DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-39633-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41699107
تاريخ النشر: 2026-02-16
المؤلف: Jinyu LUO وآخرون
الموضوع الرئيسي: علم الحفريات والطبقات الأحفورية
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة البيئة الرسوبية القديمة وآليات إثراء المادة العضوية (OM) للصخر الزيتي الأسود من العصر الكمبري السفلي في الهامش الجنوبي الغربي لكتلة يانغتسي، وهي منطقة مهمة لكل من سجلات الحياة المبكرة وموارد الغاز الصخري. باستخدام بيانات الحفر الإقليمية والتحليلات الجيوكيميائية للعناصر الرئيسية والفرعية والعناصر الأرضية النادرة، تحدد الدراسة التغيرات في ظروف الإيداع البحرية خلال العصر الكمبري المبكر. تشير النتائج الرئيسية إلى أن بيئة الإيداع انتقلت من هامش قاري في الغرب إلى قوس جزيرة قارية في الشرق، مع تحول في المناخ القديم من الجاف والبارد إلى ظروف أكثر دفئًا ورطوبة. كانت النشاطات الحرارية المائية ملحوظة بشكل كبير في المنطقة الشرقية، وتناقصت تدريجياً نحو الغرب.
تظهر الدراسة أيضًا أن بيئة الإيداع لتكوين تشيونغزوسي (Q1) تطورت من ظروف مقيدة وعديمة الأكسجين في الغرب إلى ظروف مقيدة بشكل ضعيف وعديمة الأكسجين في الشرق. أدى تراجع بحري لاحق خلال إيداع العضو الثاني من تكوين تشيونغزوسي (Q2) إلى ظروف غنية بالأكسجين وزيادة في إمدادات الرواسب الأرضية. من الجدير بالذكر أن الإنتاجية الأولية كانت أعلى في Q1 مقارنة بـ Q2، مع مساهمة المناطق الحرارية المائية الغنية بالمغذيات في إثراء المادة العضوية. أظهرت آليات إثراء المادة العضوية تباينًا إقليميًا: في المنطقة الغربية، كانت ظروف الأكسدة هي التي تحكم الإثراء (نموذج الحفظ)، بينما في منطقة الارتفاع الشرقية، dominated زيادة إدخال المغذيات (نموذج الإنتاجية). بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على تفاعل الإنتاجية العالية وظروف انعدام الأكسجين في تشكيل الصخور المصدر عالية الجودة، مع التأكيد على دور التقدم في إمدادات المغذيات والحفاظ على المياه القاعية عديمة الأكسجين المواتية لإثراء المادة العضوية.
مقدمة
يمثل العصر الكمبري المبكر انتقالًا مهمًا في التاريخ الجيولوجي والبيولوجي للأرض، حيث يبرز أحداث مثل تفكك وتجميع قارة رودينيا العملاقة، والتحول من ظروف المحيط عديم الأكسجين إلى الأكسجين، وانفجار الكمبري. يتميز هذا العصر بتنوع مكاني وزماني ملحوظ في الهيكل الأكسيدي للبيئات البحرية، مما كان له آثار عميقة على الإعدادات الرسوبية والتطور البيولوجي. إن إيداع الصخور الزيتية السوداء الغنية بالمادة العضوية، لا سيما في مناطق مثل جنوب الصين وأستراليا، يدل على هذه التغيرات، حيث غالبًا ما يتجاوز محتوى الكربون العضوي الكلي (TOC) 3%. تشير الدراسات الحديثة إلى أن التغيرات في TOC مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بتغيرات المناخ القديم، وبيئات الإيداع، وبداية انفجار الكمبري.
يعد تكوين تشيونغزوسي في كتلة يانغتسي موقعًا حيويًا لفهم هذه الديناميكيات، حيث يسجل بداية انفجار الكمبري ويمثل هدفًا رئيسيًا لاستكشاف الغاز الصخري. أدت الإطار التكتوني المعقد لكتلة يانغتسي، المتأثر بالأحداث الجيولوجية الكبيرة، إلى خصائص متنوعة للصخور الزيتية الغنية بالمادة العضوية عبر وحدات تكتونية مختلفة. اقترح العلماء نماذج مختلفة لشرح إثراء المادة العضوية، بما في ذلك “نموذج الحفظ” الذي يهيمن عليه انعدام الأكسجين و”نموذج الإنتاجية” المدفوع بالإنتاجية الأولية. وقد وسعت الأبحاث الحديثة هذه النماذج لتشمل عوامل مثل الإدخال الأرضي ومعدلات الترسيب. ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى تحليل منهجي عبر المناطق والأزمنة لآليات دفع إثراء المادة العضوية، مما يحد من الفهم الشامل للعمليات المعنية.
