李艷芳, 呂海剛, 張 瑜, 張小龍, 邵德勇, 閆建萍, 張同偉

(蘭州大學(xué) 地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院, 甘肅省西部礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅 蘭州 730000)

0 引 言

海盆的水體滯留程度會(huì)影響沉積環(huán)境和生物地球化學(xué)循環(huán), 是海洋體系的一個(gè)重要特征[1]。利用氧化還原敏感微量元素重建古海洋的氧化還原狀態(tài)時(shí),由于盆地滯留狀況會(huì)影響大洋對(duì)海盆的微量元素補(bǔ)給, 因此會(huì)影響沉積物中微量元素的富集, 從而影響微量元素指標(biāo)對(duì)古氧化還原條件的正確判斷[2–3]。障壁性盆地中水體滯留程度跟海平面升降有直接關(guān)系: 降低的海平面由于水深低于盆地邊緣障壁而增加其滯留程度, 相反升高的海平面則會(huì)減輕滯留程度。而海平面的升降會(huì)影響有機(jī)碳輸入量(初始生產(chǎn)率)和氧化還原條件[1], 同時(shí)滯留環(huán)境造成的水體缺氧也有利于有機(jī)質(zhì)的保存[4], 因此盆地中水體的滯留程度對(duì)沉積物中有機(jī)質(zhì)的富集和保存起重要的作用[5]。

微量元素U和Mo由于具有以下獨(dú)特的地球化學(xué)性質(zhì), 而被許多學(xué)者用來研究現(xiàn)代和古代海水的滯留狀況。U和Mo在上地殼中含量都較低(U平均2.7 μg/g, Mo 為 3.7 μg/g)[6], 主要通過河流輸入到海洋中[2], 兩者在海洋浮游生物中含量很低, 因此它們?cè)诔练e物中的富集一般來源于海水; 由于兩者在海水中都有較長(zhǎng)的滯留時(shí)間(U為45萬年, Mo為78萬年), 造成U和Mo在全球海水中具有相同的濃度;在含氧水體中, U和Mo都以高價(jià)位(+6價(jià))的穩(wěn)定狀態(tài)存在, 不易進(jìn)入沉積物, 而在缺氧的環(huán)境下, 兩者被還原為低價(jià)位(+4價(jià)), 易沉淀并在沉積物富集[2,7]。盡管U和Mo的性質(zhì)有諸多相似之處, 但在缺氧環(huán)境中它們的地球化學(xué)行為存在較大差異: (1) 沉積物對(duì)U的攝取在Fe(Ⅲ )-Fe(Ⅱ )氧化還原反應(yīng)界限處開始[8–9], 而對(duì) Mo 的攝取需要 H2S 的存在[10–11]。這樣U在較淺的水體深度和較弱的還原環(huán)境下就開始富集, 即沉積物對(duì)U的攝取早于對(duì)Mo的攝取[7]。(2) 錳、鐵氫氧化物作為載體可以吸附海水中的Mo而加強(qiáng)其進(jìn)入沉積物中的速度, 而 U卻不受這一過程影響[7]?；赨和Mo獨(dú)特的地球化學(xué)性質(zhì)和近年來對(duì)現(xiàn)代厭氧海相盆地的研究, 特別是對(duì)障壁性厭氧盆地的研究, 諸多研究者提出了用沉積物中 Mo/TOC比值和U-Mo協(xié)變模式來判識(shí)水體的滯留程度[2,7,12–14]。

四川盆地上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組廣泛發(fā)育優(yōu)質(zhì)黑色頁巖, 是最具頁巖氣開發(fā)潛力的海相烴源巖之一[15–18]。對(duì)四川盆地五峰組和龍馬溪組沉積時(shí)期水體滯留狀況與有機(jī)質(zhì)富集的認(rèn)識(shí)主要存在以下兩種觀點(diǎn): (1) 將五峰組和龍馬溪組視為同一套黑色-暗色巖系, 并將其有機(jī)質(zhì)的富集籠統(tǒng)地歸之于古隆起包圍的盆地滯留引起的缺氧環(huán)境; (2) 認(rèn)識(shí)到龍馬溪組與五峰組優(yōu)質(zhì)烴源巖形成的主控因素的古海洋環(huán)境不同, 且認(rèn)為由于龍馬溪組沉積時(shí)期為隆起形成的高峰期, 造成龍馬溪組沉積時(shí)期盆地的滯留程度比五峰組沉積時(shí)期更加強(qiáng)烈[19–20]。本研究擬運(yùn)用Mo/TOC和U-Mo協(xié)變模式, 為四川盆地五峰組和龍馬溪組沉積時(shí)期海盆水體的滯留程度研究提供較可信的地球化學(xué)證據(jù), 并探討有機(jī)質(zhì)的富集與盆地滯留的關(guān)系, 以期為奧陶紀(jì)—志留紀(jì)優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成機(jī)制提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

