地学幸存者效应——地质学新思维

百科   2024-12-17 08:01   陕西  
地学幸存者效应 - 地质学新思维
中国地质大学(北京)能源学院
毛小平 陈修蓉

有相关性一定就有因果联系?地质学研究中,往往拟合一个相关系数,并探讨其成因联系。例如

在考古研究中(例子有些夸张,以说明本文想表达的)

(1)有学者发现,古建筑一般在偏僻的山区,于是通过大数据拟合,认为古人类生活在山区;

(2) 珠峰路上有不少的生活垃圾,及遇难遗骸,而内地平原地区则没有,于是古人类生活在高海拔地区。

回到地质学,有一些例子。

(1) 在黑色页岩中,有机碳含量TOC往往和其中的火山灰薄夹层的密集度呈正相关关系,于是提出火山活动促进了生产力(Frogner et al.,2001;Lin et al.,2011;谢浩然等,2023)。火山灰物质促进了笔石与藻类等富硅富钙生物勃发(王红岩等,2022)。火山活动可以导致水体缺氧(Walker-Trivett et al.,2024),促进了生产力和有机质的保存, TOC高。

(2)多数超大型沉积型矿产,如锰矿、磷矿、重晶石矿等与富有机质页岩伴生(范德廉等,1998;秦艳等,2009; 李治兴等,2022)。这个现象被认为是有机质易吸附这些矿物质。

(3)大多数页岩,都能发现重力流、火山灰等沉积。鄂尔多斯南缘平凉组、背锅山组页岩可见重力流、凝灰岩沉积(王振涛等,2015);上扬子地区WLS内仍可见重力流(王红岩等,2023)、斑脱岩(谢浩然等,2023)。四川盆地三叠系飞仙关组、须家河组页岩段均可见重力流、凝灰岩等。于是提出,重力流是一个重大地质事件,并促进了页岩的发育。

回到地质学。事实上,页岩记录了大量古环境信息,与伴生的各种成矿元素、地质现象之间可能存在密切的成因联系和空间关系。而黑色页岩除了具有上述特征,还会富集有机质。本文以黑色页岩为切入点,正确地分析其沉积环境和有机质的富集规律,将有助于寻找大矿、富矿,并能对一些“重大地质事件”进行更为合理的解读。

通过分析现代沉积环境的固碳规律,结合古地理环境的研究,探讨了五峰组-龙马溪组黑色页岩的沉积环境及其伴生元素的相关性,提出了地学幸存者效应。提出,较封闭的水体环境是有机质及伴生矿物质、沉积现象(重力流)的保存场所,富集后元素或地质现象成为地质历史的幸存者保存至今(如图1)。而较开阔的水体环境因稀释和分解等原因不能有效富集。由此得出,四川盆地五峰-龙马溪组页岩发育于冷湿气候和海退背景下的较封闭的潟湖环境;气候和水体封闭性是影响页岩沉积时期有机质富集的两个主要因素;富有机质的页岩与其伴生元素之间不存在因果关系,符合地学幸存者效应。

图1  封闭环境与开阔环境在有机质富集上的差异

本研究将为我们提供一个新的视角,帮助理解页岩有机质的富集环境。下面举一个经典案例:

在四川盆地,晚奥陶世赫南特阶五峰-龙马溪组黑色页岩内发现有大量斑脱岩(火山灰)条带,薄层状,条带的密度与有机质含量TOC呈正相关,而其底部凯迪阶的宝塔组为灰岩,里面却没有这些现象。于是有学者就说,火山活动促进了初级生产力,于是当时相对于凯迪阶而言,生产力高,大规模快速海进。这其实是凯迪阶发育灰岩时,四川盆地为开阔水体环境,即使有更强的火山活动也无法保存。

但凯迪阶时,在其它地区,若此时有较封闭的环境发育页岩,即使无有机质,也照样存在重力流,火山灰。如鄂尔多斯背锅山组内的泥岩与砂岩互层时,泥页岩内就含有重力流和火山灰,一样不落。

这个例子告诉我们,在四川盆地没看到火山灰,不等于此时没有火山活动;在凯迪阶在鄂尔多斯就看到了火山活动。在赫南特阶看到了斑脱岩,不等于此时火山活动更为强烈。这就是地质幸存都效应。

论文《论地学幸存者效应-以中上扬子五峰龙马溪组页岩为例》已上知网,可点击下载。

论地学幸存者效应——以中上扬子五峰龙马溪组页岩沉积环境为例

如图2为地学幸存者效应模式图,表达了在开阔海洋,特别是远洋环境,TOC较低,而离陆越近,越封闭环境,TOC越高。其它成矿物质的异常富集也类似。

图2  地学幸存者效应模式图

中国地质大学(北京)

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