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中国南方扬子地区广泛发育古生界海相富有机质页岩,其中下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组是页岩气最具远景的两套层系,被列为海相页岩气勘探开发的重点[1⁃4]。页岩中有机质含量是决定其含气性和储集性能好坏的一个关键指标[4⁃5],其形成和富集又受控于沉积古环境[6]。因此,对有机质沉积古环境的研究可为优质页岩储层分布预测和“甜点”段优选提供理论依据[7]。
筇竹寺组沉积的早寒武世经历了从新元古代冰期事件过渡到古生代暖球事件[8],全球古气候、古海洋环境和古生物群落均发生了剧烈的变化[9⁃10],受全球大规模海侵事件和区域性拉张裂陷作用的影响[11],扬子地区广泛发育黑色页岩；龙马溪组沉积的奥陶纪—志留纪之交同样发生了一系列重大地质事件,包括冈瓦纳冰川消融、生物复苏与辐射、火山喷发和上升洋流侵入等[12⁃14],在这些地质事件和前陆挤压—挠曲作用的共同影响下,扬子地区又沉积了另一套黑色页岩层系[7],其总有机碳（Total Organic Carbon,TOC）含量整体低于筇竹寺组。考虑到两套页岩层系复杂的地质背景,目前对筇竹寺组和龙马溪组页岩的对比研究主要集中在储层发育和含气性特征两个方面[15⁃18],而对沉积古环境的对比研究相对较少。前人认为筇竹寺组受上升洋流作用和热液活动影响较龙马溪组大,来自大洋深部或其他区域的非有机营养物质的补给更多,古生产力水平更高,由此导致其TOC含量要高于龙马溪组[5,10⁃11]。但这种认识较为片面,一方面,大量的研究证实有机质富集过程中生产力和保存的影响作用是同时进行的,且这一过程还会受到陆源碎屑输入、构造活动、气候变化等其他因素的影响,从而导致有机质差异富集[5⁃7,11]；另一方面,龙马溪组沉积期,位于扬子海盆北缘、南秦岭洋入口的城口—巫溪地区上升洋流极为活跃[19⁃21],但前期的对比研究在数据点的选择上常忽视这一区域,将龙马溪组滞留盆地（洋流活动较弱）与筇竹寺组被动大陆边缘区（洋流活跃）的数据点进行对比[5],取得的认识往往受数据限制不具代表性。
鉴于此,本文以中扬子西部下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组为研究对象,在筇竹寺组主要采集了被动大陆边缘瓮安垛丁关、古丈默戎和鄂西海槽内的长阳白竹岭剖面样品,在龙马溪组主要采集了被动大陆边缘巫溪白鹿剖面和前陆挠曲滞留盆地秭归新滩、宜探3井的样品,利用岩心/露头、全岩X射线衍射、岩石薄片、有机质含量和元素分析数据对两套页岩层系沉积学和地球化学的变化特征进行对比分析,系统探讨两套页岩层系在相似地质背景下的沉积古环境差异性,并对从被动大陆边缘→克拉通坳陷内沉积古环境变化进行对比分析,明确两套页岩层系有机质富集的主控因素及差异性,建立相应的富集模式,以期为中扬子西部地区下一步页岩气的勘探开发提供理论依据。
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研究区主要包括贵州省北部、湖南省西部、湖北省西部和重庆市东北部地区（图1a）。早寒武世筇竹寺期,因新元古代罗迪尼亚超大陆裂解,全球范围内的海侵导致海平面大规模上升,扬子地块处于拉张背景下,在埃迪卡拉纪—寒武纪转折期由裂谷型盆地逐渐演化为一个克拉通型盆地[22⁃29]（图1b）。古地理恢复显示扬子地块形成于古赤道附近[24],其西侧为大洋,东侧为向东开口的被动大陆边缘斜坡,海相页岩广泛分布于扬子地区,受拉张裂陷作用控制,在川西德阳—安岳裂陷槽和鄂西海槽内富有机质页岩厚度更大[4]。依据筇竹寺组岩性、电性和地化特性,由底至顶可分为三段,由筇一段至筇三段,有机质、生物硅质含量和自然伽马（GR）测井数值逐渐降低,而灰质、粉砂质含量逐渐升高,岩性由黑色碳质—硅质页岩逐渐过渡到灰白色粉砂质页岩、灰质页岩（图1b）。筇竹寺期,研究区从北东向南西方向沉积序列发育完整,依次为浅水陆棚相、深水陆棚相和斜坡相[25⁃26]（图1a）。
图 1 （a）中上扬子地区早寒武世筇竹寺期岩相古地理图（据文献[22]修改）；（b）研究区筇竹寺组地层柱状图（来自恩页1井,构造期次划分参考文献[30]）；（c）中上扬子地区早志留世龙马溪期岩相古地理图（据文献[14]修改）；（d）研究区龙马溪组地层柱状图（来自燕麦剖面）
Figure 1. (a) Map showing the lithofacies paleogeography of the early Cambrian Qiongzhusi period in the Middle and Upper Yangtze region (modified from reference [22]); (b) stratigraphic column of the Qiongzhusi Formation in the study area (from well Enye1, modified from reference [30]); (c) lithofacies paleogeography of the Early Silurian Longmaxi period in the Middle and Upper Yangtze region (modified from reference [14]); (d) stratigraphic column of the Longmaxi Formation in the study area (from the Yanmai outcrop)
早志留世龙马溪期,扬子地块仍处于古赤道附近[27],此时广西运动进入强烈期,华夏板块向扬子板块挤压碰撞作用增强,在扬子地区形成隆坳相间的构造格局；受周缘川中隆起、黔中隆起和江南—雪峰隆起及局部水下高地围限,扬子地块逐渐演化为仅向北开放并与秦岭洋相连的半封闭—低能缺氧的海盆[28]；受前陆挤压—挠曲作用影响,富有机质页岩主要分布于四川盆地南部—东部、黔北—湘西及鄂西北等隆后坳陷区内[4]（图1c）。依据龙马溪期前陆负载挠曲效应变化规律,可将其划分为挠曲—沉降期（赫南特—鲁丹期）、挠曲—迁移初期（埃隆早期）和挠曲—迁移扩张期（埃隆中—晚期）三个阶段[14,21]。随着构造活动的逐渐增强,岩性特征发生明显变化,由早期的生物硅质页岩沉积逐渐演化为碳质页岩和黏土质页岩不等厚互层沉积,有机质和生物硅含量、黄铁矿和笔石发育规模均呈逐渐降低趋势（图1d）。龙马溪期,研究区沉积体系展布方向与筇竹寺期截然不同,从北西向南东方向依次为深水陆棚相和浅水陆棚相[14]（图1a,c）。
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针对筇竹寺组黑色页岩段共采集样品134件,其中采自被动大陆边缘的黑色页岩样品共计82件,包括古丈默戎剖面的28件和瓮安垛丁关剖面的54件,采自鄂西海槽长阳白竹岭剖面样品共计52件；针对龙马溪组黑色页岩段共采集样品102件,其中采自被动大陆边缘巫溪白鹿剖面样品共计22件,采自前陆挠曲滞留盆地样品共计80件,包括秭归新滩剖面的35件和远安宜探3井的45件,对这些样品进行了有机碳含量、矿物岩石学特征分析和微体古生物鉴定,依据上述实验结果,又在默戎、垛丁关、白竹岭、白鹿、新滩和宜探3井样品中进一步挑选出7块、13块、17块、22块、18块和17块样品进行元素分析。
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文中黑色页岩样品的分析测试工作均由中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院地质实验室完成。有机质丰度测试由德国Eltra CS580A型碳硫测定仪完成,分析的精度优于±0.5%；射线X衍射分析所用仪器为Philips PW1830型X射线衍射仪,将粉末样品置于衍射仪中,利用Cu-Ka射线进行扫描,获得衍射图谱,在通过Panalytical X’Pert Highscore Plus软件确定矿物种类和相对含量；主量元素分析采用碱熔玻璃片法,在Rigaku 100e型波长色散型X荧光光谱仪（XRF）上进行测试；微量和稀土元素使用德国Thermo Fisher Scientific公司制造的型号为ICP-MS X SERIES电感耦合等离子体质谱仪进行分析。
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某一元素在沉积物中的富集程度一般用富集系数（EFS）来排除陆源输入和其他因素的影响[29],其计算公式如下：
XEF=（X/Al）sample/（X/Al）PAAS (1) 式中：X和Al代表了样品中某一元素X和Al的含量,样品用PAAS（后太古宙澳大利亚页岩）进行标准化。
C-S-Fe-P系统中的Corg/P值常被用来指示水体氧化还原条件[30],其计算公式如下：
Corg/P=（有机碳含量/C元素摩尔质量）/（P元素含量/P元素摩尔质量） (2) 式中：厌氧环境中Corg/P值大于100,贫氧环境中Corg/P值介于50~100,富氧环境Corg/P值小于50[30]。
仅来源于生物作用的Ba被称为过剩钡（BaXS）,常被用来指示古生产力水平。一般利用Ba的总含量减去陆源碎屑Ba的估算含量[31],其计算公式如下：
BaXS=Basample-Alsample×（Ba/Al）PAAS (3) 式中：Basample和Alsample分别为所测样品中的Ba和Al的总含量,（Ba/Al）PAAS为后太古宙澳大利亚页岩中这两元素的比值。
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研究区被动大陆边缘筇一段TOC含量介于2.7%~9.5%,平均为5.7%；筇二段TOC含量介于1.4%~5.0%,平均为3.6%；筇三段TOC含量介于0.2%~2.0%,平均为1.0%。拉张裂陷槽筇一段TOC含量介于1.9%~8.5%,平均我4.1%；筇二段TOC含量介于0.4%~3.3%,平均为1.8%；筇三段TOC含量介于0.8%~1.1%,平均为0.9%（表1、图2）。
表 1 研究区筇竹寺组不同沉积期内主量、微量元素组成及计算结果
Table 1. Major and trace element compositions in the Qiongzhsi Formation in the study area
区带 点位 段 样号 深度/m TOC/% Al2O3/% Al2O3+MgO+CaO/% Al/% Ti/(μg/g) Co/(μg/g) Ni/(μg/g) U/(μg/g) Th/(μg/g) Mo/(μg/g) P/(μg/g) Ba/(μg/g) Mn/(μg/g) Ti/Al/×102 Corg/P U/Th Ni/Co UEF MoEF Baxs/(μg/g) P/Al /×104 Mo/TOC CoEF×MnEF 被动大陆边缘区 垛丁关 筇三段 DDG33-1 19.4 0.4 18.9 20.9 10.0 3 640.9 5.0 20.6 5.9 8.1 2.9 268.7 810.5 143.4 3.6 37.5 0.7 4.2 1.9 2.9 159.1 26.8 7.5 0.036 DDG31-1 26.2 0.9 17.9 21.9 9.5 3 619.6 17.8 53.2 6.0 5.9 2.8 481.9 684.2 508.5 3.8 47.7 1.0 3.0 2.0 3.0 69.6 51.0 3.2 0.517 DDG27-1 38.2 0.4 17.6 20.6 9.3 3 613.4 14.0 55.3 6.6 7.5 5.4 362.8 1 101.0 325.5 3.9 29.2 0.9 3.9 2.3 5.8 493.9 38.9 13.2 0.268 筇二段 DDG22-2-1 54.7 3.7 16.1 17.9 8.5 3 504.7 2.5 19.6 52.4 5.5 40.9 236.1 1 653.0 93.1 4.1 401.9 9.5 7.8 19.9 48.1 1 100.3 27.8 11.1 0.017 DDG20-2 74.1 3.2 15.4 16.6 8.2 4 449.2 1.0 16.4 78.0 9.9 28.9 409.7 1 857.1 62.9 5.5 204.9 7.9 16.1 30.9 35.5 1 327.0 50.2 8.9 0.005 DDG18-1 82.1 3.0 15.5 17.0 8.2 4 503.3 1.5 9.5 35.4 4.9 42.8 497.7 971.4 167.3 5.5 155.4 7.2 6.2 13.9 52.1 437.1 60.5 14.3 0.020 DDG13-2 92.9 1.8 15.1 16.5 8.0 4 530.6 1.3 11.3 70.7 10.4 78.5 533.1 