華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖：多維度解析與地質意義探究一、引言1.1研究背景與意義華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖作為地質研究的關鍵對象，蘊含著豐富的地質信息，對揭示地球演化歷程、推動能源勘探開發(fā)等具有重要意義。下寒武統(tǒng)時期，華南中上揚子地區(qū)經歷了復雜的地質變遷，沉積環(huán)境多樣，造就了黑色頁巖獨特的形成條件。這些黑色頁巖廣泛分布于該地區(qū)，厚度和巖性特征各異，記錄了當時的古地理、古氣候以及古海洋環(huán)境的演變。例如，上揚子地區(qū)在早寒武世初整體下沉，大部分地區(qū)演變?yōu)殛懪锍练e，形成了區(qū)域性深水滯留缺氧的環(huán)境，為黑色頁巖的沉積提供了條件。其巖性主要為黑色碳質頁巖、黑色硅質頁巖、石煤及深灰色粉砂質頁巖，這些巖石類型在空間上的分布和組合關系，反映了當時沉積環(huán)境的復雜性和多樣性。從地質演化角度來看，黑色頁巖的沉積與當時的構造運動、海平面變化密切相關。華南地區(qū)在寒武紀時期處于板塊運動的活躍地帶，構造運動導致了地形的起伏和海陸格局的變化，進而影響了沉積環(huán)境。海平面的升降變化也對黑色頁巖的沉積產生了重要影響，當海平面上升時，水體加深，形成了有利于有機質保存的缺氧環(huán)境，促進了黑色頁巖的沉積；而海平面下降時，沉積環(huán)境發(fā)生改變，黑色頁巖的沉積可能受到抑制。通過對黑色頁巖的沉積學研究，能夠深入了解當時的沉積環(huán)境和沉積過程，為重建古地理格局提供重要依據(jù)。例如，通過對黑色頁巖中沉積構造、粒度分布等特征的分析，可以推斷沉積時的水動力條件、物源方向等信息，從而揭示古地理環(huán)境的演變。在能源勘探領域，下寒武統(tǒng)黑色頁巖具有巨大的潛力。頁巖氣作為一種重要的非常規(guī)天然氣資源，在全球能源結構中占據(jù)著越來越重要的地位。華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖有機質含量高，部分區(qū)域有機碳含量最高可達12%，且分布范圍廣泛，具備形成大規(guī)模頁巖氣藏的物質基礎。其儲集空間主要包括微孔、納孔及裂隙等，這些孔隙和裂隙為頁巖氣的儲存和運移提供了通道。研究表明，上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖具有較高的孔隙度和滲透率，有利于頁巖氣的儲集和運移。此外，該地區(qū)的構造背景相對穩(wěn)定，斷裂發(fā)育較少，有利于頁巖氣藏的保存和富集。因此，深入研究該地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的地質特征，對于準確評估頁巖氣資源潛力、指導頁巖氣勘探開發(fā)具有重要的現(xiàn)實意義。通過對黑色頁巖的地球化學特征分析，如有機質類型、成熟度、微量元素等，可以進一步了解頁巖氣的生成、運移和聚集規(guī)律，為頁巖氣勘探提供科學依據(jù)。華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的研究，無論是對于揭示地球演化的奧秘，還是滿足日益增長的能源需求，都具有不可替代的重要性，值得深入探究。1.2國內外研究現(xiàn)狀在沉積學方面，國內外學者已取得了一系列重要成果。國外研究如對北美頁巖的研究，為沉積學理論提供了豐富案例，推動了深水沉積、濁流沉積等理論的發(fā)展。國內針對華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖，眾多學者開展了深入研究。通過對露頭、巖心的詳細觀察以及粒度分析、沉積構造研究等手段，對其沉積環(huán)境和沉積相有了較為清晰的認識。研究表明，下寒武統(tǒng)時期，上揚子地區(qū)主要處于淺海相沉積環(huán)境，黑色頁巖多形成于深水、半深水的盆地、斜坡等區(qū)域。在黔北地區(qū)，下寒武統(tǒng)海相黑色泥頁巖形成于相對穩(wěn)定的沉積盆地，接受了大量陸源碎屑和海洋生物殘骸，在缺氧還原環(huán)境下經長時間壓實成巖作用而形成。學者們還對沉積相帶進行了劃分，根據(jù)沉積特征、巖性組合和古地理背景等因素，將該地區(qū)劃分為深水盆地相、斜坡相、臺地邊緣相等多個沉積相帶，這有助于更深入地理解當時的沉積環(huán)境和沉積過程。在層序地層學領域，國外在層序地層學理論和方法上不斷創(chuàng)新，建立了多種層序地層模式，如Vail等提出的經典層序地層模式，為全球層序地層研究奠定了基礎。國內對華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)的層序地層研究也取得了一定進展。通過對關鍵層序界面的識別和對比，建立了區(qū)域層序地層格架。魏小松等對鄂西—黔南地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖進行旋回地層學研究，認為鄂西ND1井牛蹄塘組可與黔南HY1井九門沖組進行層序對比，且均可劃分出兩個三級層序，在整個上揚子地區(qū)具有對應性，并利用自然伽馬曲線開展旋回地層學分析，識別出主要天文周期，建立了天文年代標尺。然而，不同地區(qū)下寒武統(tǒng)地層的橫向對比還存在爭議，缺乏統(tǒng)一認識，在層序地層劃分的精度和等時性對比方面仍有待提高。地球化學研究方面，國外在頁巖地球化學分析技術和理論上處于領先地位，如先進的同位素分析技術、微量元素分析技術等，為頁巖地球化學研究提供了有力支持。國內對該地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的地球化學研究也較為深入。在有機質地球化學方面，研究了有機質豐度、類型和成熟度等特征，發(fā)現(xiàn)上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖有機質豐度普遍較高，為頁巖氣的生成提供了充足物質基礎。在元素地球化學方面，分析了黑色頁巖中微量元素、稀土元素等的含量和分布特征，探討了其地質意義。于炳松等對塔里木盆地下寒武統(tǒng)底部黑色頁巖的微量元素、稀土元素和鉑族元素地球化學進行分析，發(fā)現(xiàn)其與深部流體有關的微量元素明顯富集，稀土元素分布模式具有獨特特征。但在地球化學指標與沉積環(huán)境、構造演化的耦合關系研究上還不夠深入，對一些特殊地球化學現(xiàn)象的解釋存在分歧。當前研究仍存在一些不足與空白。在沉積學研究中，對沉積過程的定量分析較少，缺乏對沉積速率、物源輸入等參數(shù)的精確測定和分析，難以準確重建古地理環(huán)境的動態(tài)變化過程。層序地層學研究中，不同地區(qū)地層對比的不確定性影響了對區(qū)域地質演化的整體認識，且在層序形成的動力學機制研究方面較為薄弱。地球化學研究雖然取得了較多成果，但對頁巖氣生成、運移和聚集過程中的地球化學行為研究不夠系統(tǒng)，缺乏對復雜地質條件下地球化學過程的模擬和驗證。未來研究可在這些方面加強探索，以深化對華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的認識。1.3研究內容與方法本研究將圍繞華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖展開多方面研究，旨在深入揭示其地質特征和形成演化機制。在沉積特征研究方面，通過詳細的野外地質調查，對該地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的露頭進行系統(tǒng)觀察，記錄其巖石顏色、層理構造、沉積韻律等宏觀特征。例如，在不同地區(qū)的露頭觀察中，注意黑色頁巖與其他巖石類型的接觸關系，判斷其沉積的連續(xù)性和間斷性。對巖心樣品進行顯微鏡下觀察，分析巖石的礦物組成、粒度分布、顆粒形態(tài)等微觀特征，以確定沉積時的水動力條件和物源性質。利用粒度分析技術，獲取黑色頁巖的粒度參數(shù)，繪制粒度概率累積曲線，判斷其沉積環(huán)境，如河流相、湖泊相或海洋相。通過對沉積構造的研究，如交錯層理、波痕、泥裂等，推斷沉積時的水流方向、能量變化等信息，重建古地理環(huán)境。層序地層劃分也是重要研究內容之一。依據(jù)野外露頭和鉆井資料，識別關鍵的層序界面，如不整合面、海泛面等。不整合面通常表現(xiàn)為地層的缺失或沉積間斷，海泛面則是在沉積過程中由于海平面上升形成的相對平坦的界面。根據(jù)層序界面的特征和分布，將下寒武統(tǒng)地層劃分為不同級別的層序，建立區(qū)域層序地層格架。利用地震資料，對層序地層格架進行橫向對比和驗證，確保層序劃分的準確性和等時性。通過分析層序內的沉積相變化、海平面升降旋回等，探討層序的形成機制和演化規(guī)律，以及與區(qū)域構造運動的關系。地球化學特征研究包括多個方面。在有機質地球化學方面，分析黑色頁巖的有機質豐度，通過測定有機碳含量，了解其作為烴源巖的潛力。對有機質類型進行鑒定，采用熱解分析、顯微鏡觀察等方法，確定有機質是腐泥型、腐殖型還是混合型，判斷其主要的生源物質。