《International Journal of Coal Geology》：Hydrothermal activity control on the mid-triassic palaeoenvironmental evolution and organic matter enrichment mechanisms in the Ordos Basin, North China Craton
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鄂尔多斯盆地三叠纪延7段3亚段深湖相沉积中，火山-热液活动通过元素输运和还原环境协同调控有机质富集，揭示热液主导型（HA）沉积具有异常高TOC（峰值34%），其形成与俯冲伸展构造背景下的频繁地震和深部热液活动密切相关。
姜云|杨兆宇|王建强|郝志雷|姚庚顺|薛辉|张东东|梁超|彭恒|杜楠|刘赤阳
中国西北大学地质系大陆演化与早期生命国家重点实验室，西安710018
摘要
地球内部的深层过程通过向上输送能量和物质显著影响地表地质系统，火山活动和热液活动与构造动力学密切相关。然而，火山作用和热液循环调节沉积环境和有机碳富集的机制仍不够明确。在这项研究中，我们通过对鄂尔多斯盆地东南部一个深湖沉积中心的科学钻探孔进行高分辨率连续采样，分析了长73亚段的锆石U-Pb地质年代学、岩石学和多参数地球化学数据，根据Zr/Al和(Fe + Mn)/Ti比值确定了三种不同的沉积类型：非火山/热液活动（NHV）、以热液为主的活动（HA）和以火山作用为主的活动（VA）。古气候重建显示，HA沉积期间气候温暖湿润，而VA活动期间则趋于干旱。氧化还原条件从HA类型的缺氧-硫化环境转变为NHV类型的以氧化为主的环境，同时古生产力从HA类型沉积物的极高值下降到NHV类型沉积物的较低水平。闪锌矿-Ag-黄铁矿热液组合的存在以及地震扰动构造（如砂岩脉、泥屑翻滚）证实了沉积过程中的构造活动。热液来源的元素（Fe、Cu、U、Mo）通过营养驱动的生产力爆发和还原性硫化物保存条件增强了有机碳的富集。因此，HA类型的页岩表现出一致的高总有机碳（TOC）含量（>6%），峰值达到34%。这种超常富集主要归因于深层热液活动，因为极高的TOC浓度与热液强度直接相关，这有助于有机物的保存。基于此，并区分热液和火山作用的影响，我们认为华南地块下俯冲诱导的伸展构造环境导致了频繁的地震活动和强烈的深层过程，从而形成了鄂尔多斯盆地有机质异常富集的热液-构造富集模型。
引言
深层过程是地球内部动态的基本驱动力，能够引发地幔部分熔融、流体释放以及地壳和地幔物质的混合（Andri?等人，2018；Ducea和Chapman，2018；Zhu等人，2017）。这些过程不仅维持了火山和热液活动，还将深源物质通过断层系统输送到沉积盆地。在地质时间尺度上，它们通过能量和质量的传递重塑地壳结构，调节沉积环境、有机质富集和区域气候演化（Liu等人，2024；Retallack，2013；Sander和Koschinsky，2011）。以往的研究主要集中在与大型火成岩省相关的高强度地质事件上，这些事件引发了全球气候扰动和生态危机，例如晚三叠世的卡尼雨季事件、古新世-始新世温暖期以及多次大规模灭绝事件（Dal Corso等人，2018；Jin等人，2024；Wignall，2001）。然而，地质档案越来越多地强调了持续的低强度火山活动与间歇性热液释放的重要性（Falkenberg等人，2024；Sahoo等人，2024）。在伸展构造环境中，俯冲诱导的地幔熔融和反复的断层作用为深层流体提供了有效的通道，促进了火山灰、含金属营养物质和还原性硫物种定期输送到沉积盆地（Jamieson等人，2023；Xu等人，2022）。
越来越多的证据表明，生物必需金属（如Fe、Cu、P）以及还原性硫物种和气体（如SO?、H?S）通过火山和热液流体运输，在促进还原环境形成和增强有机质保存方面起着关键作用（Burgess等人，2015；Tian和Buck，2022）。在中国的一些富碳盆地（如准噶尔盆地、三塘湖盆地和四川盆地），深层过程与较高的总有机碳（TOC）含量密切相关（Ding等人，2023；Jiao等人，2018）。然而，沉积档案中的火山和热液特征往往交织在一起，这使得区分它们对有机质富集的贡献变得复杂，并可能通过异常的元素输入偏倚传统的古气候指标（Zhang等人，2019a；Zhang等人，2019b）。因此，区分和识别沉积记录中火山喷发与热液活动的地球化学特征对于限制构造环境、沉积环境和有机质富集的耦合影响至关重要。这种区分也有助于阐明俯冲带系统中深层过程与地表响应之间的联系（Xu等人，2022）。