1 171.2 290.2 5.7 85.8 6.8 8.9 28.6 98.2 651.9 66.7 44.3 0.029 筇一段 DDG11-2 110.1 3.9 12.8 13.9 6.8 3 673.2 3.3 90.0 21.3 12.6 30.1 712.6 3 540.9 24.0 5.4 141.4 1.7 27.2 10.2 44.5 3 101.6 105.4 7.7 0.009 DDG10-1 113.4 4.7 11.8 13.0 6.2 3 223.6 2.1 44.3 24.2 3.7 52.2 351.7 4 558.9 131.4 5.2 344.4 6.5 21.2 12.6 83.9 4 154.4 56.5 11.1 0.036 DDG9-1 119.1 5.0 11.6 12.8 6.1 3 642.0 2.1 53.5 28.4 9.4 44.4 842.1 3 676.2 24.6 6.0 154.6 3.0 25.4 15.0 72.6 3 278.5 137.6 8.8 0.007 DDG8-1 126.0 4.4 11.0 12.0 5.8 3 512.0 3.0 92.7 27.7 9.9 33.1 712.6 1 847.6 31.6 6.1 158.8 2.8 30.5 15.4 57.1 1 470.9 123.0 7.6 0.015 DDG7-1 131.4 8.2 8.9 9.9 4.7 2 590.8 2.1 71.7 43.8 6.3 102.3 508.2 2 273.2 161.5 5.5 414.9 7.0 34.7 29.9 216.6 1 966.4 107.7 12.5 0.077 DDG4-2 136.5 3.8 6.0 6.6 3.2 1 383.0 0.5 5.6 15.7 4.5 36.8 764.4 680.0 349.0 4.4 129.4 3.5 10.6 16.0 116.5 474.9 242.3 9.6 0.094 默戎 筇三段 MR25-2 184.2 1.5 13.8 16.0 7.3 3 594.7 12.1 40.0 5.7 14.5 11.4 301.8 2 821.1 132.9 4.9 131.0 0.4 3.3 2.5 15.6 2 346.0 41.3 7.5 0.154 MR24-3 192.6 1.7 13.2 16.0 7.0 3 488.4 15.5 71.5 10.0 13.2 26.4 341.1 2 990.1 151.7 5.0 128.0 0.8 4.6 4.7 37.9 2 537.1 48.9 15.6 0.248 MR23-2 215.3 1.4 14.5 16.0 7.7 4 241.2 1.9 10.1 8.2 15.4 8.7 138.2 3 565.2 52.5 5.5 252.3 0.5 5.3 3.5 11.4 3 067.8 18.1 6.4 0.009 MR22-3 231.1 1.4 13.5 15.2 7.2 3 989.0 4.4 22.6 9.8 12.9 21.4 262.3 3 414.6 96.6 5.6 133.0 0.8 5.2 4.4 29.8 2 948.8 36.6 15.8 0.042 MR21-3 241.7 1.7 11.5 12.9 6.1 3 604.3 3.2 18.4 9.5 11.3 23.5 359.5 3 532.3 130.1 5.9 122.9 0.8 5.8 5.1 38.8 3 138.4 59.3 13.8 0.058 筇一段 MR19-1 311.1 6.9 6.9 12.5 3.7 2 230.8 9.0 143.2 110.7 6.5 74.4 716.2 23 938.0 90.7 6.1 248.9 16.9 15.9 97.1 202.4 23 699.0 194.8 10.8 0.309 MR15-3 326.3 7.8 9.7 13.0 5.1 3 297.9 17.9 221.4 60.4 9.0 71.4 1 184.2 20 824.3 96.2 6.4 170.8 6.7 12.4 37.9 139.0 20 490.2 230.4 9.1 0.333 
图 2 研究区筇竹寺组TOC含量、古氧化还原条件（U/Th、Ni/Co、MoEF、UEF和Corg/P）、陆源输入（Al2O3、Al2O3+MgO+CaO、Ti/Al×102）和古生产力水平（BaXS和P/Al×104）变化特征
Figure 2. Variations in the TOC (total organic carbon) content, paleo⁃redox conditions, terrigenous input, and paleo⁃productivity in the Qiongzhusi Formation
进入龙马溪期后,被动大陆边缘LM1~LM5 TOC含量介于2.9%~7.3%,平均为4.7%；LM6 TOC含量介于0.3%~3.3%,平均为2.6%,剔除细砂岩数据点后平均值为2.9%；LM7 TOC含量介于2.0%~2.9%,平均为2.6%。前陆挠曲滞留盆地在LM1~LM5 TOC含量介于2.5%~5.7%,平均为3.5%；LM6 TOC含量介于1.5%~2.9%,平均为2.3%；LM7 TOC含量介于0.1%~1.6%,平均为0.7%（表2、图3）。
表 2 研究区龙马溪组不同沉积期内主量、微量元素组成及计算结果
Table 2. Major and trace element compositions in the Longmaxi Formation in the study area
点位 段 样号 深度/m TOC/% Al2O3/% Al/% Ti/(μg/g) Co/(μg/g) Ni/(μg/g) U/(μg/g) Th/(μg/g) Mo/(μg/g) P/(μg/g) Ba/(μg/g) Mn/(μg/g) Ti/Al/×102 Corg/P U/Th Ni/Co UEF MoEF Baxs/(μg/g) P/Al/×104 Mo/TOC CoEF×MnEF 白鹿 LM7 BL-19-1 14.2 2.0 17.6 9.3 5 110.0 4.8 38.6 6.1 8.8 14.2 790.0 2 825.0 100.7 5.5 63.8 0.7 8.0 2.1 15.3 2 219.9 84.9 7.3 0.029 BL-18-3 16.2 2.5 27.5 14.6 7 570.0 10.4 72.9 10.2 15.5 22.5 880.0 7 475.0 46.5 5.2 73.7 0.7 7.0 2.3 15.5 6 528.6 60.4 9.0 0.012 BL-18-1 18.0 2.9 29.0 15.4 9 100.0 2.0 28.6 9.6 14.8 11.9 480.0 26 870.0 31.0 5.9 153.4 0.6 14.1 2.0 7.7 25 871.6 31.3 4.2 0.001 BL-17-2 18.7 2.8 27.0 14.3 8 970.0 1.3 19.9 8.5 13.8 15.1 450.0 25 990.0 31.0 6.3 159.0 0.6 15.0 1.9 10.6 25 059.9 31.4 5.5 0.001 LM6 BL-17-2-1 18.8 2.6 16.4 8.7 4 196.3 1.7 27.5 15.0 21.7 9.1 522.2 18 263.8 46.6 4.8 259.9 0.7 15.8 5.6 10.5 17 701.2 60.3 3.5 0.011 BL-17-1 22.3 3.1 27.2 14.4 7 320.0 2.4 50.8 7.5 14.3 11.3 820.0 3 135.0 31.0 5.1 96.4 0.5 21.3 1.7 7.9 2 201.0 57.1 3.7 0.002 BL-16-1 23.7 0.3 10.4 5.5 2 940.0 23.2 213.9 9.6 27.5 7.0 255.5 71 364.5 1994.8 5.3 13.9 0.3 9.2 5.6 12.7 71 006.8 46.4 24.9 7.834 BL-15-2 24.1 3.1 28.9 15.3 7 910.0 5.7 38.3 10.9 16.8 27.2 540.0 4 373.0 31.0 5.2 149.7 0.6 6.7 2.3 17.8 3 380.5 35.4 8.7 0.004 BL-15-1 25.3 3.2 23.3 12.3 6 990.0 5.8 35.7 13.8 16.7 33.4 700.0 8 823.0 31.0 5.7 116.6 0.8 6.2 3.6 27.1 8 020.9 56.7 10.6 0.006 BL-14-1 25.9 2.1 21.2 11.2 5 910.0 15.9 96.3 16.6 15.1 21.5 920.0 3 961.0 54.2 5.3 59.8 1.1 6.1 4.8 19.1 3 231.1 81.9 10.1 0.035 BL-12-1 27.6 2.7 14.5 7.7 4 300.0 9.8 54.0 9.7 11.2 17.4 940.0 2 342.0 100.7 5.6 72.8 0.9 5.5 4.1 22.7 1 842.8 122.4 6.6 0.086 LM1～LM5 BL-10-1 29.5 2.9 9.3 4.9 2 597.3 6.7 82.1 9.6 12.7 12.7 235.1 3 497.7 47.7 5.3 264.6 0.8 12.3 6.3 25.9 3 178.3 47.8 4.3 0.135 BL-9-1 32.6 2.9 17.1 9.1 4 530.0 17.4 110.0 7.9 11.7 24.6 970.0 2 298.0 46.5 5.0 78.3 0.7 6.3 2.8 27.1 1 708.5 106.9 8.4 0.050 BL-8-1 35.3 3.7 14.8 7.8 3 950.0 10.5 82.0 8.5 10.1 30.9 1 000.0 3 082.0 38.7 5.1 94.3 0.8 7.8 3.5 39.6 2 574.4 128.0 8.5 0.034 BL-7-2 36.5 3.7 15.5 8.2 4 090.0 7.5 43.7 6.1 8.8 24.3 780.0 2 088.0 31.0 5.0 120.9 0.7 5.8 2.4 29.7 1 556.3 95.4 6.7 0.018 BL-7-1 38.3 3.5 9.7 5.1 2 510.0 1.9 22.5 4.8 5.9 18.6 460.0 2 731.0 31.0 4.9 197.1 0.8 11.7 3.0 36.2 2 396.9 89.5 5.3 0.012 BL-6-1 39.7 4.1 25.0 13.2 6 740.0 2.2 43.6 18.1 16.4 54.9 1 010.0 10 677.0 31.0 5.1 105.6 1.1 20.0 4.4 41.5 9 817.7 76.4 13.3 0.002 BL-5-1 40.2 5.1 15.2 8.1 4 330.0 8.3 104.0 17.5 10.4 68.9 1 130.0 2 442.0 85.2 5.4 116.6 1.7 12.5 7.0 85.5 1 918.1 140.2 13.5 0.056 BL-4-2 41.5 4.1 12.5 6.6 3 670.0 2.5 58.0 14.6 8.1 61.4 630.0 2 138.0 85.2 5.5 169.4 1.8 23.3 7.1 92.5 1 706.4 94.9 14.9 0.025 BL-4-1 43.2 4.3 11.0 5.8 2 890.0 9.0 118.0 10.0 6.5 48.6 1 120.0 1 838.0 69.7 4.9 99.2 1.5 13.1 5.5 83.2 1 458.4 191.8 11.3 0.094 BL-3-3 48.9 4.4 10.3 5.4 2 880.0 6.2 101.0 8.8 6.5 37.6 1 080.0 1 702.0 69.7 5.3 104.3 1.4 16.2 5.2 69.1 1 348.4 198.5 8.6 0.075 BL-3-2 49.4 4.5 11.8 6.2 3 270.0 5.4 82.2 10.4 7.9 46.7 1 150.0 2 007.0 54.2 5.3 100.0 1.3 15.3 5.4 75.1 1 602.7 184.9 10.5 0.038 
图 3 研究区龙马溪组TOC含量、古氧化还原条件（U/Th、Ni/Co、MoEF、UEF和Corg/P）、陆源输入（Al2O3、Ti/Al×102）和古生产力水平（BaXS和P/Al×104）变化特征
