【摘要】：晚奧陶世-早志留世之交是重要地史轉(zhuǎn)折期之一。在此期間,古海洋環(huán)境、古氣候發(fā)生了劇烈的變化,同時(shí)發(fā)生了地質(zhì)歷史時(shí)期大規(guī)模的生物集群滅絕事件。在這一全球生物-環(huán)境急劇變化的背景下,揚(yáng)子板塊由于受到加里東構(gòu)造活動(dòng)的影響,形成了特殊的半局限淺海環(huán)境,沉積了五峰組和龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖,是當(dāng)前頁巖氣勘探的重點(diǎn)層位,正受到越來越多的關(guān)注。本論文選取揚(yáng)子板塊內(nèi)部的川南-黔北地區(qū)上奧陶統(tǒng)臨湘組(凱迪階)、五峰組(凱迪階)、觀音橋組(赫南特階)及志留系蘭多維列統(tǒng)(S_1)龍馬溪組(魯?shù)るA)地層為研究對象,以時(shí)間序列為主線展開研究(在凱迪階臨湘組和五峰組之交,區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)加劇,形成了臨湘組/五峰組這一構(gòu)造-沉積轉(zhuǎn)換面,即構(gòu)造事件;之后赫南特期全球氣候快速變冷進(jìn)入冰盛期,即冰期事件;構(gòu)造事件和冰期事件共同構(gòu)成地史轉(zhuǎn)折期)。重點(diǎn)圍繞構(gòu)造事件和冰期事件前后的沉積相、古地理、古海洋初級(jí)生產(chǎn)力、古氧相、碳同位素和化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)展開詳細(xì)研究,重建了該地史轉(zhuǎn)折期的古海洋環(huán)境演化與古氣候演變,并通過地球生物學(xué)方法和傳統(tǒng)烴源巖評(píng)價(jià)方法,對研究區(qū)烴源巖成因機(jī)制進(jìn)行了研究。首先,本論文恢復(fù)了川南-黔北地區(qū)晚奧陶世-早志留世之交地史轉(zhuǎn)折期的沉積相和古地理演化,并在古地理基礎(chǔ)上繪制了五峰組和龍馬溪組黑色泥頁巖TOC等值線圖。本研究在年代地層單位對比的基礎(chǔ)上,采用“臨湘期”、“五峰期”、“觀音橋期”和“龍馬溪期(早期)”作為編圖時(shí)段,采用“優(yōu)勢相”的編圖方法,連續(xù)地編制了構(gòu)造事件和冰盛期前后的四幅巖相古地理圖。其中臨湘期古地理格局主要由黔中隆起、川中隆起、潮坪相帶、碳酸鹽巖陸棚相帶和淺灘相組成;五峰期的古地理格局主要由黔中隆起、潮坪相帶、淺水陸棚相帶和深水陸相棚帶組成;觀音橋期的古地理格局主要由黔中隆起、碳酸鹽巖陸棚相帶、碎屑巖陸棚相帶、潮坪相帶、淺灘相組成;龍馬溪期的古地理格局主要由黔中隆起、潮坪相帶、淺水陸棚相帶、深水陸棚相帶組成。古地理表明研究區(qū)各編圖時(shí)段沉積相帶的展布嚴(yán)格受到古隆起的控制,沿東西方向展布,區(qū)內(nèi)海水深度總體表現(xiàn)出由南西向北東逐漸變深;在構(gòu)造事件和冰期事件前后,沉積相和古地理面貌發(fā)生了快速而明顯的變化,在這一變化過程中構(gòu)造運(yùn)動(dòng)貫穿始終,成為最主要的驅(qū)動(dòng)力之一,而氣候變化引起的海平面升降也是古地理演化的重要驅(qū)動(dòng)力。此外,本論文在古地理研究的基礎(chǔ)上繪制了研究區(qū)五峰組和龍馬溪組全巖有機(jī)碳(TOC)等值線圖,發(fā)現(xiàn)TOC的高值區(qū)與古地理圖的深水陸棚相帶基本重合,分布在綦江觀音橋-道真-武隆一帶,有機(jī)碳含量普遍大于3%,表明這一地區(qū)可作為頁巖氣勘探的優(yōu)選區(qū)域;也是進(jìn)一步探究古海洋演化以及五峰組、龍馬溪組烴源巖形成機(jī)制的理想?yún)^(qū)域。第二,利用Al_(xs)、P_(xs)、Ba_(xs)、Al/Ti、P/Ti等古海洋初級(jí)生產(chǎn)力指標(biāo)對研究區(qū)構(gòu)造事件和冰盛期前后的海洋初級(jí)生產(chǎn)力進(jìn)行了恢復(fù)。