氧化还原条件与初级生产力：对中国西南部羌塘盆地晚三叠世混合硅质碎屑-碳酸盐泥岩中有机物积累的控制作用

《Journal of Asian Earth Sciences》：Redox conditions and primary productivity as controls on organic matter accumulation in Late Triassic mixed siliciclastic–carbonate mudrocks, Northern Qiangtang Depression, SW China

　　

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  富含有机物的混合泥岩首次在晚三叠世的Bolila地层中被报道。
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  高钼（Mo）和硫（S）/铁（Fe）含量以及少量的黄铁矿针粒体表明该水柱处于缺氧-富硫环境。
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  高钼（Mo）、钼碳比（Mo/TOC）以及钼（Mo_EF）-铀（U_EF）的共变关系表明水柱的循环受到一定程度的限制。
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  缺氧环境和高生产力是主要特征，而缓慢的沉积作用减少了稀释效应。

引言

富含有机物的细粒岩石，如泥岩、页岩和硅质-碳酸盐混合岩，受到了广泛关注，因为它们是传统油气的主要储层，也是非常规油气在全球勘探中的主要目标（Jarvie等人，2007年；Zou等人，2019年；Qiu等人，2021年；Zhang等人，2021年；Hakimi等人，2025年），同时也是地球上最大、最稳定的有机碳库（Hedges和Keil，1995年；Li等人，2022年；Lin等人，2025年）。随着非常规油气（如致密油气、页岩油气和煤层气）勘探技术的突破，对这些富含有机物岩石的形成及其有机物（OM）积累机制的研究变得越来越重要（T?mmer?s和Mann，2008年；Zou等人，2015年；Dong等人，2018年；Li等人，2023年；Hakimi等人，2025年；Lin等人，2025年）。由于有机物积累机制对于确定油气分布至关重要，因此了解其富集过程对于优化非常规油气勘探以及提高能源可持续性和安全性具有重要意义。此外，有机物积累与古环境变化密切相关，例如气候变暖、相对海平面上升和水体缺氧（Arthur和Sageman，2005年；Dong等人，2018年；Zhu等人，2019年；Lu等人，2025年）；因此，研究有机物富集过程可以为深时环境变化提供有价值的见解。

有机物富集涉及一系列复杂的物理、生物和化学过程，这些过程受到许多因素的影响，包括底栖环境的氧化还原条件、表层初级生产力、陆源物质输入、沉积速率以及沉积后的降解过程（Murphy等人，2000年；Rimmer等人，2004年；Mort等人，2007年；Qiu等人，2021年；Abdi等人，2021年；Wang等人，2022年）。在过去二十年中，许多研究集中在富含有机物的细粒岩石中的有机物积累机制上，但这些机制仍然存在争议（Wei等人，2012年；Lash和Blood，2014年；Qiu等人，2021年；Wang等人，2022年；Lin等人，2025年）。目前已提出了三种关于富含有机物岩石的有机物积累模型：（1）表层水体中的初级生产力增加（Pedersen和Calvert，1990年；Gallego-Torres等人，2007年；Wei等人，2012年；Liu等人，2025a）；（2）底栖水体中的非氧化环境（Ingall等人，1993年；Mort等人，2007年；Kennedy等人，2014年；Wang等人，2022年）；（3）适宜的沉积速率（Tyson，2001年；Wang等人，2017年；Ding等人，2015年）。在这些模型中，高生物生产力通常是由于营养物质供应增加，从而通过河流径流、上升流和/或营养循环增加了有机物的输送（Pedersen和Calvert，1990年；Algeo和Ingall，2007年；Schoepfer等人，2015年；Dong等人，2018年）。总之，高初级生产力为有机物富集提供了物质基础，而降低的条件和适宜的沉积速率则控制了有机物的保存和富集（Mort等人，2007年；Mohialdeen等人，2013年；Shen等人，2022年；Hakimi等人，2025年）。此外，其他相互关联的环境变化，如相对海平面波动、大陆风化、火山活动、水文变化和盐度分层，也可能通过影响上述因素来促进有机物富集（Dong等人，2018年；Zhu等人，2019年；Zhang等人，2020年；Wang等人，2022年）。到目前为止，有机物积累被认为是一个动态过程，应通过上述多种因素的相互作用来合理解释，但没有任何一个因素被单独视为唯一决定因素（Wang等人，2017年；Zhang等人，2022年；Ding等人，2022年；Li等人，2022年）。

Qiangtang盆地位于特提斯构造域的东部（Qiu等人，2007年），是青藏高原上最具潜力但勘探最少的中生代含油气盆地（Wang等人，2009年；Fu等人，2016年）。随着持续的勘探和调查，该盆地内的上三叠统地层逐渐成为油气勘探的主要目标，因为它们含有分布广泛的优质烃源岩和烃类显示（Zeng等人，2013年；Chen等人，2015年；Fu等人，2016年；Wang等人，2021年）。以往关于潜在烃类生成和有机物富集的研究主要集中在Bagong地层及其同时期的地层，如Zangxiahe地层、Tumen Gela地层和Zana地层（Ding等人，2011年；Zeng等人，2013年；Chen等人，2015年；Wang等人，2017年；Wang等人，2021年；Wang等人，2022年；Yu等人，2019年；Zhan和Tan，2020年）。例如，Tumen Gela地层中的含煤泥岩中的有机物积累机制涉及快速的沉积速率和高古生产力，即使在底栖水柱完全氧化的情况下也能实现一定的有机物保存和积累（Wang等人，2017年）。与Tumen Gela地层的含煤泥岩不同，Well QZ-7中的Bagong地层黑色泥岩主要受分层高盐度和缺氧水柱的控制（Wang等人，2022年）。最近，我们发现Well QZ-7中的上三叠统Bolila地层的岩石类型显示了硅质碎屑-碳酸盐混合岩的特征，这与普通的陆源碎屑岩和海洋碳酸盐岩不同（Xiao，2023年）。传统观点认为烃源岩主要由页岩、泥岩和/或碳酸盐岩组成。然而，像准噶尔盆地的Luogou地层（Zhang等人，2021年；Qiao等人，2023年）、江汉盆地的Xingouzui地层（Li等人，2021年）、内乌肯盆地的Agrio地层（Omarini等人，2020年；Remírez等人，2020年；2022年）和伏尔加-乌拉尔盆地的Domanik地层（Hakimi等人，2025年）中的细粒硅质碎屑-碳酸盐混合岩最近受到了关注作为烃源岩。值得注意的是，Bolila地层的细粒混合岩以总有机碳（TOC）含量高、混合型（II₂）烃类和过度成熟状态为特征（Zhan和Tan，2020年）。然而，Bolila地层细粒混合岩的岩相、地球化学和矿物学特征研究较少，控制有机物富集及其驱动机制的因素仍有待揭示。

