广西来宾蓬莱滩剖面G-L界线草莓状黄铁微晶粒径特征及其氧化还原意义

在瓜德鲁普统末期发生了一次大规模生物灭绝事件,多类生物均遭受重创。关于此次生物灭绝事件成因,有学者认为海洋缺氧是主要的直接原因之一,但瓜德鲁普统-乐平统（G-L）过渡时期海洋的氧化还原条件的研究开展得较少,缺少直接证据证明海洋缺氧和瓜德鲁普统末期生物灭绝的关系。草莓状黄铁矿粒径是指示沉积水体氧化还原条件的少数可靠的指标之一。由于微晶粒径大小与草莓状黄铁矿粒径大小密切相关,草莓微晶粒径大小同样也可以作为沉积水体的氧化还原指标。本文通过研究蓬莱滩剖面卡匹敦阶茅口组和吴家坪阶合山组下部草莓状黄铁矿微晶粒径特征,从而分析沉积环境的氧化还原状态。研究结果表明蓬莱滩剖面茅口组和合山组微晶粒径多数分布在0.4～1.2 μm之间,大部分样品微晶粒径分布相对较窄,部分样品分布较宽。茅口组-合山组界线处间歇性出现微晶粒径很小且分布范围窄的样品,其平均微晶粒径一般小于0.7 μm,最大值一般不超过1.2 μm,很可能指示硫化-缺氧的环境。茅口组和合山组大部分样品平均微晶粒径分布在0.7～1.0 μm之间,最大值一般不超过3.3 μm,很可能指示的是氧化-贫氧环境。蓬莱滩剖面硫化至缺氧环境对应着瓜德鲁普末期生物灭绝事件层位,说明这两者很可能存在因果关系。海洋的硫化缺氧很可能是瓜德鲁普末期生物灭绝的主要原因之一。     

湖北秭归吴家坪组—长兴组界线氧化还原条件及其意义

二叠纪发生了两次重大生物灭绝事件，一次是位于吴家坪初期即瓜德鲁普世末生物灭绝事件，另一次是位于长兴末期即晚二叠世末生物灭绝事件。在这两次生物灭绝事件之间的大约八百万年时间里，其环境变化研究相对较少，古海洋的氧化还原条件变化目前尚未清楚。通过分析湖北秭归县杨林剖面的黄铁矿形态来探讨吴家坪组-长兴组界线氧化还原条件及其意义。研究结果表明:吴家坪组与长兴组石灰岩沉积时期的古海水主要是贫氧至氧化环境。在吴家坪组上部至长兴组下部地层沉积时期古水体出现间歇性硫化现象。该硫化缺氧事件不仅出现在秭归地区，还广泛分布于鄂西盆地、扬子台地南缘南盘江盆地、阿拉伯地台以及东格陵兰盆地地区。这说明吴家坪-长兴组界线沉积时期的间歇性硫化缺氧事件有可能是一个全球性事件。该事件可能与二叠末事件有一定的关联。     

古海洋氧化还原条件的遗迹化石定量表征特征:以华南二叠纪末生物大灭绝事件为例*

地质历史时期的重大生物—环境事件往往伴随着古海洋海水氧化还原条件的改变,而遗迹化石作为原位保存的生物成因沉积构造,对于解读古海洋氧化还原条件具有显著的优势。通过对前人常用的遗迹学参数进行分析总结,发现遗迹化石多样性、生物扰动强度、潜穴直径、特征遗迹化石组合这4项定量参数可以表征古海洋氧化还原条件的变化。文中以华南二叠系乐平统遗迹化石及生物扰动构造作为研究对象,系统分析了二叠纪末生物大灭绝事件前后遗迹化石参数表征的古海洋氧化还原条件变化特征:自吴家坪期晚期华南古海洋开始出现缺氧,然而该缺氧状态在长兴期不具有持续性,而是呈现出周期性缺氧/贫氧→富氧/有氧的波动特征;在二叠纪末生物大灭绝之前,煤山剖面高精度的定量遗迹学参数指示长兴组24e层顶部存在缺氧事件,并与大灭绝事件有着良好的对应关系。这一实例具体展示了遗迹学参数在古海洋水体氧化还原条件重建中应用前景广阔。     

