Impact of the Paleocene–Eocene Thermal Maximum (PETM) on organic petrographic characteristics of the basal Pabdeh Formation at Kuh-e-Gurpi Anticline, SW Iran

Articles in Press

Document Type : Research Paper

Authors

1 M.Sc. Student Petroleum Geology, Department of Petroleum Geology and Sedimentary Basins, Faculty of Earth Sciences, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran

2 Assistant Professor, Department of Petroleum Geology and Sedimentary Basins, Faculty of Earth Sciences, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran

10.22108/jssr.2025.145497.1315

Abstract

Abstract
This study investigates the impact of the Paleocene–Eocene Thermal Maximum (PETM) event on the organic petrographic characteristics of the base Pabdeh Formation in the Tang-e-Hati section, located at the Kuh-e-Gurpi Anticline, SW Iran. To delineate the Paleocene–Eocene boundary, nanofossil analyses were employed. Additionally, the collected samples from the studied section were investigated using organic petrographic methods under reflected white light. The nanofossil results indicate that the Paleocene–Eocene boundary is situated approximately 26.5 meters from the base of the Pabdeh Formation, specifically between subzones NP9a and NP9b, marked by the presence of the key species: Discoaster araneus, Rhomboaster cuspis, and R. spineus. Furthermore, the organic petrographic results suggest that the studied marls were deposited under oxidizing conditions. Results from this study are consistent with the presence of a grey marl with relatively darker color, lower fossil concentration, and higher organic matter concentrations compared to the lower and upper parts. Results from this study conclusively suggest that deposition of the grey marl was associated with a short-term relative sea-level fall, which in turn led to an increased sedimentation rate in the basin and a greater influx of terrestrial organic matter.
Keywords: Purple shale, Organic petrography, Paleocene–Eocene boundary, PETM incident, Tang-e-Hati
 
 
Introduction
Organic geochemistry, focusing on the study of organic compounds in sediments and their interactions with geological processes, plays a vital role in hydrocarbon exploration (Peters et al. 2005). One of the key analytical approaches in this field is organic petrography, which enables the identification of macerals, kerogen types, thermal maturity, and palaeo-depositional environments of potential source rocks (Hackley & Cardott 2016). The Paleocene–Eocene Thermal Maximum (PETM) was a short-lived but intense global warming event, associated with a 5–8 °C rise in global temperatures, ocean acidification, and major disruptions in the carbon cycle (Zachos et al. 2008).
In southwestern Iran, the Pabdeh Formation, with its continuous marl and purple shale strata, provides an excellent opportunity to assess variations in organic matter preservation across the PETM (Motiei 1993). Although numerous studies have investigated the geochemical properties of the Pabdeh Formation (Alizadeh et al. 2012; Safaei-Farouji et al. 2022; Hosseiny et al. 2024), little is known about its organic petrographic characteristics, particularly across the Paleocene–Eocene boundary. This study aims to fill that gap by examining the organic matter variations and palaeo-depositional conditions during the PETM by means of organic petrography techniques.
 
Material & Methods 
In this study, 24 samples were systematically collected from the base of the Pabdeh Formation at the Tang-e-Hati section (southern flank of the Kuh-e-Gurpi Anticline). Sampling intervals were generally less than 5 meters; however, in the vicinity of the Paleocene–Eocene boundary, the interval was reduced to approximately 1 meter or less to allow for a more detailed investigation of PETM-related changes. The collected samples, consisting of both consolidated and unconsolidated materials, were transferred to the laboratory for calcareous nannofossil and organic petrographic analyses. Calcareous nannofossils were prepared using the standard smear slide technique (Bown & Young, 1998), and examined under a polarized Olympus BX60 microscope at 1250× magnification. Species identification was carried out based on established references (Perch-Nielsen 1985; Agnini et al. 2014) and biozonation and boundary placement followed the schemes of Martini (1971), Romein (1971), and Aubry (1998). For organic petrographic studies, polished pellets were prepared from small fragments (approximately 1.5 × 1.5 cm) of the collected samples. These fragments were embedded in a 2:1 mixture of epoxy resin and hardener using standard protocols. After 24 hours, the samples were removed from the molds and polished according to the standard procedures (Bustin et al. 1985; Taylor et al. 1998). Petrographic observations were performed using a Zeiss Axioplan II microscope at 100× magnification under oil immersion.
 
Discussion of Results & Conclusions
In this study, the Paleocene–Eocene boundary was identified at approximately 26.5 meters above the base of the Pabdeh Formation, based on the recognition of nannofossil subzones NP9a and NP9b. Organic petrography revealed three distinct sections differing in organic matter content and color: i) a lower purple shale with low organic matter contents which was precipitated under oxidizing conditions, ii) a middle grey marl with higher organic content linked to the PETM event and increased water acidity, and iii) an upper purple shale with decreased organic content and a return to oxidizing conditions. Changes in color and organic matter content correspond to fluctuations in the relative sea level, sedimentation rate, and pH of the water. During deposition of the lower purple shale, higher sea levels and lower sedimentation rates favored good fossil preservation. During the PETM interval, sea level dropped, sedimentation rate increased, and water acidity increased, resulting in reduced fossil preservation and increased terrestrial organic matter input. After the PETM, sea level rose again, terrestrial organic matter input decreased, and fossil preservation improved. These results highlight the interplay of sea-level changes, sedimentation rates, and water pH in controlling the organic petrographic characteristics of the base Pabdeh Formation during the PETM, providing valuable insights for reconstructing palaeo-depositional environments in this part of the Zagros Basin.