Figure 3. Variations of the TOC content, paleo⁃redox conditions, terrigenous input, and paleo⁃productivity from the Longmaxi Formation in the study area
整体来看,下古生界两套海相页岩高TOC部分均位于底部,且筇竹寺组页岩TOC含量要高于龙马溪组（相似沉积背景下）。纵向上由底至顶,两套海相页岩TOC含量均表现出逐渐降低的趋势,横向上由被动大陆边缘至克拉通坳陷,TOC含量同样呈现出降低趋势。
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筇一段被动大陆边缘以黑色硅质岩沉积为主,内部纹层不发育,骨架颗粒以放射虫为主（图4a、图5a,b）,石英含量较高（平均65.6%）,多为生物成因的圆形—次圆形微晶—粉晶颗粒,碳酸盐岩（平均2.3%）和黏土矿物含量（平均15.7%）均较低；进入鄂西海槽后,岩性以灰黑色硅质页岩沉积为主,骨架颗粒仍以放射虫为主（图4a、图5c,d）,石英（平均44.7%）含量较被动大陆边缘区明显降低,碳酸盐岩（平均7.9%）和黏土矿物（平均27.4%）含量则明显升高。
图 4 研究区筇竹寺组（a）和龙马溪组（b）不同沉积期岩石类型划分三端元图
Figure 4. Ternary diagram of the shale types for different sedimentary stages from the Qiongzhusi Formation (a) and Longmaxi Formation (b) in the study area
图 5 研究区筇竹寺组沉积学和矿物岩石学特征
Figure 5. Sedimentology and mineral petrological characteristics of the Qiongzhusi Formation in the study area
筇二段被动大陆边缘以灰黑色硅质岩和硅质页岩互层沉积为主,石英（平均62.7%）含量较早期有所降低,镜下可见大量的硅质生物碎屑和放射虫骨架颗粒（图4a、图5e,f）,黏土矿物（平均24.2%）含量有所升高,碳酸盐岩含量（平均0.2%）仍处于较低水平；进入鄂西海槽后,岩性以黏土质硅质混合页岩和钙质硅质混合页岩互层为主,石英（平均28.4%）含量在纵、横向上均发生明显降低,以生物成因放射虫为主,但大部分被方解石所交代,碳酸盐岩（平均30.9%）含量则明显升高[32],剖面上可见钙质以纹层状夹于黑色页岩中,镜下成层性较弱,主要以斑点状顺层分布于富有机质的黏土质基质中,黏土矿物（平均28.6%）含量变化较小（图4a、图5g,h）。
筇三段被动大陆边缘以深灰色粉砂质页岩为主,石英（平均53.1%）以陆源成因为主,常呈颗粒状分散于富含黏土的基质中（图5i,f）,黏土矿物（平均35.9%）含量较筇二段明显升高,碳酸盐岩（平均1.6%）含量变化不大；进入鄂西海槽后,岩性以钙质页岩为主,石英（平均18.4%）和黏土矿物含量（平均19.0%）在纵、横向上均发生明显降低,碳酸盐岩含量（平均51.2%）则升高明显[32],露头可见大量钙质条带,厚度约5 cm,显微镜下也可看到钙质纹层发育（图5k,l）。
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LM1~LM5沉积期（赫南特末期—鲁丹期）被动大陆边缘区以黑色硅质岩沉积为主,石英（平均70.0%）含量较高,微观镜下显示其主要为生物成因硅质放射虫（图4b、图6a,b）,黏土矿物（平均22.2%）含量较低,不含碳酸盐岩；进入前陆挠曲滞留盆地后,以黑色硅质岩与硅质页岩不等厚互层沉积为主,石英含量（平均65.3%）较被动大陆边缘有所下降,仍以生物成因为主（图4b、图6c,d）,黏土矿物（平均19.5%）和碳酸盐岩（平均1.2%）矿物含量较低,与被动大陆边缘差异较小。
图 6 研究区龙马溪组沉积学和矿物岩石学特征
Figure 6. Sedimentology and mineral petrological characteristics of the Longmaxi Formation in the study area
LM6沉积期（埃隆早期）被动大陆边缘区以灰黑色硅质页岩沉积为主,夹一套厚度约20 cm的灰白色细砂岩。石英（平均49.2%）含量较早期下降明显,以硅质放射虫为主（图4b、图6e,f）,黏土矿物（平均39.3%）含量较早期升高明显,不含碳酸盐岩。硅质页岩中可见大量顺层分布的椭球状重晶石结核体（上升洋流所带来的富钡物质通过生物作用富集而形成[33]）（图6e）。同时,所夹的薄层灰白色细砂岩具有较高的GR值,一般介于180~203 CPS（图1d、图3）,镜下显示其为富含深海相有孔虫的生屑砂岩（图6e）,矿物组成以硅质为主（58.1%）,其次为碳酸盐矿物（26.1%）,黏土矿物含量较低（9.9%）,该套砂岩在城口—神农架一线均可见,是判断上升洋流活跃的重要标志[19,21]；前陆挠曲滞留盆地以灰黑色硅质页岩沉积为主,重晶石结核体和高GR砂岩不再发育。石英（平均50.7%）含量较高,生物成因（次圆状）和陆源输入（次棱角状）石英均有发育,常与云母和黏土矿物呈条带状聚集,显弱的水平纹层结构（图4b、图6g,h）。黏土矿物（平均35.8%）含量与被动大陆边缘差异较小。下文将此种成因的硅质页岩统称为碳质页岩,以便和生物成因硅质页岩进行区分。
LM7沉积期（埃隆中—晚期）被动大陆边缘区以灰黑色生物成因硅质页岩沉积为主,骨架颗粒主要为放射虫、海绵骨针和硅质生物碎屑（图4b、图6i,j）,石英（平均48.9%）和黏土矿物（平均39.7%）含量较LM6沉积期未发生明显变化；在前陆挠曲滞留盆地内,以深灰色黏土质页岩和粉砂质页岩沉积为主,砂质水平纹层发育。石英含量相对较低（平均41.1%）,主要来自于陆源补给,以次棱角形细晶颗粒为主,分散于富含黏土的基质中（图6k,l）,黏土矿物含量较高,平均为48.0%。
总体来看,筇竹寺组和龙马溪组沉积早期在被动大陆边缘区均以生物成因的硅质岩为主,至克拉通坳陷,两套页岩层系均表现出硅质含量降低、黏土矿物含量升高的特点。进入两套海相页岩沉积的中—后期,伴随着海平面的持续下降,生物硅质含量均表现出逐渐降低的趋势,其中在筇二段—筇三段沉积期,被动大陆边缘区受川中古隆起（碎屑岩）影响,黏土矿物和陆源石英碎屑含量逐渐升高。鄂西海槽内受鄂中古陆（碳酸盐岩）影响,碳酸盐岩矿物含量逐渐升高；在LM6~LM7沉积期,全区均呈现出黏土矿物含量逐渐升高的特点。
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沉积物中Al和Ti元素的化学性质非常稳定,很少受风化作用和成岩作用的影响,Al通常只存在于黏土矿物等铝硅酸盐矿物中,Ti主要赋存于金红石和钛铁矿等含钛重矿物中,因此Al2O3含量和Ti/Al值常被用来评估沉积物中陆源输入[31]。筇一段至筇三段沉积期,被动大陆边缘区Al2O3含量（平均值9.8%→15.05%→15.1%）呈升高的趋势,而Ti/Al（×102）值（平均值5.6→5.2→4.8）则呈降低趋势。在拉张裂陷槽内,由于陆源碎屑补给（钙质碎屑为主）主要来自鄂中碳酸盐岩古陆[32⁃33],Al2O3含量（10.3%→10.4%→8.8%）和Ti/Al(×102)值（平均值4.8→5.6→5.8）已不能准确指示其变化规律,而考虑了碳酸盐岩矿物影响的Al2O3+MgO+CaO（均值19.1%→33.6%→40.0%）含量呈升高趋势（表1、图2）,与岩矿特征变化规律吻合（图5）,指示效果好；由LM1~LM5至LM7沉积期,被动大陆边缘区和前陆挠曲滞留盆地内Al2O3含量（平均值13.8%→21.9%→25.3%,8.5%→14.6%→17.3%）均呈升高趋势,而Ti/Al（×102）值在被动大陆边缘区（平均值5.2→5.3→5.7）变化与岩矿特征不符（图6）,这可能与洋流活动的持续增强[19],携带自大洋深部Ti元素含量升高有关[34⁃37]；前陆挠曲滞留盆地内受洋流影响作用较弱,呈降低趋势（平均值6.4→4.8→4.8）（表2、图3）。
综合分析陆源输入代理指标和岩矿特征变化规律,认为研究区筇竹寺组和龙马溪组陆源输入量由底至顶均呈逐渐升高的趋势,海平面持续下降和构造活动强弱变化（筇竹寺期拉张裂陷作用持续减弱[30],龙马溪期前陆挤压—挠曲作用持续增强[14]）是形成这种现象的主要原因。
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为了能够准确地反映研究区两套海相页岩水体氧化还原条件变化规律,综合运用双金属元素比值（Ni/Co,U/Th）、C-S-Fe-P系统（Corg/P）和微量元素富集系数（MoEF、UEF）等指标对其进行研究[34⁃36]。其中,厌氧环境中Ni/Co值大于7,U/Th值大于1.25,富氧环境中Ni/Co值小于5,U/Th值小于0.75,处于中间数值范围内为贫氧环境[25]。筇一段至筇三段沉积期,被动大陆边缘区U/Th、Ni/Co、U-EF、Mo-EF和Corg/P值均呈现出逐渐降低的趋势（平均值变化分别为6.0→7.8→0.7,22.2→9.7→4.4,29.3→23.3→3.3,116.6→58.5→18.1,220.4→212.0→110.2）,指示底水还原程度逐渐减弱,其中在筇一段和筇二段均以厌氧环境为主,筇三段以贫氧—富氧环境为主。拉张裂陷槽内变化趋势与之一致（平均值变化分别为3.2→0.9→0.9,7.5→4.2→4.3,12.7→3.9→3.4,80.1→18.1→11.7,327.7→80.8→52.4）,底水环境表现出厌氧→贫氧—富氧→富氧的变化规律（表1、图2）；由LM1~LM5至LM7沉积期,被动大陆边缘区整体以厌氧环境为主,U/Th、Ni/Co、U-EF、Mo-EF和Corg/P值指示底水还原程度逐渐降低（平均值变化分别为1.1→0.8→0.7,13.1→10.3→11.0,4.8→3.7→2.1,55.0→17.5→12.3,131.8→125.9→112.5）,前陆挠曲滞留盆地内底水环境则表现出厌氧→厌氧—贫氧→富氧的变化规律（平均值变化分别为1.2→0.6→0.2,16.5→6.4→3.2,11.3→5.5→1.6,69.7→17.8→4.4,237.0→145.2→34.1）（表2、图3）。
以上分析表明,下古生界两套海相页岩底水还原程度均表现出由底至顶逐渐减弱的趋势,且被动大陆边缘区还原程度整体高于克拉通坳陷内。此外,在相似沉积背景下,筇竹寺组底部（筇一段）高TOC页岩段各项指标总体高于龙马溪组底部（LM1~LM5）,指示其具有更强的底水还原程度,这与前人通过对硫元素化学种[38]和草莓状黄铁矿形貌特征[39]对比研究所取得的认识一致。
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海相沉积物中的Ba和P等元素是目前应用最为广泛的古生产力评价指标,其值越大,反映初级古生产力水平越高。需要注意的是,缺氧条件下的硫酸盐还原过程中会导致BaSO4的分解,从而导致Ba的指示失真[31]。由于大部分沉积岩中的元素既有生物来源又有陆源输入,因此常用元素中生物来源部分的含量（BaXS）或铝归一化（P/Al）去除陆源影响后的结果对古生产力水平进行评价[31,34]。筇一段至筇三段沉积期,被动大陆边缘区BaXS含量（垛丁关：2 407.8→879.0→240.9 μg/g,墨戎缺失筇二段：筇一段22 094.6→筇三段2 807.6）呈逐渐降低的趋势,P/Al值（149.7→51.3→40.1）也呈逐渐降低趋势,与BaXS含量变化保持一致。拉张裂陷槽内,BaXS值（1 599.8→738.9→495.3 μg/g,逐渐降低）和P/Al值（76.9→89.6→93.0,逐渐升高）的变化趋势截然相反,P/Al值的升高与来自鄂中古陆（形成于梅树村期—沧浪铺早期,以灯影组为基岩[40]）的富含藻类（形成于富含N、P的水体环境[41]）的微生物碳酸盐岩矿物碎屑输入量升高密切关[32⁃33,42]（表1、图2,5）,并不能指示原始水体古生产力水平升高[42]；LM1~LM5至LM7沉积期,被动大陆边缘区BaXS值（3 136.4→6 816.3→15 790.0 μg/g）呈现出明显升高的趋势,这与挠曲—迁移作用增强导致南秦岭洋进入扬子海盆入口处的开口逐步打开,洋流作用逐渐增强密切相关[19,21],而P/Al值（123.1→69.0→52.0）则逐渐降低,与洋流活跃程度呈负相关性,间接反映这一时期的洋流中并不富含P元素。前陆挠曲滞留盆地内,BaXS值（949.2→1 040.7→666.0 μg/g）表现出先升高后降低趋势,LM7沉积期BaXS含量的降低与周缘古陆抬升和海平面下降导致的洋流影响作用减弱相关,P/Al值（93.9→57.6→54.1）则表现出逐渐降低的趋势（表2、图3）。
