奥陶纪-志留纪转折期火山事件对五峰组—龙马溪组烃源岩发育及古海洋环境影响

The Wufeng-Longmachi Formation source rocks which deposited during the Ordovician and Silurian transition not only contain significant information of environmental and biological evolution, but also be the target position in shale gas exploration and development. Thus, the formation mechanism of these source rocks and the paleo-oceanic conditions in which they forms are two key questions which benefit for production and scientific research. In south China, there were multiple volcanic activities during the Ordovician and Silurian transition, which may play an important role in the formation of source rocks and changing the paleo-oceanic environment. In order to better understand these series of changes, two sections which located in the inner and southwestern edge on Yangtze Platform and both contain several layers of volcanic ash are selected as the research objects. Within the framework of biostratigraphy, we combine sedimentological, mineralogical and geochemical methods to clarify the evolution pattern of oceanic environment before, during and after every volcanic event. By compare the results derived from two sections, we can learn more about the different responses to volcanic event in different areas and further discuss the role of volcanic events in the formation of source rocks. This research not only helps to form a more comprehensive understanding about the formation mechanism of source rock and the paleo-oceanic chemistry on Yangtze Platform, but also can reveal the potential link between deep system and the supergenic system on the earth.

沉积于奥陶纪—志留纪转折期的五峰组—龙马溪组烃源岩不仅包含有重要的环境—生物演化信息，同时也是我国当前页岩气勘探开发的重点层位，查明其形成机制及古海洋环境背景具有生产及科研双重价值。华南奥陶纪—志留纪转折期发生多期火山事件，其对烃源岩发育及古海洋环境改造具有重要的潜在影响。为深入理解这一过程，本项目拟选取扬子台地内部及西南缘共2条含多层钾质斑脱岩层的典型剖面为研究对象，在生物地层框架内综合运用沉积学、矿物学、地球化学（C-Fe-S系统、主微量元素和N同位素）研究方法重建历次火山事件前、火山事件间隔期及火山事件后古海洋化学演化模式。通过剖面间横向对比，获悉扬子台地不同地区对火山事件的响应过程，并在此基础上进一步探讨火山事件在烃源岩形成中的作用。本项研究不仅有助于更加全面地理解烃源岩形成机制及扬子区古海洋化学演化历程，对深化认识地球深部系统与表生环境系统间的相关性也有一定帮助。

奥陶纪-志留纪之交发育有重要的烃源岩，其形成与同期古海洋化学状态密切相关。这一时期记录了大量的火山灰沉积，其对古海洋环境演化具有潜在影响。因此，查明这一时期古海洋化学演化过程，对理解火山对环境的影响具有一定帮助。本项目基于华南不同地区的三个剖面，在现有研究背景的前提下，对其开展了高分辨的地球化学测试，如主微量，氮同位素和孔隙测试，再此基础上重建了这一时期古海洋演化特征，并对部分地球化学指标进行了对比研究。研究结果显示凯迪期-赫南特早期古海洋发生了由次氧化向强硫化转变（低FeHR/FeT，低Mo、U、V富集向高FeHR/FeT，高Mo、U、V富集转变），鲁丹早期至晚期古海洋发生由强硫化向次氧化转变（高FeHR/FeT，高Mo、U、V富集向低FeHR/FeT，低Mo、U、V富集转变）。赫南特中期具有次氧化特征（低Mo、U、V富集，高FeHR/FeT由成岩作用引起）。这一时期CIA显示了明显的波动，在赫南特期内可以识别出一次气候冷暖旋回。此次气候变化促进了浅水剖面水体由缺氧向氧化转变，但造成深水出现硫化。此次深水硫化可能具有较大规模和影响，造成了古海洋重要成烃元素亏损（V，Cr等），可能是引发生物灭绝的诱因之一。同时，上述亏损使得依赖于其的地球化学指标受到显著影响（V体系）。研究同时显示了这一时期古海洋具有强烈的元素空间差异性和水动力差异性，川北、川东南元素含量明显高于川西南，可能与“大海湾”式古地理背景有关，川西南古海洋循环对冰期响应较川北和川东南地区明显更强。这一时期氮同位素整体较低（< 1%)，显示了古海洋明显亏损氮元素，氮循环以固氮作用为主。这一情况并未明显受到赫南特期氧化性质改变，可能显示了古海洋依然含有较低的溶解氧浓度，并进一步暗示了不同地球化学指标在重建古海洋过程中的局限性。由于火山灰沉积受到多方面影响，上述古海洋化学特性与发育火山灰层位并无很好相关性，但显示了其受到全球气候变化和区域构造的控制。火山事件对古环境改造尚需更多地球化学信息介入。