四川盆地晚奧陶世—早志留世碳硫同位素分餾動力學(xué)模型構(gòu)建

關(guān)鍵詞 四川盆地；晚奧陶世；早志留世；碳同位素；硫同位素；動力學(xué)模型

第一作者簡介 王澤唐，男，1993年出生，博士研究生，礦物學(xué)、巖石學(xué)，E-mail： wangzetang@foxmail.com

通信作者 王超勇，男，副教授，E-mail： wangcy@cumt.edu.cn

中圖分類號 P534.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0引言

海洋水體或沉積物孔隙水中C、S元素的生物地球化學(xué)循環(huán)，是控制沉積環(huán)境演化和有機(jī)質(zhì)富集的主要影響因素之一。古水體的氧化還原條件控制了C、S元素循環(huán)和同位素的分餾過程[1?3]。奧陶紀(jì)—志留紀(jì)過渡時期（縮寫為OST，下同）出現(xiàn)了顯著的碳同位素（δ¹³C）、硫同位素（δ³⁴S）偏移現(xiàn)象，其中在赫南特冰期出現(xiàn)的δ¹³C的正偏被稱為赫南特碳同位素偏移（Hirnantian Isotopic Carbon" Excursion，HICE）[4]，與該時期盛行的冰川作用和奧陶紀(jì)末期的生物大規(guī)模滅絕事件相吻合[5?7]。對于耦合的δ¹³C、δ³⁴S正偏，常認(rèn)為是在缺氧條件下有機(jī)碳、黃鐵礦的共同強(qiáng)化埋藏造成的[8?9]。然而，對該時期古海洋C、S同位素的分餾過程及其動力學(xué)研究尚未形成定論，研究區(qū)C、S同位素分餾過程及其模擬研究也鮮見報道。鑒于此，選取四川盆地南部OST時期沉積于不同區(qū)域的田林剖面、沙壩剖面為研究對象（圖1），在δ¹³C、δ³⁴S分析測試的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Vensim 7.3.5系統(tǒng)動力學(xué)軟件模擬和討論C、S同位素分餾過程與動力學(xué)機(jī)制，定量評價有機(jī)碳埋藏通量和硫酸鹽輸入量對C、S同位素分餾的影響。

1研究方法與結(jié)果

1.1研究方法

在中國地質(zhì)大學(xué)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對田林剖面（23個）與沙壩剖面（24個）頁巖樣品分別完成黃鐵礦硫同位素（δ³⁴S_py）和有機(jī)碳同位素（δ¹³C_org）測試工作。其中δ³⁴S_py采用Canfield et al.[12]提出的鉻還原法，在隔氧、密閉條件下，將粉末狀樣品與酸化的CrCl2溶液反應(yīng)，黃鐵礦硫反應(yīng)生成為H2S后，被硝酸銀捕獲而沉淀為Ag2S。隨后對生成的Ag2S使用Thermo Finnigan MAT 253氣體穩(wěn)定同位素比值質(zhì)譜儀進(jìn)行測量，測量校正利用IAEA S1（δ³⁴S=-0.3‰）、IAEA S2（δ³⁴S=22.65‰）和IAEA S3（δ³⁴S=-32.5‰），分析誤差小于0.2‰。有機(jī)碳同位素（δ¹³C_org）使用Thermo Finnigan MAT 253對除酸和漂洗后的樣品進(jìn)行測定，分析誤差小于0.1‰。

1.2結(jié)果

田林剖面的δ¹³Corg介于-30.80‰～-29.60‰，平均為-30.30‰，最大變化幅度為1.20‰（表1、圖2）。從D. complexus 段到P. pacificus 段，δ13Corg值呈現(xiàn)一定的波動，介于-30.80‰～-30.20‰，平均為-30.50‰；在赫南特期，δ¹³Corg值從M. extraordinariu 段逐漸增加，并在Himantia Fauna 段（即觀音橋組）達(dá)到最大值，出現(xiàn)明顯正偏，介于-30.50‰～-29.60‰，平均為-30.10‰，正偏幅度為0.90‰；到M. persulptus 段時正偏開始回落，并持續(xù)到A. ascensus 段，δ¹³C_org 介于-30.60‰～-30.30‰，平均為-30.50‰。

與田林剖面相比，沙壩剖面的δ13Corg 變化范圍稍大，為-31.10‰～-27.20‰，平均為-29.98‰，最大變化幅度達(dá)3.90‰（表1、圖2）。δ¹³C_org 在各地層的變化與田林剖面具有一定相似性：從D. complexus 段到P. pacificus 段，δ¹³C_org 值呈現(xiàn)一定波動，介于-31.10‰～-29.50‰，平均為-30.39‰；赫南特期從M. extraordinariu 段逐漸增加，并在Himantia Fauna 段達(dá)到最大值，出現(xiàn)明顯正偏，其值介于-30.90‰～-27.20‰，平均為-29.20‰，正偏幅度達(dá)3.70‰；到M. persulptus 段時正偏開始回落，并持續(xù)到A. ascensus段，其值介于-30.90‰～-28.90‰，平均為-29.75‰。

與有機(jī)碳同位素呈現(xiàn)的變化特征類似，研究區(qū)田林剖面和沙壩剖面的δ34Spy也呈現(xiàn)出在赫南特時期正偏的特征（圖2）。對于田林剖面，δ³⁴S_py 介于-9.60‰～11.70‰，平均為-1.38‰，最大變化幅度為21.30‰（表1、圖2）。從D. complexus 段到P. pacificus段，δ³⁴S_py值呈現(xiàn)一定的波動，介于-9.60‰～2.40‰，平均為-3.03‰；在赫南特期，從M. extraordinariu 段逐漸增加，并在Himantia Fauna 段達(dá)到最大值，并出現(xiàn)明顯正偏，其值介于-4.20‰～11.70‰，平均為2.98‰，正偏幅度達(dá)15.90‰；到M. persulptus 段時正偏開始回落，并持續(xù)到A. ascensus 段，其值介于-7.40‰～-1.50‰，平均為-5.04‰。

與田林剖面相比，沙壩剖面的δ³⁴S_py值較低，介于-18.60‰～3.10‰，平均為-7.24‰，最大變化幅度達(dá)21.70‰（表1、圖2）。δ³⁴S_py在各地層的變化與田林剖面具有一定相似性：從D. complexus 段到P. pacificus段，δ³⁴S_py 值呈現(xiàn)一定的波動，且具有緩慢升高的趨勢，其值介于-18.60‰～-5.10‰，平均為-9.55‰；在赫南特期，從M. extraordinariu 段逐漸增加，并在Himantia Fauna 段達(dá)到最大值，出現(xiàn)明顯正偏，其值介于-10.60‰～3.10‰，平均為-3.10‰，正偏幅度達(dá)13.70‰；到M. persulptus 段時正偏開始回落，并持續(xù)到A. ascensus 段，其值介于-10.20‰～-0.78‰，平均為-5.86‰。