鄂尔多斯盆地位于华北克拉通（NCC）的西部边缘，为研究深层过程与沉积系统之间的联系提供了理想的自然实验室。中三叠世长73亚段以广泛的火山灰层（Zhao等人，2020；Liu等人，2005）、热液矿物组合以及局部超过30 wt%的异常高TOC值（Shi等人，2022）为特征。此前在该盆地东南部进行的研究主要依赖于暴露在野外的露头样本，这些样本受到风化和表面改性的强烈影响，可能会影响地球化学和矿物学数据的可靠性（Yang等人，2022a；Yang等人，2022b）。为了克服这些限制，我们在鄂尔多斯盆地南部长73亚段的深湖相带钻了一个全取芯的科学钻孔（BJY-1），为系统研究区域深层过程提供了首个连续岩芯（Zhao等人，2020）。本研究聚焦于新获得的BJY-1岩芯，并整合了现有的区域钻孔数据。通过高分辨率地球化学分析、锆石U-Pb地质年代学、矿物学特征和沉积环境重建，我们的目标包括：（1）开发一种地球化学指标系统，用于识别细粒沉积物中的火山和热液事件，并限制它们的沉积响应和时空演化；（2）阐明火山喷发、热液流体活动与俯冲相关构造环境中异常有机质富集之间的耦合机制。
地质背景
鄂尔多斯盆地位于华北克拉通（NCC）西部（图1A），是一个多周期叠加盆地，经历了古生代-中生代的陆内裂解作用，随后是新生代的前陆变形（Huang等人，2025a；Peng等人，2023）。作为中国主要的产碳盆地之一，鄂尔多斯盆地含有厚厚的中三叠世湖泊沉积层，其中富含有机物的长7成员是多个石油系统的关键源岩（Peng等人，2024；
材料与方法
BJY-1科学钻探项目位于陕西省铜川市的宝王庄地区，总钻探深度为66.5米。从上到下，BJY-1岩芯依次穿过：（i）表层黄土覆盖层（0–10.59米）；（ii）长72亚段（10.59–20.20米），主要由层状分布的浅灰色细粒砂岩和深灰色泥质粉砂岩组成，具有水平层理和夹层粘土层；（iii）长73亚段（20.20–62.50米），主要由
锆石年龄和天文周期
从BJY-1井底部59.5米深度的白色凝灰岩层中随机选取了50颗锆石晶体。测得的U-Pb年龄高度一致，集中在237至261百万年之间（图2A）。CL图像显示大多数锆石具有紧密排列的振荡 zoning，表明其典型的岩浆起源（图S1）。在凝灰岩层中，最年轻且连贯的锆石群体的加权平均年龄通常被用来近似喷发年龄。
长73亚段的地层年代学
对火山凝灰岩进行的高精度锆石U-Pb测年为地层划分和关键中三叠世事件的时间确定提供了重要框架（Bian等人，2025；Liu等人，2023）。在BJY-1井中，基底凝灰岩的加权平均LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为241.9±2.7百万年，与附近Yishicun段长73亚段基底凝灰岩的ID-TIMS锆石年龄241.558±0.093百万年在不确定性范围内重叠（Zhu等人，2019）。
结论
本研究系统地重建了鄂尔多斯盆地中三叠世长73亚段页岩中火山作用、热液活动和古地震活动之间的协同作用，阐明了它们在改变沉积环境和控制有机质异常富集中的作用。根据关键的地球化学阈值（Zr/Al<16.5表示无显著火山输入；(Fe + Mn)/Ti<15表示无显著热液输入），长73亚段
CRediT作者贡献声明
姜云：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，方法论，调查，正式分析，数据管理，概念化。杨兆宇：验证，监督，项目管理，资金获取，正式分析。王建强：撰写——审稿与编辑，监督，资源管理，项目管理，调查，数据管理，概念化。郝志雷：可视化，监督，调查，概念化。姚庚顺：资源管理，项目
未引用参考文献
Berndt等人，2023
Grasby等人，2019
Preto等人，2010
Weng等人，2012
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42230815）、陕西省教育厅青年创新团队研究项目（项目编号：22JP086）、鄂尔多斯盆地地质结构重建与关键水库形成条件项目（项目编号：2025ZD1400201）以及中国石油长庆油田公司关键技术研究项目（项目编号：KJZX2023-01）的支持。
