入了解快速气候-环境变化的幅度、特征、影响范围、 诱发因素，揭示温室地球气候 环境快速变化的过程及机制，是本项目需要解决的另一个关键科学问题。（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
3、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
4、、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
5、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
6、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 1.0 Ma-0.1 Ma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
7、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。具体从以下 3 个方面展开研究：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
8、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
9、，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 0.51Ma）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
10、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
11、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。具体从以下 3 个方面展开研究：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
12、、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
13、 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-N
14、b 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
15、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
16、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（Earth Time）”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“
17、 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
18、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
19、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
20、”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 0.5 Ma)，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（Earth time）”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
21、间分辨率达到 0.1-0.4 Ma 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（RCO 2）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
22、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 1.05.0 Ma 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 0.1-0.5 Ma 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
23、44Ca 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
24、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
25、、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
26、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Proceedings of the Royal Society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
27、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
28、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
29、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
30、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 （Earth time）”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
31、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
32、 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课题 1 晚中生代东特提斯古海洋和古环境演变 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
33、 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% 课题 2 中国东北晚中生代大型陆相盆地古环境演化 研究目标：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
34、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。 研究内容：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记录；3）松辽盆地晚中生代湖泊演化与环境变迁； 4）晚中生代陆相盆地对温室气候演变的响应 。课题负责人：万晓樵学术骨干：王璞珺、吴怀春、胡建芳、高有峰、宋建中承担单位：中国地质大学（北京）、吉林大学、中国科学院广州
35、地球化学研究所经费比例：21% 课题 3 晚中生代东亚地区古气候重建 研究目标：通过古植物气孔参数和古土壤气压计方法，重建东亚地区晚中生代高精度古大气 CO2浓度变化曲线，重点剖析重大地 质事件影响下关键时期的CO2浓 度快速波动及其成因机理。利用古植物的解剖 结构、气候敏感类型、多样性演化以及特殊沉积记录的时空分布规律等指标，恢复和重建晚中生代东亚代表性区域的气候演变历史，揭示全球性、洲际性和区域性气候快速波动对重要地质事件的响应过程， 为晚中生代温室地球气候 环境演 变研究提供古气候背景。 研究内容：1) 晚中生代主要植物类群的气候环境指示研究；2) 晚中生代陆相古气候演化记录与地层年代标
36、定；3）晚中生代东亚高精度古大气 CO2变化重建；4）晚中生代气候古地理重建。课题负责人：王永栋学术骨干：李祥辉、黄成敏、孙柏年、邓胜徽、 杨小菊承担单位：中国科学院南京地质古生物研究所、南京大学、四川大学、兰州大学、中国石油集团科学技术 研究院经费比例：17%课题 4 晚中生代气候-环境变化的生物响应研究目标： 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（
37、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。研究内容：1）晚中生代陆地生物群的更替与演化；2）晚中生代关键时期功能微生物群生态特征；3）晚中生代关键时期重要宏体生物群古地理和迁移模式；4）晚中生代关键时期主要功能微生物群与宏体生物对温室效应的响应过程及机制 。课题负责人：董海良学术骨干：李罡、蒋宏忱、季强、李建国、姬书安承担单位：中国地质大学（北京）、中国科学院南京地质古生物研究所、中国地质科学院地质研究所经费比例：19% 课题 5 松辽盆地科学钻探与综合研究 研
38、究目标：实施“ 松科 2 井”大陆科学钻探， 获取连续沉积记录，建立科学钻探数据库， 为项目实施提供基 础。同 时围绕快速气候 变化的成因机制目标，研究地球系统水循环过程及古地理格局与环境演变的关系。以东特提斯海相沉积记录和松辽盆地大陆科学钻探的关键层位为研究对象，整合项目的系统成果，与国际现有的典型地区进行海陆对比研究。重点在高精度磁性和天文年代学格架内，开展快速环境气候变化替代性指标和古海平面变化曲线与北美西部海道已经建立的经典成果进行对比。从海 陆响应的对比、古地理格局演化的角度深入剖析快速气候变化的机制。为项目整体实施提供研究平台，同时对项目的研究成果进行集成提高，形成理论认识。研究内
39、容：1）“ 松科 2 井”科学钻探实施与数据库建立；2）松辽盆地科学钻探的磁性地层与化学地层学研究; 3）东亚东部地区构造古地理重建；4）晚中生代海陆相典型快速气候变化事件综合研究。课题负责人：王成善学术骨干：任延广、黄永建、胡晓农、贺怀宇、 陈曦 承担单位： 中国地质大学（北京）、大庆油田有限责任公司、中国科学院地质与地球物理研究所经费比例： 26%四、年度计划年度 研究内容 预期目标第一年1研究资料的收集、整理、归纳和总结。2西藏、新疆、四川、湖北、云南、冀北辽西以及东北和华北其它地区野外考察，包括侏罗系古近系典型剖面 150 条，系 统采集样品约 4000 件。3.多学科样品分析鉴定和测
40、试（约10002000 件）（包括古生物、 矿物岩石、环境磁学、有机地球化学、古 DNA、火山岩同位素年代年代学等）。4. 晚中生代高分辨率生物地层、古生 态学、古气候学和古环境分析。5.松科 1 井高分辨率地层和替代性指标研究、松科 2 井地质钻探和系统 取样。6. 举行项目启动会议和学术交流。7. 参加国内会议 40 人次、国际会议 15人次，国际合作 8-10 人次；申请新一轮IGCP 项目。1据多学科手段建立高分辨率地质记录和替代参数。2北方早白垩世生物群演化、生态特征及其对气候变化的响应。3. 东亚东部地区重要时期活动古地理初步重建。4. 获取关键时段古植物和古土壤材料古大气 CO2
