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巴西帕拉纳盆地Pirambóia组的沉积岩心与锆石U-Pb年代学研究表明，早-中侏罗世沉积环境从湿润风成到干旱风成交替，伴随间歇性河流活动，反映显著气候波动。碎屑物源分析揭示Neoproterozoic和Mesoproterozoic来源的岩屑，证实盆内碎屑物再循环强烈，并确立新最大沉积年龄（169.5±3.8至177.8±3.2 Ma），支持侏罗纪古地理演变与泛大陆分裂关联。
B. Christofoletti|L.V. Warren|F.G. Varej?o|M.L. Assine|P. Promenzio|R.I. Cerri|G. Bertolini|G.L. Luvizotto|C.M.S. Scherer
巴西圣保罗州立大学地球科学与精确科学研究所地质系，里奥克拉鲁，SP 13506-900
摘要
巴拉那盆地的侏罗纪沉积记录对于理解盘古大陆分裂的早期阶段以及导致大陆巨型沙漠形成的气候变化至关重要。为了进一步完善这一记录，我们对巴西圣保罗州的皮兰博亚地层的沉积学特征和来源进行了多指标研究，结合了相分析、化石成分鉴定、碎屑锆石的U-Pb地质年代测定、碎屑金红石中的微量元素地球化学分析以及古水流数据。皮兰博亚地层的沉积学数据显示，该地区从湿润的风成环境逐渐转变为干燥的风成环境，并伴有间歇性的河流活动，反映了侏罗纪早期至中期的显著气候变化。风成沙丘的分布表明古风向为北东北-南西南方向，而间歇性的河流则流向西方。这些沉积物来源于新元古代的高压角闪岩和花岗岩（即变泥岩），以及阿拉苏阿伊带、普拉塔山脉复合体和西刚果带的片麻岩-混合岩。此外，来源分析还显示皮兰博亚地层的碎屑锆石光谱与巴拉那盆地二叠纪地层的锆石光谱具有高度相似性。这一证据表明盆地内部存在广泛的锆石循环现象，表明盆地内部的沉积物重新分选过程对其来源特征的形成起到了重要作用。尽管侏罗纪锆石在总样本中的比例较低，但我们的研究仍能计算出皮兰博亚地层的最大沉积年龄为169.5±3.8 Ma至177.8±3.2 Ma，这与化石证据所暗示的侏罗纪年龄一致。这些侏罗纪锆石的来源可能与盘古大陆分裂过程中的首次岩浆活动有关。
引言
导致盘古大陆形成的构造汇聚在二叠纪达到顶峰，使得海洋联系逐渐受限，大陆内部的沉积系统开始占据主导地位（Limarino等人，2013；Abrantes等人，2019）。然而，这一趋势在中生代进一步加剧，全球气候因古地理、构造和大气因素的共同作用而变暖（Parrish，1993；Price，1999；Landwehrs等人，2021）。
盘古大陆的构造格局及其后续分裂对气候动态产生了深远影响。例如，巨大的“C形”大陆结构促进了广泛的干旱气候和强烈的季风环流（Parrish，1993），导致盘古大陆中纬度地区的降水量减少，从而形成了大片半干旱和干旱区域（Limarino等人，2013）。后来的大陆分裂重塑了海洋环流和区域气候模式（Landwehrs等人，2021）。强烈的海底扩张和裂谷作用（如中大西洋岩浆省；Nogueira等人，2021）释放了大量温室气体（CO?、CH?、H?S）（Seton等人，2012；Retallack，2009；Royer，2014），并引发了与生物演化和环境压力相关的短暂“温室危机”（Retallack等人，2003）。另一方面，至少九次大型小行星撞击周期性扰乱了这种温暖的气候条件，向大气中注入气溶胶，引发了短暂的气候不稳定和生态危机（Raup，1992；Covey等人，1994；Chapman和Morrison，1994）。
尽管存在一些不确定性，但气候代用指标表明侏罗纪地球的温度高于现代（Tabor等人，2019；Landwehrs等人，2021）。热带地区范围缩小，低纬度地区出现了广阔的干旱带。极地冰盖消失，温带气候也变得更加温暖（Price，1999）。这些条件促进了风成系统和河流-风成作用的发育（例如，下侏罗统：南非的Elliot和Clarens地层、巴西的Mosquito地层以及美国的Navajo砂岩；上侏罗统：巴西的Sergi和Guará地层、美国的Page和Entrada砂岩、中亚的Kalazha地层、阿根廷的Quebrada del Sapo地层）。在风成系统中，当地下水位或其毛细边缘足够高时，会形成湿润的风成环境（Kocurek和Havholm，1993）。这类系统的特征是可供风搬运的砂粒较少，导致沙丘规模较小，沙丘间的开阔区域显示出湿润或潮湿的条件（Kocurek和Havholm，1993）。如果连续的沙丘迁移与地下水位逐渐上升之间的平衡被打破，湿润系统可能会转变为干燥系统。
