智利Tongoy地区上中新世硅藻泥岩（Coquimbo组）的地层学与古环境研究

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Stratigraphy and palaeoenvironment of Upper Miocene diatomaceous mudstones (Coquimbo Formation) at Tongoy, Chile

　　

帕特里克·格伦特（Patrick Grunert）|拉斐尔·卡巴列拉（Rafael Carballeira）|斯蒂芬妮·谢伊特（Stephanie Scheidt）|蒂亚戈·梅内塞斯·弗雷雷（Tiago Menezes Freire）|斯文·N·尼尔森（Sven N. Nielsen）|马塞洛·M·里瓦德内拉（Marcelo M. Rivadeneira）|法蒂玛·佐赫拉·布赫达亚德（Fatima Zohra Bouhdayad）|巴勃罗·奥亚纳德尔-乌尔比纳（Pablo Oyanadel-Urbina）|诺伯特·R·诺瓦奇克（Norbert R. Nowaczyk）|贾辛·彼得森（Jassin Petersen）

科隆大学地质与矿物学研究所，卢森堡街90号，50674科隆，德国

摘要

智利北部和中部海岸线暴露出的富含硅藻的沉积物是记录新近纪洪堡洋流系统相关沿海上升流特性的重要档案。新近纪富含硅藻的沉积物最南端的发现位于通戈伊半岛（30.3°S）。本研究提供了来自拉斯萨利纳斯溪（Quebrada Las Salinas）中硅藻泥岩的新生物地层学和磁性地层学数据，并对其沉积环境进行了评估。结果将这些沉积物的形成时间限定在托尔托尼亚期（Tortonian）晚期至墨西拿期（Messinian）（约760万至600万年前）。如果将Fragilariopsis miocenica的缺失视为一个真正的生物地层学标志，那么其分布范围可能进一步缩小到托尔托尼亚期晚期（760万至730万年前）。与以往的研究相比，该研究区域的新近纪富含硅藻的沉积物在各个溪谷内部及之间具有高度的异时性，其形成时间跨度从托尔托尼亚期延续到更新世。硅质微化石的组合表明通戈伊古湾（Tongoy Palaeobay）存在沿海上升流现象，并且这种上升流的强度在研究时间段内有所增强。沿海上升流的增强可能是南极绕极流（Antarctic Circumpolar Current）和洪堡洋流系统同时加强的结果。

引言

新近纪东南太平洋的演化特征是海洋-大气环流的深刻变化、南极冰盖的扩张以及与洪堡洋流系统（Humboldt Current System，HCS）相关的现代沿海上升流机制的开始（Ibaraki, 2001; Herbert et al., 2016; Fedorov et al., 2013; Vermeij et al., 2024）。智利的新生代海洋沉积物分布在22°至47°S之间的多个不连续沉积盆地中，这些沉积物记录了地球系统这些转变过程中的HCS特征（Martínez-Pardo, 1990; Le Roux et al., 2016）。在沿海上升流条件下沉积的硅藻沉积物是反映表层海洋动力学的敏感档案，具有特别重要的研究价值（Thiel et al., 2007; Romero et al., 2020）。然而，尽管这些沉积物非常重要，但在东南太平洋边缘地区，层序学上得到精确约束的记录仍然十分稀少（Ibaraki, 1992; Koizumi, 1992; Barron, 2003; Coenen et al., 2025; Barron et al., 2026）。

通戈伊镇（Tongoy）附近的科金博组（Coquimbo Formation）硅藻泥岩（图1）被认为是最古老的富含硅藻的沉积物，其年龄通过硅藻生物地层学和锶同位素测定为中新世至上新世（Martínez-Pardo and Caro Pérez, 1980; Tsuchi et al., 1990; Ibaraki, 1992; Le Roux et al., 2006）。然而，目前还缺乏对硅质微化石的详细定量分析。此外，以往的研究由于采样不足和地点记录不全而受到限制（Martínez-Pardo and Caro Pérez, 1980; Le Roux et al., 2006）。因此，这些富含硅藻地层的沉积年龄和古环境背景仍存在争议。（见图1、图2。）

在本研究中，通过结合硅质微化石的定量高分辨率数据、古地磁学和沉积学信息，重建了晚中新世通戈伊古湾的可靠年代地层学和古环境特征。我们的研究结果有助于完善东南太平洋边缘的新近纪地层框架，并加深了对洪堡洋流系统在晚中新世期间对地球系统变化响应的理解（Cody et al., 2008; Gradstein et al., 2020; Barron et al., 2026）。

