安徽巢湖平頂山剖面上二疊統(tǒng)大隆組有機(jī)質(zhì)富集的地球生物學(xué)模式.docx

1、第12卷第2蝶古地理學(xué)板Vol.12No.22010年4月JOURNALOFPALAEOGEOGRAPHYApr.2010文章編號：1671-1505（2010）02-0202-10安徽巢湖平頂山剖面上二疊統(tǒng)大隆組有機(jī)質(zhì)富集的地球生物學(xué)模式*雷勇'馮慶來2桂碧雯I1中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢4300742中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430074摘要安徵巢湖平頂山地區(qū)上二登統(tǒng)大凌組主要為硅質(zhì)泥巖和泥巖互層沉積。通過對該剖面微體古生物化石豐度的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，其演化可到分出4個(gè)階段：I（繁盛階段）-»ii（衰亡

2、階段）Tin（恢岌階段）-IV（大衰亡階段）。利用微量元素Cu、Ni和Zn估算了巢湖平頂山割面古生產(chǎn)力，其平均值為1.48gC/m2d,與北美二看系黑色頁巖的古生產(chǎn)力平均值（1.40gC/m'd）和現(xiàn)代海洋大陸架的初級生產(chǎn)力（如委內(nèi)瑞拉大陸架為l.50gC/m'd）較為一致。大隆鮑中有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.26%5.49%,有機(jī)質(zhì)富集程度和古生產(chǎn)力大小與巖性關(guān)系密切：泥巖和粉砂質(zhì)泥巖里有機(jī)質(zhì)數(shù)為富集且古生產(chǎn)力較高；而在硅質(zhì)泥巖中，兩者含量相對較低。分析了有機(jī)質(zhì)富集過程（從生物物質(zhì)到沉積有機(jī)質(zhì)，再到埋藏有機(jī)質(zhì)）中各環(huán)節(jié)的主要影響因素，表明海洋古生產(chǎn)力是有機(jī)質(zhì)富集的主導(dǎo)因素和的提條件，

3、直接影響沉祝物中的有機(jī)質(zhì)含量、而海洋表層初級生產(chǎn)力的大小受上升流、營養(yǎng)鹽和海水深度等環(huán)境因素壕合影響；在埋毆有機(jī)質(zhì)階段，其主控因素為沉積環(huán)境中的氧含黃和沉猊速率等。綜合研究表明，本割面中有機(jī)質(zhì)富集為生產(chǎn)力模式，3P:巖石中有機(jī)質(zhì)的富集受古生產(chǎn)力的影響最大，其次為沉積環(huán)境中的氧含量。其中，古生產(chǎn)力由生產(chǎn)者貢獻(xiàn)，但是受消費(fèi)者的豐度影響較大。關(guān)鍵詞有機(jī)質(zhì)微體化石地球生物學(xué)模式古生產(chǎn)力巢湖上二金統(tǒng)大凌垢第一作者簡介雷勇，男，1985年生，古生物學(xué)與地展學(xué)專業(yè)在讀碩士疥究生，主要矯究方向?yàn)檠w古生物學(xué)。中圖分類號：TE122.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AGeobiologicalmodelfororganicenr

4、ichmentintheUpperPermianDalongFormationofPingdingshansectionatChaohu,AnhuiLeiYong1FengQinglai2GuiBiwcn'IKeylaboratoryofGeobiologyandEnvironmentalGeologyofMinistryofEducation,ChinaUniversityofCcosciences（Wuhan）,Wuhan430074,Hubei2StaleKeyLaboratoryofGeologicalProcessandMineralResources,ChinaUniver

5、sityofGeosciences（Wuhan）,Wuhan430074,HubeiAbstractTheUpperPermianDalongFormationinPingdingshansection,Chaohuarea,isaninterbeddingdepositioncomposedmainlyofsiliceousmudstoneandmudstone.Throughthestatisticalanalysis國家$4然科學(xué)基金頊目（編號：40839903）、中國石油化工股份有限公同海相油勘探前瞻性項(xiàng)目“海相優(yōu)質(zhì)炫源巖形成的地球生物學(xué)過程”（編C0800-06-ZS-3I9）和教育

