張喜，張廷山，趙曉明，祝海華，MIHAI Emilian Popa,2，陳雷，雍錦杰，肖強(qiáng)，李紅佼

（1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610500；2.布加勒斯特大學(xué)地質(zhì)與地球物理系，布加勒斯特 010041，羅馬尼亞）

0 引言

海相富有機(jī)質(zhì)沉積物廣泛保存于地層中，海洋生產(chǎn)力及保存條件是有機(jī)質(zhì)富集的重要因素[1-2]。有機(jī)質(zhì)沉積物富集的影響因素一直是討論的熱點(diǎn)，Rahmstorf[3]及 Huang等[4]通過對(duì)第四紀(jì)、晚三疊世天文旋回地層的研究，認(rèn)為天文軌道周期化驅(qū)動(dòng)下的氣候變化與中低緯度區(qū)海洋生產(chǎn)力緊密相關(guān)；李登華等[5]、吳藍(lán)宇等[6]認(rèn)為火山活動(dòng)釋放的火山灰不僅為海洋提供營養(yǎng)物質(zhì)，與火山活動(dòng)有關(guān)的大洋缺氧環(huán)境還為有機(jī)碳保存創(chuàng)造了有利條件。氣候波動(dòng)、海平面變化與行星軌道周期變化緊密相關(guān)[7-8]，軌道周期變化導(dǎo)致地球表面接收到太陽輻射量變化，導(dǎo)致氣候與海平面周期性波動(dòng)，并被記錄在沉積物中[9-10]。中國南方揚(yáng)子板塊上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)廣泛沉積富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖[11]，Crick等[12]、Nestor等[13]及 Svensen等[14]在上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)識(shí)別了天文軌道周期，中上揚(yáng)子區(qū)晚奧陶世—早志留世海洋生產(chǎn)力是否受軌道周期驅(qū)動(dòng)？此外，上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖段發(fā)現(xiàn)了大量火山灰，證實(shí)了火山活動(dòng)的存在，火山活動(dòng)對(duì)有機(jī)碳富集貢獻(xiàn)如何？是以貢獻(xiàn)海洋生產(chǎn)力為主還是有機(jī)碳保存效率為主？若能證實(shí)軌道周期對(duì)海洋生產(chǎn)力有驅(qū)動(dòng)作用，那么海洋生產(chǎn)力的驅(qū)動(dòng)力是以軌道周期為主還是以火山活動(dòng)為主，亦或二者共同作用？

針對(duì)上述問題，本文選擇了上揚(yáng)子區(qū)四川省金陽縣結(jié)捏拖剖面及中揚(yáng)子區(qū)湖北省巴東縣綠蔥坡剖面為研究對(duì)象，上述兩剖面相距千里且記錄不同火山活動(dòng)強(qiáng)度，便于開展古氣候、古海洋環(huán)境及火山活動(dòng)對(duì)碳匯貢獻(xiàn)的對(duì)比研究。通過微量元素及有機(jī)碳同位素組成分析，識(shí)別地層記錄中的軌道參數(shù)信息，重建中上揚(yáng)子區(qū)晚凱迪期—早魯?shù)て跉夂虿▌?dòng)、古海洋生產(chǎn)力及古海洋環(huán)境，分析天文軌道周期對(duì)海洋生產(chǎn)力驅(qū)動(dòng)機(jī)制；探討火山活動(dòng)與海洋生產(chǎn)力及有利于有機(jī)碳保存的古海洋環(huán)境的關(guān)系，以及海洋生產(chǎn)力及有機(jī)碳保存效率的主控因素。上述研究對(duì)有機(jī)碳富集機(jī)理及頁巖氣勘探靶區(qū)選擇有重要意義。

1 地質(zhì)背景

揚(yáng)子地臺(tái)位于中國華南板塊的北部[15]，晚奧陶世—早志留世位于赤道附近的揚(yáng)子板塊與華夏板塊碰撞，在西北部形成川中隆起，在南部形成康滇、黔中古陸和雪峰水下高地[11,16]（見圖1a、圖 1b）。赫南特期板塊碰撞造成揚(yáng)子板塊繼續(xù)下沉，但全球冰期的到來，海平面下降的速度仍然大于板塊下沉的速度，從上奧陶統(tǒng)五峰組沉積期（凱迪期）到早志留世龍馬溪組沉積期（早魯?shù)て冢P(yáng)子區(qū)沉積環(huán)境由深?！獪\?！詈Ｑ莼痆16]，華南揚(yáng)子地塊廣泛沉積了五峰組—龍馬溪組黑色頁巖，且黑色頁巖發(fā)育的筆石化石保存完好[17-19]。晚凱迪期—早赫南特期（五峰組沉積期）對(duì)應(yīng) Dicellograptus complexus—Normalogr extraordinarius筆石帶（WF2—WF4筆石帶），觀音橋段介殼生物發(fā)育少見筆石，對(duì)應(yīng)Persculptogr pacificus筆石帶；晚赫南特期及魯?shù)て冢堮R溪組龍一段—龍五段沉積期）對(duì)應(yīng) Persculptogr persculptus—Cystograptus vesiculosus筆石帶（LM1—LM4筆石帶）及Coronograptus cyphus筆石帶（LM5及以上筆石帶）[20-21,6]（見圖1c）。

