贵州正安县奥陶系—志留系界线碳质泥岩Re-Os同位素精确厘定及其古环境反演_李欣尉.pdf

2020 年 3 月 March 2020 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 39，No． 2 251 －261 收稿日期 2019 －07 －31;修回日期 2019 －10 －12;接受日期 2019 －10 －21 基金项目国家自然科学基金青年基金项目 41703059 ; 中国地质调查局地质调查项目 DD20190475 作者简介李欣尉， 硕士， 工程师， 从事 Re － Os 同位素研究。E － maillixinwei － re － os qq． com。 通信作者李超， 博士， 副研究员， 从事 Re － Os 同位素研究。E － mailRe － Os163． com。 李欣尉，李超，周利敏， 等． 贵州正安县奥陶系志留系界线碳质泥岩 Re － Os 同位素精确厘定及其古环境反演［J］ ． 岩矿 测试， 2020， 39 2 251 －261． LI Xin － wei，LI Chao，ZHOU Li － min，et al． Accurate Determination of the Age of the Carbonaceous Mudstone of the Ordovician Silurian Boundary in Zheng’ an County，Guizhou Province by Re － Os Isotope Dating and Its Application in Paleoenvironmental Inversion［ J］ ． Rock and Mineral Analysis， 2020， 39 2 251 －261．【DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 201907310116】 贵州正安县奥陶系志留系界线碳质泥岩 Re － Os 同位素 精确厘定及其古环境反演 李欣尉1， 2，李超1， 2*，周利敏1， 2，赵鸿1， 2 1． 国家地质实验测试中心，北京 100037; 2． 中国地质科学院 Re － Os 同位素地球化学重点实验室，北京 100037 摘要我国上扬子地台地区在奥陶系志留系之交广泛发育蕴含丰富页岩气资源的五峰组龙马溪组富有 机质沉积岩。采用 Re － Os 同位素体系对该套沉积地层进行研究， 不仅能得到精确的地层沉积年龄， 同时根 据 Re、 Os 元素的富集机制， 对该时期沉积环境进行有效反演， 可以为这一阶段发生的地球历史上第二大规 模的生物绝灭事件的触发机制提供更合理的解释。本文在贵州正安县班竹 1 井岩心采集 11 件碳质泥岩样 品， 岩心样品连续且完整跨越奥陶系五峰组志留系龙马溪组界线地层， 通过对该样品开展高精度 Re － Os 同位素研究， 获得了奥陶系志留系地层界线 Re － Os 同位素年龄为 443． 68 6． 24Ma［ 2σ， n 7， 187Os/ 188Os i0． 699 0． 019， MSWD 0． 55］ ， 其结果与国际地层委员会发布的年龄 443． 7 1． 5Ma 高度一致， 为 奥陶系志留系界线年龄提供了直接、 准确的年龄依据。Os 同位素特征反映了大量陆源碎屑参与成岩过 程、 多期火山活动的发生及冰期向间冰期的转换。连续沉积地层 Re － Os 同位素特征的变化反映了研究区 奥陶系五峰组志留系龙马溪组沉积环境经历富氧缺氧富氧的变化， 指示赫南特期冰川事件和火山喷 发共同造成了生物大绝灭并促进了有机质的富集， 为五峰组龙马溪组富有机质沉积岩提供了生烃潜力。 关键词Re － Os 同位素定年;奥陶系志留系界线;Os 同位素特征;古环境演化;五峰组龙马溪组 富有机质沉积岩;热电离质谱法 要点 1采用 Re － Os 同位素定年技术首次直接获得了上扬子地台地区奥陶系志留系地层界线年龄。 