《International Journal of Coal Geology》：The Emeishan large igneous province (middle-late Permian) and implications for source rock development in South China (Sichuan Basin)
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火山活动对四川盆地二叠系烃源岩热演化及沉积环境的影响研究
艾哈迈德·曼苏尔（Ahmed Mansour）| 莱米娅·A·阿卜杜勒哈利姆（Lamia A. Abdelhalim）| 魏恒业（Wei Hengye）| 托马斯·根齐斯（Thomas Gentzis）| 萨梅赫·S·塔胡恩（Sameh S. Tahoun）| 丹尼尔·坎波斯（Daniel Campos）
西南石油大学地球科学与技术学院，中国成都610500
摘要
中晚二叠世是一个全球古环境和古海洋学不稳定的时期，包括瓜达卢皮安末期（End-Guadalupian）或瓜达卢皮安-洛平期（Guadlupian-Lopingian）的重大灭绝事件。这一时期受到中国南方埃梅山大型火成岩省（Emeishan Large Igneous Province，LIP）大规模喷发的控制，导致大量温室气体和有毒元素释放到海洋-大气系统中。本文分析了四川盆地西部和北部凹陷地区的西北向剖面（Xibeixiang section）和Daye 1井（DY1）中的中上二叠统地层，研究了孢粉数据、总有机碳（Total Organic Carbon，TOC）、Rock-Eval热解分析以及有机岩石学特征。鉴定出的孢粉化石以高浓度的无壳类化石（acritarchs）为主，尤其是Leiosphaeridia和Lophosphaeridium，同时还有中等至低丰度的绿藻类化石（prasinophytes），主要是Dictyotidium，以及少量Cymatiosphaera。这些孢粉化石反映了古峰组（Gufeng Formation）和吴家坪组（Wujiaping Formation）在低能量、还原性环境中的沉积特征，这与有孔虫壳层、花粉和孢子的偶尔出现一致。古峰组中较高的植物碎屑含量和稀疏的孢粉及花粉表明了来自陆地的物质输入较多，而吴家坪组中植物碎屑含量低且缺乏陆地孢粉化石，表明其沉积条件较为贫瘠，可能与广旺-开江-梁平凹陷（Guangwang-Kaijiang–Liangping Trough）的沉降有关。源岩评估显示，古峰组的有机质丰富度为中等至优秀，而吴家坪组的有机质丰富度较差至非常优秀。然而，两组源岩的现今烃类生成潜力都属于III–IV型干酪根（kerogen），大多数样本已达到干气阶段。通过反演得到的原始S2o和HIo值表明，这些源岩具有良好的至优秀的烃类生成潜力，且主要为II型或II/III型混合干酪根。在研究区域，埃梅山大型火成岩省的喷发导致了大量的温室气体排放和同位素轻质碳的释放，引起了全球碳循环的扰动，增加了有机碳的输出，并形成了缺氧-富氧的环境（这一点通过球状黄铁矿的大小和氧化还原敏感元素得到了证实）。此外，喷发还改变了整个四川盆地的热流模式，加速了有机质的热演化过程。因此，四川盆地的二叠纪源岩在早三叠世进入了石油生成的峰值窗口，而在侏罗世则进入了干气生成窗口。
引言
中晚二叠世过渡期，也被称为瓜达卢皮安末期事件，是显生宙主要的生物灭绝危机之一（Yang等人，2004年；Wignall等人，2009年；Bond等人，2010年，2020年）。这一事件对浅海生物造成了严重影响，导致许多 fusulinid 有孔虫、钙质藻类、珊瑚、腕足动物、大型双壳类动物和苔藓动物以及陆地四足动物灭绝或严重减少（Stanley和Yang，1994年；Wilf和Johnson，2004年；Isozaki和Aljinovic，2009年；Shen和Shi，2009年；Wignall等人，2009年；Day等人，2015年）。