在中國揚(yáng)子區(qū)[15,22]、瑞典[23]、美國肯塔基、弗吉尼亞[23-26]等地區(qū)的上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)均發(fā)現(xiàn)了火山灰沉積物，證實(shí)了晚奧陶世—早志留世轉(zhuǎn)換期為全球性大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)期。中國揚(yáng)子區(qū)五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖中廣泛夾斑脫巖層，主要分布在凱迪階上部 M extraordinarius筆石帶；赫南特階上部及魯?shù)るA下部Persculptogr pacificus筆石帶[6]。如湖北省宜昌市王家灣剖面[27]，貴州省桐梓市南壩子剖面[28]，以及本文中重點(diǎn)分析的四川省金陽縣結(jié)捏拖剖面（見圖 1c—圖1e）及湖北省巴東縣綠蔥坡剖面等。

2 樣品測(cè)試與數(shù)據(jù)處理

本次研究樣品采集于四川結(jié)捏拖剖面和湖北綠蔥坡剖面，結(jié)捏拖剖面位于中國南方西昌盆地金陽縣寨子鄉(xiāng)結(jié)捏托村新建的一條公路旁（見圖1b），綠蔥坡剖面位于四川盆地東部湖北省巴東縣綠蔥坡鎮(zhèn)，2個(gè)剖面在晚奧陶世—早志留世皆位于低緯度區(qū)[29]（見圖1b）。沿公路切割的露頭，除去表面的風(fēng)化層以 10～15 cm的間距進(jìn)行樣品采集，結(jié)捏拖剖面目標(biāo)地層凱迪階—魯?shù)るA厚約36 m，共采集新鮮樣品292個(gè)；綠蔥坡剖面厚度約16 m，共采集新鮮樣品168個(gè)；將以上樣品進(jìn)行有機(jī)碳同位素組成（δ13C）、主微量元素及TOC測(cè)試分析，分析測(cè)試由四川省煤田地質(zhì)局測(cè)試中心承擔(dān)，采用 MAT 252同位素質(zhì)譜儀進(jìn)行 δ13C測(cè)試；采用 X射線熒光光譜儀（XRF-1500）進(jìn)行主微量元素測(cè)試；采用LECO CS230碳硫分析儀進(jìn)行TOC測(cè)試，測(cè)試精度為±0.5%，測(cè)試結(jié)果符合GB/T 19145—2003標(biāo)準(zhǔn)[30]。本文利用主量元素來計(jì)算CIA參數(shù)，其計(jì)算公式如下。

CIA反映了沉積物化學(xué)風(fēng)化程度與溫度、濕度的關(guān)系，作為氣候替代指標(biāo)被廣泛在用于古氣候重建[31-34]。mCaO*為硅酸鹽礦物中的CaO[35-36]，不包括碳酸鹽和磷酸鹽等礦物中的鈣[37-38]，當(dāng)沉積物經(jīng)歷了強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化作用，利用 A-CN-K三角圖解對(duì) CIA進(jìn)行矯正（見圖2），從而消除鉀離子交代的影響。若無特別說明，本文中CIA值皆為代修正后的值。

圖2 結(jié)捏拖剖面（a）及綠蔥坡剖面（b）上凱迪階—下魯?shù)るA化學(xué)蝕變指數(shù)

3 軌道周期驅(qū)動(dòng)氣候變化及海平面波動(dòng)

3.1 CIA氣候變化指標(biāo)

晚奧陶世—早志留世轉(zhuǎn)換期全球氣候變冷，長期以來的溫室氣候已不復(fù)存在，整個(gè)岡瓦納大陸進(jìn)入冰川時(shí)代[41]。本文利用CIA重建該時(shí)期古氣候，其指示了與氣候條件密切相關(guān)的化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度[31,35]，炎熱潮濕氣候沉積物的 CIA值一般在 80～100，溫暖潮濕氣候沉積物的CIA值一般在70～80，寒冷干旱氣候沉積物的CIA值一般在 50～70[35-36]。上凱迪階、上赫南特階及下魯?shù)るA結(jié)捏拖及綠蔥坡剖面頁巖地層中記錄的 CIA值為 75～85（見圖 2），高于頁巖的平均值（70～75）[36]，表明碎屑物在沉積之前經(jīng)歷了強(qiáng)烈的風(fēng)化作用，指示炎熱潮濕的熱帶溫室氣候，Qing和Veizer[42]、Brenchley等[43]利用δ13C、δ18O數(shù)據(jù)也證實(shí)了這一結(jié)論。上赫南特階中記錄的CIA值為50～70（見圖2），尤其是觀音橋?qū)?，CIA值為50～60，接近更新世冰期黏土和冰磧巖的 CIA值[34-35,44]，表明碎屑物在沉積之前經(jīng)歷了中等—較弱的風(fēng)化作用，指示寒冷干燥的冰室氣候。