2187Os/188Os 变化规律指示五峰组龙马溪组地层沉积经历了富氧缺氧富氧的环境转变。 3Os 同位素特征反映了五峰组龙马溪组地层沉积过程中大量的陆源物质供给。 4Re － Os 同位素体系在反演火山活动、 冰期事件与生物绝灭事件的相互关系中显现重要潜力。 中图分类号O657． 63;P597． 3文献标识码A 奥陶纪末发生了地球历史上第二大规模的生物 绝灭事件， 极大地促进了生物的演化， 是地球历史中 重要的转折时期。学者们对这一地质时期的研究主 要集中在两个方面 一是地层年代学的研究， 二是通 过古环境反演探索生物绝灭的触发机制。 在地层年代学研究中， 主要采用生物地层学对 奥陶系志留系界线进行划分和厘定。此外， 由于 奥陶纪志留纪之交全球性的火山活动频繁， 钾质 152 ChaoXing 斑脱岩作为火山喷发的产物分布广泛， 因此国内外 学者普遍使用 U － Pb 同位素体系对钾质斑脱岩中 的锆石进行年龄测定。如 Tucker 等 ［1 ］通过锆石 U － Pb 年龄限定了英国 Dob’ s Linn 剖面奥陶系志 留系的界线年龄为 445． 7 2． 4Ma。Ghavidel － Syooki 等 ［2 ］通过锆石 U － Pb 法限定了早志留世 Soltan Maidan ation 的时代为434． 4 6． 4Ma， 与 孢粉学推测的年龄一致。Cramer 等 ［3 ］通过早志留 世锆石 U － Pb 年龄与全球碳同位素扰动的耦合关 系， 限定了生物绝灭事件的发生时间在 427 ～431Ma 之间。Cooper 等 ［4 ］ 通过生物地层和高精度锆石 U － Pb年龄限定了北爱尔兰地区奥陶系火山活动的 时代为 473 0． 8Ma。我国的相关研究主要集中于 扬子及周缘地区， 通过对湖北宜昌王家湾［5 －7 ］、 湖北 麻阳寨 ［8 ］、 湖南郝坪［9 ］、 大巴山奥陶系志留系界 线附近 ［10 －11 ］、 陕西镇巴县［12 ］、 四川盆地周缘［13 ］等 地区五峰组、 龙马溪组或观音桥组斑脱岩进行锆石 U － Pb 年龄测定， 反映了我国上扬子地区火山活动 的时代， 同时限定了奥陶系志留系界线年龄为 440 ～450Ma， 与国际地层委员会发布的 GSSP 年龄 443． 7 1． 5Ma 大体一致， 为奥陶系志留系界线 年龄提供了参考依据。同时， 依据斑脱岩中保存的 原岩地球化学信息， 推测出奥陶纪末生物大绝灭与 冰期事件和火山活动关系密切。利用斑脱岩夹层中 的锆石进行 U － Pb 定年， 可以间接对地层界线进行 限定， 但是受多期火山活动影响， 其结果有时与实际 地层年龄偏差较大， 在厘定奥陶系志留系界线年龄 时不够准确， 而采用直接定年方法进行厘定并提供准 确的地层年龄的研究仍较为匮乏。 在古环境反演的研究中， 学者们通过多种地球 化学手段， 如 C、 O 和 S 同位素结合 ［14 －17 ］， 有机碳含 量变化 ［18 ］， 铁物种分析［18 ］， 铱同位素变化［19 ］， 海洋 生物迁移规律 ［20 ］， 沉积岩稀土元素地球化学特征对 比差异 ［21 －22 ］， 碎屑岩化学蚀变指数 CIA［23 ］， 汞元 素变化 ［24 －25 ］等， 研究该时期冰期事件导致的气候变 冷和全球海平面下降、 古海洋环境变化、 地外事件、 火山活动等地质事件与生物绝灭事件的耦合关系， 对此次生物绝灭事件的触发机制进行了深入探索， 指出该时期出现的赫南特期冰川和冈瓦纳冰川消 融， 造成了全球环境和气候的突变， 对晚奥陶世末的 生物绝灭事件具有重大影响。 我国上扬子地台地区在此时期广泛发育厚度不 等的深 － 浅海陆棚相五峰组龙马溪组富有机质沉 积岩， 非常适宜采用 Re － Os 同位素体系对地层年 代进行直接的、 精确的厘定。