以上结果显示,筇竹寺组沉积期,研究区古生产力水平纵向上均呈逐渐降低的趋势,而龙马溪组古生产力水平变化与之明显不同,在被动大陆边缘区呈逐渐升高的趋势,前陆挠曲滞留盆地内则表现出先升高后降低的趋势。同时,两套海相页岩在不同沉积期均表现出被动大陆边缘古生产力水平高于克拉通坳陷,且在底部高TOC页岩段,筇竹寺组古生产力水平更高。
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大陆边缘上升流环境（如现代海洋中的秘鲁边缘）的特点是初级生产力高,主要是由于上升洋流大规模驱动深部海水上涌,带来大量的营养物质所致,但这些深海水体中常缺乏Co和Mn,因此在上升洋流带沉积物中,Co和Mn的富集受其再供应不足限制,而滞留盆地中,Co和Mn的供应以河流注入为主,因此不太可能发展到自身富集受到供应限制的阶段,用于区分CoEF×MnEF中的上升流和滞留设置的边界为0.5[43]（图7）；氧化还原敏感元素Mo和TOC的比值常被用来判断海水滞留程度,低的Mo/TOC值指示强烈的水体滞留程度,反之,则水体滞留程度越弱（图8）,但该方法只适用于具有一定水体限制的缺氧环境[31]。本文综合Al-CoEF×MnEF和Mo/TOC图版对两套页岩层系上升洋流和水体滞留特征进行对比分析,探讨其古水文变化规律。
图 8 研究区筇竹寺组（a）和龙马溪组（b）沉积期Mo与TOC关系图
Figure 8. Relationship between Mo and TOC in the sedimentary period of the Qiongzhusi Formation (a) and Longmaxi Formation (b) in the study area
筇竹寺组沉积期,CoEF×MnEF图版指示被动大陆边缘以开放/上升流环境为主,由筇一段至筇三段,CoEF×MnEF值（0.110→0.018→0.17）整体呈现出升高的趋势,反映出洋流活动减弱,而Mo/TOC值（9.7→19.7→12.0）所指示水文性质（滞留程度呈减弱的趋势）与之矛盾,且与海平面下降的背景不符（表1、图7a、图8a）,这是因为被动大陆边缘的开放海洋环境中同时具有利于TOC和微量元素Mo富集的条件,当两者同时富集时,会导致Mo/TOC值偏低,不能有效地判断水体滞留程度[20]；在拉张裂陷槽内,CoEF×MnEF图版指示筇一段以开放—季节性洋流过渡环境为主,此后以季节性洋流为主,不同时期洋流活跃程度均低于被动大陆边缘,CoEF×MnEF值（0.752→0.921→0.908）与Mo/TOC值（8.5→7.1,筇三段富氧,不再适用）所指示古水文变化规律保持一致（表1、图7a、图8a）,显示洋流活动减弱,滞留程度增强。
龙马溪组沉积期,CoEF×MnEF图版指示被动大陆边缘以开放/上升流环境为主,LM1~LM5至LM7沉积期,CoEF×MnEF值（0.049→0.024→0.011）整体呈降低的趋势（表2、图7b）,反映洋流活动逐渐增强,这与岩矿发育特征（LM6硅质页岩中出现高GR、富钡砂岩夹层和重晶石结核体）和BaXS值纵向变化规律（逐渐升高）吻合（表2、图3、图6e）,由此推测研究区洋流活跃程度受海平面升降影响较弱,构造作用对其控制明显,进入LM6沉积期后,随着构造活动的持续增强,扬子海盆由前陆挠曲—沉降阶段进入挠曲—迁移阶段,且迁移作用逐渐增强[14],由此导致南秦岭洋进入扬子海盆入口处（巫溪地区）的障壁（由前陆挠曲作用形成）产生开口并逐渐打开,上升洋流涌入扬子海盆规模随之逐渐增大[19,21]。Mo/TOC值（9.6→7.2→6.5）指示这一时期水体滞留程度增强（表2、图8b）,与CoEF×MnEF图版所指示的洋流作用增强的规律相反,主要是由于其反映的是扬子海盆在海平面下降、周缘古陆隆起幅度增大的背景下,表层海水漫过障壁能力的减弱[44],而对来自大洋深部的上升洋流活动对水体循环性能的改善却不能有效指示。此外,由于龙马溪组TOC富集程度低于筇竹寺组,并未出现Mo/TOC值与海平面下降不一致的结果；前陆挠曲滞留盆地内,CoEF×MnEF图版指示水体处于开放—季节性洋流的过渡环境,CoEF×MnEF值（0.383→0.300→0.400）总体表现出先降低后升高的趋势,指示洋流作用先增强后减弱,和BaXS在纵向上变化规律一致,LM7沉积期洋流活动减弱主要是强烈的挠曲—迁移作用导致区内抬升剧烈,转变为浅水富氧环境所致。Mo/TOC值（8.2→6.1,LM7富氧,不再适用）所指示的水文变化规律及成因与被动大陆边缘一致（表2、图7b、图8b）。
综上,研究区筇竹寺组纵向上表现出洋流活动减弱、水体滞留程度增强的趋势,两者受海平面升降控制明显；进入龙马溪组后,洋流发育特征明显不同于筇竹寺组,其受构造作用控制明显,纵向上随着挠曲—迁移作用加强,扬子海盆入口障壁逐渐打开,被动大陆边缘区洋流活动逐渐增强,而在前陆挠曲滞留盆地内,洋流作用表现出先增强（LM1~LM5至LM6）后减弱（LM7）的趋势,Mo/TOC值虽指示水体滞留程度逐渐增强,但主要反映的是表层海水漫过障壁能力的减弱[44],与来自深海的洋流活动变化规律并不矛盾。此外,两套海相页岩在不同沉积期均表现出被动大陆边缘洋流活跃程度强于克拉通坳陷。
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在下古生界两套海相页岩沉积学、矿物岩石学和沉积古环境对比分析的基础上,重点探讨底部高TOC页岩段成因及差异性,并对纵向上控制两套海相页岩TOC含量降低的主要因素进行对比分析。
筇竹寺组底部高TOC生物硅质页岩段（筇一段）沉积期,区内拉张裂陷处于最强期[30],可容纳空间迅速增大,海平面随着气候变暖而快速上升,扬子地台形成了大面积低能、欠补偿的缺氧环境[6,11,26]。龙马溪组底部高TOC生物硅质页岩段（LM1~LM5）的缺氧环境亦是由海平面上升（气候变暖[26,28]）和可容纳空间增大（前陆挠曲—沉降作用形成）叠加所致。其中被动大陆边缘和克拉通坳陷内筇一段底水还原程度均高于LM1~LM5,这可能与其海平面上升幅度和可容纳空间规模更大有关；筇一段和LM1~LM5沉积期,上升洋流活跃,可从深海携带大量营养物质进入扬子海盆[19⁃21],同时,在海平面上升的背景下,扬子海盆与大洋的连通性较好（半滞留海盆）,外海表层水体营养物质也可通过交换作用大量进入,为藻类、放射虫和海绵等硅质生物提供勃发的基础,古生产力水平均处于较高水平,BaXS和P/Al值指示筇一段古生产力水平更高；陆源输入量在两套页岩中均处于较低水平,对有机质富集的影响有限。由此可知,筇一段底水还原程度和古生产力水平均高于LM1~LM5,导致其TOC含量更高。此外,两套页岩由被动大陆边缘过渡至克拉通坳陷内,海平面高度（古地貌控制）和洋流活跃程度（远离大洋,靠近古陆）均呈降低趋势,保存条件和古生产力水平同时变差,TOC含量随之降低（表3、图9a1,b1）。
表 3 研究区筇竹寺组与龙马溪组页岩形成构造背景、基础地质特征及古环境对比
Table 3. Comparison of structural background, basic geological characteristics, and paleoenvironment of the Qiongzhusi Formation and Longmaxi Formation shales in the study area
对比参数 筇竹寺组 龙马溪组 被动大陆边缘 拉张裂陷槽 被动大陆边缘 前陆挠曲滞留盆地 筇一段 筇二—筇三段 筇一段 筇二—筇三段 LM1～LM5 LM6～LM7 LM1～LM5 LM6～LM7 构造背景 构造运动 桐湾运动（兴凯地裂） 广西运动(华夏板块向扬子板块碰撞挤压） 演化阶段 强烈拉张期 拉张持续减弱 强烈拉张期 拉张持续减弱 挠曲—沉降期 挠曲—迁移期 挠曲—沉降期 挠曲—迁移期 基础地质特征 TOC 平均5.7% 平均3.6%～1.0% 平均4.1% 平均1.8%～0.9% 平均4.7% 平均2.9%～2.6% 平均3.5% 平均2.3%～0.7% 海平面 上升 持续下降 上升 持续下降 上升 持续下降 上升 持续下降 岩性岩相 生物硅质岩 由生物硅质岩与硅质页岩互层过渡至粉砂质页岩 生物硅质页岩 由黏土质、硅质和钙质混合页岩过渡至钙质页岩 生物硅质岩 生物硅质页岩, 出现大量重晶石结核体 及薄层上升流砂岩 生物硅质岩与硅质页岩互层 由生物硅质页岩过渡至黏土质页岩和粉砂质页岩互层 沉积相 斜坡-深水陆棚相 深水-浅水陆棚相 深水陆棚相 深水—浅水陆棚相 深水陆棚相 深水陆棚相 深水陆棚相 深水—浅水陆棚相 古环境 陆源输入 低 高,以陆源石英和黏土矿物为主 低 高,以陆源钙质碎屑为主 低 高,陆源黏土矿物为主 低 高,陆源石英和 黏土矿物为主 氧化还原 厌氧 厌氧—贫氧—富氧 厌氧 贫氧—富氧—富氧 厌氧 厌氧 厌氧 厌氧—贫氧—富氧 古水文 开放洋流环境（富含Ba、P等元素）,水体滞留程度中等 开放洋流环境,活跃程度逐渐减弱,水体滞留程度增强 开放—季节性洋流环境（富含Ba、P等元素）,水体滞留程度 中等 季节性洋流环境,活跃程度逐渐减弱,水体滞留程度增强 开放洋流环境（富含Ba、不含P元素）,水体滞留程度中等 开放洋流环境,活跃程度逐渐增强,表层海水漫过障壁能力减弱（Mo/TOC指示） 开放-季节性洋流环境（富含Ba、不含P元素）,水体滞留程度中等 开放-季节性洋流环境,活跃程度先升高后降低,表层海水漫过障壁能力减弱 古生产力 高 持续降低 较高 持续降低 高 持续升高 较高 先升高后降低 注： 部分对比数据据文献[10⁃14,21,26⁃29]。
图 9 研究区筇竹寺组（a）和龙马溪组（b）不同沉积期内有机质富集模式图
Figure 9. Organic matter enrichment models for the different deposition periods of the Qiongzhusi Formation (a) and Longmaxi Formation (b) in the study area
筇二段—筇三段沉积期,盆地拉张裂陷作用持续减弱,由裂陷扩张期转入充填期[30],海平面持续下降,底水含氧量逐渐升高,保存条件变差,同时陆源输入量增大（生物硅含量减少,陆源石英、黏土矿物和碳酸盐岩矿物含量增加）,沉积充填作用增强,上升洋流活动减弱,滞留程度增强,古生产力水平降低,页岩中TOC含量逐渐降低（表3、图9a2,a3）；LM6~LM7沉积期,华夏板块与扬子地块碰撞拼合作用增强,扬子地台进入挠曲—迁移阶段,盆地沉积—沉降中心及周缘古隆起开始向西北方向发生大规模迁移[21],海平面持续下降,周缘古隆起隆升幅度增大,保存条件变差,陆源输入量增大（生物硅含量减少,黏土矿物和陆源石英含量增加）,该时期洋流活跃程度变化明显不同于筇竹寺组,呈增强趋势,挠曲—迁移作用增强,扬子海盆北缘障壁开口逐渐打开所致[19],虽然Mo/TOC值指示表层海水漫过障壁所带入的营养物质规模减弱[44],但古生产力水平受其影响较弱,仍然表现出逐渐增强趋势（BaXS确定）。由此可知,筇竹寺组纵向上TOC含量降低主要受陆源输入量增大、古生产力水平降低和保存条件变差共同控制,而龙马溪组则主要受保存条件变差和陆源输入量增大控制；横向上,控制两套页岩由被动大陆边缘过渡至克拉通坳陷内TOC含量降低的因素与底部高TOC段一致（表3、图9b2,b3）。
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有机碳含量控制了页岩储层的生烃和储集能力,是决定页岩气富集高产的关键因素[2,4]。筇竹寺组和龙马溪组是华南地区两套重要的烃源岩层系,研究其有机质形成环境及控制因素对页岩气甜点层预测和有利区优选具有重要的指导意义。
筇竹寺组和龙马溪组底部均具有古生产力水平高、保存条件好和陆源输入低的特点,利于有机质的大规模富集,所沉积的页岩有机质丰度高、脆性矿物含量高（生物硅为主）和黏土矿物含量低,具有较好的生气潜力和可压裂性；至顶部,利于有机质富集条件逐渐被破坏,TOC含量逐渐降低,黏土矿物或碳酸盐岩矿物含量逐渐升高,因此两套页岩甜点层均位于底部。
筇竹寺期,由东北至西南方向,洋流活动逐渐增强,有机质富集环境逐渐变好,靠近拉张裂陷中心（鄂西海槽）,富有机质页岩厚度呈增大趋势,页岩气勘探开发重点应向西南方向落实；龙马溪期,由东南至西北方向,洋流活动逐渐增强,有机质富集环境变好,同时,随着前陆挠曲—迁移作用增强,沉积中心逐渐向西北方向迁移,富有机质页岩厚度也随之增厚,页岩气勘探开发重点应向西北方向落实。需要注意的是,被动大陆边缘区龙马溪组洋流活动在纵向上表现出逐渐增强的趋势,在埃隆阶中—晚期（LM7~LM8）的迁移中心（缺氧环境）亦可沉积一定厚度的富有机质页岩,对于这套潜在的有利层段,后期的勘探开发中需要重点关注。研究区筇竹寺组和龙马溪组沉积古地理背景的不同决定了其勘探开发方向存在巨大差异,在页岩气井位部署过程中很难做到对两套层系的同时兼顾。