6、部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目（編號：20060491502）共同資助收Mllffi：2009-10-28改回日期：2009-12-30敢金南，越來時(shí)，左景晰.等.2005.安徽巢湖地區(qū)下三彘統(tǒng)綜合房序J.地球科學(xué)一中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),30(1):40-46,王虹梅，相如，劉鄧.等.2007.從生物脂類化合物到沉積有機(jī)質(zhì)的變化及其對正演炷源巖有機(jī)質(zhì)形成的啟示Jl.地球科學(xué)一中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào).32(6):748-754.謝樹成.股沔福.解習(xí)衣.等.2007.地球生物學(xué)方法與海相優(yōu)質(zhì)煌源巖形成過程的正演和評價(jià)J】地球科學(xué)一一中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào).32(6):727-740.解習(xí)農(nóng),股MIS.激樹成

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17、hy».Cambridge:CambridgeUniversityPress,146-157.(責(zé)任編輯李新坡)ofthemicro-fossilsabundanceinPingdingshansection,wefoundthatitsevolutioncanbedividedintofourstages:theflourishstage,thedeclinestage,therecoverystageandthelargedeclinestage.TheaveragepaleoproductivitycalculatedbyCu,Ni,andZninthissectionis1.

18、48gC/m2d,whichisconsistentwiththepreviouslyreporteddata(1.40gC/m'd)fortheblackshaleofthePhosphoriaFormation,aPermianphosphatedepositinnorthwesternUnitedStates,andalsosimilartothatofthemoderndepositintheCari-acoBasin,Venezuela(1.50gC/m2(l).Thecontentoftotalorganiccarbon(TOC)in山eUpperPermianDalong

19、Formationrangesfrom0.26%to5.49%.TOCandthepaleoproductivityiscloselyrelatedwiththehostlithology.TheresultsshowthathighTOCandhighpaleoproductivityoccurinthemudstoneandthesiltymudstone,whilerelativelylowinthesiliceousshale.Thispaperanalyzesthemainfactoraffectingtheorganicmatterenrichmentprocess,whichis

20、fromorganismstodepositedorganicmattertoburialorganicmatter.Itindicatesthatthepaleoproductivitywhichcontrolslheorganicmatterinsedimentsisthepredominantfactorandtheprerequisitefortheenrichmentoforganicmatterinrocks.Theprimaryproductivityofthemarinesurfaceisinfluencedbyseveralenvironmentalfactors,sucha

21、supwelling,nutrientsalts,depthandsoon.Andthemainfactorswhichaffecttheorganicmatterenrichmentarethesedimentationrateandtheoxygencontentatthestageofdepositedorganicmatter.Thecomprehensiveresearchindicatesthatthemainfactorswhichaffectorganicmatterenrichmentinthissectionarethepaleoproductivity,andthenth

22、eoxygencontentofsedinientaryenvironment.Thepaleoproductivityisdeterminedbytheabundanceofprimaryproducers,while,affectedmainlybytheabundanceofcustomers.Keywordsorganicmatter,microfossil,geobiologypattern,paleoproductivity,Chaohu,UpperPermianDalongFormationAboutthefirstauthorLeiYong,bornin1985,isamast

23、ercandidateofpaleontologyandstratigraphyinChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),andisengagedinmicropaleontology.E-mail:leiyongdida.巖石中有機(jī)質(zhì)富集程度受到沉積環(huán)境中物理、化學(xué)和生物3方面肉素的影響，具體而言，是古海洋生產(chǎn)力、沉積速率、保存條件、海平面變化、上升流、海底熱液活動和沉積環(huán)境等因素綜合作用的結(jié)果（李天義等，2008）o陳踐發(fā)等（2006）認(rèn)為，古海洋生產(chǎn)力和氧化還原環(huán)境是有機(jī)質(zhì)富集程度最重要的影響因索。謝樹成等（2007）指出，關(guān)于沉積有機(jī)質(zhì)富集機(jī)理存在生產(chǎn)

