早白垩世波雷阿尔海域海水氧化还原状态的演化：以北海丹麦中央地堑为例

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Evolution of Early Cretaceous (Hauterivian–Aptian) seawater oxygenation in the Boreal Realm

本研究聚焦早白垩世豪特里维期–阿普特期北海丹麦中央地堑（DCG）的海水氧化还原演化，通过高分辨率稀土元素（REE+Y）和氧化还原敏感微量元素（RSTE）分析，揭示了长期海水氧化趋势及两次短期缺氧事件（Munk Marl Bed和Fischschiefer Member）的差异机制，强调了区域海平面变化和全球气候事件（OAE 1a）对海洋氧化的控制作用，为理解不同古海洋背景下有机质富集机制提供了关键证据。

　　

在遥远的地质历史中，白垩纪被称为“温室世界”的典型代表，这一时期发生了多次全球性的海洋缺氧事件（Oceanic Anoxic Events, OAEs），导致大量有机质富集并最终形成烃源岩。其中，早白垩世的OAE 1a事件尤为显著，通常与大规模火山活动、碳循环扰动和全球海平面上升相关联。然而，目前大多数研究集中于特提斯域，而对位于北半球高纬度的波雷阿尔海域（Boreal Realm）的了解仍较为有限。这一区域在早白垩世表现为一个半封闭的陆表海，其氧化还原状态的演化机制可能与开放大洋存在显著差异。因此，深入解析波雷阿尔海域的古海洋条件，不仅有助于揭示全球古气候变化的区域响应模式，也对认识有机质富集的控制因素具有重要科学意义。

为了填补这一空白，由丹麦奥胡斯大学地球科学部Carlette N. Blok领衔的研究团队，对位于北海丹麦中央地堑（Danish Central Graben, DCG）的North Jens-1和Adda-2岩芯进行了高分辨率的地球化学分析。研究聚焦于稀土元素（REE）加钇（Y）（合称REY）的配分模式以及氧化还原敏感微量元素（RSTE）的变化，试图重建从豪特里维晚期到阿普特早期（Hauterivian–Aptian）海水氧化的演变历程。该成果近期发表于《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》。

本研究主要依托于岩芯样本的元素地球化学分析技术。研究人员从两口钻井中系统采集了123个样本（NJ-1孔63个，Adda-2孔60个），使用醋酸浸取法选择性溶解碳酸盐相，并利用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定REY和RSTE（包括U、V、Mn）含量。通过计算Ce异常（Ce/Ce）、钟形指数（BSI）以及Pr/Pr、Eu/Eu*等参数，并结合铝（Al）、钍（Th）含量评估陆源碎屑污染的影响，确保了数据对原始海水氧化还原信号的代表性。

4.1. REY patterns

REY配分模式显示，样本总体呈现轻稀土相对亏损、重稀土相对富集的特征，并具有明显的负Ce异常和正Y异常，指示了正常海洋的氧化状态。但在Munk Marl Bed和Fischschiefer Member这两个有机质富集层位中，Ce/Ce*显著升高，暗示了海水氧耗竭的条件。

4.2. Ce anomaly（Ce/Ce*）

Ce/Ce值在NJ-1孔介于0.6–1.7之间，在Adda-2孔介于0.4–1.5之间。从豪特里维晚期到巴雷姆晚期，两地均呈现Ce/Ce逐渐降低的长期趋势，反映海水氧化程度逐步提升。这一趋势被两次短暂的氧耗竭事件打断：一是在早巴雷姆期的Munk Marl Bed沉积阶段，Ce/Ce升高至1.1左右；二是在早阿普特期与OAE 1a对应的Fischschiefer Member中，Ce/Ce达到峰值（最高1.7），表明水体全面缺氧。

4.3. 氧化还原敏感微量元素（RSTE）：铀（U）、钒（V）、锰（Mn）

在Munk Marl Bed和Fischschiefer Member层位，U和V浓度显著升高，反映了沉积物–水界面处的缺氧条件。特别值得注意的是，Mn浓度在Fischschiefer Member中出现极高值（NJ-1孔达133,839 ppm），可能与锰氧化物的溶解和释放有关，支持了曼加努斯（manganous）缺氧机制的存在。

综合地球化学指标和沉积学特征，本研究得出以下结论：

从豪特里维晚期到早阿普特期，波雷阿尔海域经历了海水氧化程度逐渐增加的长期趋势，可能与全球风化速率减弱和营养盐输入减少有关。然而，这一趋势被两次性质迥异的缺氧事件所中断。Munk Marl Bed形成于区域海平面下降阶段，丹麦中央地堑半封闭化导致水体滞留和分层，底层水缺氧但表层水仍保持氧化，有机质得以保存。而Fischschiefer Member则与全球性OAE 1a事件同步，当时海平面上升、火山活动加剧、碳循环扰动，导致水体整体缺氧，且Ce/Ce*特征指示与特提斯域的铁还原（ferruginous）条件不同，波雷阿尔海域更可能呈现曼加努斯缺氧特征。

该研究强调了区域因素（如海平面变化、盆地形态）与全球事件（如火山作用、气候变暖）共同控制海洋氧化状态和有机质富集机制。这一认识对类比现代海洋缺氧“死区”的形成机制以及油气资源勘探中的烃源岩预测具有重要启示意义。