3.2 氣候變化的天文驅(qū)動(dòng)力

3.2.1 天文軌道周期特征

對(duì)揚(yáng)子區(qū)結(jié)捏拖及綠蔥坡剖面上凱迪階—下魯?shù)るAδ13C、CIA數(shù)據(jù)序列進(jìn)行多窗口頻譜分析。結(jié)捏拖剖面δ13C數(shù)據(jù)序列6.54，1.71，0.50 m旋回對(duì)應(yīng)的峰值突出，分別代表405×103a長偏心率周期、106×103a短偏心率周期及31×103a斜率周期（見圖3、圖4a）。結(jié)捏拖剖面CIA數(shù)據(jù)序列6.39，1.79，0.51 m旋回對(duì)應(yīng)的峰值突出，分別代表405×103a長偏心率周期、113×103a短偏心率周期及33×103a斜率周期（見圖3、圖4a）。綠蔥坡剖面δ13C數(shù)據(jù)序列2.91，0.79，0.25 m旋回對(duì)應(yīng)的峰值突出，分別代表405×103a長偏心率周期、110×103a短偏心率周期及33×103a斜率周期（見圖3、圖4b）。綠蔥坡剖面CIA數(shù)據(jù)序列2.91，0.77，0.23 m旋回對(duì)應(yīng)的峰值突出，分別代表405×103a長偏心率周期、107×103a短偏心率周期及33×103a斜率周期（見圖3、圖4b）。405×103a長偏心率周期不僅被穩(wěn)定的記錄在中、新生代（距今250×106a之后）受天文旋回驅(qū)動(dòng)的沉積地層中[7,45]，在古生界上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)記錄中也識(shí)別出了穩(wěn)定的405×103a長偏心率周期[12-14,18]。因此，本文利用405×103a長偏心率周期建立“浮動(dòng)”天文年代標(biāo)尺，將上凱迪階—下魯?shù)るA結(jié)捏拖及綠蔥坡剖面深度域轉(zhuǎn)化為時(shí)間域，并以觀音橋?qū)禹敳堪呙搸r年齡（（443.2±1.6）×106a）為錨點(diǎn)[2]，建立揚(yáng)子區(qū)上凱迪階—下魯?shù)るA的年代框架（見圖5）。對(duì)比表明，此次計(jì)算結(jié)果與Lu等、Ogg等及Zhong等建立的年代標(biāo)尺一致[2,46-47]。

圖3 結(jié)捏拖剖面及綠蔥坡剖面上凱迪階—下魯?shù)るAδ13C及CIA頻譜分析

圖4 結(jié)捏拖剖面（a）及綠蔥坡剖面（b）上凱迪階—下魯?shù)るA深度域旋回地層

3.2.2 氣候變化的天文響應(yīng)

歲差和偏心率主要影響中低緯度地區(qū)氣候波動(dòng)，而斜率通常對(duì)地球兩極高緯度地區(qū)的氣候波動(dòng)有較強(qiáng)的控制作用[7,48]。盡管如此，在低緯度區(qū)的地層記錄中也識(shí)別到受斜率控制的古氣候波動(dòng)，在新生界及中生界[49-50]、三疊系[8]、二疊系[51]及奧陶系—志留系[47]低緯度區(qū)地層記錄中識(shí)別到受斜率控制的古氣候波動(dòng)。揚(yáng)子區(qū)結(jié)捏拖及綠蔥坡剖面位于低緯度區(qū)（見圖1b），從以上剖面數(shù)據(jù)序列中識(shí)別出強(qiáng)烈的斜率及偏心率周期信號(hào)，其中有2～3個(gè)1.2×106a斜率長周期及6個(gè)405×103a長偏心率周期（見圖 5c—圖 5l）。斜率周期調(diào)制的1.2×106a斜率長周期來源于火星和地球軌道的傾角變化[52]，偏心率短周期調(diào)制的405×103a長偏心率周期來源于金星和木星軌道近日點(diǎn)之間的相互作用[10]。