24、力模式和保存模式兩種模式的爭議。前1種觀點(diǎn)認(rèn)為有機(jī)質(zhì)富集的主控因素是形成有機(jī)質(zhì)的生物生產(chǎn)力（DemaisonandMoore,1980；PedersonandCalvert,1990；Hueetal.t2000）,后1種觀點(diǎn)認(rèn)為主控因素是沉積或底層水的缺氧條件（DemaisonandMoore,1980；TysonandPearson,1991）o一些證據(jù)表明，單純的缺氧條件與富有機(jī)碳沉積層之間的關(guān)聯(lián)性較弱，相反，生物的高產(chǎn)率與富有機(jī)碳沉積層之間具有更強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性（Parrish,1982）o事實(shí)上，良好的保存條件只是形成有機(jī)質(zhì)高豐度的重要條件之一，而非唯一條件。1地質(zhì)背景巢湖地區(qū)地處下?lián)P于海盆

25、邊緣的深水陸棚上，北靠華北板塊和揚(yáng)子板塊的縫合帶°占生代下?lián)P了區(qū)基本上連續(xù)下沉，形成了較大厚度的沉積地層（馮增昭等，1993；賈蓉芬等，1996）0平頂山一馬家山向斜為向北大角度仰起的緊閉帶皺，地層序列基本上由北往南變新，二登系一三登系界線及下伏二登系見于北部地區(qū)的山坡上和南部地區(qū)的山腳下（童金南等，2005）o文中研究的平頂山二疊系一三疊系剖面位于巢湖北郊一個(gè)人工采石場內(nèi)（圖1）,剖面基本垂直地層走向，長度約145m,露頭好、層序清楚、化石豐富，上二登統(tǒng)由龍?zhí)督M和大隆組組成，下三登統(tǒng)自下而匕劃分為股坑組、龍山組和南陵湖組。平頂山剖面第1一11層為黃褐色泥巖、黑色硅質(zhì)泥巖，依據(jù)巖性特

26、征劃歸大隆組.第12-13層gm帙路【si他名河漁、褊泊|*!»山削面圖1巢湖平頂山制面位置圖Fig.1LocationofPingdingshansectionatChaohu圖2巢湖平頂山剖面微體古生物的豐度變化Fig.2FluctuationofmicropaleobiontsabundanceofPingdingshunsectionatChaohu為泥巖、鈣質(zhì)泥灰?guī)r，依據(jù)巖性劃歸股坑組。二疊系一三登系界線定在第12層內(nèi)部（圖2）。2微體古生物研究2.1樣品處理和分析微體古植物樣品處理和分析在中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）湖北省表層系統(tǒng)開放實(shí)驗(yàn)室微體占生物分室進(jìn)行，采用常規(guī)酸處理及重液

27、浮選法富集。選擇新鮮的樣品，粉碎至100-150,然后稱取50g粉碎過的樣品進(jìn)行常規(guī)酸處理，并加入一片石松抱子片（內(nèi)含石松抱子27637粒）。對微體古植物的統(tǒng)計(jì)、鑒定工作在OlympusBX50生物顯微鏡下完成。統(tǒng)計(jì)時(shí)把微體古植物分為4類：抱粉、菌抱、疑源類和藻類、石松弛子，分別統(tǒng)計(jì)其數(shù)匿。微體古植物豐度用各類微體古植物與石松抱子數(shù)依的比值來表示。徑1cm左右的碎塊，或整塊放入塑料杯中，用濃度為5%左右（因氣溫和巖石特征不同略有變化）的狙氟酸溶液浸泡。杯加蓋，防止氫瓶酸蒸氣擴(kuò)散，也防止現(xiàn)代生物混入樣品中被誤作化石。12-24h后，將溶液緩慢倒出，過濾后，加適量知氟酸，重復(fù)使用；腐蝕后的樣品用清

28、水輕輕沖洗，洗出的泥狀試樣集中到另外的燒杯中，巖石樣品繼續(xù)浸泡。上述操作重復(fù)10次左右，將集中的泥狀試樣置入250300目的篩中，將篩子放入盛有清水的塑料盆中，輕輕淘洗，洗凈的樣品放入干燥箱中烘干，然后在雙目鏡下挑選放射蟲等化石個(gè)體并計(jì)數(shù)。其中微體動物化石豐度用每塊樣品中各種微體動物化石的數(shù)暈與總的微體動物化石數(shù)ht之比來表示。如放射蟲化石豐度為各樣品中放射蟲化石的量與各樣品中微體動物化石數(shù)戰(zhàn)之比。2.2平頂山剖面大隆組微體古生物發(fā)育規(guī)律作為海洋有機(jī)質(zhì)的生產(chǎn)者和消耗者，古生物是古海洋生產(chǎn)力的忠實(shí)反映（謝樹成等，2007）o根據(jù)平頂山剖面各種微體古生物化石的豐度（圖2）,很容易得到當(dāng)時(shí)微體古生物

