湘西北寒武纪早期碳同位素异常事件识别:基于湘张地1井地层对比与古环境响应^*

Identification of carbon isotope anomaly events in the Early Cambrian of northwestern Hunan Province: based on stratigraphic correlation and paleoenvironmental response from Well Xiangzhangdi-1

摘要

湘西北地区寒武系留茶坡组与牛蹄塘组发育富有机质页岩,具有良好的页岩气勘探潜力。针对该区寒武纪早期地层对比精度不足及碳同位素演化机制不明的问题,基于湘张地1井(井深2018.25 m,岩心获取率98%)钻井岩心,系统采集133件碳酸盐岩样品开展碳( {{\delta }^1}^3C)、氧( {{\delta }^1}^8O)同位素演化趋势分析,并聚焦碳同位素漂移事件及其地层对比意义。该研究在湘西北斜坡相区识别出寒武纪早期5次显著的 {{\delta }^1}^3C负异常(幅度达12.1‰)和3次正异常(幅度近9‰)事件,揭示出其与全球BACE、ZHUCE等碳循环事件的同步性。其中埃迪卡拉系—寒武系界线(BACE事件)可与 {{\delta }^1}^3C负漂移峰值(-9.8‰)对应,与西伯利亚、摩洛哥及华南台地相记录一致; 正漂移事件(ZHUCE、CARE)与高有机质丰度层段(TOC峰值达10.5%)耦合,表明生物繁盛驱动的碳埋藏增强是 {{\delta }^1}^3C正漂移的主控因素。据此建立了华南斜坡相寒武纪早期碳同位素地层框架,其可为区域页岩气勘探甜点区预测提供可靠的化学地层学依据。

Abstract

During the Early Cambrian,organic-rich shales of the Liuchapo Formation and Niutitang Formation developed in northwestern Hunan,exhibiting good shale gas exploration potential. To address the issues of insufficient precision in Early Cambrian stratigraphic correlation and unclear mechanisms of carbon isotope evolution,this study systematically collected 133 carbonate rock samples from the drilling core of the Well Xiangzhangdi-1 (with a well depth of 2018.25 m and a core recovery rate of 98%). Analyses were conducted on the evolution trends of carbon and oxygen isotopes( {{\delta }^1}^3C, {{\delta }^1}^8O),as well as studies on shift events and stratigraphic correlation. Five negative {{\delta }^1}^3C anomalies(with amplitudes up to 12.1‰)and three positive anomaly events(with amplitudes approaching 9‰)were identified in the Early Cambrian slope facies area of northwestern Hunan,revealing their synchrony with global carbon cycle events such as BACE and ZHUCE. The results show that the Ediacaran-Cambrian boundary(BACE event)corresponds to the peak of negative {{\delta }^1}^3C shift(-9.8‰),consistent with records from Siberia,Morocco,and the South China platform facies. Positive shift events(ZHUCE,CARE)are coupled with intervals of high organic matter abundance(with TOC peak values reaching 10.5%),indicating that enhanced carbon burial driven by biological prosperity is the main controlling factor for positive {{\delta }^1}^3C shifts. This study establishes a carbon isotope stratigraphic framework for Early Cambrian boreholes in the South China slope facies,providing a chemostratigraphic basis for regional shale gas sweet spot prediction.

Graphical abstract

关键词

碳同位素 / 地层对比 / 古环境 / 寒武纪 / 湘西北地区

Key words

carbon isotope / stratigraphic correlation / palaeoenvironment / Cambrian / northwestern Hunan Province