四川盆地位于上揚(yáng)子地臺(tái)西部, 為揚(yáng)子前陸盆地之隆后盆地的一部分[21–23]。晚奧陶世—早志留世,伴隨著華夏板塊向揚(yáng)子板塊擠壓作用的增強(qiáng), 揚(yáng)子周緣的古陸開始上升, 形成眾多隆起, 特別是雪峰隆起、黔中隆起和川中隆起出露在海平面之上, 使中奧陶世具有廣泛特征的海域演變?yōu)榫窒藓Ｓ? 形成了大面積低能、欠補(bǔ)償、缺氧的沉積環(huán)境[20,24]。

研究區(qū)長(zhǎng)寧縣雙河鎮(zhèn)剖面位于四川盆地川南褶皺區(qū)南緣, 區(qū)內(nèi)五峰組—龍馬溪組頁巖露頭發(fā)育良好, 從底部向上依次發(fā)育上奧陶統(tǒng)澗草溝組、五峰組和下志留統(tǒng)龍馬溪組。澗草溝組是一套含鈣質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖和含鐵質(zhì)黏土巖。五峰組由筆石頁巖段和暗色泥灰質(zhì)殼相-混合相沉積“觀音橋段”組成。下段(筆石頁巖段)主要為黑色硅質(zhì)頁巖, 筆石含量豐富;上段(觀音橋段)主要為灰黑色泥灰?guī)r, 發(fā)育腕足類化石Hirnantia生物群。該剖面龍馬溪組厚度大, 按巖性特征也分為上下兩段: 下段以黑色筆石頁巖為主, 夾少量粉砂質(zhì)泥巖或薄層粉砂巖, 微細(xì)層理發(fā)育, 富含黃鐵礦星點(diǎn)、團(tuán)塊或結(jié)核; 上段為粉砂質(zhì)頁巖和泥質(zhì)粉砂巖互層, 產(chǎn)豐富的筆石。

2 分析方法

樣品采自長(zhǎng)寧縣雙河鎮(zhèn)剖面的五峰組和龍馬溪組下段(28°23′53.3″N、104°52′32.4″E)。本研究依據(jù)前期關(guān)于有機(jī)質(zhì)特征和沉積環(huán)境的研究結(jié)果[25], 選取了其中具有代表性的樣品24個(gè), 其中五峰組6個(gè), 龍馬溪組18個(gè)。TOC含量在垂向上的變化和詳細(xì)的長(zhǎng)寧剖面地質(zhì)特征、分層見張小龍等[25]。經(jīng)去離子水多次超聲波洗凈的樣品烘干后, 用瑪瑙研缽人工磨碎至80目和＜ 200目。80目的樣品用于總有機(jī)碳(TOC)分析, 在中國(guó)科學(xué)院蘭州地質(zhì)研究所用 CS-344碳硫分析儀測(cè)試。＜ 200目的樣品用于微量元素分析, 在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。微量元素U和Mo用酸溶法溶解樣品。將烘干恒重的樣品粉末放入700 ℃的高溫爐中煅燒3 h去除有機(jī)質(zhì)。稱0.37～0.45 mg燒失后的樣品放入洗凈的聚四氟乙烯密閉溶樣瓶(bomb)中, 滴入 HNO3、HF和HClO4溶解樣品。溶解稀釋后的樣品在 PE Elan6000型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)上進(jìn)行測(cè)試分析。

為了準(zhǔn)確評(píng)估U和Mo元素相對(duì)于平均海相頁巖的富集程度, 運(yùn)用了富集系數(shù)(EF元素)這一概念[26]。某一元素的富集系數(shù)(EF元素)利用公式(1)進(jìn)行計(jì)算。

式中: 元素和Al代表了樣品中某一元素和Al的含量。樣品用PAAS(后太古宙澳大利亞頁巖)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化[10]。Al標(biāo)準(zhǔn)化通常用來減少碳酸鹽等對(duì)沉積物不同稀釋程度的影響。如果EF元素＞ 1則表示該元素相對(duì)于平均海相頁巖富集, 反之則虧損。

3 結(jié)果和討論

五峰組—龍馬溪組頁巖有機(jī)碳、U和Mo元素含量數(shù)據(jù)及相關(guān)地球化學(xué)參數(shù)見表1。

3.1 U和Mo含量在五峰組、龍馬溪組垂向上的變化

五峰組U和Mo含量變化范圍分別為3.27～13.89 μg/g和1.68～36.14 μg/g, Mo和U富集程度較低, 富集系數(shù)小于 100, Mo/U 比值為 0.86～7.79, 小于正常海水值(7.9)。龍馬溪組U和Mo含量分別為5.81～36.43 μg/g和 6.71～124.30 μg/g, 其中剖面下部 TOC ＞ 2%的層段U和Mo明顯富集, 富集系數(shù)大于100, Mo/U比值為5.71～10.69, 接近于正常海水值。剖面中上部 TOC ＜2%的龍馬溪組層段, U和Mo含量較低, 富集系數(shù)小于100, Mo/U比值也較低, 為2.40～4.43, 是正常海水的0.3倍(表1)。圖1為長(zhǎng)寧剖面TOC、U和Mo含量等在垂向上的變化特征。由圖可見, U、Mo與TOC之間存在強(qiáng)烈的正相關(guān)關(guān)系, 變化趨勢(shì)一致。在五峰組和龍馬溪組底部共20 m厚的層段有機(jī)碳含量較高, 大于2%, 向上有機(jī)碳含量降低, 普遍小于2%, 并基本保持穩(wěn)定。