研究有機質的成熟度，利用鏡質體反射率、熱解參數(shù)等指標，確定有機質的熱演化程度，評估頁巖氣的生成階段。在元素地球化學方面，分析黑色頁巖中常量元素、微量元素和稀土元素的含量和分布特征。常量元素如硅、鋁、鐵、鈣等的含量變化，反映了巖石的物質來源和沉積環(huán)境的變化；微量元素如釩、鎳、鉬等的含量與沉積環(huán)境的氧化還原條件密切相關；稀土元素的分布模式則可以提供關于物源區(qū)性質、沉積環(huán)境和地質演化的信息。通過分析這些元素的地球化學特征，探討其與沉積環(huán)境、構造演化的耦合關系。本研究還將探討沉積特征、層序地層和地球化學特征之間的相互關系。研究沉積環(huán)境對有機質富集和保存的影響，例如在深水缺氧的沉積環(huán)境中，有利于有機質的保存，從而提高黑色頁巖的有機質豐度。分析層序地層演化對地球化學特征的控制作用，在不同的層序界面和沉積相帶，地球化學元素的含量和分布可能會發(fā)生顯著變化。通過綜合研究這些相互關系，建立更加完善的地質模型，揭示華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的形成演化機制。為實現(xiàn)上述研究內容，本研究采用多種研究方法。野外調查是基礎，通過實地考察，詳細記錄地層的出露情況、巖石特征、構造現(xiàn)象等，采集具有代表性的樣品。樣品分析包括巖石學分析，利用顯微鏡對巖石薄片進行觀察，鑒定礦物組成、結構構造等；地球化學分析，采用先進的分析儀器，如元素分析儀、電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）等，測定樣品的有機碳含量、元素組成等；粒度分析，運用激光粒度分析儀測定樣品的粒度分布。數(shù)據(jù)分析方面，運用統(tǒng)計學方法，對大量的實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，找出數(shù)據(jù)的規(guī)律和特征；利用地質建模軟件，建立層序地層模型、地球化學模型等，直觀展示研究結果，深入分析地質過程。二、區(qū)域地質背景2.1華南中上揚子地區(qū)地質概況華南中上揚子地區(qū)地處中國南方，涵蓋了四川盆地、長江中上游地區(qū)以及貴州等部分區(qū)域，在地質構造上屬于華南板塊的重要組成部分。其地理位置獨特，北以秦嶺造山帶為界，南至江南—雪峰隆起，西臨青藏高原，東接下?lián)P子地區(qū)，在地質演化歷程中扮演著關鍵角色。該地區(qū)經歷了復雜的構造運動，從元古代到新生代，多期次的構造運動塑造了其現(xiàn)今的地質構造格局。在元古代晚期，揚子板塊經歷了晉寧運動，使得揚子古板塊硬性基底形成，呈現(xiàn)出“兩弧夾一盆”的模式，由康滇—川中—鄂西島弧和江南島弧，中間夾上元古界板溪群組成的黔桂湘弧間盆地構成，成為中國南方穩(wěn)定的核心。進入早加里東期，揚子古板塊發(fā)育成克拉通臺地，同時南華小洋盆開啟。揚子古板塊西緣受康滇古陸和龍門山島鏈隆升影響，整體呈現(xiàn)西高東低的臺地相沉積態(tài)勢，江南隆起處于揚子古板塊與南華小洋盆的過渡區(qū)，南華小洋盆有濁積巖充填，后于早加里東期閉合，形成褶皺區(qū)。在古生代，中上揚子地區(qū)沉積環(huán)境復雜多變。早寒武世初，整個地區(qū)整體下沉，大部分區(qū)域演變?yōu)殛懪锍练e環(huán)境，為黑色頁巖的形成創(chuàng)造了有利條件。在這一時期，上揚子地區(qū)形成了區(qū)域性深水滯留缺氧的陸棚到斜坡環(huán)境，沉積了黑色碳質頁巖、黑色硅質頁巖、石煤及深灰色粉砂質頁巖等。中寒武世至晚寒武世，沉積環(huán)境有所變化，碳酸鹽巖沉積逐漸增多，在一些區(qū)域形成了碳酸鹽臺地，如中揚子碳酸鹽臺地，其周圍烴源巖的分布受沉積相控制，陸棚邊緣盆地相發(fā)育烴源巖，而淺海陸棚相、濱淺海相、臺緣灘相、臺緣斜坡相、局限臺地相等沉積相帶的碎屑巖、碳酸鹽巖有機質含量較低，烴源巖發(fā)育較差。在志留紀末，受廣西運動影響，南華小洋盆關閉，下古生界地層褶皺變質，火成巖體侵入，揚子古板塊變形，形成了如樂山—龍女寺古隆起和湘鄂西坳陷等大隆大坳的構造背景。海西期，揚子古板塊及其周邊處于拉張構造背景，北緣出現(xiàn)阿尼瑪卿—勉略—大別山小洋盆，西緣出現(xiàn)康定、木里等三聯(lián)點，南緣出現(xiàn)南盤江裂陷槽，內部出現(xiàn)攀西裂谷帶，還伴隨峨眉山玄武巖噴發(fā)。進入中生代，印支運動對中上揚子地區(qū)影響深遠。中三疊世末的印支期早幕，古太平洋板塊可能沿長樂—南澳斷裂帶俯沖，導致華南褶皺區(qū)大部分抬升，形成內陸隆起和坳陷。揚子古板塊北緣的阿尼瑪卿—勉略—大別山小洋盆關閉，完成與華北板塊的拼接；西緣的甘孜—阿壩邊緣海關閉，成為四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組的物源區(qū)；南緣的南盤江裂陷槽也關閉。在揚子古板塊四周隆升作用下，大型陸相四川原型盆地形成，該時期的構造運動使得中上揚子地區(qū)的沉積環(huán)境發(fā)生了顯著變化，從海相沉積逐漸轉變?yōu)殛懴喑练e。燕山期，華南板塊東緣發(fā)生碰撞和巖漿活動，地殼強烈變動，其強度由東向西減弱。在粵東和閩、浙海岸帶局部海侵，整個華南褶皺區(qū)多轉為內陸隆起和火山巖盆地，東南沿海出現(xiàn)大量火山巖噴發(fā)和花崗巖侵入。這些構造運動和巖漿活動對中上揚子地區(qū)的地層分布、巖石變形以及礦產資源的形成和分布都產生了重要影響。新生代以來，中上揚子地區(qū)主要受喜馬拉雅運動影響，區(qū)域構造活動相對穩(wěn)定，但在一些地區(qū)仍存在微弱的構造變形和升降運動，對地層的沉積和地貌的塑造產生一定作用。2.2下寒武統(tǒng)地層分布與巖性特征華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)地層分布廣泛，主要出露于四川盆地周緣、貴州北部、湖北西部以及湖南西北部等區(qū)域。在四川盆地，下寒武統(tǒng)地層主要分布于盆地的邊緣地帶，如川東南、川東北等地，這些地區(qū)的下寒武統(tǒng)地層保存相對較為完整，厚度較大，為研究提供了豐富的素材。在貴州北部，下寒武統(tǒng)地層在遵義、畢節(jié)等地有大面積出露，與周邊地區(qū)的地層具有良好的連續(xù)性，能夠為區(qū)域地層對比提供關鍵依據(jù)。湖北西部的宜昌、恩施等地以及湖南西北部的張家界、湘西州等地，下寒武統(tǒng)地層也有不同程度的出露，其巖性特征和沉積相在區(qū)域上具有一定的代表性。該地區(qū)下寒武統(tǒng)主要巖性包括黑色頁巖、硅質巖、碳酸鹽巖等，它們在不同區(qū)域呈現(xiàn)出特定的分布規(guī)律。黑色頁巖是下寒武統(tǒng)的標志性巖性之一，廣泛分布于深水、半深水的盆地、斜坡等沉積環(huán)境中。在上揚子地區(qū)，黑色頁巖主要形成于早寒武世早期，當時區(qū)域性深水滯留缺氧的陸棚到斜坡環(huán)境為其沉積提供了有利條件。如川西南—黔北地區(qū)，黑色頁巖厚度較大，有機碳含量高，最高可達12%，是頁巖氣勘探的重點目標區(qū)域。這些黑色頁巖主要由黑色碳質頁巖、黑色硅質頁巖、石煤及深灰色粉砂質頁巖組成，其巖石顏色深，主要是由于含有大量的有機質和細分散狀的黃鐵礦等雜質。在顯微鏡下觀察，可見黑色頁巖中有機質呈分散狀或條帶狀分布，與黏土礦物、石英等礦物緊密共生，反映了其在缺氧環(huán)境下的沉積特征。硅質巖在華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)中也有一定分布，常與黑色頁巖互層產出。在黔北地區(qū)，硅質巖多形成于相對深水的環(huán)境，其硅質來源可能與海底熱液活動、生物作用等有關。從巖石學特征來看，硅質巖主要由隱晶質或微晶質的石英組成，常具有致密堅硬的質地，顏色多為灰白色或灰黑色。在顯微鏡下，硅質巖中的石英顆粒細小，呈鑲嵌狀或櫛殼狀排列，部分硅質巖中還可見到生物硅質骨骼碎片，如海綿骨針、放射蟲等，表明生物作用在硅質巖形成過程中起到了重要作用。碳酸鹽巖在中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)中也占據(jù)一定比例，主要分布于淺海臺地相區(qū)。在中揚子碳酸鹽臺地，早寒武世滄浪浦期—龍王廟期發(fā)育了淺海陸棚相、濱淺海相、臺緣灘相、臺緣斜坡相、局限臺地相等沉積相帶的碳酸鹽巖。這些碳酸鹽巖巖性多樣，包括石灰?guī)r、白云巖等。石灰?guī)r主要由方解石組成，常見的結構有粒屑結構、生物骨架結構等，反映了較強的水動力條件和豐富的生物活動。白云巖則是由白云石組成，其形成可能與蒸發(fā)作用、交代作用等有關，常具有晶粒結構，顏色多為灰白色或淺黃色。在一些碳酸鹽巖中，還可見到疊層石等生物沉積構造，指示了當時溫暖、透光性好的淺海環(huán)境。2.3沉積環(huán)境背景早寒武世時期，華南中上揚子地區(qū)的沉積環(huán)境深受古海洋環(huán)境和古氣候條件的影響，呈現(xiàn)出獨特的特征，這些因素共同作用，對黑色頁巖的沉積起到了關鍵作用。古海洋環(huán)境方面，早寒武世初，上揚子地區(qū)整體下沉，演變?yōu)殛懪锍练e，形成了區(qū)域性深水滯留缺氧的環(huán)境。