晚古生代冰期结束后,地球气候系统进入了较中二叠世更为温暖的晚二叠世(乐平世)。目前该时期的三级海平面变化起因尚不清楚;华南下扬子区上二叠统地层因发育优质海陆交互相烃源岩而受到我国页岩气勘探的重点关注,但对烃源岩的沉积环境和有机质富集的认识有限。论文以下扬子区萍乐坳陷中部的曲江向斜为研究区,对自然伽马测井(GR)和无铀自然伽马(CGR)测井数据作为古气候替代指标,对赣丰地1井(GFD-1)的上二叠统乐平组、长兴组及下三叠统大冶组下部地层进行旋回地层学分析,辅以牙形石生物地层年代资料,目的是提取Milankovitch旋回在晚二叠世的记录并讨论该时期三级海平面对天文旋回的响应。同时,利用元素地球化学测试,对乐平组不同沉积相进行古气候、碎屑通量、氧化还原条件、古海洋初级生产力、古盐度、水动力条件、沉积速率的研究,探讨古沉积环境特征;并将乐平组老山段(发育乐平组最优质泥页岩)的有机碳含量和主、微量元素结合,从保存模式(氧化还原条件和沉降速率)和生产力模型(古气候、古生产力和碎屑通量)探讨有机质富集的主控因素。主要成果与认识如下: (1)目的层中保存完整的Milankovitch旋回信号(偏心率、斜率和岁差)。利用~405kyr长偏心率旋回进行天文调谐后建立高分辨率的天文时间标尺和沉积速率曲线。明显的~2myr周期和~1.1myr周期分别来自于对偏心率(g4-g3周期)和地轴斜率的天文调制作用(s4-s3周期)。由于内带行星的浑沌作用,晚古生代的g4-g3和s4-s3周期比新生代的短,但仍保持着2:1的天文共振。研究认为,在拥有温室气候的乐平世吴家坪期,~2myr长偏心率震荡控制了较弱的冰川驱动和/或地下水驱动所引起的全球三级海平面升降变化,低水位期由偏心率震荡的最小值触发;而在拥有降温事件的长兴期,与~1.1myr斜率旋回相关的极地冰川的敏感性可能很强,全球三级海平面记录表明了海平面下降与斜率“节点”相对应。 (2)晚二叠世的超长轨道周期、全球及区域三级海平面、地层沉降速率均具有同步性。故可客观恢复研究区上二叠统三级层序地层格架,即萍乐坳陷乐平阶存在三个完整的三级层序:SQ1在吴家坪期内(约256~259.40Ma);SQ2跨吴家坪期进入长兴期内(约253.8~256Ma),是乐平组海陆交互相地层到长兴组海相地层的转换层序;SQ3在长兴阶内(约252.5~253.8Ma),长兴阶上部地层与上覆下三叠统部分地层组成另一个三级层序SQ4。此外,火山和构造活动从中二叠世末期持续到晚二叠世早中期,这期间的水循环主要受控于地质运动导致的一系列环境及气候变化,而非Milankovitch旋回。沉积速率与海平面的关系为:相对海平面上升对应沉降速率的逐渐降低,三级层序边界对应于沉降速率的突然升高。 (3)乐平组沉积环境表现为:官山段(河湖相)以温暖—炎热气候为主,具短暂寒冷期,碎屑通量随气候波动导致古生产力不稳定,氧气较充足、水体动荡程度适中、盐度较低;下老山(浅海陆棚相)—中老山亚段(次深海台盆相)气候由温暖湿润转为炎热潮湿,陆源输入持续上升,营养盐随之增加,中老山亚段古生产力最高,海平面升高降低含氧量,变为缺氧环境,水动力变弱,盐度升高,沉降速率最低;上老山亚段(浅海陆棚相)—狮子山段(障壁岛相)为温暖潮湿气候,碎屑通量降低,古生产力变弱。海平面下降增加了含氧量,但水动力较弱,盐度较高;王潘里段(潮坪相)气候由温暖湿润到炎热潮湿再到温暖湿润,陆源碎屑量先增后降,古生产力较低,海平面较低,富氧,水动力加强,盐度降低,与官山段相似。 (4)晚二叠世气候有利于强烈的化学风化以及植物和微生物的生长,泥页岩的沉积环境一直有稳定的陆源碎屑输入和不断升高的古生产力。但有机质的变化与含氧量、沉积速率的变化一致,即含氧量和沉降速率降低,TOC含量升高,反之亦然。故该时期海陆交互相泥页岩有机质富集属于“保存模式”。 总之,本文针对萍乐坳陷中部曲江向斜上二叠统地层的研究成果分为2方面:(1)以GR和CGR测井曲线作为古气候替代指标,通过旋回地层学研究,从上二叠统地层中识别出地球轨道参数、超长天文周期和三级层序边界,建立研究区高分辨率天文时间格架和高分辨率沉积速率变化曲线,确认了晚二叠世全球三级海平面升降在吴家坪期和长兴期分别受控于超长偏心率周期和超长斜率周期,且晚二叠世的超长轨道周期、全球及区域三级海平面、地层沉降速率均具有同步性;(2)利用主、微量元素含量和有机碳含量数据,通过地球化学研究,获得了一系列乐平组古气候和古环境指标以及老山段泥页岩有机质变化特征,明确了乐平组海陆交互相地层古环境变化主要由古气候的波动和海平面升降控制,有机质富集属于“保存模式”。