3.2 頁巖Mo/TOC比值對(duì)盆地水體滯留程度的指示

在含氧的水體中, Mo以穩(wěn)定的、不活潑的鉬氧離子形式存在[27], 只有當(dāng)(+6)被還原為+4價(jià)時(shí), 才能進(jìn)入沉積物, 因此, 在含氧環(huán)境下, 沉積物中Mo的富集受到限制[10]。而在厭氧-硫化環(huán)境中,H2S的出現(xiàn)能促進(jìn)鉬氧離子()轉(zhuǎn)變成硫代硫酸根離子() (x= 0～3)[10–11], 隨后作為活性粒子很容易吸附到有機(jī)質(zhì)、Mn和Fe的氫氧化物中而沉淀下來, 使沉積物中的Mo富集[11,28]。因此,Mo在厭氧環(huán)境中相對(duì)于貧氧、低氧環(huán)境更加富集, 但沉積物中的Mo含量不僅僅由氧化還原條件這單一因素控制, 尤其是在厭氧環(huán)境中, 氧化還原條件對(duì) Mo元素富集的影響很小, 沉積物中 Mo元素含量主要取決于有機(jī)碳含量和海水中 Mo的濃度, 并且三者之間存在如下關(guān)系[1]:

表1 四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖TOC、U和Mo分析結(jié)果及計(jì)算結(jié)果Table 1 Analytical and caculated results of TOC, U and Mo of Wufeng—Longmaxi Formation shale from Sichuan Basin

圖1 四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖TOC、U和Mo在垂向上的變化Fig.1 Vertical variation characteristic of TOC, U and Mo of Wufeng—Longmaxi Formation shale from Sichuan Basin

式中: TOC代表總有機(jī)碳含量(%), 下標(biāo)s和aq分別表示沉積物和海水。

從公式(2)可以看出, 沉積物中Mo/TOC比值與海水中Mo元素的濃度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在厭氧環(huán)境中, 水體的還原性強(qiáng), 有利于有機(jī)質(zhì)的保存和硫酸鹽還原產(chǎn)物硫化氫的形成, 促使 Mo元素在沉積物中富集而在海水中則相對(duì)虧損。所以, 若為滯留的厭氧海盆, 海水流通性差, Mo元素的補(bǔ)給緩慢, 使Mo進(jìn)入沉積物的速率大于外界對(duì)海水的補(bǔ)給速率, 造成海水中的Mo濃度較低, 則沉積物的Mo/TOC比值也會(huì)很低(如黑海)。相反, 在相對(duì)開放、水體交換比較強(qiáng)烈的厭氧盆地中, 由于 Mo元素不斷得到補(bǔ)充, 海水中的 Mo濃度較高, Mo/TOC比值也較高(如 Saanish Inlet)。故Mo/TOC比值可用來評(píng)估厭氧海盆的水體滯留情況[5,12,29]。

五峰組頁巖形成于貧氧-厭氧環(huán)境[25], 整體表現(xiàn)為TOC含量較高, 但Mo含量較低, Mo/TOC比值在0.76～15.44之間變化, 平均值為 4.7。除一個(gè)樣品的Mo/TOC含量較高外, 其余都與黑海相近(均值 4.5),甚至有幾個(gè)樣品比黑海還低, 這與形成于強(qiáng)滯留環(huán)境的Fort Worth盆地Barnett組頁巖的比值接近[5], 因此推測(cè)五峰組沉積時(shí)期四川盆地為強(qiáng)滯留海盆(圖2)。龍馬溪組TOC ＜ 2%的樣品, 其Mo/TOC比值較低, 為4.80～7.46, 平均為6.2, 這些樣品形成于含氧度較高的環(huán)境[25], Mo的富集主要受控于氧化還原條件, 因此不能用來判別滯留程度[1,8]。龍馬溪組TOC ＞ 2%的樣品,形成于厭氧環(huán)境[25], 其Mo/TOC比值在10.79～17.43之間,平均為15, 與屬于半滯留環(huán)境的Central Appalachian盆地Ohio頁巖的比值(Mo/TOC為12～18)[15]接近, 因此推斷龍馬溪組沉積時(shí)期四川盆地屬于半滯留海盆(圖2)。

