近日，我院刘全有教授在国际著名期刊在国际期刊《科学进展》（Science Advances）上发表了以“Distinctive volcanic ash-rich lacustrine shale deposition related to chemical weathering intensity during the Late Triassic: Evidence from lithium contents and isotopes”为题的论文，刘全有教授为唯一第一和唯一通讯作者。本研究获得国家自然科学基金（42090020, U20B6001, 41625009, 42002139, 42172151）、中国科学院战略性先导科技专项（A类）（XDA14010404）和腾讯探索奖共同资助。本研究证明Li含量和δ⁷Li是揭示火山活动作用下页岩层系沉积的有效指标，建立了火山喷发、卡尼洪积事件（CPE）与气候环境之间的密切联系。这些与气候环境相关的地质事件提高了湖泊的古生产力，促进富有机质页岩沉积。因此，刘全有教授的发现丰富了圈层相互作用下富有机质页岩形成机理，对陆相页岩油气勘探开发具有理论指导意义。

火山活动导致地球表层气候和环境的快速变化，且通常与富含有机质的黑色页岩广泛沉积有关。然而，火山物质进入水体中的途径（空降型或水携型）及其气候环境响应特征与富有机质页岩形成之间的内在联系尚未得到很好的揭示。鄂尔多斯盆地延长组记录了中晚三叠世陆相沉积体系对气候变化的响应，特别是长7段页岩层系，夹持的多层火山灰指示着页岩沉积期伴随着强烈的火山活动，同时与卡尼洪积事件（CPE）具有较好的响应关系，为研究关键地质事件与气候环境内在关系提供了天然的范例。

文章以长7段富含火山灰的页岩沉积层系为研究对象，根据锂含量和同位素特征，确定了火山灰的不同沉积途径。锂（Li）作为自然界中最轻的金属，以Li⁺的形式存在于矿物、熔体或流体中，具有两种稳定同位素（⁷Li和⁶Li）。由于氧化还原反应和生物效应均不会产生明显的锂同位素分馏，这一特殊的地球化学属性决定了其在示踪大陆风化、洋壳蚀变、壳幔物质循环等过程中具有重要科学价值。长7页岩层系锂含量（从2.91μg/g到263.23μg/g，平均63.04μg/g）和同位素（从−5.59‰到+12.99‰）均显示出很大的变化，其分布超出了贫锂、高δ⁷Li的火成岩端元（δ⁷Li为3.5±1.5‰）和富锂、低δ⁷Li的页岩端元（δ⁷Li为-0.5±1‰）限定的范围，特别是与现代河流沉积物和风化层相比（锂含量普遍小于135μg/g），部分样品表现出异常高锂含量。通过综合考虑粒度变化、成岩作用和成熟度对锂同位素分馏的影响，结合现代河流沉积体系、火山喷发物中锂含量与同位素、Al/Si比值的关系，文章提出长7页岩层系内存在空降型和水携型二种火山灰沉积，其中高δ⁷Li值（> 2.5‰），是由空降型火山灰直接沉积造成的，继承了地球深部的高锂同位素组成特征；而锂含量明显较高（> 135 μg/g）、δ⁷Li值相对较低（< 0），是在湿润气候条件下，强风化作用形成的水携型火山灰引起的（图1）。

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图1 河流沉积物、火山喷发物和长7沉积物中Li同位素与Li含量和Al/Si比关系。（A）与典型河流沉积物相比，火山喷发物具有相对较高的δ⁷Li值和较低的锂含量，水携型火山灰具有异常高的锂含量（> 135 μg/g）；（B）利用Al/Si比值为0.15区分粗粒沉积物和细粒沉积物后，高δ⁷Li值（>2.5‰）为空降型火山灰。

在此基础上，文章中提出了与这两种火山灰沉积相关的页岩差异性沉积和锂循环模型。在空降型火山灰沉积中，表现为火山喷发期气候寒冷干燥，风化强度相对较弱，火山物质携带的营养物质促进水生生物勃发，提高湖泊的古生产力，形成富有机质页岩沉积，有机质类型好，锂含量较低，δ7Li值高。相比之下，在水携型火山灰沉积中，气候以温暖湿润为主，风化作用强，强降雨引起与陆内洪水事件相关的陆源输入显著增加，有机质类型变化大，锂含量高，δ7Li值低。因此，这些沉积模式与晚三叠世时期火山活动和气候变化密切相关（图2）。    

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图2 鄂尔多斯盆地长7段页岩沉积和锂循环模型。（A）火山喷发将富含⁷Li的深部挥发物带入大气，遮挡了阳光，导致气候寒冷干燥，空降型火山灰沉积表现为d⁷Li值升高（>2.5‰）特征；（B）强降雨引发的洪水导致化学风化强度增强，含火山灰的陆源物质淋滤导致水携型火山灰锂含量显著增加（> 135 μg/g）。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi6594