古环境对中国北部大别山区埃迪卡拉纪-寒武纪过渡期卢家坪组硒富集的制约作用

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Constraints of paleoenvironment on selenium enrichment of the Ediacaran-Cambrian transition period Lujiaping Group in the North Daba Mountains, China

中国华北大巴山吕家坪组（LG）埃迪卡拉-寒武纪过渡带硒富集特征及机制研究。系统分析61个岩样显示硒含量0-147.86 μg/g，平均16.31 μg/g，分5亚组（DST至SPS），BH亚组EF达663.56，SPS顶部EF仅3.45。综合热液输入、陆源贡献及生物地球化学作用，揭示缺氧-富氧交替、高生产力及湿热气候协同促进硒富集的机制。

　　

杨素娇|张世曦|罗英杰|程九龙|罗坤丽

中国矿业大学（北京）地质科学与测绘工程学院，北京100083，中国

摘要

Lujiaping组（LG）是位于中国北大别山脉的一个跨埃迪卡拉纪-寒武纪过渡期的地层单元，表现出显著的硒（Se）富集现象。然而，其分布模式和富集机制目前仍不甚明了。在本研究中，我们分析了来自紫阳县LG命名剖面的61个岩石样本的元素含量和岩性。硒的浓度范围为0至147.86 μg/g，平均值为16.31 μg/g。LG自下而上分为5个地层：豆石滩组（DST）、邓英组（DY）、虎石湾组（HSW）、白河组（BH）和山坪上组（SPS），所有这些地层均显示出硒富集现象，平均富集因子（EF=含量/上地壳（UCC））大于2。寒武纪特伦尼维期的白河组硒富集程度最高（平均EF=663.56），而寒武纪第二系列的山坪上组硒富集程度最低（平均EF=3.45）。地球化学和岩石学特征表明，热液作用在豆石滩组至虎石湾组下部最为显著；虎石湾组上部至山坪上组主要受到陆地来源的影响；而虎石湾组上部至山坪上组下部则更多受到生物来源的影响。此外，古环境和古气候因素，如交替的缺氧-富氧和亚缺氧条件、高初级生产力、间歇性上升流以及温暖湿润的气候，可能进一步促进了硒的富集。

引言

硒（Se）是生命必需的微量元素，但在地壳中普遍含量较低，上地壳（UCC）的平均浓度仅为0.05 μg/g（Taylor和McLennan，1985）。然而，全球范围内在埃迪卡拉纪-寒武纪地层中都发现了异常的硒富集现象，包括英国威尔士（最高116 μg/g；Armstrong等人，2018）、巴西（最高91.59 μg/g；Lima等人，2023）和中国（最高303 μg/g；Long和Luo，2017）。埃迪卡拉纪-寒武纪过渡期是地球历史上的一个关键时期，这一时期环境发生了剧烈变化，早期动物生命迅速多样化（Adineh等人，2025；Alexander等人，2025；Li等人，2024；Sawaki等人，2025；Wei等人，2021；Yang等人，2024）。了解这一关键时期控制硒分布和富集的机制具有重要的科学意义（Fan等人，2011；Tian和Luo，2017a；Tian和Luo，2017b）。

在中国，南华块体范围内的埃迪卡拉纪-寒武纪地层中也广泛报道了硒的异常富集现象，包括扬子地台、南华褶皱带和秦岭造山带，引起了广泛的研究关注（Fan等人，2011；Long和Luo，2017；Tian等人，2017；Tian和Luo，2017a，Tian和Luo，2017b；Zhu等人，2008）。大多数研究集中在扬子地台。例如，Fan等人（2011）报道在贵州省遵义市寒武纪牛蹄塘组的黑色页岩和碳质岩石中，硒的浓度分别高达164.4 μg/g和49.4 μg/g，这些岩石主要形成于受限的缺氧环境中。Zhu等人（2008）认为牛蹄塘组中的硒来源于热液作用，而Zhu等人（2007）提出碳质岩石中的硒主要来自生物同化和微生物还原作用。Wang（2016）报道湖南省石门县寒武纪牛蹄塘组中的硒浓度高达56.12 μg/g。Tian和Luo（2017a，2017b）记录到湖北省宜昌市埃迪卡拉纪豆石滩组、埃迪卡拉纪-寒武纪过渡期的燕家河组以及寒武纪水井塘组中硒的浓度超过0.5 μg/g，并将富集归因于热液活动和火山作用的共同作用。Wen等人（2024）发现黑色页岩中的硒可能来源于海水、热液流体和生物残骸。