Keywords

Main Subjects

Full Text

مقدمه

ژئوشیمی آلی[1]،‎‍ شاخه‌ای حیاتی از علوم زمین است که ترکیبات آلی را در سنگ‎‍ها و تعامل آنها را با فرآیند‌های زمین‌شناسی مطالعه می‎‍کند. این علم را آلفرد تریبس در دهۀ 1930 میلادی با کشف پورفیرین‌ها [2] بنیان نهاد و امروزه به ابزار ضروری در فعالیت‌های اکتشاف و تولید نفت تبدیل شده‌ است (Peters et al. 2005). در صنعت نفت، ژئوشیمی آلی نقش محوری در کاهش ریسک اکتشاف دارد؛ به‎‍طوری که با استفاده از روش‌هایی مانند سنجش کربن آلی کل (TOC)، پیرولیز راک-ایول [3] و بازتاب ویترینایت و تشخیص ماسرال‌ها توسط پتروگرافی آلی، کیفیت سنگ‎‍های منشأ ‎‍ارزیابی و محیط رسوب‎‍گذاری دیرینه آشکار می‎‍شود (Alipour 2025b).

پتروگرافی آلی[4] با مطالعۀ ریزساختار‌های آلی (ماسرال‌ها) در سنگ‌های منشأ، نقش تعیین‎‍کننده‌‌ای در ارزیابی پتانسیل هیدروکربن‌زایی و درک تاریخچۀ حرارتی حوضه‌های رسوبی دارد (Hackley and Cardott 2016). این علم با به‎‍کارگیری میکروسکوپ نوری بازتابشی و فلورسانس، امکان شناسایی دقیق نوع کروژن، بلوغ حرارتی (با اندازه‌گیری بازتاب ویترینایت) و شرایط حاکم بر محیط رسوب‎‍گذاری دیرینۀ سنگ‎‍های منشأ را فراهم می‎‍کند (Amiri and Alipour 2023b; Ammari and Alipour 2024). پتروگرافی آلی، که بر مطالعۀ ویژگی‌های کروژن‌ها و ارزیابی بلوغ حرارتی سنگ‌ها استوار است، ابزار‎‍ مکمل و حیاتی در کنار آزمون‌های ژئوشیمیایی به ‌شمار می‌رود. این رویکرد، امکان ارزیابی دقیق‌تر و جامع‌تر سنگ‌های مادر غیرمتعارف[5] و فرآیندهای زایش و خروج هیدروکربن را در اعماق زمین ‎‍‎‍فراهم می‌آورد (Alipour 2025a).

رخداد حداکثر گرمایی پالئوسن-ائوسن [6] یکی از بحران‌های اقلیمی کوتاه‌مدت، اما شدید در تاریخ زمین‌شناسی است که با افزایش 5-8 درجه‌ای دمای جهانی، اسیدی‎‍شدن اقیانوس‌ها و تغییرات چشمگیر در چرخۀ کربن همراه بوده است (Zachos et al. 2008). این رویداد نه‎‍تنها تأثیرات شگرفی بر تنوع زیستی و سیستم‌های رسوبی گذاشت،‎‍ به‌عنوان الگویی برای درک پیامدهای تغییرات اقلیمی کنونی نیز، درخور توجه است (McInerney and Wing 2011). در حوضۀ زاگرس ایران، سازند پابده با توالی پیوستۀ شیل ارغوانی و مارن، پنجره‌ای بی‌نظیر برای بررسی رخداد PETM و آثار آن بر چگونگی حفظ مواد آلی در بخش‌های قاعده‌ای سازند پابده فراهم می‌کند. درک تغییرات مواد آلی در حین این رویداد، اطلاعات ارزشمندی دربارۀ شرایط محیط رسوبی دیرینه فراهم می‎‍کند.

هدف از مطالعۀ حاضر، ارزیابی مواد آلی سازند پابده و بررسی تغییرات آنها در مرز پالئوسن-ائوسن با استفاده از روش‎‍های پتروگرافی آلی است تا به این ترتیب تأثیرات رخداد PETM بر شرایط حوضه و محیط رسوب‎‍گذاری دیرینه بهتر بررسی شود. مطالعات گوناگونی در سال‎‍های اخیر، ژئوشیمیایی آلی و پتروگرافی آلی سنگ منشأ پابده را در حوضۀ زاگرس مطالعه کرده‌اند (Safaei-Farouji et al. 2021; Amiri and Alipour 2023a; Khazami and Alipour 2024, 2025). با وجود پژوهش‌های متعددی که بر‎‍ خصوصیات ژئوشیمیایی سازند پابده انجام شده است، هیچ اطلاعاتی دربارۀ ویژگی‌های پتروگرافی آلی این سازند به‎‍ویژه در مرز پالئوسن-ائوسن در دسترس نیست. نتایج به دست آمده از این پژوهش در راستای پر‎‍کردن این شکاف اطلاعاتی است و به درک بهتر تغییرات رخسارۀ آلی و محیط رسوبی دیرینۀ سازند پابده در زمان وقوع حادثۀ PETM منجر می‌شود.

