天文轨道周期驱动华南晚奥陶世-早志留世有机质富集机制研究

本研究通过华南五峰组-龙马溪组高分辨率伽马射线(GR)、δ13Corg和化学蚀变指数(CIA)数据，建立了基于405 kyr偏心率周期的浮动天文时间标尺(ATS)，揭示了1.2 Myr斜率周期调控的冰室-温室转换与热盐环流(THC)对有机质富集的关键控制作用，为理解晚奥陶世生物大灭绝(LOME)期间碳循环与气候耦合机制提供了新见解。

　　

天文轨道对华南晚奥陶世-早志留世有机质富集的控制

地质背景与科学问题
华南板块晚奥陶世-早志留世过渡期保存了全球最完整的海相沉积记录，特别是五峰组-龙马溪组黑色页岩，不仅记录了晚奥陶世生物大灭绝(LOME)事件，更是重要的页岩气储层。然而，这段关键时期的高分辨率天文时间标尺(ATS)和有机质富集机制仍存在争议。四川威远地区威磨哈尼剖面连续出露的这套地层，为破解这一科学难题提供了理想材料。

研究方法与技术路线
研究团队采用多指标综合分析方法：伽马射线(GR)测井用于识别沉积旋回；有机碳同位素(δ¹³C_org)反映碳循环变化；化学蚀变指数(CIA)指示古气候条件。通过Acycle软件进行旋回地层学分析，重点识别405 kyr长偏心率周期，并以此为基础构建浮动天文时间标尺。该标尺最终通过444.2±1.6 Ma的赫南特期U-Pb年龄进行锚定。

关键发现与数据支撑

1. 天文时间标尺的建立：威磨哈尼剖面GR数据中识别出11.8 m、3.1 m和1.2 m的沉积旋回，分别对应405 kyr长偏心率、100 kyr短偏心率及34 kyr斜率周期。据此建立的ATS标定了各阶段持续时间：赫南特期1.31 Myr(442.70-444.01 Ma)、鲁丹期2.91 Myr(439.78-442.70 Ma)、埃隆期2.44 Myr(437.35-439.78 Ma)和特列奇期5.16 Myr(432.19-437.35 Ma)。

2. 轨道驱动的气候变化：CIA值在75-85区间反映湿热气候，50-70指示寒冷干旱条件。这些变化与1.2 Myr斜率大周期和405 kyr偏心率周期高度吻合。特别值得注意的是，1.2 Myr斜率周期通过调节高纬度太阳辐射，控制着冰室-温室气候转换，而405 kyr偏心率则通过影响季节性强弱调节低纬度气候。

3. 海平面波动机制：研究发现1.2 Myr斜率周期驱动三级海平面变化，而405 kyr偏心率控制四级海平面波动。例如赫南特冰期时斜率最大导致极地冰盖扩张，全球海平面下降达100 m以上。

有机质富集的新机制
研究提出了"轨道-火山"耦合模型解释有机质富集：

1. 斜率调控的热盐环流(THC)：低斜率期(冰期)增强的THC将富营养盐的深层水输送到扬子陆架，提高初级生产力；高斜率期(温室)虽然保存条件好但营养供给不足。过渡期(δ¹³C_org最低值配合CIA最高值)实现了生产力与保存的最佳平衡，TOC含量达到峰值。

2. 火山活动的协同作用：晚卡迪期(E1)和晚赫南特期(E4)的火山活动释放SO₂和H₂S，通过酸雨输入海洋造成缺氧环境。在405 kyr偏心率驱动的温室期，这种保存效应被放大，形成区域有机质富集中心。

理论意义与应用价值
该研究不仅为理解晚古生代生物灭绝事件中的碳循环-气候耦合提供了新视角，建立的轨道周期-有机质富集模型对页岩气勘探具有重要指导意义。特别是识别出的过渡期(冰室-温室转换带)是有机质最富集的层段，可作为页岩气开发的甜点区。这套方法体系还可推广应用于其他地质转折期的有机质富集研究，如泥盆纪缺氧事件等。