3.3 U-Mo協(xié)變模式對(duì)水體滯留程度的判識(shí)

Mo/TOC比值可用來判別厭氧海盆的滯留程度,而近來的研究表明, U-Mo協(xié)變模式能同時(shí)判識(shí)海盆的水體滯留情況和氧化還原條件。Tribovillardet al.[2]通過對(duì)現(xiàn)代海盆的研究區(qū)分了非滯留、弱滯留和強(qiáng)滯留3種海洋環(huán)境下的U-Mo協(xié)變模式(圖3)。氧化還原條件、錳鐵顆粒載體的搬運(yùn)和盆地滯留共同控制了U和Mo元素的富集, 在不同類型的盆地中表現(xiàn)出截然不同的變化趨勢(shì)。以東太平洋為代表的非滯留環(huán)境中,貧氧條件下由于 U富集開始于 Fe(Ⅲ )-Fe(Ⅱ )氧化還原反應(yīng)界限, 早于Mo的富集, 使Mo/U比值為正常海水的0.1～0.3倍。隨著水體還原程度的增強(qiáng), Mo在沉積物中的富集速率超過 U, 使沉積物中的 Mo/U比值增大為正常海水的1～3倍; 以Caricao Basin為代表的弱滯留環(huán)境中, 由于金屬氫氧化物顆粒作為載體能加強(qiáng)水中的Mo進(jìn)入沉積物中的速率, Mo/U比值通常是海水的3～10倍; 以黑海為代表的強(qiáng)滯留環(huán)境中, Mo/U比值很低, 一般小于1倍海水值, 且Mo/U比值在厭氧環(huán)境中會(huì)隨著富集系數(shù)的增加表現(xiàn)出降低的趨勢(shì), 這是由于強(qiáng)烈的盆地滯留限制了 U和 Mo的重新補(bǔ)給,而沉積物對(duì)Mo的吸收速率大于U, 導(dǎo)致海水中的Mo比U更加虧損。本文將應(yīng)用該模式來分析四川盆地龍馬溪組和五峰組沉積時(shí)期古海盆的水體滯留情況。

由圖3可以看出, 對(duì)于龍馬溪組TOC ＜ 2%的樣品, Mo和U富集系數(shù)低, Mo/U比值也低, 僅為正常海水的0.3倍, 集中在貧氧-厭氧環(huán)境區(qū)域。隨著TOC含量的增大, 水體還原程度變強(qiáng), Mo和U富集系數(shù)都增大, Mo元素富集較U快, 造成Mo/U比值從貧氧-厭氧環(huán)境中的0.3 × SW變?yōu)榻咏? × SW。上述這些變化特征與現(xiàn)代海洋非滯留海盆的貧氧-厭氧環(huán)境基本一致。而對(duì)于TOC ＞ 2%的樣品, Mo/U比值只是正常海水的1倍左右, 且隨著富集系數(shù)的增加, Mo/U值基本保持恒定, 這與開放海盆的 Mo/U比值持續(xù)增加不同, 從而偏離了非滯留海洋范圍(圖3)。龍馬溪組頁巖中Mo/U比值僅為海水的0.3～1倍, 遠(yuǎn)低于Mo受到錳、鐵顆粒載體吸附作用影響的比值(Mo/U比值3～10倍)。在較高的富集系數(shù)時(shí)未表現(xiàn)出隨著富集系數(shù)的增加Mo/U比值降低的趨勢(shì), 表明不屬于強(qiáng)滯留海盆模式。

盡管龍馬溪組頁巖的這種U-Mo模式?jīng)]有與之相對(duì)應(yīng)的現(xiàn)代海盆模型, 但與 Algeo[7]提到的北美Oklahoma盆地Wooford組頁巖的U-Mo變化模式類似(圖 3)。這種變化模式的特征是從貧氧到厭氧環(huán)境,Mo/U比值從0.3 × SW變化到1 × SW, 但在靜海相環(huán)境下, 隨著還原性的增強(qiáng), 富集系數(shù)增加, Mo/U比值卻穩(wěn)定在1 × SW左右, 不會(huì)隨著富集系數(shù)的增加而表現(xiàn)出增加或降低的趨勢(shì)。龍馬溪組頁巖表現(xiàn)出這種U-Mo協(xié)變模式可能的解釋是: 龍馬溪組沉積時(shí)期四川盆地屬于一個(gè)半滯留海盆, 這會(huì)造成海水中的 Mo濃度較低, 限制了 Mo/U比值像非滯留海盆那樣持續(xù)增加, 而不完全隔離的海盆又使海水能得到一定的U、Mo補(bǔ)給, 又不像強(qiáng)制留環(huán)境那樣海水中的Mo轉(zhuǎn)入沉積物后, 得不到補(bǔ)充使Mo/U比值降低。Algeoet al.[30–31]也提出這種U-Mo變化模式一般出現(xiàn)在中等滯留環(huán)境下(半滯留)。因此推斷龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖形成于半滯留海盆, 這與Mo/TOC比值得出的結(jié)論相吻合。