這種深水缺氧環(huán)境為黑色頁巖的沉積提供了得天獨厚的條件。在深水環(huán)境下，水體循環(huán)緩慢，底層水體與大氣的交換受到限制，導致溶解氧含量較低，形成了缺氧的沉積環(huán)境。這種缺氧環(huán)境抑制了微生物對有機質的分解作用，使得大量的有機質得以保存并沉積下來，為黑色頁巖的形成提供了豐富的物質基礎。例如，在川西南—黔北地區(qū)，下寒武統(tǒng)黑色頁巖形成于這種深水滯留缺氧的陸棚到斜坡環(huán)境，有機碳含量高，最高可達12%，顯示出良好的有機質保存條件。海平面變化也是古海洋環(huán)境的重要因素之一。早寒武世時期，全球海平面呈現(xiàn)出上升的趨勢，這使得中上揚子地區(qū)的海水深度增加，陸棚范圍擴大，進一步促進了黑色頁巖的沉積。海平面上升導致水體加深，水動力條件減弱，使得細粒的沉積物能夠在相對穩(wěn)定的環(huán)境中沉積下來，有利于黑色頁巖的形成。同時，海平面上升還可能引發(fā)海水的倒灌，帶來豐富的營養(yǎng)物質，促進海洋生物的繁殖和生長，增加了有機質的來源。在一些地區(qū)，海平面的波動還會導致沉積環(huán)境的頻繁變化，形成不同巖性的互層，如黑色頁巖與硅質巖、碳酸鹽巖的互層，這些互層的形成反映了海平面變化對沉積環(huán)境的影響。古氣候條件在早寒武世時期也對黑色頁巖的沉積產生了重要影響。研究表明，早寒武世時期，全球氣候總體較為溫暖濕潤。溫暖濕潤的氣候條件有利于生物的繁衍和生長，使得海洋中的生物量大幅增加，為黑色頁巖的形成提供了更多的有機質來源。在溫暖濕潤的氣候環(huán)境下，海洋生態(tài)系統(tǒng)更加豐富多樣，浮游生物、底棲生物等大量繁殖，這些生物死亡后，其遺體在沉積過程中被埋藏并保存下來，逐漸轉化為有機質，最終形成黑色頁巖。溫暖濕潤的氣候還可能導致陸源物質的輸入增加。氣候濕潤使得陸地上的降水增多，河流流量增大，從而攜帶更多的陸源碎屑物質進入海洋。這些陸源碎屑物質與海洋中的生物遺體等混合沉積，影響了黑色頁巖的成分和結構。在一些地區(qū)的黑色頁巖中，可發(fā)現(xiàn)大量的陸源石英顆粒、黏土礦物等，這表明陸源物質在黑色頁巖形成過程中起到了重要作用。古氣候條件還可能影響海洋的化學性質。溫暖濕潤的氣候可能導致海水的溫度升高、鹽度降低，這種變化會影響海洋中化學物質的溶解度和反應速率，進而影響黑色頁巖中礦物質的沉淀和形成。在某些情況下，海水化學性質的變化可能導致硅質、磷質等礦物質的沉淀，與有機質一起沉積形成黑色頁巖。在黔北地區(qū)的一些黑色頁巖中，硅質含量較高，這可能與當時的古氣候條件導致的海水化學變化有關。三、沉積學特征3.1巖石學特征3.1.1黑色頁巖礦物組成華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖礦物組成復雜多樣，主要由黏土礦物、石英、長石、黃鐵礦等礦物構成，各礦物含量和分布特征在不同區(qū)域呈現(xiàn)出一定差異。黏土礦物在黑色頁巖中占據(jù)重要地位，平均含量可達30%-40%。通過X射線衍射分析等技術手段，發(fā)現(xiàn)黏土礦物以伊利石（I）含量最高，伊/蒙混層（I/S）含量不均且混層比低，一般為5%左右。在川西南地區(qū)，黏土礦物中伊利石含量約占黏土礦物總量的60%-70%，伊/蒙混層含量相對較低，約占10%-20%，部分樣品中還含有少量綠泥石（C）及高嶺石（K）。黏土礦物的分布與沉積環(huán)境密切相關，其含量變化反映了沉積過程中水體酸堿度、鹽度以及陸源物質輸入等因素的變化。在相對穩(wěn)定、水體能量較低的沉積環(huán)境中，黏土礦物能夠大量沉積并保存下來；而在水體能量較高或受到較強水動力作用的區(qū)域，黏土礦物的含量可能會相對減少。石英也是黑色頁巖的主要礦物之一，平均含量約為35%-45%。石英可分為陸源石英和生物成因硅質兩種類型。陸源石英主要來源于周邊陸地巖石的風化剝蝕，經河流等搬運作用帶入海洋沉積環(huán)境。在顯微鏡下觀察，陸源石英顆粒通常具有棱角分明、表面粗糙的特點，其粒度大小不一，從細砂級到粉砂級均有分布。生物成因硅質則主要由海洋中的硅質生物，如海綿骨針、放射蟲等死亡后，其骨骼中的硅質成分溶解再沉淀形成。生物成因硅質在顯微鏡下常呈現(xiàn)出特殊的形態(tài)，如海綿骨針呈細長的針狀，放射蟲則具有復雜的幾何形狀。在黔北地區(qū)的一些黑色頁巖中，生物成因硅質含量較高，反映了當時海洋中硅質生物的繁盛，以及相對穩(wěn)定、富營養(yǎng)的海洋環(huán)境，有利于硅質生物的生長和繁殖。長石在黑色頁巖中的含量相對較低，一般在5%-15%之間。長石包括鉀長石和斜長石，其含量和分布受到物源區(qū)巖石類型和沉積環(huán)境的影響。在物源區(qū)以花崗巖等酸性巖石為主的區(qū)域，黑色頁巖中鉀長石含量相對較高；而當物源區(qū)以基性巖石為主時，斜長石含量可能會增加。長石在沉積過程中可能會發(fā)生蝕變，部分長石會向黏土礦物轉化，這種蝕變過程與沉積環(huán)境的酸堿度、溫度等因素有關。在酸性較強的沉積環(huán)境中，長石的蝕變作用可能更為明顯，導致其含量降低，同時增加黏土礦物的含量。黃鐵礦是黑色頁巖中常見的自生礦物，其含量一般在1%-5%之間，但在某些富含有機質的黑色頁巖中，黃鐵礦含量可高達10%以上。黃鐵礦的形成與沉積環(huán)境的氧化還原條件密切相關，在缺氧的還原環(huán)境中，海水中的硫酸根離子被還原為硫化氫，硫化氫與鐵離子結合形成黃鐵礦。黃鐵礦在黑色頁巖中常以細分散狀、結核狀或莓球狀等形式存在。細分散狀黃鐵礦顆粒細小，均勻分布于黑色頁巖中；結核狀黃鐵礦則呈團塊狀，大小不一；莓球狀黃鐵礦由多個細小的黃鐵礦顆粒聚集而成，形似草莓。在川東南地區(qū)的黑色頁巖中，莓球狀黃鐵礦較為常見，這表明該地區(qū)在黑色頁巖沉積時期，沉積環(huán)境處于較強的還原狀態(tài)，有利于黃鐵礦的形成和保存。除上述主要礦物外，黑色頁巖中還含有少量碳酸鹽礦物，如方解石、白云石等，其含量一般在5%以下。碳酸鹽礦物的形成與海洋中的化學沉積作用以及生物作用有關。在溫暖、透光性好的淺海環(huán)境中，生物的新陳代謝活動會導致海水中的碳酸鹽飽和度增加，從而促進碳酸鹽礦物的沉淀。在一些黑色頁巖與碳酸鹽巖互層的區(qū)域，碳酸鹽礦物的含量會相對較高，反映了沉積環(huán)境在不同時期的變化，可能是由于海平面波動、古氣候變遷等因素導致沉積環(huán)境在深水缺氧的黑色頁巖沉積環(huán)境與淺海碳酸鹽沉積環(huán)境之間交替變化。3.1.2結構與構造華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的結構與構造特征豐富多樣，這些特征對于研究其沉積環(huán)境和沉積過程具有重要意義。從結構方面來看，黑色頁巖的粒度主要集中在粉砂級和泥級。通過激光粒度分析等技術，對大量黑色頁巖樣品進行測試分析，結果顯示其粒度分布具有一定的規(guī)律性。粉砂級顆粒含量一般在30%-50%之間，泥級顆粒含量約為50%-70%。在不同沉積環(huán)境下，粒度分布存在差異。在深水盆地相區(qū)，由于水體能量較低，泥級顆粒能夠大量沉積并保存，因此泥級顆粒含量相對較高；而在靠近物源區(qū)或受到一定水動力作用的斜坡相區(qū)，粉砂級顆粒含量可能會有所增加。粒度的分選性總體較差，這表明黑色頁巖在沉積過程中受到多種因素的影響，物源復雜，水動力條件不穩(wěn)定，導致不同粒度的顆粒混合沉積。在一些黑色頁巖樣品中，可見到粒度的韻律性變化，表現(xiàn)為粉砂級和泥級顆粒交替出現(xiàn)，形成薄層層理，這種韻律性變化可能與海平面的周期性波動、季節(jié)性的物源輸入變化等因素有關。黑色頁巖的顆粒形態(tài)也具有一定特點。黏土礦物顆粒通常呈片狀或鱗片狀，在顯微鏡下觀察，這些片狀顆粒相互交織、疊置，形成了致密的結構。陸源石英顆粒則多呈棱角狀或次棱角狀，這是由于其在搬運過程中未經過長時間的磨圓作用。生物成因硅質顆粒，如海綿骨針、放射蟲等，具有獨特的形態(tài)，它們在黑色頁巖中起到了填充孔隙和支撐結構的作用。顆粒之間的接觸關系以鑲嵌接觸和點接觸為主。鑲嵌接觸使得黑色頁巖具有較高的致密性，有利于有機質的保存；點接觸則在一定程度上為頁巖氣的儲存和運移提供了空間。在構造方面，層理構造是黑色頁巖最常見的構造類型。水平層理發(fā)育廣泛，這是在水體平靜、能量極低的環(huán)境下，沉積物緩慢沉積形成的。水平層理的厚度一般較薄，從幾毫米到幾厘米不等，層理面平整光滑，反映了沉積過程的相對穩(wěn)定性。在一些地區(qū)的黑色頁巖中，還可見到微細水平層理，其厚度小于1毫米，這種微細水平層理的形成可能與季節(jié)性的生物活動、化學物質的沉淀等因素有關。除水平層理外，部分黑色頁巖中還發(fā)育有韻律層理。韻律層理表現(xiàn)為不同巖性或不同粒度的沉積物交替出現(xiàn)，形成明顯的韻律。例如，黑色頁巖與硅質巖的互層，或者粉砂質頁巖與泥質頁巖的互層，都構成了韻律層理。韻律層理的形成通常與海平面的周期性升降、物源區(qū)物質供應的變化等因素有關。當海平面上升時，水體加深，沉積環(huán)境由淺海向深水轉變，可能導致硅質等細粒物質的沉積；而當海平面下降時，水體變淺，陸源碎屑物質的輸入增加，形成粉砂質頁巖或泥質頁巖的沉積，從而形成韻律層理。紋理構造在黑色頁巖中也較為常見。