揚(yáng)子地區(qū)奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期深時(shí)火山灰層發(fā)育特征及其對(duì)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積的影響

杜學(xué)斌，賈冀新，趙珂，陸永潮，譚超，陸揚(yáng)博，吳岳恒

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 海洋學(xué)院，湖北 武漢，430074；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院，湖北 武漢，430074；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢，430074)

奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期是地質(zhì)歷史過(guò)程中一個(gè)重要的變革期，經(jīng)歷了第一次生物大滅絕、海平面快速下降、氣候短暫變冷、密集的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等重大事件[1]。在該時(shí)期，揚(yáng)子地區(qū)沉積了五峰組與龍馬溪組2套黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，其中龍馬溪組一段(龍一段)已實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣商業(yè)化開采[2-3]。五峰組和龍一段頁(yè)巖層段中存在大量的深時(shí)火山灰層，層數(shù)多、范圍廣[2-14]，指示了奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期揚(yáng)子地區(qū)曾發(fā)生過(guò)連續(xù)的大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)事件。針對(duì)這些火山灰層，前人通過(guò)對(duì)一些典型野外剖面、重點(diǎn)鉆孔的精細(xì)解剖，證實(shí)了其在揚(yáng)子地區(qū)廣泛發(fā)育，年齡為晚奧陶世至早志留世，來(lái)源于揚(yáng)子板塊南北兩側(cè)的構(gòu)造活動(dòng)[4-8]。近年來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)者開始關(guān)注火山灰層與黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積之間的關(guān)系，認(rèn)為火山灰層密切影響了黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的沉積[9-13]。

本文作者以前人的研究成果為基礎(chǔ)，結(jié)合近年來(lái)的一些自身研究，系統(tǒng)梳理奧陶紀(jì)—志留紀(jì)之交深時(shí)火山灰層的特征、分布、來(lái)源等方面的研究成果，并進(jìn)一步綜述評(píng)論火山灰層對(duì)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積的影響，力爭(zhēng)為揚(yáng)子地區(qū)的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖成因解釋提供一些借鑒。

1 地質(zhì)背景

圖1所示為晚奧陶世研究區(qū)古地理位置及巖相圖。由圖1可見(jiàn)：奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期，中國(guó)包括三大地塊：塔里木地塊、華北地塊和華南地塊[14]。在該時(shí)期，華南地塊位于南半球[15]，毗鄰岡瓦納地塊，可進(jìn)一步分為揚(yáng)子地塊和華夏地塊[16-17]。

圖1 晚奧陶世研究區(qū)古地理位置及巖相圖Fig.1 Paleogeographic location and lithofacies map of study area in Late Ordovician

受廣西運(yùn)動(dòng)的影響，整個(gè)揚(yáng)子地塊從早—中奧陶世的開放盆地轉(zhuǎn)變?yōu)橥韸W陶世受古陸和古隆起控制的局限盆地[17]，沉積環(huán)境也向低能、欠補(bǔ)償和缺氧的條件轉(zhuǎn)變[14]。該時(shí)期的代表性沉積地層為上奧陶統(tǒng)五峰組(凱迪階)、觀音橋?qū)?赫南特階)以及下志留統(tǒng)龍馬溪組(魯?shù)るA)。五峰組厚度通常小于10 m，主要由灰黑色層狀炭質(zhì)頁(yè)巖和硅質(zhì)頁(yè)巖組成[7]。龍一段黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度為10～20 m，是頁(yè)巖氣主產(chǎn)層位[9]。觀音橋?qū)咏橛谖宸褰M和龍馬溪組之間，由薄層生物碎屑灰?guī)r構(gòu)成，是全球重要地層對(duì)比標(biāo)志[4]。

2 深時(shí)火山灰的識(shí)別特征

深時(shí)火山灰是指第四紀(jì)以前的火山噴發(fā)產(chǎn)生的粒度小于2 mm的火山碎屑沉積集合體，包括凝灰?guī)r和火山成因黏土巖[18]?；鹕交覍油ǔＴ诔练e后會(huì)發(fā)生蝕變，包括了玻璃質(zhì)的脫玻璃化、黏土礦物生長(zhǎng)和鉀元素的富集[19]。海相沉積火山灰層經(jīng)過(guò)脫玻璃化過(guò)程變?yōu)殁涃|(zhì)斑脫巖(K2O 質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于3.5 %)[19-21]，其成分主要由黏土礦物組成，增加了識(shí)別的難度。目前深時(shí)火山灰層的識(shí)別方法主要分為野外肉眼識(shí)別和室內(nèi)鏡下鑒定，常常兩者必須兼顧[21]。

