下?lián)P子西南部前淵帶晚奧陶世—早志留世黑色頁(yè)巖沉積環(huán)境與有機(jī)質(zhì)富集機(jī)理
——以WDD1井為例

方朝剛,章誠(chéng)誠(chéng),林 洪,韓 瑾,滕 龍,周道容,李建青

(1. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心,江蘇 南京 210016; 2. 云南大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 云南 昆明 650091; 3. 古生物與地質(zhì)環(huán)境演化湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430205; 4. 江西省地質(zhì)科學(xué)研究所,江西 南昌 330052)

0 引 言

隨著上揚(yáng)子地區(qū)涪陵、威遠(yuǎn)—長(zhǎng)寧等一批特大頁(yè)巖氣田的相繼突破和中揚(yáng)子地區(qū)宜昌古隆起周緣頁(yè)巖氣的重要發(fā)現(xiàn)，同為揚(yáng)子地塊的下?lián)P子地區(qū)頁(yè)巖氣勘探前景日益引起關(guān)注。中上揚(yáng)子地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組發(fā)育一套隆后深水陸棚相含筆石頁(yè)巖，是中國(guó)南方頁(yè)巖氣勘探的主力層位。近些年，針對(duì)中上揚(yáng)子地區(qū)該套頁(yè)巖已開(kāi)展大量研究，相關(guān)報(bào)道層出不窮，特別是圍繞古生產(chǎn)力、氧化-還原條件、陸源碎屑輸入、相對(duì)海平面變化、上升洋流、沉積速率、火山活動(dòng)和水體滯留程度等討論有機(jī)質(zhì)富集主控因素，取得了豐富的研究成果和眾多新認(rèn)識(shí)。張春明等提出缺氧的滯留環(huán)境和緩慢的沉積速率是關(guān)鍵因素；李雙建等研究發(fā)現(xiàn)揚(yáng)子地區(qū)赫南特冰期的上升洋流提供了充足的養(yǎng)分，而后魯?shù)て诖蠓秶暮Ｇ质沟糜袡C(jī)質(zhì)被迅速的埋藏得以保持；Wang等研究發(fā)現(xiàn)半封閉水體、低沉積速率、較高海平面是控制有機(jī)質(zhì)富集的主要因素；李琪琪等提出黔中隆起北緣五峰期—魯?shù)て诤Ｆ矫嫔翟斐傻难趸?還原條件以及生產(chǎn)力條件的變化控制了有機(jī)質(zhì)的富集。相較而言，下?lián)P子地區(qū)同時(shí)期發(fā)育的上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)高家邊組黑色頁(yè)巖相關(guān)研究還處在起步探索階段。巖相古地理研究表明，下?lián)P子地區(qū)在奧陶紀(jì)—志留紀(jì)之交的古地理格局與中上揚(yáng)子地區(qū)有所不同，并未顯示有類似中上揚(yáng)子隆后盆地半封閉的沉積環(huán)境，兩者之間存在一定的區(qū)域性差異。因此，搞清楚下?lián)P子地區(qū)五峰組—高家邊組頁(yè)巖沉積環(huán)境和有機(jī)質(zhì)富集機(jī)理，對(duì)深化下?lián)P子地區(qū)頁(yè)巖氣富集規(guī)律認(rèn)識(shí)具有重要意義。

借助于下?lián)P子地區(qū)最新的頁(yè)巖氣地質(zhì)調(diào)查井(WDD1)獲取的地下巖芯資料，本文通過(guò)主量、微量元素地球化學(xué)方法，結(jié)合總有機(jī)碳(TOC)變化，分析了下?lián)P子西南部五峰組—高家邊組頁(yè)巖主量、微量元素比值在鉆孔垂向上的變化特征及其與古沉積環(huán)境的關(guān)系，探討了古氣候、水體氧化-還原性質(zhì)、古生產(chǎn)力、沉積速率對(duì)有機(jī)質(zhì)富集的控制作用，以期揭開(kāi)下?lián)P子地區(qū)頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)富集的成因。