41、 浓度。5. 建立松科 1 井关键层位化学地层和粘土矿物序列。6. 建立松科 2 井科学钻探数据采集系 统，完成松科 2 井东孔钻井地质设计。7. 发表研究论文 15-20 篇，其中 SCI 收录论文 10 篇，出版国际刊物专辑 1 期，学 术专著 1 部。第二年1.西藏、新疆、四川、湖北、闽 浙赣、 东北亚（俄、蒙、朝）侏罗系-古近系野外考察，包括关键剖面约 100 条，样品采集 约5000 件，样品测试约 2000-3000 件。2.海相晚中生代地球生物学、古 DNA、古微生物种群和火成岩研究 。3松辽盆地及邻区高分辨率生物地 层、古生态学、生物标志化合物、天文旋回和火山事件研究。4.松科
42、 1 井岩心扫描和化学地层研究，松科 2 井钻探、取样及沉积相和旋回分析。5. 典型大洋缺氧事件和松辽盆地青山口组水循环变化模拟研究。6.举行项目学术年会，组织课题 和项目中期评估。7.参加国际学术会议 6 人次，国内学 术会议 35 人次，国际合作 8 人次，举办学术研讨会 1 次。1建立东特提斯晚中生代古海洋事件、海平面变化地质记录并重建西藏中生代生物古地理。2.建立松辽盆地侏罗纪古近纪地层格架、生物演化序列和天文年代标尺，恢复古湖泊环境、古气候条件和模拟古流域水循 环状态。3建立代表地区侏罗白垩纪 生物化石组合序列，查明生物群演化事件及与气候环境变化的响应过程。4.获取并重建三叠侏罗纪之
43、交古大气CO2浓度变化趋势。5.东亚东部地区重要时期活动古地理重建。6.获取松科 1 井高精度化学地层、磁性地层学及其温室气候旋回事件。7.通过课题和项目中期评估。8.发表学术论文 32 篇，其中 SCI 收录 20篇，组织出版国际刊物专辑 1 期。年度 研究内容 预期目标第三年1.西藏、新疆、鄂尔多斯、四川、闽浙赣以及东北和邻区（包括俄、韩、日）等地野外地质调查，测制观察剖面约 100 条，采集样品约 6000 件，样品分析测试30004000 件。2. 晚中生代高分辨率生物地层学和古生态学研究，估算古大气 CO2浓 度，模 拟功能微生物对环境变化的响应。3东特提斯大洋缺氧事件、大洋富氧事件
44、产生条件以及白垩纪早期沉积学和古水深分析。4.完成实施松科 2 井钻探、岩芯数据 编录以及古生物学、古微生物种群、地球化学、磁性地层和火山岩年代学研究；松辽盆地姚家组水循环模拟研究。5.参加国内学术会议 45 人次，国 际学术会议 15 人次，组织项目学术年会 1 次。1. 初步建立东特提斯白垩纪区域海平面波动曲线。2建立松辽盆地科钻岩芯数据 库,包括陆相高精度地层序列、多重地层 格架和关键层位功能微生物生态。3. 提取反映侏罗-白垩纪陆相湖泊古气候-古环境变化的替代性指标， 4识别古湖泊和古海洋地质演化 阶段和环境变迁历史，估算古大气CO 2浓度变化，捕捉重大快速气候-环境变化事件。5. 发
45、表学术论文25篇，其中SCI收录15篇。编写松科2井科学钻探初始报告， 组织出版国际学术刊物专辑12期，出版 专著1部。第四年1. 辽西、松 辽 、苏皖浙鲁以及东亚（蒙古和韩国）野外考察，包括关键剖面 测制约60条，样品采集约4000件，样品分析测试10002000件。2开展松辽盆地及邻区沉积相、沉积旋回和古地理再造研究。3. 松科 2井连续记录、环境磁学、天文旋回地层、古生态、生物标志化合物、稳定碳同位素、古微生物种群研究和微生物室内模拟实验。4中国晚中生代特殊沉积古气候区域分布与演化综合研究。5. 白垩纪大洋和松辽盆地缺氧富氧转换（“黑红”转换）数值模拟。6建立完整的项目数据库，设立数据中
46、心访问安全规则，进行数据系统 集成调试。7. 参加国内学术会议约 40 人次，国际学术会议 10 人次，组织项目学术 年会 1 次，组织项目学术年会 1 次。1建立海相重大地质事件与温室气候 变化耦合关系。2完善松辽盆地科学钻探年代地 层学框架，建立松科2井高分辨率天文年代 标尺3. 恢复古湖泊环境和古气候演化历史， 获得晚中生代陆相沉积气候分带结果。4. 获取晚中生代部分时段古大气 CO2浓度曲线。5. 建立以数据管理和共享发布为核心任务的数据中心。6.发表学术论文25篇，其中SCI收录刊物18篇。组织出版国际学术刊物专辑 1期，出版专著12部。年度 研究内容 预期目标第五年1.补充野外考察
47、、样品采集和分析 测试，其中样品采集约 600 件，分析 测试 200-300 件。2.综合研究晚中生代东特提斯洋、 东亚地区古地理、古气候和古环境演 变规律。3.查明温室气候条件下海洋、 陆地对古地理和古气候变化的响应规律。4.汇总各课题研究成果，编写 课题总结报告，发表高水平研究论文。5.完善钻探数据库系统，整理 项目资料和成果。6.参加国内外学术交流 30 人次左右。7. 组织课题和项目验收会议。1.建立可共享的晚中生代古气候/古环境资料数据库。2.获得中国及东亚邻区晚中生代古大气CO2浓度曲线。3.完成中国晚中生代气候古地理重建。4.重建晚中生代东特提斯洋、中国 东北陆相盆地古地理与古环境演化历史。5.建立晚中生代温室地球气候环境变化模型及理论框架。6.发表学术论文 22 篇，其中 SCI 收录 12篇左右。组织出版国际学术刊物 专辑 1 期，出版专著 1 部。7.完成课题和项目结题报告、松科 2 井科学研究报告的编写，通过项目 结题验收。
