多重代理地球化学方法重建古环境及其对四川盆地侏罗系大安寨组的细粒度沉积作用的影响

《ACS Omega》：Multiproxy Geochemical Reconstruction of Paleoenvironment and Its Control on Fine-Grained Sedimentation in the Da’anzhai Member of the Jurassic System, Sichuan Basin

　　高分辨率图像
下载MS PowerPoint幻灯片

四川盆地下侏罗统慈留泾组大安寨段细粒沉积岩的起源及其古环境意义仍是一个持续的争议话题。关于细粒组分沉积模式的研究以及对古气候的定量分析仍然有限。为了有效解决这一问题，本研究以大安寨段的细粒沉积岩为研究对象，进行了岩石学和多指标地球化学分析。通过分析，系统重建了沉积时期的古环境，并揭示了其对细粒沉积岩的控制机制。结果表明，大安寨段具有完整的沉积序列，表现为“湖泊侵积-最大湖泊泛滥-湖泊退缩”，而气候则呈现出“干旱寒冷的盐化（CIA平均值43.77）-温暖湿润的脱盐（CIA平均值68.01）-再次干旱寒冷的盐化（CIA平均值22.34）”的周期。温暖湿润的气候（CIA > 55）、深水环境（平均深度33.90米）以及缺氧条件（V/(V + Ni)平均值为0.75）共同促进了Da.2亚段中高质量有机质的富集，其总有机碳（TOC）平均含量高达1.46%。细粒沉积岩的厚度和连续性受古气候（CIA）、古水深（Co–La）和古盐度（Sr/Ba）共同影响。CIA值高于55时能保证细粒物质的供应，古水深超过20米有利于沉积物的保存，而Sr/Ba比值低于0.6则促进细粒物质向湖泊中心扩散。这一控制过程与早侏罗世的托阿尔克期海洋缺氧事件密切相关：T-OAE引起的温暖和缺氧环境有利于有机质的富集，当这三个因素共同作用时，古环境变化对细粒沉积的影响更为显著。半咸水和淡水环境（特征为温暖湿润的气候和深水缺氧）有利于富含有机质的细粒沉积岩的形成，为四川盆地侏罗纪页岩油勘探提供了关键地质证据。同时，本研究也为全球托阿尔克期大陆沉积对气候变化的响应提供了典型案例。

**引言**
细粒沉积岩由细粒沉积物（如页岩和泥岩）组成，约占世界沉积岩总量的三分之二。它们在盆地演化过程中携带了重要的古环境信息，对水体物理化学条件、古气候、源物质输入以及沉积期间的生物活动具有高度敏感性。(1) 因此，它们成为重建地质历史时期环境演变的关键研究对象。(2) 同时，细粒沉积岩中有机质的富集和保存不仅受古环境条件控制，还与油气资源的形成密切相关。(3) 因此，其物质组成、沉积特征和成因机制长期以来一直是沉积学和石油地质学的研究热点。(4) 近年来，随着大陆页岩油储层评价和水平钻井压裂技术的发展，对细粒沉积物沉积过程和古环境特征的研究势头强劲，成为地质学领域的核心主题。在中国，多个盆地通过页岩油开发的快速进展实现了工业开采：(5) 在鄂尔多斯盆地的延长组中，通过元素地球化学分析掌握了有机质的富集模式，实现了大规模页岩油开采；(6) 在松辽盆地的青山口组中，对古湖泊环境的研究确定了勘探目标，提高了勘探效率；(7) 在准噶尔盆地的芦草沟组中，通过化学-沉积相分析确定了有利勘探层位，显示了巨大的页岩油开发潜力。(8) 全球范围内，美国已在威利斯顿盆地的巴肯页岩层、墨西哥湾盆地的鹰福特页岩层以及二叠纪盆地实现了大规模商业开采。(9) 这些开发案例突显了细粒沉积岩研究对页岩油开发的重要性，并为四川盆地细粒沉积岩系列的系统研究提供了重要的参考范例。