上揚(yáng)子區(qū)結(jié)捏拖及綠蔥坡剖面凱迪階—魯?shù)るA旋回分析表明，軌道周期對(duì)該時(shí)期氣候變化有顯著影響，1.2×106a斜率長周期與405×103a長偏心率周期在不同時(shí)間尺度上共同調(diào)制氣候變化。1.2×106a斜率長周期通過調(diào)制氣候變化來調(diào)節(jié)溫度和濕度的轉(zhuǎn)換[8,49,53-54]。本次研究表明，1.2×106a斜率長周期調(diào)制的氣候變化在較長的時(shí)間尺度上控制溫室和冰室氣候的轉(zhuǎn)換，當(dāng)1.2×106a斜率最大時(shí)（赫南特早—中期），太陽輻射的能量最大程度向高緯度區(qū)遷移，低緯度揚(yáng)子區(qū)太陽輻射減弱導(dǎo)致氣候變冷；反之，當(dāng)1.2×106a斜率最小時(shí)，在不考慮火山活動(dòng)影響的情況下，太陽在高緯度區(qū)輻射的能量最弱，低緯度揚(yáng)子區(qū)太陽輻射的能量最強(qiáng)，導(dǎo)致氣候變熱（見圖 5d—圖 5m）[55]。偏心率通過控制地球繞太陽旋轉(zhuǎn)的軌道來調(diào)制地球氣候，在中—低緯度地區(qū)表現(xiàn)尤為突出[3,12]。當(dāng)偏心率較大時(shí)，太陽對(duì)低緯度地區(qū)輻射能量較弱，有利于形成冰室氣候；當(dāng)偏心率較小時(shí)，太陽對(duì)低緯度地區(qū)輻射能量較強(qiáng)，有利于形成溫室氣候。405×103a長偏心率大小與歲差周期的振幅正相關(guān)[10,56]，在揚(yáng)子區(qū)晚凱迪期（E1）和晚赫南特期（E4），歲差周期調(diào)制的振幅較小，長偏心率較小，指示該時(shí)期為溫室氣候條件；在早—中赫南特期（E3），歲差周期調(diào)制的振幅較大，長偏心率較大，指示該時(shí)期為冰室氣候條件（見圖5c—圖5k）。

3.3 海平面波動(dòng)

海平面波動(dòng)與氣候變化緊密相關(guān)[3,8]。三級(jí)層序海平面波動(dòng)與四級(jí)層序海平面波動(dòng)為不同時(shí)間尺度下的海平面變化[57]。盡管三級(jí)層序海平面波動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制長期以來備受爭議，但越來越多來自古生代、中生代的證據(jù)表明天文軌道周期通過調(diào)制氣候波動(dòng)來控制海平面的變化[47,58-59]。例如，Lu等[2]和Zhong等[47]證實(shí)了晚奧陶世—早志留世1.2×106a斜率長周期調(diào)制的氣候波動(dòng)控制了三級(jí)海平面的波動(dòng)。在中上揚(yáng)子區(qū)結(jié)捏拖及綠蔥坡剖面，古氣候替代指標(biāo)數(shù)據(jù)序列調(diào)諧的1.2×106a斜率長周期曲線（見圖 5f、圖 5l）與 Haq和 Schutter[60]及Ogg等[46]提出的三級(jí)層序海平面變化曲線（見圖5o）波動(dòng)趨勢(shì)一致；405×103a長偏心率周期曲線（見圖5c、圖5e、圖5i、圖5k）與Loi等[61]提出的四級(jí)層序海平面變化曲線（見圖 5o）波動(dòng)趨勢(shì)一致。揚(yáng)子區(qū)晚凱迪期—早魯?shù)て谔煳能壍乐芷谧兓?qū)動(dòng)下的氣候變化控制了不同級(jí)次海平面的波動(dòng)。

4 天文軌道周期及火山活動(dòng)對(duì)有機(jī)碳聚集的影響

4.1 海洋生產(chǎn)力分配機(jī)制

研究表明，斜率調(diào)制溫鹽循環(huán)主導(dǎo)了中上揚(yáng)子區(qū)海洋生產(chǎn)力分配，火山活動(dòng)對(duì)該區(qū)域海洋生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)有限。

為確認(rèn)SL-ASIA量表測(cè)量的有效性，本文將3個(gè)村寨獲得的樣本按各村寨人數(shù)比例隨機(jī)分成人數(shù)基本相同的兩組（Ecklund，2005；Reynolds，Ecklund &Terrance，2011）。使用一組樣本借助探索性因子分析檢驗(yàn)侗寨原住民的文化適應(yīng)情況及內(nèi)在維度，使用另一組樣本借助驗(yàn)證性因子分析來交叉驗(yàn)證第一組樣本里提出的維度模型，以觀察和確認(rèn)派生出的各個(gè)維度的內(nèi)部一致性。