同时， Os 同位素特征 能够有效地对沉积时期物质来源进行示踪， 精确反 映沉积环境的变化， 在研究奥陶系志留系界线层 附近富有机质沉积岩的沉积环境变化方面具有独特 的优势， 有利于探讨该时期发生的重大地质事件与 环境、 气候变化及有机质富集之间的关系。国外已 经开展了利用 Re － Os 同位素体系对奥陶纪志留 纪地层界线进行研究， 如 Finlay 等 ［26 ］对苏格兰地区 Dob’ s Linn 剖面奥陶系志留系界线层附近的黑色 页岩和灰岩进行 Re － Os 同位素研究， 得到的界线 层年龄为 449 22Ma ［ 187 Os/188Os i 0． 69 0． 26， MSWD 15］ ， 利用 Os 初始值与碳同位素、 总 有机碳 TOC 变化相结合， 对赫南特期冰期作用示 踪。而我国利用 Re － Os 同位素体系对地层界线年 龄的研究开展较晚、 研究较少， 尤其缺乏对奥陶系 志留系地层界线的 Re － Os 同位素体系研究， 直接 定年相关数据匮乏。 本文对贵州省正安县班竹镇班竹 1 井岩心样品 中的五峰组上部和龙马溪组下部碳质泥岩样品开展 精确的 Re － Os 同位素年代学研究， 一方面对奥陶 系志留系地层界线年龄直接厘定， 为系界线提供 直接的、 准确的年龄依据。同时， 根据 Re、 Os 含量， 同位素比值和 Os 同位素特征变化， 为古环境变迁提 供新的方法和证据。另一方面， 基于贵州北部具有 丰富的页岩气资源， 上奥陶统五峰组下志留统龙 马溪组是页岩气勘探的主要目标层， 对该套富有机 质沉积岩所处的古地理环境、 气源岩地质背景、 成藏 条件进行综合研究， 探讨沉积环境对烃源岩品质及 有机质特征的影响， 拟为页岩气的勘探提供一定的 科学依据， 具有重要意义。 1实验部分 1． 1样品特征 本文研究对象为五峰组龙马溪组富有机质沉 积岩， 采自贵州省正安县班竹镇下坝村 图 1 ， 构造 位置位于班竹向斜， 钻井深度为1130． 25m， 开孔层 位为上奥陶统宝塔组、 五峰组， 下志留统龙马溪组、 新滩组。五峰组下部与宝塔组整合接触， 龙马溪组 上部与新滩组整合接触。龙马溪组下部和五峰组碳 质泥岩为主要含气段。采集的班竹 1 井岩心样品总 长度为 65． 8m。由黑色或黑灰色泥灰岩、 碳质泥岩、 粉砂质泥岩和黑色页岩组成。岩心样品连续且完整 跨越奥陶系五峰组志留系龙马溪组界线地层， 界 线位于1116． 4m深处， 在该深度附近共选取10件 252 第 2 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2020 年 ChaoXing 图 1班竹 1 井岩心碳质泥岩样品采样地点示意图 Fig． 1Sampling position of Banzhu No． 1 dirllhole carbonaceous mudstone 五峰组龙马溪组样品 编号 16BZ － 16 ～ 16BZ － 25 作为沉积年龄的研究对象， 每件样品间隔 30cm， 共计 3m， 在 1120． 15m 深度取一件五峰组碳质泥岩 样品 16BZ －11 ， 用于 Os 同位素特征研究。 1． 2样品制备 岩心样品能够有效避免 Re、 Os 在沉积岩表面 发生氧化或因风化或淋滤作用发生迁移， 非常适宜 沉积时代的精确厘定。用滤纸将岩心样品包好， 用 干净的地质锤凿碎， 剔除岩心样品与外围金属接触 的部分， 挑选中间、 新鲜的样品。碎屑物质也会导致 Re － Os 年龄不准确， 因此在挑选样品时应避免选取 含有石英、 硫化物的部分， 以减少由于流体热作用以 及陆源碎屑物对 Re － Os 同位素体系的干扰 ［27 ］。最 后， 采用氧化锆球磨罐将样品碎至 200 目。 1． 3溶样 采用逆王水溶样法溶样 准确称取待测样品， 通 过细颈漏斗加入 Carius 管底部。