海洋生物有机质沉降—聚集过程在传统的有机质富集和黑色页岩形成模式中一直被忽视。中国南方牛蹄塘组、龙马溪组黑色页岩因记录了深时重大地质事件并打开多种资源宝库的“金钥匙”而长期备受关注。基于此两套黑色页岩成烃生物、矿物岩石及地球化学的系统精细研究,结合前人有关现代海洋环境及生物调查研究成果的将今论古,初次重建志留纪鲁丹期和寒武纪纽芬兰世扬子海的生物有机质沉降—聚集至海底富集过程,解析二者沉积过程的差异性及主控因素,发现生物有机质的沉降—聚集机制确定了最终沉积产物的基本组成和结构性质,对深时有机质富集及矿产资源形成具有关键作用。结果表明,海洋生物有机质的沉降—聚集过程可归纳为直接、团聚、压载和垂直洄游等四重沉降机制,以及吸附、再包装、絮凝和有机-无机相互作用等四重聚集机制;鲁丹期扬子海生物有机质沉降—聚集机制以浮游藻类的吸附—共生团聚和放射虫、笔石壳体压载作用为主导,形成了富有机质的生物硅质页岩和丰富的页岩气资源;纽芬兰世扬子海生物有机质沉降—聚集机制以浮游藻类团聚沉降、溶解有机质及其有机-无机相互作用为主导,不仅形成了区域性优质烃源岩和常规、非常规油气田,而且发育了诸多金属、非金属矿床。本研究成果为揭示早古生代扬子海生物有机质富集及其多种矿产资源共伴生机理、深时多圈层作用及有机碳循环提供了新视角。