29、分布與演化規(guī)律：1）微體古生物的興盛與巖性的相關(guān)程度較高。其中，放射蟲、有孔蟲和抱粉在硅質(zhì)泥巖里的含量很高，而在泥巖里較少。的抱、藻類和疑源類的豐度變化受巖性的影響較小。2）根據(jù)微體古生物的興盛與衰亡，可以把研究區(qū)劃分為4個(gè)階段。依次為：階段I（繁盛階段）：從第1層至第4層。該剖面第1層為黑色硅質(zhì)泥巖；第2層是黃褐色粉砂質(zhì)泥巖；第3層上部為深灰色泥巖，下部為黑色硅質(zhì)泥巖；第4層為黑色硅質(zhì)泥巖與深灰色泥巖組成的韻律旋回，以前者為主，后者較薄。該階段中環(huán)境較為適宜，屬于正常深水沉積，生態(tài)系統(tǒng)中各種微體古生物豐度較高并保持動態(tài)平衡狀態(tài)，處于生物的繁盛時(shí)期。階段口（衰亡階段）：包括第5層至第7層。其中

30、第5層為灰白色黏土層，第6層為黃褐色泥巖，第7層底部為黑色泥巖，中上部為黑褐色泥巖。在該階段，除疑源類之外，所有的微體占生物都極為稀少，而疑源類仍處于波動狀態(tài)，受影響不大。而且微體古植物（抱粉和函抱）的衰減時(shí)間明顯比微體古動物早，從第4層頂部就已經(jīng)開始。階段DI（恢復(fù)階段）：第8層硅質(zhì)泥巖段為生物恢復(fù)期，不管是微體古梢物還是微體古動物，其豐度都明顯提高。階段IV（大衰亡階段）：從第9層泥巖段開始，所有的生物又有一次大加模減少，在第10層黏土巖段衰減程度最大，涉及面最廣。其中，階段II沒有發(fā)生太大變化的疑源類，這次的衰減程度也很大。橫向觀察，文中涉及到的所有微體古生物都沒有逃過此階段。而疑源類在

31、這兩次衰亡期的不同變化說明兩次衰亡的誘因不同，但是有一點(diǎn)相同的是，所研究的微體古植物不管是在衰亡期還是在復(fù)蘇期，其開始發(fā)生變化的時(shí)間都要早于微體古動物。3）研究剖面內(nèi)，藻類和疑源類的豐度持續(xù)波動，前3個(gè)階段差別不大，在階段IV出現(xiàn)一次短暫的衰亡過程。3用地球化學(xué)方法估算古生產(chǎn)力31樣品處理和測試由于研究樣品均采自人工采石場內(nèi)，巖石新鮮。對其中12個(gè)樣品進(jìn)行了微員元素測試。有機(jī)碳和微量元素分析由中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）生物地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。3.2古生產(chǎn)力估算研究區(qū)從沉積學(xué)上類似于北美二疊系黑色頁巖（blackshale,富含有機(jī)質(zhì)的硅質(zhì)頁巖）。Piper和Perkins（2004）

32、用元素Cd、Cu、Me、Ni和Zn計(jì)算北美Permianblackshale的古生產(chǎn)力,其結(jié)果和在Venezuelashelf中汁算的結(jié)果很相似。所以，用Piper和Perkins（2004）的計(jì)算公式可以定量估算古生產(chǎn)力。其公式為：（1）Pg=O/x6.67；（2）O/=4RxPcx358gC/kg；（3）AR0=mQ/t=pxv；（4）AR=PmxAR0=Pmxpxv；（5）Pm=PmA-TiMBx（元素/Ti）PAAS式中：Pg表示海洋表層的初級生產(chǎn)力；0/表示到達(dá)海底的有機(jī)碳通量；6.67表示假定只有15%的初級生產(chǎn)力沉積到水底；4/?表示稀有元素的沉積速率；也表示浮游生物中富集的微量

