川南威遠(yuǎn)地區(qū)早寒武世氮循環(huán)及古環(huán)境意義

關(guān)鍵詞 筇竹寺組；氮同位素；鐵組分；氧化還原；有機(jī)質(zhì)

第一作者簡介 曹光耀，男，1998年出生，碩士研究生，沉積學(xué)及古海洋研究，E-mail： caoguangyao98@163.com

通信作者 劉宇，男，副教授，E-mail： Liuyu17@cdut.edu.cn

中圖分類號(hào) P597 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0引言

寒武紀(jì)早期（542～510 Ma）是地球生命演化的關(guān)鍵時(shí)期。繼埃迪卡拉軟體動(dòng)物群的繁盛與滅絕之后，兩側(cè)對(duì)稱及具礦物骨骼生物在此期間開始繁盛，并在寒武紀(jì)第三階（Stage 3）達(dá)到頂峰，建立了與現(xiàn)今相類似的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，這一重大的生物演化事件被稱為“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”[1?5]。生物的生存和演化與環(huán)境之間的關(guān)系較為密切，一方面生物的生存需要適宜的環(huán)境（氧氣含量、養(yǎng)分的可用性、海洋化學(xué)條件等）來維持其進(jìn)行正常的生命活動(dòng)[6?8]，另一方面生物的活動(dòng)也會(huì)在一定程度上導(dǎo)致其生存環(huán)境發(fā)生改變（大氣—海洋氧含量的波動(dòng)、海洋硫酸鹽含量的變化等）[9?12]。因此，探究海洋的化學(xué)狀態(tài)是理解生物演化事件的重要基礎(chǔ)，而氧化還原環(huán)境的重建則是其中重要的一環(huán)。

在過去的研究中，氧化還原敏感元素（如U、V、Mo）及鐵組分已被廣泛應(yīng)用于指示區(qū)域底層水體的氧化還原條件，同時(shí)表明了一個(gè)非均質(zhì)的寒武紀(jì)早期海洋，即表層氧化的海水，深部缺氧的海水及中間動(dòng)態(tài)變化的硫化水體[13?18]。然而，氧化還原敏感元素及鐵組分在指示氧化還原環(huán)境時(shí)存在一定局限性，其指示廣海的氧化還原演化的能力較為薄弱[19?20]。氮元素作為生物的限制性營養(yǎng)元素，在不同的氧化還原環(huán)境下，氮的生物地球化學(xué)循環(huán)模式和氮同位素的分餾顯著不同，保存在海洋沉積物中的氮同位素組成（δ¹⁵N）具有表征廣海氧化還原條件和評(píng)估古生產(chǎn)力水平的潛在能力[21?23]。目前，華南地區(qū)利用氮同位素來表征寒武紀(jì)早期海洋氧化還原演化進(jìn)行了一些工作，但是多數(shù)研究集中在相對(duì)深水的斜坡—盆地地區(qū)（如貴州道坨、貴州印江、湖南袁家等）[24?28]。這些研究表明由寒武紀(jì)幸運(yùn)階—第三階逐漸下降的δ¹⁵N值，其中幸運(yùn)階較高的δ¹⁵N值被解釋為強(qiáng)烈的不完全反硝化作用或厭氧氨氧化作用[28?30]，第二階—第三階較低的δ¹⁵N值被解釋為生物固氮作用或部分氨同化吸收[24，31?32]。氮同位素對(duì)海洋表層溶解氧含量具有較高的敏感性[33?34]，而且淺水陸架地區(qū)海洋化學(xué)狀態(tài)的變化能夠很好地響應(yīng)海平面的升降以及氧化還原界面的變化，因此針對(duì)陸架地區(qū)開展氮同位素研究，能夠有效地幫助人們認(rèn)識(shí)海洋氧化還原演變過程；同時(shí)，綜合利用氮同位素和鐵組分指標(biāo)能夠更好地約束海洋表層至底層水體的氧化還原狀態(tài)。因此，為了更加深入地了解華南寒武紀(jì)早期海洋化學(xué)狀態(tài)演化，研究采集了上揚(yáng)子威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組樣品，利用多指標(biāo)的方法（鐵組分、氮同位素、硫同位素等），重建寒武紀(jì)早期威遠(yuǎn)地區(qū)氧化還原演化過程及氮循環(huán)模式，并結(jié)合前人的研究結(jié)果進(jìn)一步探討筇竹寺泥巖有機(jī)質(zhì)的富集機(jī)制。