0 引言

20世纪80年代,建立了广泛应用于中国地质调查与科学研究的寒武系3统10阶年代地层格架(Chang,1980)。进入21世纪,彭善池和Babcock(2005)、彭善池(2006)等基于华南斜坡相区生物演化事件及海相碳酸盐岩稳定同位素组成,逐步构建了新的中国寒武纪年代地层系统,提出了华南地区4统10阶划分方案,且该方案于2013年经第4次全国地层会议确认,成为中国寒武纪区域年代地层标准。近年来,全球寒武系年代地层研究中,海相碳酸盐岩稳定碳同位素演化趋势已成为确定地层界线的关键标志之一(左景勋等,2008;陈永权等,2020;Wu et al., 2021)。湘西北地区作为寒武系斜坡相典型区,地层发育完整,前人基于其碳酸盐岩稳定同位素演化趋势建立了具有代表性的中国寒武系生物地层序列标准,确立了包括全球寒武系芙蓉统、排碧阶及古丈阶底界的全球界线层型剖面和点位(GSSP),以及寒武系第九阶、第十阶底界划分的全球标准(彭善池等,2004; 彭善池,2008;Peng et al., 2009),使湘西北地区成为全球寒武系年代地层划分与对比的核心参照区。

在层序地层研究领域,20世纪90年代王鸿祯团队通过“中国古大陆及其边缘层序地层和海平面变化”研究及其系列成果,开创了中国层序地层研究新局面,推动了埃迪卡拉系及下古生界各系地层层序划分与对比的深入。彭善池(2009)进一步修订完善了华南斜坡相寒武纪生物地层序列与年代地层系统,并与华北地区进行了对比。

已有研究表明,前寒武系/寒武系、寒武系/奥陶系等关键地层界线附近海相碳酸盐岩的碳同位素组成常呈现显著漂移特征(陈均远等,1995;沈渭洲等,1997;左景勋等,2008;樊奇等,2021;熊轶伟等,2022)。当前,针对寒武纪早期碳同位素异常,存在“全球海平面波动”(Wang et al., 2020)与“区域热液活动”(Zhang et al., 2022)等成因争议,这可能是由于海洋表层和深层无机碳库存在碳同位素梯度造成的,而斜坡相区钻孔数据的缺失制约了区域乃至全球地层对比的精度。另外,前人研究样品多来自地表剖面(个别取自钻孔岩心),受露头条件限制,普遍存在样品风化、不新鲜及采样不连续等问题。 相较之下,本次研究所用碳酸盐岩样品均采自地质调查井钻探岩心,有效规避了上述干扰因素。

本文选取湖南张家界地区寒武系页岩气地质调查井岩心为研究对象,开展早—中寒武世高精度碳同位素( {{\delta }^1}^3C)地层学研究,旨在揭示该地区寒武世早期 {{\delta }^1}^3C同位素组成特征及其变化规律,建立其与区域性乃至全球性分布特征的关联,从而为华南地区寒武系地层划分与对比提供关键的数据支撑。

1 区域地质背景

湘张地1井位于湖南张家界地区(井口坐标: 经度110°41'42″,纬度29°02'32″),距市区约20 km,东南毗邻沅麻盆地北缘,是中国地质调查局武汉地质调查中心2018年部署实施的“中扬子地区古生界页岩气地质调查”项目机械岩心钻探井。该井开孔层位为寒武系车夫组,完钻层位为埃迪卡拉系灯影组,目的层为寒武系牛蹄塘组富有机质页岩; 井深2018.25 m,全井段取心且岩心采取率达98%,系统完整地获取了区内早—中寒武世连续沉积序列。构造上,该井位于扬子板块的东南缘,隶属于江南弧形构造带西段(陈孝红等,2022),整体位于慈利—保靖逆冲推覆体上盘(图 1-a)。研究区经历了加里东—海西期以伸展作用为主导的持续沉积; 自印支期起,持续遭受周缘地块挤压,奠定了现今构造格局。其沉积演化可划分为6个阶段: 早震旦世—中奥陶世为斜坡—陆棚—盆地沉积; 晚奥陶世—早志留世受加里东运动(广西运动)影响(陈旭等,2014)发生短期沉积间断; 中泥盆世—三叠纪为持续沉降期; 中侏罗世—早白垩世受印支运动影响强烈抬升改造; 中白垩世受燕山运动影响经历短暂沉降; 晚白垩世至今则持续抬升。