圖2 四川盆地Mo/TOC關(guān)系與現(xiàn)代厭氧海盆的對(duì)比圖Fig.2 Comparison of Mo-TOC relationship for Sichuan Basin and those for modern anoxic basins實(shí)線是龍馬溪組TOC ＞ 2%樣品的線性回歸線, 點(diǎn)線代表4個(gè)現(xiàn)代海盆的Mo/TOC比值, 來源于文獻(xiàn)[5] (據(jù)文獻(xiàn)[2]和[5]修改)。The solid line represents the Mo-TOC regression for Longmaxi Formation shale and the dash line represents the Mo-TOC regression of four modern basins.

圖3 四川盆地f(Mo)和 f(U)協(xié)變圖Fig.3 f(Mo) versus f(U) covariation for Wufeng-Longmaxi Formation shales in Sichuan Basin實(shí)線代表海水中的Mo/U摩爾濃度比值(SW = 7.9)。3條虛線分別代表Mo/U比值是海水的0.1倍、0.3倍和3倍。灰色區(qū)域代表正常開放海洋環(huán)境中U-Mo協(xié)變模式。綠色區(qū)域代表在金屬顆粒載體的作用下的U-Mo協(xié)變模式。WF代表五峰組頁巖、LMX TOC ＜ 2%和LMX TOC ＞ 2%分別代表龍馬溪組TOC小于2%和大于2%的樣品。北美盆地Woodford數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[7] (據(jù)文獻(xiàn)[2]和[7]修改)。The solid line represents the Mo/U ratios of sea water. The dash lines represent multiples (0.3×, 1×, and 3×) of the Mo/U ratio of present-day seawater.The gray field represents the “unrestricted marine” (UM) trend whereas the green field represents the “particulate shuttle” (PS) trend. WF represents the Wufeng Formation shale. LMX TOC＜2% and LMX TOC＞2% represent the Longmaxi Formation shale of TOC＜2% and TOC＞2%, respectively.

五峰組U-Mo協(xié)變模式明顯不同于龍馬溪組。在貧氧-缺氧條件下, U和Mo富集系數(shù)都很低, Mo/U比值也較低, 為0.1 × SW, 低于非滯留海盆中貧氧-缺氧環(huán)境中的Mo/U比值(0.3 × SW)。隨著還原程度的增加,U和Mo富集系數(shù)增大, 五峰組頁巖的Mo/U比值從0.1 × SW變化到接近于1 × SW。在缺氧-靜海相環(huán)境中樣品未表現(xiàn)出隨著富集系數(shù)增大Mo/U比值隨之增大的趨勢(shì), 且Mo/U比值低于正常開放海洋環(huán)境中海水的比值, 這種特征與黑海這樣的強(qiáng)滯留環(huán)境的U-Mo變化模式相似(圖3)。結(jié)合前文討論的Mo/TOC比值, 認(rèn)為五峰組沉積時(shí)期四川盆地屬于強(qiáng)滯留海盆。

近幾年, 眾多學(xué)者認(rèn)識(shí)到龍馬溪組和五峰組沉積時(shí)期揚(yáng)子海的古地理和古海洋條件存在重大差異[10,28]。五峰組沉積時(shí)期由于岡瓦納大陸冰川的形成導(dǎo)致全球海平面大幅度下降[19], 同時(shí)因構(gòu)造擠壓, 揚(yáng)子海盆開始收縮[20,32], 則水體相對(duì)會(huì)變淺, 而較淺的水體會(huì)在障壁性的盆地中被隆起分割, 阻礙與大洋水體的交換,導(dǎo)致五峰組滯留程度較強(qiáng)。進(jìn)入志留紀(jì), 古氣候迅速轉(zhuǎn)暖而冰蓋快速消融, 消融的冰水入海造成海水體積大幅度增加, 發(fā)展大規(guī)模的海侵。這次海侵階段與全球性志留紀(jì)初的海侵界限一致[6,19,24,32]。海平面的上升,造成海盆在區(qū)域上擴(kuò)大, 海水漫過障壁, 致使海盆與大洋的流通性增強(qiáng), 海盆的滯留程度相對(duì)減弱, 成為半滯留海盆。