زمین‌شناسی منطقه

حوضۀ زاگرس،‎‍ یک حوضۀ پیش‌بوم[7] شناخته می‌شود که در نتیجۀ برخورد صفحۀ عربی به صفحۀ ایران ایجاد شده است (Alavi 2004; Alipour 2023). این حوضه با ضخامت درخور توجهی از رسوبات مزوزوئیک تا سنوزوئیک شناخته می‌شود که در بر دارندۀ سیستم‌های هیدروکربنی متعددی است (Bordenave 2014; Alipour 2024). فروافتادگی دزفول،‎‍ زیر حوضه‌ای در بخش مرکزی زاگرس و یکی از غنی‌ترین مناطق هیدروکربنی جهان شناخته می‌شود. این فروافتادگی با داشتن سنگ‎‍های منشأ متعدد از‎‍جمله سازندهای پابده، کژدمی، گرو و سرگلو در کنار سنگ مخزن‌های مهمی مانند آسماری، نقش کلیدی در تولید نفت در ایران دارد (Alipour 2022, 2025d, c). سازند پابده به سن پالئوسن-الیگوسن، جوان‌ترین سنگ منشأ در فروافتادگی دزفول شناخته شده ‌است، که در بیشتر نواحی به درجۀ پختگی کافی، برای زایش هیدروکربن نرسیده ‌است (Alipour 2025d). سازند پابده از مارن، شیل ارغوانی-خاکستری روشن تا تیره با میان‎‍لایه‌های آهکی تشکیل شده است (James and Wynd 1965). مرز زیرین سازند پابده با سازند گورپی ناپیوسته و مرز بالایی آن با سازند آسماری پیوسته و تدریجی است (Motiei 1993) (شکل 1). به‎‍طور کلی سازند پابده در طی مگاسکانس AP10‌ ته‎‍نشست یافته است و‎‍ سه مرز سکانسی اصلی به نام‎‍های Pg10، Pg20، و Pg25‌ دارد (Sharland et al. 2001). مرز سکانسی Pg10 و Pg20 در نزدیکی بخش‎‍های زیرین سازند پابده قرار دارد؛ در حالی که مرز Pg25‌ در بخش‎‍های میانیِ این سازند واقع شده است و عمدتاً منطبق با رخساره‎‍های غنی از مواد آلی است (Piryaei and Davies 2024).

شکل 1- ستون سنگ چینه‌شناسی کرتاسه و سنوزوئیک حوضۀ زاگرس (برگرفته از Piryaei and Davies 2024)

Fig 1 - Stratigraphic column of the Cretaceous and Cenozoic in the Zagros basin (modified after Piryaei and Davies 2024)

 رخنمون سطحی‎‍ بررسی‎‍شده در پژوهش حاضر، در تنگ حتی واقع شده است که در بخش جنوبی تاقدیس کوه گورپی و در فاصلۀ تقریبی 24 کیلومتری شمال شرقی شهرستان لالی در استان خوزستان قرار دارد. برای دسترسی به برش تنگ حتی می‌توان از جادۀ لالی-پابده در شمال شهرستان لالی به‎‍سمت شهر تراز حرکت کرده و سپس از‎‍طریق جادۀ بابا روزبهان به محل مدنظر رسید. موقعیت جغرافیایی این برش، در طول شرقی 49 درجه، 10 دقیقه و 22 ثانیه و عرض شمالی 32 درجه، 31 دقیقه و 35 ثانیه ثبت شده است (شکل 2).

محدودۀ‎‍ مطالعه‎‍شده در این پژوهش شامل 47 متر از بخش قاعده‌ای سازند پابده است که به‌طور کلی از شیل‌های ارغوانی با میان‌لایه‌های مارن خاکستری تشکیل شده است (شکل 2Error! Reference source not found.). سازندهای گورپی و پابده در این برش، با یک لایۀ اکسید آهن به ضخامت 35 سانتی‌متر از یکدیگر جدا شده‌اند (شکل 3). سازند پابده در برش تنگ حتی، بلافاصله بعد از لایۀ اکسید آهن با تناوبی از شیل‌های ارغوانی آغاز می‌شود.

شکل 2- موقعیت جغرافیایی تاقدیس کوه گورپی در برش تنگ حتی (a)؛ عکس از رخنمون سطحی سازند پابده وگورپی در برش تنگ حتی (b)

Fig 2 - Geographical location of the Kuh-e-Gurpi anticline and Tang-e-Hati section (a), Photograph of the surface outcrop of the Pabdeh and Gurpi formations at the Tang-e-Hati section (b)

 شکل 3- لایۀ اکسید آهن در مرز سازندهای گورپی و پابده (a)‎‍ و نمای نزدیک از لایة اکسید آهن (b)

Fig 3 - Oxide bed at the boundary of the Gurpi and Pabdeh formations (a), and magnified view of the oxide layer (b)

 مواد و روش‎‍ها

در این پژوهش، 24 نمونه از قاعدۀ سازند پابده در رخنمون تنگۀ حتی برداشت شد. نمونه‌برداری به‎‍طور منظم و با فواصل تقریبی کمتر از 5 متر انجام شد؛ اما در محدودۀ مرز پالئوسن-ائوسن به‎‍منظور بررسی دقیق‌تر تغییرات رخداد PETM، فواصل نمونه‌برداری به حدود 1 متر و کمتر کاهش یافت (شکل 4).