野外剖面上，火山灰層在潮濕環(huán)境中可以呈現(xiàn)出藍(lán)色、綠色、紅色和黃色等不同的顏色，但風(fēng)化后顏色以黃色居多[4,6,14,22]，與圍巖差異明顯。由于其含豐富黏土，潮濕時(shí)觸感光滑和蠟質(zhì)[4,8]。火山灰層的典型外觀是細(xì)粒、富含黏土的條帶，當(dāng)鹽酸滴在新鮮表面時(shí)，不會(huì)觀察到氣泡[4](圖2(a)～(c))，有時(shí)因周圍硅質(zhì)碎屑或碳酸鹽序列的靜載荷而發(fā)生變形。此外，火山灰層的加速風(fēng)化會(huì)使其嵌入露頭面。巖心上，火山灰層一般呈現(xiàn)淺灰色、深灰色、褐色，層薄，易碎[6,9-10,21]。常與黃鐵礦條帶伴生，因兩者顏色相近，需注意區(qū)分。此外，火山灰層偶爾會(huì)被方解石脈充填[10,12](圖2(b)～(e))。

圖2 五峰組—龍馬溪組深時(shí)火山灰層的野外剖面和巖心識(shí)別照片F(xiàn)ig.2 Field profile and core identification photos of deep-time volcanic ash layers in Wufeng—Longmaxi Formation

顯微鏡下，火山灰主要由黏土礦物組成，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%以上，可觀察到分散的棱角狀石英、片狀云母和角狀、雞骨狀的玻璃質(zhì)火山碎屑[4,8-10,21]。除此之外，還可觀察到包括鋯石等重礦物[4,8-10]，也可觀察到黑云母碎片的暗化，表明火山灰在蝕變成鉀質(zhì)斑脫巖的過(guò)程中經(jīng)歷了強(qiáng)烈的硅化[10]。棱角狀、雞骨狀和鐮刀狀的玻璃質(zhì)火山碎屑可作為鏡下主要的識(shí)別標(biāo)志(圖3)。

圖3 五峰組深時(shí)火山灰層鏡下識(shí)別照片F(xiàn)ig.3 Microscopic identification photos of deep-time volcanic ash layers in Wufeng Formation

3 深時(shí)火山灰的時(shí)空展布和來(lái)源

3.1 深時(shí)火山灰的時(shí)空展布

奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期火山灰最早由傅力浦[23]在陜西省紫陽(yáng)芭蕉口剖面發(fā)現(xiàn)，命名為“層凝灰?guī)r”。此后學(xué)者們又陸續(xù)在貴州等地野外剖面中發(fā)現(xiàn)了多層火山灰[5-7,11,17,22,24-27]，近年來(lái)在鉆孔巖心中識(shí)別出了更密集的火山灰層[9-10,28]。

根據(jù)火山灰層的發(fā)育密度，可將奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期火山灰劃分為3個(gè)階段：密集段、稀疏段和零星段[4,8-10]。密集段位于奧陶系五峰組下部至中部；稀疏段位于奧陶系五峰組上部至志留系龍一段底部；零星段位于志留系龍一段中部至上部，具體分布特征如圖4所示。從圖4可以明顯看出：火山活動(dòng)最頻繁的時(shí)期為五峰組沉積早—中期，隨后火山活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度逐漸降低。

圖4 奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期深時(shí)火山灰層垂直變化特征Fig.4 Vertical variation of deep-time volcanic ash layers across Ordovician—Silurian transition

為了進(jìn)一步探究深時(shí)火山灰的空間展布情況，根據(jù)野外調(diào)查和文獻(xiàn)調(diào)研，繪制了揚(yáng)子地區(qū)火山灰空間分布圖，如圖5所示。由圖5可見(jiàn)：整個(gè)揚(yáng)子地區(qū)均有火山灰發(fā)育。其中，中上揚(yáng)子火山灰層數(shù)介于10～50 層之間[4,7,22]，可識(shí)別出火山灰層數(shù)差異較大，這與野外剖面差異性暴露有關(guān)，剖面風(fēng)化越嚴(yán)重，火山灰的可識(shí)別性就越難。而巖心的新鮮程度很高，能夠識(shí)別出更為密集的火山灰層數(shù)(＞40層)[9-10,28]，代表了火山灰更真實(shí)的分布層數(shù)；下?lián)P子地區(qū)火山灰層層數(shù)可能更多，其中，江蘇侖山剖面五峰組—龍馬溪組內(nèi)可識(shí)別出多達(dá)104 層的火山灰層[6]，是目前識(shí)別層數(shù)最多的剖面。

