黔北镇远牛蹄塘组黑色页岩沉积环境与有机质富集关系

通过矿物组分、主量元素、微量元素、碳氧同位素等特征,分析了黔北地区镇远县ZX井牛蹄塘组黑色页岩的岩相类型和不同岩相页岩的沉积环境及其与有机质富集间的关系。结果表明,牛蹄塘组下段以硅质页岩为主,TOC含量4.96%～10.10%;上段以富泥硅质页岩为主,TOC含量1.43%～9.04%。下段硅质页岩沉积于水流停滞的深水陆棚环境,沉积古水体为贫氧的还原状态;上段富泥硅质页岩沉积时期,仍为贫氧的还原环境,但水体滞留程度、还原性较下段硅质页岩沉积期弱。贫氧的还原环境是影响牛蹄塘组黑色页岩有机质富集的主要因素,热液作用和陆源碎屑对牛蹄塘组黑色页岩有机质富集的影响较小。     

沉积环境对页岩中有机质富集的约束

记录了蜀南地区五峰组—龙马溪组岩石学和地球化学资料,以恢复古环境和探讨有机质富集机理。研究表明,蜀南地区五峰组—龙马溪组主要发育硅质页岩、粉砂质页岩、黏土质页岩和含介壳灰质泥岩/泥质灰岩。五峰组平均TOC为3.36%,龙马溪组下部TOC最高,平均为3.99%,中上部TOC偏低,平均为1.22%。古生产力指示元素（Ba_生物、Cu/Al、Ni/Al、Si_过量）表明,在奥陶—志留转折期的大部分时间（除赫南特期）,蜀南海域表层水中具有较高的初级生产力。陆源输入指示元素（Al、Zr、Zr/Al）表明,五峰期陆源输入中等且变化较大,龙马溪早期为持续低值,但在中后沉积期逐渐增多。氧化还原敏感微量元素（Mo/Al、U/Al、V/Al）及Mo-TOC的相关性表明,五峰期海洋发育强受限的缺氧—静水环境,龙马溪早期水体保持缺氧—静水条件,但受限程度减弱,中后期海洋演化为氧化环境。晚奥陶世,蜀南海域发育有利的缺氧—静水环境和高古生产力,但较多的陆源输入一定程度上削弱了有机质富集。早志留世,海平面升降引起多个环境参数协同变化,使连续沉积的页岩地层中有机质富集程度存在显著差异。     

上扬子区下寒武统海相页岩岩相类型及沉积模式

上扬子区下寒武统牛蹄塘组页岩是我国南方地区页岩气重要勘探层系之一。通过露头、岩心、薄片、实验测试等资料综合分析,识别了该套页岩岩相类型及相关沉积作用方式,在水体氧化还原条件演变规律分析基础上总结了其沉积演化模式。牛蹄塘组页岩共包含6类岩相：富有机质硅质页岩、含粉砂硅质页岩、粉砂质页岩、黏土质页岩、泥质钙质页岩及粉砂质钙质页岩,主要体现为5种沉积作用方式：砂质机械沉积、钙质化学沉积、硅质生物沉积、泥质絮凝沉积及底流改造沉积。从底到顶,该套页岩表现为一套水体变浅的进积型演化序列,水体还原程度减弱,有机质保存条件变差。牛蹄塘组下段沉积期,盆地相区和陆棚相区分别以硅质生物沉积和钙质化学沉积为主,主体岩相类型为硅质页岩和钙质页岩;上段沉积期,盆地相区和陆棚相区分别以泥质絮凝沉积和砂质机械沉积为主,主体岩相类型为黏土质页岩和粉砂质混合质页岩。提出的牛蹄塘组页岩岩相发育模式及沉积演化规律能为研究区优质页岩的分布预测及页岩气勘探选区评价提供理论依据。     