3.4 五峰組和龍馬溪組滯留程度的差異對(duì)有機(jī)質(zhì)富集的意義

Mo/TOC和U-Mo協(xié)變模式表明五峰組和龍馬溪時(shí)期四川盆地水體的滯留程度不同, 五峰組沉積時(shí)期接近于黑海這種強(qiáng)滯留的海盆, 而龍馬溪組沉積時(shí)期屬于半滯留海盆。這反映了龍馬溪組和五峰組沉積時(shí)期的古海洋環(huán)境不同, 則控制龍馬溪組和五峰組頁巖有機(jī)質(zhì)富集的因素也就不相同。五峰組沉積時(shí)期盡管處于海退時(shí)期[19], 水體較淺, 但強(qiáng)烈的滯留環(huán)境會(huì)使水體交換速率緩慢, 還原性增強(qiáng), 導(dǎo)致五峰組沉積時(shí)期局部地區(qū)形成了有利于有機(jī)質(zhì)保存的缺氧環(huán)境。而龍馬溪組處于海侵期, 海平面的快速上升一方面會(huì)導(dǎo)致海水漫過障壁, 與大洋的連通性較好, 造成滯留程度減弱,成為半滯留海盆。另一方面又會(huì)造成水體缺氧從而有利于有機(jī)質(zhì)保存。因此認(rèn)為龍馬溪組沉積時(shí)期海平面上升造成的缺氧環(huán)境對(duì)四川盆地半滯留海盆有機(jī)質(zhì)的富集起到了重要的控制作用, 而五峰組沉積時(shí)期則是水體滯留造成的海底缺氧使有機(jī)質(zhì)得到了較好的保存。

4 結(jié) 論

Mo-TOC和U-Mo協(xié)變模式共同說明五峰組沉積時(shí)期四川盆地水體的滯留程度比龍馬溪組沉積時(shí)期強(qiáng)烈, 屬于強(qiáng)滯留海盆。而在龍馬溪組沉積時(shí)期盡管發(fā)育眾多古隆起, 但揚(yáng)子海盆仍與大洋溝通較好, 屬于半滯留海盆。強(qiáng)烈的海盆滯留導(dǎo)致的水體交換速度緩慢形成了五峰組沉積時(shí)期有利于有機(jī)質(zhì)保存的厭氧環(huán)境, 而龍馬溪組沉積時(shí)期海平面上升造成的缺氧控制了半滯留海盆有機(jī)質(zhì)的富集。該研究為四川盆地在五峰組和龍馬溪組沉積時(shí)期的盆地滯留狀況的判識(shí)提供了微量元素地球化學(xué)證據(jù)及新的研究思路。

中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司蜀南氣礦副礦長(zhǎng)、總地質(zhì)師呂宗剛高級(jí)工程師和中國(guó)石油西南油氣田公司天然氣研究院王蘭生教授在野外露頭剖面的選擇上提供了建設(shè)性的意見; 楊西南老師準(zhǔn)確的野外向?qū)? 保證了我們露頭樣品高質(zhì)量采集和到位, 在此深表感謝。

:

[1] Algeo T J, Rowe H. Paleoceanographic applications of trace-metal concentration data [J]. Chem Geol, 2012, 324/325:6–18.

[2] Tribovillard N, Algeo T J, Baudin F, Riboulleau A. Analysis of marine environmental condition based on molybdenum-uranium covariation-applications to Mesozoic paleoceanography [J]. Chem Geol, 2012, 324/325: 46–58.

[3] 常華進(jìn), 儲(chǔ)雪蕾, 馮連君, 黃晶, 張啟銳. 氧化還原敏感微量元素對(duì)古海洋沉積環(huán)境的指示意義[J]. 地質(zhì)評(píng)論, 2009,55(1): 92–97.Chang Hua-jin, Chu Xue-lei, Feng Lian-jun, Huang Jing,Zhang Qi-rui. Redox sensitive trace elements as paleoenvironments proxies [J]. Geol Rev, 2009, 55(1): 92–97 (in Chinese with English abstract).

[4] Demaison G J, Moore G T. Anoxic environments and oil source bed genesis [J]. AAPG Bull, 1980, 64(8): 1179–1209.

[5] Rowe H D, Loucks R G, Ruppel S C, Rimmer S M. Mississippian Barnett Formation, Fort Worth Basin, Texas: Bulk geochemical inferences and Mo-TOC constraints on the severity of hydrographic restriction [J]. Chem Geol, 2008,257(1/2): 16–25.

[6] Taylor S R, McLennan S M. The Continental Crust: Its Composition and Evolution [M]. Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1985: 12–13.

[7] Algeo T J, Tribovillard N. Environmental analysis of paleoceanographic systems based on molybdenum-uranium covariation [J]. Chem Geol, 2009, 268(3/4): 211–225.

[8] Zheng Y, Anderson R F, Van Geen A, Fleisher M Q. Preservation of nonlithogenic particulate uranium in marine sediments[J]. Geochim Cosmochim Acta, 2002, 66(17): 3085–3092.

[9] Zheng Y, Anderson R F, Van Geen A, Fleisher M Q. Remobilization of authigenic uranium in marine sediments by bioturbation[J]. Geochim Cosmochim Acta, 2002, 66(10):1759–1772.

[10] Zheng Y, Anderson R F, Van Geen A, Kuwabara J. Authigenic molybdenum formation in marine sediments: a link to pore water sulfide in the Santa Barbara Basin [J]. Geochim Cosmochim Acta, 2000, 64(24): 4165–4178.