研究区寒武纪地层出露齐全(图 1-b),自下而上划分为纽芬兰统、黔东统、苗岭统和芙蓉统(图 2)。除古丈—张家界大坪一线出露元古代地层外,区内广泛发育古生界海相沉积,其地层自下而上依次为牛蹄塘组、杷榔组、清虚洞组、敖溪组、花桥组、车夫组、比条组和追屯组(图 2)。与华南、塔里木地区深水相区相比,埃迪卡拉纪—寒武纪界线地层为碳酸盐沉积,导致BACE事件难以识别(朱茂炎等,2019)。湘张地1井钻孔岩心揭示的留茶坡组、牛蹄塘组及杷榔组等碎屑岩系中,普遍发育硅质灰岩、泥质灰岩和灰质泥岩条带,偶夹中层状泥—粉晶灰岩(图 3),这为识别和对比早寒武世碳同位素异常事件提供了理想的地质载体。前人已针对研究区及其周缘做了大量的地层对比研究(王传尚等,2012;朱茂炎等,2019),为本研究开展湘西北地区寒武纪早期碳同位素异常事件识别奠定了良好的基础。

2 样品测试与数据可靠性分析

2.1 测试方法

本研究所有碳酸盐岩样品均取自湘张地1井钻孔岩心,采样层位覆盖埃迪卡拉系灯影组顶部至寒武系花桥组下部,共采集C、O同位素样品133件。采样间距依据碳酸盐岩实际分布情况确定,最小间距为0.55 m,牛蹄塘组顶部至杷榔组因碳酸盐岩夹层较少,个别样品间距较大,为73.72 m。全井平均采样间距约6 m,并严格避开了裂缝和方解石脉发育区,优先选取未风化的致密岩心段进行采样。

所有样品的C、O稳定同位素分析均在中国地质调查局武汉地质调查中心同位素地球化学实验室完成。实验前,首先将纯净的碳酸盐岩样品研磨至200目,并于烘箱中低温烘烤2 h以去除吸附水。冷却后,称取适量样品置于真空反应器中,与100%磷酸进行恒温反应,其中灰岩在25 ℃下反应24 h,白云岩在70 ℃下反应3 h。反应生成的水分通过冷冻法分离去除,随后收集纯净的CO₂气体进行测试。利用MAT-251质谱仪进行C、O同位素测试,分析全过程采用国家标准样(GBW04406、GBW04417)和国际标准样(NBS19)进行控制,并间隔选取17个样品(占总样品数的12.78%)进行质量监控。测试精度约为0.10‰,确保了数据具有良好的重现性。

2.2 数据可靠性分析

由于海相碳酸盐岩碳同位素在成岩过程中受到影响较弱,基本上保存了原始的同位素信息,因此被广泛用来研究古海洋的同位素演化特征(Saltzman et al., 2000; Saltzman, 2002;Buggisch et al., 2008)。然而成岩后期的流体作用、热液蚀变、变质作用等过程,可能会显著改变其碳同位素组成。为确保准确获取寒武纪海水的原始碳同位素组成特征,本研究对碳酸盐岩样品的可靠性进行了系统评估。