湘西寒武纪早期黑色岩系中干酪根的稀土元素地球化学特征

湘西寒武纪早期黑色岩系中富含源于上层海水生物体的有机质, 其稀土元素(REE)特征不被碎屑物质干扰, 能有效地反映海洋上层水体的古环境特征.样品中作为有机质主体的干酪根的重稀土富集、Ce负异常、Y正异常和Eu无明显异常等特点与现代海水一致, 其特征可能反映古海洋上层水体的氧化还原信息.扬子地台各相区沉积剖面底部可能出现滞流(或硫化)环境, 随后沉积环境逐渐氧化.全岩样品中Ce的负异常可能由有机质提供, Ce/Ce*值由剖面底部的较低值向上逐渐升高可能意味着海洋上层水体含氧量的逐渐上升, 而海水含氧量逐渐升高或许是由寒武纪早期海洋底部硫化环境的减弱所导致.      

上扬子西南缘下志留统细粒沉积岩有机质富集机理研究——以盐津牛寨剖面为例

利用化学元素行为特征的差异性,以总有机碳（TOC）、主量元素和微量元素的含量或比值判别四川盆地西南缘盐津牛寨剖面下志留统龙马溪组细粒沉积岩形成时的初级生产力、氧化还原条件、陆源供应的输入和盆地水体滞留程度等环境特征,并对比川南沉降中心（长宁剖面）和南川非沉降中心（南川剖面）龙马溪组的古环境参数,综合探讨了早志留世上扬子海滞留海盆细粒沉积岩有机质富集的差异性。结果表明,盐津牛寨地区下志留统细粒沉积岩以黑色—灰黑色碳质页岩、页岩和泥岩为主,富有机质主要集中在龙马溪组下段,TOC平均含量为2.73%;Ba_bio显示盆地西南缘龙马溪组早期具有较高的生产力;Ni/Co、V/（V+Ni）,U/Th和V/Cr揭示龙马溪组从底部缺氧环境逐步过渡到顶部的氧化环境;TiO₂、Al₂O₃、Zr表明龙马溪组下段陆源碎屑供应量明显增加;Mo/TOC值和U-Mo协变模式图均说明四川盆地西南缘在早志留世水体呈中等滞留环境。与长宁剖面和南川剖面对比分析,发现盆地西南缘TOC与氧化还原条件呈现显著的正向相关关系;与盆地水体的滞留程度呈现微弱的正向相关关系;与陆源碎屑物质的注入和初级生产力无明显相关性,表明缺氧还原的沉积环境是影响该地区龙马溪组黑色页岩有机质富集的主要因素。     

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.      

塔里木盆地西北缘玉尔吐斯组黑色岩系沉积环境演化及其对有机质富集的控制作用

通过对塔里木盆地西北缘下寒武统玉尔吐斯组沉积地层特征及地球化学分析，研究了玉尔吐斯组沉积时期水体氧化-还原环境及初级生产力的变化特征，探讨了玉尔吐斯组黑色岩系有机质富集机制及烃源岩分布的主要控制因素。塔里木盆地西北缘玉尔吐斯组可分为5段：底部黑色含磷硅质岩段，下部黑色泥岩段，中部灰色白云岩段，上部黑色页岩与灰色微晶灰岩互层段，顶部浅灰色粉晶白云岩段。它们构成一个完整的海侵-海退沉积旋回。氧化-还原指标及热液示踪参数显示玉尔吐斯组黑色岩系不同层段的形成环境存在差异：底部硅质岩形成于缺氧环境，热液活动显著；下部黑色泥岩形成于强缺氧硫化环境，热液活动较强；上部黑色页岩形成于贫氧-氧化环境，热液活动较弱。综合研究表明：玉尔吐斯组黑色岩系沉积时期，水体先变深后变浅，氧逸度先降低后升高，古生产力逐渐减弱，在缺氧的水体条件和热液作用主导的高生产力综合控制下形成了以玉尔吐斯组下部黑色泥岩为代表的优质烃源岩。     