33、元素的最；358gC/kg是Piper和Perkins（2004）總結(jié)的計(jì)算。/時(shí)的常數(shù)；彳坤表示巖石的沉積速率；m。表示單位體積巖石質(zhì)量；，表示沉積時(shí)間；p表示巖石的密度；"表示巖石的沉積速率；Pm表示元素的最；Pm忌表示某種元素的總量；陸*表示某種元素陸源成分的量；（元素/TDpaas是后太古宙澳大利亞貞巖（TaylorandMclennan,1985）中元素和Ti的比值，在這里用于扣除元素總雖中的陸源成分。后太古宙漠大利亞頁巖（PAAS）中部分元素的值見表1。表1后太古宙澳大利亞頁巖（PAAS）中部分元素的值（據(jù)Taylor和McLennan,1985）TableISomeel

34、ementsvaluesofPAAS（fromTaylorandMclennan,1985）TiO2/%Cu/igg'1Ni/也g'1Zn/jigg'11.0050.0055.0085.00通過計(jì)算，本剖面長興期的沉積速率為27.4cm/100kao假設(shè)該剖而巖石的平均密度為2.5g/cm，,曲、Ni和Zn在浮游生物中的雖分別為0.011mg/g,0.019mg/g和0.110mg/g（PiperandPerkins,2004）o3.3微量元素的選擇生物體中的營養(yǎng)元素Cu、Ni和Zn等隨著生物體而沉積到沉積物中，在后期的成巖過程中變化不大（PiperandPerkins

35、,2004）,可以用來表征古生產(chǎn)力的量°在此選擇Cu、Ni和Zn來計(jì)算的原因還在于：（1）如上面所述，研究區(qū)在沉積階段和早期成巖階段的大部分時(shí)間處于貧氧或厭氧沉積成巖環(huán)境，因而有利于Cu、Ni和Zn等的化合物的保存；（2）它們的含量相對較高，用儀器測鼠可以達(dá)到較高的精度；（3）通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)其陸源成分較少（表2）,即它們的含量:受陸源因素影響不大，其陸源成分占總屆的比值分別為20%、23%和14%03.4古生產(chǎn)力演變規(guī)律山于不同的微地元素在巖石中的保存率不一致等因素的影響，利用不同的微量元素恢夏古生產(chǎn)力時(shí)，在數(shù)值上會產(chǎn)生一定系統(tǒng)誤差，但是其變化趨勢是一致的，這在前人的研究中是存在的（P

36、iperandPerkins,2004）o因此，有些研究采用不同元素的平均值來估算古生產(chǎn)力。由上述公式（3.2）計(jì)算的古生產(chǎn)力的詳細(xì)結(jié)果見表2和圖3。由上述結(jié)果可知得出下列認(rèn)識：表2平頂山剖面地球化學(xué)原始數(shù)據(jù)及古生產(chǎn)力計(jì)算結(jié)果樣品編號/岫g，（扣除陸源之后）/ng-g-*/gC判別指標(biāo)TOC/%CuNiZnCuNiZnCuNiZn平均值k(V)/w(Cr)»(V)/w(V+Ni)4-2-48712618972.64110.36164.492.962.600.672.086.260.671.204-2-2764813460.6830.97108.132.470.730.441.211.

37、880.780.844-2-1835617370.2042.16151.352.860.990.621.499.510.731.224-1-3626211047.0645.4984.561.921.070.341.111.950.691.454-1-212S140248109.55122.89220.544.462.900.902.757.350.903.624-145118.68191.282.992.800.782.1913.960.885.497-2445514732.2542.21127.431.311.000.520.946.760.660.907-1637

38、816150.3164.59139.732.051.520.571.385.420.620.798-3838816469.1072.53140.632.821.710.571.702.750.661.118-2936918477.8852.67158.351.693.350.740.868-1494216538.5630.78147.621.570.730.600.974.410.680.269-1373714222.3921.57117.620.910.510.480.639.640.780.70Table2Geochemistryoriginaldataandcal