在乙醇 － 液氮所保 持 的低温环境中， 使用3mL经二次亚沸蒸馏纯化的 盐酸转移准确称量的185Re 和190Os 混合稀释剂至 Carius 管中， 冻住之后加入5mL 经二次亚沸蒸馏纯化 的硝酸和 1mL 30 MOS 级过氧化氢。在此加入液 氮， 当 Carius 管冻实后用乙炔焰封好， 恢复到室温后 置于不锈钢套管内， 逐渐升温至 220℃， 保持 12h， 随 后升温至 230℃， 保持 12h。采用 Carius 管直接蒸馏 和微蒸馏法富集纯化 Os ［ 28 ］， 丙酮萃取法富集 Re［ 29 ］。 该方法全流程空白 Re 为2pg 左右， Os 为0．2pg， 可以 满足超低含量样品 Re －Os 同位素测试要求。 1． 4热电离质谱测量 将样品点在已经去气的铂带上， 加入发射剂， 装 入样品盘。采用阴离子热电离质谱 仪器型号 Triton － plus， 美国 ThermoFisher 公司 测定同位素比 值。对 Re 采 用 晶 态 Faraday 模 式 测 定185ReO4、 187ReO 4; 对 Os 采用 CDD 多接收模式测定 186 OsO3、 187OsO 3、 188OsO 3、 190 OsO3、 192 OsO3， 同时测定185ReO3 以扣除187ReO3对187OsO3的影响 ［29 ］。 352 第 2 期李欣尉， 等贵州正安县奥陶系志留系界线碳质泥岩 Re － Os 同位素精确厘定及其古环境反演第 39 卷 ChaoXing 2结果与讨论 2． 1班竹 1 井岩心样品 Re － Os 同位素结果及 奥陶系志留系界线厘定 11 件奥陶系志留系界线碳质泥岩样品 Re － Os 同位素测量结果见表1。样品的 Re 含量为3． 315 ～ 101． 3ng/g， Os 含 量 为 0． 1323 ～ 1． 497ng/g， 187Re/188Os 值为 122． 2 ～ 509． 6，187 Os/188Os 值为 1． 604 ～4． 437。根据国际地层委员会公布的奥陶 系志留系界线年龄 t 443． 7Ma ［30 ］计算得到每 件样品的 Os 初始比值为 0． 6563 ～ 0． 7125， 平均值 为 0． 6936。 表 1奥陶系志留系界线碳质泥岩 Re － Os 同位素结果 Table 1Re － Os isotope data of carbonaceous mudstone in the OrdovicianSilurian boundary 碳质泥岩 样品编号 采样深度 m Re 含量 ng/gOs 含量 ng/g 187Re/188Os187Os/188Os 测定值不确定度测定值不确定度测定值不确定度测定值不确定度 187Os/188Os i 16BZ －111120．1543．760． 320． 71660． 0054440． 94． 53．9500．0080．6846 16BZ －161118． 2522．170． 160． 60840． 0046227． 62． 32．3940．0040．7058 16BZ －171117． 95101． 30．71．4970．011509．65． 24．4370．0070．6563 16BZ －181117． 6549．120． 360． 86580． 0065399． 74． 03．6680．0060．7027 16BZ －191117． 3512．210． 090． 38540． 0029192． 01． 92．1040．0040．6798 16BZ －201117． 0512．360． 090． 35960． 0027212． 22． 12．2810．0040．7061 16BZ －211116． 7511．180． 080． 47730． 0036136． 41． 41．7250．