华南上扬子内陆架早志留世碳循环扰动下的有机质富集机制与古环境演化

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Mechanisms of organic matter accumulation during Early Silurian carbon-cycle perturbations: Geochemical constraints from the inner shelf, Upper Yangtze, South China

本研究针对赫南特冰期后古海洋条件与有机质富集机制关联不清的科学问题，通过华南上扬子区内陆架下志留统龙马溪组的高分辨率地球化学分析，揭示了早志留世碳同位素漂移（δ13Corg）与有机质富集的三阶段控制模式。研究发现龙马溪组页岩有机碳（TOC）富集受初级生产力、氧化还原条件和沉积速率协同控制，其中火山活动-有机碳埋藏-碳酸盐风化共同调控碳循环扰动，为冰期后气候-海洋环境协同演化提供新证据。

　　

当赫南特冰期的冰川逐渐消退，地球迎来了早志留世这个气候剧烈波动的特殊时期。全球气候系统仿佛坐上了过山车：海水温度骤升、海平面频繁变动、大气CO₂浓度下降，同时伴随着生物群落的更替、轨道强迫的影响、首批陆生维管植物的出现，以及大规模火山活动等系列事件。这些变化不仅重塑了古环境格局，更引发了碳循环的显著扰动，在深海沉积物中留下了至少7次全球可识别的碳同位素漂移记录。然而，这些气候环境事件如何影响有机质富集？碳循环扰动背后的驱动机制是什么？这些科学问题始终困扰着地质学家。

华南上扬子板块为破解这些谜题提供了独特窗口。该区域在奥陶纪-志留纪过渡期位于冈瓦纳大陆北缘低纬度地区，其特殊的古地理格局完整记录了古海洋环境演变。但迄今为止，对冰期后气候变化与古环境演化的认识仍存在空白，制约着对有机质富集机制及其与碳循环扰动关系的深入理解。

为此，研究人员对华南上扬子区内陆架下志留统龙马溪组（鲁丹阶-早埃隆阶）开展了高分辨率地球化学研究。通过分析CN A井26米连续剖面的129件样品，获得了碳同位素（δ¹³C_org）、总有机碳（TOC）、主微量元素和矿物学等系列指标。研究首次将龙马溪组页岩划分为三个具有明显地球化学演化趋势的单元：单元1（早鲁丹期）有机质富集与海洋初级生产力、有利保存条件和低沉积速率密切关联；单元2（中-晚鲁丹期）环境变化触发海洋环流和上升流复苏，增强初级生产力并驱动有机质积累；单元3（早埃隆期）有机质富集程度降低，与含氧底层水条件增强和陆源碎屑输入增加相关。进一步研究表明，火山活动、有机碳埋藏和碳酸盐风化的联合作用可能不同程度地调控了各阶段的碳同位素漂移。

关键技术方法

本研究依托CN A井的连续岩心样品（26米，129个样本），采用高分辨率地球化学分析技术，包括碳同位素（δ¹³C_org）和总有机碳（TOC）测试、X射线荧光光谱（XRF）主微量元素分析、X射线衍射（XRD）矿物组成鉴定。通过化学蚀变指数（CIA）等指标排除成岩作用干扰，利用A-CN-K三角图解识别钾交代作用，确保古气候解释可靠性。

结果与讨论

古环境演化序列：地球化学指标显示研究区经历从缺氧-富营养化（单元1）到高生产力-上升流（单元2）最终转为富氧-高陆源输入（单元3）的完整环境演变。

有机质富集机制：首次明确初级生产力为有机质富集的首要控制因素，而氧化还原条件和沉积速率共同调控保存效率。单元2时期上升流发育带来的营养盐供应为有机质高产关键。

碳循环扰动驱动：发现火山活动通过促进风化和营养盐输入间接影响碳埋藏，而有机碳埋藏通量变化与海平面波动、氧化还原条件转变同步，证实碳同位素漂移的多因素控制特征。

这项发表于《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》的研究，首次系统揭示华南上扬子区早志留世碳循环扰动与有机质富集的耦合机制，为理解冰期后气候-海洋-生物系统协同演化提供新的地球化学约束。研究成果不仅对古环境重建具有重要理论意义，对页岩气勘探中优质页岩层段预测也有实际指导价值。