湘中南地区中奥陶统烟溪组黑色页岩地球化学特征与有机质富集

为了研究湘中南地区中奥陶统烟溪组富含有机质的黑色细粒岩系的地球化学特征与富集模式,选取了宁远棉花坪(MHP)、双牌何家洞(HJD)、全州沙子塘(SZT)等剖面,测试样品的有机质丰度并对其主量、微量和稀土元素进行地球化学元素分析。结果表明：湘中南地区中奥陶统烟溪组有机地球化学指标较好,SiO₂质量分数高,属于优质烃源岩;黑色页岩有机质丰度比较高,w(TOC)平均值为2.12%,普遍高于2%,脆性矿物体积分数在50%以上,具有很好的生气能力。烟溪组内发育的大量硅质层主要为沉积成因,氧化还原参数U/Th, V/(V+Ni)等指标指示水体整体为贫氧的还原环境,烟溪组时期生产力较高;陆源物质输入、氧化还原环境、海平面相对变化和古生产力等方面因素共同影响着有机质的富集,烟溪组页岩有机质的富集主要受控于缺氧环境,属于“深水滞留盆地”的富集模式。     

川东—武陵山地区下寒武统牛蹄塘组页岩有机质富集模式

有机质富集、保存对页岩气资源评价、勘探选区和开发具有重大的指导意义。以川东—武陵山地区下寒武统牛蹄塘组页岩为例,利用岩石地球化学、油气地球化学和沉积岩石学方法和技术对牛蹄塘组有机质丰度、有机质来源及古环境演化进行了分析,对川东—武陵山地区页岩有机质富集和保存条件进行了评价。结果表明:牛蹄塘组页岩有机质主要来自于蓝藻、红藻、褐藻等自生海洋藻类;相比于牛蹄塘组高位体系域,在牛蹄塘组海侵体系域页岩沉积期,温暖湿润的古气候和大规模海侵使得海平面快速上升,海侵导致深水陆棚、斜坡甚至部浅水陆棚处于贫氧—缺氧环境,该深水贫氧—缺氧还原环境（部分硫化还原环境）有利于有机质保存,在川东—武陵山地区上形成大面积富有机质页岩。      

黔北下寒武统黑色岩系的沉积环境与地球化学响应

下寒武统黑色岩系在我国华北、华南及塔里木盆地等广泛发育,但富有机质泥页岩的分布特征及其控制因素未有定论。本文对黔北地区下寒武统牛蹄塘组(及同时期地层)不同沉积相带典型剖面中的富有机质泥页岩及其上下层位进行了地球化学分析,识别出寒武纪早期不同沉积相带氧化还原环境的明显差异。台内凹陷相主要岩性为黑色页岩,底部为不等厚的薄层磷块岩和硅质岩或硅磷质结核,沉积的黑色页岩厚度大,有机质丰度高,V、Ni、Mo、U等微量元素显著富集,反映了贫氧-缺氧环境,以及短暂动态的硫化环境,Mo/TOC反映了其为局限盆地特征;上斜坡相为贫氧到氧化的沉积环境,但更多地是表现为氧化的沉积环境,其中牛蹄塘期存在局部的硫化环境,沉积的黑色页岩厚度小,但有机质丰度最高,V、Ni、Mo、U等微量元素的富集程度较低;盆地相为黑色硅质岩与富有机质的黑色硅质页岩间互沉积,同期沉积厚度较小,有机质丰度相对较低,V和U的富集程度大于台内凹陷相,而Ni和Mo的富集程度则低于台内凹陷相,指示了缺氧环境,期间伴随有贫氧和短暂的氧化环境存在,且可能存在局部的硫化环境,Mo/TOC反映了中等的局限程度。总的来说,黔北下寒武统黑色岩系的有机质丰度...     

黔北地区牛蹄塘组页岩有机质富集及有机质孔隙发育机制研究

基于上扬子黔北地区下寒武统牛蹄塘组典型钻孔剖面,通过对代表性样品TOC含量、矿物组成、主量元素、微量元素、孔隙特征等测试分析,对黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩有机质特征、沉积环境以及孔隙发育机制开展了系统研究,为黔北地区牛蹄塘组页岩气的勘探提供参考。黔北地区牛蹄塘组中、下段发育富有机质页岩,TOC含量平均值为2.53%,TOC含量大于2.0%的富有机质页岩累积厚度约80 m。对氧化-还原环境敏感参数U/Th、Mo/Al和U/Al的研究表明,富有机质页岩形成于强还原性的沉积环境。牛蹄塘组中段富含黏土矿物的中等TOC含量页岩段较底部贫黏土矿物的高TOC含量页岩段孔体积和孔比表面积更高,有机质孔发育更好,可能与剖面下段排烃效率较高有关。富含黏土矿物的中等TOC含量页岩黏土矿物粒间孔较为发育,为生烃期原油或者运移沥青提供了一定的储集空间,并在更高热演化条件下二次裂解成气产生有机质孔。牛蹄塘组中段中等TOC含量页岩段较底部的高TOC含量页岩段为更有利的页岩气富集层段。     