原始沉积的海相碳酸盐岩 {{\delta }^1}^3C和 {{\delta }^1}^8O值主要受沉积环境控制,二者无显著相关性,但在后期成岩作用过程中,其逐渐向流体同位素组成靠近而丢失原始沉积信息,因此需开展数据可靠性分析。碳酸盐岩的蚀变程度常通过 δ¹³C 与 δ¹⁸O 值是否存在正相关进行判别,如图 4所示,湘张地1井样品的C、O同位素组成离散,两者无显著线性关系(R²=0.1853),表明样品的 δ¹³C 值未随 δ¹⁸O 值发生系统性变化。此外,碳酸盐岩的 δ¹⁸O 值也可以作为识别成岩蚀变作用影响的重要指标(李笑天等,2024)。湘张地1井 δ¹⁸O 值介于-11.6‰~-1.7‰之间,大部分样品 δ¹⁸O 值大于-10%(表 1),表明成岩作用对同位素影响较小。部分样品 δ¹⁸O 值小于-10‰,但均未小于-12%,主要集中在牛蹄塘组底部滑脱带附近,接近第2次负漂移,推测与埃迪卡拉系—寒武系界线附近区域性构造滑脱活动导致的跨层及层外流体侵入(刘安等,2021)有关,造成原始同位素信息可能失去代表性。尽管存在低 δ¹⁸O 值样品,但基于严格的实验质控、合理的采样策略及详细的地质背景分析,且 δ¹³C 与 δ¹⁸O 值无显著相关性(图 4),认为整体数据可靠性较高,样品总体反映了原始碳同位素组成变化特征和趋势。部分低 δ¹⁸O 值可能反映了局部成岩流体的影响,但并未显著掩盖原始碳同位素信号,从而为研究寒武纪碳循环提供了有效的支撑数据。

3 碳同位素组成演化趋势

寒武纪作为地球海洋环境与生命演化历程中的关键时期,经历了多起重大的生物爆发和灭绝事件,如小壳动物群、古杯动物群的兴衰以及澄江动物群的爆发,而这些生物事件伴随有显著的海平面变化(邓嘉婷,2021;杨兴莲,2024)。研究表明,寒武纪共发生了10次显著的稳定同位素组成漂移事件(Zhu et al., 2006),其中6次负漂移事件分别发生于寒武系底界“BACE”(Basal Cambrian Carbon isotope Excursion)、第二阶中部“SHICE”(SHIyantou Carbon isotope Excursion)、第四阶中部“AECE”(Archaeocyathid Extinction Carbon isotope Excursion)、第五阶底部“ROECE”(Redlichiid-Olenellid Extinction Carbon isotope Excursion)、鼓山阶底部“DICE”(DrumIan Carbon isotope Excursion)和第十阶顶部“TOCE”(Top of Cambrian Excursion),4次正漂移事件分别出现在第二阶下部“ZHUCE”(ZHUjiaqing Carbon isotope Excursion)、第三阶底部附近“CARE”(Cambrian Arthropod Radiation isotope Excursion)、第四阶下部“MICE”(MIngxinsi Carbon isotope Excursion),以及排碧阶底部“SPICE”(the Steptoean Positive Carbon isotope Excursion)。

湘张地1井碳酸盐岩的C、O稳定同位素测试结果详见表 1,纵向变化趋势见图 5。样品分析结果显示, δ¹³C 值整体介于-11.0‰~+4.3‰之间(表 1),自下而上表现为: 灯影组顶部(3件样品)为0.6‰~+2.3‰,留茶坡组(6件样品)为-9.8‰~-0.6‰,牛蹄塘组(13件样品) 为-11.0‰~-0.8‰,杷榔组(4件样品)为-5.5‰~-1.6‰,清虚洞组(42件样品)为-5.7‰~2.9‰,敖溪组(56件样品)为-3.3‰~+4.3‰,花桥组下部(10件样品)为-2.2‰~-0.6‰。综合来看, δ¹³C 值在垂向上表现出多次显著的正、负漂移特征(图 5)。

首次负漂移发生于寒武系底界附近, δ¹³C 值自+0.6‰急剧降至-9.8‰,偏移幅度超过10.4‰,其最低值出现在灯影组白云岩之上13.4 m处。 第2次负漂移位于留茶坡组上部, δ¹³C 值从-0.8‰快速下降至-11.0‰,构成幅度超过10‰的最大负偏移事件。 第3次负漂移发生在清虚洞组中部,幅度相对较小(自+2.2‰降至-0.7‰),但记录了从正偏移峰值向负偏移的转变过程,其中井深1613.20 m处样品 δ¹³C 值达-5.7‰。第4次(敖溪组下部,+0.8‰至-1.9‰)和第5次(花桥组底部,+0.1‰至-1.9‰)负漂移幅度亦较小。