对于瓜达卢皮安末期事件的控制机制有多种理论，包括海平面下降（Kofukuda等人，2014年；Qiu等人，2024年）、全球海洋缺氧（Saitoh等人，2013年；Zhang等人，2015年；Wei等人，2019年；Song等人，2023年；Zhang等人，2025b年），以及埃梅山大型火成岩省的侵入（He等人，2003年；Grasby等人，2016年；Huang等人，2019年；Bond等人，2020年）。埃梅山大型火成岩省的初次活动发生在西南中国的瓜达卢皮安-洛平期过渡期，大约在2.63–2.625亿年前（Yan等人，2020年；Wei等人，即将发表），而其主要喷发阶段结束于约2.60±0.9亿年前（Zhong等人，2014年；Zhong等人，2020年）。锥形牙石生物地层学分析表明，埃梅山喷发始于Jinogondolella altudaensis层（约2.63亿年前），并在Jinogondolella xuanhanensis层（约2.62亿年前）达到最大规模和范围（Sun等人，2010年；Bond等人，2010年）。埃梅山大型火成岩省覆盖了中国南部的四川、云南和贵州三省，估计其总体积为3–6×105立方公里，主要由枕状玄武岩和碎屑沉积物组成（Xu等人，2001年；Shellnutt，2014年）。根据洪流玄武岩的厚度和分布、岩浆岩与二叠纪地层之间的不整合关系、下伏茅口组（Maokou Formation）的侵蚀速率以及区域古地理特征，埃梅山大型火成岩省被划分为内带、中带和外带（图1）（见表1）。
四川盆地是中国最重要的产气区之一，从震旦纪到侏罗纪共有超过20个产气层（Yang等人，2016年）。其中，中上二叠统地层是天然气生成和生产的关键海洋源岩。据估计，二叠纪地层中的原始天然气储量高达922×108立方米，尤其是在四川盆地的南部和东部凹陷地区（图1）（Xie等人，2020年）。近年来，天然气勘探的重大突破扩展到了盆地的西北部、中部和东北部。富含有机物的沉积物的积累以及成熟源岩的形成（如四川盆地的源岩）是形成完整石油系统的基础，尤其是在适当的埋藏和热演化条件下。由于四川盆地靠近埃梅山大型火成岩省，洪流玄武岩幔柱活动的侧向扩展向岩石圈和上地壳注入了大量热量，导致该区域的热流显著增加（Ali等人，2010年；Campbell，2007年）。这种热流的激增（高达120毫瓦/平方米）对应于埃梅山火山活动的峰值阶段（大约2.62亿至2.59亿年前），这一点通过地质动力学建模（Zhu等人，2010年；Zhu等人，2016年；Xu等人，2011年；Jiang等人，2018年；Xu等人，2018年；Zhong等人，2020年；Qiu等人，2021年；Feng等人，2022年）以及四川盆地的热年代学分析得到了证实（Jiang等人，2018年；Liu等人，2018年）。
以往研究埃梅山大型火成岩省对四川盆地源岩热成熟度影响的主要集中在震旦纪、寒武纪和泥盆纪地层（Xu等人，2018年；Jiang等人，2018年；Xie等人，2020年；Qiu等人，2021年）。相比之下，关于二叠纪地层的研究较为有限，主要集中在埃梅山相关热流对四川盆地北部和东部凹陷地区页岩气潜力的影响，而针对西部凹陷地区的研究较少（Jiang等人，2018年；Feng等人，2022年；Yong等人，2025年）。此外，将孢粉分析技术与Rock-Eval热解数据分析结合应用于二叠纪地层的研究也非常缺乏。本研究重点分析了四川盆地北部西部凹陷地区的西北向剖面（Xibeixiang section）中的茅口组（Maokou Formation）、古峰组（Gufeng Formation）和吴家坪组（Wujiaping Formation）的中上二叠统地层，以及四川盆地北部东部凹陷地区的Daye 1井（DY1）中的上二叠统吴家坪组（Wujiaping Formation）（图1）。西北向剖面的总有机碳（TOC）数据此前已被Zhang等人（2025b）用于氧化还原条件的评估，作为当前四川盆地二叠纪地层研究项目的一部分。本文对这些地层进行了全面的有机地球化学分析，包括TOC和Rock-Eval热解分析，以及有机岩石学和孢粉学研究。研究目的包括：（1）基于关键孢粉组合的孢粉分析重建沉积古环境条件；（2）评估二叠纪有机质特征及其在瓜达卢皮安-洛平期全球环境和海洋学不稳定时期的响应；（3）探讨埃梅山大型火成岩省对区域热流动态的影响及其在触发四川盆地二叠纪源岩热成熟中的作用。
