广州地化所发现缺氧、半咸水–咸水的水体环境

作者:信息科学

松辽盆地嫩江组二段发育了大量优质烃源岩,前人研究认为嫩江组二段富有机质烃源岩沉积于淡水、富营养化的水体环境。高的生物生产力是烃源岩形成的主控因素。但越来越多的证据表明嫩江组二段下部发生过海侵事件。海侵事件对烃源岩的发育有怎样的影响?目前还缺乏系统研究。因此,搞清该时期烃源岩发育的控制因素十分重要。

中国辽宁四合屯地区的早白垩系地层作为白垩纪古生物化石和火山活动的博物馆,受到国内外地质古生物学家的高度关注。该地区白垩系义县组三段沉积岩形成于火山活动频繁时期,而且富含闻名全球的热河生物群化石,是研究早白垩世陆相古气候环境变化、生物演化的重要地区。中国科学院广州地球化学研究所李艳发表在《有机地球化学》(永利电玩城网址49696com,永利电玩城,Organic Geochemistry)上的论文试图通过详细的有机地球化学分析来研究辽西热河生物群发育时期的古气候环境、碳循环机制,以及火山活动古气候环境等的影响。这也是目前这一地区所缺乏的研究工作。

近期,中科院广州地球化学研究所童晓宁博士及导师胡建芳研究员以松辽盆地东南部岳王城露头剖面为研究对象,开展了系统的有机地球化学研究,试图探讨松辽盆地嫩江组二段烃源岩形成时期的水体环境。结果发现其烷烃组成以中低碳数烷烃为主,且δ13Corg为-30.2‰~-28.0‰,表明嫩江组二段下部有机质主要来源于藻类、大型水生植物,少量来源于细菌和陆地高等植物。特征生物标志物的剖面变化特征显示出嫩江组二段下部水体环境经历了3个演化阶段:

李艳等的研究发现辽西下白垩统义县组三段四合屯沉积岩中有机质丰度、烃类化合物组成分布在垂向剖面上具有明显的阶段性变化特征,而这种阶段性变化是气候环境变化的产物和反映。比如正构烷烃主峰碳数的规律性变化可能反映了义县组三段沉积时期古气候条件由温湿气候逐渐向干旱气候转变再回归温湿气候的特征;而正构烷烃与甾、藿烷的碳同位素组成及其在剖面上呈现相似的正偏移趋势,表明它们可能具有相同的母源输入并反映了与沉积盆地古环境变化具有一致性的特征。而在沉积岩中检测到的C2417,21-断藿烷仅在剖面下部和中部个别样品中检出,且该化合物的碳同位素组成较正构烷烃、甾烷、藿烷以及C308,14-断藿烷要明显偏重约3.6~6.7‰,表明C2417,21-断藿烷很可能与剖面中、下部火山灰沉积和大量脊椎动物化石的产出有关。该论文还根据剖面上正构烷烃碳同位素组成自下而上逐渐正偏的趋势重建了古大气CO2碳同位素组成及变化,该变化与早白垩世时期全球大气CO2浓度及其碳同位素组成的偏移变化一致,因而认为早白垩纪时期全球性频繁的火山喷发活动是导致气候逐渐变暖的主要原因。

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其中,阶段I湖泊下部水体缺氧,且缺氧状况甚至扩展至透光带。24-正丙基胆甾烷和24-异丙基胆甾烷分别来源于海相金藻和海绵,是特征海相生物标志物。高含量的C30甾烷揭示出阶段I发生了强烈的海侵事件。阶段II 海侵的规模减弱,相应地水体的缺氧程度减弱;阶段III 伴随着海侵规模的进一步减弱,湖泊水体由缺氧转化为氧化环境,只在沉积界面缺氧。此外,脱羟基维生素E相关比值还显示嫩江组二段下部为半咸水–咸水的水体环境。

海水的侵入,使得湖泊水体产生盐度分层,同时湖泊内藻类的勃发加快了湖泊水体氧化/还原分层,这样的沉积环境十分有利于有机质的保存。嫩江组二段油页岩形成时期与湖泊水体盐度分层、缺氧的沉积环境以及海侵事件发生阶段高度吻合,揭示出海侵的发生与高盐、缺氧、分层的水体环境及油页岩的形成密切相关。

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该项成果得到国家自然科学基金面上项目资助,相关成果发表在《Organic Geochemistry》上。

Tong, X., Hu, J., Xi, D., Zhu, M., Song, J., Peng, P., 2018. Depositional environment of the Late Santonian lacustrine source rocks in the Songliao Basin : Implications from organic geochemical analyses. Organic Geochemistry, 124, 215–227.

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