研究發(fā)現(xiàn)在縱向演化上,道真田家灣和酉陽蒼嶺兩條剖面的海洋初級(jí)生產(chǎn)力在臨湘組、五峰組下部和龍馬溪組上部以相對高生產(chǎn)力為主(其中Al/Ti為16.9~19),在五峰組上部、觀音橋組和龍馬溪組(底部4m)以相對低生產(chǎn)力為主(Al/Ti為15.9~17.8),尤其在臨湘組/五峰組這一構(gòu)造-沉積轉(zhuǎn)換面之上海洋初級(jí)生產(chǎn)力有大幅的提升,而冰期事件前后也發(fā)生了明顯的變化,這表明古海洋初級(jí)生產(chǎn)力變化與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、古氣候變化關(guān)系密切;在橫向上,兩條剖面各時(shí)期古生產(chǎn)力指標(biāo)基本處于一個(gè)數(shù)量級(jí)上,均與PAAS(Al/Ti為16.7)和現(xiàn)代南太平洋正常生產(chǎn)力區(qū)的深海沉積物(Al/Ti為0.34~20.1)相近,但低于現(xiàn)代太平洋赤道附近的高生產(chǎn)力地區(qū)(Al/Ti為26.7~110)。第三,通過對酉陽蒼嶺和道真田家灣剖面自生鈾、U/Th、V/(V+Ni)、V/Cr、Ni/Co等指標(biāo)的詳細(xì)分析,恢復(fù)了研究區(qū)海水的古氧相特征。研究發(fā)現(xiàn)兩條剖面V/(V+Ni)、V/Cr和Ni/Co等指標(biāo)在臨湘組、五峰組、觀音橋組和龍馬溪組底部同步變化,相同層位的古氧相類型基本一致;而古氧相在縱向演化上表現(xiàn)為:常氧相為主(臨湘組—五峰組底部)→準(zhǔn)厭氧~厭氧相為主(五峰組中上部)→貧氧~常氧相為主(觀音橋組)→準(zhǔn)厭氧~厭氧相為主(龍馬溪組)的演化特征,從中可以發(fā)現(xiàn)古氧相的重要變化發(fā)生在構(gòu)造-沉積轉(zhuǎn)換面上下和冰盛期前后,這表明晚奧陶世的古氧相演化受控于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和氣候變化驅(qū)動(dòng)的海平面變化。第四,利用石地1井樣品的化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)對晚奧陶世-早志留世進(jìn)行了高分辨率的古氣候分析。研究表明:(1)在凱迪期中晚期~魯?shù)て谠缙诳勺R(shí)別出寒冷干旱、溫暖濕潤、炎熱潮濕三種主要?dú)夂蝾愋?其中寒冷干旱的氣候類型(CIA_(correct)為50~65)主要位于五峰組上部Sd55~Sd68段+觀音橋組+龍馬溪組底部Sd82~Sd85段,對應(yīng)晚奧陶世冰盛期;溫暖濕潤的氣候類型(CIA_(correct)為65~80)主要位于臨湘組Sd16~Sd19段、五峰組下部Sd20~Sd54段和龍馬溪組上部Sd87~Sd125段;炎熱潮濕的氣候類型(CIA_(correct)為80左右)主要位于臨湘組下部Sd6~Sd15段。(2)晚奧陶世冰盛期內(nèi)部的氣候并不是一成不變的,而是表現(xiàn)為寒冷干旱為大背景下的溫暖濕潤與寒冷干旱交替的氣候特征,冰盛期內(nèi)共發(fā)生了7次冷暖交替的氣候旋回,其中5次規(guī)模較大,2次規(guī)模較小,這5次較大規(guī)模的氣候旋回與非洲-西亞地區(qū)5次大規(guī)模冰蓋進(jìn)退以及安提柯斯提島(勞倫大陸)5次海平面升降的報(bào)道不謀而合,是華南板塊首次發(fā)現(xiàn)5次大規(guī)模的氣候旋回,佐證了晚奧陶世冰盛期內(nèi)部并非是一成不變的寒冷,而是至少存在5次大規(guī)模氣候波動(dòng),且都影響到了華南地區(qū)。