四川盆地是中国主要的天然气生产区之一，但近年来其侏罗纪地层的年石油产量不足10万吨。(9) 目前，只有侏罗纪地层具有显著的石油产量。2020年之前，对侏罗纪系统的研究主要集中在致密储层上，如下侏罗统慈留泾组的大安寨段壳石灰岩、中侏罗统沙岗山组的砂岩等，而对细粒沉积岩的研究相对较少。(9) 最近，中国的页岩油勘探和开发取得了实质性进展，研究重点转向了大安寨段的细粒沉积岩（该段具有稳定的厚度、丰富的有机质和广泛的分布范围)，并获得了大量关于细粒沉积岩中主要元素、微量元素和稀土元素的相关数据。通过这些细粒沉积岩中敏感元素的分布、组合和比例变化，可以准确记录沉积期间的古环境变化，从而全面重建古环境。

大安寨段的沉积时期与早侏罗世的托阿尔克期同步。(10,11) 托阿尔克期间的全球海洋缺氧事件影响了四川盆地的生态系统，改变了大安寨段沉积期间的氧化-还原条件和有机质富集情况。(10) 在稳定的还原环境及相对湿润的气候条件下，半深湖中富含有机质（平均总有机碳TOC为1.50%）的页岩为油气生成提供了物质基础。本研究聚焦于从四川盆地不同区域的三口全取芯井（井A、井B和井C）中采集的细粒沉积岩，利用岩石学特征和无机地球化学指标系统分析了古气候、古盐度、古水深和古氧化还原条件等参数，以重建古环境并揭示其对细粒沉积的控制机制。本研究旨在为湖泊细粒沉积物的研究提供全面的地质基础，并为区域湖泊盆地的页岩油勘探和开发奠定基础。

**地质背景**
四川盆地是中国四大主要盆地之一，也是中国南部最大的油气承载盆地(图1)。其多次叠加的盆地特征对油气资源的形成和分布具有重要影响。(13?15) 该盆地的大陆沉积始于晚三叠世徐家河组的末期。(16) 在侏罗纪-白垩纪期间，周围的造山带（如龙门山和秦岭南部推覆带）逐渐侵入盆地，形成了一个北部边缘陡峭、南部坡度平缓的大型内陆凹陷盆地，中心区域发展出了广阔的湖泊。(17,18) 早侏罗世是四川盆地构造演化的关键过渡期。盆地与山脉的相互作用调节了沉积物的来源和沉积相的分布，形成了下侏罗统慈留泾组和李岗山组沉积物。慈留泾组自下而上由振筑冲组、东玉苗组、马鞍山组和大安寨组组成。岩石类型从碎屑岩过渡到碳酸盐岩，记录了湖泊环境和河川环境之间的周期性变化。大安寨组形成于盆地扩张最为弱、造山带活动最为稳定的时期，这种构造稳定性有助于维持稳定的古地貌，促进了湖泊沉积系统的持续发展。(19)

**图1**
(a) 四川盆地的结构图和井位图；
(b) 四川盆地的地理位置图；
(c) 大安寨组的综合地层柱。

大安寨段与上覆的李岗山组和下伏的马鞍山组呈连续接触，厚度约70–100米。从下到上分为Da.3亚段、Da.2亚段和Da.1亚段。大安寨段的沉积时期是早侏罗世湖泊侵积最强烈的时期，具有最大的规模、最广的范围和最大的湖泊盆地面积，以及最强的油气生成潜力。(20) 它属于一个不对称的环状碳酸盐湖沉积系统。(19) Da.3亚段厚度约5–30米，形成于早期湖泊侵积期，以厚层壳石灰岩与页岩互层为特征，浅水区和近岸区域有发育良好的壳滩；Da.2亚段厚度约30–60米，处于湖泊泛滥最大期，以深灰色至黑色页岩与壳石灰岩互层为特征，代表半深湖相中细粒沉积岩的主要发育区，页岩厚度通常超过60米，页岩与石灰岩的比例大于0.6。(20) Da.1亚段厚度约5–30米，形成于湖泊退缩晚期，下部与壳石灰岩和页岩互层，上部为厚层块状壳石灰岩沉积，浅水区和近岸区域壳滩发育良好。