有機質紋理是其中一種重要的紋理類型，有機質在黑色頁巖中常呈條帶狀或星散狀分布，形成獨特的有機質紋理。這些有機質紋理的形成與有機質的來源、沉積過程以及后期的成巖作用密切相關。在沉積過程中，海洋中的浮游生物、底棲生物等死亡后，其遺體在水體中分解，部分有機質在合適的環(huán)境下沉淀下來，與其他沉積物混合，形成有機質紋理。在成巖過程中，有機質可能會發(fā)生遷移和聚集，進一步強化了有機質紋理的特征。此外，還有一些礦物紋理，如黃鐵礦紋理。黃鐵礦在黑色頁巖中以細分散狀或結核狀存在時，可能會沿著一定的方向排列，形成黃鐵礦紋理。黃鐵礦紋理的形成與沉積環(huán)境的氧化還原條件、流體活動等因素有關。在還原環(huán)境中，黃鐵礦的沉淀和生長可能受到流體流動方向的影響，從而形成具有一定方向性的紋理。生物擾動構造在部分黑色頁巖中也有發(fā)現(xiàn)。生物擾動構造是指生物在沉積物中活動所留下的痕跡，如蟲孔、潛穴等。這些生物擾動構造的存在表明在黑色頁巖沉積時期，沉積環(huán)境中有一定數(shù)量的底棲生物活動。生物擾動構造的形態(tài)和大小各不相同，蟲孔一般呈管狀，直徑從幾毫米到幾厘米不等；潛穴則形狀較為復雜，可能呈彎曲狀、螺旋狀等。生物擾動構造的發(fā)育程度與沉積環(huán)境的底質條件、食物資源等因素有關。在底質較為松軟、食物資源豐富的區(qū)域，底棲生物的活動較為頻繁，生物擾動構造也相對發(fā)育。生物擾動構造對黑色頁巖的結構和性質產生了一定的影響，它們破壞了原有的沉積層理，增加了沉積物的孔隙度和滲透率，有利于頁巖氣的儲存和運移。3.2沉積相類型與識別標志3.2.1深水陸棚相華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)深水陸棚相的沉積特征顯著，具有獨特的識別標志。在沉積物粒度方面，深水陸棚相以細粒沉積物為主，粒度主要集中在粉砂級和泥級。通過對該地區(qū)多個深水陸棚相黑色頁巖樣品的粒度分析，發(fā)現(xiàn)粉砂級顆粒含量一般在30%-40%，泥級顆粒含量高達60%-70%。這是因為深水陸棚遠離物源區(qū)，水動力條件較弱，粗粒物質難以到達，只有細粒的粉砂和黏土顆粒能夠在平靜的水體中緩慢沉積。在川西南地區(qū)的深水陸棚相中，泥級顆粒的含量相對較高，這與該地區(qū)相對穩(wěn)定的沉積環(huán)境有關，水體能量極低，有利于泥級顆粒的大量沉積和保存。有機質含量高是深水陸棚相的重要特征之一。該相帶的黑色頁巖中有機質含量豐富，有機碳含量普遍在2%-5%之間，部分區(qū)域甚至更高。這主要是由于深水陸棚環(huán)境水體較深，底層水體與大氣的交換受到限制，形成了缺氧的沉積環(huán)境。在缺氧條件下，微生物對有機質的分解作用受到抑制，使得大量的有機質得以保存并沉積下來。在黔北地區(qū)的深水陸棚相黑色頁巖中，有機碳含量最高可達8%，這表明該地區(qū)在沉積時期具備良好的有機質保存條件，為黑色頁巖的形成提供了豐富的物質基礎。生物化石特征也可作為深水陸棚相的識別標志。在深水陸棚相的黑色頁巖中，常見的生物化石主要為浮游生物化石，如筆石、放射蟲等。筆石是一種營漂浮生活的生物，其化石在深水陸棚相中的出現(xiàn)，表明當時沉積環(huán)境水體較深，適合筆石生存和繁衍。放射蟲則是一種海洋浮游生物，對水體環(huán)境較為敏感，其化石的存在也反映了深水陸棚相相對穩(wěn)定、富營養(yǎng)的水體環(huán)境。在湖北西部的一些深水陸棚相黑色頁巖中，筆石和放射蟲化石較為豐富，這些生物化石的組合特征和保存狀態(tài)，為判斷沉積相提供了重要依據(jù)。沉積構造方面，深水陸棚相發(fā)育水平層理和微細水平層理。水平層理是在水體平靜、能量極低的環(huán)境下，沉積物緩慢沉積形成的，其層理面平整光滑，厚度一般較薄，從幾毫米到幾厘米不等。微細水平層理的厚度小于1毫米，其形成可能與季節(jié)性的生物活動、化學物質的沉淀等因素有關。在川東南地區(qū)的深水陸棚相黑色頁巖中，水平層理和微細水平層理發(fā)育廣泛，這些層理構造的存在，進一步證實了該地區(qū)在沉積時期水體平靜、能量低的沉積環(huán)境。3.2.2斜坡相斜坡相在華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)中具有獨特的沉積特征，這些特征可作為識別該相帶的重要標志。沉積坡度的變化對斜坡相的沉積物特征產生了顯著影響。斜坡相位于深水陸棚與盆地之間的過渡地帶，其沉積坡度相對較大。在靠近深水陸棚一側，坡度相對較緩，沉積物粒度相對較細，以粉砂質泥巖和泥質粉砂巖為主；隨著向盆地方向坡度逐漸變陡，沉積物粒度逐漸變粗，出現(xiàn)較多的砂巖和礫巖。在湘鄂西地區(qū)的斜坡相中，靠近深水陸棚的區(qū)域，粉砂質泥巖和泥質粉砂巖的厚度較大，粒度分選性較好；而在靠近盆地的區(qū)域，砂巖和礫巖的含量增加，粒度分選性變差，這是由于坡度變陡導致水動力增強，能夠搬運更粗粒的物質。重力流沉積現(xiàn)象是斜坡相的典型特征。由于斜坡相的地形坡度較大，在一定條件下，沉積物容易發(fā)生滑動和崩塌，形成重力流。重力流沉積主要包括濁流沉積、碎屑流沉積和顆粒流沉積等類型。濁流沉積是斜坡相中最為常見的重力流沉積類型，其沉積物具有明顯的粒序層理，底部為粗粒的砂巖，向上逐漸變?yōu)榧毩５姆凵皫r和泥巖。在顯微鏡下觀察，濁流沉積的砂巖顆粒具有較好的磨圓度和分選性，這是由于濁流在搬運過程中對沉積物進行了篩選和磨蝕。碎屑流沉積則是由大小混雜的沉積物組成，沒有明顯的粒序層理，沉積物之間常以基質支撐為主。在一些斜坡相的露頭中，可見到碎屑流沉積形成的雜亂堆積的礫石和泥質沉積物。顆粒流沉積相對較少，其沉積物主要由顆粒支撐，具有較好的分選性。斜坡相的生物化石組合也具有一定特點。除了常見的浮游生物化石外，還可見到一些底棲生物化石。底棲生物化石的出現(xiàn)，表明斜坡相的底部存在一定的底質條件，適合底棲生物生存。在貴州北部的斜坡相中，發(fā)現(xiàn)了一些腕足類、三葉蟲等底棲生物化石，這些生物化石的分布和保存狀態(tài)，反映了當時斜坡相底部的生態(tài)環(huán)境和沉積條件。3.2.3盆地相華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)盆地相具有獨特的沉積特點，這些特點與沉積物來源、沉積速率以及水體深度密切相關，對黑色頁巖沉積起著關鍵作用。沉積物來源方面，盆地相的沉積物主要來源于周邊陸源物質的輸入以及海洋生物殘骸的沉積。周邊陸源物質通過河流、風等搬運作用進入盆地。在早寒武世時期，華南地區(qū)的古地理格局使得周邊陸地的巖石遭受風化剝蝕，產生大量的陸源碎屑物質。這些陸源碎屑物質經河流搬運進入海洋，在盆地中沉積下來。在四川盆地周緣的盆地相中，可發(fā)現(xiàn)大量的石英、長石等陸源碎屑礦物，這些礦物的含量和分布特征反映了物源區(qū)的巖石類型和搬運距離。海洋生物殘骸也是盆地相沉積物的重要來源。早寒武世時期，海洋生物繁盛，大量生物死亡后，其殘骸在盆地中沉積。在盆地相的黑色頁巖中，常見的生物化石如筆石、放射蟲等，它們的沉積為黑色頁巖提供了豐富的有機質來源。沉積速率是盆地相沉積的一個重要因素。盆地相水體較深，水動力條件相對較弱，沉積速率較慢。通過對該地區(qū)下寒武統(tǒng)盆地相地層的沉積速率研究，發(fā)現(xiàn)其沉積速率一般在每千年幾厘米到十幾厘米之間。這種較慢的沉積速率使得沉積物能夠在相對穩(wěn)定的環(huán)境中逐漸堆積，有利于有機質的保存和黑色頁巖的形成。在相對緩慢的沉積過程中，有機質有更多的時間與沉積物混合并被埋藏，減少了被氧化分解的機會。水體深度與黑色頁巖沉積關系密切。盆地相水體深度大，一般在幾百米甚至上千米。在這種深水環(huán)境下，水體循環(huán)緩慢，底層水體與大氣的交換受到限制，形成了缺氧的沉積環(huán)境。缺氧環(huán)境抑制了微生物對有機質的分解作用，使得大量的有機質得以保存并沉積下來，為黑色頁巖的形成提供了有利條件。在黔東南地區(qū)的盆地相中，水體深度較大，形成了典型的深水缺氧環(huán)境，黑色頁巖的有機碳含量較高，可達5%-8%。水體深度還影響了沉積物的粒度和沉積構造。由于水動力條件較弱，細粒的沉積物能夠在盆地中穩(wěn)定沉積，形成以泥質為主的沉積物。在盆地相的黑色頁巖中，常見水平層理和微細水平層理，這是在水體平靜、能量低的環(huán)境下形成的。3.3沉積模式與演化3.3.1沉積模式建立基于對華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的沉積相分析，構建出該地區(qū)獨特的沉積模式，此模式清晰地展示了不同沉積相在空間上的分布規(guī)律以及相互之間的關聯(lián)。在早寒武世時期，該地區(qū)自西向東呈現(xiàn)出明顯的沉積相分異，依次為深水陸棚相、斜坡相和盆地相。深水陸棚相位于靠近陸地一側，其沉積環(huán)境相對穩(wěn)定，水體能量較低。在川西南地區(qū)，深水陸棚相發(fā)育典型，以細粒沉積物為主，粒度主要集中在粉砂級和泥級，粉砂級顆粒含量一般在30%-40%，泥級顆粒含量高達60%-70%。這里的黑色頁巖有機質含量豐富，有機碳含量普遍在2%-5%之間，部分區(qū)域甚至更高。