圖5 奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期揚(yáng)子地區(qū)深時(shí)火山灰層的平面分布Fig.5 Plane distribution of deep-time volcanic ash layers in Yangtze area across Ordovician—Silurian transition

需要指出的是，在野外識(shí)別出的火山灰是肉眼可見(jiàn)的顯性火山灰層，隱性火山灰(不可見(jiàn)的火山灰)往往會(huì)被忽略[29]。因此，僅僅基于野外識(shí)別的火山灰層，很容易低估火山活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度[29]，可以借助一些相關(guān)的地球化學(xué)指標(biāo)作為補(bǔ)充。沉積Hg是近年來(lái)興起的一種火山活動(dòng)的地球化學(xué)指標(biāo)，其可以很好地反映各種強(qiáng)度的火山活動(dòng)，在奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期火山活動(dòng)的研究中得到了應(yīng)用[17,30-31]。QIU等[31]發(fā)現(xiàn)奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡時(shí)期存在5 個(gè)Hg 異常富集，即中—晚凱迪階的2 個(gè)異常、LOMEI-1(凱迪階末)、LOMEI-2(晚赫南特階)以及華南魯?shù)るA晚期。這些異常富集可能代表火山活動(dòng)的增強(qiáng)，但也有例外，例如QIU等[31]就認(rèn)為L(zhǎng)OMEI-2 的Hg 異常與靜水環(huán)境的擴(kuò)張有關(guān)。但是Hg 同位素指示LOMEI-2 的Hg 異常來(lái)自火山源[16,30]。

總的來(lái)說(shuō)，深時(shí)火山灰層具有平面上分布范圍廣、垂向上分布不均一的宏觀特征。通過(guò)火山灰空間展布分析，認(rèn)為揚(yáng)子地區(qū)在奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期曾發(fā)生過(guò)連續(xù)的大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)活動(dòng)，可能對(duì)該地區(qū)的古環(huán)境、古海洋和古生態(tài)等產(chǎn)生了重要影響。

3.2 深時(shí)火山灰的來(lái)源

火山灰作為一種火山噴發(fā)的產(chǎn)物，它繼承了母巖漿的特征，能夠用來(lái)直接追溯火山來(lái)源，同時(shí)火山灰可以被輸送并沉積在后期剝蝕影響弱的遠(yuǎn)端沉積環(huán)境中(至少600 km)，可提供局部和全球地質(zhì)變革事件的可靠信息[21,32-33]。因此，雖然奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期全球缺失大火成巖省(LIP)[32]，但仍可通過(guò)探究深時(shí)火山灰來(lái)源來(lái)了解該時(shí)期華南地塊的構(gòu)造活動(dòng)。

科學(xué)家們常用全巖地球化學(xué)分析、鋯石微區(qū)地球化學(xué)分析等技術(shù)來(lái)分析深時(shí)火山灰來(lái)源。JIA等[8]對(duì)湖北、貴州和重慶的野外火山灰中的鋯石開展了系統(tǒng)的原位地球化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)鋯石均具有高演化程度的陸殼組分，構(gòu)造背景可分為2類：弧相關(guān)和板內(nèi)背景，并進(jìn)一步確認(rèn)深時(shí)火山灰具有雙向來(lái)源：華南地塊北緣的板內(nèi)伸展活動(dòng)和南緣的岡瓦納大陸碎片的俯沖-碰撞。除此之外，熊國(guó)慶等[5]研究大巴山剖面，認(rèn)為深時(shí)火山灰還可能來(lái)自北側(cè)的秦嶺古洋殼在華北地塊下方向北俯沖。SU 等[32]研究深時(shí)火山灰厚度，發(fā)現(xiàn)火山灰厚度從東南到西北逐漸減小，認(rèn)為大部分火山灰可能來(lái)自揚(yáng)子地塊和華夏地塊之間的碰撞帶。但是，最近的鋯石年齡以及古生物等方面的研究提示早古生代以來(lái)?yè)P(yáng)子地塊和華夏地塊可能已是統(tǒng)一的華南地塊[34-35]。總的來(lái)說(shuō)，目前主要的觀點(diǎn)認(rèn)為深時(shí)火山灰來(lái)自揚(yáng)子地塊的南北兩側(cè)，具體有3種不同的來(lái)源(圖6)：