1地質(zhì)概況

華南克拉通在寒武紀(jì)早期位于古緯度30° N附近（圖1a），主要由揚(yáng)子板塊和華夏板塊兩部分構(gòu)成（圖1b）。揚(yáng)子板塊北以秦嶺—大別造山帶為界，南以紅河斷裂帶為界，西以鮮水河斷裂帶為界，華夏板塊則以南東方向沿著江山—紹興斷裂帶分布[37?38]。隨著新元古代裂谷事件的發(fā)生，揚(yáng)子板塊在埃迪卡拉紀(jì)—寒武紀(jì)過渡時(shí)期從單一的裂谷盆地逐漸演化為由北西向南東展布的被動(dòng)大陸邊緣盆地[24]。進(jìn)而形成了三種不同的沉積格局，分別為淺水臺(tái)地相、過渡帶、斜坡—盆地相[13，39?40]（圖1b）。此外，由于埃迪卡拉紀(jì)晚期至寒武紀(jì)早期發(fā)生的興凱斷裂作用，淺水陸架內(nèi)部形成了一系列內(nèi)陸架盆地（如綿陽—長寧拉張槽）[37，41]。從沉積序列上看，在埃迪卡拉過渡時(shí)期，淺水陸架以碳酸鹽巖沉積為主（如燈影組和朱家菁組），中—深水的斜坡和盆地相地區(qū)，以硅質(zhì)巖沉積為主（如留茶坡組和老堡組）[2，42?44]。在寒武紀(jì)第二期—第三期，伴隨著全球性的海侵事件，整個(gè)揚(yáng)子臺(tái)地廣泛沉積了一系列富有機(jī)質(zhì)泥巖或頁巖[17?18，41，45]。

研究地區(qū)為四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)，其位于上揚(yáng)子內(nèi)陸架盆地西緣上斜坡（圖1b）。樣品采集該地區(qū)的W207鉆井巖心，鉆井巖心自下而上巖石地層單元為燈影組、筇竹寺組，二者不整合接觸。其中燈影組主要由白云巖組成，筇竹寺組主要由黑色頁巖、粉砂質(zhì)泥巖以及泥質(zhì)粉砂巖組成（圖1c）。通過與具備完整地層演化框架及年代學(xué)約束的硝灘剖面進(jìn)行對(duì)比，基于樣品高分辨的TOC演化曲線與硝灘剖面高度的一致性，研究確定W207鉆井筇竹寺組底部起始沉積時(shí)間約為526.5 Ma，以及筇竹寺組上部寒武紀(jì)第三階的時(shí)間界限（圖2）。

2樣品與分析方法

研究共采集203個(gè)巖心樣品，所有樣品進(jìn)行總有機(jī)碳（TOC）含量測試，以便進(jìn)行地層對(duì)比[13]。挑選44個(gè)樣品進(jìn)行鐵組分、氮同位素、硫同位素測試。在進(jìn)行地球化學(xué)分析前，所有樣品利用去離子水清洗去除表面雜質(zhì)后，粉碎至200目以下，以備地球化學(xué)分析。樣品TOC含量、去碳酸鹽部分總氮（TN_decarb）、總碳（TC_decarb）含量均在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。氮同位素測試在自然資源部第三海洋研究所海洋生物與生態(tài)實(shí)驗(yàn)室分析完成。鐵組分及硫同位素在中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分析完成。