這是因為深水陸棚環(huán)境水體較深，底層水體與大氣的交換受到限制，形成了缺氧的沉積環(huán)境，抑制了微生物對有機質的分解作用，使得大量的有機質得以保存并沉積下來。在該相中，水平層理和微細水平層理發(fā)育廣泛，這些層理構造是在水體平靜、能量極低的環(huán)境下，沉積物緩慢沉積形成的，進一步證實了其沉積環(huán)境的穩(wěn)定性。斜坡相處于深水陸棚相和盆地相之間的過渡地帶，其沉積坡度相對較大。在湘鄂西地區(qū)，斜坡相的沉積特征明顯，靠近深水陸棚一側，坡度相對較緩，沉積物粒度相對較細，以粉砂質泥巖和泥質粉砂巖為主；隨著向盆地方向坡度逐漸變陡，沉積物粒度逐漸變粗，出現(xiàn)較多的砂巖和礫巖。重力流沉積現(xiàn)象是斜坡相的典型特征，在一定條件下，沉積物容易發(fā)生滑動和崩塌，形成重力流，包括濁流沉積、碎屑流沉積和顆粒流沉積等類型。濁流沉積是斜坡相中最為常見的重力流沉積類型，其沉積物具有明顯的粒序層理，底部為粗粒的砂巖，向上逐漸變?yōu)榧毩５姆凵皫r和泥巖。斜坡相的生物化石組合除了常見的浮游生物化石外，還可見到一些底棲生物化石，反映了該相帶底部存在一定的底質條件，適合底棲生物生存。盆地相位于遠離陸地的區(qū)域，水體較深，水動力條件相對較弱。在黔東南地區(qū)，盆地相發(fā)育典型，沉積物主要來源于周邊陸源物質的輸入以及海洋生物殘骸的沉積。周邊陸源物質通過河流、風等搬運作用進入盆地，海洋生物繁盛，大量生物死亡后，其殘骸在盆地中沉積，為黑色頁巖提供了豐富的有機質來源。盆地相的沉積速率較慢，一般在每千年幾厘米到十幾厘米之間，這種較慢的沉積速率使得沉積物能夠在相對穩(wěn)定的環(huán)境中逐漸堆積，有利于有機質的保存和黑色頁巖的形成。在深水環(huán)境下，水體循環(huán)緩慢，底層水體與大氣的交換受到限制，形成了缺氧的沉積環(huán)境，有利于黑色頁巖的沉積，其有機碳含量較高，可達5%-8%。盆地相的沉積物以泥質為主，常見水平層理和微細水平層理，這是在水體平靜、能量低的環(huán)境下形成的。不同沉積相之間存在著密切的相互關系。隨著海平面的升降變化，沉積相帶會發(fā)生遷移。當海平面上升時，水體加深，深水陸棚相和斜坡相的范圍會向陸地擴展，盆地相的范圍也會相應擴大；而當海平面下降時，水體變淺，沉積相帶則會向海洋方向退縮。在黔北地區(qū)，通過對地層的研究發(fā)現(xiàn)，在海平面上升時期，深水陸棚相的黑色頁巖厚度增加，向陸地方向延伸；而在海平面下降時期，斜坡相的沉積物粒度變粗，向海洋方向推進。物源的變化也會影響沉積相的特征。當物源區(qū)的巖石類型發(fā)生變化或物源的搬運距離改變時，不同沉積相中的沉積物成分和粒度也會相應改變。如果物源區(qū)的巖石以花崗巖為主，陸源碎屑物質中石英、長石等礦物含量會增加，在不同沉積相中，這些礦物的含量也會有所變化，從而影響沉積相的巖石學特征。3.3.2沉積演化過程早寒武世時期，華南中上揚子地區(qū)沉積環(huán)境經歷了復雜的演化過程，這一過程受到多種因素的共同作用，其中構造運動和海平面變化是兩個關鍵因素，它們深刻地影響了沉積環(huán)境的變遷，進而塑造了下寒武統(tǒng)黑色頁巖的沉積特征。早寒武世初，該地區(qū)受到區(qū)域構造運動的影響，整體下沉，大部分區(qū)域演變?yōu)殛懪锍练e環(huán)境。在這一時期，全球海平面呈現(xiàn)出上升的趨勢，使得華南中上揚子地區(qū)的海水深度增加，陸棚范圍擴大。在川西南—黔北地區(qū)，海平面上升導致水體加深，形成了區(qū)域性深水滯留缺氧的陸棚到斜坡環(huán)境，為黑色頁巖的沉積提供了有利條件。深水環(huán)境下，水體循環(huán)緩慢，底層水體與大氣的交換受到限制，形成了缺氧的沉積環(huán)境，抑制了微生物對有機質的分解作用，使得大量的有機質得以保存并沉積下來，形成了黑色碳質頁巖、黑色硅質頁巖、石煤及深灰色粉砂質頁巖等。隨著時間的推移，構造運動的影響逐漸發(fā)生變化。在早寒武世中期，部分地區(qū)開始出現(xiàn)構造抬升，導致沉積環(huán)境發(fā)生改變。在湘鄂西地區(qū)，由于構造抬升，斜坡相的沉積坡度發(fā)生變化，靠近陸地一側的坡度變緩，沉積物粒度變細；而靠近海洋一側的坡度變陡，重力流沉積現(xiàn)象更為明顯。這種構造運動導致的地形變化，影響了水動力條件和物源的搬運路徑，進而改變了沉積相的特征。構造運動還可能引發(fā)火山活動，火山噴發(fā)帶來的火山灰等物質會參與到沉積過程中，改變沉積物的成分和性質。在某些地區(qū)的黑色頁巖中，發(fā)現(xiàn)了火山灰層，這些火山灰層的存在表明當時可能發(fā)生了火山活動，火山灰的沉積增加了黑色頁巖中的微量元素含量，對其地球化學特征產生了影響。海平面變化在早寒武世時期也呈現(xiàn)出階段性特征。在早寒武世晚期，海平面出現(xiàn)了一定程度的下降。海平面下降使得水體變淺，沉積環(huán)境由深水向淺水轉變。在黔北地區(qū)，海平面下降導致深水陸棚相的范圍縮小，部分區(qū)域轉變?yōu)樾逼孪嗷驕\海相沉積。在淺海相沉積環(huán)境中，水動力條件增強，沉積物粒度變粗，碳酸鹽巖沉積逐漸增多。一些原本沉積黑色頁巖的區(qū)域，開始出現(xiàn)石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖與黑色頁巖的互層，這是海平面下降導致沉積環(huán)境變化的直接證據(jù)。海平面的波動還會導致沉積環(huán)境的頻繁變化，形成不同巖性的互層。在一些地區(qū)，海平面的升降變化較為頻繁，導致黑色頁巖與硅質巖、碳酸鹽巖等多次互層，這些互層的形成反映了海平面變化對沉積環(huán)境的影響，也記錄了當時沉積環(huán)境的動態(tài)變化過程。早寒武世時期華南中上揚子地區(qū)沉積環(huán)境的演化是構造運動和海平面變化等多種因素相互作用的結果。這些因素的變化導致了沉積相的遷移和轉變，影響了黑色頁巖的沉積和分布，為深入理解該地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的形成機制提供了重要線索。四、層序地層學特征4.1層序地層劃分依據(jù)與方法4.1.1層序界面識別通過細致的野外露頭觀察和深入的測井資料分析，能夠準確識別華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖層序地層的關鍵界面，這些界面對于層序地層的劃分和對比具有重要意義。在野外露頭觀察中，不整合面是一種較為顯著的層序界面。不整合面通常表現(xiàn)為地層的缺失或沉積間斷，其上下地層的巖性、沉積構造等特征存在明顯差異。在黔北地區(qū)的一些露頭中，可見到下寒武統(tǒng)黑色頁巖與上覆地層之間存在角度不整合，下寒武統(tǒng)黑色頁巖呈傾斜狀，而上覆地層則較為平緩，兩者之間的接觸界面清晰可辨。這種不整合面的形成往往與區(qū)域構造運動有關，構造運動導致地層抬升、剝蝕，之后再次下沉接受沉積，從而形成了不整合面。不整合面的存在反映了沉積歷史的階段性變化，是劃分不同層序的重要依據(jù)。侵蝕面也是常見的層序界面之一。侵蝕面是在沉積過程中，由于水動力條件增強，對已沉積的地層進行侵蝕而形成的。在川東南地區(qū)的下寒武統(tǒng)地層中，發(fā)現(xiàn)了一些侵蝕面，這些侵蝕面在露頭中表現(xiàn)為地層表面的起伏不平，部分地層被侵蝕掉，形成了明顯的侵蝕凹槽。侵蝕面上?？梢姷降[石、粗砂等粗粒沉積物，這是侵蝕作用的產物。侵蝕面的形成與海平面下降、河流回春等因素有關，當海平面下降時，水體變淺，水動力增強，河流的侵蝕作用加劇，從而形成侵蝕面。侵蝕面的識別有助于確定層序的邊界，了解沉積環(huán)境的變化。巖性突變面同樣是重要的層序界面。巖性突變面是指在沉積過程中，由于沉積環(huán)境的突然改變，導致巖石的巖性發(fā)生顯著變化而形成的界面。在華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖中，常見黑色頁巖與硅質巖、碳酸鹽巖之間的巖性突變面。在黔東南地區(qū)，黑色頁巖與硅質巖互層產出，兩者之間的界面清晰，巖性差異明顯。這種巖性突變面的形成可能與海平面的快速升降、物源的突然改變等因素有關。當海平面快速上升時，沉積環(huán)境由淺海向深水轉變，可能導致硅質等細粒物質的沉積，形成硅質巖，與黑色頁巖形成巖性突變面。巖性突變面的識別對于層序地層的劃分和對比具有重要作用，它能夠反映沉積環(huán)境的快速變化，為確定層序邊界提供重要線索。4.1.2關鍵標志層確定在華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)地層中，確定了一些具有區(qū)域對比性的關鍵標志層，這些標志層在層序劃分和對比中發(fā)揮著至關重要的作用。特殊巖性層是重要的關鍵標志層之一。在該地區(qū)下寒武統(tǒng)中，硅質巖與黑色頁巖互層產出的特殊巖性組合較為常見，可作為關鍵標志層。在川西南地區(qū)，下寒武統(tǒng)地層中存在多層硅質巖與黑色頁巖互層的特殊巖性層，這些硅質巖呈灰白色，質地堅硬，與黑色頁巖在顏色、硬度等方面存在明顯差異，易于識別。硅質巖的形成與海底熱液活動、生物作用等因素有關，其在區(qū)域上的分布具有一定的穩(wěn)定性。