圖6 揚(yáng)子地區(qū)奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期火山灰來(lái)源模式Fig.6 Model of structural origin of K-bentonite layers across Ordovician—Silurian transition Yangtze area

1) 北側(cè)的秦嶺古洋殼在華北地塊之下向北俯沖[5,36]；

2) 北側(cè)的揚(yáng)子地塊南緣地塊內(nèi)的伸展和拆離[5,8]；

我不相信我母親會(huì)殺人，她連雞都不敢殺，敢殺人？她一輩子都小心翼翼低眉彎腰的，怎么會(huì)殺人？聽說(shuō)還捅了十四刀。十四刀，怎么可能呢？

3) 南側(cè)的岡瓦納大陸碎片向華南地塊的西北向俯沖碰撞[6-8]。

這3 個(gè)來(lái)源也得到了其他巖石學(xué)證據(jù)的支持。例如秦嶺造山帶內(nèi)距今475～450 Ma的島弧火山巖的存在支持了來(lái)源1)[37]；北大巴山地區(qū)距今447±11 Ma的輝綠巖墻的存在支持了來(lái)源2)[38]；華夏地塊松溪距今443～450 Ma的與弧相關(guān)鎂鐵質(zhì)侵入體的存在支持了來(lái)源3)[39]。

4 深時(shí)火山灰的年齡及約束作用

火山灰的沉積通常在地質(zhì)時(shí)間尺度上被認(rèn)為是瞬時(shí)的[21]，因此，火山灰的年齡具有“等時(shí)性”特征，被認(rèn)為是火山噴發(fā)和地層的沉積年齡，進(jìn)而發(fā)展出了一門“火山灰年代學(xué)”。揚(yáng)子地區(qū)奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期深時(shí)火山灰中含有大量鋯石，其絕對(duì)年齡可直接用于全球范圍內(nèi)年代對(duì)比。YANG等[6,36,40-42]開展過(guò)不同剖面火山灰定年工作，部分的定年結(jié)果標(biāo)記在圖7中。Du 等[22]對(duì)湖北、貴州、重慶的野外火山灰開展了廣泛定年，確認(rèn)了五峰組的持續(xù)時(shí)間約為4.8 Ma，赫南特冰期的持續(xù)時(shí)間約為1.4 Ma。以上的定年采用間接測(cè)試方法(LA-ICP-MS法和SHRIMP Ⅱ法)，年齡精度很難進(jìn)一步提高。

近年來(lái)，部分學(xué)者開始采用直接測(cè)試的方法進(jìn)行定年。LING 等[14]利用 ID-TIMS 法對(duì)云南萬(wàn)河剖面的深時(shí)火山灰進(jìn)行了4 次高精度鋯石U-Pb測(cè)年，將年齡誤差控制在0.24 Ma以下，并將赫南特早期冰期極盛期的持續(xù)時(shí)間限定為0.20 Ma。但需要指出的是，揚(yáng)子地區(qū)不同剖面的火山灰層相對(duì)獨(dú)立，缺少可供區(qū)域?qū)Ρ鹊臉?biāo)志性火山灰層年齡，使得缺失建立剖面間聯(lián)系的紐帶。

此外，火山灰層的年齡還可以約束相應(yīng)構(gòu)造活動(dòng)的時(shí)間。奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期揚(yáng)子地區(qū)火山灰層的年齡被限制在始于凱迪階五峰組，并持續(xù)到魯?shù)るA，跨越了志留系底界。這種年齡限定顯然不同于全球其他地區(qū)(圖7)，歐洲著名的Kinnekulle 火山灰層和北美的Deicke 和Millbrig 火山灰層的年齡被限制在了晚奧陶世桑比階和凱迪階過(guò)渡期[15,21]。因此，DU 等[4]認(rèn)為，與全球其他地區(qū)相比，揚(yáng)子地區(qū)的持續(xù)性火山噴發(fā)活動(dòng)晚了約5.4 Ma?；鹕交业哪挲g預(yù)示華南地區(qū)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)可能與全球其他地區(qū)的并不同步。

圖7 奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡時(shí)期揚(yáng)子地區(qū)與世界其他地區(qū)深時(shí)火山灰層的垂直分布比較Fig.7 Comparison of vertical distribution of deep-time volcanic ash layers between Yangtze area and other areas in the world during Ordovician—Silurian transition