2.1TOC含量

將約0.1 g樣品粉末置于陶瓷坩堝中，加入1∶1鹽酸（HCl）去除碳酸鹽組分，隨后用去離子水清洗至中性，并在60 ℃下烘干。TOC 含量利用LECO CS-344 碳硫分析儀進(jìn)行分析。使用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)B4016（TC=2.24%）進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，分析精度優(yōu)于0.1%。

2.2鐵組分和硫同位素

Fe組分測試主要針對(duì)總鐵（Fe_T）和高活性鐵（Fe_HR）開展，其中FeHR主要包括黃鐵礦鐵（Fe_py）、碳酸鹽鐵（Fe_carb）、磁鐵礦鐵（Fe_mag）和氧化物或氫氧化物鐵（Fe_ox）。Fe_py是利用Ag₂S沉淀中硫的質(zhì)量百分比計(jì)算得到，其中Ag2S 沉淀通過鉻還原法制取[49]。Fe_carb、Fe_mag、Fe_ox 含量通過程序萃取得到[50]。硫同位素（δ³⁴S_py）測試通過將Ag₂S沉淀與過量的V₂O₅混合，進(jìn)行灼燒得到。測試儀器為Thermo Fisher ScientificDelta V Plus 同位素比質(zhì)譜儀。使用三個(gè)IAEA國際標(biāo)準(zhǔn)（S1=-0.3‰；S2=22.65‰；S3=-32.5‰）進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，分析精度優(yōu)于0.2‰。

2.3 TN_decarb含量、TC_decarb含量、氮同位素

稱取約0.1 g樣品粉末放入離心管中，加入1∶1鹽酸去除碳酸鹽。稱取約15 mg已除去碳酸鹽的樣品，進(jìn)行TN_decarb含量、TC_decarb含量測試。測試儀器為VARIO EL cube 元素分析儀，使用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部標(biāo)樣IVA3380（TC=1.86%，TN=0.122%）進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，分析精度優(yōu)于0.3%。

根據(jù)TN_decarb含量稱取10～15 mg去碳酸鹽樣品，進(jìn)行N同位素分析。測試儀器為Thermo Fisher DeltaV Plus氣體同位素比質(zhì)譜儀，使用標(biāo)樣ACET（δ¹⁵N=-4.21‰）進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，分析精度優(yōu)于0.3‰。

3結(jié)果

所有的地球化學(xué)結(jié)果見附表1，其中關(guān)鍵的地球化學(xué)指標(biāo)見圖3。TOC 含量介于0.20%～7.35%（平均值為1.68%）；Fe_T 含量介于1.52%～5.37%（平均值為3.80%）；Fe_HR/Fe_T介于0.27～0.25（平均值為0.46）；Fe_py/Fe_HR 介于0.28～0.92（平均值為0.72）；δ¹⁵N 介于-1.79‰～0.59‰（平均值為-0.51‰）；δ³⁴S_py 介于-18.49‰～42.53‰（平均值為0.61‰）。

4討論

4.1威遠(yuǎn)地區(qū)寒武紀(jì)早期古海洋氧化還原環(huán)境

Fe組分指標(biāo)目前已廣泛用于指示古海洋的氧化還原條件[13?14，20，52?53]。為了保證指標(biāo)的有效性，F(xiàn)e組分指標(biāo)建議使用在總鐵含量大于0.5%的樣品中[54]。本次研究樣品總鐵含量介于1.52%～5.37%（平均值為3.80%）（圖3b），表明Fe組分?jǐn)?shù)據(jù)是可靠的，可用于判斷古海洋氧化還原條件。Fe_HR/Fe_T小于0.38和大于0.38分別指示氧化條件，缺氧條件[20]。在缺氧條件下，F(xiàn)e_py/Fe_HR可進(jìn)一步區(qū)分水體的硫化和鐵化狀態(tài)，F(xiàn)e_py/Fe_HR 小于0.7，指示缺氧鐵化的條件，F(xiàn)e_py/Fe_HR 大于0.7，指示缺氧硫化的條件[20，55]。