三峡地区前寒武纪-寒武纪转折期黑色页岩地球化学特征及其环境意义

通过对三峡地区秭归滚石坳前寒武纪—寒武纪界线(PC-C)剖面黑色页岩稀土元素、微量元素的地球化学组合特征的分析,对这一特殊转换时期的古海洋演化特征展开了研究,并就岩家河组硅质岩成因做了初步探讨。研究结果表明:岩家河组Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ层样品具不同程度的LREE亏损,Ce负异常和Eu正异常;水井沱组样品呈轻微LREE亏损,Ce未见明显异常,Eu具轻微正异常。整个剖面样品稀土元素总量∑REE明显低于PAAS中的含量,其中硅质岩样品的∑REE含量更低,表明硅质对稀土元素含量有稀释作用。样品的氧化还原敏感元素富集系数及V/(V+Ni)、U/Th比值演化趋势显示岩家河组沉积早期(埃迪卡拉纪晚期),海水呈现强烈分层的还原硫化环境,随后到早寒武世Nemakit-Daldynian期水体的还原程度及分层状态有逐渐减弱的趋势;水井沱组沉积早期(早寒武世Tommotian早期),广泛的海侵使得水体环境又恢复到分层不强的缺氧甚至硫化环境,到早寒武世Tommotian晚期至Atdabanian期,水体含氧量又逐渐上升,过渡到弱还原-弱氧化或贫氧状态,暗示了这一特殊时期古海水物理化学特征的不稳定性。岩家河组全岩样品Ce负异常可能与海水分层和氧化还原界面波动对区域环境变化的影响有关,而水井沱组全岩样品由前者的Ce负异常迅速上升变为Ce异常不明显,则可能与这一时期陆源碎屑物质对该地区水井沱组细粒沉积物Ce异常起正反馈作用有关。三峡地区PC-C界线附近岩家河组硅质岩地球化学特征显示本期硅质岩具明显热液成因特征。     

恩施剖面栖霞组下部贫氧-缺氧环境成因模式

我国华南地区二叠系栖霞组沉积了多套富有机碳的暗色岩系,是华南地区油气勘探的潜在烃源岩。其形成主要与水体的氧化还原以及古特提斯海洋洋流系统有关。然而,栖霞期水体的缺氧-贫氧的成因模式还需要更多的地质证据。本文选择湖北省恩施剖面栖霞组下部臭灰岩段钙质页岩及碳酸盐岩夹层为研究对象,开展稀土元素REE、微量元素Th/U比值以及碳酸盐矿物晶格内微量硫酸盐硫同位素组成分析。研究结果表明,栖霞组下部臭灰岩段的下部沉积水体主要为缺氧至贫氧条件,而臭灰岩段上部主要为贫氧至氧化条件。这些缺氧至贫氧沉积主要是由洋流的上涌造成。洋流的上涌将深水环境中缺氧、贫氧的底部水体涌至陆棚斜坡地带,造成斜坡浅水地带形成一个近似倒三角的缺氧-贫氧水体带,从而沉积了栖霞组暗色薄层石灰岩或钙质页岩。     

古海洋活性铁循环研究进展及对白垩纪缺氧 富氧 沉积转变的启示

铁作为地壳中丰度最高的元素之一,广泛参与到一系列地球化学循环中。现代海洋中的铁主要来源于河流、冰川和风的铁氧化物颗粒和溶解铁的输入。陆源输入的铁氧化物在有机质埋藏、降解的早期成岩作用过程中,发生一系列转化过程而埋藏下来,该过程被称作活性铁循环。氧化 强氧化条件利于沉积物中氧化铁的持续产生或者至少保持不被溶解的状态,从而形成棕色-红色沉积物;还原条件利于沉积物中铁氧化物的溶解,形成菱铁矿、黄铁矿(铁硫化物) 等形式的埋藏,并可能造成溶解铁在海洋内的迁移。Raiswell、Canfield、Poulton等通过对现代典型海洋环境活性铁循环研究,提出了一系列用于判别古海洋氧化 还原条件的活性铁指标体系,并成功地将太古宙以来的古海洋划分成为含铁的大洋、硫化的大洋和氧化的大洋等3个演化阶段。由于活性铁的不同形态对磷具有不同的生物地球化学效应,将造成“氧化条件下磷的优先埋藏、缺氧条件下优先释放的现象”。磷是海洋生产力的限制性元素,铁和磷循环的上述耦合关系将造成“缺氧的大洋生产力越高,富氧的大洋生产力越低”现象的出现。目前已在白垩纪古海洋缺氧 富氧沉积中初步证实了上述反馈关系的存在,但是对活性铁埋藏形式对该特殊沉积的贡献还需要进一步的工作。     