通過對這些特殊巖性層的追蹤和對比，可以在不同地區(qū)的地層之間建立聯(lián)系，確定地層的相對位置和層序關系。在黔北地區(qū)的地層中，也發(fā)現(xiàn)了類似的硅質巖與黑色頁巖互層的特殊巖性層，通過對比其巖性特征、厚度以及與上下地層的接觸關系等，可以判斷該地區(qū)與川西南地區(qū)地層的對應性，從而實現(xiàn)區(qū)域地層的對比?；瘞瑯邮侵匾年P鍵標志層。下寒武統(tǒng)時期生物繁盛，不同生物在不同的沉積環(huán)境和時期具有特定的分布規(guī)律，因此化石帶可作為層序對比的重要依據(jù)。在該地區(qū)下寒武統(tǒng)地層中，筆石化石帶具有較好的對比性。筆石是一種營漂浮生活的生物，其演化迅速，不同屬種的筆石在地質歷史時期的分布具有明顯的階段性。在湖北西部的下寒武統(tǒng)地層中，發(fā)現(xiàn)了豐富的筆石化石，通過對筆石屬種的鑒定和分析，確定了該地區(qū)的筆石化石帶。與周邊地區(qū)的筆石化石帶進行對比，發(fā)現(xiàn)具有一定的相似性和連續(xù)性。在湖南西北部的地層中，也發(fā)現(xiàn)了類似的筆石化石帶，且筆石屬種的組合特征與湖北西部的相似。通過筆石化石帶的對比，可以確定這兩個地區(qū)地層的相對年代和層序關系，為區(qū)域地層對比提供了有力支持。三葉蟲化石帶也具有一定的對比意義。三葉蟲是寒武紀的代表性生物，其形態(tài)多樣，不同屬種的三葉蟲適應不同的沉積環(huán)境。在黔北地區(qū)的下寒武統(tǒng)地層中，三葉蟲化石豐富，通過對三葉蟲化石的研究，劃分出了不同的三葉蟲化石帶。這些化石帶與其他地區(qū)的三葉蟲化石帶進行對比，有助于確定地層的層序和對比關系。4.1.3層序劃分方法選擇本研究運用了多種層序地層劃分方法，其中Vail層序地層學理論和高分辨率層序地層學方法在研究中發(fā)揮了重要作用，它們從不同角度為揭示華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的層序地層特征提供了有力支持。Vail層序地層學理論是經典的層序地層劃分方法，該理論強調海平面升降對層序發(fā)育的控制作用，認為層序界面是不整合面或與不整合面相應的整合面。在運用Vail層序地層學理論對華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)進行層序劃分時，首先通過野外露頭觀察和測井資料分析，識別出不整合面和與之對應的整合面。在黔北地區(qū)的露頭中，發(fā)現(xiàn)了下寒武統(tǒng)黑色頁巖與上覆地層之間的不整合面，該不整合面上下地層的巖性、沉積構造存在明顯差異。根據(jù)不整合面的特征和分布，將下寒武統(tǒng)地層劃分為不同的層序。在測井資料中，通過分析自然伽馬、電阻率等測井曲線的變化，識別出與不整合面相對應的整合面。在某測井曲線中，當自然伽馬值和電阻率值發(fā)生突然變化時，可能指示著層序界面的存在。利用地震資料，對層序界面進行橫向追蹤和驗證，確保層序劃分的準確性和等時性。通過地震剖面可以清晰地看到地層的反射特征，不整合面在地震剖面上表現(xiàn)為反射終止現(xiàn)象，據(jù)此可以確定層序界面的位置和分布范圍。根據(jù)Vail層序地層學理論，將下寒武統(tǒng)地層劃分為低位體系域、海侵體系域和高位體系域。在低位體系域，海平面下降，沉積物主要來源于陸架邊緣的侵蝕和再沉積，形成了低位扇、盆底扇等沉積體；海侵體系域，海平面上升，沉積物向陸地方向進積，形成了海侵泥巖、海侵砂巖等沉積體；高位體系域，海平面相對穩(wěn)定，沉積物向海洋方向加積，形成了高位三角洲、高位濱岸等沉積體。通過對不同體系域沉積體的識別和分析，可以了解沉積環(huán)境的演化和層序的形成機制。高分辨率層序地層學方法則從更精細的尺度上研究地層的層序特征，其基本理論包括基準面原理、體積劃分原理、相分異原理與旋回等時對比法則等。在研究中，通過對露頭和巖心的詳細觀察，識別出地層中的短期旋回和中期旋回。短期旋回通常由幾個巖性層組成，反映了沉積環(huán)境的短期變化；中期旋回則由多個短期旋回組成，代表了沉積環(huán)境的中期變化。在川西南地區(qū)的下寒武統(tǒng)巖心中，發(fā)現(xiàn)了由黑色頁巖、粉砂質頁巖和硅質巖組成的短期旋回，這些巖性層的交替出現(xiàn)反映了沉積環(huán)境的周期性變化。根據(jù)短期旋回和中期旋回的特征和分布，建立了高分辨率層序地層格架。在建立層序地層格架時，運用了旋回等時對比法則，將不同地區(qū)的地層按照旋回特征進行對比，確保地層對比的等時性。在不同地區(qū)的地層中，雖然巖性可能存在差異，但通過對比旋回的特征和數(shù)量，可以確定地層的對應關系。高分辨率層序地層學方法能夠更準確地反映沉積環(huán)境的細微變化，為研究黑色頁巖的沉積過程和層序演化提供了更詳細的信息。4.2層序地層格架建立4.2.1單井層序分析以川西南地區(qū)的某典型鉆井為例，對其下寒武統(tǒng)地層進行詳細的單井層序分析，該鉆井鉆遇地層完整，涵蓋了下寒武統(tǒng)從底部到頂部的地層，為研究提供了豐富的數(shù)據(jù)和巖心資料。通過對該鉆井的巖心觀察和測井資料分析，識別出多個層序界面，進而劃分出不同級次的層序。在巖心觀察中，發(fā)現(xiàn)了多個不整合面和巖性突變面。在某深度段，下寒武統(tǒng)黑色頁巖與上覆地層之間存在明顯的不整合面，下寒武統(tǒng)黑色頁巖的巖性較為致密，而其不整合面上下的巖石顏色、沉積構造等特征存在顯著差異，這表明該界面為一個重要的層序界面。在測井曲線上，自然伽馬、電阻率等參數(shù)在該界面處也發(fā)生了明顯的變化，進一步證實了該層序界面的存在。根據(jù)這些層序界面，將該鉆井的下寒武統(tǒng)地層劃分為3個三級層序，分別命名為層序Ⅰ、層序Ⅱ和層序Ⅲ。層序Ⅰ位于下寒武統(tǒng)底部，其底界面為區(qū)域不整合面，頂界面為一個海泛面。在該層序內，沉積旋回明顯，底部為一套粗粒的碎屑巖，向上逐漸變?yōu)榧毩５暮谏搸r。這種粒度變化反映了沉積環(huán)境從高能的近岸環(huán)境逐漸轉變?yōu)榈湍艿纳钏懪锃h(huán)境。在巖性變化方面，底部的碎屑巖主要由石英砂巖和粉砂巖組成，分選性較差，磨圓度較低，反映了較強的水動力條件。隨著沉積環(huán)境向深水陸棚轉變，黑色頁巖逐漸沉積，其礦物組成以黏土礦物和石英為主，有機質含量較高，有機碳含量可達3%-5%。在該層序內，還發(fā)育有水平層理和韻律層理，水平層理表明沉積時水體平靜，能量較低；韻律層理則是由于海平面的周期性波動，導致沉積物粒度和成分發(fā)生周期性變化而形成的。層序Ⅱ的底界面為層序Ⅰ的頂界面（海泛面），頂界面為另一個不整合面。該層序內沉積旋回也較為明顯，下部為黑色頁巖，中部出現(xiàn)了硅質巖與黑色頁巖的互層，上部又變?yōu)楹谏搸r。這種巖性變化反映了沉積環(huán)境的多次變遷。下部的黑色頁巖與層序Ⅰ上部的黑色頁巖類似，具有較高的有機質含量和細粒的結構。中部硅質巖與黑色頁巖的互層，表明沉積環(huán)境在深水陸棚與深水盆地之間發(fā)生了轉換。硅質巖的形成與海底熱液活動或生物作用有關，其與黑色頁巖的互層說明在該時期，沉積環(huán)境受到多種因素的影響，水體的化學成分和能量條件發(fā)生了變化。上部的黑色頁巖則再次表明沉積環(huán)境回到了深水陸棚。在該層序內，除了水平層理和韻律層理外，還發(fā)育有生物擾動構造，這表明在沉積過程中有底棲生物活動，沉積環(huán)境相對穩(wěn)定，適合生物生存。層序Ⅲ的底界面為層序Ⅱ的頂界面（不整合面），頂界面為上寒武統(tǒng)與下寒武統(tǒng)的分界面。該層序內沉積旋回表現(xiàn)為下部為黑色頁巖，向上逐漸過渡為碳酸鹽巖。這種巖性變化反映了沉積環(huán)境從深水陸棚向淺海臺地的轉變。下部的黑色頁巖仍然具有較高的有機質含量，但隨著沉積環(huán)境向淺海臺地轉變，碳酸鹽巖逐漸沉積。碳酸鹽巖主要由石灰?guī)r和白云巖組成，具有明顯的粒屑結構和生物骨架結構，反映了較強的水動力條件和豐富的生物活動。在該層序內，沉積構造以交錯層理和波痕為主，交錯層理指示了水流方向的變化，波痕則反映了水動力條件的波動。4.2.2連井對比與區(qū)域層序格架構建通過對華南中上揚子地區(qū)多條鉆井的連井對比，成功建立了區(qū)域層序地層格架，清晰地展示了不同地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖層序的對比關系和空間分布特征。選取了川西南、黔北和湘鄂西地區(qū)的多條鉆井進行連井對比。在對比過程中，首先依據(jù)之前確定的層序界面識別標志和關鍵標志層，對各鉆井的層序進行準確劃分。在川西南地區(qū)的鉆井A中，劃分出3個三級層序，層序Ⅰ底部為粗粒碎屑巖，向上逐漸變?yōu)楹谏搸r；層序Ⅱ下部為黑色頁巖，中部為硅質巖與黑色頁巖互層，上部為黑色頁巖；層序Ⅲ下部為黑色頁巖，向上過渡為碳酸鹽巖。在黔北地區(qū)的鉆井B中，同樣劃分出3個三級層序，各層序的巖性變化和沉積旋回與鉆井A具有一定的相似性，但也存在一些差異。層序Ⅰ中黑色頁巖的有機質含量略高于鉆井A，這可能與黔北地區(qū)在該時期的沉積環(huán)境更有利于有機質保存有關；層序Ⅱ中硅質巖與黑色頁巖互層的厚度和層數(shù)與鉆井A有所不同，反映了兩地沉積環(huán)境的細微差異。