Zhao et al.[48]利用筇竹寺組氧化還原敏感元素Mo對(duì)威遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行了氧化還原重建，發(fā)現(xiàn)威遠(yuǎn)地區(qū)在筇竹寺組沉積時(shí)期經(jīng)歷了多期的氧化還原波動(dòng)。這一認(rèn)識(shí)整體上與本次研究Fe組分所指示的結(jié)果相一致。筇竹寺組底段（3200～3250 m）較高的Fe_HR/Fe_T（0.46～0.75，平均值為0.63），F(xiàn)e_py/Fe_HR（0.76～0.92，平均值為0.85）（圖3c，d），指示強(qiáng)烈缺氧硫化的沉積環(huán)境，這與同期強(qiáng)烈的Mo富集相一致。筇竹寺組中段（3100～3200 m）高度動(dòng)態(tài)的變化的Fe_HR/Fe_T（0.30～0.53，平均值為0.40），F(xiàn)e_py/Fe_HR（0.28～0.80，平均值為0.63），表明以間歇性硫化為主的水體化學(xué)條件，且同時(shí)存在間歇性氧化（圖3c，d）。但是，同期Mo元素并沒有產(chǎn)生明顯富集（圖3e）。這一現(xiàn)象可能是同期陸架地區(qū)或整個(gè)華南盆地較小的Mo儲(chǔ)庫所致[15，45]。考慮到研究區(qū)位于相對(duì)淺水的陸架地區(qū)，而且靠近內(nèi)陸架盆地，一個(gè)更加局限的環(huán)境可能導(dǎo)致局部海水中Mo元素的匱乏[36]。筇竹寺上段（3000～3100 m）所有樣品均表現(xiàn)出較低的Fe_HR/Fe_T（0.27～0.39，平均值為0.32），F(xiàn)e_py/Fe_HR（0.41～0.70，平均值為0.59），反映持續(xù)的氧化條件，這與同期較低的Mo含量相一致（圖3c～e）?；阼F組分重建的沉積環(huán)境整體由缺氧向氧化轉(zhuǎn)變的過程，同樣得到樣品δ¹³C_org的支持。樣品δ13Corg曲線在筇竹寺組整段表現(xiàn)出明顯的正偏，而且這一δ¹³C_org正偏現(xiàn)象同樣出現(xiàn)在硝灘剖面（圖2），表明海洋氧化還原狀態(tài)逐漸向氧化過渡。有機(jī)質(zhì)在耗氧降解過程中，通常優(yōu)先損失較輕的¹²C，從而導(dǎo)致沉積物中富含較重的¹³C[56]。值得注意的是，寒武紀(jì)第三階早期Ni-Mo多金屬富集層（ca. 521 Ma）暗示整個(gè)揚(yáng)子臺(tái)地發(fā)生過一次短暫的缺氧事件[36?37，57?58]。然而這次顯著的缺氧事件并沒有記錄在本次樣品的Fe組分?jǐn)?shù)據(jù)中，這可能受限于樣品較低的分辨率。但是，高分辨的TOC曲線在寒武紀(jì)第三階早期顯示出一次顯著的升高（圖3a），而且這一現(xiàn)象同時(shí)出現(xiàn)在揚(yáng)子臺(tái)地其他地區(qū)[16，30，36，42]，可能間接地反映了此次短暫的缺氧事件。同時(shí)此次缺氧事件恰好對(duì)應(yīng)著全球海平面升高，由此推斷這一缺氧事件的出現(xiàn)可能源于同期的海侵（圖3）。此外，結(jié)合威遠(yuǎn)地區(qū)氧化還原環(huán)境整體演化以及全球海平面變化特征，發(fā)現(xiàn)氧化還原環(huán)境的轉(zhuǎn)變與海平面的升降具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖3）。因此，海平面的變化可能對(duì)威遠(yuǎn)地區(qū)底層水體氧化還原條件起著重要的控制作用。

4.2W207井氮同位素信號(hào)有效性評(píng)估

陸源輸入、早期成巖過程微生物的降解、晚成巖過程中熱演化作用可能造成沉積物中的氮的損失，進(jìn)而改變其同位素信號(hào)[33，59]。因此，在使用氮同位素重建古海洋環(huán)境時(shí)，首先要對(duì)沉積物的δ¹⁵N值進(jìn)行有效性評(píng)估。