鄂尔多斯盆地东缘大宁–吉县地区山西组山2 3亚段海陆过渡相页岩岩相与沉积环境变化

鄂尔多斯盆地东缘大宁–吉县地区二叠系山西组山₂ 3亚段海陆过渡相页岩是未来非常规油气勘探的重点目标,通过野外露头观察、岩心描述、薄片鉴定,结合全岩衍射、特征微量元素测试等手段,划分出硅质页岩相、硅质黏土质页岩相、钙质硅质(或硅质钙质)页岩相、黏土质页岩相4种页岩岩相类型。岩石学特征、地球化学指标表明,山₂ 3亚段继承了太原组沉积晚期地形平缓的陆表海格局,大规模海侵导致本区在山₂ 3沉积早期快速演化为海湾环境,沉积环境由氧化转为还原,水体盐度接近正常海水,有机质保存有利,形成了该亚段下部富有机质页岩相,其中钙质硅质(或硅质钙质)页岩相是相对优质的富有机质页岩岩相,具有高有机质含量、高脆性矿物含量、低黏土含量的特点,为页岩气开发有利层段。进入山₂ 3沉积晚期,区内逐渐演化为障壁岛沉积体系,在潟湖、滨岸沼泽环境中发育硅质黏土质页岩相、黏土质页岩相,虽多次受海侵影响,但海水影响程度总体上逐渐减弱,水体盐度呈降低趋势,沉积环境趋于氧化,有机质的保存条件变差,导致有机质含量总体偏低,同时脆性矿物含量偏少,不利于勘探开发。      

黔北牛蹄塘组和龙马溪组沉积环境及有机质富集机理——以RY1井和XY1井为例

下寒武统牛蹄塘组和下志留统龙马溪组是我国南方海相页岩气勘探的优选层位,调查结果显示RY1井牛蹄塘组总有机碳含量平均为4.24%,XY1井龙马溪组总有机碳含量平均为2.08%,且中国南方牛蹄塘组总有机碳含量普遍高于龙马溪组。为探究二者有机质富集差异,研究基于RY1井和XY1井样品,采用具有环境意义的矿物学和微量元素地球化学方法,对这两套富有机质页岩的古气候、古氧化还原条件、深部物源和上升洋流等沉积环境条件展开讨论。RY1井样品Sr/Cu除去异常点后平均值为2.69,XY1井样品Sr/Cu平均值为5.205,认为牛蹄塘组形成条件更为温湿,有利于有机质的富集;还原条件有利于有机质的保存,V/Cr值结果表明牛蹄塘组还原性更强,但其有机质的富集可能还受到其他因素影响;RY1井样品Co/Zn平均值为0.098,XY1井样品Co/Zn平均值为0.153,结合微量元素、铂族元素等分析结果,认为牛蹄塘组和龙马溪组在形成时受深部物源的作用,且牛蹄塘组受到的作用更显著;上升洋流将洋底的营养物质带到陆棚环境中,提高有机质的生产率,使有机质富集,稀土元素数据显示上升洋流对牛蹄塘组作用显著,而对龙马溪组作用不明显,因此有机质富集程度不如牛蹄塘组。     