**样品与方法**
本研究从四川盆地中部的井A、北部的井B和东部的井C采集了慈留泾组大安寨段的样品，共114个（井A 50个，井B 34个，井C 30个）。这三口井均进行了全取芯，贯穿整个大安寨段。通过对不同深度样品中的主要元素、微量元素（REEs）和总有机碳（TOC）的分析，分别反映了四川盆地不同地区慈留泾组大安寨段细粒沉积岩的地质特征。

**岩石学和微观结构特征**
岩石学实验方法包括岩心观察、薄片观察和扫描电子显微镜观察。新鲜直径10厘米的钻孔岩心用去离子水清洗以去除钻井泥浆，然后使用数字卡尺（精度0.01毫米）和高分辨率相机（Canon EOS 5D Mark IV）进行宏观特征记录，包括岩性、颜色、层理、裂隙和胶结情况；关键特征通过深度测井进行拍摄。选取30个代表性样品制成30微米厚的抛光薄片（SY/T 5162–2021标准），然后使用Leica DM4 P偏光显微镜（PPL/XPL模式鉴定矿物；荧光模式（450–490纳米）分析有机物；≥500点计数测定矿物含量，精度±3%）。另外选取20个2厘米×2厘米×1厘米的块状样品（环氧树脂包埋、打磨抛光），表面镀一层薄金（10纳米）以提高导电性，再用FEI Quanta 250 FEG SEM（15 kV，工作距离10毫米）进行微观结构观察。

**有机地球化学**
采用LECO-230碳硫分析仪测定样品的总有机碳（TOC）含量。分析前，样品先粉碎并通过80目筛网筛分，然后进行预处理以去除碳酸盐：将样品浸入5%盐酸溶液中，在60°C下水浴中处理24小时加速碳酸盐溶解；当不再产生气泡时认为反应完成，随后用蒸馏水反复冲洗去除剩余的盐酸。完全溶解后，再用蒸馏水反复冲洗去除残留的盐酸，最后加热并干燥至恒重。最终，测量了总碳（TOC）含量。在本研究中，使用了PANalytical AxiosMAX X射线荧光（XRF）光谱仪进行主要元素分析，遵循中国国家标准GB/T 14506.28–2010。样品被粉碎并通过200目筛子筛选，然后在120°C的烤箱中干燥8小时。随后，将0.5–1.0克的干燥样品称重放入预先称量的陶瓷坩埚中，并在1000°C的马弗炉中加热200分钟。当炉温降至约400°C时，将坩埚转移到干燥器中冷却至室温并重新称重。根据质量差计算了灼烧损失（LOI）。接下来，准确称量6.0000克 flux（49.75% Li2B4O7、49.75% LiBO2、0.5% LiBr）和0.6000克干燥样品，混合均匀后倒入专用于XRF分析的铂坩埚中。混合物在1100°C的熔炉中熔化，冷却后形成玻璃盘以供测试。

在微量元素和稀土元素的分析中，使用了Elan DRC-e电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS），遵循中国国家标准GB/T 14506.30–2010的规定。样品被粉碎并通过200目筛子筛选，然后在105°C的烤箱中干燥12小时。从粉末样品中取出50毫克置于特氟龙消化罐中：对于常规样品，加入1.5毫升高纯度硝酸（HNO3）、1.5毫升高纯度氢氟酸（HF）和0.1毫升高纯度过氯酸（HClO4）；对于结核和壳状样品，则使用3毫升高纯度硝酸和1毫升高纯度盐酸（HCl）。密封后，消化罐在190°C的烤箱中加热48小时。冷却后，将溶液蒸发至干燥，用硝酸处理两次，然后加入3毫升50%高纯度硝酸再次密封并加热12小时。提取的溶液转移到100毫升聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）瓶中，并加入1毫升双内标溶液（1 mg/L Rh + Re）。通过用5% HNO3逐步稀释1000 mg/L单元素标准溶液（Rh和Re）来制备标准溶液，确保与样品溶液的基质匹配。在ICP-MS分析前，将溶液稀释至总质量为100.00克。