0030．7125 16BZ －221116． 4511．650． 090． 40480． 0031172． 11． 71．9790．0030．7026 16BZ －231116． 153．3150．1960． 15580． 0012122． 27． 31．6040．0030．6965 16BZ －241115． 853．8480．0280．13230．0010174． 31． 81．9880．0040．6947 16BZ －251115． 554．3500．0320．17640．0013144． 11． 51．7580．0030．6884 注 187Os/188Os i 187Os/188Os － et 10 －5 1． 666 －1 187Re/188Os; t 443． 7Ma 据 Jenkins et al． ， 2002［30 ］ 。 为获得更精准的等时线年龄， 在作图时剔除了 Os 初始比值偏低的16BZ －17 和16BZ －19 样品、 误 差较大的 16BZ －23 号样品和远离界线层的 16BZ － 11 样品， 采用剩余 7 件样品的 Re － Os 数据获得等 时线年龄为 443． 68 6． 24Ma 2σ， n 7 ， 187 Os/ 188Os i 0． 699 0． 019， MSWD 0． 55 图 2 。与 国际地层委员会发布的奥陶系志留系界线年龄 443． 7 1． 5Ma 高度一致。通过 Re － Os 同位素定 年法得到的界线年龄与前人通过锆石 U － Pb 法 445． 7 2． 4Ma、 445． 1 3． 5Ma、 450． 1 1． 6Ma、 450． 0 3． 6Ma ［1， 8， 10 －11 ］， 角闪石 K － Ar 法 435 ～ 437Ma ［31 ］和火山岩 Rb － Sr 法 450 15Ma［32 ］得 到的奥陶系志留系界线年龄相比， 更为直接地实 现了对奥陶系志留系界线层年龄的厘定， 避免了 多期火山活动对地层年龄造成的影响。与利用 Re － Os 同位素定年结果 449 22Ma ［26 ］相比， Os 初 始比值与 Finlay 等 ［26 ］ 得到的结果一致， 但所得 MSWD 0． 55 和年龄不确定度 6． 24 均小于 Finlay 等 ［26 ］所得结果， 表明本文方法对地层界线年龄限定 图 2班竹 1 井奥陶系志留系界线碳质泥岩的 Re － Os 等时线年龄 Fig． 2Re － Os isochron age of Banzhu No． 1 dirllhole carbonaceous mudstone in the OrdovicianSilurian boundary 更准确， 为系界线年龄提供了参考。 2． 2班竹 1 井富有机质沉积岩 Re － Os 同位素 精确定年的关键 岩心样品能够保证样品中 Re － Os 体系不受后 期风化作用干扰， 避免使 Re、 Os 丢失 ［ 33 ］， 保证了样品 具有良好的封闭性， 是获得精准 Re － Os 同位素等时 线年龄的关键。此外， 对采集的奥陶系志留系界线 层段样品来说， 龙马溪组下部和五峰组上部为主要的 含气段， 说明该段样品曾经发生了烃源岩的熟化过 程。Creaser 等 ［ 34 ］和李超等［ 35 ］研究了熟化作用对 Re －Os 同位素体系的影响， 认为在油气形成和运移之 前， 不同位置具有相同的 Os 同位素初始比值， 即使在 油气形成之后只要油气完全储存在烃源岩中， 熟化过 程也不会造成 Os 同位素分馏， 烃源岩所生成的油气 452 第 2 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2020 年 ChaoXing 在小范围内具有相同的 Re － Os 同位素比值， 烃类物 质的成熟过程不影响Re －Os 体系的封闭性。