渝东南YK1井下寒武统牛蹄塘组底部黑色页岩沉积环境及有机质富集机制

渝东南YK1井下寒武统牛蹄塘组底部发育富有机质黑色页岩,是我国南方海相页岩气勘探的重要目的层位之一,对YK1井样品分析测试表明其TOC平均含量约为3.75%。沉积环境控制了有机质的形成,而有机质是页岩气的重要赋存场所。为了研究该套黑色页岩形成的沉积环境及有机质富集机制,针对其中具有环境意义的矿物学和微量元素地球化学特征进行研究。Couch法古盐度范围为10.733‰~34.687‰,平均值为22.358‰,B/Ga比值为2.190~10.000,平均值为5.500,表明该区域水体大致属于咸水-半咸水范畴,渝东南YK1井下寒武统牛蹄塘组沉积于浅海陆棚环境。稀土元素中Ce负异常,V/Cr比值范围为1.300~13.776,平均值为4.648以及镜下观察到的草莓状黄铁矿都表明样品形成于还原环境。微量元素、稀土元素等分析表明研究区牛蹄塘组不同层位曾受到上升洋流带来的深部热液的影响。有机质富集机制方面,当环境条件达到有利于有机质保存所需的还原条件后,还原程度的强弱不再是决定有机质富集程度的主要因素;上升洋流对有机质的富集起到了促进作用;古盐度的变化对有机质的富集影响不大。     

湘中涟源凹陷上泥盆统佘田桥组页岩地球化学特征及有机质富集机理

上泥盆统佘田桥组是湘中地区页岩气勘探的重要层系之一.为了探讨湘中地区涟源凹陷上泥盆统佘田桥组黑色泥页岩有机质富集机理,系统采集了区内湘新地3井佘田桥组20个泥页岩岩心样品,开展有机碳含量、主量元素、微量元素以及稀土元素等地球化学特征测试,分析佘田桥组页岩的古盐度、古气候、古氧化还原条件和古生产力等古沉积环境.结果表明:佘田桥组底部层段有机碳含量较高（1.28%~2.68%）,平均值为1.69%.页岩主要成分为SiO₂（50.27%）、Al₂O₃（13.66%）、CaO（11.55%）.微量元素Rb、Sr和Zr富集而Co、Mo、Sc和Hf亏损.Sr/Ba、化学蚀变指数（CIA）、Th/U、V/Sc、V/Cr、δU比值表明佘田桥组富有机质页岩段沉积环境为淡水-半咸水、干旱的贫氧-次富氧环境,贫有机质页岩段为咸水、干旱-半干旱的富氧环境.结合区域层序地层特征,综合对比佘田桥组有机碳含量（TOC）与古氧化还原条件、古生产力条件的相关性,揭示出涟源凹陷佘田桥组富有机质页岩段有机质富集的主控因素为古氧化还原环境,而贫有机质页岩段有机质主要来源于陆源供给.      

上扬子西南缘下志留统细粒沉积岩有机质富集机理研究 ——以盐津牛寨剖面为例

利用化学元素行为特征的差异性,以总有机碳(TOC)、主量元素和微量元素的含量或比值判别四川盆地西南缘盐津牛寨剖面下志留统龙马溪组细粒沉积岩形成时的初级生产力、氧化还原条件、陆源供应的输入和盆地水体滞留程度等环境特征,并对比川南沉降中心(长宁剖面)和南川非沉降中心(南川剖面)龙马溪组的古环境参数,综合探讨了早志留世上扬子...     

Multiple Sources of Metals of Mineralization in Lower Cambrian Black Shales of South China: Evidence from Geochemical and Petrographic Study