地质背景
四川盆地是位于中国南方地块西部的一个含油沉积盆地，横跨扬子地台的西北部和东南部以及卡西亚地块（Cathaysia Block）。它北邻秦岭造山带，东接中生代湖北-湖南-贵州褶皱-推覆带，西靠龙门山推覆带，后者将其与新生代青藏高原分隔开来（Roger等人，2010年；Dong等人
材料与方法
本研究基于从四川省广元市西北向剖面（Xibeixiang area）的道路切割面采集的250个岩石样本，这些样本来自茅口组（Maokou Formation）的上部、古峰组（Gufeng Formation）和吴家坪组（Wujiaping Formation）的下部（经度105° 44′ 44.37′′ E，纬度32° 31′ 23.63′′ N）。该剖面位于四川盆地西部凹陷区的上扬子地台（图1）。样本以10厘米的间隔高分辨率采集。
地层孢粉学
在西北向剖面中，古峰组（Gufeng Formation）和吴家坪组（Wujiaping Formation）产出了低多样性的海洋孢粉化石组合，主要以无壳类化石（acritarchs）和绿藻类化石（prasinophytes）为主，少数孢子和花粉颗粒（补充表S1）。只有6个古峰组样本和4个吴家坪组样本未发现孢粉化石（图3）。回收的孢粉化石包括4种无壳类化石、3种绿藻类化石和4种花粉化石。
沉积古环境
中上二叠统古峰组（Gufeng Formation）和吴家坪组（Wujiaping Formation）的沉积古环境是根据孢粉组合的地层变化和POM（总有机质）成分重建的（图3–5）。海洋浮游植物的定量分布，包括无壳类化石、绿藻类藻体（prasinophyte phycomata）和FTLs（浮游植物碎屑），可以为沉积古环境提供重要线索（Jacobson，1979年；Li-chang和Wicander，1988年；Wicander和Playford，2013年）。结论
本研究分析了四川盆地西部凹陷区的茅口组（Maokou Formation）、古峰组（Gufeng Formation）和吴家坪组（Wujiaping Formation）的中上二叠统地层，以及东部凹陷区的Daye 1井（DY1）中的上二叠统吴家坪组（Wujiaping Formation）。研究采用了综合方法，结合了孢粉数据、TOC、Rock-Eval热解分析和有机岩石学特征。西北向剖面中古峰组和吴家坪组的孢粉组合主要以高丰度的
作者贡献声明
艾哈迈德·曼苏尔（Ahmed Mansour）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，监督，资金获取，概念构思。莱米娅·A·阿卜杜勒哈利姆（Lamia A. Abdelhalim）：撰写 – 审稿与编辑，软件应用，数据分析，正式分析。魏恒业（Wei Hengye）：撰写 – 审稿与编辑，验证，资源协调，项目管理，数据管理。托马斯·根齐斯（Thomas Gentzis）：撰写 – 审稿与编辑，数据可视化，数据管理。萨梅赫·S·塔胡恩（Sameh S. Tahoun）：撰写 – 审稿与编辑，资源协调，方法学研究，正式流程
利益冲突声明
作者声明以下可能的财务利益或个人关系可能构成利益冲突：
艾哈迈德·曼苏尔报告称获得了中国国家自然科学基金的支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号W2433105、42272118）的资助。我们感谢英雄（Ying Xiong）提供四川盆地的位置地图。同时感谢主编戴世峰（Shifeng Dai）和两位匿名审稿人的宝贵意见和建设性评论，这些评论极大地提升了本文的质量。