1 地質(zhì)背景

奧陶紀(jì)華南板塊位于岡瓦納大陸西北緣，處于古赤道附近，氣候溫暖，生物繁盛，海洋初級(jí)生產(chǎn)力比較高。從晚奧陶世開(kāi)始，廣西運(yùn)動(dòng)進(jìn)入強(qiáng)烈期，“江南古陸”抬升并露出水面，打破了奧陶紀(jì)之前長(zhǎng)期存在的“臺(tái)-坡-盆”古地理格局，同時(shí)阻隔了上揚(yáng)子與下?lián)P子，使其形成了深水陸棚沉積環(huán)境，為奧陶紀(jì)末期富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖的發(fā)育創(chuàng)造了條件。

晚奧陶世，下?lián)P子地區(qū)開(kāi)始進(jìn)入前陸盆地的演化階段，盆地前淵帶水體深度整體較大，存在西南和東北兩個(gè)沉積中心，是下?lián)P子地區(qū)下古生界頁(yè)巖氣勘探的有利區(qū)。WDD1井位于下?lián)P子盆地前緣帶西南部深水區(qū)，今位于安徽省東至縣境內(nèi)(圖1)，奧陶紀(jì)—志留紀(jì)黑色頁(yè)巖主要發(fā)育層位為五峰組和高家邊組。五峰組主要以黑色頁(yè)巖為主，富含筆石；高家邊組較為特殊，巖性組合上接近于江南地層區(qū)的霞鄉(xiāng)組，砂質(zhì)含量明顯增高，厚度大于1 000 m，生物特征上則接近揚(yáng)子地層區(qū)，具有可與揚(yáng)子地層區(qū)對(duì)比的筆石帶。

WDD1井完全揭示了五峰組和高家邊組下部，地層連續(xù)沉積、保存完好。五峰組巖性以黑色頁(yè)巖為主，厚度為3.84 m，含有大量筆石，有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦發(fā)育[圖2(a)、(b)]；其上為高家邊組一段，主要以深灰色粉砂質(zhì)泥巖[圖2(c)]和泥質(zhì)粉砂巖為主，偶夾薄層細(xì)砂巖[圖2(d)]，筆石較少；高家邊組二段巖性以灰黑色頁(yè)巖和灰色粉砂質(zhì)泥巖為主，夾薄層細(xì)砂巖，筆石多集中于灰黑色泥頁(yè)巖段[圖2(e)]，黃鐵礦顆粒和有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育[圖2(f)]。筆者系統(tǒng)采集了五峰組和高家邊組下部巖石樣品，并開(kāi)展了地球化學(xué)分析。

圖件引自文獻(xiàn)[17],有所修改圖1 WDD1井在奧陶紀(jì)晚期至志留紀(jì)早期揚(yáng)子板塊古地理圖中的位置Fig.1 Position of Well WDD1 in Paleogeographic Map of Yangtze Plate from Late Ordovician to Early Silurian

圖2 五峰組和高家邊組巖性特征Fig.2 Lithological Characteristics of Wufeng Formation and Gaojiabian Formation

2 實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

總有機(jī)碳測(cè)試在四川省科源工程技術(shù)測(cè)試中心使用LECCO CS230紅外碳硫儀完成。先將樣品碎至粒徑小于0.2 mm，在盛有試樣的容器中緩慢加入過(guò)量的鹽酸溶液，放在水浴鍋上，溫度控制在60 ℃～80 ℃，溶樣2 h以上以消除碳酸鹽組分；確認(rèn)無(wú)殘留碳酸鹽組分后，將樣品放入恒溫干燥箱中烘干待用。烘干后的巖樣在高溫(1 200 ℃)氧氣流中燃燒，使總有機(jī)碳轉(zhuǎn)化成CO，再經(jīng)紅外檢測(cè)器確定總有機(jī)碳，最后計(jì)算總有機(jī)碳占巖石質(zhì)量的百分比。

主量元素測(cè)定采用X射線熒光光譜(XRF)法，儀器是帕納科Axios型波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜儀(WDXRF)，測(cè)試進(jìn)度優(yōu)于5%。微量元素測(cè)定采用溶樣法，利用美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司ICAPQ型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)完成。稱取 0.1 g樣品放于PFA坩鍋中，加入少量水潤(rùn)濕，依次加入1 mL HF溶液、1 mL HNO溶液、0.5 mL HCLO溶液于低溫電熱板上120 ℃加熱2～3 h，放置過(guò)夜，打開(kāi)坩堝蓋繼續(xù)于電熱板上180 ℃加熱至白煙冒盡，冷卻后加入1∶1 HNO溶液5 mL，在電熱板上120 ℃加熱提取3 h，至溶液清亮取下坩鍋，冷卻后定容至100 mL。溶液可直接使用ICP-MS儀測(cè)定。主量、微量元素測(cè)試均在自然資源部華東礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成。