四川盆地大安寨组各亚组的细粒沉积岩的岩石学和沉积结构存在显著差异（图2）。特别是Da.2亚组主要为黑色和深黑色，矿物成分主要由蒙脱石-Illite和蒙脱石组成。其解理非常发育，生物扰动较弱，表明这是一个深水、低能量和还原的环境，主要位于半深湖到深湖环境中；Da.1和Da.3亚组主要为灰色、灰绿色和紫红色泥岩，矿物成分主要由Illite和高岭石组成。它们为中至薄层状，水平层理发育良好，偶尔出现波痕、泥裂和变形结构。生物扰动较强，表明这是一个浅水、氧化的环境，主要位于湖泊岸边到浅湖环境中。

研究区域A、B、C井的大安寨组样品的主要地球化学特征总结在表1中。这三个井的TOC含量存在显著差异，其中A井的平均值最高为1.46%，其次是B井的1.27%，C井最低为0.82%（图3和表2）。这些井表明高质量的TOC在Da.2亚组中垂直集中，并主要分布在四川盆地的中心区域。

表1. 大安寨组细粒沉积物的主要地球化学特征

| 元素类型 | 具体指标 | 含量范围（平均值） | 地质意义 |
|------|---------|-----------|----------|
| 主要元素 | SiO2 | 1.84%–61.85% | (47.32%) | 反映长石质矿物的含量 |
| | Al2O3 | 1.60%–23.66% | (16.59%) | 反映粘土矿物输入的强度 |
| | CaO | 0.31%–54.91% | (10.08%) | 碳酸盐矿物输入的波动 |
| | SiO2 + Al2O3 | 4.69%–77.73% | (63.91%) | 表示细粒组分的含量 |
| 微量元素 | Sr | 89.78–721.40 ppm | (235.90 ppm) | 与水盐度正相关 |
| | Ba | 111.90–3163.54 ppm | (693.07 ppm) | 与水盐度负相关 |
| | V | 7.75–202.31 ppm | (133.31 ppm) | 表示还原环境 |
| | Ni | 8.82–77.24 ppm | (46.04 ppm) | |
| | U | 0.78–3.94 ppm | (2.42 ppm) | |
| 稀土元素 | La | 1.75–41.50 ppm | (27.59 ppm) | 反映陆源碎屑的特征 |
| | Ce | 3.56–83.10 ppm | (51.60 ppm) | 表示稳定的氧化还原条件 |
| | Nd | 1.64–37.70 ppm | (23.20 ppm) | 对优质页岩发育的制约 |

主要元素是SiO2（平均值47.32%）和Al2O3（平均值16.59%）（表2），表明含有相对较高的长石质矿物和粘土矿物含量。SiO2和Al2O3的总含量达到63.91%，属于粘土-粉砂成因（图4）。

所有微量元素和稀土元素都根据后太古代澳大利亚页岩（PAAS）标准进行了归一化（图5）。大多数比值在PAAS的0.1到1倍范围内，显示出较低的富集状态。然而，A井和C井中的Sr和Ba的PAAS归一化值大于1，表明相对富集。同时，B井中的Cu、Zn、Zr和Nb的归一化值高于A井和C井。这三个井中其他微量元素和稀土元素的归一化值相对相似。

本文采用了文献中多种研究采用的元素分析方法（表3）来恢复大安寨时期的古环境。具体来说，使用CIA指数确定古气候，Sr/Ba比值评估古盐度，Co–La方法计算古水深，(V/(V + Ni)比值判断古氧化还原条件，以及TOC含量和Ba/Al比值综合估计古生产力（表2和表4）。