شکل 4- موقعیت نمونه‌های برداشت‎‍شده (a)؛ عکس از نمونه‌های برداشت‎‍شده در رخنمون سطحی سازند پابده (b)

Fig 4 - Location of collected samples (a), Photograph of samples collected from the surface outcrop of the Pabdeh Formation (b)

نمونه‌های برداشته‎‍شده که شامل نمونه‌‌های سخت سنگی و نیز نمونه‌های سست بودند، به‌منظور مطالعات پتروگرافی آلی و فسیل‌شناسی به آزمایشگاه منتقل شدند. آماده‌سازی نمونه‌های نانوفسیل آهکی در محیط آزمایشگاه، با استفاده از روش اسمیر اسلاید [8] انجام شد که یک تکنیک متداول و استاندارد برای آماده‌سازی نانوفسیل‌های آهکی [9] به شمار می‌رود (Bown and Young 1998). اسلایدهای حاصل با میکروسکوپ پلاریزان Olympus مدل BX60 تحت نور معمولی و پلاریزه و با بزرگنمایی 1250 مرتبه‎‍ ارزیابی و تصویربرداری شدند (شکل 5).

شناسایی گونه‌های مختلف با استناد به منابع علمی نظیر Perch-Nielsen (1985) و Agnini et al. (2014) انجام و برای تعیین زون‌های زیستی و موقعیت مرز پالئوسن-ائوسن از تقسیم‌بندی‎‍های ارائه‎‍شدۀ (Martini‎‍ (1971 و Aubry (1998) بهره گرفته شد.

شکل 5- میکروسکوپ استفاده‎‍شده در انجام مطالعات نانوفسیلی (a) و عکس از اسلاید‎‍های آماده‎‍شده به روش اسمیر اسلاید (b)

Fig 5 - Microscope used in performing nannofossil studies (a), Photo of slides prepared using the smear slide method (b)

به‌منظور انجام مطالعات پتروگرافی‌ آلی، ابتدا اقدام به آماده‌سازی قرص‌های صیقلی[10] از نمونه‌های برداشته‎‍شده شد. قطعات کوچکی از نمونه‌های برداشته‎‍شده (به ابعاد 1.5 در 1.5 سانتی‌متر) در داخل قالب‌های مخصوص قرار داده‎‍ و بر‎‍ آنها مخلوطی از رزین و سخت‌کننده به نسبت دو به یک (چسب اپوکسی) ریخته شد. پس از گذشت 1 روز و سخت‎‍شدن اپوکسی، نمونه‌ها از قالب خارج‎‍ و بر‎‍اساس روش‌های استاندارد صیقل داده شدند تا برای انجام مطالعات پتروگرافی آلی آماده شوند (Bustin et al. 1985; Taylor et al. 1998). در این مطالعه، نمونه‌های آماده‎‍شده با استفاده از میکروسکوپ پتروگرافی آلی Zeiss Axioplan II با بزرگنمایی 100 برابر در حالت غرق‎‍شده در روغن ایمرسیون[11]‎‍ بررسی شدند (شکل 6).

 

 

شکل 6- عکس از میکروسکوپ انعکاسی استفاده‎‍شده در انجام مطالعات پتروگرافی آلی (a)؛ عکس از قرص‌های صیقلی آماده‎‍شده از سازند پابده (b)

Fig 6 - Zeiss Axioplan-II microscope used for organic petrographic studies (a), Photo of the polished pellet prepared from the Pabdeh Formation (b)

نرخ رسوب‎‍گذاری در این مطالعه بر مبنای نسبت ضخامت (بر حسب متر)‌ به بازة زمانی (بر حسب میلیون سال)‌ و بر‎‍اساس زون‌بندی نانوفسیلیِ انجام‎‍شده در هر بخش از برش‎‍ مطالعه‎‍شده، محاسبه شده است؛ برای مثال، مدت‎‍زمان سپری‎‍شده در بازة زمانی مربوط به دو زون نانوفسیلی، بر‎‍اساس داده‌های استاندارد (Agnini et al. 2014)‌‎‍ محاسبه‎‍شدنی ‎‍است. همچنین ضخامت رسوباتِ ته‎‍نشین‎‍شده در این مدت‎‍زمان از روی داده‎‍های پیمایش صحرایی در مطالعة حاضر به‎‍آسانی‎‍ محاسبه‎‍شدنی است. به این ترتیب، با تقسیم این ضخامت بر مدت‎‍زمان محاسبه‎‍شده، نرخ رسوب‎‍گذاری به‌صورت میانگین برای هر بازۀ زمانی محاسبه شده است.