2.2 結(jié)果分析

五峰組黑色頁(yè)巖總有機(jī)碳呈現(xiàn)高值，分布在3.33%～4.23%(平均值3.68%)；高家邊組一段粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖的總有機(jī)碳較低，平均為0.63%，高家邊組二段黑色泥巖總有機(jī)碳分布在1.12%～4.10%(平均值2.05%)，粉砂質(zhì)泥巖相對(duì)較低，平均值為0.36%。整體來(lái)看，優(yōu)質(zhì)黑色頁(yè)巖段分布在五峰組和高家邊組二段(表1)。

五峰組黑色頁(yè)巖SiO含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)高，為60.37%～72.44%，平均值為64.60%；AlO含量次之，為10.83%～15.90%，平均值為13.50%；CaO、FeO、KO、NaO和MnO含量低，平均值分別為1.07%、4.57%、3.26%、0.27%和2.28%。高家邊組一段AlO含量略微升高，為15.13%～19.60%，平均值為16.80%；SiO含量輕微降低，為52.97%～63.47%，平均值為60.31%；CaO、MnO、NaO和TiO含量極低，平均值分別為0.98%、0.09%、1.16%和0.78%。高家邊組二段SiO含量較高家邊組一段略微升高，平均值為61.53%；AlO含量微弱下降，平均值為15.36%；FeO含量為6.17%，較五峰組相對(duì)升高(表1)。

微量元素中，Mo、U、V、Cr和Th等一些可用于氧化-還原參數(shù)的元素在鉆井黑色頁(yè)巖中均比較富集(表2)。五峰組Mo平均含量為31.85×10、U為1.24×10，V為724.40×10，Cr為77.96×10，Th為16.35×10；高家邊組一段Mo和V平均含量呈現(xiàn)快速下降，分別下降至5.49×10和119.75×10；至高家邊組二段黑色頁(yè)巖段，Mo和V平均含量再次升高，分別為14.73×10和168.90×10(表2)。

表2 五峰組—高家邊組微量元素分析結(jié)果Table 2 Analysis Results of Trace Elements in Wufeng Formation-Gaojiabian Formation

3 黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)富集主控因素

3.1 古氣候與陸源輸入

特殊地質(zhì)時(shí)期地球深時(shí)氣候變化，一直是沉積學(xué)研究的熱點(diǎn)。在不同氣候條件下，碎屑巖化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)存在顯著差異。一般認(rèn)為，化學(xué)蝕變指數(shù)為50～60代表寒冷干燥氣候，為60～80代表溫暖濕潤(rùn)氣候，為80～100代表炎熱潮濕氣候。此外，化學(xué)蝕變指數(shù)會(huì)受到鉀交代作用的影響，需要進(jìn)行鉀交代作用的校正。校正后的化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)計(jì)算式為

(1)

(2)

(3)

Al和Ti主要源于陸源輸入，后期成巖作用和風(fēng)化作用的影響可忽略，因此可用來(lái)指示陸源輸入量變化。五峰組CIA值為61.55～76.23，出現(xiàn)明顯的波動(dòng)特征，表明該階段氣候出現(xiàn)先變冷后轉(zhuǎn)暖的趨勢(shì)，同階段AlO和TiO含量逐步升高(圖3)，黑色頁(yè)巖中夾有極少量的粉砂質(zhì)紋層也印證了陸源粗碎屑逐步增多。高家邊組一段CIA值除去頂部一個(gè)異常點(diǎn)以外，其余分布在72.33～77.47，整體上為相對(duì)溫暖濕潤(rùn)的氣候特征；AlO和TiO含量維持在一個(gè)相對(duì)高值區(qū)(圖3)，沉積速率明顯加快，沉積物也由泥頁(yè)巖轉(zhuǎn)化為粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾砂質(zhì)條帶，總有機(jī)碳急劇下降，表明化學(xué)風(fēng)化程度增加，陸源輸入也隨之增加。高家邊組二段CIA值為69.93～77.85，較高家邊組一段有小幅度下降；AlO和TiO含量也出現(xiàn)了同步的變化趨勢(shì)，巖性上細(xì)粒沉積物開(kāi)始增多，沉積速率相對(duì)減慢，總有機(jī)碳也較高家邊組一段有明顯的升高(圖3)。