化学改変指数（CIA）常用于推断沉积岩的古气候。CIA的计算公式为[(Al2O3)/(Al2O3 + CaO* + Na2O + K2O)] × 100，其中CaO*代表硅酸盐矿物中的CaO。对于含有碳酸盐和磷灰石的岩石，需要校正测得的CaO。在本研究中，CaO*是通过P2O5数据初步估计的（CaO* = mol CaO / mol P2O5 × 10/3）；当残余摩尔含量低于Na2O时，采用CaO作为CaO*；否则，使用Na2O。研究区域大安寨组的CIA值范围为3.20到84.12，总体上显示出温暖湿润和干燥寒冷气候的交替模式。Da.3亚组的平均CIA值为43.77，表明干燥寒冷的气候；Da.2亚组的平均CIA值为68.01，是整个大安寨组温暖湿润气候的顶峰时期；Da.1亚组的平均CIA值为22.34，代表最干燥和寒冷的时期。B井的平均CIA值最高（67.99），而A井和C井的平均CIA值相似（分别为55.34和55.77），表明盆地北部的古气候通常更温暖湿润，而中部和东部的古气候条件相似。

研究区域大安寨组的Sr/Ba比值范围为0.06到3.72，整体上为淡水到微咸水环境，并存在局部盐化现象。Da.3亚组的平均Sr/Ba值为0.49，表明淡水环境；Da.2亚组的平均Sr/Ba值为0.33，也表明淡水环境；Da.1亚组的平均Sr/Ba值为2.05，表明咸水环境。A井的平均Sr/Ba值最高（0.68），而B井和C井的平均Sr/Ba值较低（分别为0.35和0.43），表明盆地中部沉积水体的盐度通常高于北部和东部。这种差异主要是由于沉积物来源的不同；B井和C井远离盆地中心，有大量陆地淡水输入，导致水体显著稀释；相反，A井位于盆地中心，远离沉积源区，淡水供应较少，水体循环相对封闭，容易积累盐分，因此盐度较高。

以大安寨组正常环境的沉积速率V0为300 m/Ma（37），计算出的古水深在4.81到71.33米之间。Da.3亚组的平均水深为20.74米，Da.2亚组为33.90米，Da.1亚组为13.72米。A井的平均水深为34.01米，B井和C井分别为26.65米和27.27米。这表明古水深从盆地中心（A井）向周边（B井和C井）逐渐减小，与不对称环状碳酸盐湖沉积系统的古地理格局一致。

研究区域大安寨组的V/(V + Ni)比值范围为0.32到0.80，整体上为还原环境，局部存在氧化条件。Da.3亚组和Da.2亚组的平均V/(V + Ni)比值分别为0.70和0.75，表明还原环境；Da.1亚组的平均V/(V + Ni)值为0.57，表明氧化环境。B井的平均V/(V + Ni)值为0.75，而A井和C井分别为0.71和0.73，表明盆地北部水体的还原程度稍强，中部和东部的还原条件相似。

通过大安寨组的TOC含量和Ba/Al比值综合判断了该地区的古生产力。结果表明，古代生产力普遍较低。Da.3亚段的平均Ba/Al比值为509.81，平均总有机碳(TOC)含量为0.62%，表明古生产力最低。Da.2亚段的平均Ba/Al比值为637.82，平均TOC含量为1.46%，代表了古生产力的高峰期。Da.1亚段的平均Ba/Al比值为623.05，平均TOC含量为0.72%，也表明古生产力相对较低。A井的平均Ba/Al比值为646.49，平均TOC含量为1.47%；B井和C井的平均Ba/Al比值分别为581.48和607.70，平均TOC含量分别为1.27%和0.82%，这反映了盆地中央地区的古生产力普遍高于北部和东部地区。

**讨论：Da’anzhai段的古环境演化特征及其对细粒沉积过程的阶段性制约**

A井位于盆地中央凹陷处，受周围造山带的影响较小。Da’anzhai段的亚段边界清晰。该井的全取芯厚度为72米，其中细粒沉积岩占48米。A井的采样数量在三个井中最多，达到50个，采样密度相对较高。因此，选择A井作为例子来分析Da’anzhai段的古环境垂直演化特征，并重建四川盆地Da’anzhai时期的古环境。A井完整记录了早侏罗世Ziliujing时期Da’anzhai阶段的“湖泊入侵-最大湖泛滥-湖泊退缩”沉积周期。地球化学指标和沉积特征反映了“干旱寒冷盐碱化-温暖湿润脱盐-干旱寒冷盐碱化”的循环（图6），这直接决定了细粒沉积物的物质组成和空间连续性。