39、culatedpalropnxiuctivilyofPingdingshansection元素的總做元素的量占生產(chǎn)力塊機(jī)和富假的1）總體上，平頂山剖面的有機(jī)質(zhì)保存應(yīng)好。在所分析的樣品中，只有一個(gè)樣品的總有機(jī)碳含量沒有達(dá)到有效圾源巖標(biāo)準(zhǔn)（TOC在0.40%0.50%以上，據(jù)胡見義和黃第藩，1991）,其中有2個(gè)樣品達(dá)到優(yōu)質(zhì)炷源巖的要求（T0CN2%,據(jù)胡見義和黃第藩，1991）,且最高達(dá)到了5.49%。碰質(zhì)泥巖常K相貧氧相-準(zhǔn)厭K相準(zhǔn)厭H相-厭氧相泥灰?guī)r粉砂質(zhì)泥巖黏土巖圖3平0(山削面地球化學(xué)數(shù)據(jù)及古生產(chǎn)力計(jì)算結(jié)果對比Fig.3Comparisonofgeochemicalindicatorsw

40、ithcalculatedpaleoproductivityofPingdingshansection2) 巢湖平頂山剖面古生產(chǎn)力的平均值為1.48gC/m2d,與Piper和Perkins(2004)計(jì)算的北美二疊系黑色頁巖的古生產(chǎn)力平均值(1.40gC/m2d)和現(xiàn)代海洋大陸架的初級生產(chǎn)力(如委內(nèi)瑞拉大陸架為1.50gC/m2d)(PiperandPerkins,2004)非常一致。3) 有機(jī)質(zhì)的富集程度和古生產(chǎn)力大小與巖性相關(guān)程度較高。在泥巖和粉砂質(zhì)泥巖里，有機(jī)質(zhì)最為富集且古生產(chǎn)力較高；而在硅質(zhì)泥巖里，兩者含餓相對較低。4) 沉積階段的含氧址波動與有機(jī)質(zhì)的富集程度和古生產(chǎn)力的大小變化趨勢

41、較為符合。4古氧相特征古氧相指反映地層(或沉積物)形成時(shí)沉積環(huán)境水體中、特別是底層水體中溶氧量特征及其變化的各種巖石、生物和地球化學(xué)特征等的綜合(顏佳新和張海清，1996)。顏佳新和劉新宇(2007)提出古氧相應(yīng)包括：常氧相、貧氧相、準(zhǔn)厭氧相和厭氧相，其各自對應(yīng)的氧含最見表3。Hatch和Leventhal(1992)、Jones和Manning(1994)通過研究北美、北歐黑色頁巖的地球化學(xué)特征，提出過渡元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及w(V)/w(V+Ni)xw(U)/w(Th).w(V)/w(Cr)和w(Ni)/v(Co)比值均為古氧化還原條件的判識標(biāo)志，并確定出相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和對應(yīng)的氧含愀(表3)。上述指標(biāo)是

42、在泥質(zhì)巖研究基礎(chǔ)上提出的，并被國內(nèi)外廣泛應(yīng)用(李紅敬等，2009)o文中選擇.w(V)/w(V+Ni)和w(V)/w(Cr)的比值來分析其沉積階段及早期成巖時(shí)期的古環(huán)境條件。結(jié)合表2和表3.可知：所有測試的樣品中w(V)/w(V+Ni)的值全部大于0.6,而w(V)/w(Cr)也只有2處小于2.0。這表明研究區(qū)在沉積階段及表3古氧相分類和沉積古環(huán)境氧化還原條件的部分判識標(biāo)志Table3Classificationofpaleoxygenationfaciesandoxidation-reducingconditionindicatorsofsedimententarypalaeocnviron

43、mcnts古敘相分類古機(jī)相常機(jī)相貧縱相準(zhǔn)厭機(jī)相厭軾相W含ft/mL-L-*8.0-2.02.0-0.20.2-0.00.0(H2S)沈積占環(huán)境機(jī)化還原條件的部分判識標(biāo)志沉積古環(huán)境富敘環(huán)境貧釵環(huán)境厭機(jī)環(huán)境氧含ft/mL-L-*>1.01.0-0.1<0.1u/(V)/w(V+Ni)<0.460.46-0.60>0.60u»(V)/ir(Cr)<2.002.00-4.25<4.25早期成巖時(shí)期兒乎都處于貧氧或厭氧沉積成巖環(huán)境,其古氧相介于準(zhǔn)厭氧相和厭級相之間。5有機(jī)質(zhì)富集的地球生物學(xué)模式5.1有機(jī)質(zhì)沉積的基本過程古海洋生產(chǎn)力沉積到沉積盆地內(nèi)形成沉積有機(jī)