بحث و تحلیل یافته‎‌های پژوهش

نتایج حاصل از مطالعات نانوفسیلی

در بررسی نانوفسیل‌های آهکی به‎‍منظور دستیابی به موقعیت مرز پالئوسن-ائوسن، 24 جنس و 58 گونه در برش‎‍ مطالعه‎‍شده شناسایی شد. بر مبنای نانوفسیل‌های آهکی شناسایی‎‍شده و گونه‌های شاخص موجود، زون‌های زیستی NP5،NP6 ،NP7/NP8 ،NP9a/NP9b ، NP10،NP11 از یکدیگر تفکیک شدند. با در نظر گرفتن زون‌های زیستی تعیین‎‍شده و مجموعۀ نانوفسیل‌های آهکی مشاهده‎‍شده در اسلایدها، زون‌های NP5 تا NP9a به بازۀ زمانی پالئوسن پسین (معادل سلاندین-تانتین) و زون‌های NP9b، NP10 و NP11 به بازۀ سنی ائوسن پیشین (معادل ایپرزین) نسبت داده می‌شوند؛ بنابراین مرز بین دورهای پالئوسن و ائوسن در میان زیرزون‌های زیستی NP9a و NP9b واقع شده است (شکل 7)؛ به‎‍طوری که پایان زیرزون NP9a، پایان پالئوسن (پایان اشکوب تانتین) و آغاز زیرزون NP9b، شروع ائوسن (شروع اشکوب ایپرزین) را نشان می‌دهد. زیرزون NP9b در برش تنگ حتی با حضور گونه‌های Discoaster araneus، Rhomboaster cuspis و R. spineus مشخص می‌شود که در ضخامت 5/26 متری از قاعدۀ سازند پابده (مرز پالئوسن-ائوسن) به ثبت می‎‍رسد و شروع ائوسن را نشان می‌دهد (شکل 7). همچنین رویداد حداکثر گرمایش پالئوسن-ائوسن (PETM) که یک دورۀ گرمایشی ناگهانی و شدید در تاریخ زمین محسوب می‌شود نیز، در این محدوده واقع شده ‌است و با ظهور هم‎‍زمان گونه‌های خاصی از نانوفسیل‌های آهکی از‎‍جملهDiscoaster araneus و Rhomboaster spp. در سوابق زمین‎‍شناسی مشخص شده است (Kahn and Aubry 2004; Gibbs et al. 2006).

شکل 7 - رویدادهای زیستی مهم نانوفسیل آهکی در محدودۀ‎‍ مطالعه‎‍شده از قاعدۀ سازند پابده

Fig 7 - Significant calcareous nannofossil bioevents at the base of the Pabdeh Formation

 نتایج حاصل از مطالعات پتروگرافی آلی

نتایج حاصل از مطالعات پتروگرافی آلی نمونه‌های‎‍ استفاده‎‍شده در این پژوهش حاکی از حضور سه بخش مجزا هستند که از‎‍نظر مقدار مواد آلی و رنگ رخساره با‎‍هم تفاوت دارند. در پایین‌ترین بخش از محدودۀ‎‍ مطالعه‎‍شده، یک توالی 22 متری از شیل‌های ارغوانی حضور دارد که به‎‍طور مستقیم بر‎‍ لایۀ اکسید آهن واقع شده است. سن این بخش با توجه به نانوفسیل‌های موجود از پالئوسن میانی تا پالئوسن پسین است. در این بخش، میزان مادۀ آلی بسیار اندک است و رنگ زمینۀ نمونه‌ها از سرخ تا نارنجی متغیر و حاکی از تداوم شرایط اکسیدکننده در حوضۀ رسوبی‎‍ مطالعه‎‍شده است (شکل 8).

 شکل 8 - تصاویر میکروسکوپی گرفته‌شده از نمونه‌های مربوط به شیل ارغوانی واقع در پایین‌ترین بخش از سازند پابده

Fig 8 - Microscopic photomicrographs of samples from the lowermost parts of the Pabdeh Formation

در بخش فوقانی از شیل ارغوانی، یک توالی 9 متری از مارن خاکستری با سن تقریبی پالئوسن پسین-ائوسن پیشین قرار گرفته است. در این بخش، حفظ‎‍شدگی مادۀ آلی در مقایسه با شیل ارغوانی پایینی وضعیت بهتری دارد. رنگ خاکستری زمینه نشان‌دهندۀ افزایش در ورود مواد آلی گیاهی به حوضه است‎‍‎‍ (شکل 9).

 شکل 9 - تصاویر میکروسکوپی گرفته‌شده از نمونه‌های مربوط به مارن خاکستری قرار‎‍گرفته بر بالای شیل ارغوانی زیرین از سازند پابده

Fig 9 - Microscopic photomicrographs of samples from the gray marl located above the lower purple shale of the Pabdeh Formation

 بر بالای مارن‌های خاکستری، مجدداً یک توالی 16 متری از شیل‌های ارغوانی قرار داد که سن تقریبی آن ائوسن پیشین است. از‎‍نظر محتوی مواد آلی در این بخش، مجدداً کاهش در مقدار مادۀ آلی مشاهده شده و رنگ زمینه به‎‍سمت سرخ تا نارنجی تغییر یافته است (شکل 10). این تغییرات نمایانگر بازگشت شرایط اکسیدان قبلی در حوضۀ رسوبی است که با حفظ‎‍شدگی پایین مواد آلی گیاهی همراه بوده است.

شکل 10 - تصاویر میکروسکوپی گرفته‌شده از نمونه‌های مربوط به شیل ارغوانی بالایی واقع در قاعدۀ سازند پابده

Fig 10 - Microscopic photomicrographs of samples from the upper purple shale of the Pabdeh Formation

 بحث

تغییرات در ویژگی‌های رخساره‌ای (رنگ و محتوی فسیلی) و ویژگی‌های مواد آلی در محدودۀ‎‍ مطالعه‎‍شده از قاعدۀ سازند پابده، اطلاعات ارزشمندی را دربارۀ شرایط محیط رسوبی دیرینه فراهم می‎‍آورد. علاوه بر این بررسی، این تغییرات در ارتباط با رخداد حداکثر گرمایش (PETM)، به درک بهتری از عوامل کنترل‎‍کنندۀ تمرکز مواد آلی در رسوبات منجر می‎‍شود. احاطه‎‍شدن مارن‎‍های تیره در مابین شیل‌های ارغوانی انطباق درخور توجهی با تغییرات نرخ رسوب‎‍گذاری و محتوی فسیلی نشان می‌دهد. با توجه به این شواهد، تغییرات سطح آب دریا مهم‌ترین عامل کنترل‎‍کنندۀ مقدار مواد آلی و ویژگی‌های رخساره‌ای (رنگ و محتوی فسیلی) در محدودۀ ‎‍مطالعه‎‍شده از قاعدۀ سازند پابده بوده است (شکل 11).