在Da.3亚段（湖泊入侵初期），CIA值较低（平均28.70），波动较小，表明气候干燥寒冷，化学风化作用较弱。Sr/Ba比值缓慢升高（平均0.63），反映出水体盐度逐渐增加。V/(V + Ni)比值保持在0.67，表明环境为弱还原状态。TOC含量曲线略有波动（平均0.62%），由于陆源有机物输入不足且水深较浅，未能形成稳定的高值区。在这种条件下，细粒物质的供应不稳定，沉积过程呈间歇性。干旱期间形成了层状贝壳石灰岩，细粒沉积物的连续性较差。

进入Da.2亚段（湖泊最大泛滥期），对应于T-OAE事件的核心区间。CIA值急剧上升并维持在较高水平（平均70.09），表明气候温暖湿润，化学风化作用强烈。Sr/Ba比值迅速降至最低（平均0.33），反映了水体盐度最高、脱盐作用明显的现象。V/(V + Ni)比值上升至0.75，表明水深较大且环境为强还原状态。TOC含量曲线达到研究段最高值（平均1.46%），温暖湿润的气候促进了大量陆源有机物的生成，与深水还原环境共同作用，使细粒沉积物得以有效保存。细粒沉积过程连续稳定，细粒组分含量超过60%，形成了Da’anzhai段中富含有机物的核心富集亚段。

在Da.1亚段期间，湖泊开始退缩。CIA值急剧下降（平均7.92），波动较大，表明气候干燥寒冷，化学风化作用停滞。Sr/Ba比值显著升高（平均2.91），反映了湖泊水位下降、水体盐碱化加剧。V/(V + Ni)比值降至0.49，表明水环境处于弱氧化状态。TOC含量曲线迅速降至较低值（平均0.72%），由于有机物输入减少及氧化分解作用影响，细粒物质供应不足，细粒组分含量低于60%。沉积物主要为厚层块状贝壳石灰岩，仅在短期温暖期间形成薄层泥岩夹层。细粒沉积的连续性较差。

**总结：**Da’anzhai段细粒沉积的垂直差异主要受古环境变化控制。Da.2亚段的温暖湿润气候带来了丰富而稳定的细粒物质，而深水还原环境更有利于高质量沉积；在Da.3和Da.1亚段，由于气候干燥寒冷且细粒物质供应不足，碳酸盐夹层增多，沉积过程呈现间歇性，沉积物质量下降。这种垂直变化表明，古环境通过调节细粒物质的供应，是控制沉积连续性和厚度的关键因素。

**细粒沉积岩的古环境控制机制：**四川盆地Da’anzhai段细粒沉积物的形成和富集是一个复杂过程，受古气候（CIA）、古盐度（Sr/Ba）、古水深及古氧化还原条件（V/(V + Ni）等多种因素的综合影响。特别是在早侏罗世T-OAE（Toarcian海洋缺氧事件）的影响下，这些因素的变化导致Da’anzhai段不同亚段的细粒沉积特征存在显著差异。

**古气候（CIA）：**基于Da’anzhai段CIA与细粒组分（SiO2 + Al2O3）的相关性及样本分布（图7），定义了在温暖湿润气候下保证细粒物质稳定供应的CIA临界值为55。当CIA > 55时（Da.2亚段），周围岩石发生强烈化学风化，提供丰富的稳定细粒物质。充沛的降水将细粒物质从边缘输送到湖泊中心，生成大量粘土矿物（如蒙脱石和伊利石），沉积物中SiO2 + Al2O3含量超过60%。当CIA < 55时（Da.1和Da.3亚段），化学风化减弱，物理风化占主导，细粒物质供应不足，沉积物中细粒组分含量低于60%，缺乏蒙脱石形成，导致细粒沉积的连续性和厚度显著下降。