陸源有機(jī)質(zhì)輸入可能造成海相沉積物內(nèi)氮同位素值發(fā)生改變[60?61]。然而，陸生植物在泥盆紀(jì)后才發(fā)生大規(guī)模繁盛，因此陸源有機(jī)質(zhì)的輸入對(duì)本次樣品氮同位素信號(hào)的影響可以忽略[24，62]。同時(shí)，TN_decarb -TC_decarb較高的相關(guān)性在很大程度上表明沉積物中的氮來自海洋而并非陸源[25]。

本次研究結(jié)果顯示，樣品TN_decarb和TC_decarb 之間具有較強(qiáng)的線性關(guān)系（圖4a），表明沉積物中的氮主要來自有機(jī)質(zhì)[61]。其中與Y軸的正截距可能代表與黏土礦物結(jié)合的氮組分[24，28]。這一部分氮主要源于早期成巖過程中有機(jī)質(zhì)被微生物降解所釋放的氮組分，隨后被黏土礦物吸附而保存下來[63?64]。考慮到這一過程發(fā)生在一個(gè)相對(duì)封閉體系內(nèi)，氮組分并未發(fā)生損失，因此該過程對(duì)氮同位素值的影響較小 [18，31，64]。

有機(jī)質(zhì)熱演化會(huì)造成氮的損失以及δ¹⁵N值的升高[23，33，59?60]。與現(xiàn)代海洋C/N比值（～6.6）相比，本次樣品表現(xiàn)出較高的C/N值（8.7～41.5，平均值為20.2），可能指示氮含量在早期成巖或后期熱演化過程中發(fā)生了損失。然而，樣品δ15N 值與C/Nd_ecarb、TN_decarb 含量、TC_decarb 含量之間均不存在明顯的線性相關(guān)性（圖4b～d），說明氮同位素值并沒有受到后期埋藏?zé)嵫莼饔玫母脑臁Ｒ虼?，氮同位素可以用于水體氧化還原環(huán)境的重建以及解釋氮的生物地球化學(xué)循環(huán)。

4.3W207井氮同位素對(duì)古海洋沉積環(huán)境的指示

氮元素不僅是氨基酸、核酸、色素等生物分子的重要成分，同時(shí)也是生物的限制性營養(yǎng)元素。在不同的氧化還原環(huán)境下，氮的生物地球化學(xué)循環(huán)模式以及氮同位素組成具有明顯不同[33?34]。因此，保存在沉積物中的氮同位素組成同時(shí)具有示蹤氧化還原環(huán)境和重建古生產(chǎn)力水平的潛在能力[23，33，65]。