本研究 中采用 Re － Os 同位素体系获得精准的奥陶系志 留系界线地层年龄， 同样证实了熟化对 Re － Os 体系 的影响较小， 通过 Re － Os 同位素体系仍能得到准确 的、 代表其沉积时代的沉积年龄。 获得精准 Re － Os 同位素等时线年龄的另一个 关键因素是合理取样。采样点应具有一定的距离才 能够保证样品的 Re、 Os 含量和同位素比值变化不 会太小， 避免出现 Re － Os 等时线年龄图拉不开的 现象。Kendall 等 ［36 ］认为， 对具有较低沉积速率 ＜2m/Ma 的富有机质沉积岩样品， 较窄的取样间 隔和较大的取样量可以保证样品具有均一的 Os 初 始值， 避免了海水 Os 在短时间内突然变化导致样品 中 Os 初始值的改变和失耦现象的发生， 从而得到精 准的 Re － Os 沉积年龄。五峰组页岩的平均沉积速 率为0． 78 ～2． 19m/Ma［37 －38 ］， 在界线层共取10 件样 品， 每件样品间隔 30cm， 质量大于 10g， 即每件样品 时间间隔约为 0． 2 ～0． 7Ma， 3m 岩心样品总时间跨 度为 2 ～7Ma， 可以保证样品的初始 Os 比值比较一 致， 并且同位素比值在等时线上拉开， 为获得精准的 Re － Os 等时线年龄提供了保障。得到 Re － Os 同 位素数据后， 可以计算每件样品的初始 Os 比值。剔 除初始 Os 比值差异较大的样品， 避免由于样品地质 原因影响等时线年龄， 提高了等时线年龄的精度。 2．3Re － Os 同位素体系在班竹 1 井沉积物质来源 示踪及古环境演化中的应用 海相沉积物中 Os 主要来自于海水， 而海水中的 Os 受陆源物质 187Os/188Os 值约为 1． 4 、 洋中脊热 液 187 Os/188Os 值约为 0． 127 、 宇宙尘埃 187 Os/ 188Os值约为 0． 127［39 ］的综合影响， 因此海相沉积 物中 Os 的组成能够有效地反映沉积时的物质来源。 所测定的 11 件岩心样品的187Os/ 188 Os 初始值为 0． 6563 ～0． 7125， 平均值为 0． 6936， 高于洋中脊热 液值及宇宙尘埃的 Os 同位素比值， 小于现代海水 的187Os/ 188Os 初始值 1． 05 ～ 1． 06［40 ］和陆源物质 的 Os 同位素比值， 反映了沉积时陆源物质对海水 Os 同位素组成的影响。Yan 等 ［23 ］通过碎屑岩 CIA 值研究， 同样指示扬子地台沉积物在奥陶纪志留 纪界线经历了非常强的化学风化作用， 该时期强烈 的风化作用使较多的陆源物质输入海洋， 对碳质泥 岩的形成起到了关键作用。 Re、 Os 的富集主要受氧化还原作用的影响， 在 氧化环境下它们以活动性较强的离子状态溶解于海 水中， 而在还原环境下则以高价态络合物随有机质 沉淀， 因此海水还原度越高， 海相沉积物中 Re 和 Os 越富集。此外， 较之氧化环境， 在还原环境下形成的 海相沉积岩具有更高的187Re/ 188 Os 值 ［41 ］。从五峰 组上部至龙马溪组下部， Re 和 Os 含量、 187Re/188Os、 187Os/188Os 及187Os/188Os 初始值均呈现先升高后逐 渐降低的变化趋势。Re － Os 同位素体系的变化， 可 能与这一时期频繁的火山喷发事件和赫南特期冰川 事件具有一定的相关性。根据 Re － Os 同位素体系 的变化， 将这一时期环境变化分为三个阶段 图 3 。 第一阶段 晚奥陶纪末开始的赫南特期冰川事 件导致气候由温暖急剧变为寒冷［42 －44 ］， 海平面迅速 下降， 海水从缺氧环境变为富氧环境， 造成多门类暖 水生物绝灭， 这是生物大绝灭的第一阶段 ［14， 45 ］。