葡萄牙Foz de Alge地区上奥陶统富有机质黑色页岩的地球化学与有机岩石学特征及其对Hirnantian冰川事件的响应

本研究首次对葡萄牙中部伊比利亚带Foz de Alge地区上奥陶统Casal Carvalhal组黑色页岩开展系统分析，揭示其有机质含量异常高（TOC 31.21–41.29 wt%），以笔石化石和焦沥青为主。通过地球化学（XRF、δ13Corg）、矿物学（XRD）和有机岩石学（镜质体反射率VReqo 4.38–5.18%）等多技术联用，证实其形成于温暖高生产力的海洋环境，且高有机质保存与Hirnantian冰川事件及黏土矿物吸附作用密切相关。该成果为古生代黑色页岩的有机质富集机制和热演化历史提供了重要案例。

　　

【研究背景】
晚奥陶世至早志留世是全球地质事件频发的关键时期，以广泛沉积的富有机质黑色页岩为特征。这些页岩记录了古海洋氧化还原状态的重大变化，但关于其有机质富集机制和热演化历史仍存在诸多争议。葡萄牙中部伊比利亚带（CIZ）发育典型的奥陶系黑色页岩，但此前缺乏系统的有机地球化学研究。尤其令人困惑的是：为何Casal Carvalhal组页岩能保存异常高的有机质含量（最高达41.29 wt%）？其热成熟度如何受区域构造-热事件影响？这些问题对理解古生代碳循环和页岩气资源潜力具有重要意义。

【研究概况】
来自葡萄牙波尔图大学等机构的研究团队选取Foz de Alge露头的8个黑色页岩样品，通过多学科交叉方法开展研究。论文发表在《International Journal of Coal Geology》，首次揭示了该地区上奥陶统黑色页岩的有机-无机协同演化规律。

【关键技术】
研究采用X射线衍射（XRD）分析矿物组成，X射线荧光（XRF）测定主量元素，通过总有机碳（TOC）和总硫（TS）含量评估有机质丰度。有机岩石学分析包括笔石反射率测量（依据ASTM D7708-23标准）和等效镜质体反射率（VR_eqo）计算。扫描电镜（SEM-EDS）观察有机孔隙，δ¹³C_org同位素分析确定有机质来源。

【研究结果】

1. 矿物学与地球化学特征
   XRD显示页岩以石英（30–61%）和伊利石（26–62%）为主，XRF数据揭示SiO₂（16.09–34.38%）和Al₂O₃（7.42–16.80%）为主导氧化物。化学蚀变指数（CIA 81–89）指示源区经历强烈化学风化，与温暖潮湿气候一致。

2. 有机质组成与保存机制
   有机质以笔石碎片（非颗粒型为主）和焦沥青为特征，TOC含量（31.21–41.29 wt%）远超全球同类页岩。δ¹³C_org值（?27.98至?27.66‰）证实海相有机质来源，高保存效率归因于：①Hirnantian冰川事件导致的笔石集群灭绝；②黏土矿物对有机碳的吸附保护。

3. 热成熟度演化
   笔石最大反射率（GR_max 5.84–6.67%）对应VR_eqo 4.38–5.18%，达准无烟煤阶段。Kübler指数（0.11–0.31°Δ2θ）与反射率数据共同指示样品经历绿片岩相变质作用，主要受区域埋藏热控制，局部受Figueiró dos Vinhos岩体相关热液活动影响。

【结论与意义】
该研究建立了Casal Carvalhal组黑色页岩的成因模型：晚奥陶世温暖气候促进高初级生产力，Hirnantian冰川事件引发笔石大规模死亡，结合黏土矿物的吸附作用共同导致有机质异常富集。后期区域埋藏使有机质达准无烟煤成熟度，热液活动进一步改造矿物组成（如高K₂O促进高岭石伊利石化）。成果不仅为伊比利亚板块古生代沉积盆地热史重建提供关键参数，也为全球同期黑色页岩的有机质保存机制对比建立了新参照。特别值得注意的是，笔石反射率与焦沥青反射率的差异演化规律（前者始终高于后者），为过成熟海相页岩的有机岩石学研究提供了重要方法论启示。