 شکل 11 - نمودارهای مقایسۀ فراوانی فسیل، فراوانی مادۀ آلی و نرخ رسوب‎‍گذاری در توالی‎‍ مطالعه‎‍شده از قاعدۀ سازند پابده در تنگ حتی. میزان کربن‌دی‌اکسید موجود در اتمسفر و تغییرات جهانی سطح آب دریا برگرفته از مطالعات پیشین (Miller et al. 2024) برگرفته شده است.

Fig 11 – Comparison charts of fossil abundance, organic matter abundance, and sedimentation rate for studied interval from the basal Pabdeh Formation in Tang-e-Hati. The atmospheric carbon dioxide and sea level changes are adopted from previous studies (Miller et al. 2024).

 افزایش نرخ سطح آب جهانی در حین ته‌نشینی شیل ارغوانی پایینی،‎‍ به کاهش نرخ رسوب‌گذاری و کاهش ورود مواد آلی گیاهی به حوضۀ مطالعه‎‍شده منجر شده است (شکل 11 و شکل 12a). بر همین اساس، مقدار اندک مواد آلی وارد‎‍شده به حوضه قادر به احیا‎‍کردن (حذف) آهن آواری نیست و به همین دلیل رنگ رسوبات از سرخ تا نارنجی دیده می‌شود. علاوه بر این، فراوانی چشمگیر آثار فسیلی مشاهده‎‍شده در نمونه‌های این محدوده، در ارتباط با پایین‎‍بودن میزان اسیدیته آب است (شکل 11 و شکل 12a).

در زمان ته‌نشینی مارن‎‍های خاکستری فراوانی فسیل‌ها، در مقایسه با شیل ارغوانی پایینی، کاهش درخور توجهی را نشان می‌دهد (شکل 11). این مشاهده در ارتباط با بالابودن میزان کربن‌دی‌اکسید آزاد‎‍شده در طی رخداد PETM است که به سهم خود موجب اسیدی‎‍شدن آب دریاها و کاهش توانایی حفظ‌شدگی فسیل‎‍های آهکی در محیط اسیدی شده است (شکل 11 و شکل 12b). با وقوع PETM سطح آب در حوضۀ‎‍ مطالعه‎‍شده به‌شدت کاهش یافته است، انرژی محیط افزایش پیدا کرده و فرصت برای ورود فزایندة رسوبات قاره‎‍ای به بخش‎‍های عمیق‎‍تر حوضه فراهم شده است (شکل 12b). این شرایط موجب ورود بیشتر مواد آلی گیاهی به حوضه شده است که در‎‍نتیجه، شیل‌های این بازه به‎‍دلیل تمرکز بالای مواد آلی، رنگ تیره‌تری پیدا می‌کنند (شکل 9).

با عبور از فاز اولیۀPETM ، سطح آب دریا مجدداً افزایش می‌یابد (شکل 11) که احتمالاً ناشی از ذوب یخ‌ها به‎‍دلیل گرمای ایجادشده در این رخداد است. به همین ترتیب، کاهش ورود رسوبات قاره‎‍ای باعث کاهش ورود مواد آلی گیاهی به حوضه می‎‍شود و به‌تدریج رنگ رسوبات به رنگ ارغوانی سوق پیدا می‌کند. به احتمال زیاد این پدیده در اثر کاهش توان محیط در احیا (حذف) کردن آهن آواری موجود بوده است. همچنین‎‍ با کاهش غلظت کربن‌دی‌اکسید محلول در آب دریاها، اسیدیتۀ آب تعدیل‎‍ و شرایط برای افزایش تعداد فسیل‌ها و بهبود حفظ‌شدگی آنها فراهم می‌شود. این نکته با فراوانی درخور توجه فسیل‌ها در شیل ارغوانی بالایی نیز تأیید می‌شود (شکل 11).

شکل 12 – شرایط محیط رسوبی دیرینه در هنگام وقوع رخداد بیشینۀ گرمایی پالئوسن-ائوسن در حوضة رسوبی پابده

Fig 12 – Paleo-depositional conditions during the Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM) event in the Pabdeh basin

