鄂西地区上二叠乐平统大隆组硅质岩成因及有机质富集机理

晚二叠世是古生代环境、生物演化的关键时期,发育广泛的富有机质沉积,并成为南方重要的烃源岩层位。为了解该时期的富有机质堆积机理,我们选择了鄂西台内盆地晚二叠世大隆组富有机质硅质岩(TOC平均值为5.8%,峰值为18%)作为研究对象。硅质岩中常量元素Al/Fe均值为0.79,Mn/Ti均值为0.21,显示为大陆边缘环境下的生物成因,即非热水成因。∑REE值与Al2O3含量有着良好的正相关关系,表明当时陆源物质的输入对硅质岩的形成有很大影响。微量元素U/Th、V/(V+Ni)均说明硅质岩沉积环境为缺氧水体环境。通过对草莓状黄铁矿粒径的统计表明,大多数(64%～89%)的草莓状黄铁矿粒径小于5μm,反映缺氧甚至硫化的环境。而且,U、V、Mo的富集以及Ni、Cu元素的亏损说明水体的缺氧主要是由于海水分层,水体循环受阻造成的。TOC与氧化还原参数的变化步调基本一致,两者有着较好的正相关关系,而与生产力指标Ba/Al相关性很差,说明有机质富集主要是由水体的缺氧而不是初级生产力控制的。

二叠纪末期海洋缺氧:来自黄铁矿形态的证据

晚二叠世是古生代环境和生物演化的重要时期,也是重要的"冰室气候"时期,但其中仍然含有大量的富有机质沉积,并发育成为我国南方扬子板块重要的烃源岩层位。为恢复这一时期古海洋氧化还原状态,我们对湖北恩施赵家坝剖面大隆组硅质岩和四川广元上寺长江沟剖面大隆组碳酸盐岩中草莓状黄铁矿的粒径大小和分布进行了测量、统计和研究。统计结果显示,这些硅质岩和灰岩样品中的草莓状黄铁矿基本为原生,少见自行晶和后期充填,具有如下特点:单体粒径普遍偏小,变化范围相当狭窄,大多数草莓状黄铁矿粒径小于5μm,80%以上的粒径小于7.7μm。这些粒径特征和分布特点表明,我国南方记录的晚二叠世大隆组烃源岩沉积于台内盆地极度缺氧(甚至硫化)的海洋环境,有利于有机质的保存。另外,该时期的极度缺氧为晚二叠世—早三叠世之交的大规模生物灭绝拉开了序幕。

扬子地区古生代主要烃源岩有机质富集的环境动力学机制与差异

在扬子地块古生界发育了3套区域性的优质烃源岩,即:下寒武统、上奥陶统—下志留统、二叠系(中、上二叠统)。下寒武统烃源岩主要由硅质岩(留茶坡组)和上部的硅质泥岩、碳质泥岩(或石煤)(牛蹄塘组)组成。早寒武世在台—盆转换带(或台地边缘)广泛发育的海底热液活动,喷流出大量的富硅流体,使大量硅岩得以在台缘外侧——盆地区沉淀;同时,热液活动会释放出大量富H_2S、CO_2和金属元素的缺氧流体到海洋和大气中,使大气CO_2浓度和海平面大幅上升,深部富营养海水随上升洋流被携带至浅海,使生物产率增加、海洋缺氧进一步恶化,促使大量有机质得以埋藏和保存。上奥陶统—下志留统烃源岩主要由五峰组和龙马溪组黑色页岩夹硅质页岩组成,形成于奥陶纪—志留纪转折期的高海平面期,气候温暖;扬子与华夏陆块的加速拼接使得东南侧陆域扩大,在扬子地块内部形成了隆—凹相间的陆表海环境(或陆棚),水体循环受阻,从而强化了海水分层;而温暖的气候条件使化学风化作用增强,陆源营养输入量增加,并引起生物产率增加,但过量的陆源物质输入会造成有机质的稀释。这些因素造成了该时期有机质的富集和保存。中二叠统烃源岩主要发育于栖霞组(特别是下部),形成于碳酸盐台地内部凹陷(或盆地)。有机质的丰度随着地层旋回性变化而相应变化,所以海平面波动所诱导的生物产率变化是造成有机质富集的最主要控制因素,而不同级次海平面上升(海侵)叠加期是最有利的有机质富集期。上二叠统烃源岩主要赋存于大隆组(或相当地层),也形成于碳酸盐台内凹陷(或盆地)。此期有机质的富集与极度缺氧(甚至硫化)海水有关。