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（1） 纵向上,筇竹寺组底部（筇一段）和龙马溪组底部（LM1~LM5）均以富有机质生物硅质岩—硅质页岩为主,且前者TOC含量要高于后者。至顶部,伴随着海平面的持续下降,TOC和生物硅含量均表现出降低趋势,而黏土或碳酸盐岩矿物含量呈升高趋势。横向上,受古地貌控制,在不同沉积期内,TOC和生物硅含量由被动大陆边缘区至克拉通坳陷均呈降低趋势。
（2） 两套页岩底部高TOC页岩段均形成于陆源输入量低、古生产力水平高和保存条件好的环境,且筇一段古生产力水平和底水还原程度均高于LM1~LM5,导致其TOC含量更高。此后,伴随着海平面的持续下降,两套页岩均表现出陆源输入量增大和保存条件变差的特点,但古生产力水平变化却截然不同（筇竹寺组逐渐降低,龙马溪组逐渐升高）。由此推测,纵向上,筇竹寺组TOC含量降低主要受古生产力水平降低、保存条件变差和陆源输入量增大的共同控制,而龙马溪组则主要受后两个因素控制；横向上,两套页岩由被动大陆边缘过渡至克拉通坳陷内,海平面高度和洋流活跃程度均呈降低趋势,保存条件和古生产力水平同时变差,TOC含量随之降低。
（3） 受沉积古地理背景控制,筇竹寺组页岩气勘探开发重点应向西南落实,而龙马溪组则应转向西北方向。筇竹寺期向西南方向有机质富集环境逐渐变好,且靠近拉张裂陷中心,富有机质页岩厚度呈增大趋势,而龙马溪期向西北方向有机质富集环境变好,同时在前陆挠曲—迁移作用控制下沉积中心逐渐向西北方向迁移,富有机质页岩厚度随之增厚。页岩气井位部署过程中很难做到同时兼顾两套层系。
Sedimentary Paleoenvironment of the Lower Paleozoic Shale in the Western Middle Yangtze
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摘要: 目的 下古生界筇竹寺组和龙马溪组是中上扬子地区页岩气勘探开发的重点层系,而对两套页岩有机质富集的控制因素一直缺乏系统对比研究。 方法 以中扬子西部两套海相页岩为例,对其在被动大陆边缘和克拉通坳陷内沉积学及地球化学特征进行对比分析,探讨有机质差异富集主控因素及形成模式。 结果 两套页岩高总有机碳（Total Organic Carbon,TOC）段均位于底部,形成于陆源输入量低、古生产力水平高和保存条件好的环境,且筇竹寺组底部古生产力水平和底水还原程度更高,导致其TOC含量更高。此后,筇竹寺期盆地拉张裂陷作用持续减弱,龙马溪期前陆挠曲—迁移作用逐渐增强,两套页岩均表现出陆源输入量增大和保存条件变差的特点,但古生产力水平变化却截然不同：筇竹寺期,洋流活动随着海平面下降而减弱,古生产力水平随之降低,而龙马溪期,挠曲—迁移作用导致扬子海盆北部障壁开口逐渐打开,洋流涌入规模逐渐扩大,受海平面下降影响较弱,古生产力水平随之升高。因此,纵向上,筇竹寺组TOC含量降低主要受古生产力水平降低、保存条件变差和陆源输入量增大共同控制,而龙马溪组则主要受后两个因素控制。横向上,两套页岩由被动大陆边缘过渡至克拉通坳陷内,海平面高度和洋流活跃程度均呈降低趋势,保存条件和古生产力水平同时变差,TOC含量随之降低。受此控制,筇竹寺组页岩气勘探开发重点应向西南落实,而龙马溪组则应转向西北方向,二者难以同时兼顾。 结论 该研究对于深入理解下古生界海相页岩沉积古环境演化特征、有机质富集机理及指导页岩气勘探实践均具有积极意义。Abstract: Objective The Lower Paleozoic Qiongzhusi Formation and Longmaxi Formation are the key strata for shale gas exploration and development in southern China. The organic matter content in the shale is a key index for determining the degree of gas enrichment. However, there has been a lack of systematic comparative study on the environmental control factors of organic matter enrichment in the two shales. Methods Using core/outcrop, X-ray diffraction, thin section, organic matter content, and element analysis data, the sedimentological and geochemical changes of the two shale layers were compared and analyzed. The differences in the sedimentary paleoenvironment between the two layers for similar geological backgrounds were systematically discussed, and the sedimentary paleoenvironment changes from passive continental margin to cratonic depression were compared and analyzed. The main controlling factors and differences of organic matter enrichment in two sets shale formations were clarified, and the corresponding enrichment models were established. Results （1） Vertically, the bottoms of the Qiongzhusi Formation（Q1 member） and Longmaxi Formation （LM1-LM5） are dominated by organic rich bio siliceous rock siliceous shale deposits, and the total organic carbon （TOC） content of the former is higher than that of the latter. At the top, with the continuous decline of sea level, TOC and biogenic silicon content showed a downward trend, whereas clay or carbonate rock mineral content exhibited an upward trend. Horizontally, under the control of paleogeomorphology, TOC and biogenic silicon content decreased from passive continental margin to cratonic depression in different sedimentary periods. （2） The high TOC shale sections at the bottom of both shales were formed in environments with low terrestrial input, high paleoproductivity, and good preservation conditions. Moreover, the paleoproductivity level and bottom water reduction degree of the Q1 member were higher than those of LM1-LM5, resulting in higher TOC content. With the continuous decline of sea level, both shales exhibited increasing terrigenous input and worsening preservation conditions, but the changes of paleoproductivity are significantly different： in the Qiongzhusi period, ocean current activity weakened with the decline of sea level, and the level of paleoproductivity decreased. In the Longmaxi period, the flexural-migration led to the gradual opening of the northern barrier in the Yangtze Basin, and the scale of ocean current influx gradually expanded. Weakly affected by sea level decline, the level of paleoproductivity increased. Vertically, the TOC content of the Qiongzhusi Formation was primarily controlled by the reduction of paleoproductivity, deterioration of preservation conditions, and increase of terrestrial input, whereas the Longmaxi Formation was controlled by the latter two factors. Horizontally, the two shales transitioned from the passive continental margin to the cratonic depression, and the sea level height and upwelling current activity decreased. The preservation conditions and paleoproductivity level became worse at the same time, and the TOC content decreased accordingly. （3） Controlled by the sedimentary paleogeographic background, the exploration and development of shale gas in the Qiongzhusi Formation should focus on the southwest, whereas Longmaxi Formation should focus on the northwest. The organic matter enrichment environment gradually improved in the southwest direction during the Qiongzhusi stage, and the thickness of the organic matter rich shale increased near the tensile rift center, whereas the organic matter enrichment environment became better in the northwest direction during the the Longmaxi stage, and the sedimentary center gradually migrated to the northwest due to foreland flexus-migration, and the thickness of the organic matter rich shale increased. Conclusions This study can provide a reference for further exploration of the accumulation mechanism for organic matter in Lower Paleozoic Marine shales, guiding shale gas exploration.