Early Jurassic anoxic conditions and organic accumulation in the eastern Tethys

The Bilong Co oil shale, located in the South Qiangtang depression, northern Tibet Plateau, may record the Early Jurassic anoxic event in the eastern Tethys. New geochemical data from the Bilong Co oil shale section are presented in order to determine the mechanism of organic accumulation and to evaluate Early Jurassic anoxia in the eastern Tethys. In organic-rich oil shales, many redox proxies including the relationship of Mo to total organic carbon (TOC), Re/Mo ratios, and pyrite framboid size distribution suggest deposition under euxinic conditions. However, the correlation between TOC and P and Mo contents indicates that organic matter accumulation was controlled mainly by primary productivity. The Sr/Al ratios and clastic influx proxies such as Si, Ti, Th, Zr, and Al concentrations suggest a continuous supply of fresh water from a nearby continent during oil shale deposition. This supply could have initiated stratification of the water so that the upper zone became favourable for marine life. Increased primary productivity could have led to formation of anoxic/sulphidic bottom waters, which enhanced the preservation of organic matter. Deposition of organic-rich oil shales terminated when primary productivity decreased, leading to more oxic bottom water conditions.     

Organic Matter Accumulation in the Upper Permian Dalong Formation from the Lower Yangtze Region, South China

The Late Permian was marked by a series of important geological events and widespread organic-rich black shale depositions, acting as important unconventional hydrocarbon source rocks. However, the mechanism of organic matter (OM) enrichment throughout this period is still controversial. Based on geochemical data, the marine redox conditions, paleogeographic and hydrographic environment, primary productivity, volcanism, and terrigenous input during the Late Permian in the Lower Yangtze region have been studied from the Putaoling section, Chaohu, to provide new insights into OM accumulation. Five Phases are distinguished based on the TOC and environmental variations. In Phase I, anoxic conditions driven by water restriction enhanced OM preservation. In Phase II, euxinic and cycling hydrological environments were the two most substantial controlling factors for the massive OM deposition. During Phase III, intensified terrestrial input potentially diluted the OM in sediment and the presence of oxygen in bottom water weakened the preservation condition. Phase IV was characterized by a relatively higher abundance of mercury (Hg) and TOC (peak at 16.98 wt%), indicating that enhanced volcanism potentially stimulated higher productivity and a euxinic environment. In Phase V, extremely lean OM was preserved as a result of terrestrial dilutions and decreasing primary productivity. Phases I, II and IV are characterized as the most prominent OM-rich zones due to the effective interactions of the controlling factors, namely paleogeographic, hydrographic environment, volcanism, and redox conditions.     

Geochemical Record of the Cenomanian–Turonian Anoxic Event in Tunisia: Is it Correlative and Isochronous to the Biotic Signal?

In Tunisia, five Bahloul spaced sections, Bargou, Jerisa, Guern Halfaya, Kherij and Gafsa were analyzed for biostratigraphy (foraminifera and radiolarians) and major and trace elements. This high-resolution biostratigraphic and chemostratigraphic integrated analyses for the Late Cenomanian–Early Turonian Bahloul Formation provide new insight into the palaeoceanographic evolution of the southern Tethyan margin. Relative low abundance of related terrigenous Ti/Al and K/Al ratios and enrichment of some productivity proxies such as Ba, Cu, and Ni (organic matter related trace elements) suggests that the Bahloul, deposited during a relatively short period (0.5 Ma), was of relatively elevated primary productivity and minimal detrital input. While higher D* values concurrent with lower Ti/Al ratios are interpreted as caused by enhanced fluvial material contribution, due to more humid climate during the OAE-2. Enhanced humidity triggered probably fluvial influxes, resulted in a sluggish water circulation and consequent anoxic/euxinic conditions favoring the preservation of organic matter at the bottom. Enrichments in redox-sensitive trace metals U, V, and Mo in the Bahloul Formation deposits and redox indices, such as V/(V+Ni), U/Th, V/Cr, and Ni/Co, indicate that oxygen-restricted conditions prevailed during the Late Cenomanian to earliest Turonian times and correlate well with relative abundances of some foraminiferal and radiolarian paleo-environmental relevant indicators. High Baxs values and Uauth may indicate anoxic conditions at least at the water–sediment interface during the Bahloul Formation deposition and provide information about low to moderate sulfate-reduction reactions.     