圖3 黑色頁(yè)巖的古氣候、陸源碎屑輸入和古生產(chǎn)力相關(guān)指標(biāo)變化Fig.3 Changes of Related Indicators of Paleoclimate, Terrigenous Detrital Input and Paleoproductivity of Black Shale

3.2 古氧化-還原條件

還原環(huán)境對(duì)于有機(jī)質(zhì)的封存起到了關(guān)鍵作用。前人對(duì)華南地區(qū)奧陶紀(jì)—志留紀(jì)之交古海洋的氧化-還原環(huán)境已經(jīng)有了廣泛的認(rèn)識(shí)。Mo、U、V等氧化-還原敏感元素在缺氧環(huán)境下普遍富集于沉積物中。其中，Mo和U的特性使得二者在氧化環(huán)境中含量極低；在Fe和Fe的氧化-還原界面附近，U富集快于Mo；而在缺氧或硫化環(huán)境中，Mo富集速率超過(guò)U。針對(duì)古代黑色頁(yè)巖，Mo含量一定程度上表征了底水的硫化程度。當(dāng)Mo含量為25×10時(shí)，沉積環(huán)境開(kāi)始在局部的孔隙中出現(xiàn)溶解態(tài)的硫化物；當(dāng)Mo含量超過(guò)100×10時(shí)，沉積環(huán)境溶解態(tài)的硫化物大量富集；當(dāng)Mo含量為(25～100)×10時(shí)，沉積環(huán)境間歇性地富集溶解態(tài)的硫化物。

此外，V/Cr、V/(V+Ni)值也廣泛用于判別底水的氧化-還原程度。V/Cr值大于4.25指示缺氧環(huán)境，介于2.00～4.25指示貧氧環(huán)境，小于2.00指示氧化環(huán)境。V/(V+Ni)值大于0.60為厭氧環(huán)境，介于0.46～0.60為貧氧環(huán)境，小于0.46為氧化環(huán)境。富集因子(EF)可表示微量元素的富集程度，排除陸源輸入和其他因素的影響，對(duì)氧化-還原環(huán)境的指示意義更可靠。富集因子表達(dá)式為

(4)

式中:()為元素的富集因子；(·)為PAAS中元素含量。

Mo、U和V等微量元素在下部的五峰組和高家邊組二段黑色頁(yè)巖段明顯富集；Mo、U和V平均含量分別為38.32×10、1.39×10、707.00×10，Mo最高含量達(dá)到57.40×10，Mo富集因子(EF)、U富集因子(EF)和V富集因子(EF)平均值分別為47.92、7.75和6.21，V/Cr值大于4.25，V/(V+Ni)值為0.86～0.88；綜合沉積物特征與有機(jī)質(zhì)豐度判斷上述黑色頁(yè)巖發(fā)育段底水處于缺氧的還原環(huán)境。而高家邊組一段Mo、U和V等微量元素明顯減少，Mo、U和V平均含量分別為8.59×10、1.43×10和117.97×10，富集因子EF、EF和EF平均值分別為6.34、1.78和0.90，V/Cr值小于4.25，V/(V+Ni)值小于0.46，表明沉積的底水環(huán)境偏氧化(圖4)。在Mo-TOC圖解[圖5(a)]中，五峰組5個(gè)樣品中有4個(gè)樣品的Mo/TOC值處于半滯留程度，只有五峰組底部的1個(gè)樣品小于4.5，接近于強(qiáng)滯留環(huán)境的美國(guó)Fort Worth盆地Barnett組頁(yè)巖。因此，推測(cè)五峰期下?lián)P子西南部地區(qū)處在半滯留局限海盆沉積環(huán)境，與下?lián)P子句容地區(qū)五峰期海盆滯留程度相似。高家邊組二段黑色頁(yè)巖Mo/TOC值處于中等滯留程度[圖5(a)]，而高家邊組一段粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖段總有機(jī)碳普遍小于1%，沉積環(huán)境處于氧化狀態(tài)；Mo在氧化環(huán)境下以高價(jià)位(+6價(jià))的穩(wěn)定狀態(tài)存在，不易進(jìn)入沉積物，因此不能用來(lái)判別滯留程度。EF-EF協(xié)變圖[圖5(b)]顯示：五峰組黑色頁(yè)巖EF/EF值較高，有4個(gè)樣品處在1～3倍現(xiàn)代海水，且EF值大于50，EF值大于10，接近于缺氧的強(qiáng)硫化中等滯留環(huán)境；有一個(gè)樣品EF/EF值略小于1倍現(xiàn)代海水，且EF值大于EF值，接近于貧氧環(huán)境。高家邊組二段黑色頁(yè)巖EF/EF值高于1倍現(xiàn)代海水，EF值大于10，EF值大于5，處于貧氧—缺氧的中等滯留環(huán)境；高家邊組二段粉砂質(zhì)泥巖和粉砂質(zhì)泥巖EF/EF值處在0.3～1.0倍現(xiàn)代海水，接近氧化的弱滯留環(huán)境。