Black shales of the Lower Cambrian Niutitang Formation in southern China (Huangjiawan mine, Zunyi region, northern part of the Guizhou Province) host regionally distributed stratiform polymetallic Ni‐Mo‐platinum group elements (PGE)‐Au phosphate‐ and sulfide‐rich ores. These are confined to a ≥0.2‐m thick ore horizon composed of mineralized bodies of algal onkolites, phosphate nodules, and sulfide and shale clasts in a mineralized phosphate‐ and organic matter‐rich matrix. Compared to footwall and hanging wall shales, the ore bed is strongly enriched in Ni (up to 100‐fold), As (up to 97‐fold), Mo (up to 95‐fold), Sb (up to 67‐fold), Rh (up to 49‐fold), Cu (up to 37‐fold), Pd (up to 33‐fold), Ru (up to 24‐fold), Zn (up to 23‐fold), Pt (up to 21‐fold), Ir (up to 15‐fold), Co (up to 14‐fold), and Pb (up to 13‐fold). Even footwall and hanging wall black shales are significantly enriched by Mo (21‐fold) and Ni (12‐fold) but depleted in Cr in comparison to average Cambrian black shale. Organic matter is represented by separate accumulations dispersed in the rock matrix or as biotic bitumen droplets and veinlets in ore clasts. Similar organic carbon (C_org) values in an ore bed and enclosing footwall and hanging wall shales of little mineralization indicate that metal accumulation was not controlled only by biogenic productivity and organic matter accumulation rate. Evaporitic conditions during sedimentation of the basal part of the Niutitang Formation were documented by an occurrence of preserved Ni‐, V‐, Cr‐, and Cu‐enriched phosphate‐rich hardground with halite and anhydrite pseudomorphs on the paleosurface of the underlying Neoproterozoic carbonates. Neoproterozoic black shales of the Doushantuo Formation are characterized by increased metal concentrations. Comparison of metal abundances in both hardground and Doushantuo black shales indicate that black shales could have become a source of metal‐rich hardground during weathering. The polymetallic Ni‐Mo‐PGE sulfide‐rich ore bed is interpreted to represent a remnant of shallow‐water hardground horizon rich in metals, which originated in a sediment‐starved, semi‐restricted, seawater environment. During the Early Cambrian transgression an influx of fresh seawater and intensive evaporation, together with the hydrothermal enrichment of seawater in a semi‐restricted basin, resulted in the formation of dense metalliferous brines; co‐precipitation of metals together with phosphates and sulfides occurred at or above the oxic–anoxic sediment interface. Metal‐enriched hardground was disintegrated by the action of waves or bottom currents and deposited in a deeper part of the anoxic basin. Contemporaneously with the formation of a polymetallic Ni‐Mo‐PGE‐Au sulfide ore bed, economic sedimentary exhalative (SEDEX)‐type barite deposits were forming in a stratigraphically and geotectonically similar setting. The results of geochemical study at the Shang Gongtang SEDEX‐type Ba deposit indicate that concentrations of Ag, As, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Sb, V, Zn and other metals decrease from top of the barite body toward the hanging wall black shale. Lower Cambrian black shales of the Niutitang Formation above the barite body also display similar element abundances as Neoproterozoic black shales of the Doushantuo Formation, developed in the footwall of the barite body. But the geochemical composition of the sulfide layer is different from the Ni‐Mo ore bed, showing only elevated Pb, Cu, Ni and Mo values. It is suggested that hydrothermal brines at Shang Gongtang might have leached metals from footwall Neoproterozoic sequences and became, after mixing with normal seawater, an additional source of Ag, Cr, Cu, Pb, Sb, Zn, Ni, PGE, V and other metals.     

扬子陆块下古生界页岩发育特征与沉积模式

为了深入探讨扬子陆块下古生界页岩发育与分布特征、建立沉积模式,系统收集与整理了扬子陆块下寒武统牛蹄塘组与上奥陶统-下志留统五峰-龙马溪组两套富有机质页岩大量数据,选取贵州省三都县渣拉沟及四川省筠连县昭104井两个典型剖面与井岩芯进行了系统观察与采样,对扬子陆块范围内两套富有机质页岩岩性与沉积相发育特征进行了系统分析.研究表明,早古生代以来,扬子陆块受被动大陆边缘扩张与陆缘造山挠曲坳陷两类成盆环境影响[1-2],牛蹄塘组页岩沉积于被动大陆边缘扩张环境,缘于上升洋流与缺氧事件复合沉积模式,富有机质页岩以扬子陆块东南缘深水陆棚-斜坡相区最为发育、厚度最大、有机碳含量最高;五峰-龙马溪组页岩沉积于加里东期周缘前陆造山环境,缘于浅水陆棚-闭塞滞留海湾沉积模式,富有机质页岩以中上扬子陆块东南缘深水陆棚区最为发育、厚度最大、有机碳含量最高.     