扬子东南大陆边缘晚前寒武纪古海洋演化的稀土元素记录

本文采用中子活化方法分析了晚震旦～早寒武纪１９件样品的稀土元素组成,发现硅质岩石ＲＥＥ配分形式有着复杂的变化,初步可以划分为五种类型,包括“台地型”、“红海型”、“海水型”及两种特殊的配分形式。剖面上Ｃｅ异常由小到大的演变反映了古海洋底层水由缺氧环境向氧化条件的逐渐转化。正Ｅｕ异常的出现代表了热水沉积事件的存在。     

沉积地层中的黄铁矿形态及同位素特征初探——以华南埃迪卡拉纪深水相地层为例

地质历史时期新元古代大气氧含量普遍较低。在硫酸盐还原细菌作用下,作为海洋重要的氧化性离子,陆源硫酸根离子有效促进了深层海水的氧化进程。在此过程中,硫元素在硫酸根和黄铁矿之间发生显著同位素分馏,其分馏程度可反推当时古海洋的氧化还原状态。沉积地层中的黄铁矿普遍具有多种形态,不同形态黄铁矿的形成环境多有不同。如草莓状黄铁矿多形成于底层缺氧水体或沉积物的浅表面,而大颗粒单晶黄铁矿或脉状黄铁矿则多沉积于成岩早期的沉积物孔隙或形成于成岩后期的热液改造。与草莓状黄铁矿不同,大颗粒单晶或脉状黄铁矿的硫同位素组成并不能反映沉积时期的古海洋氧化还原条件。判定沉积地层中不同形态的黄铁矿及形成过程,是获得有效反映海洋沉积环境硫同位素组成特征的基本前提。简要总结了地质历史时期沉积地层中的黄铁矿类型及矿物形成过程,并以华南埃迪卡拉纪蓝田组岩芯样品为例,识别出各个样品中的黄铁矿形态组成特征,对比分析了全岩黄铁矿与样品中大颗粒黄铁矿硫同位素组成差异。研究结果表明:不同岩性样品中黄铁矿的形态种类及含量均存在差异。页岩样品保存有更好形态的自形晶以及草莓状黄铁矿;碳酸盐岩样品中具有较多自形晶以及他形晶黄铁矿,并且其中的少量草莓状黄铁矿遭受后期成岩作用而发生不同程度的晶体蚀变。样品中大颗粒黄铁矿的硫同位素值（δ34S_L-pyr）通常显著高于全岩黄铁矿的硫同位素值（δ34S_T-pyr）,最大差值可达48.5‰。在利用黄铁矿的硫同位素组成来反推当时古海洋环境时,需要区分不同形态黄铁矿,仔细剔除大颗粒黄铁矿,降低成岩期黄铁矿对样品中硫同位素组成的影响。更细致的微区黄铁矿硫同位素分析工作将依赖于SIMS分析测试手段进行。     

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。     

寒武纪第十期早期海洋氧化还原波动：来自U 同位素的证据

寒武纪晚期到奥陶纪早期的海洋动物多样性整体水平较低,生物地球化学研究认为可能与海洋氧化还原状态波动有关,但仍证据较少。保存良好的海相碳酸盐岩沉积被认为能够记录古代海水的地球化学信息,其铀同位素组成 (δ238U) 可用来反映全球海洋的氧化还原状态。文章测定了华南瓦儿岗剖面寒武系第十阶底部海相碳酸盐岩的δ238U值,结果显示在寒武纪第十期早期U同位素组成可能存在三次负漂移,对应的δ238U值分别为-0.8‰、-0.55‰和-0.60‰,指示三个海洋缺氧时段。通过U同位素质量平衡模型计算得出,三个缺氧时段全球海洋底层水体分别约有22％、3.5%和5%的缺氧面积。初步推断第一次缺氧可能与风化输入营养元素增强致初级生物生产力提高有关,而其后的两次缺氧可能与原先的海底缺氧水体在海侵阶段上涌扩散有关。     

重庆焦页143-5井五峰组-龙马溪组黑色页岩有机质富集机理

上扬子地区五峰组-龙马溪组黑色岩系是我国南方重要的海相烃源岩,也是目前我国页岩气勘探开发的重要层位之一,前人对其有机质富集因素的综合分析和富集因素之间的关系研究较少.以渝东南武隆地区焦页143-5井为例,对五峰组-龙马溪组下段黑色岩系进行了地层学及古海洋环境的研究,探讨了古气候、火山活动、古海洋生产力和氧化还原特征及其在有机质富集中的作用.研究表明,TOC与强烈火山活动、缺氧古海洋环境、高古生产力和温暖古气候具有良好的正相关关系.这是由于强烈火山作用和陆源化学风化,大大提高了海洋中的营养盐含量,促使生物繁盛、生产力增高,并形成了缺氧硫化、富硅的海洋环境,从而为有机质富集提供了优良的条件.