地球化学和矿物学指标被广泛用于解释细粒沉积岩中有机物的保存和积累机制（Wilkin等人，1996年；Algeo和Maynard，2004年；Schoepfer等人，2015年；Algeo和Li，2020年；Abdi等人，2021年；Lin等人，2025年）。我们使用薄片显微镜、激光诱导分解光谱（LIBS）和X射线衍射（XRD）分析了Well QZ-7中的18个混合泥岩样品，并进行了地球化学分析（如TOC含量和主要及微量元素的分析）。我们的工作主要目的是（1）重建Well QZ-7中Bolila地层细粒混合岩沉积期间的古气候条件，（2）恢复晚三叠世的古海洋条件，如氧化还原条件和水文限制，（3）评估表层水体的初级生产力，（4）阐明控制有机物富集的因素和机制。这些发现对于加深对混合硅质碎屑-碳酸盐系统中有机物富集的理解具有重要意义，并为Qiangtang盆地的油气资源评估提供了支持。

章节片段

地质背景

Qiangtang盆地位于青藏高原的北部-中部边缘（图1A）。它是青藏高原上最大的海洋沉积盆地，面积约为20万平方公里（Wang等人，2009年）。从构造位置来看，Qiangtang盆地属于特提斯构造域的东部区域，毗邻拉萨地块、 Songpan-Ganzi地块、Hoh-Xil地块和Kunlun地块（图1A）。该盆地的形成和演化主要受...

样品和方法

从北Qiangtang凹陷的Well QZ-7中采集了18个晚三叠世Bolila地层的细粒硅质碎屑-碳酸盐混合岩岩芯样本。消除了脉状体和风化产物以减少成岩作用的影响。所有18个岩芯样本都被切割成垂直于层理面的薄片，用于岩石学和矿物学观察。此外，所有研究样本都被研磨至200目并干燥...

矿物学和岩相

Bolila地层细粒硅质碎屑-碳酸盐混合岩样本的矿物学数据见表1S和图2A。Well QZ-7中的样本主要由方解石（14.7–57.4%，平均34.2%）、粘土矿物（19.0–51.1%，平均31.6%）和石英（14.5–35.1%，平均27.2%）组成，其次是黄铁矿（2.49–8.13%，平均4.21%）、白云石（0.39–9.58%，平均1.76%）和斜长石（0.26–2.11%，平均0.95%）。少量钾长石（< 0.55%）和石膏（< 1.0%）也存在于其中...

晚三叠世的古气候变化

古气候条件对植物生长和相关初级生产力的增加至关重要（Wang等人，2017年；Ding等人，2022年；Lin等人，2025年；Lu等人，2025年），这可以通过对风化敏感的元素指标（如化学改变化指数（CIA）、铷/锶（Rb/Sr）、锶/铜（Sr/Cu）和C值（Nesbitt和Young，1982年；Zhao等人，2007年；Roy和Roser，2013年；Huo等人，2022年；Lu等人，2025年）来约束。Lu等人（2025年）认为锶/铜（Sr/Cu）、铷/锶（Rb/Sr）和化学改变化指数（CIA）是...

结论

我们整合了Well QZ-7中上三叠世Bolila地层混合泥岩的TOC、岩相学、矿物学、元素地球化学和黄铁矿针粒体直径数据，得出了以下结论：

（1）从Bolila地层中识别出五种岩相类型，即层状混合泥岩（LMM）、层状混合碳酸盐泥岩（LMCM）、块状粘土质硅质泥岩（MASM）、层状混合粘土质泥岩（LMAM）和块状混合泥岩（MMM）...

CRediT作者贡献声明

Zhongwei Wang：撰写——初稿；资金获取；概念构思。Boyu Sui：撰写——初稿；数据管理。Jian Wang：调查。Fei Huo：正式分析；数据管理。Wangzhong Zhan：资源调查。Qian Hou：数据管理。Weiqing Liu：撰写——审稿与编辑。Chunyan Song：调查。Jun Qi：数据管理。Jian Zhang：调查。

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号：42372129）、西藏自治区科学技术项目（项目编号：XZ202502ZY0023）、古生物学与地层学国家重点实验室开放基金项目（项目编号：223130）以及自然资源部沉积盆地与油气资源重点实验室（项目编号：cdcgs2025003）的支持。我们衷心感谢编辑Jian-Feng Gao博士...

Zhongwei Wang|Boyu Sui|Jian Wang|Fei Huo|Wangzhong Zhan|Qian Hou|Weiqing Liu|Chunyan Song|Jun Qi|Jian Zhang