正漂移事件方面,首次发生在留茶坡组中部, δ¹³C 值自-9.8‰快速回升至-0.8‰。第2次(大致位于牛蹄塘组中下部)则相对较弱且不甚明显。 第3次位于清虚洞组中下部, δ¹³C 值自 -1.5‰ 上升至2.9‰。

总体来说,虽因沉积环境、陆源有机质输入、后期成岩作用等因素干扰,局部层段碳同位素与全球碳同位素波动存在时间、方向和幅度的区域性差异,但整体上与全球寒武纪早期稳定同位素漂移事件基本同步,其中最大负偏移见于留茶坡组上部,而最大正偏移则出现在清虚洞组中下部。

4 碳同位素漂移事件与地层对比

碳同位素漂移事件是地质记录中指示全球碳循环剧烈波动的重要标志。研究表明,全球气候变化、大规模海平面升降、生命大爆发与生物灭绝等重大地质事件均显著影响海相碳酸盐岩的 {{\delta }^1}^3C漂移。具体而言,在海平面缓慢下降时期,生物繁盛并通过死亡埋藏将大量有机质快速封存,促使海水中 {{ }^1}^3C浓度升高,此时形成的碳酸盐岩 {{\delta }^1}^3C值则偏高; 反之,海平面的大规模升降可引发生物绝灭,导致海水中 ¹³C 浓度降低,相应沉积的碳酸盐岩 {{\delta }^1}^3C值偏低(左景勋等,2008)。在全球多个板块(如华南、华北、西伯利亚、摩洛哥)的浅水与深水相寒武纪地层中,已识别出诸如BACE、SHICE、ROECE和DICE等一系列碳同位素漂移事件(樊茹等,2011;樊奇等,2021;Zhang et al., 2022)。这些事件不仅是揭示古环境演变的灵敏指标,更构成了地层对比的关键时间锚点。因此,精确识别碳同位素异常,对于提升缺乏化石证据的白云岩地层以及全球各板块间地层对比的精度具有至关重要的意义。

湘张地1井碳酸盐岩记录的首次 δ¹³C 负漂移事件(BACE)发生于留茶坡组底界附近,前人针对距湘张地1井约80 km的杨家坪剖面埃迪卡拉系—寒武系界线附近开展了地层古生物、沉积环境等方面的研究工作(丁伟明和钱逸,1988; 郭成贤等,1993; 肖传桃等,1998; 陈孝红和汪啸风,2000),建立了2个小壳化石组合,

下组合为Eocucumaria-Huangshandongella,时代属埃迪卡拉纪晚期,而上组合则产出典型早寒武世小壳化石Protohertzina-Kaiyangites,上、下组合之间为埃迪卡拉—寒武界线,与云南梅树村剖面梅树村组小壳化石带A/B完全对应。这与贵州、云南、湖南、浙江等地Ni-Mo矿层下部相对应,与最新国际地层委员会确认的前寒武纪—寒武纪界线542 Ma时限相当(毛景文等,2001;王天顺等,2025)。BACE事件在岩心上表现为从埃迪卡拉系顶部(井深2004.35 m)的白云岩与硅质白云岩层段,延续至留茶坡组底部(井深1987.50 m)的硅质岩、泥岩、钙质泥岩及碳质泥岩层段, δ¹³C 值由+2.3‰急剧降至-9.8‰,漂移幅度达12.1‰; 此段 δ¹³O 值介于-10.5‰~1.7‰,表明后期成岩作用对样品影响较小。此次负漂移可能反映了埃迪卡拉纪末期甲烷水合物分解(Kennedy et al., 2001;陈孝红等,2018)或有机碳埋藏中断(Sahoo et al., 2012)导致海水溶解无机碳(DIC)中¹²C富集的过程。寒武系底界 {{\delta }^1}^3C负漂移(幅度>10‰)在西伯利亚(Khomentovsky et al., 2020)、摩洛哥(Maloof et al., 2010)及华南台地相区(朱茂炎等,2021)均有广泛记录。湘张地1井记录的BACE事件与云南梅树村剖面(Zhu et al., 2006)、永善肖滩剖面(周传明等,1997)、镇雄ZK001井(刘文杰等,2024)以及贵州铜仁四方井剖面(陈灿,2022)的同期事件(误差±0.5‰)同步,表明其受控于全球性碳库扰动(图 6)。这次 δ¹³C 值负漂移可与“BACE”事件(Zhu et al., 2006)对应,该事件也引起了Acritarchs等大多数埃迪卡拉纪生物绝灭(樊茹等,2011),是界定寒武系底界的重要标志。

