关键词：
寒武系
鄂西宜昌地区
页岩气
有机质富集
元素地球化学
碳、硫同位素
陆源输入
摘要：
页岩气的勘探开发对我国的能源安全和能源结构有重要影响。目前我国的页岩气开发主要集中在四川盆地及其周缘的奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩中,而广泛分布于我国中上扬子地区的寒武系页岩是未来我国页岩气勘探开发的重要接替层系。我国的寒武系页岩气勘探近年来已取得一定突破,展现出良好的工业前景。但是,中上扬子不同地区的寒武系页岩气勘探效果差异显著,页岩含气性的主控因素仍不明确。本论文根据寒武纪初期扬子地台古地理环境的差异性,对不同地区的寒武系自然剖面进行了考察和系统采样。通过对所采集的9条剖面的基础地质、地球化学数据分析,发现不同地区寒武系页岩的有机质丰度和岩相类型均有显著差异,这些差异性可能是造成含气性差异的原因之一。在取得了寒武系页岩气勘探重大突破的鄂西裂陷槽地区,寒武系富有机质页岩具备适中的有机质丰度,并且异常富集碳酸盐矿物、发育钙质页岩岩相类型。因此本文选取鄂西裂陷槽地区为重点研究对象,主要依托鄂西宜昌地区的鄂阳页1井钻井岩心剖面,综合开展了碳、硫含量测试,全岩主量元素、微量元素及稀土元素分析,黄铁矿硫同位素和有机碳同位素分析,以及岩石薄片阴极发光显微镜观察,并结合其他已有数据报道的寒武系剖面,对宜昌地区寒武系水井沱组富有机质页岩中异常富集的碳酸盐矿物的来源、寒武纪初期宜昌地区的古生产力水平、有机质保存条件、有机质来源等问题进行了深入探讨,主要取得了以下认识:（1）通过对全岩稀土配分模式和碳酸盐矿物阴极发光特征的研究,确定了宜昌地区水井沱组富有机质页岩中富集的碳酸盐矿物不是成岩作用阶段的产物,其来源可能是通过周期性发育的重力流、从台地向盆地快速搬运、异地沉积到富有机质沉积物中的盆内碳酸盐碎屑。水井沱组下部的黑色页岩以及其中发育的钙质夹层具有类似氧化海水的全岩稀土配分模式,这与全岩较高的U/Th重量比和Corg/P摩尔比所指示的强还原沉积环境相矛盾。总稀土元素富集系数(REYEF)与总无机碳含量（TIC）之间良好的正相关关系说明碳酸盐矿物是类似氧化海水的稀土特征的主要携带者。这些碳酸盐矿物主要以具有暗橙色阴极发光的、相对纯净的无定形方解石形式赋存,具有异地形成、快速堆积的特征,可能是从水深较浅的碳酸盐岩台地上形成,而后向邻近的、水深较大、处于厌氧状态的大陆斜坡—盆地方向运移、再沉积,从而输入到富有机质沉积物中。水井沱组下部层段内旋回性钙质夹层的发育可能与周期性的重力流作用有关,具有格挡层作用的钙质页岩可能会阻碍油气运移,有利于页岩气的保存。（2）提出了用于识别海相页岩中过剩Ba来源的Ba过剩-Eu异常图版,并据此判断出宜昌地区水井沱组富有机质页岩中的过剩Ba主要为生物成因,可指示海洋古生产力水平的变化。在Ba过剩-Eu异常图版上,中上扬子不同地区的寒武系富有机质页岩分别落在两个不同区域内。在湘黔渝深水陆棚内部的热水沉积区内,页岩的Ba过剩含量极高（>10000 mg/kg）、具有显著的正Eu异常、且Ba过剩与Eu异常值具有正相关性,指示Ba过剩主要为热液成因,其含量变化可能反映了热液活动的强度。而在绵阳—长宁裂陷槽附近、鄂西裂陷槽、以及湘黔大陆斜坡地区,尽管页岩的Ba过剩含量在1000～10000 mg/kg范围内波动,但是基本不具备正Eu异常,而且Ba过剩与Eu的富集或亏损没有关联,这表明Ba过剩主要为生物成因,反映了古生产力水平的高低。在宜昌地区水井沱组富有机质段内Ba过剩含量始终较高,这表明较高的古生产力水平为页岩中有机质的富集提供了物质基础;但Ba过剩与TOC含量的变化趋势并无关联,可能指示有机质的富集程度并不受“生产力模式”控制,而主要与“保存模式”有关。（3）探讨了寒武纪初期陆源输入变化对海水硫酸根浓度,以及海洋碳、硫循环过程的影响,据此将宜昌地区水井沱组富有机质段进一步划分为上、下两个沉积阶段,并明确了两阶段内海洋碳、硫循环过程的差异对有机质保存条件和有机质来源的影响。寒武纪初期海洋中硫酸根总体匮乏,并受到陆源输入的强烈控制。下段的化学蚀变指数（CIA）仅为55～60,指示了较弱的大陆化学风化作用,这限制了海水中硫酸根的补充,使其在细菌硫酸盐还原作用（BSR）的持续消耗下逐步枯竭。因此,海水中H2S浓度很低,黄铁矿主要形成于沉积物内、且δ34Spy持续正漂移;Mo/TOC、Mo/U和有机质S/C比值也都相对较低。硫酸根的匮乏限制了有机质在海水中的再矿化作用、有利于其保存,使下段的TOC含量高、且基本稳定在5～6 wt%。相比之下,上段的CIA值上升到60～70,指示了大陆化学风化作用的显著增强,这使硫酸根和陆源营养物质补充到海水中,造成海洋生产力水平显著提高,并导致上段底部的TOC含量突增到7～8 wt%。与此同时,BSR强度显著增大并造成海水中H2S浓度增加,黄铁矿的形成场所向海水中转移、且δ34Spy持续负漂移;M
欢迎来到三峡大学图书馆！