此 时， 光合生物的有机质制造能力极低， 有机碳在氧化 条件下被消耗， 有机质沉积速率降低， Re、 Os 在此条 件下不易富集， 呈现五峰组下段碳质泥岩的 Re 和 Os 含量、 187Re/188Os 和187Os/188Os 初始值较低。在 冰期时， 温度较低， 大陆主要以物理风化为主， 化学 风化程度降低， 海水携带的陆源碎屑输入减少， 表现 为187Os/ 188Os 初始值较低。 第二阶段 晚奥陶世早志留世， 全球性火山喷 发事件导致全球气候快速回暖， 冈瓦纳冰盖消融， 由 冰期向后冰期或间冰期转变［46 －48 ］， 海平面迅速回 升， 受广西运动影响， 扬子地台形成了半闭塞的滞留 海盆环境 ［18 ］， 造成五峰组沉积环境由富氧转为缺氧 环境。凉水赫南特贝动物群无法适应环境变化而绝 灭 ［14， 49 －50 ］， 这是第二阶段的生物绝灭。冰期之后， 温暖湿润气候使化学风化作用大大加强， 并将冰期 时积累的大量陆源碎屑物质和淡水注入海洋， 海平 面的升高携带大量具有较高187Os/ 188Os 比值的陆源 碎屑进入海洋， 使海水的187Os/ 188 Os 比值升高 ［35 ］， 导致187Os/ 188Os 初始值随之升高。同时， 较强的风 化作用也将足够的营养物质通过上升洋流和陆源输 入持续地带入古代海洋的表层水体， 促进了海洋生 物的繁荣。此时， 有机质氧化分解速率降低， 使得有 机质具有高埋藏量和高保存率， 提高了古陆棚地区 的碳生产力。Re、 Os 在缺氧环境下以高价态络合物 随有机质沉淀大量富集， 体现为 Re 和 Os 含量、 187Re/188Os和187Os/188Os 比值的升高， 这种变化的岩 心长度约为 1m， 与沉积环境从富氧到缺氧沉积环境 的改变、 冰期到间冰期或冰川消融期对应。 552 第 2 期李欣尉， 等贵州正安县奥陶系志留系界线碳质泥岩 Re － Os 同位素精确厘定及其古环境反演第 39 卷 ChaoXing 图 3班竹 1 井奥陶系志留系界线碳质泥岩 Re － Os 同位素变化与碳同位素、 硫同位素、 有机碳含量变化趋势比较 Fig． 3Comparison of the variation of Re － Os isotope and carbon isotope，sulfur isotope and organic carbon content in the OrdovicianSilurian boundary 第三阶段 大规模火山活动喷发出的火山灰遮 蔽阳光， 气候加速变冷， 海洋环境与冰期时相似［18 ］， 并一直持续到早志留世龙马溪组碳质泥岩沉积时 期， Re 和 Os 含量、 187Re/188Os 和187Os/188Os 比值逐 渐回归冰期时的水平。同时， 火山喷发出的具有低 放射性成因的 Os 尘埃汇入海洋， 导致187Os/ 188Os 初 始比值降低。而在晚奥陶世末187Os/ 188Os 初始值出 现两次突然降低并呈现周期性波动， 指示大规模的 火山喷发事件至少为两期。 本研究中将 Re － Os 体系的数据变化趋势与上 扬子地台地区 如贵州兴文县、 湖北王家湾等地区 图 3 碳和硫同位素、 TOC 含量 ［14 －15， 17 ］、 Fe 物种变 化 ［18 ］、 Hg 异常值［24 ］先正向偏移， 之后回归冰期时 水平的变化趋势高度一致。碳同位素的正向偏移反 映了 冰 期 到 冰 期 过 后， 海 洋 初 级 生 产 力 的 提 升 ［7， 45， 51 ］; Fe 物种的变化和硫同位素的正向偏移， 反 映了沉积环境由富氧缺氧富氧的变化 ［14， 18 ］; Hg 的异常富集来源于频繁剧烈的火山活动［24 －25 ］。此 外， 这种 Re － Os 体系的正向偏移同样发生在苏格 兰 Dob’ s Linn 剖面 ［26 ］奥陶系志留系界线附近 图 3 。