 نتیجه‌

در مطالعۀ حاضر، بررسی نانوفسیل‌های آهکی، مرز پالئوسن-ائوسن را در عمق حدودی 26.5 متری از قاعده سازند پابده و در محدودۀ زیرزون‌های NP9a و NP9b تعیین کرد. مطالعات پتروگرافی آلی نشان داد که تغییرات درخور توجهی در مقدار مواد آلی قاره‌ای در محدودۀ‎‍ مطالعه‎‍شده از قاعدۀ سازند پابده وجود دارد؛ به‌طوری که یک توالی مارن خاکستری با مقدار بالای مواد آلی توسط شیل‎‍های ارغوانی با مقدار ناچیز مواد آلی احاطه شده است. نتایج حاصل از این مطالعه نشان می‌دهند که ته‌نشینی مارن‎‍های خاکستری مرتبط با تغییرات سطح آب دریا بوده است که به سهم خود میزان ورود مواد آواری و آلی به حوضه را کنترل کرده است. در زمان ته‌نشینی شیل‎‍های ارغوانی زیرین، پایین‎‍بودن میزان کربن‌دی‌اکسید در جو باعث پایین‎‍بودن درجۀ اسیدیتۀ آب‎‍های دریایی و حفظ‌شدگی بهتر فسیل‌ها شده است. همچنین به‎‍دلیل پایین‎‍بودن نرخ رسوب‌گذاری و وورد مقادیر اندک مواد آلی، آهن آواری به‌صورت اکسید در داخل رسوبات قرار گرفته است. در مقابل، بخش‌های میانی سازند که تحت تأثیر رخداد PETM قرار گرفته‌اند، ورود مواد آواری قاره‎‍ای افزایش یافته و مواد آلی قاره‌ای با شدت بیشتری وارد حوضه شده‌اند؛ بنابراین رسوبات مربوط به این زمان رنگ تیره‌تری دارند. همچنین به‌دلیل بالا‎‍بودن غلظت کربن‌دی‌اکسید در جو و اسیدی‎‍شدن آب‌ها، فراوانی فسیل‌ها در مارن‎‍های خاکستری کاهش چشمگیری داشته است. بالا‎‍آمدن سطح دریاها به‌دنبال رخداد گرمایشی باعث کاهش ورود مواد آلی و کاهش میزان ورود مواد آواری قاره‎‍ای به بخش‎‍های عمیق حوضه شده است. همچنین با کاهش غلظت کربن‌دی‌اکسید، میزان اسیدیتۀ آب دریا پایین آمده و موجب فراوانی فسیل‌ها در شیل ارغوانی بالایی شده است. این نتایج، تأثیر متقابل بین تغییرات سطح آب، نرخ رسوب‌گذاری و pH آب را در کنترل ویژگی‌های پتروگرافی آلی سازند پابده در خلال رویداد PETM برجسته می‎‍کند. درک این روابط‎‍ برای تفسیر دقیق‌تر تاریخچۀ رسوبی حوضه‌های مشابه و ارزیابی شرایط محیط رسوبی دیرینه در حوضۀ زاگرس راهگشاست.