本次研究結(jié)果顯示，寒武紀(jì)第二階所有樣品具有較低的δ15N值（-1.79‰～0.06‰，平均值為-0.63‰）（圖3f），表明研究區(qū)海洋中氮循環(huán)以生物固氮作用為主，同時(shí)也反映海洋中較小的NO-3 儲(chǔ)庫[25，63，66]（圖5a），而且這一現(xiàn)象同樣出現(xiàn)在位于內(nèi)陸架地區(qū)的硝灘剖面。結(jié)合硝灘剖面氮同位素記錄（圖2），幸運(yùn)階具有較高的δ15N值（高達(dá)9‰），這可能表明淺水陸架甚至是整個(gè)揚(yáng)子海同期存在較大的NO-3 儲(chǔ)庫，強(qiáng)烈的不完全反硝化作用或厭氧氨氧化作用導(dǎo)致海水剩余NO^-₃ 庫中富集¹⁵N，進(jìn)而被生物利用并保存在沉積物中[24，30]（圖5b）。對(duì)于幸運(yùn)階—第二階NO^-₃ 儲(chǔ)庫明顯的減小，一個(gè)可能的解釋是，底層缺氧水體在隨海侵逐漸擴(kuò)張的過程中，持續(xù)的反硝化作用導(dǎo)致海水表層透光層中的NO^-₃ 不斷被消耗，從而導(dǎo)致研究區(qū)NO^-₃ 庫的缺乏，最終導(dǎo)致生物主要向大氣攝取氮[18，67]。此外，寒武紀(jì)第二階較低的δ¹⁵N值同時(shí)也暗示一個(gè)相對(duì)缺氧的海洋環(huán)境[30]，這與同期Fe組分?jǐn)?shù)據(jù)所指示的結(jié)果一致（圖3）。筇竹寺組底段較高的Fe_HR/Fe_T（0.46～0.75，平均值為0.63，圖3c），表明底層缺氧水體在寒武紀(jì)第二階已經(jīng)擴(kuò)展至淺水臺(tái)地，同時(shí)表明化學(xué)變化層的升高（圖5a）。同期較高的Fepy/FeHR（0.76～0.92，平均值0.85）以及較低的δ³⁴S_py（低至-13.91‰）（圖3d，g），反映水柱中發(fā)生了強(qiáng)烈的細(xì)菌硫酸鹽還原作用，促使大量的H₂S被釋放至水柱中，進(jìn)而導(dǎo)致廣泛的硫化環(huán)境[63]。此外，來自硝灘剖面大海段（ca. 530～528 Ma）碳酸鹽巖樣品顯著的U同位素負(fù)偏表明寒武紀(jì)第二階早期華南盆地甚至全球海洋底層缺氧水體存在擴(kuò)張趨勢[68]。隨后，在硝灘剖面石巖頭組底部（ca. 526 Ma），δ¹³Cc_arb和δ¹³C_org發(fā)生解耦[30]，且伴隨著明顯的δ¹³C_org負(fù)偏（圖2）。這種δ¹³C_org負(fù)偏同樣表現(xiàn)在本次研究筇竹寺組樣品中（圖2），其被解釋為化學(xué)自養(yǎng)微生物或甲烷厭氧古菌富含12C生物量對(duì)總有機(jī)質(zhì)的輸入[41，69]。以上證據(jù)均表明一個(gè)相對(duì)缺氧的沉積環(huán)境，這與樣品筇竹寺組底部離散較負(fù)的δ¹⁵N值（小于-1‰）相一致[18，25，28]（圖3f）。

寒武紀(jì)第三階，筇竹寺組樣品和硝灘剖面樣品均出現(xiàn)明顯的氮同位素正偏（圖2），表明威遠(yuǎn)地區(qū)甚至整個(gè)內(nèi)陸架地區(qū)NO^-₃ 庫逐漸擴(kuò)大，生物可利用氮源主要來自NO^-₃ （圖5c）。同時(shí)樣品較低的Fe_HR/Fe_T以及明顯的δ³⁴S_py正偏（圖3c，g），表明沉積環(huán)境逐漸向氧化過渡，這一現(xiàn)象同樣得到硝灘剖面氧化還原重建的支持（圖2）。此外，揚(yáng)子臺(tái)地一致的有機(jī)碳同位素正偏[41]以及來自西伯利亞碳酸鹽巖地層顯著的U同位素正偏以及耦合變化的C、S同位素均支持全球表層海水的逐步氧化[6，10，70]。