湘鄂西地區(qū)的鉆井C，其層序劃分和巖性變化也與前兩者存在一定的對應關系，但由于該地區(qū)靠近物源區(qū)，層序Ⅰ中粗粒碎屑巖的含量相對較高。通過對這些鉆井的連井對比，建立了區(qū)域層序地層格架。在該格架中，不同地區(qū)的下寒武統(tǒng)黑色頁巖層序在縱向上具有一定的對應關系，反映了區(qū)域沉積演化的一致性。在橫向上，各層序的巖性和厚度存在差異，展示了沉積環(huán)境的空間變化。從川西南到黔北再到湘鄂西地區(qū)，層序Ⅰ中黑色頁巖的有機質含量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。在川西南地區(qū)，有機質含量一般在3%-5%；黔北地區(qū)由于沉積環(huán)境更有利于有機質保存，有機質含量最高可達6%-8%；湘鄂西地區(qū)靠近物源區(qū)，陸源碎屑物質的輸入相對較多，對有機質的稀釋作用較強，有機質含量相對較低，一般在2%-4%。層序Ⅱ中硅質巖與黑色頁巖互層的厚度和分布范圍也存在明顯的空間變化。在川西南地區(qū)，硅質巖與黑色頁巖互層的厚度較大，分布范圍較廣；黔北地區(qū)互層厚度相對較小，分布范圍也較窄；湘鄂西地區(qū)則互層不太發(fā)育，這可能與不同地區(qū)在該時期的海底熱液活動強度、生物硅質來源以及沉積速率等因素的差異有關。區(qū)域層序地層格架的建立，為深入研究華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的沉積演化、區(qū)域對比以及頁巖氣資源評價等提供了重要的基礎。通過分析層序的空間分布特征，可以更好地理解沉積環(huán)境的變遷和控制因素，為進一步探究黑色頁巖的形成機制和頁巖氣的富集規(guī)律提供有力支持。4.3層序演化與沉積響應在層序Ⅰ時期，華南中上揚子地區(qū)整體處于海侵階段，海平面上升是控制層序演化的主導因素。在這一時期，區(qū)域構造相對穩(wěn)定，受全球海平面上升的影響，海水逐漸淹沒陸地，沉積環(huán)境從早期的近岸淺水逐漸向深水陸棚轉變。在川西南地區(qū)，層序Ⅰ底部的粗粒碎屑巖反映了早期近岸環(huán)境較強的水動力條件，隨著海侵的進行，水動力條件逐漸減弱，黑色頁巖開始沉積。在黔北地區(qū)，層序Ⅰ內黑色頁巖的有機質含量較高，這與海侵導致的水體加深、底層缺氧環(huán)境的形成密切相關。海侵使得海洋生物大量繁殖，生物死亡后其遺體在缺氧環(huán)境下得以保存，為黑色頁巖提供了豐富的有機質來源。在湘鄂西地區(qū)，層序Ⅰ中沉積相帶的遷移也明顯受到海平面上升的影響，斜坡相的范圍向陸地方向擴展，重力流沉積現(xiàn)象更為頻繁，這是由于海平面上升導致斜坡坡度變陡，沉積物更容易發(fā)生滑動和崩塌。進入層序Ⅱ時期，構造運動對層序演化的影響逐漸凸顯。部分地區(qū)發(fā)生構造抬升，導致沉積環(huán)境發(fā)生改變。在湘鄂西地區(qū)，由于構造抬升，斜坡相的沉積坡度發(fā)生變化，靠近陸地一側的坡度變緩，沉積物粒度變細；而靠近海洋一側的坡度變陡，重力流沉積現(xiàn)象更為明顯。這種構造運動導致的地形變化，影響了水動力條件和物源的搬運路徑，進而改變了沉積相的特征。在川西南地區(qū)，構造運動還可能引發(fā)火山活動，火山噴發(fā)帶來的火山灰等物質參與到沉積過程中，改變了沉積物的成分和性質。在層序Ⅱ中，硅質巖與黑色頁巖的互層可能與構造活動導致的海底熱液活動有關，海底熱液活動提供了硅質來源，使得硅質巖得以沉積。層序Ⅲ時期，海平面下降和構造運動共同作用，對沉積環(huán)境產生了顯著影響。海平面下降使得水體變淺，沉積環(huán)境由深水向淺水轉變。在黔北地區(qū)，海平面下降導致深水陸棚相的范圍縮小，部分區(qū)域轉變?yōu)樾逼孪嗷驕\海相沉積。在淺海相沉積環(huán)境中，水動力條件增強，沉積物粒度變粗，碳酸鹽巖沉積逐漸增多。一些原本沉積黑色頁巖的區(qū)域，開始出現(xiàn)石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖與黑色頁巖的互層。構造運動在這一時期也導致了地層的變形和褶皺，影響了沉積相的分布和層序的發(fā)育。在川東南地區(qū)，由于構造運動，地層發(fā)生褶皺，使得層序Ⅲ中的沉積相帶出現(xiàn)了扭曲和錯動，對黑色頁巖的沉積和分布產生了重要影響。層序演化對黑色頁巖沉積的影響也十分顯著。在海侵體系域，海平面上升導致水體加深，形成了有利于黑色頁巖沉積的深水缺氧環(huán)境，有機質得以大量保存，黑色頁巖的厚度和有機質含量都較高。在高位體系域，海平面相對穩(wěn)定，沉積物供應增加，可能導致黑色頁巖中陸源碎屑物質的含量增加，影響其巖石學特征和地球化學性質。在低位體系域，海平面下降，沉積環(huán)境不利于黑色頁巖的沉積，黑色頁巖的厚度可能變薄，有機質含量也可能降低。在不同層序時期，沉積相的變化也會影響黑色頁巖的沉積，深水陸棚相和盆地相有利于黑色頁巖的沉積，而斜坡相的重力流沉積可能會破壞黑色頁巖的連續(xù)性和完整性。五、地球化學特征5.1有機地球化學特征5.1.1有機質豐度通過對華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的大量樣品進行實驗分析，測定了其有機質含量，其中總有機碳（TOC）是衡量有機質豐度的關鍵指標。研究結果顯示，該地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的TOC含量呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域變化特征。在川西南地區(qū)，下寒武統(tǒng)黑色頁巖的TOC含量普遍較高，平均值可達3.5%-4.5%，部分區(qū)域甚至超過5%。例如，在某鉆井的下寒武統(tǒng)黑色頁巖樣品中，TOC含量最高達到了5.8%。這主要是由于該地區(qū)在早寒武世時期處于深水陸棚相沉積環(huán)境，水體較深，底層水體與大氣的交換受到限制，形成了缺氧的沉積環(huán)境。在缺氧條件下，微生物對有機質的分解作用受到抑制，使得大量的有機質得以保存并沉積下來，從而提高了黑色頁巖的有機質豐度。黔北地區(qū)的下寒武統(tǒng)黑色頁巖TOC含量也較為可觀，平均值在3%-4%之間。在該地區(qū)的一些露頭樣品中，TOC含量最高可達4.8%。黔北地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖形成于淺海相沉積環(huán)境，溫暖濕潤的氣候條件有利于生物的生長和繁殖，為黑色頁巖提供了豐富的有機質來源。同時，該地區(qū)相對穩(wěn)定的沉積環(huán)境也有利于有機質的保存，使得黑色頁巖具有較高的有機質豐度。湘鄂西地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的TOC含量相對較低，平均值在2%-3%之間。這可能與該地區(qū)靠近物源區(qū)，陸源碎屑物質的輸入相對較多，對有機質起到了一定的稀釋作用有關。在湘鄂西地區(qū)的一些樣品中，陸源石英顆粒和黏土礦物的含量較高，這些陸源物質的增加可能導致了有機質含量的相對降低。水體能量相對較高，可能不利于有機質的保存，也是該地區(qū)有機質豐度較低的原因之一。在某些區(qū)域，水動力條件較強，可能會導致有機質的流失或被氧化分解，從而降低了黑色頁巖的有機質豐度。5.1.2有機質類型運用巖石熱解、紅外光譜等多種技術手段，對華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的有機質類型進行了準確確定。研究發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)黑色頁巖的有機質類型主要包括Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型干酪根，不同類型干酪根的分布具有明顯的區(qū)域差異，且對頁巖氣的生成有著不同程度的影響。在川西南地區(qū)，下寒武統(tǒng)黑色頁巖的有機質類型以Ⅰ型干酪根為主。Ⅰ型干酪根主要來源于藻類等低等水生生物，具有較高的氫含量和較低的氧含量，是優(yōu)質的生油母質。在該地區(qū)的黑色頁巖樣品中，通過巖石熱解分析，發(fā)現(xiàn)其氫指數(shù)（HI）較高，一般在600-800mgHC/gTOC之間，氧指數(shù)（OI）較低，通常小于50mgCO?/gTOC，這表明有機質類型以Ⅰ型干酪根為主。Ⅰ型干酪根在熱演化過程中，能夠生成大量的液態(tài)烴類，隨著熱演化程度的加深，也會生成一定量的頁巖氣。由于其生烴潛力大，為該地區(qū)頁巖氣的生成提供了豐富的物質基礎。黔北地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的有機質類型主要為Ⅱ型干酪根。Ⅱ型干酪根是由水生生物和陸源高等植物混合形成，其氫含量和氧含量介于Ⅰ型和Ⅲ型干酪根之間。通過紅外光譜分析，在該地區(qū)黑色頁巖樣品中檢測到了代表Ⅱ型干酪根的特征吸收峰。黔北地區(qū)黑色頁巖的HI值一般在300-600mgHC/gTOC之間，OI值在50-150mgCO?/gTOC之間。