碳同位素的正向偏移在苏格兰 ［26， 52 ］、 加拿 大 ［53 ］、 爱沙尼亚［54 ］、 非洲北部［55 ］、 波罗的海［56 ］和北 美洲 ［57 ］均有表现， 表明火山活动和赫南特期冰川事 件的发生是全球性的， 由此导致的海洋环境变化也 具有全球性。 Re － Os 同位素体系反映出在晚奥陶纪末， 五峰 组碳质泥岩沉积时海水经过了富氧缺氧富氧环 境的转变， 且富氧的沉积环境一直持续到早志留世 龙马溪组沉积时期， 赫南特期冰期事件和火山喷发 共同造成了生物大绝灭; 有机质的大量富集， 是火山 活动和冈瓦纳冰川融化共同作用的结果。奥陶世末 缺氧的沉积环境和大量的陆源物质输入为五峰组 龙马溪组富有机质沉积岩提供了较好的生烃潜力。 Re － Os 同位素体系与火山事件时间上的耦合、 与多 种地球化学手段所得结果的一致性， 显示出 Re － Os 同位素体系对大规模冰期、 火山活动等地质事件的 良好记录。同时， Re 和 Os 含量、 187Re/188Os 比值与 187Os/188Os 初始值的变化可以有效反映沉积时期物 质来源、 沉积环境、 古生产力的变化， 在古环境反演 研究中具有重要的应用潜力。 3结论 对贵州省正安县班竹 1 井岩心碳质泥岩样品连 续采样并进行 Re － Os 同位素研究， 直接在扬子板 块上获得的奥陶系志留系界线地层 Re － Os 同位 素年龄为 443． 68 6． 24Ma 2σ， n 7 ， 187Os/188Os 初始值为 0． 699 0． 019， MSWD 0． 55， 与国际地层 线年龄高度一致， 为奥陶系志留系界线年龄提供 了直接的、 准确的 Re － Os 同位素年龄数据。 其次， 根据连续地层样品 Re － Os 数据变化， 指 示五峰组龙马溪组碳质泥岩沉积成岩过程有大量 的陆源碎屑输入; 上扬子地区发育多期火山活动; 晚 652 第 2 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2020 年 ChaoXing 奥陶世五峰组碳质泥岩段海水经历了富氧缺氧 富氧环境的转变并持续至早志留世龙马溪组碳质泥 岩时期。Re － Os 同位素体系反映了火山喷发事件、 赫南特冰期事件与沉积环境变化、 生物大绝灭事件 的关系， 显现其在古环境反演中的重要应用潜力， 不 仅为奥陶系末生物大绝灭事件的触发机制提供了新 的理解， 同时为贵州北部页岩气的生烃环境研究、 页 岩气的勘探提供了理论指导。 4参考文献 ［ 1］Tucker R D， Krogh T E， Ross R J， et al． Time － scale calibration by high － precision U － Pb zircon dating of interstratified volcanic ashes in the Ordovician and Lower Silurian stratotypes of Britain［J］ ． Earth and Planetary Science Letters， 1990， 100 1 －3 51 －58． ［ 2］Ghavidel － Syooki M， Hassanzadeh J， Vecoli M． Paly- nologyandisotopegeochronologyoftheUpper OrdovicianSilurian successions Ghelli and Soltan Maidan ationsin the Khoshyeilagh area， Eastern AlborzRange， NorthernIran; Stratigraphicand palaeogeographicimplications［ J ］ ．Reviewof 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