[1] Organic Geochemistry

[2] Porphyrins

[3] Rock-Eval Pyrolysis

[4] Organic Petrography

[5] Unconventional Source Rocks

[6] Paleocene-Eocene Thermal Maximum; PETM

[7] Foreland basin

[8] Smear slide method

[9] calcareous nannofossils

[10] Polished pellet

[11] Immersion Oil

References

Agnini C. Fornaciari E. Raffi I. Catanzariti R. Palike H. Backman J. and Rio D. 2014. Biozonation and biochronology of Paleogene calcareous nannofossils from low and middle latitudes. Newsletters on Stratigraphy, 7(2): 131-181. https://doi.org/10.1127/nos/2014/0209
Alavi M. 2004. Regional stratigraphy of the Zagros fold-thrust belt of Iran and its proforeland evolution. American Journal of Science, 304(1): 1-20. https://doi.org/10.2475/ajs.304.1.1
Alipour M. 2022. Organic facies and paleo-depositional environments of the Aptian–Albian Kazhdumi source rock in the Zagros basin of Iran. Marine and Petroleum Geology, 145:105887. https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2022.105887
Alipour M. 2023. Collision along irregular plate margin controlled the tectono-stratigraphic evolution of the Iranian Zagros fold and thrust belt. Marine and Petroleum Geology, 154:106311. https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2023.106311
Alipour M. 2024. Petroleum systems of the Iranian Zagros Fold and Thrust Belt: Results in Earth Sciences, 2: 100027. https://doi.org/10.1016/j.rines.2024.100027
Alipour M. 2025a. Hydrocarbon Generation/Expulsion and Migration in the ZFTB, in Alipour, M., ed., Basics of Petroleum Geochemistry, Springer, p. 93-110. https://doi.org/10.1007/978-3-031-86938-9_3
Alipour M. 2025b. Hydrocarbon Source Rocks, in Alipour, M., ed., Basics of Petroleum Geochemistry, Springer, p. 3-18. https://doi.org/10.1007/978-3-031-86938-9_1
Alipour M. 2025c. Petroleum Reservoirs and Seal Rocks of the ZFTB, in Alipour, M., ed., Basics of Petroleum Geochemistry, Springer, p. 77-92. https://doi.org/10.1007/978-3-031-86938-9_6
Alipour M. 2025d. Source Rocks of the Zagros Fold and Thrust Belt (ZFTB), in Alipour, M., ed., Basics of Petroleum Geochemistry, Springer, p. 57-76. https://doi.org/10.1007/978-3-031-86938-9_5
Amiri S. and Alipour M. 2023a. Organic facies and organic petrographic characteristics of the Pabdeh Formation in the Kilur-Karim Oilfield, SW Iran. Journal of Stratigraphy and Sedimentology Researches, 39(3): 1-14. https://doi.org/10.22108/jssr.2023.139363.1270
Amiri S. and Alipour M. 2023b. Organic geochemical Evaluation of the Pabdeh Formation in the Siah-Makan Oilfield using Rock-Eval pyrolysis and organic petrographic methods. Advanced Applied Geology, 13(3):782-793. https://doi.org/10.22055/aag.2023.43214.2349
Ammari A. and Alipour M. 2024. Organic geochemistry and petrography of the early Cretaceous Garau Formation in the Kabir-Kuh Anticline, Ilam. Journal of Stratigraphy and Sedimentology Researches, 40(3): 29-46. https://doi.org/10.22108/jssr.2024.142350.1294
Aubry M. 1998. Early Paleogene calcareous nannoplankton evolution: a tale of climatic amelioration, in Aubry, M., Lucas, S. G., and Berggren, W. A., eds., Late Paleocene–early Eocene Biotic and Climatic Events in the Marine and Terrestrial Records, Columbia University Press, p. 158-201.
Bordenave M. 2014. Petroleum systems and distribution of the oil and gas fields in the Iranian part of the Tethyan region. https://doi.org/10.1036/13431865M1063614
Bown P. R. and Young J. R. 1998. Techniques in Bown, P. R., ed., Calcareous Nannofossil Biostratigraphy: Dordrecht, Boston, London, Kluwer Academic Publishers, p. 16-28. https://doi.org/10.1007/978-94-011-4902-0_2
Bustin R. M. Cameron A. R. Grieve D. A. and Kalkreuth W. D. 1985. Coal Petrology - its principles, methods, and applications, 250 p.
Gibbs S. J. Bralower T. J. Bown P. R. Zachos J. C. and Bybell L. M. 2006. Shelf and open-ocean calcareous phytoplankton assemblages across the Paleocene-Eocene Thermal Maximum. Implications for global productivity gradients. Geology, 34(4): 233-236. https://doi.org/10.1130/G22381.1
Hackley P. C. and Cardott B. J. 2016. Application of organic petrography in North American shale petroleum systems: A review. International Journal of Coal Geology, 163:8-51. http://dx.doi.org/10.1016/j.coal.2016.06.010
James G. and Wynd J. 1965. Stratigraphic nomenclature of Iranian oil consortium agreement area. AAPG bulletin, 49(12): 2182-2245. https://www.google.com/search?q=https://doi.org/10.1306/A663388A-16C0-11D7-8645000102C1865D
Kahn A. and Aubry M.-P. 2004. Provincialism associated with the Paleocene/Eocene thermal maximum: temporal constraint. Marine Micropaleontology, 52(1-4): 117-131. https://doi.org/10.1016/j.marmicro.2004.04.003
Khazami M. and Alipour M. 2024. Combining Rock-Eval pyrolysis and organic petrographic techniques to study the organic facies of the Pabdeh Formation in the Rag-e-Sefid Oilfield, SW Iran. Advanced Applied Geology, 14(1): 91-105. https://doi.org/10.22055/aag.2023.43221.2350
Khazami M. and Alipour M. 2025. Organic petrography and geochemistry of the Pabdeh Formation in Khaviz and Mansourabad anticlines, SW Iran. Journal of Stratigraphy and Sedimentology Researches, 41(1): 79-97. https://doi.org/10.22108/jssr.2025.144148.1306
Martini E. 1971. Standard Tertiary and Quaternary calcareous nannoplankton zonation, in Proceedings 2nd International Conference on Planktonic Microfossils, Italy, p. 739-785
McInerney F. A. and Wing S. L. 2011. The Paleocene-Eocene Thermal Maximum: A perturbation of carbon cycle, climate, and biosphere with implications for the future. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 39(1): 489-516. https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133431
Miller K. Schmelz W. Browning J. Rosenthal Y. Hess A. Kopp R. and Wright J. 2024. Global mean and relative sea-level changes over the past 66 Myr: implications for early Eocene ice sheets. Earth Science, Systems and Society, 4(1): 10091. https://doi.org/10.3389/esss.2023.10091
Motiei H, 1993. Stratigraphy of Zagros, in Hushmandzadeh, A., ed., Treatise of Geology of Iran, Volume 1: Tehran, Geological Survey of Iran, 536 p.
Perch-Nielsen K. 1985. Cenozoic calcareous nannofossils, in Bolli H. M. Saunders J. B. and Perch-Nielsen K. eds., Plankton Stratigraphy, Cambridge University Press, p. 427-554.
Peters K. E. Walters C. C. and Moldowan J. M. 2005. The biomarker guide, Cambridge university press, V. 1, 480 p
Piryaei A. and Davies R. B. 2024. Petroleum geology of the Cenozoic succession in the Zagros of SW Iran. A sequence stratigraphic approach. Journal of Petroleum Geology, 47(3): 1-56. https://doi.org/10.1111/jpg.12864
Safaei-Farouji M. Kamali M. R. and Hakimi M. H. 2021. Hydrocarbon source rocks in Kazhdumi and Pabdeh formations - A quick outlook in Gachsaran oilfield, SW Iran. Petroleum Exploration and Production Technology, 12:1489-1507. https://doi.org/10.1007/s13202-021-01413-w
Sharland P. R. Archer R. Casey D. M. Davies R. Hall S. H. Heward A. P. Horbury A. D. and Simmons M. 2001. Arabian plate sequence stratigraphy, Manama Bahrain, Gulf PetroLink, v. 4, 370 p.
Taylor G. H. Teichmüller M. Davis A. Diessel C. Littke R. and Robert P. 1998. Organic Petrology, Berlin, Stuttgart, Gebrüder Borntraeger, 704 p
Zachos J. C. Dickens G. R. and Zeebe R. E. 2008. An early Cenozoic perspective on greenhouse warming and carbon-cycle dynamics. Nature, 451(7176): 279-283. https://doi.org/10.1038/nature06588
Journal of Stratigraphy and Sedimentology Researches

Articles in Press, Corrected Proof
Available Online from 22 July 2025

Files

Share

How to cite

Statistics