贵州开阳磷矿地区下寒武统牛蹄塘组地层层序及其As、Sb、Au、Ag丰度异常与赋存状态研究

贵州开阳磷矿地区出露较为完整的下寒武统黑色岩系层序,这套黑色岩系中富含多种金属元素,但目前对岩系中主要低温成矿元素As、Sb、Au、Ag的地球化学背景异常与分布规律了解极少,对其形成背景与赋存状态无法进行深入讨论。本文以开阳磷矿地区下寒武统牛蹄塘组黑色岩系剖面作为研究对象,通过详细的野外地质调查、系统采样并进行地球化学分析、全岩硫同位素分析及黄铁矿电子探针分析,划分了详细的牛蹄塘组地层层序,对主要低温成矿元素(As、Sb、Au、Ag)的丰度异常、富集特征及赋存状态进行了研究,结果表明,黑色岩系中普遍富集As、Sb、Ag三种主要低温成矿元素,Au也在大部分层位富集。四种元素具有层控性的特点,在牛蹄塘组下部有机质含量较高的黑色白云质粉砂质页岩和黑色页岩层位中具有较高的元素丰度异常,在泥岩和粉砂岩混合层位元素丰度异常较低,钙质成分含量较高的层位元素含量较低。黄铁矿是黑色页岩中金的主要赋存矿物,也是Sb的重要赋存矿物,同时是Ag和As的次要赋存矿物;不同类型的黄铁矿,元素富集规律也不相同:As、Ag更容易富集在不规则集合体和草莓状黄铁矿中,Sb和Au则在散布的单颗粒黄铁矿中富集系数最高。     

基于硫元素化学种等指标的页岩氧化还原条件判识

氧化还原条件是控制页岩岩性特征和有机质保存的重要因素之一,可以使用多种地球化学方法对其进行评估。为了探讨相关地球化学指标对海相页岩沉积环境氧化还原条件的适用性,对四川盆地长宁地区N208井筇竹寺组和龙马溪组20个岩心样品进行的总有机碳含量（TOC）、硫元素化学种和主微量元素含量测试结果显示:筇竹寺组和龙马溪组底部层段的有机碳含量总体较高,平均值分别为3.73%和3.50%;向上有机碳含量普遍变低,平均值分别为0.410%和1.70%。筇竹寺组页岩的硫元素化学种以还原态硫为主,揭示其沉积水体还原程度高;相较而言,龙马溪组页岩的还原态硫含量相对较低,表明其沉积水体的还原性比筇竹寺组弱,为相对的弱还原环境。结合微量元素富集系数构建的S-Mo_EF-TOC体系判识结果显示:筇竹寺组页岩整体上属于贫硫酸盐的厌氧环境,其底部为厌氧环境,向上还原程度变低;龙马溪组页岩总体为含硫酸盐的厌氧—贫氧环境,向上还原程度变低,表现为贫氧环境。这些分析结果可以为加深认识筇竹寺组和龙马溪组页岩层系的地球化学特征及页岩气资源潜力评价提供新的参考。     

敦煌盆地五墩凹陷中间沟组下段泥页岩地球化学特征及沉积模式

分析泥页岩形成的沉积环境对页岩气储层评价和甜点区优选具有重要意义。为深入探讨敦煌盆地五墩凹陷中间沟组下段富有机质泥页岩的形成环境和有机质聚集机制,以DY1井为研究对象,开展了总有机碳(TOC)含量、显微组成、碳同位素、主量元素、微量元素和稀土元素等测试。结果表明,五墩凹陷中间沟组下段岩性为灰黑色炭质泥页岩、粉砂质泥页岩夹薄煤层等,泥页岩具有较高的TOC含量,质量分数介于0.53%～25.25%,均值为8.18%,成熟度Rran介于0.74%～1.21%。Mo含量、P/Ti值和有机质显微组成表明,中间沟组下段沉积水体具有较低的初级生产力,高丰度有机质主要来自于陆源高等植物,反映了研究区浅水三角洲–半深湖环境下泥页岩的古生产力不是有机质聚集的关键控制因素;V/(V+Ni)、Ce_anom、Th/U和U_EF-Mo_EF协变模式等揭示中间沟组下段泥页岩形成于缺氧环境;Sr/Cu、Rb/Sr和气候指数C等指标反映了温暖–半干旱的古气候条件;Sr/Ba、Ba/Ga、Ca/(Fe+Ca)和Al₂O₃