喀麦隆杜阿拉次盆地古新世N'kapa组Bolander段黑色页岩的碳硫同位素扰动与古环境重建及有机质富集机制研究

为解决古新世黑色页岩中有机质富集机制及碳硫同位素扰动规律的科学问题，研究人员通过δ13 Corg 、δ34 Spy 、TOC、TS等多参数地球化学分析，揭示了温暖湿润气候下被动大陆边缘的缺氧硫化环境对有机质保存的关键控制作用，为烃源岩评价提供了新依据。

　　

在地球演化史上，古新世-始新世过渡期（PETM）是地质记录中全球变暖最剧烈的时期之一，这一阶段黑色页岩的沉积过程与碳硫循环扰动密切相关。喀麦隆杜阿拉盆地的N'kapa组作为重要的烃源岩层系，其Bolander段黑色页岩的有机质富集机制和同位素分馏规律尚未明确。这一科学盲区的存在，制约着对该盆地页岩气资源潜力的准确评估。

针对这一研究空白，喀麦隆的研究团队对Kompina-Mian和Pendanboko-Kombe剖面的55件样品展开系统研究。通过有机碳同位素(δ¹³
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)、黄铁矿硫同位素(δ³⁴
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)、总有机碳(TOC)、总硫(TS)等地球化学测试，结合X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析，重建了古新世黑色页岩的沉积环境。研究团队创新性地应用判别函数图解DF1&2(Arc-Rift-Col)_M1/M2
和DF(A-P)_M
解析构造背景，并利用Mo/Al、Cu/Al等元素比值揭示古生产力变化规律。

关键技术方法包括：1) 采用LECO CS-400分析仪测定TOC和TS含量；2) 通过Finnigan MAT-253质谱仪分析δ¹³
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同位素组成；3) 使用Thermo Fisher Delta V-Plus质谱仪测定δ³⁴
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同位素值；4) 应用X射线荧光光谱(XRF)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行主微量元素分析；5) 采用Quanta 200F场发射扫描电镜观察显微形貌特征。

矿物学特征显示，研究区黑色页岩以石英(21.64-29.67%)、伊利石(40%)和伊利石/蒙脱石混层(19.2%)为主，SEM观察到典型草莓状黄铁矿集合体（图3b-d），证实了硫酸盐还原菌(SRB)的微生物活动。主量元素地球化学数据显示，化学蚀变指数(CIA)介于70.06-86.83（均值78.05），反映中等的化学风化强度。判别函数分析表明沉积物主要来源于被动大陆边缘的长英质岩石（图4c-f）。

古环境重建揭示关键发现：Sr/Cu比值(4.42-9.11)和C指数(0.44-0.83)指示温暖半湿润气候；V/Cr(3.47-6.24)、Ni/Co(5.72-9.44)和δU(1.45-5.29)综合证实缺氧硫化环境；Sr/Ba(0.57-2.35)和B/Ga(3.11-5.71)比值显示中等盐度半咸水环境（表1-2）。值得注意的是，δ¹³
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值(-30.25至-22.33‰)的负偏与δ³⁴
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值(5.72-14.71‰)的正偏呈镜像关系（图7），这种耦合变化揭示了微生物介导的碳硫循环机制。

有机质富集机制的核心在于三方面协同作用：1) 温暖气候促进陆地营养物质输入，Ba_bio
(91.31-281.29ppm)指示高初级生产力；2) 水体分层形成的缺氧环境(TOC/TS=0.38-3.34)有利于有机质保存；3) 泥岩快速覆盖缩短有机质氧化时间（图12）。特别值得注意的是，δ³⁴
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与TOC的正相关(r²
=0.63)表明有机质含量控制着黄铁矿的形成效率（图8d）。

这项发表在《Geosystems and Geoenvironment》的研究具有三重重要意义：首先，建立了被动大陆边缘盆地黑色页岩的"气候-生产力-保存"三元富集模式；其次，揭示了δ¹³
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负异常与硫酸盐还原菌(SRB)活动的成因联系；最后，提出的生物地球化学指标为全球古新世烃源岩对比提供了新标尺。该成果不仅深化了对 Gondwana大陆裂解期碳循环的理解，也为西非海岸盆地的页岩气勘探提供了理论依据。