[11] Helz G R, Miller C V, Charnock J M, Mosselmans J F W, Pattrick R A D, Garner C D, Vaughan D J. Mechanisms of molybdenum removal from the sea and its concentration in black shales: EXAFS evidences [J]. Geochim Cosmochim Acta,1996, 60(19): 3631–3641.

[12] Algeo T J, Lyons T W. Mo-total organic carbon covariation in modern anoxic marine environments: Implications for analysis of paleoredox and paleohydrographic conditions [J]. Paleoceanography, 2006, 21(1): PA1016, doi: 10. 1029/2004PA001112.

[13] Algeo T J, Lyons T W, Blakey R C, Jeffrey D O. Hydrographic conditions of the Devono-Carboniferous North American Seaway inferred from sedimentary Mo-TOC relationships [J]. Palaeogeogr Palaeoclimatol Palaeoecol, 2007,256(3/4): 204–230.

[14] Algeo T J, Maynard J B. Trace metal covariation as a guide to water-mass conditions in ancient anoxic marine environments[J]. Geosphere, 2008, 4(5): 872–887.

[15] 董大忠, 程克明, 王玉滿, 李新景, 王社教, 黃金亮. 中國(guó)上揚(yáng)子區(qū)下古生界頁巖氣形成條件及特征[J]. 石油與天然氣地質(zhì), 2010, 31(3): 288–300.Dong Da-zhong, Cheng Ke-ming, Wang Yu-man, Li Xin-jing,Wang She-jiao, Huang Jin-liang. Forming conditions sand characteristics of shale gas in the Lower Paleozoic of the Upper Yangtze region, China [J]. Oil Gas Geol, 2010, 31(3):288–300 (in Chinese with English abstract).

[16] 王蘭生, 鄒春艷, 鄭平, 陳盛吉, 張琦, 許斌, 李紅衛(wèi). 四川盆地下古生界存在頁巖氣的地球化學(xué)依據(jù)[J]. 天然氣工業(yè), 2009, 29(5): 59–62.Wang Lan-sheng, Zou Chun-yan, Zheng Ping, Chen Sheng-ji,Zhang Qi, Xu Bin, Li Hong-wei. Geochemical evidence of shale gas existed in the Lower Paleozoie Sichuan basin [J]. Nat Gas Ind, 2009, 29(5): 59–62 (in Chinese with English abstract).

[17] 馬文辛, 劉樹根, 黃文明, 張長(zhǎng)俊, 曾祥亮, 王佳. 四川盆地東南緣下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖基本特征[J]. 地質(zhì)科學(xué),2012, 47(2): 406–421.Ma Wen-xin, Liu Shu-gen, Huang Wen-ming, Zhang Chang-jun, Zeng Xiang-liang, Wang Jia. Basic characteristics of Lower Silurian Longmaxi Formation in SE margin of Sichuan Basin [J]. Chin J Geol, 2012, 47(2): 406–421 (in Chinese with English abstract).

[18] 張春明, 張維生, 郭英海. 川東南—黔北地區(qū)龍馬溪組沉積環(huán)境及對(duì)烴源巖的影響[J]. 地學(xué)前緣, 2012, 19(1): 137–143.Zhang Chun-ming, Zhang Wei-sheng, Guo Ying-hai. Sedimentary environment and its effect on hydrocarbon source rocks of Longmaxi Formation in Southeast Sichuan and northern Guizhou [J]. Earth Sci Front, 2012, 19(1): 137–143(in Chinese with English abstract).

[19] 李雙建, 肖開華, 沃玉進(jìn), 龍勝祥, 蔡立國(guó). 南方海相上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的控制因素[J]. 沉積學(xué)報(bào),2008, 26(5): 872–880.Li Shuang-jian, Xiao Kai-hua, Wo Yu-jin, Long Sheng-xiang,Cai Li-guo. Developmental controlling factors of Upper Ordovician–Lower Silurian high quality source rocks in marine sequence, South China [J]. Acta Sedimentol Sin, 2008, 26(5):872–880 (in Chinese with English abstract).

[20] 牟傳龍, 周懇懇, 梁薇, 葛祥英. 中上揚(yáng)子地區(qū)早古生代烴源巖沉積環(huán)境與油氣勘探[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 2011, 85(4): 526–532.Mou Chuan-long, Zhou Ken-ken, Liang Wei, Ge Xiang-ying.Early Paleozoic sedimentary environment of hydrocarbon source rocks in the Middle-Upper Yangtze Region and petroleum and gas exploration [J]. Acta Geol Sinica, 2011, 85(4):526–532 (in Chinese with English abstract).

