晚二疊世生物大滅絕（Late Permian Mass Extinctions, LPME）被認(rèn)為是地質(zhì)歷史時(shí)期最嚴(yán)重的生物圈危機(jī)。當(dāng)時(shí)兩次獨(dú)立的滅絕事件，即瓜德魯普—樂(lè)平世生物大滅絕（Guadalupian-Lopingian Extinction, GLE）和二疊紀(jì)末生物大滅絕（Permian-Triassic Extinction, PTE），造成了地球上90%以上的物種滅絕。目前認(rèn)為這兩次滅絕事件與峨眉山大火成巖省（Emeishan Large Igneous Province, ELIP; ~260 Ma）和西伯利亞大火成巖省（Siberian Traps Large Igneous Province, STLIP; ~252 Ma）的侵入、噴發(fā)以及溫室氣體的大規(guī)模排放密切相關(guān)。雖然上述觀點(diǎn)已被廣泛接受，但與之相關(guān)的溫室氣體來(lái)源與排放機(jī)制尚不完全清楚，這是當(dāng)前國(guó)際研究熱點(diǎn)之一。固體瀝青作為古油藏發(fā)生裂解并生成甲烷的最終產(chǎn)物，廣泛分布于受大火成巖省影響的上揚(yáng)子地區(qū)（如四川盆地）和西伯利亞地區(qū)（如通古斯盆地）。因此，大火成巖省引發(fā)古油藏裂解的高溫甲烷排放可能是地質(zhì)歷史時(shí)期全球氣候變化并誘發(fā)生物大滅絕的重要原因。然而，目前仍然缺乏足夠證據(jù)支持這一觀點(diǎn)，其普適性也受到質(zhì)疑。
針對(duì)這一問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王云鵬研究員團(tuán)隊(duì)與英國(guó)蘭卡斯特大學(xué)周崢研究員團(tuán)隊(duì)、中石油勘探開(kāi)發(fā)研究院秦勝飛博士以及曼徹斯特大學(xué)Greg Holland博士合作，利用甲烷團(tuán)簇同位素（單氘）和稀有氣體同位素方法系統(tǒng)研究了川中安岳氣田燈影組-龍王廟組（Z2dn-？1l）天然氣成因，并探討了大火成巖省引發(fā)的古油藏裂解成因高溫甲烷排放對(duì)晚二疊世生物大滅絕的影響。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，安岳氣田天然氣甲烷團(tuán)簇同位素溫度（平均249-17/+19～256-20/+22℃，最高記錄可達(dá)269-20/+22℃）明顯高于目前儲(chǔ)層溫度（140～165℃）、原油裂解峰值溫度（160～180℃）和晚白堊世最大埋深時(shí)的儲(chǔ)層模擬溫度（200～220℃）（圖1）。基于熱模擬實(shí)驗(yàn)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)計(jì)算表明，通過(guò)原油裂解形成安岳氣田這種極端干燥的天然氣（C1/ΣC2-5 = 583～3019）所需溫度條件超過(guò)250℃，這一結(jié)果也與甲烷團(tuán)簇同位素溫度相一致。上述結(jié)果表明古油藏的裂解和高溫甲烷的形成除了受到正常埋藏影響外，還受到異常熱事件的影響。
圖1 安岳氣田天然氣甲烷團(tuán)簇同位素溫度（Δ18-based Temp）特征圖（圖中文獻(xiàn)引用見(jiàn)原文）
稀有氣體同位素特征表明，龍王廟組（？1l）天然氣中的氦（He）幾乎全部來(lái)自地殼的貢獻(xiàn)（>99.7%），而燈影組（Z2dn）天然氣中有顯著的幔源He貢獻(xiàn)（4.80~38.54%），說(shuō)明燈影組明顯受到幔源熱液流體的直接影響（圖2a）。同時(shí)，燈影組天然氣中放射性成因氬（Ar*）的離散型分布特征也反映氣藏中存在不同比例殼幔來(lái)源稀有氣體的混合，而龍王廟組天然氣中的Ar*與He均表現(xiàn)為單一的地殼來(lái)源（圖2b）。這一結(jié)果說(shuō)明熱液活動(dòng)強(qiáng)度及地層配置差異造成了兩套儲(chǔ)層中稀有氣體同位素的差異，即燈影組作為下伏地層更靠近基底且無(wú)筇竹寺組（？1q）厚層泥頁(yè)巖的阻擋，因此可能經(jīng)歷了更為直接和強(qiáng)烈的熱液影響。上述結(jié)果表明，四川盆地曾遭受到“熱點(diǎn)”事件即峨眉山地幔柱—大火成巖省的直接影響。
圖2 安岳氣田天然氣稀有氣體同位素特征
a. 4He/20Ne vs. 3He/4He（R/Ra）比值圖版；b. 40Ar*/4He vs. 3He/4He（R/Ra）比值圖版.
根據(jù)前人確定的原油裂解產(chǎn)物甲烷與固體瀝青之間的產(chǎn)率關(guān)系（1.09 L/g）及儲(chǔ)層固體瀝青平均豐度（約1.0 wt%），研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步估算出峨眉山大火成巖省誘發(fā)的高溫裂解甲烷排放量可達(dá)1.44萬(wàn)億噸，溫室效應(yīng)相當(dāng)于40.41萬(wàn)億噸的CO2排放，是引發(fā)氣候變化的峨眉山大火成巖省CO2釋放量的兩倍有余，足以引發(fā)全球氣候劇烈變化和生物滅絕。最后，研究團(tuán)隊(duì)指出類(lèi)似的甲烷排放也可能發(fā)生在受西伯利亞大火成巖省（STLIP）影響的地區(qū)（估計(jì)排放量超10萬(wàn)億噸CH4），進(jìn)而對(duì)二疊紀(jì)末生物大滅絕起到重要作用。
本項(xiàng)研究給出了峨眉山大火成巖省（ELIP）導(dǎo)致川中古油藏大規(guī)模裂解的關(guān)鍵證據(jù)，估算了峨眉山和西伯利亞大火成巖省導(dǎo)致古油藏裂解產(chǎn)生的甲烷排放量，并指出大火成巖省引發(fā)古油藏裂解的高溫甲烷排放可能是晚二疊世生物大滅絕的重要因素。此外，該研究成果對(duì)于重新認(rèn)識(shí)峨眉山大火成巖省對(duì)四川盆地含油氣系統(tǒng)的影響，包括對(duì)盆地特殊熱體制、油氣成因、油氣類(lèi)型與油氣相態(tài)及資源分布具有重要的理論意義。
研究成果于11月12日在線發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications）。論文第一作者為廣州地化所博士后陳承聲，通訊作者為王云鵬研究員和周崢博士。相關(guān)研究受到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（A類(lèi)）（XDA14010103）、英國(guó)國(guó)家自然環(huán)境研究理事會(huì)項(xiàng)目（NE/T004452/1）、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41872162、42141022、42203054）和廣東省基金項(xiàng)目（2022A1515011823）共同資助。陳承聲博士聯(lián)合培養(yǎng)期間受?chē)?guó)家留學(xué)基金委（CSC）資助（201904910306）。
論文信息：Chen C（陳承聲），Qin S（秦勝飛），Wang Y（王云鵬）*，Holland G，Wynn P，Zhong W（鐘萬(wàn)旭），Zhou Z（周崢）*，2022. High temperature methane emissions from Large Igneous Provinces as contributors to late Permian mass extinctions. Nature Communications, 13: 6893.
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