4.1.1 斜率調(diào)制溫鹽循環(huán)主導(dǎo)海洋生產(chǎn)力分配

海洋古生產(chǎn)力和保存條件是有機(jī)質(zhì)富集的兩個(gè)重要決定因素[1,6]。陸源風(fēng)化碎屑是富有機(jī)質(zhì)沉積物形成的重要營養(yǎng)物質(zhì)來源[51,62]。Alexandre等[63]基于大氣CO2含量，利用FOAM海洋-大氣模型恢復(fù)了晚奧陶世—早志留世轉(zhuǎn)換期洋流循環(huán)特征（見圖 6），該時(shí)期在中國華南存在北東向洋流；Zhang等在揚(yáng)子區(qū)晚奧陶世—早志留世五峰組—龍馬溪組沉積期也發(fā)現(xiàn)了北東向洋流的證據(jù)[11]，進(jìn)一步證實(shí)了該時(shí)期存在海洋溫鹽循環(huán)系統(tǒng)。溫鹽循環(huán)驅(qū)動(dòng)的海洋底流對(duì)低緯度區(qū)揚(yáng)子海有機(jī)質(zhì)聚集有重要影響。斜率周期調(diào)制的氣候變化控制兩極冰蓋成冰速率及冰蓋之下水團(tuán)的物理性質(zhì)（溫度、鹽度、密度）[51,62]，溫鹽循環(huán)驅(qū)動(dòng)的底流等深流將高緯度區(qū)深海缺氧富含營養(yǎng)物質(zhì)的低溫水團(tuán)搬運(yùn)到中、低緯度區(qū)，有利于中、低緯度區(qū)有機(jī)碳匯聚[2,65-66]。在中上揚(yáng)子區(qū)，赫南特冰期（E3晚期觀音橋?qū)映练e期）斜率變小，斜率振幅增強(qiáng)（見圖5b、圖5d、圖5h、圖5j），氣候變冷導(dǎo)致極地冰蓋擴(kuò)張，冰期初期溫鹽水團(tuán)驅(qū)動(dòng)的等深流活動(dòng)增強(qiáng)，高緯度冰蓋區(qū)形成的溫鹽水團(tuán)將海底的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到低緯度區(qū)揚(yáng)子海，海洋古生產(chǎn)力增強(qiáng)，表征古生產(chǎn)力的 Ba/Al及Ni/Al值正偏移（見圖7e—圖7l）；赫南特冰期之后全球迅速進(jìn)入到溫室期，在E4早期，斜率變大，斜率振幅減弱（見圖5b、圖5d、圖5h、圖5j），氣候變暖導(dǎo)致極地冰蓋消融，溫鹽水團(tuán)驅(qū)動(dòng)的等深流活動(dòng)減弱，高緯度區(qū)形成的溫鹽水團(tuán)向低緯度區(qū)揚(yáng)子海輸運(yùn)營養(yǎng)物質(zhì)的能力減弱，海洋古生產(chǎn)力減弱，表征古生產(chǎn)力Ba/Al及Ni/Al值負(fù)偏移（見圖7e—圖7l）。

圖5 揚(yáng)子區(qū)晚凱迪期—早魯?shù)て跁r(shí)間域旋回地層及軌道參數(shù)中記錄的氣候波動(dòng)及海平面變化信息（據(jù)文獻(xiàn)[46,61]，有改動(dòng)）

圖6 基于FOAM海洋-大氣模型模擬的晚奧陶世—早志留世轉(zhuǎn)換期海洋循環(huán)系統(tǒng)（據(jù)Alexandre等[63]、Jacob[64]，略修改）

圖7 晚凱迪期—早魯?shù)て诮Y(jié)捏拖剖面及綠蔥坡剖面主微量元素、TOC數(shù)據(jù)序列（時(shí)間域）

通過對(duì)比結(jié)捏拖與綠蔥坡剖面的 δ13C、CIA古氣候替代指標(biāo)數(shù)據(jù)序列輸出的軌道周期參數(shù)信息，兩不同地區(qū)不僅濾波輸出的軌道周期個(gè)數(shù)相近，而且斜率振幅變化幾乎一致，表明與斜率相關(guān)的溫鹽循環(huán)對(duì)以上兩個(gè)地區(qū)營養(yǎng)物質(zhì)輸入能力相當(dāng)（見圖5b、圖5d、圖5h、圖5j）。盡管結(jié)捏拖剖面所屬的上揚(yáng)子區(qū)與綠蔥坡剖面所屬的中揚(yáng)子區(qū)相距近千千米，但緯度僅相差僅約3°，晚奧陶世—早志留世全球尺度范圍內(nèi)同屬于低緯度地區(qū)，軌道周期變化驅(qū)動(dòng)的溫鹽循環(huán)主導(dǎo)全球物質(zhì)再分配，將位于高緯度區(qū)的岡瓦納大陸陸源風(fēng)化碎屑搬運(yùn)到中低緯度地區(qū)，對(duì)中低緯度地區(qū)（中上揚(yáng)子區(qū)）無差別化營養(yǎng)物質(zhì)輸入（見圖6）。