在这种情况下，巴西巴拉那盆地的皮兰博亚地层是一个关键的研究对象，因为该地区的侏罗纪沉积记录非常稀少且分散。尽管其他地层已有年代学数据，但本研究首次发现了皮兰博亚地层的侏罗纪锆石，填补了该地区地质历史中的重要时间空白，为重建南部盘古大陆的侏罗纪古地理和古气候变化提供了关键线索。我们采用了多指标综合方法，结合沉积学和地层学分析以及碎屑锆石的U-Pb测年、碎屑金红石地球化学和古水流数据，旨在构建一个连贯的沉积模型和古地理演化过程，并确定沉积物分布模式和沉积年龄。所呈现的数据和提出的模型有助于理解侏罗纪时期盘古大陆内沙漠系统的演变。
地质构造和地层背景
巴拉那盆地是一个广阔的大陆内沉积盆地，覆盖了巴西中部和南部、巴拉圭东部、阿根廷东北部以及乌拉圭北部的约170万平方公里区域。其地层记录包括从早奥陶世到晚白垩世期间积累的沉积物和火山岩（Milani等人，2007）。在整个古生代期间，这些沉积物记录了海洋和大陆环境的交替变化。
材料与方法
我们在研究区域内测量了四个高分辨率（1:20）的皮兰博亚地层柱状剖面（PP-01、PP-02、ARAQ、2000；位置见图1D），并将它们合并成一个代表性的综合柱状剖面（图2A）。沉积相的描述基于几何形态、质地、沉积结构和遗迹化石，遵循Miall（2006）的协议。
相和相组合
圣保罗州、巴拉那州和南马托格罗索州的皮兰博亚地层厚度在60至400米之间（Assine等人，2004；Scherer等人，2023），主要由陆源风成和河流沉积物组成（表1）。在研究区域（圣保罗州），皮兰博亚地层可以分为两个不同的序列。下部序列（约50米厚；图2A）的特点是分选良好的、细至极细粒度的水平层理沉积物（Fig. 2A）。
沉积系统的演化
皮兰博亚地层下部序列中的所有相都显示出在风成环境中形成的沉积结构，特别是在米级规模的沙丘场中（交错层理的砂岩Stg和Sp），这些沙丘场与湿润或潮湿的沙丘间地带（Sh和Sl，与Fm互层）相关（Fig. 2A和6A），以及次级的分米级河流通道（Brighetti和Caetano-Chang，1995；Caetano-Chang和Wu，1994）。这些沉积物中存在大量的湿润或潮湿沙丘间沉积物。
最终结论
我们对巴西巴拉那盆地东北边缘皮兰博亚地层的综合来源和沉积学分析，进一步完善了冈瓦纳大陆分裂早期阶段及西南部盘古大陆巨型沙漠形成的古地理重建。主要发现如下：
(i)碎屑锆石的U-Pb年龄以新元古代颗粒为主（545–993 Ma），其次为中元古代（1007–1405 Ma）和古元古代（1647–2186 Ma）颗粒，以及金红石
CRediT作者贡献声明
B. Christofoletti：撰写初稿、可视化处理、验证方法、数据分析、概念构建。P. Promenzio：撰写初稿、数据分析、形式化分析。G. Bertolini：撰写、编辑及数据分析。
利益冲突声明
作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务利益和个人关系：Beatriz Christofoletti表示获得了圣保罗州研究基金会的财务支持；Filipe Giovanini Varej?o表示获得了国家科学技术发展委员会的财务支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系。
致谢
本研究的开展得到了圣保罗州立大学和石油地质人力资源培训项目 - UNESP - PRH 40-ANP的机构支持，该项目得到了ANP决议第50/2015号中关于研发投资的石油公司的财政支持。B.C.是FAPESP的博士研究生（项目编号2024/02446-0）。M.L.A、L.V.W和F.G.V是CNPq的研究员。Filipe G. Varej?o感谢国家科学技术发展委员会的支持。