[21] 郭英海, 李壯福, 李大華, 張?zhí)炷? 汪澤成, 余繼峰, 奚硯濤. 四川地區(qū)早志留世巖相古地理[J]. 古地理學(xué)報(bào), 2004, 6(1): 20–29.Guo Ying-hai, Li Zhuang-fu, Li Da-hua, Zhang Tian-mo,Wang Ze-cheng, Yu Ji-feng, Xi Yan-tao. Lithofacies palaeogeography of the early Silurian in Sichuan area [J]. J Palaeogeogr, 2004, 6(1): 20–29 (in Chinese with English abstract).

[22] 尹福光, 許效松, 萬方, 陳明. 華南地區(qū)加里東期前陸盆地演化過程中的沉積響應(yīng)[J]. 地球?qū)W報(bào), 2001, 22(5): 425–428.Yin Fu-guang, Xu Xiao-song, Wan Fang, Chen Ming. The sedimentary response to evolutionary process of Caledonian Foreland Basin in South China [J]. Acta Geosci Sin, 2001,22(5): 425–428 (in Chinese with English abstract).

[23] 萬方, 許效松. 川滇黔桂地區(qū)志留紀(jì)構(gòu)造巖相古地理[J].古地理學(xué)報(bào), 2003, 5(2): 180–186.Wan Fang, Xu Xiao-song. Tectonic- lithofacies paleogeography of the Silurian in Sichuan-Yuannan-Guizhou-Guangxi region [J]. J Palaeogeogr, 2003, 5(2): 180–186 (in Chinese with English abstract).

[24] 蘇文博, 李志明, Ettensohn F R, Johnson M E, Huff W D, 王巍, 馬超, 李錄, 張磊, 趙慧靜. 華南五峰組—龍馬溪組黑色巖系時(shí)空展布的主控因素及其啟示[J]. 地球科學(xué), 2007,32(6): 819–827.Su Wen-bo, Li Zhi-ming, Ettensohn F R, Johnson M E, Huff W D, Wang Wei, Ma Chao, Li Lu, Zhang Lei, Zhao Hui-jing.Distribution of black shale in the Wufeng–Longmaxi Formations (Ordovician–Silurian), South China: Major controlling factors and implications [J]. Earth Sci, 2007, 32(6): 819–827(in Chinese with English abstract).

[25] 張小龍, 李艷芳, 呂海剛, 閆建萍, 妥進(jìn)才, 張同偉. 四川盆地志留系龍馬溪組有機(jī)質(zhì)特征與沉積環(huán)境的關(guān)系[J]. 煤炭學(xué)報(bào), 2013, 38(5): 850–856.Zhang Xiao-long, Li Yan-fang, Lü Hai-gang, Yan Jian-ping,Tuo Jin-cai, Zhang Tong-wei. Relationship between organic matter characteristics and depositional environment in the Silurian Longmaxi Formation in Sichuan Basin [J]. J China Coal Soc, 2013, 38(5): 850–856 (in Chinese with English abstract).

[26] Tribovillard N, Algeo T J, Lyons T, Riboulleau A. Trace metals as paleoredox and paleoproductivity proxies: An update[J]. Chem Geol, 2006, 232(1/2): 12–32.

[27] Broecker W S, Peng T H. Tracers in the Sea [M]. New York:Eldigio Press, 1982: 0–690.

[28] Bertine K K, Turekian K K. Molybdenum in marine sediments [J]. Geochim Cosmochim Acta, 1973, 37(6):1415–1434.

[29] Marynowski L, Zatoń M, Rakociński M, Filipiak P,Kurkiewicz S, Pearce T J. Deciphering the upper Famennian Hangenberg Black Shale depositional environments based on multi-proxy record [J]. Palaeogeogr Palaeoclimatol Palaeoecol, 2012, 346/347: 66–86.

[30] Algeo T J, Kuwahara K, Sano H, Bates S, Lyons T, Elswick E,Hinnov L, Ellwood B, Moser J, Maynard J B. Spatial variation in sediment fluxes, redox conditions, and productivity in the Permian–Triassic Panthalassic Ocean [J]. Paleogeogr Palaeoclimatol Palaeoecol, 2011, 308: 65–83.

[31] Algeo T J, Ingall E D. Sedimentary Corg:P ratios, paleocean ventilation, and Phanerozoic atmospheric pO2[J]. Palaeogeogr Palaeoclimatol Palaeoecol, 2007, 256(3/4): 130–155.

[32] 嚴(yán)德天, 王清晨, 陳代釗, 汪建國(guó), 王卓卓. 揚(yáng)子及周緣地區(qū)上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)烴源巖發(fā)育環(huán)境及其控制因素[J].地質(zhì)學(xué)報(bào), 2008, 82(3): 322–327.Yan De-tian, Wang Qing-chen, Chen Dai-zhao, Wang Jian-guo, Wang Zhuo-zhuo. Sedimentary environment and development controls of the hydrocarbon sources beds: The Upper Ordovician Wufeng Formation and the Lower Silurian Longmaxi Formation in the Yangtze Area [J]. Acta Geol Sin,2008, 82(3): 322–327 (in Chinese with English abstract).