廣州地化所在寒武系早期富鋇熱液活動及其對黑色頁巖有機(jī)質(zhì)富集的影響取得新認(rèn)識
埃迪卡拉-寒武系轉(zhuǎn)換期是地球演化歷史的關(guān)鍵時期，全球古海洋環(huán)境變化和生物演化事件在這一時期同時發(fā)生。在寒武系早期，中國南方揚(yáng)子地臺廣泛沉積了一套極富有機(jī)質(zhì)和多金屬元素的黑色頁巖（也有學(xué)者稱為“石煤”），眾多學(xué)者對這套黑色頁巖的沉積古環(huán)境和有機(jī)質(zhì)富集的控制因素進(jìn)行了探討。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為黑色頁巖有機(jī)質(zhì)富集與上升流帶來的營養(yǎng)物質(zhì)、古海洋高生產(chǎn)力、缺氧的沉積環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)保存等有關(guān)，很少探討這時期富鋇的熱液流體活動及其對黑色頁巖有機(jī)質(zhì)富集的影響。同時，前人對于該時期富鋇熱液流體活動也缺乏關(guān)鍵性的礦物學(xué)方面的證據(jù)。
針對上述問題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所田輝研究員團(tuán)隊(duì)選取了揚(yáng)子地臺陸棚和斜坡地區(qū)GMD-1和TX-1兩口典型井的黑色頁巖樣品，進(jìn)行了TOC含量、主微量元素、典型礦物掃描電鏡觀察等分析測試。通過稀土元素銪異常和礦物證據(jù)證實(shí)富鋇熱液流體的存在，并探討了古海洋生產(chǎn)力、氧化還原環(huán)境、熱液流體活動、上升流事件等綜合因素對黑色頁巖有機(jī)質(zhì)富集的影響。
鋇冰長石礦物與富鋇的熱液流體緊密相關(guān)，富鋇的熱液流體與鉀長石交代，形成了鋇冰長石和次生石英，可作為富鋇熱液流體活動的直接證據(jù)。通過對GMD-1井下段黑色頁巖樣品SEM觀察和EDS能譜確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)環(huán)帶狀鋇冰長石包圍鉀長石，并在周邊也觀察到次生石英（圖1b,1c和2a,2b,2c），因此認(rèn)為揚(yáng)子地臺陸棚地區(qū)存在富鋇熱液流體浸入黑色頁巖，與鉀長石發(fā)生交代作用。此外，部分學(xué)者在研究處于同時期揚(yáng)子地臺深水盆地的熱液形成的大河邊重晶石礦發(fā)現(xiàn)重晶石中也包含有鋇冰長石，本次研究樣品中也觀察到重晶石中包含有鋇冰長石（圖1d,1e和2c），表明該時期深水盆地和陸棚可能同時存在富鋇的熱液流體活動。
稀土元素銪正異常也常用來指示熱液流體活動。通過對比研究GMD-1、TX-1井和大河邊重晶石礦的PAAS標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素銪異常特征，發(fā)現(xiàn)處于陸棚地區(qū)的GMD-1井黑色頁巖樣品與處于深水盆地的大河邊重晶石礦表現(xiàn)為明顯的銪正異常，表明強(qiáng)烈的熱液流體活動，而處于斜坡地區(qū)的TX-1井三段黑色頁巖樣品則均顯示無銪正異常，表明斜坡地區(qū)無明顯熱液流體活動（圖3）。另外，GMD-1井上段銪正異常明顯降低，可能與上段沉積時期熱液活動減弱或消失有關(guān)。綜合分析認(rèn)為上揚(yáng)子地臺陸棚和斜坡地區(qū)下中段黑色頁巖沉積時期富鋇熱液流體活動強(qiáng)烈，上段沉積時期熱液活動減弱或消失，而斜坡地區(qū)則無明顯熱液活動。
通過對古海洋生產(chǎn)力、氧化還原環(huán)境、熱液活動和上升流事件的綜合研究，結(jié)合前人研究成果認(rèn)為，黑色頁巖沉積時期廣泛性的缺氧環(huán)境滿足有機(jī)質(zhì)保存的基本條件，深水盆地的富鋇熱液流體和營養(yǎng)元素隨著上升流帶入到陸棚地區(qū)，加上陸棚地區(qū)本身富鋇熱液流體活動的營養(yǎng)元素供給，極大促進(jìn)了陸棚地區(qū)的古海洋生產(chǎn)力，該地區(qū)TOC含量明顯高，由熱液流體活動和上升流驅(qū)動的古海洋高生產(chǎn)力是黑色頁巖有機(jī)質(zhì)富集的主控因素。
圖1 GMD-1井SEM電鏡典型礦物特征。
Q表示石英；Hy表示鋇冰長石；K-f表示鉀長石；Barite表示重晶石
圖2 典型礦物EDS能譜圖。
a.鉀長石；b.石英；c.鋇冰長石；d.黃鐵礦；e. Ni-Mo礦層MoSC相；f.閃鋅礦；g.黃銅礦；h.氟磷灰石
圖3 PAAS標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素分布模式圖。
a,c,e分別表示GMD-1井上、中、下三段；b,d,f分表表示TX-1井上、中、下三段；g,h分別表示大河邊重晶石礦和上部黑色頁巖
該項(xiàng)成果得到國家自然科學(xué)基金和國家科技重大專項(xiàng)論文資助。近期發(fā)表在國際期刊《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》上，本文的第一作者為伍耀文博士，通訊作者為田輝研究員，共同作者還包括廣州地化所的博士李騰飛、周秦。
論文信息： Wu, Y., Tian*, H., Gong, D., Li, T., Zhou, Q., 2020. Paleo-environmental variation and its control on organic matter enrichment of black shales from shallow shelf to slope regions on the Upper Yangtze Platform during Cambrian Stage 3. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 545, Article 109653.
（有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿）