4.4筇竹寺組泥巖有機(jī)質(zhì)富集的控制因素

沉積物中有機(jī)質(zhì)的富集主要受控于沉積環(huán)境的氧化還原條件、初級(jí)生產(chǎn)力[71?72]。較高的生產(chǎn)力可以提供豐富的有機(jī)質(zhì)來源，缺氧的沉積環(huán)境可為有機(jī)質(zhì)提供良好的保存條件[73]。基于筇竹寺組樣品高分辨的TOC 曲線（圖3a），可以識(shí)別出三個(gè)顯著的高TOC層位（H1、H2、H3），同時(shí)這三個(gè)層位整體上對(duì)應(yīng)著強(qiáng)烈的缺氧甚至是硫化的沉積條件，而且這一特征同樣出現(xiàn)在硝灘剖面。生物標(biāo)志化合物表明，埃迪卡拉紀(jì)—早寒武紀(jì)時(shí)期，海水透光層中的初級(jí)生產(chǎn)者主要為真核藻類[26]。由于真核生物缺少固氮能力，并且優(yōu)先同化周圍環(huán)境中的NO^-₃，因此海水中NO^-₃ 含量對(duì)真核生物的繁盛具有至關(guān)重要的作用[24，32，74]。威遠(yuǎn)地區(qū)在寒武紀(jì)第二階較小的NO^-₃ 儲(chǔ)庫，可能在一定程度上暗示同期相對(duì)較低的生產(chǎn)力水平。寒武紀(jì)第三階較大且穩(wěn)定的NO^-₃ 儲(chǔ)庫以及更加氧化的水體環(huán)境，可能促進(jìn)了同期后生動(dòng)物的繁盛及生產(chǎn)力的提高[4，16，75]。然而，由筇竹寺組微量金屬元素（Cu、Zn、Ni）所指示的生產(chǎn)力結(jié)果卻與之相反。寒武紀(jì)第二階較高的微量金屬元素富集系數(shù)被解釋為相對(duì)較高的生產(chǎn)力水平，而寒武紀(jì)第三階微量金屬元素的虧損則被解釋為低的生產(chǎn)力水平[48]。對(duì)此，本次研究認(rèn)為寒武紀(jì)第二階較高的微量金屬元素含量可能源于同期顯著的缺氧條件導(dǎo)致的局部富集，不一定真實(shí)地代表生產(chǎn)力水平。

綜上所述，高TOC層位H1、H2有機(jī)質(zhì)的大量富集主要?dú)w因于強(qiáng)烈的缺氧甚至是硫化條件，而并非是較高的生產(chǎn)力水平。雖然氮同位素表明寒武紀(jì)第三階具有較高的生產(chǎn)力水平，但是一個(gè)相對(duì)氧化的沉積環(huán)境可能導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)無法大量保存?；赥OC含量變化與氧化還原環(huán)境演化較高的一致性，本次研究認(rèn)為威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組有機(jī)質(zhì)的富集主要受控于沉積環(huán)境的氧化還原條件，由海平面上升所導(dǎo)致的三次強(qiáng)烈缺氧環(huán)境導(dǎo)致了有機(jī)質(zhì)的大量富集。

5結(jié)論

（1）寒武紀(jì)第二階—第三階，威遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)生了三次明顯的缺氧事件，且與同期的海平面升高相一致。寒武紀(jì)第二階，威遠(yuǎn)地區(qū)海洋氮循環(huán)以固氮作用為主，具有較小的NO^-₃儲(chǔ)庫以及相對(duì)較低的生產(chǎn)力水平；寒武紀(jì)第三階，海洋表層NO^-₃ 儲(chǔ)庫逐漸擴(kuò)張，沉積條件逐漸過渡到穩(wěn)定的氧化環(huán)境。

（2） 威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組有機(jī)質(zhì)富集主要受控于沉積環(huán)境的氧化還原條件，由海侵所導(dǎo)致的強(qiáng)烈缺氧條件促使了筇竹寺組三次顯著的有機(jī)質(zhì)富集。

（3） 威遠(yuǎn)地區(qū)和硝灘地區(qū)一致的TOC、氧化還原、氮同位素演化特征，顯示上揚(yáng)子內(nèi)陸架地區(qū)具有類似的環(huán)境演化和有機(jī)質(zhì)富集模式，海平面是影響上述變化的最重要因素。

致謝 感謝評(píng)審專家提出的建設(shè)性修改意見。

感謝編輯部老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使得更加完善。感謝川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院對(duì)本次研究的樣品支持。涉及的地球化學(xué)數(shù)據(jù)（附表1）可在期刊官網(wǎng)或國家冰川凍土沙漠科學(xué)數(shù)據(jù)中心下載。