圖4 黑色頁(yè)巖的古氧化-還原條件、古海水硫化程度相關(guān)指標(biāo)變化Fig.4 Changes of Related Indexes of Paleoredox Conditions and Paleosaltwater Sulfide Degree of Black Shale

圖5 五峰組—高家邊組Mo-TOC圖解和EFMo-EFU協(xié)變圖Fig.5 Diagram of Mo-TOC and Covariant Diagram of EFMo-EFU in Wufeng Formation-Gaojiabian Formation

V/Sc值常被用來(lái)表示水體的氧化-還原和硫化情況。一般認(rèn)為，V/Sc值為9.1作為氧化與貧氧界線；當(dāng)水體V/Sc值大于24則處于硫化狀態(tài)。WDD1井的V/Sc值在五峰組和高家邊組二段頂部的黑色頁(yè)巖段表現(xiàn)為高值，7個(gè)樣品的V/Sc平均值為51.66，而粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖的V/Sc值基本都小于9，指示五峰組和高家邊組二段頂部黑色頁(yè)巖的沉積水體為硫化環(huán)境，與EF-EF協(xié)變圖的分析結(jié)果、其他指標(biāo)所反映的沉積環(huán)境特征一致。

3.3 古生產(chǎn)力

Ba、Ni、Cu和Zn等是生物生命活動(dòng)所需的微量元素，其在沉積巖中的含量可代表初級(jí)古生產(chǎn)力。其中，Ba是古生產(chǎn)力指標(biāo)運(yùn)用最廣泛的元素，但Ba的來(lái)源有多種，既包括生物來(lái)源，也包括陸源碎屑輸入。因此，利用沉積物中的Ba總含量減去陸源鋇含量即可得到生源鋇含量，其被認(rèn)為是衡量古生產(chǎn)力的可靠指標(biāo)。其表達(dá)式為

(Ba)=(Ba)-(Al)(Ba)/(Al)

(5)

式中：(·)為碎屑中元素含量；Ba為生源鋇；(Ba)/(Al)為0.003 200～0.004 623，本文取值為0.003 900。

Cu、Ni和Zn作為營(yíng)養(yǎng)元素與有機(jī)質(zhì)結(jié)合或形成有機(jī)質(zhì)絡(luò)合物沉淀埋藏下來(lái)，有助于恢復(fù)當(dāng)時(shí)地球上各種形式的生命活動(dòng)。五峰組和高家邊組二段黑色頁(yè)巖Cu、Ni和Zn含量相對(duì)富集，平均含量分別為129.00×10、98.00×10和376.00×10，表明黑色頁(yè)巖發(fā)育期古生產(chǎn)力水平較高(圖4)。而且，在還原環(huán)境下Cu、Ni和Zn還可能與HS形成硫化物沉淀，進(jìn)一步提高了黑色頁(yè)巖中的Cu、Ni和Zn含量。高家邊組一段Cu、Ni和Zn可能受氧化環(huán)境影響，不利于Cu、Ni和Zn沉淀，從而導(dǎo)致其含量過(guò)低。

