古生代扬子地块有机质幕式超常富集、资源效应与古特提斯演化过程中的地圈-生物圈相互作用

This project aims to study the Paleozoic organic-rich (also metalliferous) rocks, mainly including the Lower Cambrian, Ordo-Silurian and Permian organic-rich successions, in the Yangtze Block. Based on integrated studies from sedimentology, sequence stratigraphy, element (major, minor and rare) geochemistry, iron speciation, C-S relationships, and organic geochemistry (biomarker) as well as isotope (C-S-Sr or Os, some non-traditional isotopes Mo, Mg and Hg) geochemistry, this project intends to clarify the interactions among global tectonic activity (including volcanism and/or hydrothermal activity), basinal tectono-paleogeographic, climatic, paleoceanographic (eustatic fluctuations and oceanic circulation) changes in the context of Paleothysan evolution and constraints on the basic factors (oceanic anoxia, bioproductivity and clastic influx/sedimentation rate) controlling on the extravagant enrichment of organic matters and relevant metal elements. This in turn will improve our understanding of environmental dynamics of episodic organic super-enrichment and tempo-spatial distributions of organic-rich mudrocks and accompanying sedimentary polymetallic ore deposits, facilitating assessment of their geo-resource potentials. Therefore, this study can not only provides the crucial geological evidence to evaluate the hydrocarbon (including unconventional shale gas) potentials as well as related co-occurring sedimentary ore deposits, but also bears important scientific significances for understanding the co-evolution of environmental-life processes on Earth’s surface in the context of evolution of Paleotethys during the Paleozoic Era.

本项目以扬子地区古生界下寒武统，奥陶系-志留系界线层系和二叠系海相富有机质黑色岩系为主要对象，通过沉积学-层序地层学、元素地球化学、不同形态铁组分、黄铁矿粒径分布、C-S关系、有机地球化学以及同位素地球化学（C-S-Sr 或 Os，非传统同位素如Mo,Mg,Hg）的综合研究，揭示古生代古特提斯演化过程中全体构造活动（包括火山活动或热源活动）、盆地构造-古地理、气候、古海洋（海平面变化、海洋循环）相互作用规律及对有机质富集的基本要素（海洋缺氧、生物产力和陆源碎屑输入通量变化等）约束，认识海相黑色岩系有机质幕式超常富集（包括共生多金属共富集）的环境动力学机制以及富有机质岩及多金属沉积矿床分布规律。该项研究不仅能对本地区的油气（包括非常规页岩气）资源潜力评价和开采以及相关沉积矿床勘探提供重要的地质依据，同时对了解古生代时期古特提斯演化过程中地球表生系统环境-生物协同演化具有重要科学意义。

富有机质岩石是含油气盆地最重要（90%）的烃源岩和非常规油气储集层，同时也是一些伴生金属元素（如Ba及其他亲硫、铁元素）矿床的容矿层。富有机质岩石的形成往往代表了地球表层系统多圈层耦合作用造成的极端海洋（如缺氧或高初始生产力）环境的产物。在古生代，扬子地块作为冈瓦纳大陆边缘的主要块体与古（和/或原）特提斯洋演化密切，所以古生代发育的多套富有机质岩石也是认识古特提斯洋演化地球动力过程地球各圈层相互作用的重要档案库和切入点。.本项目以扬子地区古生界下寒武统底部，奥陶系-志留系界线层系和二叠系等海相富有机质黑色岩系为主要对象，综合沉积学、地球化学等研究方法，开展下来主要研究：1）古生界富有机质岩系的沉积背景；2）有机质富集的环境动力学过程；3）有机质富集与构造-气候-海洋演化；4）有机质富集机理与分布规律。通过本项目的研究取得如下主要成果和认识：1）发现了E-C转折期的明显气候变冷新（镁同位素）证据，揭示了寒武纪早期古地理约束、洋流上涌驱动发生于外陆架斜坡的高生产力与硫化楔耦合的有机质富集机制；2）发现了扬子地块奥陶纪-志留纪（O-S）转折期完整的碳酸盐岩界线剖面，建立了高分辨率的双碳、铀同位素地层剖面，揭示了该过渡期两幕全球性海洋缺氧模式和差异性生物响应；建立了中晚奥陶世高分辨率牙形刺O-Sr同位素演化曲线；3）对泥盆纪晚期弗拉-法门转折期（F-F）高分辨率Sr同位素和深海界线剖面地球化学研究进一步揭示了火山活动诱导的频繁气候波动，而非海洋缺氧，是造成该转折时期生态危机和生物绝灭的主因；4）多种地球化学指标表明四川盆地晚二叠世有机质富集主要受控于高生产力和缺氧状况（硫化）的耦合作用，此情形在古生代具有普遍性。.该项研究不仅能对本地区的油气（包括非常规页岩气）资源潜力和相关沉积矿床资源潜力评价提供重要的地质依据，同时对认识古生代重大地质转折期时期古特提斯演化过程中多圈层耦合机制具有重要科学意义。