44、質(zhì)，經(jīng)過細(xì)菌的分解之后，保存下來的埋藏有機(jī)質(zhì)最后演變成粉源巖。此過程先后經(jīng)歷了兩個(gè)階段，即從生物物質(zhì)到沉積有機(jī)質(zhì)的形成階段和從沉積有機(jī)質(zhì)到埋藏有機(jī)質(zhì)的炷源巖形成階段，后者包括沉積有機(jī)質(zhì)在未熟階段經(jīng)歷生物化學(xué)作用成為埋藏有機(jī)質(zhì)和在成熟一過成熟階段經(jīng)歷熱解作用成為殘余或風(fēng)化殘余有機(jī)質(zhì)兩個(gè)亞階段（解習(xí)農(nóng)等，2007）o而地球生物學(xué)是正演炷源巖形成的基本過程，評估其最大資源量，因而需要定技評估從生物生產(chǎn)力，到沉積有機(jī)質(zhì)，再到埋藏有機(jī)質(zhì)這3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和過程中有機(jī)質(zhì)的變化及其數(shù)研和類型（謝樹成等，2007）o作者將從這3個(gè)方面來分析巖石中有機(jī)質(zhì)的富集模式。與現(xiàn)代海洋初級生產(chǎn)力類似，古海洋初級生產(chǎn)力大小主要

45、受到當(dāng)時(shí)的光照、溫度、營養(yǎng)鹽、海水深度和上升流等環(huán)境條件的影響。綜合考慮即在真光層較淺，離海岸近，溫度較低，營養(yǎng)鹽濃度高和光照變化較大的海區(qū)其初級生產(chǎn)力較高，反之較低（沈國英和施并章，2002）o根據(jù)Lalli和Parsons（1997）（表4）對現(xiàn)代大洋不同水文特征的海域初級生產(chǎn)力變化范圍的統(tǒng)計(jì)可以看出，在上升流區(qū)，初級生產(chǎn)力最高；其次為沿岸和近岸海域；而大洋表4不同海區(qū)年平均初級生產(chǎn)力范圍（據(jù)Lalli和Parsons,1997）Table4Annualaveragevalueofprimaryproductivityindifferentmarineareas(fromLalliandP

46、arsons,1997)海區(qū)類型平均年初級生產(chǎn)力/gCm'2a,大陸架上升流區(qū)（如秘仰海流、本古拉海流）500-600大陸坡（如歐洲陸架）300500亞北板區(qū)（如西太平洋，北太平洋）150-300反氣旋取渦旋區(qū)（如北太平洋亞.熱帶海區(qū)）50-150北極（冰覆蓋）<50區(qū)初級生產(chǎn)力最低。雖然海洋表層的初級生產(chǎn)力較高，但是據(jù)國內(nèi)外學(xué)者對現(xiàn)代大洋的研究表明，其中近60%的初級生產(chǎn)力進(jìn)入食物鏈被浮游動物消耗（Fronemanelal.,1996；張武昌和王榮，2001；蘇強(qiáng)等，2007）,約20%被浮源植物自身呼吸消耗；只有大約20%的初級生產(chǎn)力和小部分陸源碎屑（約占初級生產(chǎn)力的2%）起

47、沉積到大洋底部。而這部分有機(jī)質(zhì)正是洋底碎屑食物鏈的物質(zhì)和能量來源。其中75%的碎屑先經(jīng)過細(xì)菌的分解消耗，促使細(xì)菌繁盛，再被底棲生物所利用，只有少雖（25%）可以直接被底棲生物（主要為植食性動物）利用（沈國英和施并章，2002）。因而當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境中的氧含量是此階段沉積有機(jī)質(zhì)被分解多寡的決定性因素°Harvey等（1995）、Nguyen和Harvey（1997）對徒藻、藍(lán)細(xì)萌和腰鞭毛蟲的不同生化組分在海水中的變化進(jìn)行了研究，結(jié)果表明在氧化條件下，所研究的各種有機(jī)組分在海水中的周轉(zhuǎn)周期不超過45天，而在還原條件下也不超過160天。在還原條件下，有機(jī)質(zhì)的周轉(zhuǎn)周期至少是在氧化條件下的1.4-