重晶石沉积类型及成因评述——兼论扬子地区下寒武统重晶石的富集机制

重晶石沉积类型丰富,具有多种成因过程。通常,沉积型重晶石可分为生物、热液、成岩和冷泉重晶石四种类型。富钡与富硫酸盐的流体(海水、早成岩孔隙水或热液流体)及其相互作用过程(水柱、热液系统、沉积柱、沉积物—水界面附近)决定了重晶石的沉积环境、宏微观产出方式、同位素组成及相应的地质意义。另外,根据扬子地区下寒武统富重晶石沉积的地质特征,简述了其各种富集机制的适用性及争论。据此建议,结合埃迪卡拉纪—寒武纪转折时期的古海洋背景,对其进行详细的沉积学及地球化学分析,有助于深化成因认识,弥合分歧。

鄂西地区中二叠统栖霞组下部烃源岩形成机理

中二叠统栖霞组下部烃源岩广泛发育于扬子地台台内盆地和台地边缘。多种古环境参数V/(V+Ni)、V/Cr、Cu、Ni、Zn、Hf、Nb、自生U含量和烃类百分含量的研究表明,栖霞组烃源岩周期性变化的有机质埋藏量主要受控于海洋表层初级生产力,而生产力的变化受气候引起的海平面变化的影响。海平面的上升带来丰富的营养物质,提高海洋初级生产力,导致大量有机质在海底堆积。细菌分解有机质对氧的消耗以及盆地水体循环的减弱促使底水贫氧。海平面变化是栖霞组有机质富集的最终因素。

湘西地区前寒武纪-寒武纪转折期碳酸盐-硅泥质沉积体系的截然转换：地层-沉积样式，形成机理及意义

前寒武纪—寒武纪转折期是地球历史演化的重要阶段之一,不仅纪录了后生动物的产生、灭绝以及加速分异的过程,同时也伴随着海洋地球化学明显的变化、长期全球性海洋缺氧等。为了更好地认识这一重要时期地球表层环境演变及动力机制,我们对湘西地区台地—盆地转换带不同沉积类型及空间变化进行了重点解剖,发现寒武纪最早期该地区在台—盆转换带上,碳酸盐岩与硅质岩地层呈现一种截然接触,显示硅岩的形成受张性同生断层控制;该带内硅质岩成分、结构独特,主要有富管、孔丘状硅质岩、漏斗状/楔状硅质岩和脉状硅质岩体,为深部富硅热液流体沿(同生)断裂向上运移到海底喷流后沉淀(硅烟囱)而形成的一套硅质沉积。此带向盆地方向,主要发育层状硅质岩,反映热液活动衰减而海水影响增强。考虑到扬子北缘及南缘台—盆转换带的硅质岩广泛分布,因此,热液活动很有可能沿着台地边缘发育,规模巨大。在这种情况下,大量热液来源的富金属和非金属元素的还原性流体和温室气体进入海洋或大气,加速气候变暖以及海洋缺氧和富营养化。热液活动后期,由于地壳热力衰减、盆地沉降导致大规模海平面上升,深部富营养盐随上升洋流被输送至浅部,促使生物产率得到极大地提高,进而形成牛蹄塘组富有机质黑色岩系沉积。

湖南省西部桑植地区栖霞期相对海平面变化

在全球范围内,中国南方发育的中二叠统地层最为完整,该台地浅海环境的碳酸盐岩地层对于全球海平面变化曲线的重构尤为重要。湖南省西部桑植地区二叠系栖霞组碳酸盐岩地层中地层旋回发育,是层序地层分析和相对海平面变化分析的理想地层。本文通过地层的旋回性分析,将栖霞组和茅口组下部地层划分出三个三级层序S1、S2和S3。在此基础上,结合岩相和相对水深分析结果,重构出桑植地区栖霞期至茅口早期相对海平面变化曲线。该三级海平面变化旋回叠加四级海平面波动,与全球三级绝对海平面变化旋回有着良好吻合性,说明该区栖霞期相对海平面变化与全球绝对海平面变化有关,主要受晚古生代冰期-间冰期旋回的影响,反映二叠纪冈瓦纳大陆百万年级别的气候变化。

海平面变化在湖南西部桑植地区栖霞组富有机碳沉积物形成中的作用

湖南西部桑植地区中二叠统栖霞组地层旋回性明显,有机质也呈周期性变化.研究其有机质聚集堆积控制因素将有助于理解海平面变化在富有机碳沉积物形成过程中的作用.选择其中一个旋回作为研究目的层段,通过黄铁矿形态以及地球化学参数有机碳TOC、硫同位素、DOP以及微量元素的研究发现,初级生产力参数Ba、Ni、Cu和Zn的变化与TOC含量的变化一致,有机质聚集堆积主要受海洋表层初级生产力的控制,底部水体氧化还原条件与初级生产力有关.有机质的堆积最终归因于高频相对海平面变化,海平面快速上升带来丰富的营养物质,提高海洋表层生物生产力,海底有机质的分解消耗大量氧气,氧需求量的增加形成底部水体贫氧-厌氧环境.