طرق
في هذه الدراسة، تم جمع ما مجموعه 126 عينة من تكوين تشيونغزوسي بشكل منهجي من قسمين: ماجينغزي في ليبو، سيتشوان، وسونغلين في زونغي، قويتشو. تم تحديد فترات أخذ العينات بشكل أساسي عند 1-2 متر، مع تقليلها إلى 5-20 سم في الفترات الغنية بالمادة العضوية لضمان تحليل شامل. شملت توزيع العينات 10 و38 عينة من قسم ماجينغزي (المشار إليها بـ Q1 وQ2، على التوالي) و40 و38 عينة من قسم سونغلين (أيضًا Q1 وQ2). بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على بيانات الصخور من حفر بئر JZ1، المقدمة من شركة بتروتشاينا لحقول النفط في تشجيانغ، بينما تم اشتقاق البيانات الجيوكيميائية من دراسات سابقة.
بالنسبة لطرق التحليل، خضعت العينات المجمعة لسلسلة من التقييمات، بما في ذلك تحليل الشرائح الرقيقة، وقياس الكربون العضوي الكلي (TOC)، وتحليل العناصر الرئيسية والفرعية. تم إعداد العينات باستخدام قاطع الصخور، مما سهل تقييم الخصائص البتروغرافية الميدانية ومحتوى TOC، وهو أمر أساسي لفهم الخصائص الجيوكيميائية للتكوين.
مناقشة
في هذه الدراسة، يستكشف المؤلفون البيئة الرسوبية وآليات إثراء المادة العضوية لتكوين تشيونغزوسي على طول الهامش الجنوبي الغربي لكتلة يانغتسي، مع التركيز على أقسام ليبو ماجينغزي، بئر زينشيونغ JZ1، وأقسام زونغي سونغلين. تدمج الأبحاث التحليلات البتروغرافية والجيوكيميائية لتوضيح المصدر، والمناخ القديم، والنشاط الحراري المائي خلال العصر الكمبري المبكر (حوالي 526-515 مليون سنة مضت). تشير النتائج إلى أن البيئة الرسوبية تأثرت بإعداد تكتوني لقوس جزيرة قارية، مع مساهمات كبيرة من الصخور النارية الفلزية. تم تحديد النشاط الحراري المائي كعامل رئيسي في تعزيز إثراء المادة العضوية، لا سيما في منطقة زونغي، حيث زاد من إمدادات المغذيات وخلق ظروف عديمة الأكسجين مواتية لتشكيل الصخور المصدر عالية الجودة.
تظهر الدراسة أن محتوى الكربون العضوي الكلي (TOC) يختلف بشكل كبير بين العضوين من تكوين تشيونغزوسي، حيث يظهر Q1 مستويات TOC أعلى مقارنة بـ Q2. يبدو أن النشاط الحراري المائي كان الأكثر كثافة خلال إيداع Q1، كما يتضح من التوقيعات الجيوكيميائية مثل الشذوذ الإيجابي لليوروبيم (Eu) وزيادة الفوسفور. ومع ذلك، قد تعيق شدة النشاط الحراري المائي المفرطة تطوير الصخور المصدر، كما يتضح من انخفاض مستويات TOC في بعض الفترات. بشكل عام، توفر الأبحاث رؤى قيمة حول التفاعل المعقد بين العمليات الرسوبية، والنشاط الحراري المائي، وإثراء المادة العضوية، مما يساهم في فهم أفضل للبيئات الرسوبية في العصر الكمبري المبكر وتوزيع الصخور الزيتية الغنية بالمادة العضوية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-39633-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41699107
Publication Date: 2026-02-16
Author(s): Jinyu LUO et al.
Primary Topic: Paleontology and Stratigraphy of Fossils
Overview
This study investigates the sedimentary paleoenvironment and organic matter (OM) enrichment mechanisms of the Lower Cambrian black shale in the southwestern margin of the Yangtze Block, an area significant for both early life records and shale gas resources. Utilizing regional drilling data and geochemical analyses of major, trace, and rare earth elements, the research identifies variations in marine depositional conditions during the Early Cambrian. Key findings indicate that the depositional environment transitioned from a continental margin in the west to a continental island arc in the east, with a shift in paleoclimate from dry and cold to warmer and more humid conditions. Hydrothermal activity was notably intense in the eastern region, gradually diminishing westward.