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图 1 （a）中上扬子地区早寒武世筇竹寺期岩相古地理图（据文献[22]修改）；（b）研究区筇竹寺组地层柱状图（来自恩页1井,构造期次划分参考文献[30]）；（c）中上扬子地区早志留世龙马溪期岩相古地理图（据文献[14]修改）；（d）研究区龙马溪组地层柱状图（来自燕麦剖面）
Figure 1. (a) Map showing the lithofacies paleogeography of the early Cambrian Qiongzhusi period in the Middle and Upper Yangtze region (modified from reference [22]); (b) stratigraphic column of the Qiongzhusi Formation in the study area (from well Enye1, modified from reference [30]); (c) lithofacies paleogeography of the Early Silurian Longmaxi period in the Middle and Upper Yangtze region (modified from reference [14]); (d) stratigraphic column of the Longmaxi Formation in the study area (from the Yanmai outcrop)
图 2 研究区筇竹寺组TOC含量、古氧化还原条件（U/Th、Ni/Co、MoEF、UEF和Corg/P）、陆源输入（Al2O3、Al2O3+MgO+CaO、Ti/Al×102）和古生产力水平（BaXS和P/Al×104）变化特征
Figure 2. Variations in the TOC (total organic carbon) content, paleo⁃redox conditions, terrigenous input, and paleo⁃productivity in the Qiongzhusi Formation
图 3 研究区龙马溪组TOC含量、古氧化还原条件（U/Th、Ni/Co、MoEF、UEF和Corg/P）、陆源输入（Al2O3、Ti/Al×102）和古生产力水平（BaXS和P/Al×104）变化特征
Figure 3. Variations of the TOC content, paleo⁃redox conditions, terrigenous input, and paleo⁃productivity from the Longmaxi Formation in the study area
图 4 研究区筇竹寺组（a）和龙马溪组（b）不同沉积期岩石类型划分三端元图
Figure 4. Ternary diagram of the shale types for different sedimentary stages from the Qiongzhusi Formation (a) and Longmaxi Formation (b) in the study area
图 5 研究区筇竹寺组沉积学和矿物岩石学特征
Figure 5. Sedimentology and mineral petrological characteristics of the Qiongzhusi Formation in the study area
图 6 研究区龙马溪组沉积学和矿物岩石学特征
Figure 6. Sedimentology and mineral petrological characteristics of the Longmaxi Formation in the study area
图 8 研究区筇竹寺组（a）和龙马溪组（b）沉积期Mo与TOC关系图
Figure 8. Relationship between Mo and TOC in the sedimentary period of the Qiongzhusi Formation (a) and Longmaxi Formation (b) in the study area
图 9 研究区筇竹寺组（a）和龙马溪组（b）不同沉积期内有机质富集模式图
Figure 9. Organic matter enrichment models for the different deposition periods of the Qiongzhusi Formation (a) and Longmaxi Formation (b) in the study area
表 1 研究区筇竹寺组不同沉积期内主量、微量元素组成及计算结果
Table 1. Major and trace element compositions in the Qiongzhsi Formation in the study area
区带 点位 段 样号 深度/m TOC/% Al2O3/% Al2O3+MgO+CaO/% Al/% Ti/(μg/g) Co/(μg/g) Ni/(μg/g) U/(μg/g) Th/(μg/g) Mo/(μg/g) P/(μg/g) Ba/(μg/g) Mn/(μg/g) Ti/Al/×102 Corg/P U/Th Ni/Co UEF MoEF Baxs/(μg/g) P/Al /×104 Mo/TOC CoEF×MnEF 被动大陆边缘区 垛丁关 筇三段 DDG33-1 19.4 0.4 18.9 20.9 10.0 3 640.9 5.0 20.6 5.9 8.1 2.9 268.7 810.5 143.4 3.6 37.5 0.7 4.2 1.9 2.9 159.1 26.8 7.5 0.036 DDG31-1 26.2 0.9 17.9 21.9 9.5 3 619.6 17.8 53.2 6.0 5.9 2.8 481.9 684.2 508.5 3.8 47.7 1.0 3.0 2.0 3.0 69.6 51.0 3.2 0.517 DDG27-1 38.2 0.4 17.6 20.6 9.3 3 613.4 14.0 55.3 6.6 7.5 5.4 362.8 1 101.0 325.5 3.9 29.2 0.9 3.9 2.3 5.8 493.9 38.9 13.2 0.268 筇二段 DDG22-2-1 54.7 3.7 16.1 17.9 8.5 3 504.7 2.5 19.6 52.4 5.5 40.9 236.1 1 653.0 93.1 4.1 401.9 9.5 7.8 19.9 48.1 1 100.3 27.8 11.1 0.017 DDG20-2 74.1 3.2 15.4 16.6 8.2 4 449.2 1.0 16.4 78.0 9.9 28.9 409.7 1 857.1 62.9 5.5 204.9 7.9 16.1 30.9 35.5 1 327.0 50.2 8.9 0.005 DDG18-1 82.1 3.0 15.5 17.0 8.2 4 503.3 1.5 9.5 35.4 4.9 42.8 497.7 971.4 167.3 5.5 155.4 7.2 6.2 13.9 52.1 437.1 60.5 14.3 0.020 DDG13-2 92.9 1.8 15.1 16.5 8.0 4 530.6 1.3 11.3 70.7 10.4 78.5 533.1 1 171.2 290.2 5.7 85.8 6.8 8.9 28.6 98.2 651.9 66.7 44.3 0.029 筇一段 DDG11-2 110.1 3.9 12.8 13.9 6.8 3 673.2 3.3 90.0 21.3 12.6 30.1 712.6 3 540.9 24.0 5.4 141.4 1.7 27.2 10.2 44.5 3 101.6 105.4 7.7 0.009 DDG10-1 113.4 4.7 11.8 13.0 6.2 3 223.6 2.1 44.3 24.2 3.7 52.2 351.7 4 558.9 131.4 5.2 344.4 6.5 21.2 12.6 83.9 4 154.4 56.5 11.1 0.036 DDG9-1 119.1 5.0 11.6 12.8 6.1 3 642.0 2.1 53.5 28.4 9.4 44.4 842.1 3 676.2 24.6 6.0 154.6 3.0 25.4 15.0 72.6 3 278.5 137.6 8.8 0.007 DDG8-1 126.0 4.4 11.0 12.0 5.8 3 512.0 3.0 92.7 27.7 9.9 33.1 712.6 1 847.6 31.6 6.1 158.8 2.8 30.5 15.4 57.1 1 470.9 123.0 7.6 0.015 DDG7-1 131.4 8.2 8.9 9.9 4.7 2 590.8 2.1 71.7 43.8 6.3 102.3 508.2 2 273.2 161.5 5.5 414.9 7.0 34.7 29.9 216.6 1 966.4 107.7 12.5 0.077 DDG4-2 136.5 3.8 6.0 6.6 3.2 1 383.0 0.5 5.6 15.7 4.5 36.8 764.4 680.0 349.0 4.4 129.4 3.5 10.6 16.0 116.5 474.9 242.3 9.6 0.094 默戎 筇三段 MR25-2 184.2 1.5 13.8 16.0 7.3 3 594.7 12.1 40.0 5.7 14.5 11.4 301.8 2 821.1 132.9 4.9 131.0 0.4 3.3 2.5 15.6 2 346.0 41.3 7.5 0.154 MR24-3 192.6 1.7 13.2 16.0 7.0 3 488.4 15.5 71.5 10.0 13.2 26.4 341.1 2 990.1 151.7 5.0 128.0 0.8 4.6 4.7 37.9 2 537.1 48.9 15.6 0.248 MR23-2 215.3 1.4 14.5 16.0 7.7 4 241.2 1.9 10.1 8.2 15.4 8.7 138.2 3 565.2 52.5 5.5 252.3 0.5 5.3 3.5 11.4 3 067.8 18.1 6.4 0.009 MR22-3 231.1 1.4 13.5 15.2 7.2 3 989.0 4.4 22.6 9.8 12.9 21.4 262.3 3 414.6 96.6 5.6 133.0 0.8 5.2 4.4 29.8 2 948.8 36.6 15.8 0.042 MR21-3 241.7 1.7 11.5 12.9 6.1 3 604.3 3.2 18.4 9.5 11.3 23.5 359.5 3 532.3 130.1 5.9 122.9 0.8 5.8 5.1 38.8 3 138.4 59.3 13.8 0.058 筇一段 MR19-1 311.1 6.9 6.9 12.5 3.7 2 230.8 9.0 143.2 110.7 6.5 74.4 716.2 23 938.0 90.7 6.1 248.9 16.9 15.9 97.1 202.4 23 699.0 194.8 10.8 0.309 MR15-3 326.3 7.8 9.7 13.0 5.1 3 297.9 17.9 221.4 60.4 9.0 71.4 1 184.2 20 824.3 96.2 6.4 170.8 6.7 12.4 37.9 139.0 20 490.2 230.4 9.1 0.333 
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表 2 研究区龙马溪组不同沉积期内主量、微量元素组成及计算结果
Table 2. Major and trace element compositions in the Longmaxi Formation in the study area