4.1.2 火山活動(dòng)對(duì)海洋生產(chǎn)力貢獻(xiàn)有限

晚凱迪期—早魯?shù)て谥猩蠐P(yáng)子區(qū)頻繁發(fā)生火山活動(dòng)，結(jié)捏拖剖面富有機(jī)質(zhì)頁巖段發(fā)育豐富的斑脫巖層（見圖 5a、圖 5g），但在區(qū)域上同一時(shí)期不同地區(qū)火山活動(dòng)強(qiáng)度依然存在差異，這一認(rèn)識(shí)在四川盆地東南緣一帶得到了證實(shí)[67]。在晚赫南特期（E4），結(jié)捏拖剖面所在的上揚(yáng)子川西南地區(qū)存在明顯的火山活動(dòng)，發(fā)育斑脫巖疏松段，而該時(shí)期綠蔥坡剖面所在的鄂西地區(qū)黑色頁巖中并未發(fā)現(xiàn)斑脫巖層；在晚凱迪期（E1），以上地區(qū)均發(fā)現(xiàn)火山灰記錄，川西南地區(qū)黑色頁巖中發(fā)育斑脫巖層密集段，鄂西地區(qū)的黑色頁巖中發(fā)育斑脫巖疏松段（見圖5a、圖5g）。

部分學(xué)者提出，火山作用釋放大量 CO2溶解進(jìn)入海洋系統(tǒng)，促進(jìn)碳從大氣碳庫向海洋碳庫轉(zhuǎn)換，火山灰是提高海洋表層原始生產(chǎn)力的重要營養(yǎng)物質(zhì)[68]；火山灰中的可溶鹽在海洋中釋放出大量的微量營養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)浮游植物大量繁殖[69]，為有機(jī)碳聚集提供物質(zhì)來源。筆者通過對(duì)中上揚(yáng)子區(qū)晚凱迪期—早魯?shù)て诔练e的富有機(jī)質(zhì)頁巖段地球化學(xué)特征的研究，認(rèn)為火山活動(dòng)對(duì)海洋生產(chǎn)力貢獻(xiàn)有限，斜率調(diào)制溫鹽循環(huán)是海洋生產(chǎn)力的主要來源。Ba/Al及Ni/Al值廣泛應(yīng)用于表征古海洋生產(chǎn)力[70]。E4期，較高的Ba/Al及Ni/Al值指示川西南地區(qū)和鄂西地區(qū)具有較強(qiáng)的古海洋生產(chǎn)力（見圖 7e、圖 7f、圖 7k、圖 7l），在鄂西地區(qū)綠蔥坡剖面并不發(fā)育斑脫巖層，該地區(qū)并沒有受到強(qiáng)烈火山活動(dòng)波及，但該地區(qū)依然有較強(qiáng)的古海洋生產(chǎn)力，這表明火山活動(dòng)與古海洋生產(chǎn)力并無直接關(guān)聯(lián)，E4期鄂西地區(qū)海洋古生產(chǎn)力主要來自于溫鹽循環(huán)輸入機(jī)制。同樣，盡管在E1期川西南地區(qū)和鄂西地區(qū)都識(shí)別到了火山活動(dòng)，但高古海洋生產(chǎn)力并非受火山活動(dòng)驅(qū)動(dòng)，而是來自于斜率調(diào)制的溫鹽循環(huán)驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

4.2 有機(jī)碳差異富集

火山活動(dòng)通過影響古海洋的氧化還原環(huán)境來控制有機(jī)碳的保存條件，不同地區(qū)火山活動(dòng)強(qiáng)度的差異是導(dǎo)致有機(jī)碳差異富集的主要因素。