The study further reveals that the depositional environment of the Qiongzhusi Formation (Q1) evolved from restricted and anoxic conditions in the west to weakly restricted and anoxic in the east. A subsequent marine regression during the deposition of the Second member of Qiongzhusi Formation (Q2) led to predominantly oxic conditions and increased terrigenous sediment supply. Notably, primary productivity was higher in Q1 than in Q2, with nutrient-rich hydrothermal zones contributing to OM enrichment. The mechanisms of OM enrichment exhibited regional variability: in the western area, redox conditions governed enrichment (preservation model), while in the eastern upwelling zone, increased nutrient input dominated (productivity model). Overall, the study highlights the interplay of high productivity and anoxic conditions in forming high-quality source rocks, emphasizing the role of transgression in nutrient supply and the maintenance of anoxic bottom waters conducive to OM enrichment.
Introduction
The Early Cambrian period marks a significant transition in Earth’s geological and biological history, highlighted by events such as the breakup and assembly of the Rodinia supercontinent, the shift from anoxic to oxic ocean conditions, and the Cambrian Explosion. This era is characterized by notable spatiotemporal heterogeneity in the redox structure of marine environments, which has had profound implications for sedimentary settings and biological evolution. The deposition of organic-rich black shales, particularly in regions like South China and Australia, is indicative of these changes, with total organic carbon (TOC) content often exceeding 3%. Recent studies suggest that variations in TOC are closely linked to paleoclimate changes, depositional environments, and the onset of the Cambrian Explosion.
The Qiongzhusi Formation on the Yangtze Block serves as a critical site for understanding these dynamics, as it not only records the beginning of the Cambrian Explosion but also represents a key target for shale gas exploration. The complex tectonic framework of the Yangtze Block, influenced by significant geological events, has resulted in diverse characteristics of organic-rich shale across different tectonic units. Scholars have proposed various models to explain organic matter enrichment, including an anoxia-dominated “preservation model” and a “productivity model” driven by primary productivity. Recent research has expanded these models to incorporate factors such as terrigenous input and sedimentation rates. However, a systematic, cross-regional, and cross-temporal analysis of the mechanisms driving organic matter enrichment remains lacking, which limits a comprehensive understanding of the processes involved.
Methods
In this study, a total of 126 samples from the Qiongzhusi Formation were systematically collected from two sections: Majingzi in Leibo, Sichuan, and Songlin in Zunyi, Guizhou. The sampling intervals were primarily set at 1-2 meters, with reductions to 5-20 cm in organic-rich intervals to ensure a comprehensive analysis. The sample distribution included 10 and 38 samples from the Majingzi section (denoted as Q1 and Q2, respectively) and 40 and 38 samples from the Songlin section (also Q1 and Q2). Additionally, lithological data were sourced from the JZ1 well drilling, provided by the PetroChina Zhejiang Oilfield Company, while geochemical data were derived from prior studies.
For analytical methods, the collected samples underwent a series of evaluations, including thin-section analysis, total organic carbon (TOC) measurement, and major and trace element analysis. The samples were prepared using a rock cutter, which facilitated the assessment of field petrographic characteristics and TOC content, essential for understanding the geochemical properties of the formation.
Discussion
In this study, the authors investigate the sedimentary environment and organic matter enrichment mechanisms of the Qiongzhusi Formation along the southwestern margin of the Yangtze Block, focusing on the Leibo Majingzi, Zhenxiong JZ1 well, and Zunyi Songlin sections. The research integrates petrological and geochemical analyses to elucidate the provenance, paleoclimate, and hydrothermal activity during the Early Cambrian period (approximately 526-515 Ma). The findings indicate that the sedimentary environment was influenced by a continental island arc tectonic setting, with significant contributions from felsic igneous rocks. Hydrothermal activity was identified as a key factor in promoting organic matter enrichment, particularly in the Zunyi area, where it enhanced nutrient supply and created anoxic conditions conducive to high-quality source rock formation.
The study reveals that the total organic carbon (TOC) content varies significantly between the two members of the Qiongzhusi Formation, with Q1 exhibiting higher TOC levels compared to Q2. Hydrothermal activity appears to have been most intense during the deposition of Q1, as indicated by geochemical signatures such as positive europium (Eu) anomalies and phosphorus enrichment. However, excessive hydrothermal intensity may hinder source rock development, as evidenced by low TOC levels in certain intervals. Overall, the research provides valuable insights into the complex interplay between sedimentary processes, hydrothermal activity, and organic matter enrichment, contributing to a better understanding of Early Cambrian sedimentary environments and the distribution of organic-rich shales.