綜合生源鋇和Cu、Ni、Zn含量表明，五峰組和高家邊組二段黑色頁(yè)巖段古生產(chǎn)力較高，對(duì)應(yīng)的總有機(jī)碳較高，而高家邊組一段粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖段古生產(chǎn)力雖然也處于中—高水平，但過(guò)多的陸源粗碎屑大大稀釋了有機(jī)質(zhì)的豐度。

4 有機(jī)質(zhì)富集與沉積環(huán)境的關(guān)系

高生產(chǎn)力和缺氧的保存條件是海相烴源巖中總有機(jī)碳富集的2個(gè)最重要因素，但有機(jī)質(zhì)富集是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，無(wú)論是初級(jí)生產(chǎn)力、氧化-還原條件、水體硫化程度，還是陸源碎屑輸入等變量都可能對(duì)其產(chǎn)生影響。由于奧陶紀(jì)—志留紀(jì)之交古海洋環(huán)境發(fā)生了重大的改變，所以五峰組—高家邊組黑色頁(yè)巖形成的主控因素各不相同。

五峰組黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量與古生產(chǎn)力沒(méi)有明顯的正相關(guān)關(guān)系，與生源鋇、Cu、Zn含量的判定系數(shù)()分別為0.048、0.066和0.179[圖6(a)～(c)]；與底水的氧化環(huán)境條件具有較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，與V/Cr、V/Sc、EF和EF值的判定系數(shù)分別為0.312、0.252、0.326和0.247[圖6(d)～(g)]；與陸源碎屑輸入成弱的正相關(guān)關(guān)系，與Al、Ti含量的判定系數(shù)分別為0.112和0.283[圖6(h)、(i)]。上述特征表明五峰組黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)富集的主控因素為還原環(huán)境，而陸源碎屑輸入帶來(lái)了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，一定程度上促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)富集。

高家邊組一段有機(jī)質(zhì)含量整體偏低，與古生產(chǎn)力成弱的正相關(guān)關(guān)系，與生源鋇、Cu和Zn含量的判定系數(shù)分別為0.152、0.013和0.168[圖6(a)～(c)]；與底水的氧化環(huán)境條件具有弱的正相關(guān)關(guān)系，與V/Cr、V/Sc值的判定系數(shù)分別為0.168和0.127[圖6(d)、(e)]；與陸源碎屑輸入表現(xiàn)為弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系[圖6(h)、(i)]。高家邊組一段高沉積速率和偏氧化的底水環(huán)境共同制約了有機(jī)質(zhì)富集。

高家邊組二段黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量與生源鋇含量沒(méi)有明顯的相關(guān)性[圖6(a)]，可能與貧氧—厭氧環(huán)境下BaSO大量溶解造成生源鋇含量偏低有關(guān)；與生命營(yíng)養(yǎng)元素Cu和Zn含量具有較好的正相關(guān)性，判定系數(shù)分別達(dá)到0.549和0.506[圖6(b)、(c)]；與底水的氧化環(huán)境條件和硫化程度也具有明顯的正相關(guān)性，與V/Cr、V/Sc、EF和EF值的判定系數(shù)分別為0.491、0.499、0.695和0.676[圖6(d)～(g)]；與陸源碎屑輸入表現(xiàn)出較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性，與Al含量的判定系數(shù)達(dá)到0.539[圖6(h)]。綜上所述，高家邊組二段黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)富集機(jī)理較復(fù)雜，主要受高的古生產(chǎn)力和還原—硫化底水環(huán)境雙因素控制，同時(shí)低沉積速率在一定程度上促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)富集。

圖6 總有機(jī)碳與古生產(chǎn)力、氧化-還原條件、水體硫化程度、陸源碎屑輸入的相關(guān)關(guān)系Fig.6 Correlations Between TOC and Paleoproductivity, Redox Conditions, Water Sulfidation Degree and Terrigenous Debris Input