**古盐度（Sr/Ba）：**根据古盐度判断标准（表2），定义Sr/Ba的临界值为0.6。当Sr/Ba < 0.6时，水体处于低盐度环境，粘土颗粒表面双电层厚度大，静电排斥力强，细粒物质以小絮状悬浮在湖水中，沉积在深水低能量区域（图10b,c），形成连续的纯粘土层（图2e）。Sr/Ba比值与Al2O3含量负相关（R2 = 0.60, n = 114）（图8），河流淡水与湖水密度差异小，细粒物质可通过湖流长距离传输。当Sr/Ba > 0.6时，水体处于高盐度环境，水中二价阳离子浓度升高，粘土颗粒间静电作用减弱，形成100–500 μm的大絮状物，沉积速率加快，细粒沉积物在浅水区或近岸区域快速堆积，粉砂夹层增多，沉积物纯度降低（图10a）。

**古水深及古氧化还原条件（V/(V + Ni）：**基于古氧化还原判断标准（表2）和湖泊波基线，定义V/(V + Ni)的临界值为0.6，古水深临界值为20米。当V/(V + Ni) > 0.6且古水深 > 20米时，水体处于深水还原环境，水体扰动小，细粒物质可快速沉淀形成稳定层理（图2b）。低氧环境抑制底栖生物活动，细粒沉积物保存良好（图9）。V/(V + Ni)值与细粒组分含量正相关（R2 = 0.49, n = 114）（图9），说明良好层理连续性和低生物扰动。

**T-OAE事件及其对细粒沉积的控制：**T-OAE事件显著影响了四川盆地Da’anzhai段的沉积特征和有机质富集，特别是在湖泊细粒沉积方面。与海洋层位不同，湖泊系统依赖于这三个因素的协同作用。T-OAE发生在约1.83亿年前，是全球气候和环境变化的时期，导致海洋和湖泊中富含有机炭的沉积物广泛沉积（43,50?52）。四川盆地的下侏罗世Ziliujing组尤其是Da’anzhai段保留了这一事件的显著陆源沉积记录（11,43,53），这与δ13Corg指数的异常情况相符（图6）。三个因素的协同作用突显了物质供应、运输和保存在湖泊细粒沉积及有机质富集中的关键作用：CIA > 55确保物质供应，Sr/Ba < 0.6优化运输环境，古水深 > 20米增强保存条件（54）。

T-OAE事件的初期阶段（Da.1亚段）三个因素未完全满足，气候干燥寒冷，CIA平均值为43.77，低于物质供应阈值。尽管古盐度（Sr/Ba = 0.49）满足运输条件，但水体处于弱还原环境（V/(V + Ni) = 0.70），古水深平均为20.74米，仅达到保存阈值，细粒物质的连续稳定沉积困难。在大陆环境中，由于陆地物质供应不足和运输条件不理想，Da.1亚段主要为层状石灰岩夹泥岩，平均TOC含量仅为0.62%，细粒沉积的连续性和厚度较差。这与海洋环境形成对比，在海洋环境中，单一的缺氧条件可能有助于保持一定的有机物保存，这突显了大陆湖泊系统中协同因素的必要性。(58,59) 在T-OAE影响的核心时期（Da.2亚段），这三个因素都得到了充分满足。Da.2亚段受到T-OAE全球变暖的影响（温度上升4–6°C），CIA平均值为68.01，远超过足够物质供应的阈值（CIA > 55）。强烈的化学风化作用使得细颗粒成分占比超过60%，为沉积作用提供了稳定的陆源物质，这与海洋地层的弱陆源输入特征形成鲜明对比。(42,60) 同时，T-OAE引起的全球海平面上升也影响了内陆湖泊，(56,61) 使Da.2亚段的平均古水深增加到33.90米，远超过保存阈值，而T-OAE缺氧作用形成的还原环境（V/(V + Ni) = 0.75）也满足了保存要求。(56) 此外，Da.2亚段的平均Sr/Ba值为0.33，远低于良好运输条件的阈值（Sr/Ba < 0.6）。(55) 在这三个因素的协同作用下，Da.2亚段形成了厚层的细粒沉积物，平均总有机碳（TOC）为1.46%，成为Da’anzhai段中富含有机物的细粒沉积岩的核心层。在T-OAE影响减弱阶段（Da.3亚段），这三个因素均未得到满足。随着T-OAE影响的逐渐减弱，气候重新变得干燥寒冷，CIA平均值急剧下降至22.34，远低于足够物质供应的阈值，陆源细粒物质的供应也随之减少。(42) 湖泊水位下降使平均古水深降至13.72米，水体转变为氧化环境（V/(V + Ni) = 0.57），完全未能满足保存要求，有机物分解加剧。(56) 同时，水体盐度升高使得平均Sr/Ba值升至2.05，远超过良好运输条件的阈值。(55) 与可以通过海洋循环维持局部缺氧环境的海洋地层相比，大陆湖泊盆地缺乏这种稳定的大规模环境缓冲作用。(58,59) 这三个因素的同时缺乏导致Da.3亚段主要发育为厚层块状石灰岩，仅有薄层泥岩夹层，平均TOC降至0.72%，细粒沉积物的规模和质量都下降了。随着T-OAE影响强度的变化，这三个因素的匹配程度也发生了规律性变化，进一步导致了Da’anzhai段不同亚段之间细粒沉积物质量和规模的显著差异。(41,42) 综合这些因素，可以揭示Da’anzhai段细粒沉积岩的整体演化特征，这是由全球信号驱动的区域性因素筛选和阶段性差异发育的结果。其中，Da.2亚段的细粒沉积物在厚度和有机物含量方面具有显著优势，使其成为研究区域内寻找细粒沉积油气资源的关键层。(41,62) 这一机制不仅为解释四川盆地Da’anzhai段细粒沉积物的独特性提供了新的视角，也为全球Toarcian时期大陆沉积物的比较研究提供了重要的地质依据（图10）。