首次显著的 δ¹³C 值正漂移(ZHUCE事件)发生于留茶坡组中部(井深1987.5~1966.1 m),年龄介于528—521 Ma 之间(樊茹等,2011)。该段 δ¹³C 值由-9.8‰急剧上升至-0.8‰,漂移幅度近9‰。该事件可与全球“ZHUCE”事件(Zhu et al., 2006)对比,并与宜昌地区台地相小壳动物群繁盛期(彭善池,2009)及西伯利亚Nemakit-Daldynian阶的生物辐射事件(Kouchinsky et al., 2012)相对应,生物地层学上吻合于华南小壳动物化石Paragloborilus-Siphogonuchites带(樊茹等,2011)。钻井岩心揭示留茶坡组岩性表现为硅质含量减少、泥岩及钙质泥岩增多,且碳质泥岩中总有机碳(TOC)含量快速升高(图 6),TOC值由0.2%快速增至10.5%。这些特征表明湖南张家界地区发生了一次与全球同步的较大规模缺氧事件(彭中勤等,2019),其很可能源于寒武系早期生物的大量繁盛,促进了有机质的埋藏保存,从而显著提升古海水中无机碳的¹³C 含量,使富¹²C的有机碳以生命体的形式被大量封存(樊茹等,2011)。

第2次 δ¹³C 值负漂移事件(SHICE)发生于留茶坡组顶部(井深1966.10~1981.05 m),年龄大于521 Ma,岩性以黑色碳质泥岩、钙质泥岩夹硅质泥岩为主。此次事件中, δ¹³C 值从-0.8‰快速下降至-11.0‰,漂移幅度达10.1%,虽漂移幅度较BACE事件小,但 δ¹³C 值更低。 δ¹³C 大幅负偏一般对应生物灭绝的峰值期,最大的 δ¹³C 负漂移可能受成岩作用影响,导致部分样品原始沉积信息缺失,但从上、下层段 δ¹³C 值变化趋势,以及相关层段 δ¹³C 和 δ¹³O 值非线性变化特征值(R²=0.013)来看,负漂移是存在的,最大的负漂移亦有可能反映了生物灭绝、氧化还原条件、上升流等共同作用的结果(王丹等,2016;金承胜,2017)。这一负漂移标志着“SHICE”事件的发生,对应于小壳动物群的灭绝事件。此次事件之后,页岩中有机质丰度亦呈下降趋势,逐渐降低至约5.5%(图 6)。

第2次 δ¹³C 值正漂移事件(CARE)发生在牛蹄塘组下部(接近第三阶底部,井深1935.20~1792.10 m),年龄接近521 Ma。该段岩性以碳质泥岩为主,夹少量钙质泥岩及灰岩条带。受钙质夹层稀缺所限,仅获取9件样品,其 δ¹³C 值从-5.8‰逐渐增至-1.6‰,漂移幅度为4.2‰,表现为从留茶坡组到牛蹄塘组 δ¹³C 值呈逐渐正漂移的趋势。该层段有机质丰度较高,总有机碳含量(TOC)介于1.5%~7.4%之间,而正漂移事件与下部高TOC层段相吻合。此次正漂移大致对应于“CARE”事件,并与澄江动物群(寒武纪大爆发主幕)同期。该事件可能反映了生物泵效率的提升(Shields et al., 2022)。与台地相(增幅约+3.5‰)相比,斜坡相区 δ¹³C 增幅较低,可能反映了沉积环境差异对碳循环响应的调制作用。