(3)在晚奧陶世5次較大規(guī)模的氣候旋回之前,有2次規(guī)模較小氣候旋回,表明晚奧陶世冰盛期的氣候轉(zhuǎn)冷并不是一開始就非常激烈,而是一種脈動(dòng)式的加強(qiáng),逐漸進(jìn)入冰盛期。(4)石地1井的CIA_(correct)記錄到的5次大規(guī)模氣候旋回并非都發(fā)生在赫南特階內(nèi)部,前3次氣候旋回(包括2次小規(guī)模和1次大規(guī)模氣候旋回)發(fā)生的位置低于赫南特階底界,表明晚奧陶紀(jì)冰盛期并非僅限于赫南特期內(nèi)部,而是開始于凱迪期末期。(5)CIA_(correct)在臨湘組頂部Sd16~Sd19段發(fā)生了階梯式下降(CIA_(correct)從80下降到70)反映出這一時(shí)段氣候類型發(fā)生了轉(zhuǎn)變,表明晚奧陶世氣候轉(zhuǎn)涼開始(冰期開始)于凱迪期中晚期(Ka2~Ka3),這一結(jié)論支持全球氣溫在晚Yg陶世凱迪期已經(jīng)持續(xù)下降的觀點(diǎn)。(6)在缺乏冰磧巖和冰川擦痕等沉積學(xué)證據(jù)的低緯度地區(qū),利用現(xiàn)代潛水面以下的鉆井中新鮮細(xì)碎屑巖樣品的CIA指數(shù)還原古氣候演化是非�？煽康氖侄巍５谖�,通過傳統(tǒng)的巖石學(xué)研究,在揚(yáng)子地區(qū)的觀音橋組顆�；�?guī)r中發(fā)現(xiàn)了鮞粒,鮞粒的發(fā)現(xiàn)為證明觀音橋期少雨干旱的氣候環(huán)境提供了可靠的巖石學(xué)證據(jù)。此外,觀音橋組鮞粒的發(fā)現(xiàn)也對研究區(qū)觀音橋灰?guī)r的形成提出了新的解釋:海平面下降,有利于環(huán)境正常(從準(zhǔn)厭氧~厭氧,演化為貧氧~常氧);氣候干旱,導(dǎo)致了灰?guī)r的出現(xiàn)(形成)。第六,利用穩(wěn)定碳同位素的變化與異常,從碳循環(huán)的角度反演了晚奧陶世~早志留世的古海洋環(huán)境演變和古氣候變化。研究發(fā)現(xiàn)道真田家灣剖面的碳同位素在臨湘組/五峰組界面附近有一個(gè)緩慢的負(fù)偏,這可能是受凱迪期中晚期揚(yáng)子板塊及其周邊構(gòu)造活動(dòng)和火山活動(dòng)的影響,引起研究區(qū)浮游植物的光合作用加強(qiáng),初級(jí)海洋生產(chǎn)力繁盛,使~(12)C向生物體內(nèi)富集,最終導(dǎo)致δ~(13)C_(org)下降,而碳同位素的這一變化反映出凱迪期中晚期古海洋環(huán)境已經(jīng)發(fā)生改變;此外,研究發(fā)現(xiàn)δ~(13)C_(org)在赫南特階發(fā)生幅度達(dá)2.3‰的正偏(即HICE),且通過對比研究發(fā)現(xiàn)揚(yáng)子地區(qū)的δ~(13)C_(org)正偏具有“在赫南特階底部比較緩慢,正偏的最大峰值出現(xiàn)在N.extraordinarius帶上部或N.persculptus帶中下部”的特征,這與蘇格蘭、加拿大、阿根廷、瑞典地區(qū)δ~(13)C_(org)的變化特征有所不同,究其原因,可能與揚(yáng)子地區(qū)半局限淺海的古地理特點(diǎn),導(dǎo)致中上揚(yáng)子盆地與外部大洋聯(lián)通較差,從而形成了區(qū)域性獨(dú)特的碳循環(huán)與古生態(tài)特征有關(guān)。再者,五峰組較高的有機(jī)碳(TOC)含量表明,在凱迪期大量的有機(jī)質(zhì)埋藏可能是引發(fā)赫南特階碳同位素正偏以及晚奧陶世冰期的原因。最后,在巖相古地理、海洋初級(jí)生產(chǎn)力、古氧相、古氣候和碳同位素研究的基礎(chǔ)上,通過地球生物學(xué)方法和傳統(tǒng)烴源巖評(píng)價(jià)方法,對研究區(qū)烴源巖成因機(jī)制進(jìn)行了探究。地球生物相四參數(shù)(生境型+生產(chǎn)力+沉積有機(jī)質(zhì)+埋藏有機(jī)質(zhì))正演評(píng)價(jià)表明,五峰組上部和龍馬溪組(下部和上部)為優(yōu)質(zhì)烴源巖,五峰組下部和觀音橋組為一般烴源巖,臨湘組為非烴源巖。