在石油勘探与开发领域,海相黑色页岩作为重要的源岩,其形成通常伴随着热液和火山活动。关于黑色岩系有机质的形成与保存机制,已有大量研究表明其形成主要由两个关键方面控制:“供给”和“保存”。热液和火山活动通过物理、化学和生物反应,能影响页岩中有机质的富集,进而影响沉积水体的古环境氧化还原条件和古生产力。研究热液和火山活动与有机质富集之间的关系,对于评价黑色岩系的品质及其时空分布具有重要意义。华南地区是古热液沉积最为发育的地区之一。尽管热液流体的来源仍存在争议(是否来自扩张中心或深大断裂),但扬子地块东南缘在早寒武世期间的广泛热液活动已通过多种证据得到证实。这些证据包括广泛的镍-钼多金属矿床和重晶石矿石、硅质烟囱以及汞异常。因此,扬子地块下寒武统的黑色岩系是研究热液活动如何影响有机质的形成和富集的典型对象。
在以往的研究中,学者们提出了多种机制来解释热液活动如何影响黑色岩系的沉积过程。然而,大部分讨论集中于有机质的供给和保存条件,鲜有提到热液活动的潜在负面效应——稀释作用。在研究稀释作用时,学者们通常更关注陆源碎屑物质输入对有机质的稀释作用,而热液活动造成的稀释作用未受到足够关注,因为其难以直接观察。然而,在评估热液活动对有机质富集的影响时,这一稀释效应是不能忽视的。
中国地质大学(北京)海洋学院周东升副教授、黄晓伟讲师通过有机地球化学、元素地球化学和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)技术,研究了来自安徽省南部下寒武统荷塘组的海相黑色页岩样品。研究评估了沉积过程中样品的古生产力、古氧化还原条件和沉积速率,并在此基础上确定了样品的“供给”和“保存”条件。接着,研究了热液活动对有机质富集的潜在负面效应——稀释作用。研究旨在强调,在评估热液活动对有机质富集的影响时,应全面考虑其正面与潜在负面(稀释)效应。应避免片面夸大其正面效应而忽视潜在的负面影响,从而确保对这一自然过程的更客观、全面的理解。
在本研究中,采集了19个样品,来自下扬子地块安徽省南部的荷塘剖面,其中包括13个碳质页岩样品、4个硅质页岩样品和2个硅质岩样品。所有样品均进行了总有机碳(TOC)、主量元素、微量元素和稀土元素的分析。此外,使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对样品进行了观察。为便于比较,还从贵州省的羊跳剖面收集了6个高硅含量样品,这些样品主要由硅质岩或硅质页岩组成。稀土元素含量数据由中国地质大学(武汉)的刘占红副教授提供。
研究中碳质页岩和硅质页岩/硅质岩样品的Ni/Co和U/Th比值均在缺氧范围内(Ni/Co>7,U/Th>1.25),表明两组样品均沉积于缺氧环境中。在两组样品中均发现了晶形清晰的草莓状黄铁矿,进一步证实了样品沉积于缺氧环境中。
所有样品的P/Al和Cu/Al比值都显著较高,表明碳质页岩和硅质页岩/硅质岩在沉积过程中都经历了一段高初级生产力阶段。然而,P/Al、Cu/Al和TOC之间并不呈明显的线性相关性。
研究中所有样品均表现出热液型含金属沉积物的特征,但存在显著差异:硅质页岩/硅质岩热液特征更明显,具有显著正Eu/Eu*,且富集HREE的特征。相比之下,碳质页岩显示弱正或弱负Eu/Eu*,表明热液特征不如硅质页岩/硅质岩明显。此外,在所有样品中均鉴定出钡冰长石,表明沉积物受到了热液的影响。
研究以Fe/Ti和Eu/Eu*比值作为热液强度的指标,但观察到TOC含量随Fe/Ti和Eu/Eu*值的增加而降低,表明受热液活动影响越强烈的样品,TOC值越低。热液活动通过输出营养物质和改变水柱氧化还原条件来促进有机质富集,但观察到的现象表明,在热液活动强化过程中,潜在的负面影响可能会抵消甚至掩盖其对有机质富集的积极影响。