Ⅱ型干酪根在熱演化過程中，既可以生成液態(tài)烴類，也可以生成頁巖氣。與Ⅰ型干酪根相比，Ⅱ型干酪根的生烴潛力相對較低，但在適宜的熱演化條件下，仍能為頁巖氣的生成做出重要貢獻。湘鄂西地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的有機質類型以Ⅲ型干酪根為主。Ⅲ型干酪根主要來源于陸源高等植物，具有較高的氧含量和較低的氫含量，生油潛力較差，但生氣潛力相對較大。在該地區(qū)的黑色頁巖樣品中，巖石熱解分析顯示其HI值較低，一般小于300mgHC/gTOC，OI值較高，通常大于150mgCO?/gTOC。Ⅲ型干酪根在熱演化過程中，主要生成甲烷等氣態(tài)烴類，是該地區(qū)頁巖氣的重要來源。然而，由于Ⅲ型干酪根的生烴效率相對較低，其對頁巖氣生成的貢獻程度可能受到有機質豐度和熱演化程度等因素的制約。5.1.3有機質成熟度對華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的有機質成熟度進行分析，通過研究鏡質體反射率（Ro）、熱解峰溫（Tmax）等關鍵指標，深入探究其成熟演化過程以及對頁巖氣資源潛力的重要影響。在川西南地區(qū)，下寒武統(tǒng)黑色頁巖的鏡質體反射率（Ro）一般在2.0%-3.0%之間，熱解峰溫（Tmax）多在450℃-480℃范圍內。較高的Ro值和Tmax值表明該地區(qū)黑色頁巖的有機質成熟度較高，處于過成熟階段。在熱演化過程中，有機質經歷了復雜的化學反應，從早期的生油階段逐漸過渡到以生氣為主的階段。由于有機質已經達到過成熟階段，大部分液態(tài)烴類已經轉化為氣態(tài)烴類，因此該地區(qū)頁巖氣資源潛力主要取決于早期生成的液態(tài)烴類轉化為頁巖氣的程度以及剩余有機質的生氣潛力。在過成熟階段，有機質的結構發(fā)生了顯著變化，芳香化程度增加，分子結構更加穩(wěn)定，這使得剩余有機質的生氣速率相對較慢，但由于該地區(qū)黑色頁巖的有機質豐度較高，仍具有一定的頁巖氣資源潛力。黔北地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的Ro值一般在1.5%-2.0%之間，Tmax值在430℃-450℃之間。這表明該地區(qū)黑色頁巖的有機質成熟度處于成熟階段。在成熟階段，有機質的熱解反應較為活躍，大量的干酪根開始分解生成烴類。對于Ⅰ型和Ⅱ型干酪根為主的黔北地區(qū)黑色頁巖，在成熟階段既可以生成一定量的液態(tài)烴類，也能生成頁巖氣。此時，頁巖氣的生成主要來源于干酪根的熱解以及早期生成的液態(tài)烴類的二次裂解。由于該地區(qū)有機質成熟度適中，有機質的生烴潛力得到了較好的發(fā)揮，且黑色頁巖的有機質豐度較高，因此具有較大的頁巖氣資源潛力。湘鄂西地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的Ro值一般在1.0%-1.5%之間，Tmax值在410℃-430℃之間，表明其有機質成熟度處于低成熟到成熟的過渡階段。在這個階段，有機質開始逐漸發(fā)生熱解反應，生成烴類。以Ⅲ型干酪根為主的湘鄂西地區(qū)黑色頁巖，雖然生油潛力較差，但在低成熟到成熟的過渡階段，其生氣潛力逐漸顯現(xiàn)。隨著熱演化程度的進一步加深，Ⅲ型干酪根將繼續(xù)分解生成更多的頁巖氣。然而，由于目前有機質成熟度相對較低，且該地區(qū)黑色頁巖的有機質豐度相對其他地區(qū)較低，其頁巖氣資源潛力的充分發(fā)揮還需要進一步的熱演化過程。5.2無機地球化學特征5.2.1主量元素組成華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖的主量元素組成呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，其中硅（Si）、鋁（Al）、鐵（Fe）、鈣（Ca）、鎂（Mg）等元素含量豐富，它們的變化與沉積環(huán)境、物源區(qū)有著密切的聯(lián)系。硅元素在黑色頁巖中含量較高，一般在40%-60%之間。硅的來源主要包括陸源碎屑石英和生物成因硅質。陸源碎屑石英是周邊陸地巖石風化剝蝕后，經河流等搬運作用進入海洋沉積環(huán)境的。在川西南地區(qū)，黑色頁巖中硅元素含量相對較高，部分樣品中硅含量可達55%以上，這可能與該地區(qū)靠近物源區(qū)，陸源碎屑石英輸入較多有關。生物成因硅質則主要來源于海洋中的硅質生物，如海綿骨針、放射蟲等，它們死亡后，其骨骼中的硅質成分溶解再沉淀，形成生物成因硅質。在黔北地區(qū)的一些黑色頁巖中，生物成因硅質含量較高，這反映了當時海洋中硅質生物繁盛，沉積環(huán)境有利于硅質生物的生長和繁殖。硅元素含量的變化還與沉積環(huán)境的水動力條件有關，在水動力較強的區(qū)域，陸源碎屑石英的搬運和沉積能力增強，可能導致硅元素含量升高；而在水動力較弱的環(huán)境中，生物成因硅質的沉積相對穩(wěn)定，對硅元素含量的貢獻可能更大。鋁元素在黑色頁巖中的含量一般在10%-20%之間，主要以黏土礦物的形式存在。黏土礦物中的鋁是在沉積過程中，由陸源物質和海洋中的溶解鋁經過復雜的化學反應形成的。在湘鄂西地區(qū)，黑色頁巖中鋁元素含量相對較高，可達18%左右，這可能與該地區(qū)陸源物質輸入較多，且沉積環(huán)境有利于黏土礦物的形成和保存有關。鋁元素含量的變化可以反映沉積環(huán)境的酸堿度和氧化還原條件。在酸性環(huán)境中，鋁元素的溶解度增加，可能導致其在黑色頁巖中的含量降低；而在堿性環(huán)境中，鋁元素更容易與其他元素結合形成黏土礦物，從而使黑色頁巖中的鋁元素含量升高。氧化還原條件也會影響鋁元素的存在形式和含量，在還原環(huán)境中，鋁元素可能會與鐵、硫等元素結合形成硫化物礦物，從而影響黑色頁巖中鋁元素的含量和分布。鐵元素在黑色頁巖中的含量一般在3%-8%之間，其存在形式多樣，包括鐵的氧化物、硫化物和硅酸鹽等。黃鐵礦是黑色頁巖中常見的含鐵硫化物礦物，其形成與沉積環(huán)境的氧化還原條件密切相關。在缺氧的還原環(huán)境中，海水中的硫酸根離子被還原為硫化氫，硫化氫與鐵離子結合形成黃鐵礦。在川東南地區(qū)的黑色頁巖中，黃鐵礦含量較高，這表明該地區(qū)在黑色頁巖沉積時期，沉積環(huán)境處于較強的還原狀態(tài)。鐵元素的含量還受到物源區(qū)巖石類型的影響。在物源區(qū)以基性巖石為主的區(qū)域，黑色頁巖中鐵元素含量可能相對較高；而當物源區(qū)以酸性巖石為主時，鐵元素含量可能較低。在黔東南地區(qū)，黑色頁巖中鐵元素含量相對較低，這可能與該地區(qū)物源區(qū)巖石類型以酸性巖石為主有關。鈣元素在黑色頁巖中的含量一般在1%-5%之間，主要以碳酸鹽礦物的形式存在。碳酸鹽礦物的形成與海洋中的化學沉積作用以及生物作用有關。在溫暖、透光性好的淺海環(huán)境中，生物的新陳代謝活動會導致海水中的碳酸鹽飽和度增加，從而促進碳酸鹽礦物的沉淀。在一些黑色頁巖與碳酸鹽巖互層的區(qū)域，鈣元素含量會相對較高。在黔北地區(qū)，部分黑色頁巖中可見到石灰?guī)r與黑色頁巖互層的現(xiàn)象，這些石灰?guī)r中鈣元素含量較高，反映了當時沉積環(huán)境在深水缺氧的黑色頁巖沉積環(huán)境與淺海碳酸鹽沉積環(huán)境之間交替變化。鈣元素含量的變化還與海平面變化有關，當海平面上升時，海水深度增加，碳酸鹽的沉積環(huán)境可能發(fā)生改變，導致鈣元素含量發(fā)生變化。在海平面上升時期，水體加深，可能會抑制碳酸鹽的沉淀，使黑色頁巖中鈣元素含量降低；而在海平面下降時期，水體變淺，有利于碳酸鹽的沉積，鈣元素含量可能會升高。鎂元素在黑色頁巖中的含量一般在1%-3%之間，常以鎂硅酸鹽礦物和碳酸鹽礦物的形式存在。鎂元素的含量變化與沉積環(huán)境和物源區(qū)也有一定關系。在沉積環(huán)境中，鎂元素的溶解度和沉淀條件受到多種因素的影響，如酸堿度、溫度、鹽度等。在堿性環(huán)境中，鎂元素更容易與其他元素結合形成礦物沉淀。在黔東南地區(qū)的一些黑色頁巖中，鎂元素含量相對較高，這可能與該地區(qū)沉積環(huán)境的酸堿度和鹽度條件有利于鎂礦物的形成有關。物源區(qū)巖石類型也會影響鎂元素的含量，在物源區(qū)以富含鎂的巖石為主時，黑色頁巖中鎂元素含量可能會增加。5.2.2微量元素特征華南中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖中微量元素豐富，釩（V）、鎳（Ni）、鉬（Mo）、鈾（U）等元素的含量和分布特征對古環(huán)境重建和頁巖氣儲層評價具有重要的指示意義。釩元素在黑色頁巖中的含量一般在100-500μg/g之間，其含量變化與沉積環(huán)境的氧化還原條件密切相關。在缺氧的還原環(huán)境中，釩元素容易與有機質結合形成有機金屬絡合物，從而在黑色頁巖中富集。在川西南地區(qū)，下寒武統(tǒng)黑色頁巖形成于深水陸棚相沉積環(huán)境，水體較深，底層水體與大氣的交換受到限制，形成了缺氧的沉積環(huán)境，釩元素含量相對較高，部分樣品中釩含量可達400μg/g以上。通過對釩元素含量與有機碳含量的相關性分析，發(fā)現(xiàn)兩者呈現(xiàn)出顯著的正相關關系，相關系數(shù)可達0.8