四川盆地晚奧陶世—早志留世碳硫同位素分餾動力學模型構建

關鍵詞 四川盆地；晚奧陶世；早志留世；碳同位素；硫同位素；動力學模型

第一作者簡介 王澤唐，男，1993年出生，博士研究生，礦物學、巖石學，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 文獻標志碼 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循環，是控制沉積環境演化和有機質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元素循環和同位素的分餾過程[1?3]。奧陶紀—志留紀過渡時期（縮寫為OST，下同）出現了顯著的碳同位素（δ¹³C）、硫同位素（δ³⁴S）偏移現象，其中在赫南特冰期出現的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末期的生物大規模滅絕事件相吻合[5?7]。對于耦合的δ¹³C、δ³⁴S正偏，常認為是在缺氧條件下有機碳、黃鐵礦的共同強化埋藏造成的[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研究尚未形成定論，研究區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分析測試的基礎上，運用Vensim 7.3.5系統動力學軟件模擬和討論C、S同位素分餾過程與動力學機制，定量評價有機碳埋藏通量和硫酸鹽輸入量對C、S同位素分餾的影響。

1研究方法與結果

1.1研究方法

在中國地質大學生物地質與環境地質國家重點實驗室對田林剖面（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，黃鐵礦硫反應生成為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氣體穩定同位素比值質譜儀進行測量，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‰。有機碳同位素（δ¹³C_org）使用Thermo Finnigan MAT 253對除酸和漂洗后的樣品進行測定，分析誤差小于0.1‰。

1.2結果

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）達到最大值，出現明顯正偏，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 段達到最大值，出現明顯正偏，其值介于-30.90‰～-27.20‰，平均為-29.20‰，正偏幅度達3.70‰；到M. persulptus 段時正偏開始回落，并持續到A. ascensus段，其值介于-30.90‰～-28.90‰，平均為-29.75‰。

與有機碳同位素呈現的變化特征類似，研究區田林剖面和沙壩剖面的δ34Spy也呈現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 段達到最大值，并出現明顯正偏，其值介于-4.20‰～11.70‰，平均為2.98‰，正偏幅度達15.90‰；到M. persulptus 段時正偏開始回落，并持續到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 段達到最大值，出現明顯正偏，其值介于-10.60‰～3.10‰，平均為-3.10‰，正偏幅度達13.70‰；到M. persulptus 段時正偏開始回落，并持續到A. ascensus 段，其值介于-10.20‰～-0.78‰，平均為-5.86‰。