4.2.1 火山活動(dòng)調(diào)節(jié)古海洋含氧量

火山活動(dòng)是影響海洋含氧量的重要因素之一。強(qiáng)烈的火山活動(dòng)釋放大量SO2及H2S氣體，在平流層形成氣溶膠，通過酸雨的方式循環(huán)到海洋中造成大洋缺氧[71-72]。通常利用對(duì)氧化還原環(huán)境敏感的元素或比值來判斷海洋的氧化還原環(huán)境，如Th/U、V/Cr及V/(V+Ni)值是識(shí)別沉積水體氧化還原條件的重要指標(biāo)。Th/U值0～2指示缺氧環(huán)境，2～8指示弱氧環(huán)境，大于8指示富氧環(huán)境；V/Cr及 V/(V+Ni)值分別大于 4.25及 0.60指示缺氧環(huán)境，2.00～4.25及 0.45～0.60指示貧氧環(huán)境，小于2.00及0.45指示富氧環(huán)境[73-74]。在中上揚(yáng)子區(qū)晚奧陶世—早志留世，火山活動(dòng)主要發(fā)生在 E1和E4期。在 E4期，川西南地區(qū)結(jié)捏拖剖面發(fā)育斑脫巖層疏松段，Th/U值負(fù)偏移，平均值為0.65（見圖7b）；V/Cr值正偏移，平均值為 4.32（見圖 7c）；V/(V+Ni)值正偏移，平均值為0.68（見圖7d），指示缺氧環(huán)境（見圖8）。鄂西地區(qū)綠蔥坡剖面不發(fā)育斑脫巖層段，Th/U、V/Cr及V/(V+Ni)值均無明顯偏移，平均值分別為2.11、2.84及0.48（見圖7h—圖 7j），指示貧氧環(huán)境（見圖8）。在 E1期，川西南地區(qū)結(jié)捏拖剖面發(fā)育斑脫巖層密集段，Th/U值負(fù)偏移，平均值為0.52（見圖7b）)；V/Cr值正偏移，平均值為4.75（見圖7c）；V/(V+Ni)值正偏移，平均值為 0.79（見圖 7d），指示缺氧環(huán)境（見圖8）。鄂西地區(qū)綠蔥坡剖面發(fā)育斑脫巖層疏松段，Th/U值負(fù)偏移，平均值為1.42（見圖7h）；V/Cr值正偏移，平均值為4.41（見圖7i）；V/(V+Ni)值正偏移，平均值為0.59（見圖7j），指示缺氧環(huán)境（見圖8）。

圖8 E1期及E4期川西南地區(qū)及鄂西地區(qū)古海洋環(huán)境

在E4期，川西南地區(qū)存在火山活動(dòng)而鄂西地區(qū)無火山活動(dòng)，兩地區(qū)古海洋環(huán)境存在明顯差異，這表明火山活動(dòng)直接影響了古海洋氧化還原環(huán)境；在E1期，川西南地區(qū)火山活動(dòng)強(qiáng)烈，鄂西地區(qū)火山活動(dòng)相對(duì)較弱，盡管兩地區(qū)古海洋都是缺氧環(huán)境，但微量元素特征指示火山活動(dòng)強(qiáng)烈的川西南地區(qū)海洋比鄂西地區(qū)更缺氧。綜上，筆者認(rèn)為火山活動(dòng)不僅影響古海洋氧化還原環(huán)境，火山活動(dòng)的強(qiáng)度與古海洋含氧量負(fù)相關(guān)。

4.2.2 有機(jī)碳富集的主控因素

在結(jié)捏拖及綠蔥坡剖面上凱迪階—下魯?shù)るAδ13C、CIA及TOC數(shù)據(jù)序列中均識(shí)別了斜率周期參數(shù)信息（見圖 5b、圖 5d、圖5f、圖5h、圖5j、圖5l），但是富有機(jī)質(zhì)頁巖段出現(xiàn)在間冰期向溫室期的轉(zhuǎn)換期（δ13C負(fù)偏移及CIA正偏移），而不是出現(xiàn)在有利于海洋營養(yǎng)物質(zhì)輸入的冰期（δ13C正偏移及CIA負(fù)偏移）（見圖5f、圖5l、圖5n）。此外，富有機(jī)質(zhì)頁巖段TOC值在δ13C負(fù)偏移的轉(zhuǎn)換帶（冰室期與溫室期的轉(zhuǎn)換期）高于最大負(fù)偏移帶（溫室期）（見圖5f、圖5l、圖5n）。斜率主控的溫鹽循環(huán)是揚(yáng)子海營養(yǎng)物質(zhì)輸入的重要驅(qū)動(dòng)機(jī)制，盡管在冰期溫鹽循環(huán)驅(qū)動(dòng)的高強(qiáng)度海洋底流活動(dòng)為低緯度揚(yáng)子海輸入了豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，但是揚(yáng)子海在冰期處于相對(duì)高含氧沉積環(huán)境，海水中的高含氧量不利于富有機(jī)質(zhì)沉積物的保存（見圖5n、圖7）。

