寒武纪是是生命爆发与生物灭绝频繁发生的重要时期,同时也伴随着古气候、古海洋化学条件的变迁,并可通过寒武系地层沉积特征以及同位素、元素地球化学特征的长期变化记录下来。晚寒武世早期发生的全球性的生物灭绝事件与碳同位素漂移特征相吻合,然而目前这一变化的成因争议很大,核心问题在于该时期古海洋环境的变迁与生物演化之间的关系并不清楚。本课题以华北地区典型剖面为例,开展晚寒武世古海洋化学演化特征和生物地球化学循环等方面的研究,并对比华南以及全球各个板块在这一时期的地球化学和生物演化特征。研究取得了如下成果与认识:野外剖面考察和及镜下岩石矿物学观察发现,研究区寒武纪芙蓉世位于开阔台地沉积相带。在此基础上,结合地球化学数据,恢复了这一时期古海平面变化趋势:从崮山组到凤山组的沉积时期,海平面经历了下降—上升—下降的过程,特别是在崮山组到长山组沉积过渡时期,海平面变化较为剧烈,经历了短暂的快速上升又下降的过程。研究建立了华北地区重点剖面/井位上寒武地层的精细地球化学剖面;数据表明,这一时期古海洋温度不断升高、盐度不断增大。芙蓉世期间,海水呈现明显的还原性,营养元素富集,有毒元素含量没有明显升高。剖面碳同位素数据显示,华北地区寒武纪芙蓉世碳酸盐岩地层具有碳同位素正漂移的特征。碳同位素漂移的产生可能是由于深水盆地缺氧水体中大量富¹²C有机质的快速埋藏,导致海水溶解的无机碳相对富集¹³C。这一时期海平面下降导致风化增强,使得大量营养元素输入海洋,是藻类以及浮游植物能够大量繁殖的重要原因。海水温度的降低、盐度增大以及有毒元素的输入是导致这一时期三叶虫绝灭的可能原因。华北地区碳同位素漂移幅度明显低于华南地区以及世界范围其他地区。原因在于,芙蓉世时期,研究区为开阔台地沉积环境,台地边缘隆起部位将阻挡盆地相区富¹³C厌氧海水向浅水区的扩张;同时广阔台地的发育使得富¹²C陆源输入更多影响浅水区域,难以对斜坡相和盆地相水体产生深刻影响,并形成世界范围内由浅水到深水的碳同位素递增趋势。