5 深時(shí)火山灰對(duì)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積的影響

目前，深時(shí)火山灰是否影響上奧陶統(tǒng)五峰組與下志留統(tǒng)龍一段的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖富集存在著一定的爭(zhēng)議。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為火山灰對(duì)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的沉積可能具有促進(jìn)作用，表現(xiàn)為五峰組與龍一段的總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與火山灰的累計(jì)厚度在空間上良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系[9-10,12-13]?？傮w來(lái)說(shuō)，火山灰的促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在提高古海洋生產(chǎn)力和增強(qiáng)有利的保存環(huán)境2個(gè)方面[9-10,12-13]。

火山灰是表層海水營(yíng)養(yǎng)元素的重要來(lái)源之一[43]。相對(duì)于不易溶的風(fēng)塵，火山灰降落到海水中時(shí)，其表面的酸、金屬鹽和吸附氣體等高度可溶物會(huì)迅速溶解，形成“灰滲濾液”[44]。表面鹽膜溶解可迅速釋放鐵、磷和硅等營(yíng)養(yǎng)鹽，使表層海水富營(yíng)養(yǎng)化。其中鐵和磷元素能夠共同限制N2的固定[45]，硅元素是硅藻所需的主要營(yíng)養(yǎng)素[46]，它們的溶解有利于藻類等浮游植物的勃發(fā)，從而刺激海洋初級(jí)生產(chǎn)力的提高[43,47]。

近年來(lái)，學(xué)者們對(duì)于火山灰溶解后元素的釋放程度進(jìn)行了定量研究。LEE 等[48]研究北美西部地區(qū)白堊紀(jì)火山灰，發(fā)現(xiàn)高達(dá)75%的營(yíng)養(yǎng)元素(硅、鐵、磷)從短暫沉積的火山灰中釋放，且釋放量遠(yuǎn)超過(guò)了現(xiàn)今河水和粉塵輸入所帶來(lái)的營(yíng)養(yǎng)元素總量，認(rèn)為火山灰是白堊紀(jì)黑色頁(yè)巖富集的重要控制因素；ZHAO等[12]對(duì)揚(yáng)子地區(qū)奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期深時(shí)火山灰中硅、鐵和磷元素的釋放程度進(jìn)行了定量計(jì)算，發(fā)現(xiàn)火山灰樣品中的大量鐵、硅和磷(25%～75%)釋放到海水中，導(dǎo)致表層海水中的海洋初級(jí)生產(chǎn)力較高，由此提出火山灰是初級(jí)生產(chǎn)力的主要營(yíng)養(yǎng)源(圖8)。

此外，火山噴發(fā)活動(dòng)通過(guò)大量溫室氣體排放致使全球變暖，造成全球海洋分層和環(huán)流停滯，最終導(dǎo)致海洋缺氧加劇[50]。如前文所述，火山灰的溶解可以提高初級(jí)生產(chǎn)力，而有機(jī)物的產(chǎn)生和分解消耗海水中的氧氣[51]，這一過(guò)程中，還導(dǎo)致向深海輸送氧氣減少，加劇了海洋缺氧。當(dāng)氧氣耗盡時(shí)，硫化氫通過(guò)硫酸鹽還原反應(yīng)形成。H2S與水中活性鐵反應(yīng)形成黃鐵礦，剩余的H2S引起楔形的缺氧硫化帶，揚(yáng)子地區(qū)火山灰層中普遍存在的黃鐵礦證明了這一點(diǎn)[12]。因此，火山噴發(fā)活動(dòng)形成的局部缺氧環(huán)境促進(jìn)了沉積過(guò)程中有機(jī)質(zhì)的保存(圖8)。除此之外，大量的氧化還原敏感性元素?cái)?shù)據(jù)也證明了五峰組與龍一段為缺氧沉積環(huán)境[9-10,12-13]。

圖8 火山灰對(duì)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積的控制模式Fig.8 Controlling mode of volcanic ash on deposition of organic-rich shale