48、10.4倍。因此，有機(jī)質(zhì)在沉降過程中大多數(shù)會被降解，而氧化還原條件則對有機(jī)物的周轉(zhuǎn)周期有著取要影響。然而，只要經(jīng)過此階段的生物作用，能夠埋藏到洋底的有機(jī)質(zhì)只占初級生產(chǎn)力的0.1%,不超過1%（TissotandWelle,1978）o不難看出，此階段影響埋藏有機(jī)質(zhì)富集程度的因素主要是海洋初級生產(chǎn)力、次級生產(chǎn)力和沉積環(huán)境的氧含量。生物物質(zhì)進(jìn)入洋底形成埋藏有機(jī)質(zhì)之后，沉積速率是影響沉積物中有機(jī)質(zhì)富集程度的重要因素。沉積速率過快影響到沉積物中有機(jī)質(zhì)稀釋程度，沉積速率過慢影響到有機(jī)質(zhì)的保存效率（解習(xí)農(nóng)等，2007）o通常在快速堆積的地層中，有機(jī)質(zhì)豐度都較低。Rullkotter（1999）認(rèn)為，在海相

49、沉積中富有機(jī)碳沉積物分布在最小含氧帶區(qū)域，這些區(qū)域的沉積速率相對較低，而在有機(jī)碳含鼠低的區(qū)域表現(xiàn)出很高的沉積速率（SchulteMqL,2000）o在沉積速率一定的條件下，氧化還原條件及各種微生物的發(fā)育仍然是此階段影響有機(jī)質(zhì)富集程度的主要因素。如果在淺埋藏沉積物中為強(qiáng)氧化環(huán)境，則各種微生物會相當(dāng)繁盛，將會使有機(jī)質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈的分解和破壞，大大地減少埋藏有機(jī)質(zhì)的含域（解習(xí)農(nóng)等，2007）o5.2平頂山剖面有機(jī)質(zhì)富集的地球生物學(xué)模式已有的研究表明，平頂山大隆組沉積時(shí)期的盆地水深介于東攀大隆組和煤山長興組之間，大約為60-200m（Guietal.92009）,與現(xiàn)代海洋外陸棚盆地類似?，F(xiàn)代海洋調(diào)查表明

50、，大陸架初級生產(chǎn)力為500600gC/m'a之間（LalliandParsons,1997）O而文中計(jì)算的平頂山剖面古生產(chǎn)力平均值*1.48gC/m2d（相當(dāng)于540gC/m2a）,與其非常接近。從微體古動物、微體古植物和微量元素角度，對巢湖平頂山二性系一三登系界限剖面的古生產(chǎn)力進(jìn)行了估算，其結(jié)果清楚反映了古生產(chǎn)力的演化,比巖石總有機(jī)碳（TOC）含鼠反映的變化更清晰，但其演化趨勢具有一些聯(lián)系（圖4）。研究區(qū)4個(gè)生物演化階段中，階段II的T0C平均值最高，為4.55%；階段I最低，為0.77%；階段HI、IV較高，分別為1.17%和1.20%。有機(jī)質(zhì)富集的具體影響因素為：有孔蟲含量/%藻

51、類&疑源類w(V)/w(Cr)TOC/%層巖性柱和樣品編號統(tǒng)組上8大統(tǒng)泥灰?guī)r生物演化階段踣土巖硅質(zhì)泥巖松砂質(zhì)泥巖常餐相貧H相-準(zhǔn)厭敘相準(zhǔn)厭頓相-厭敘相圖4巢湖平頂山剖面有機(jī)質(zhì)富集的綜合影響因素股坑組泥巖Fig.4ComprehensiveinfluencingfactorsoforganicmatterenrichmentinPingdingshansectionatChaohuIII階段I中，與現(xiàn)代海洋環(huán)境類似，雖然海洋初級生產(chǎn)者（藻類和疑源類）較為豐富，但是以它們?yōu)槭车南M(fèi)者（有孔蟲和放射蟲）的豐度也很大，消耗了大部分初級生產(chǎn)力，從而導(dǎo)致保存到沉積物中的有機(jī)質(zhì)較少。加之當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境為厭氧或者貧軾相，其底棲生物和分解者仍然較多，導(dǎo)致沉積物中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)一步被消耗，于是最終有機(jī)質(zhì)富集程度很低（圖4）。