其次,利用殘余有機(jī)質(zhì)(TOC)與古氧相、古海洋生產(chǎn)力的變化趨勢及相關(guān)性分析,得出了與地球生物學(xué)方法相同的結(jié)論:古氧相(保存條件)是有機(jī)質(zhì)富集的主控因素,而初級(jí)生產(chǎn)力為次要因素。最后,本論文提出了五峰組和龍馬溪組烴源巖形成機(jī)制:以區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和全球氣候變化為驅(qū)動(dòng)力,古氧相(保存條件)為主控因素,初級(jí)生產(chǎn)力、碎屑(營養(yǎng))物質(zhì)供給量、巖相古地理等多因素共同影響的成因機(jī)制,簡而言之:區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和全球氣候變化驅(qū)動(dòng)下的保存機(jī)制。
【圖文】：

圖 1.1 揚(yáng)子地區(qū)晚奧陶世-早志留世構(gòu)造、沉積演化圖峰組和龍馬溪組成為頁巖氣勘探的重要層位，這些研究工作也顯得略有不足。例如，前人古地理編圖多針對整個(gè)揚(yáng)子地區(qū)，比例尺較小，對于頁巖氣勘探重點(diǎn)區(qū)域的巖相古地理面貌表現(xiàn)的較為模糊；其次，前人對觀音橋組的研究重點(diǎn)多集中在同位素地層、赫南特動(dòng)物群時(shí)空分布特征、古氣候演化等方面，對于巖相古地理格局的關(guān)注相對較少；再次，五峰組、觀音橋組和龍馬溪組沉積體的形成，與晚奧陶世構(gòu)造事件和冰期事件緊密相關(guān)，然而反映“臨湘期→五峰期→觀音橋期→龍馬溪期”這一系列重要轉(zhuǎn)折期前后巖相古地理連續(xù)演化的圖鑒相對較少。鑒于上述存在的問題，針對頁巖氣勘探重點(diǎn)區(qū)域（川南-黔北地區(qū)），連續(xù)地編制構(gòu)造事件和冰期事件前后的巖相古地理圖，對認(rèn)識(shí)古海洋環(huán)境演化以及有機(jī)質(zhì)富集機(jī)制（即烴源巖形成機(jī)制）大有裨益。（2）古海洋環(huán)境與烴源巖成因機(jī)制研究有機(jī)質(zhì)的富集是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，國內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究工作，

1.3 研究方案與技術(shù)路線本論文研究選擇川南-黔北地區(qū)上奧陶統(tǒng)臨湘組（澗草溝組）、五峰組、觀音橋組及下志留統(tǒng)龍馬溪組地層為客體研究對象，具體研究方案如下：第一步，對沉積相、古地理研究；于此同時(shí)，，對五峰組和龍馬溪組黑色頁巖的全巖有機(jī)碳（TOC）進(jìn)行分析，繪制 TOC 等值線圖，圈定富有機(jī)質(zhì)泥頁巖高值區(qū)。在古地理圖和 TOC 等值線圖的指導(dǎo)下，選擇位于深水陸棚相帶內(nèi)富有機(jī)質(zhì)泥頁巖發(fā)育良好（即 TOC 高值區(qū)）的道真田家灣剖面和酉陽蒼嶺剖面作為基干剖面重點(diǎn)采樣（圖 1.2），進(jìn)行古海洋研究。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P618.13

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 聶仕琪;黃金水;李三忠;;奧陶紀(jì)到志留紀(jì)全球板塊重建:中國三大陸塊位置及其洋陸格局的運(yùn)動(dòng)學(xué)檢驗(yàn)[J];海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì);2015年04期

2 王遠(yuǎn)

本文編號(hào)：2642489