五峰組和高家邊組黑色頁(yè)巖段雖然都具有較高的古生產(chǎn)力和底水缺氧還原條件，但其有機(jī)質(zhì)富集主控因素不同。近年來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)者注意到兩者在環(huán)境上的差異。晚奧陶世，揚(yáng)子板塊受到華夏板塊的構(gòu)造擠壓，下?lián)P子地區(qū)整體轉(zhuǎn)換為深水陸棚環(huán)境。Mo-TOC圖解和EF-EF協(xié)變圖顯示，此時(shí)的沉積環(huán)境為半滯留的缺氧—硫化環(huán)境，其在V/Cr、V/(V+Ni)和V/Sc值等氧化-還原指標(biāo)上可證實(shí)；另外，同時(shí)期其他地區(qū)黑色頁(yè)巖中的多層凝灰?guī)r薄夾層表明活躍的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起火山噴發(fā)，為海水表層提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；生源鋇、Cu、Zn含量等指標(biāo)以及筆石等浮游生物的繁盛證實(shí)了海水的高生產(chǎn)力，此時(shí)在底層水缺氧還原和表層水高生產(chǎn)力條件下有利于有機(jī)質(zhì)富集。上述特征皆表明，構(gòu)造作用是影響五峰組頁(yè)巖水體深度、古生產(chǎn)力以及氧化-還原條件等的主要因素。而進(jìn)入高家邊組一段沉積期，受加里東運(yùn)動(dòng)持續(xù)影響，研究區(qū)接收大量來(lái)自華夏古陸的陸源碎屑。 Mo-TOC圖解和EF-EF協(xié)變圖顯示，研究區(qū)為弱滯留環(huán)境，V/Cr、V/(V+Ni)、V/Sc值解釋沉積環(huán)境偏向貧氧—氧化環(huán)境。盡管生源鋇含量顯示該時(shí)期仍然處于中—高生產(chǎn)力，但有機(jī)質(zhì)保存條件較差，同時(shí)陸源碎屑輸入對(duì)有機(jī)質(zhì)進(jìn)行了稀釋，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)豐度較低。高家邊組二段沉積期整體上水體迅速加深，沉積速率減慢，使得底水缺氧。同時(shí)，極地冰川溶解的冷水對(duì)流到赤道形成上升流，帶來(lái)豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。筆石等浮游生物再度繁榮，下沉的生物遺骸繼續(xù)消耗底水中的溶解氧，形成厭氧環(huán)境；此外，還原海水中產(chǎn)生HS，最終形成厭氧硫化物底水環(huán)境，V/Cr、V/(V+Ni)和V/Sc值等氧化-還原指標(biāo)都證實(shí)了這一點(diǎn)，非常有利于高家邊組二段黑色頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)保存。綜上所述，五峰組—高家邊組黑色頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)富集是奧陶紀(jì)—志留紀(jì)沉積環(huán)境演化的綜合結(jié)果，構(gòu)造條件、古生產(chǎn)力、氧化-還原條件、海平面變化以及沉積速率等因素共同控制著五峰組—高家邊組頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)富集。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)校正后的化學(xué)蝕變指數(shù)指示W(wǎng)DD1井所處的下?lián)P子西南部地區(qū)在晚奧陶世—早志留世之交氣候整體溫暖濕潤(rùn)，生源鋇、Cu、Zn含量等指標(biāo)揭示了五峰組—高家邊組沉積期具有較高的古生產(chǎn)力，高有機(jī)碳通量為頁(yè)巖的發(fā)育和有機(jī)質(zhì)的富集提供了物質(zhì)保障。

(2)五峰組沉積期整體為缺氧—硫化的底水環(huán)境，高家邊組一段沉積期轉(zhuǎn)化為貧氧—氧化的底水環(huán)境，高家邊組二段沉積期再次出現(xiàn)硫化—缺氧的底水環(huán)境。缺氧的還原條件與總有機(jī)碳表現(xiàn)為較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，是控制有機(jī)質(zhì)富集的一個(gè)重要因素。

(3)五峰組頁(yè)巖和高家邊組黑色頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)富集機(jī)理存在差異。五峰組黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)富集的主控因素為還原—硫化的半滯留環(huán)境，而陸源碎屑輸入帶來(lái)了部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，一定程度上促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)富集；高家邊組二段黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)富集受多種因素控制，高的古生產(chǎn)力和還原—硫化環(huán)境為有機(jī)質(zhì)賦存提供了必要條件，同時(shí)細(xì)粒沉積物帶來(lái)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和低沉積速率進(jìn)一步促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)富集。

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