点位 段 样号 深度/m TOC/% Al2O3/% Al/% Ti/(μg/g) Co/(μg/g) Ni/(μg/g) U/(μg/g) Th/(μg/g) Mo/(μg/g) P/(μg/g) Ba/(μg/g) Mn/(μg/g) Ti/Al/×102 Corg/P U/Th Ni/Co UEF MoEF Baxs/(μg/g) P/Al/×104 Mo/TOC CoEF×MnEF 白鹿 LM7 BL-19-1 14.2 2.0 17.6 9.3 5 110.0 4.8 38.6 6.1 8.8 14.2 790.0 2 825.0 100.7 5.5 63.8 0.7 8.0 2.1 15.3 2 219.9 84.9 7.3 0.029 BL-18-3 16.2 2.5 27.5 14.6 7 570.0 10.4 72.9 10.2 15.5 22.5 880.0 7 475.0 46.5 5.2 73.7 0.7 7.0 2.3 15.5 6 528.6 60.4 9.0 0.012 BL-18-1 18.0 2.9 29.0 15.4 9 100.0 2.0 28.6 9.6 14.8 11.9 480.0 26 870.0 31.0 5.9 153.4 0.6 14.1 2.0 7.7 25 871.6 31.3 4.2 0.001 BL-17-2 18.7 2.8 27.0 14.3 8 970.0 1.3 19.9 8.5 13.8 15.1 450.0 25 990.0 31.0 6.3 159.0 0.6 15.0 1.9 10.6 25 059.9 31.4 5.5 0.001 LM6 BL-17-2-1 18.8 2.6 16.4 8.7 4 196.3 1.7 27.5 15.0 21.7 9.1 522.2 18 263.8 46.6 4.8 259.9 0.7 15.8 5.6 10.5 17 701.2 60.3 3.5 0.011 BL-17-1 22.3 3.1 27.2 14.4 7 320.0 2.4 50.8 7.5 14.3 11.3 820.0 3 135.0 31.0 5.1 96.4 0.5 21.3 1.7 7.9 2 201.0 57.1 3.7 0.002 BL-16-1 23.7 0.3 10.4 5.5 2 940.0 23.2 213.9 9.6 27.5 7.0 255.5 71 364.5 1994.8 5.3 13.9 0.3 9.2 5.6 12.7 71 006.8 46.4 24.9 7.834 BL-15-2 24.1 3.1 28.9 15.3 7 910.0 5.7 38.3 10.9 16.8 27.2 540.0 4 373.0 31.0 5.2 149.7 0.6 6.7 2.3 17.8 3 380.5 35.4 8.7 0.004 BL-15-1 25.3 3.2 23.3 12.3 6 990.0 5.8 35.7 13.8 16.7 33.4 700.0 8 823.0 31.0 5.7 116.6 0.8 6.2 3.6 27.1 8 020.9 56.7 10.6 0.006 BL-14-1 25.9 2.1 21.2 11.2 5 910.0 15.9 96.3 16.6 15.1 21.5 920.0 3 961.0 54.2 5.3 59.8 1.1 6.1 4.8 19.1 3 231.1 81.9 10.1 0.035 BL-12-1 27.6 2.7 14.5 7.7 4 300.0 9.8 54.0 9.7 11.2 17.4 940.0 2 342.0 100.7 5.6 72.8 0.9 5.5 4.1 22.7 1 842.8 122.4 6.6 0.086 LM1～LM5 BL-10-1 29.5 2.9 9.3 4.9 2 597.3 6.7 82.1 9.6 12.7 12.7 235.1 3 497.7 47.7 5.3 264.6 0.8 12.3 6.3 25.9 3 178.3 47.8 4.3 0.135 BL-9-1 32.6 2.9 17.1 9.1 4 530.0 17.4 110.0 7.9 11.7 24.6 970.0 2 298.0 46.5 5.0 78.3 0.7 6.3 2.8 27.1 1 708.5 106.9 8.4 0.050 BL-8-1 35.3 3.7 14.8 7.8 3 950.0 10.5 82.0 8.5 10.1 30.9 1 000.0 3 082.0 38.7 5.1 94.3 0.8 7.8 3.5 39.6 2 574.4 128.0 8.5 0.034 BL-7-2 36.5 3.7 15.5 8.2 4 090.0 7.5 43.7 6.1 8.8 24.3 780.0 2 088.0 31.0 5.0 120.9 0.7 5.8 2.4 29.7 1 556.3 95.4 6.7 0.018 BL-7-1 38.3 3.5 9.7 5.1 2 510.0 1.9 22.5 4.8 5.9 18.6 460.0 2 731.0 31.0 4.9 197.1 0.8 11.7 3.0 36.2 2 396.9 89.5 5.3 0.012 BL-6-1 39.7 4.1 25.0 13.2 6 740.0 2.2 43.6 18.1 16.4 54.9 1 010.0 10 677.0 31.0 5.1 105.6 1.1 20.0 4.4 41.5 9 817.7 76.4 13.3 0.002 BL-5-1 40.2 5.1 15.2 8.1 4 330.0 8.3 104.0 17.5 10.4 68.9 1 130.0 2 442.0 85.2 5.4 116.6 1.7 12.5 7.0 85.5 1 918.1 140.2 13.5 0.056 BL-4-2 41.5 4.1 12.5 6.6 3 670.0 2.5 58.0 14.6 8.1 61.4 630.0 2 138.0 85.2 5.5 169.4 1.8 23.3 7.1 92.5 1 706.4 94.9 14.9 0.025 BL-4-1 43.2 4.3 11.0 5.8 2 890.0 9.0 118.0 10.0 6.5 48.6 1 120.0 1 838.0 69.7 4.9 99.2 1.5 13.1 5.5 83.2 1 458.4 191.8 11.3 0.094 BL-3-3 48.9 4.4 10.3 5.4 2 880.0 6.2 101.0 8.8 6.5 37.6 1 080.0 1 702.0 69.7 5.3 104.3 1.4 16.2 5.2 69.1 1 348.4 198.5 8.6 0.075 BL-3-2 49.4 4.5 11.8 6.2 3 270.0 5.4 82.2 10.4 7.9 46.7 1 150.0 2 007.0 54.2 5.3 100.0 1.3 15.3 5.4 75.1 1 602.7 184.9 10.5 0.038
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表 3 研究区筇竹寺组与龙马溪组页岩形成构造背景、基础地质特征及古环境对比
Table 3. Comparison of structural background, basic geological characteristics, and paleoenvironment of the Qiongzhusi Formation and Longmaxi Formation shales in the study area
对比参数 筇竹寺组 龙马溪组 被动大陆边缘 拉张裂陷槽 被动大陆边缘 前陆挠曲滞留盆地 筇一段 筇二—筇三段 筇一段 筇二—筇三段 LM1～LM5 LM6～LM7 LM1～LM5 LM6～LM7 构造背景 构造运动 桐湾运动（兴凯地裂） 广西运动(华夏板块向扬子板块碰撞挤压） 演化阶段 强烈拉张期 拉张持续减弱 强烈拉张期 拉张持续减弱 挠曲—沉降期 挠曲—迁移期 挠曲—沉降期 挠曲—迁移期 基础地质特征 TOC 平均5.7% 平均3.6%～1.0% 平均4.1% 平均1.8%～0.9% 平均4.7% 平均2.9%～2.6% 平均3.5% 平均2.3%～0.7% 海平面 上升 持续下降 上升 持续下降 上升 持续下降 上升 持续下降 岩性岩相 生物硅质岩 由生物硅质岩与硅质页岩互层过渡至粉砂质页岩 生物硅质页岩 由黏土质、硅质和钙质混合页岩过渡至钙质页岩 生物硅质岩 生物硅质页岩, 出现大量重晶石结核体 及薄层上升流砂岩 生物硅质岩与硅质页岩互层 由生物硅质页岩过渡至黏土质页岩和粉砂质页岩互层 沉积相 斜坡-深水陆棚相 深水-浅水陆棚相 深水陆棚相 深水—浅水陆棚相 深水陆棚相 深水陆棚相 深水陆棚相 深水—浅水陆棚相 古环境 陆源输入 低 高,以陆源石英和黏土矿物为主 低 高,以陆源钙质碎屑为主 低 高,陆源黏土矿物为主 低 高,陆源石英和 黏土矿物为主 氧化还原 厌氧 厌氧—贫氧—富氧 厌氧 贫氧—富氧—富氧 厌氧 厌氧 厌氧 厌氧—贫氧—富氧 古水文 开放洋流环境（富含Ba、P等元素）,水体滞留程度中等 开放洋流环境,活跃程度逐渐减弱,水体滞留程度增强 开放—季节性洋流环境（富含Ba、P等元素）,水体滞留程度 中等 季节性洋流环境,活跃程度逐渐减弱,水体滞留程度增强 开放洋流环境（富含Ba、不含P元素）,水体滞留程度中等 开放洋流环境,活跃程度逐渐增强,表层海水漫过障壁能力减弱（Mo/TOC指示） 开放-季节性洋流环境（富含Ba、不含P元素）,水体滞留程度中等 开放-季节性洋流环境,活跃程度先升高后降低,表层海水漫过障壁能力减弱 古生产力 高 持续降低 较高 持续降低 高 持续升高 较高 先升高后降低 注： 部分对比数据据文献[10⁃14,21,26⁃29]。
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区带 点位 段 样号 深度/m TOC/% Al2O3/% Al2O3+MgO+CaO/% Al/% Ti/(μg/g) Co/(μg/g) Ni/(μg/g) U/(μg/g) Th/(μg/g) Mo/(μg/g) P/(μg/g) Ba/(μg/g) Mn/(μg/g) Ti/Al/×102 Corg/P U/Th Ni/Co UEF MoEF Baxs/(μg/g) P/Al /×104 Mo/TOC CoEF×MnEF 拉张裂陷槽 白竹岭 筇三段 BZL33-1 5.8 1.1 14.3 23.6 7.6 4 590.0 15.8 43.6 5.1 10.3 5.2 567.0 1 557.6 318.7 6.1 50.2 0.5 2.8 2.2 6.8 1 064.5 74.7 4.7 0.449 BZL31-1 13.0 0.9 5.5 47.4 2.9 1 502.9 4.9 29.4 4.7 3.2 5.8 307.4 457.7 259.1 5.1 78.3 1.5 6.0 5.2 19.8 267.9 105.3 6.2 0.758 BZL30-1 17.6 0.8 5.9 46.1 3.1 1 696.0 4.5 21.4 3.5 3.5 3.7 362.0 459.0 296.8 5.5 55.0 1.0 4.7 3.6 12.0 257.0 116.5 4.8 0.712 BZL27-1 33.8 0.8 9.6 36.3 5.1 3 189.8 9.2 37.9 5.4 6.6 7.2 452.8 740.8 612.3 6.3 47.3 0.8 4.1 3.4 14.2 410.5 89.1 8.7 1.110 BZL26-1 35.4 0.4 8.7 46.5 4.6 2 830.4 8.2 31.7 3.4 6.0 2.7 364.9 774.9 757.9 6.2 31.5 0.6 3.9 2.4 5.9 476.4 79.4 6.1 1.512 筇二段 BZL23-1 57.6 1.1 13.8 28.7 7.3 4 307.3 14.9 53.0 5.4 10.3 5.7 547.0 1 219.3 480.6 5.9 50.0 0.5 3.6 2.4 7.9 745.3 75.0 5.4 0.689 BZL21-1 67.6 1.0 7.9 40.7 4.2 2 584.4 7.2 32.6 4.9 5.6 4.6 535.4 688.7 628.0 6.2 48.6 0.9 4.5 3.8 11.0 416.2 127.7 4.6 1.320 BZL20-2 71.3 1.3 12.9 27.2 6.9 4 235.0 13.5 48.2 5.7 10.1 6.7 523.9 1 156.3 417.1 6.2 65.8 0.6 3.6 2.7 9.7 711.0 76.5 5.0 0.612 BZL19-1 99.9 0.9 11.1 36.8 5.9 3 215.7 10.3 39.1 5.6 7.6 9.2 355.0 1 275.4 795.9 5.5 66.1 0.7 3.8 3.1 15.7 893.5 60.4 10.2 1.210 BZL18-1 106.2 2.0 10.2 32.3 5.4 2 931.8 10.8 42.7 8.0 7.7 8.4 397.9 1 041.2 490.9 5.4 133.0 1.0 3.9 4.8 15.5 689.5 73.5 4.1 0.928 BZL17-2 