秦岭造山带是中国重要的构造单元之一，由于强烈的造山作用，其结构非常复杂。因此，与南华块体相比，针对其埃迪卡拉纪-寒武纪地层中的硒富集现象的研究较少。然而，位于北大别山脉的Lujiaping组（LG）这一跨埃迪卡拉纪-寒武纪过渡期的地层单元显示出显著的硒富集现象。在陕西省紫阳县，LG下部的碳质硅质页岩中硒的浓度可达22 μg/g（Luo等人，2004）。Feng等人（2012）报道LG中的碳质和硅质岩石中硒的最大浓度为278 μg/g，并将其富集归因于亚缺氧至缺氧半远洋环境下的热液沉积。Long和Luo（2017）记录到更高的浓度，高达303 μg/g，并同样将富集与热液作用联系起来。

与扬子地台上的豆石滩组、牛蹄塘组和水井塘组不同，这些地层相对较薄（例如，豆石滩组约170米；牛蹄塘组超过100米；水井塘组约40米）（Guo等人，2022；Tian和Luo，2017a，Tian和Luo，2017b），且范围较短（仅限于埃迪卡拉纪或寒武纪），LG则是一个厚度约1000米、跨度较长（从埃迪卡拉纪到早寒武纪）的地层单元。先前的研究为理解LG中的硒富集现象奠定了基础，但主要集中在LG的某些区间。因此，缺乏对整个LG中硒分布和演变的全面评估，控制硒富集的机制及其与不同地层中古环境和古气候变化的关系仍不甚清楚。

为填补这些知识空白，我们对陕西省紫阳县Wamiao镇连续LG命名剖面的61个新鲜岩石样本进行了系统的地球化学分析。我们分析了硒及其他主要/微量元素的浓度，研究了硒分布的地层变化，并探讨了与氧化还原条件和古环境指标相关的富集机制。本研究为北大别山脉埃迪卡拉纪-寒武纪过渡期间硒的地层演化、富集机制和古环境控制提供了新的见解，有助于更深入地理解早期地球历史中的硒生物地球化学。

区域地质

秦岭造山带位于华北块体和南华块体之间，是由华北地台和扬子地台的挤压作用形成的复合大陆型造山带（图1A）（Long等人，2016；Zhang等人，1996）。由于扬子地台北部边缘俯冲到华北地台，形成了大量NW-SE走向的逆冲断层（Fu等人，2023）。因此，秦岭造山带...

分析方法

分析前，我们首先去除岩石样本的风化表面，用超纯水冲洗，然后在室温下风干，将新鲜部分研磨成粉末（<200目），并分为三部分：（1）元素分析，（2）总有机碳（TOC）分析，（3）岩石薄片制备。

LG中硒的分布

LG的平均硒含量为16.31 μg/g（表S3）。LG中硒含量的变化范围为0.00至147.86 μg/g，变异系数（CV）为153.76%，表明硒含量变化较大。

引入了富集因子（EF=含量/上地壳（UCC）并将其分为6个区间，以评估LG中硒的富集程度和分布模式：极度富集（EF>1000），显著富集（100< />

结论

本研究调查了中国北大别山脉LG命名剖面中60个岩石样本的硒分布模式和富集机制。主要发现如下：

(1)

LG中的硒浓度范围为0至147.86 μg/g，平均值为16.31 μg/g。相应的富集因子（EF）介于0至2957.28之间，平均值为326.28，表明硒普遍富集。LG自下而上分为5个地层。

作者贡献声明

杨素娇：撰写——初稿、可视化、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念构建。张世曦：撰写——审阅与编辑、验证、监督、项目管理、方法论、资金获取、数据管理、概念构建。罗英杰：验证、调查、数据管理。程九龙：验证、监督、方法论、概念构建。罗坤丽：撰写——审阅与编辑、验证、监督、方法论。

未引用参考文献

Zhang, 2023

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（资助编号：42272208、42277196）、国家基础研究计划（资助编号：2021YFC2902002）和中央高校基本科研业务费（资助编号：2025ZKPYDC02）的支持。