在現(xiàn)代海洋中，56%的富有機(jī)質(zhì)沉積物在還沒沉積到海底就被溶解在海洋的透光層，沉積到海底有機(jī)質(zhì)繼續(xù)溶解，僅3%被保存下來[62]，有機(jī)碳富集與海洋含氧量控制的保存效率緊密相關(guān)。在中上揚(yáng)子區(qū)不同地區(qū)火山活動(dòng)強(qiáng)度不同，火山作用強(qiáng)度的差異是有機(jī)碳差異保存的重要因素。例如在E4期，盡管斜率及斜率周期振幅較?。ㄒ妶D5b、圖5d、圖5h、圖5j），海洋底流活動(dòng)對(duì)低緯度區(qū)具有較強(qiáng)的有機(jī)碳輸入能力，整個(gè)中上揚(yáng)子區(qū)具有較強(qiáng)的海洋生產(chǎn)力（見圖7e、圖7f、圖7k、圖7l），但鄂西地區(qū)與川西南地區(qū)有機(jī)碳富集程度相差甚遠(yuǎn)，主要原因是川西南地區(qū)火山活動(dòng)發(fā)育，火山活動(dòng)導(dǎo)致的大洋缺氧提高了川西南地區(qū)有機(jī)碳保存效率（見圖 7a—圖 7d），而鄂西地區(qū)火山活動(dòng)不發(fā)育，大洋為貧氧環(huán)境（見圖7h—圖7j），有機(jī)碳保存效率顯然不如川西南地區(qū)（見圖 7a、圖 7g、圖 9a、圖9c、圖9e）。同樣的，在E1期，鄂西地區(qū)與川西南地區(qū)軌道周期調(diào)制的有機(jī)碳輸入能力與海洋生產(chǎn)力相當(dāng)（見圖5b、圖5d、圖 5h、圖5j、圖7e、圖7f、圖 7k、圖7l），且兩地區(qū)都發(fā)育火山活動(dòng)，皆為大洋為缺氧環(huán)境（見圖7b—圖7d、圖7h—圖7j），有機(jī)碳保存效率高（見圖7a、圖7g、圖9b、圖9d、圖9f）。

圖9 火山活動(dòng)與氧化還原環(huán)境

因此，有機(jī)碳輸入動(dòng)力與保存效率二者耦合控制有機(jī)碳的富集。軌道周期變化調(diào)制的氣候變化控制不同時(shí)期有機(jī)碳的輸入，火山活動(dòng)通過調(diào)節(jié)大洋含氧量來控制有機(jī)碳的保存效率。在垂向?qū)有蛏蠎?yīng)通過斜率的變化來對(duì)高有機(jī)碳含量頁巖段進(jìn)行甄別，斜率變大，斜率振幅減弱帶有機(jī)碳含量高。在平面上應(yīng)通過查明班脫巖的分布來篩選有利于有機(jī)碳保存的缺氧環(huán)境，將軌道參數(shù)變化信息與火山灰分布特征相結(jié)合，來查明富有機(jī)碳頁巖段的時(shí)空分布規(guī)律?；谶@一認(rèn)識(shí)，本文建立了中上揚(yáng)子區(qū)晚奧陶世—早志留世轉(zhuǎn)換期有機(jī)碳富集模式（見圖 10），晚凱迪期（E1）及晚赫南特期（E4）是有機(jī)碳富集的最有利時(shí)期，應(yīng)將這兩個(gè)時(shí)期的火山灰分布帶作為頁巖氣勘探的目標(biāo)區(qū)。

圖10 晚凱迪期—早魯?shù)て趽P(yáng)子區(qū)有機(jī)質(zhì)聚集模式（剖面位置見圖1；ε—黃赤交角）

5 結(jié)論

天文軌道周期對(duì)揚(yáng)子區(qū)晚奧陶世凱迪期—早志留世魯?shù)て跉夂蜃兓兄匾绊懀?.2×106a斜率長周期及405×103a長偏心率周期在不同時(shí)間尺度上調(diào)制氣候變化，且分別驅(qū)動(dòng)三級(jí)及四級(jí)海平面的波動(dòng)。軌道周期調(diào)制的氣候變化驅(qū)動(dòng)海洋溫鹽循環(huán)系統(tǒng)，溫鹽循環(huán)主導(dǎo)全球物質(zhì)再分配，將位于高緯度區(qū)營養(yǎng)物質(zhì)向中低緯度區(qū)轉(zhuǎn)移，提高中低緯度區(qū)海洋生產(chǎn)力。

火山活動(dòng)對(duì)海洋生產(chǎn)力貢獻(xiàn)有限，火山活動(dòng)強(qiáng)弱程度對(duì)有機(jī)碳保存效率有重要影響，火山活動(dòng)通過調(diào)節(jié)大洋含氧量來控制有機(jī)碳的保存效率，同一時(shí)期不同地區(qū)火山活動(dòng)強(qiáng)度的差異是有機(jī)碳差異保存的重要因素。

軌道周期驅(qū)動(dòng)的有機(jī)碳輸入動(dòng)力與受火山活動(dòng)影響的有機(jī)碳保存效率二者耦合控制有機(jī)碳的富集，在垂向?qū)有蛏蠎?yīng)通過斜率的變化來對(duì)高有機(jī)碳含量頁巖段進(jìn)行甄別，在平面上應(yīng)通過查明班脫巖的分布來篩選有利于有機(jī)碳保存的缺氧環(huán)境，將軌道參數(shù)變化信息與火山灰分布特征相結(jié)合，來查明富有機(jī)碳頁巖段的時(shí)空分布規(guī)律。

符號(hào)注釋：

CIA——化學(xué)蝕變指數(shù)，無因次；mAl2O3，mCaO*，mNa2O，mK2O——樣品中 Al2O3、CaO*、Na2O、K2O 物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，%。