107.9 1.0 5.9 48.0 3.1 1 530.1 5.6 29.9 5.4 3.6 9.3 372.4 1 096.4 300.7 4.9 66.8 1.5 5.3 5.6 29.8 894.6 119.9 9.6 0.898 BZL16-1 124.0 2.8 10.7 21.8 5.7 3 073.1 10.2 50.7 8.8 8.8 21.0 535.7 1 191.1 484.9 5.4 135.1 1.0 5.0 5.0 37.1 822.6 94.5 7.5 0.791 筇一段 BZL14-1 134.3 3.3 11.5 20.5 6.1 3 174.2 12.3 61.4 12.0 9.2 29.4 447.2 1 457.9 239.1 5.2 191.2 1.3 5.0 6.4 48.6 1 063.9 73.8 8.9 0.408 BZL12-2 141.0 3.2 9.6 30.5 5.1 2 245.3 9.6 31.0 11.9 8.1 10.3 359.1 2 103.2 325.0 4.4 232.4 1.5 3.2 7.6 20.4 1 773.5 70.8 3.2 0.623 BZL9-1 162.2 4.5 10.3 13.6 5.4 2 506.2 17.1 164.9 21.1 6.8 59.8 543.9 2 365.2 135.7 4.6 211.3 3.1 9.7 12.5 110.0 2 012.0 100.1 13.4 0.402 BZL7-1 166.7 5.6 10.8 12.6 5.7 2 918.2 2.6 29.2 17.0 5.1 46.6 260.6 2 135.1 101.6 5.1 558.9 3.4 11.3 9.6 81.8 1 764.6 45.7 8.3 0.041 BZL3-3 169.9 7.9 9.3 18.6 4.9 2 256.8 26.0 211.6 41.6 6.1 69.1 457.1 1 706.4 420.4 4.6 444.7 6.9 8.1 27.2 139.7 1 385.1 92.5 8.8 2.287
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点位 段 样号 深度/m TOC/% Al2O3/% Al/% Ti/(μg/g) Co/(μg/g) Ni/(μg/g) U/(μg/g) Th/(μg/g) Mo/(μg/g) P/(μg/g) Ba/(μg/g) Mn/(μg/g) Ti/Al/×102 Corg/P U/Th Ni/Co UEF MoEF Baxs/(μg/g) P/Al/×104 Mo/TOC CoEF×MnEF 宜探3井 LM7 YT3-13-7 3 526.3 0.3 17.6 9.3 0.4 18.4 55.0 3.8 20.8 0.7 591.6 1 292.2 668.8 4.8 11.4 0.2 3.0 1.3 0.7 685.4 63.4 2.6 0.721 YT3-15-1 3 531.3 0.2 17.5 9.2 0.4 17.0 45.1 3.6 19.9 0.8 535.6 1 256.4 578.7 4.6 9.6 0.2 2.7 1.3 0.8 655.3 57.9 3.8 0.588 LM7-3 3 534.0 0.6 17.0 9.0 0.5 17.2 54.0 4.6 19.5 5.1 505.3 1 760.1 732.9 5.2 30.7 0.2 3.1 1.7 5.6 1174.2 56.1 8.4 0.794 YT3-17-2 3 538.3 0.9 18.0 9.5 0.4 16.6 50.7 3.5 21.7 0.7 530.2 2 194.8 502.2 4.5 45.8 0.2 3.1 1.2 0.7 1574.2 55.5 0.7 0.468 LM7-2 3 542.0 0.3 18.4 9.7 0.5 18.5 51.7 3.7 20.2 2.3 459.0 1 504.1 552.6 4.8 15.8 0.2 2.8 1.2 2.4 871.3 47.2 8.3 0.553 YT3-18-2 3 546.9 0.8 18.1 9.6 0.4 18.9 64.6 4.6 22.5 2.7 471.5 1 365.9 446.2 4.5 46.0 0.2 3.4 1.6 2.9 741.6 49.1 3.3 0.469 LM7-1 3 550.0 0.4 17.1 9.1 0.4 25.0 63.1 3.6 19.6 4.1 429.5 1 476.9 544.5 4.9 21.7 0.2 2.5 1.3 4.5 887.6 47.4 11.3 0.846 YT3-19-9 3 552.8 1.3 17.2 9.1 0.4 18.0 82.1 7.1 22.4 7.3 442.1 1 806.7 452.3 4.6 76.0 0.3 4.6 2.5 8.0 1 214.0 48.5 5.6 0.500 LM6 YT3-19-15 3 554.4 2.7 13.6 7.2 0.3 15.0 100.2 9.2 19.6 11.1 446.8 1 176.0 279.0 4.4 154.4 0.5 6.7 4.1 15.3 706.9 61.9 4.1 0.410 YT3-20-2 3 555.9 2.5 14.1 7.5 0.4 14.8 98.9 9.9 21.2 10.1 553.2 1 076.6 427.6 5.6 116.3 0.5 6.7 4.3 13.5 591.9 74.2 4.1 0.580 YT3-21-1 3 557.9 2.8 13.8 7.3 0.4 11.0 69.1 6.6 17.2 6.7 562.6 1 227.3 537.3 5.7 127.7 0.4 6.3 2.9 9.2 752.6 77.0 2.4 0.564 YT3-21-3 3 559.0 2.5 21.7 11.5 0.2 11.3 82.4 20.9 65.2 31.4 355.9 2462.2 310.0 1.6 182.2 0.3 7.3 5.9 27.4 1717.2 31.1 12.5 0.137 LM1～LM5 LM2-2 3 560.5 3.6 5.9 3.1 0.2 6.0 84.5 10.0 9.3 20.5 220.6 1 139.1 190.5 5.6 416.9 1.1 14.2 10.3 65.8 937.1 71.0 5.7 0.603 YT3-21-7 3 561.2 3.7 9.3 4.9 0.3 13.2 129.2 19.0 13.9 28.0 594.0 1 037.0 322.0 7.1 159.6 1.4 9.8 12.5 56.9 717.2 120.7 7.6 0.899 LM2-1 3 562.5 3.8 8.4 4.4 0.3 13.3 108.2 18.7 14.4 49.0 518.5 1 235.9 217.7 6.3 187.3 1.3 8.1 13.6 110.3 947.3 116.8 13.0 0.752 YT3-22-5 3 563.5 4.3 8.8 4.6 0.3 14.0 141.8 20.4 14.0 33.0 586.7 1 021.1 319.9 6.5 190.7 1.5 10.1 14.2 71.1 719.2 126.3 7.6 1.064 YT3-22-7 3 564.3 4.0 9.1 4.8 0.3 15.6 172.4 20.4 11.9 29.5 599.9 933.3 403.6 5.6 170.1 1.7 11.0 13.7 61.2 619.8 124.4 7.5 1.386 LM7 XT-26-1 50.6 0.6 16.5 8.7 0.4 14.6 40.2 4.8 18.5 3.5 467.0 830.0 271.1 4.9 35.7 0.3 2.8 1.8 4.0 263.7 53.6 5.4 0.267 XT-24-2 53.1 1.2 16.3 8.6 0.5 10.1 37.6 6.2 20.5 7.7 410.2 963.0 185.9 5.2 74.9 0.3 3.7 2.3 8.9 400.9 47.4 6.5 0.128 XT-23-3 54.6 1.0 17.3 9.1 0.4 7.7 26.2 4.6 18.8 7.5 475.7 953.0 154.9 4.9 53.8 0.2 3.4 1.6 8.2 359.2 52.1 7.6 0.073 XT-22-2 56.1 0.1 16.4 8.7 0.4 16.0 50.1 3.6 20.8 2.3 593.5 934.0 426.0 4.9 5.8 0.2 3.1 1.3 2.7 370.2 68.4 17.3 0.463 新滩 XT-21-3 59.7 0.7 17.6 9.3 0.5 11.1 35.4 4.6 18.0 5.4 558.6 899.0 201.4 4.9 34.5 0.3 3.2 1.6 5.8 295.2 60.1 7.2 0.133 XT-21-1 60.5 0.3 17.8 9.4 0.4 13.7 38.3 3.3 18.2 2.6 510.6 892.0 340.8 4.6 13.3 0.2 2.8 1.1 2.8 280.0 54.2 10.0 0.269 XT-20-1 63.0 0.7 17.4 9.2 0.4 8.0 24.4 4.6 18.9 5.3 440.8 879.0 139.4 4.8 42.9 0.2 3.0 1.6 5.8 279.7 47.8 7.3 0.067 XT-19-2 77.6 0.5 15.9 8.4 0.4 6.9 24.1 5.3 17.9 5.3 475.7 1 150.0 116.2 5.0 27.9 0.3 3.5 2.0 6.3 603.7 56.6 10.3 0.058 LM6 XT-18-2 80.1 1.7 16.7 8.8 0.4 5.4 28.3 6.1 17.5 8.6 458.3 1 984.0 108.4 5.1 97.5 0.4 5.3 2.2 9.7 1 408.8 51.8 5.0 0.038 XT-15-1 83.9 1.5 7.6 4.0 0.3 7.0 44.6 16.8 12.0 12.8 200.8 1 329.0 31.0 6.3 193.0 1.4 6.4 13.4 31.7 1 066.9 49.8 8.5 0.068 LM1～LM5 XT-13-1 86.0 3.5 7.2 3.8 0.2 4.1 53.4 8.9 11.7 24.8 384.1 1 397.0 38.7 6.5 232.1 0.8 13.2 7.6 65.4 1 150.7 101.3 7.2 0.056 XT-12-1 86.4 2.5 8.5 4.5 0.3 7.0 59.7 10.5 13.6 20.1 427.7 1 343.0 46.5 6.1 152.8 0.8 8.5 7.5 44.6 1 049.9 94.8 7.9 0.082 XT-11-1 87.0 3.1 9.7 5.1 0.3 5.8 57.6 15.9 13.8 21.8 331.7 1 265.0 38.7 6.3 240.7 1.2 10.0 10.0 42.7 933.0 64.9 7.1 0.044 XT-10-1 87.9 3.2 10.8 5.7 0.4 5.7 55.2 14.8 11.9 27.8 458.3 1 294.0 31.0 6.3 179.3 1.2 9.7 8.4 48.7 923.1 80.3 8.7 0.028 XT-9-1 88.8 2.8 7.4 3.9 0.3 2.1 43.3 8.1 11.1 17.7 349.1 1 381.0 31.0 6.8 209.4 0.7 21.1 6.7 45.1 1 126.1 89.0 6.3 0.021 XT-8-2 89.5 2.9 5.6 2.9 0.2 1.5 38.1 7.3 9.0 15.3 253.1 1 343.0 31.0 6.8 296.0 0.8 26.1 8.0 52.0 1 151.7 86.0 5.3 0.027 XT-8-1 89.9 2.6 8.5 4.5 0.3 1.3 31.6 11.9 18.0 26.0 353.5 1 362.0 31.0 6.4 190.0 0.7 24.7 8.5 57.8 1 069.6 78.6 10.0 0.010 XT-6-2 91.7 5.7 11.8 6.3 0.4 1.7 71.0 34.0 19.7 69.4 458.3 1 452.0 31.0 6.8 320.2 1.7 42.5 17.5 111.0 1 045.7 73.3 12.2 0.007
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