水体越深越还原，越缺氧？错了！
“海平面上升，海侵，水体变深，底层水缺氧，有利于有机质保存,可沉积富有机质页岩；海平面下降，海退，水体变浅，富氧，不利于有机质保存在页岩中”。这是地质学，沉积学，海洋沉积学，沉积型矿产的常识。几乎一致认为，“深水陆棚是海相页岩有机质富集的最佳环境”。但是，然而，这些观点是错误的。
这一常识来源于直觉。大气中的氧气，要进入水体，且并运动到湖底或海底，应该路慢慢兮，其修远。于是，人们脑补了一下得出，水体越深越缺氧，越还原。本研究结合了环境科学关于溶解氧的分布特征，对水体深度与表层沉积物富集有机质程度的关系进行了深入研究。
感谢《地质学报》刊登了本研究，已可在知网上搜索《局限环境下水体深度对有机质富集的控制作用》。
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得出如下结果：
1. 除表层水体(海面至风暴浪基面，或洋流波及范围)外，水体溶解氧随深度增加而增加。大洋底是富氧状态；高纬度湖泊，或冬季湖泊从浅至深均为富氧状态。海洋表层水体范围为海面至300-600米水深。
2. 大洋最低含氧段(OMZ)出现在中低纬度海洋表层水之下，水深600-1200米范围内，随深度继续增加，溶解氧含量递增(图1)。赤道附近的OMZ的顶界可浅至300米水深。但由于有风暴浪和洋流，表层水底一般不会薄于200米，其中最大生物量在0-50米范围内，150米水深生物量极少。因而，OMZ和生物活动无关。
3. 深水陆棚环境50-200米水深为富氧环境，不具备发育黑色页岩的条件，只发育细砂、粉砂。受洋流、潮汐流影响，发育大量中型、大型甚至巨型沙波地貌，沙波波长1-2公里，波高150米(图4)。甚至2000米水深的深海环境也发育沙波(图2)。
4. 开阔水体，包括海湾或陆表海环境无法富集有机质(图4)，TOC约为0.2-0.8%。
5. 水面温度是控制溶解氧分布的决定因素。季节性温度变化会引起海洋水体垂向对流，让氧气能通过自然对流在不同深度充分饱和。冬季的海洋或高纬度的海洋、湖泊，从海面至海底均为富氧状态，湖泊亦然。
6.高纬度水体出现的高生产力得宜于海洋呈富氧状态。例如，南极磷虾6.5-10亿吨/年，其生物量超过我国粮食总产量7亿吨。高生物量并未让高纬度海洋出现出现OMZ带，由海面至海底均为富氧状态。即生物的氧气消耗对溶解氧影响不大。
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摘要如下：一般提到富有机质页岩的发育，就会关联到较深水缺氧环境，认为盆地沉积沉降中心深湖—半深湖水体较深处为缺氧还原环境，更易发育优质烃源岩。然而，现代水体中的有机质富集特征与这一观点恰恰相反，因此有必要深入剖析二者的关系。为此，本文利用环境学和生态学中关于水体溶解氧分布及现代湖泊表层沉积物中有机质含量等信息，研究了封闭水体不同深度有机质的富集特征。研究结果表明，水体溶解氧浓度随着水深的增加而增加（上层水体除外）；湖泊底部和海底在多数情况下为富氧环境；较深水体的初级生产力较低，不一定是低能环境和缺氧环境，这不利于有机质的保存；而潟湖、海湾及湖湾等相对封闭的局限环境可作为较好的有机质、矿物质和火山灰等的聚集场所。本文认为在面积较小的封闭—半封闭水体中，深度越浅越有利于有机质的富集；外源有机质的贡献不可忽视；开阔水体如深水陆棚、面积较大的深湖—半深湖等环境不具备发育优质烃源岩的条件。
图1 不同大洋溶解氧与深度的关系曲线。高纬度从海面至海底均富氧
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得出四点结论：
(1)面积较小的湖泊、潟湖或半封闭的海湾等为封闭环境，更易富集有机质、矿物质、火山灰；面积大的水体和大陆架为开阔环境，水动力强，不易富集有机质。
(2)水体越深不一定越还原，更深的水体溶解氧含量不一定更少。对于非稳态水体，如冬季的湖泊，或高纬度地区的海洋、湖泊，水体由浅至水底均处于富氧环境。对于稳态水体，如夏季的湖泊、中低纬度的海洋，水体中的溶解氧总体上随深度增加而增加，上层水体富氧。缺氧段OMZ深度大约在600~1200 m之间，向下至海底溶解氧逐渐递增，到海底为富氧状态。
(3)水体越浅有机质越富集，固碳能力越强；水体的固碳能力与其面积、水深呈负相关关系(图3)。只有封闭较好的水体，才是低能环境。
(4)暖湿气候更有利于陆地初级生产力的提高，抑制水体藻类生物生长，降低水体生产力。寒冷气候会使水体中藻类勃发，提高水体初级生产力(很有趣)。
建议今后将水体的深度和封闭性作为烃源岩评价，或页岩油气资源评价的重要参数。
图2 西太平洋某海山2000米海底沙波地貌摄影照片(用ROV水下无人潜航器所拍)
图3 湖泊表层沉积物有机碳含量与水深的关系。TOC与水深呈负相关关系。
图4 南海北部表层沉积物类型分布图，TOC含量低，以细粉砂为主。
中国地质大学(北京)
毛小平地质论文选登