第3次 δ¹³C 值正漂移(MICE)发生在清虚洞组中下部(第四阶中下部),年龄小于517 Ma。该层段岩性为含泥质灰岩夹碳质泥岩, δ¹³C 值从-1.5‰逐渐升高至+2.6‰,漂移幅度为4.1‰,低于同期台地相区(+5.5‰)。这一差异揭示了水深梯度对碳同位素信号的分异效应。此次 δ¹³C 值正漂移事件大致与“MICE”事件大致相当,并与古杯动物群在此层位的大量繁盛同步(王丹等,2016)。

第3次 δ¹³C 值负漂移(AECE)发生在清虚洞组中上部,大致相当于第四阶中部附近。 δ¹³C 值从+2.2‰下降至-0.7‰(1件样品 δ¹³C 值为-5.7‰),整体上 δ¹³C 值漂移幅度不大。此次负漂移大致与“AECE”事件相当,与古杯动物群的大规模灭绝相对应。

第4次 δ¹³C 值负漂移(ROECE)发生在敖溪组底部附近(大致对应于第五阶底部),即都匀阶与乌溜阶界线附近,年龄大于510 Ma。该段 δ¹³C 值从+0.8‰显著下降至-1.9‰。尽管研究区漂移幅度相对较小,但该事件可与贵州岩孔地区记录的幅度达6.0‰左右的显著负漂移(图 6-B2)相对比,与“ROECE”事件相当。随后,在敖溪组上部的含泥质灰岩、含泥质白云岩层段中, δ¹³C 值呈现逐步上升趋势。

第5次 δ¹³C 值负漂移事件(DICE)发生于敖溪组与花桥组界线(即鼓山阶底界)附近,年龄506 Ma附近。该次事件 δ¹³C 值从敖溪组上部+2.0‰下降至-1.9‰,负漂移幅度近4‰。此次漂移幅度与湘西王村剖面(图 6-A1)、美国犹他州Desert Range、Panaca Hills、House Range、Drum Mountains等剖面的记录相当。在王村剖面,此事件对应于球接子类三叶虫Ptychagnostus atvus的首现层位(左景勋等,2018)。因此,本次负漂移事件可基本对应于“DICE”事件,并可作为全球寒武系第三统鼓山阶年代地层划分的重要标志。

5 结论

1)基于湘西北地区湘张地1井寒武系早期岩心样品的碳氧同位素分析结果,并结合碳同位素漂移事件与岩石地层对比,在扬子板块东南缘斜坡相区识别出5次 δ¹³C 负漂移(最大幅度达12.1‰)和3次正漂移事件。这些事件可与华北、华南乃至全球寒武系 δ¹³C 演化趋势进行对比,涵盖了BACE、ZHUCE、SHICE、CARE、MICE、AECE、ROECE、DICE等全球标志性碳同位素漂移事件。

2)在湘西北斜坡相地层中,埃迪卡拉系—寒武系界线可置于留茶坡组下部。该界线距下伏灯影组白云岩及硅质白云岩顶约7 m,附近岩性为硅质岩夹泥岩和钙质泥岩,记录了显著的 δ¹³C 负漂移事件(BACE),峰值达-9.8‰。湘张地1井BACE事件具有全球性特征,可作为界定寒武系底界的重要标志。

3)湘张地1井寒武纪早期 δ¹³C 正漂移事件(ZHUCE、CARE)与高总有机碳(TOC)层段吻合,TOC峰值分别达到10.5%和7.4%。这些富有机质层主要发育于留茶坡组中部和牛蹄塘组中下部,为区域页岩气甜点区预测提供了重要的岩石地层学与化学地层学识别标志。

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基金资助

*中国地质调查局地质调查项目(DD20240047)

中国地质调查局地质调查项目(DD20160179)

战略性矿产资源调查评价项目(2024ZRYJDC017)