如前文所述，奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期揚(yáng)子地區(qū)深時(shí)火山灰的垂向上分為密集段、稀疏段和零星段。不同的火山灰密度可能會(huì)導(dǎo)致古生產(chǎn)力和古氧化還原條件的變化，從而影響頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)的富集[12,52]。這些變化可以通過(guò)相關(guān)指標(biāo)反映出來(lái)[4]。圖9所示為奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期揚(yáng)子地區(qū)不同火山灰層敏感參數(shù)與w(TOC)之間的關(guān)系，由圖9可以看出，稀疏段的古生產(chǎn)力和古氧化還原條件適中，這也與目前我國(guó)奧陶系—志留系頁(yè)巖氣勘探與開發(fā)的“甜點(diǎn)”層段一致。因此，適當(dāng)?shù)幕鹕絿姲l(fā)活動(dòng)可能最有利于富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的沉積。此外，下寒武統(tǒng)牛蹄塘組也是揚(yáng)子地區(qū)典型的黑色頁(yè)巖發(fā)育層段，但在該層段鮮有深時(shí)火山灰層的報(bào)道。吳陳君等[53]對(duì)黔北地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組典型鉆孔剖面的w(TOC)進(jìn)行了分析統(tǒng)計(jì)，w(TOC)平均值為2.53 %。這一結(jié)果要低于密集段和稀疏段，與零星段接近，再次說(shuō)明了深時(shí)火山灰的存在有利于高w(TOC)。

圖9 奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期揚(yáng)子地區(qū)火山灰層不同分布段的敏感參數(shù)與w(TOC)的相關(guān)性Fig.9 Correlation between sensitive indexes and TOC in different distribution intervals of volcanic ash layers in Yangtze area across Ordovician—Silurian transition

需要特別指出的是，目前還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為火山灰對(duì)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的沉積可能并沒(méi)有明顯影響，主要的理由有3點(diǎn)：

1) 如果火山規(guī)模不大、持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)、影響范圍局限，那在頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)富集過(guò)程中所起的作用必然不會(huì)很強(qiáng)[11]；

2) 在火山灰顆粒沉降區(qū)，浮游植物通常在24 h內(nèi)便會(huì)對(duì)外來(lái)養(yǎng)分輸入做出響應(yīng)[54]，且火山活動(dòng)刺激海水營(yíng)養(yǎng)化的效應(yīng)通常會(huì)只會(huì)持續(xù)數(shù)周到數(shù)月[44,55]；

3) 火山灰除了攜帶營(yíng)養(yǎng)元素外，同時(shí)會(huì)釋放有毒元素，在一定程度抵消對(duì)生物生長(zhǎng)的貢獻(xiàn)程度，有可能造成海洋生產(chǎn)力的突然下降[56]。

6 總結(jié)與展望

揚(yáng)子地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組與下志留統(tǒng)龍一段中發(fā)現(xiàn)的大量深時(shí)火山灰層，指示了奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過(guò)渡期曾發(fā)生過(guò)連續(xù)的大規(guī)模火山噴發(fā)事件。深時(shí)火山灰層具有平面上分布范圍廣、垂向上分布不均一的特征，垂向劃分出密集段、稀疏段和零星段。該深時(shí)火山灰層可能來(lái)自揚(yáng)子地塊的南北兩側(cè)，共有3個(gè)可靠的來(lái)源：北側(cè)的秦嶺古洋殼在華北地塊之下向北俯沖和揚(yáng)子地塊南緣地塊內(nèi)的伸展和拆離以及南側(cè)的岡瓦納大陸碎片向華南地塊的西北向俯沖碰撞。這是華南地塊復(fù)雜的構(gòu)造活動(dòng)響應(yīng)證據(jù)之一。大部分學(xué)者認(rèn)為火山灰在古海洋生產(chǎn)力的提高和頁(yè)巖保存的有利環(huán)境2個(gè)方面來(lái)促進(jìn)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的沉積，其中適當(dāng)?shù)幕鹕絿姲l(fā)活動(dòng)(稀疏段)可能最有利于富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的沉積。

然而，關(guān)于深時(shí)火山灰究竟對(duì)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖形成有多大影響還存在相當(dāng)大的爭(zhēng)議。為了解決這一爭(zhēng)議，建議今后的研究可以從2個(gè)方面展開：

1) 從宏觀的研究轉(zhuǎn)向微觀分析。開展高分辨率(厘米尺度以下)的火山灰鑒定和地球化學(xué)研究。據(jù)推測(cè)可能還存在大量被忽略的薄層—超薄層火山灰層(隱性火山灰)，只有高分辨率的研究才可能真實(shí)地反映火山灰的分布情況。

2) 從定性的研究轉(zhuǎn)向定量。通過(guò)數(shù)值模擬等手段來(lái)定量恢復(fù)火山灰的噴發(fā)和沉積過(guò)程，估算火山噴發(fā)烈度和規(guī)模，從正演的角度突破現(xiàn)有研究中的定性分析多于定量判斷的束縛。