图10. 在T-OAE背景下湖泊盆地中细粒沉积作用的“三因素协同控制”模型示意图。

基于四川盆地Wells A、B、C井中Da’anzhai段细粒沉积岩的岩石学和地球化学特征，本文系统重建了沉积时期的古环境演化过程，并揭示了古环境对细粒沉积岩的控制机制。主要结论如下：
(1) 四川盆地Da’anzhai段的沉积时期对应“湖泊侵入-湖面最大扩张-湖泊退缩”的序列，古环境呈现出“干燥寒冷的盐化-温暖湿润的脱盐-干燥寒冷的盐化”的周期变化。其中，Da.2亚段（湖面最大扩张期）具有温暖湿润的气候（CIA > 55）、深水环境（古水深95.84米）和还原环境（V/(V + Ni) = 0.75），细粒物质供应稳定且保存良好，平均TOC为1.46%，是主要的富含有机物层；Da.3亚段（湖泊侵入期）和Da.1亚段（湖泊退缩期）则处于干燥寒冷的气候和浅水环境中，细粒沉积作用不连续。
(2) 古气候（CIA指数）、古水深（Co–La法测定）和古盐度（Sr/Ba比值）共同决定了细粒沉积岩的质量。具体来说，温暖湿润的气候（CIA > 55）增强了母岩的化学风化作用，保证了细粒物质的来源；深水环境（古水深>20米）减少了水的流动和生物扰动，有利于沉积物的保存；低盐度条件（Sr/Ba < 0.6）促进了粘土颗粒向湖泊中心扩散，形成了高纯度的沉积物；这三个因素的匹配程度直接决定了沉积岩的厚度、连续性和纯度。
(3) 早侏罗世Toarcian海洋缺氧事件（T-OAE）引起的全球变暖和缺氧为区域性的温暖湿润气候和还原环境提供了宏观背景。这三个因素（供给、运输、保存）的协同作用将T-OAE的必要条件转化为高质量沉积的充分条件。它们共同加强了古环境对细粒沉积作用的控制，导致了不同亚段沉积特征的分化。
(4) 分析表明，Da’anzhai段的Da.2亚段富含高质量的细粒沉积岩，为其成为四川盆地页岩油气勘探的关键目标区域提供了依据。建立的全球事件-区域构造-细粒沉积响应模型也为全球Toarcian时期大陆沉积演化研究提供了重要的地质证据。