四川盆地大安寨段有机质差异性富集:对托阿尔阶大洋缺氧事件(Toarcian Oceanic Anoxic Event, T-OAE)的响应

时间:2026年5月26日
来源:ACS Omega

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四川盆地下侏罗统大安寨段保存了托阿尔阶大洋缺氧事件(T-OAE)罕见的陆相沉积记录,但其湖相页岩层系中有机质(Organic Matter, OM)差异性富集机制仍存争议。研究人员对该盆地中部大安寨段Da13与Da1两个次级层段开展了有机地球化学、生物标志化合

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四川盆地下侏罗统大安寨段保存了托阿尔阶大洋缺氧事件(T-OAE)罕见的陆相沉积记录,但其湖相页岩层系中有机质(Organic Matter, OM)差异性富集机制仍存争议。研究人员对该盆地中部大安寨段Da13与Da1两个次级层段开展了有机地球化学、生物标志化合物与古环境的综合研究,旨在阐明二者不同的有机质富集过程,并将其与全球气候强迫相联系。结果表明,Da13次级层段沉积于T-OAE气候最适宜期,以水生(藻类)有机质为主,反映了温暖湿润条件下开放湖泊系统中较高的初级生产力与稳定的热力分层特征。相比之下,Da1次级层段在炎热干旱气候下表现出更强的陆源输入与更高的盐度,有机质保存主要受限于封闭盆地中频繁河流扰动下的深水稳定分层环境。结合羌塘海相盆地与鄂尔多斯湖相盆地的区域T-OAE记录,研究人员建立了一个统一的“开放湖(温暖湿润)—封闭湖(炎热干旱)”富集模型,将全球气候扰动、盆地演化与沉积物供给共同联系到差异性的湖相有机质富集过程中。值得注意的是,该研究所揭示的湖泊由温暖湿润开放系统向炎热干旱封闭系统的演化过程,与中国东部胶莱盆地早白垩世OAE1a湖相记录高度一致。这种一致性表明,所提出的框架捕捉到了极端气候扰动下湖相响应的一种反复出现的模式,从而增强了其可靠性及在其他具有相似气候强迫的盆地与地质时期的潜在可迁移性。本研究深化了对全球缺氧事件大陆古环境响应的认识,并为全球类似湖相背景下的页岩油勘探提供了预测框架。
研究背景方面,沉积系统中有机质(OM)的富集是生物生产、沉积后破坏与矿物稀释三类非线性过程共同作用的结果,受古气候、水体动力学与沉积速率三重地质因素控制,但在不同沉积环境中的相对重要性存在差异。托阿尔阶大洋缺氧事件(T-OAE,约183 Ma)是显生宙一次剧烈的碳循环扰动事件,驱动了风化作用增强、营养通量上升及全球范围内富有机质地层的广泛发育。四川盆地下侏罗统大安寨段作为该事件的陆相沉积档案,因其较高沉积速率具备重建大陆古环境变化的独特优势。然而,当前研究缺乏将全球T-OAE气候强迫、盆地尺度演化过程与局部沉积物供给动态有机结合的综合框架,导致该段优质烃源岩的主控因素尚未得到充分约束。为填补这一空白,研究人员针对大安寨段Da13与Da1次级层段开展了系统的对比研究,以明确二者有机质富集的差异性机制。
关键技术方法方面,研究人员选取四川盆地中部共20件泥岩与页岩岩心样品,样品来自公山庙、八角场与金华—丘陵三个构造区,涵盖Da1与Da13两个层段。分析测试包括总有机碳(TOC)与全硫(TS)测定、Rock-Eval热解分析、干酪根分离与镜质体反射率(Ro)及显微组分分析、饱和烃气相色谱—质谱(GC-MS)分析,所有实验均在教育部油气资源与勘探技术重点实验室完成。
研究结果方面,在有机地球化学特征部分,Da13层段以黑色与深灰色页岩为主,TOC平均值为1.18%,略高于Da1层段的1.12%。干酪根类型以I型与II1、II2型为主,镜质体反射率(Ro)介于1.12%至1.45%,处于生油高峰阶段;Da1层段则以II2型干酪根为主,含少量III型,Ro介于0.93%至1.34%,成熟度稍低。在分子生物标志物部分,Da13层段正构烷烃呈前峰型,主峰碳为C17、C19或C20,规则甾烷以C27为主,伽马蜡烷指数平均为0.19,指示淡水—微咸水、强还原环境下的水生藻类母质贡献;Da1层段正构烷烃呈后峰型,主峰碳为C23或C24,C27甾烷相对丰度升高,伽马蜡烷指数平均为0.47,反映较强陆源输入与微咸水、弱还原沉积环境。
在有机质富集控制因素部分,研究人员指出T-OAE期间的全球温室效应与增强的化学风化显著提高了湖泊初级生产力,促进了有机质埋藏与保存。湖平面波动控制了盆地水文状态:Da13时期温暖湿润气候使湖泊扩张并转为开放湖,热力分层稳定,有机质保存条件优越;Da1时期转为炎热干旱气候,湖泊收缩为封闭湖,盐度升高,季节性河流输入频繁破坏了水体分层,有机质保存仅局限于深水区。陆源输入通过地形差异影响有机质分布,缓坡区因陆源碎屑输入较少更有利于有机质保存。
在湖相有机质动态形成模型部分,研究人员提出了两种模式:温暖湿润开放湖模式对应Da13层段,以高生产力与持续热力分层控制有机质富集;炎热干旱封闭湖模式对应Da1层段,以局域性盐度分层与间歇性生产力控制有机质富集。该演化模式与中国东部胶莱盆地早白垩世OAE1a记录高度一致,表明其具有跨区域的可对比性。
讨论与结论部分,研究人员认为大安寨段Da13与Da1层段分别代表了T-OAE期间开放湖与封闭湖两种不同的有机质富集路径。Da13层段以优质藻类型有机质、高TOC与稳定还原环境为特征,具良好生烃潜力;Da1层段则以混合型母质、较低TOC与不稳定还原环境为特征。生物标志物与沉积学证据共同支持两类层段沉积环境的显著差异。该研究建立的统一富集模型揭示了全球气候事件、盆地演化与沉积物供给三者耦合对陆相有机质富集的控制机制,为类似地质背景下页岩油勘探与古环境重建提供了理论依据。论文发表于《ACS Omega》。

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