章节摘录

地质背景

智利卡里萨利略（Carrizalillo，29.1°S）和通戈伊（Tongoy，30.3°S）之间的新近纪及第四纪早期海洋沉积物被统称为科金博组（Le Roux et al., 2005, Le Roux et al., 2006; Partarrieu et al., 2025）。在通戈伊西南部的研究区域，科金博组暴露在多个朝向NW-SE的溪谷中，这些溪谷最终流入通戈伊湾（图1）。其中夹杂的泥岩、砂岩、砾岩和贝壳岩代表了从中新世到更新世的沉积物。

研究地点

本研究中的样品材料采集自拉斯萨利纳斯溪（Quebrada Las Salinas）的一个露头，位于D-510公路东南方向约150米处（坐标：30°19′12.38″S；71°31′35.59″W；图2、图3）。在那里，记录并采集了一层约5.5米厚的富含硅藻的泥岩（3.5米）及其上覆的砂岩（2米）。在研究段落的南北两侧，富含硅藻的泥岩和砂岩分别暴露了约60米和约160米的距离。

研究段的岩性

研究段的海洋沉积物总厚度为5.5米（图2a、图3）。其下部主要由含有不同量硅质微化石的泥岩组成（3.55米），上部为细砂岩（2米）。研究段底部以下的硅藻泥岩层未能被继续采集。在顶部，海洋沉积物不整合地覆盖着数米的冲积砾岩和土壤。

地层学

硅藻组合显示出一些生物地层学标志，表明不同海洋盆地之间的硅藻出现时间（首次出现日期FAD，最后一次出现日期LAD）的异时性相对较小（图5）。硅藻物种Thalassiosira eccentrica（FAD：910万年前；Barron, 2003; Cody et al., 2008; Coenen et al., 2025）、Nitzschia fossilis（FAD：810万至890万年前；Barron, 1985, Barron, 2003; Le Roux et al., 2005; Coenen et al., 2025）和Nitzschia reinholdii（FAD：720万至760万年前）的共存情况表明...

结论

对拉斯萨利纳斯溪（通戈伊半岛，30.3°S）暴露的硅藻泥岩中硅藻和硅鞭毛虫组合的首次定量分析为晚中新世通戈伊古湾的地层学和沉积环境提供了新的见解。

CRediT作者贡献声明

帕特里克·格伦特（Patrick Grunert）：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、项目管理和资金申请、概念构思。拉斐尔·卡巴列拉（Rafael Carballeira）：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、调查工作。斯蒂芬妮·谢伊特（Stephanie Scheidt）：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、调查工作。蒂亚戈·梅内塞斯·弗雷雷（Tiago Menezes Freire）：负责撰写、审稿与编辑、调查工作。斯文·N·尼尔森（Sven N. Nielsen）：负责撰写、审稿与编辑、资源协调。马塞洛·M·里瓦德内拉（Marcelo M. Rivadeneira）：负责撰写、审稿与编辑、资源协调。

Andrade et al., 2019

Baldauf, 1985

Barron, 1981

Barron et al., 2014

Burckle, 1978

Dekens et al., 2007

Henriksen et al., 1993

Jordan and Priddle, 1991

Lamy et al., 2024

Lazarus et al., 2014

Loeblich et al., 1968

Maldonado et al., 1999

Perch-Nielsen, 1975

Rabosky and Sorhannus, 2009

Ragan et al., 2025

Suárez and Marquardt, 2003

Valdes et al., 2000

利益冲突声明

作者声明本研究是在没有任何可能被视为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。

致谢

本研究得到了德国研究基金会（Deutsche Forschungsgemeinschaft，DFG）通过以下项目支持：CRC 1211 “干旱极限下的地球演化”（项目编号：268236062），ANID/区域中心（ANID/Centros Regionales）R20F0008（CLAP），ANID/Fondecyt（ANID/Fondecyt）1200843，以及ANID/Fondecyt（ANID/Fondecyt）1251475。我们感谢本杰明·阿雷亚（Benjamin Araya）、比安卡·安蒂克雷拉（Bianca Antiquera）、塞莱娜·阿雷亚（Selene Araya）、尤塞·埃尔南德斯（Yusse Hernández）、金伯利·康特雷拉斯（Kimberly Contreras）、安娜·纳瓦罗·坎波伊（Ana Navarro Campoy）和亚拉·布格尼奥（Yara Bugue?o）在野外工作方面的支持。