湘西前陆坳陷区五峰‒龙马溪组黑色岩系沉积环境与有机质富集机制：以TD2井为例

Sedimentary Environment and Organic Matter Accumulation of Black Rock Series of Wufeng-Longmaxi Formations in Foreland Depression, Western Hunan Province: An Example from Well TD2 in Changde Area

摘要

受地层剥蚀和强烈构造活动的影响，对中扬子东南缘前陆坳陷区五峰‒龙马溪组黑色岩系关注较少，该区黑色岩系沉积特征与有机质富集规律尚不清楚.利用近年来新获取的常德TD2井岩心资料，基于岩石学、沉积学以及地球化学分析，对湘西前陆坳陷区五峰‒龙马溪组黑色岩系的发育特征、沉积环境及有机质富集机制开展了深入研究.结果表明，湘西前陆坳陷区TD2井五峰‒龙马溪组黑色岩系厚度较大，TOC>2%的富有机质页岩厚约21 m，岩性以硅质页岩与碳质页岩为主，基于岩性差异自下而上可划分为四个沉积单元，富有机质页岩主要集中凯迪阶至鲁丹阶下部，而鲁丹阶上部‒埃隆阶下部黑色岩系TOC含量普遍偏低且呈间断发育.综合研究认为，前陆坳陷区五峰‒龙马溪组黑色岩系的形成主要受构造、海平面以及陆源碎屑供给等因素的综合控制.凯迪晚期‒鲁丹早期，受区域构造挤压和全球海平面上升的影响，湘西地区经历了显著的构造沉降及相对海平面上升等事件，极大地促进了坳陷区强还原条件的形成以及古生产力的提高，使得该时期研究区黑色岩系中的有机质大量富集.然而，随着鲁丹晚期区域构造挤压活动的加剧，研究区由构造沉降向构造隆升转变，持续的构造抬升与风化作用增强，导致了研究区陆源碎屑供给大量增加和相对海平面不断下降，并最终使得研究区富有机质页岩的形成发育在埃隆早期被终结.值得注意的是，埃隆早期的全球冰川型海平面上升在研究区也有响应，促进了龙马溪组黑色页岩的二次发育.据此，提出了湘西前陆坳陷区奥陶‒志留纪之交富有机质页岩的发育模式，以期为该区五峰‒龙马溪组页岩气勘探及奥陶‒志留纪之交重大地质事件沉积响应研究提供参考.

关键词

前陆坳陷 / 五峰‒龙马溪组 / 黑色岩系，沉积特征 / 有机质富集 / 湘西地区 / 石油地质.

Key words

foreland depression / Wufeng-Longmaxi formations / black shale / sedimentary environment / organic matter accumulation / western Hunan Province / petroleum geology

0 引言

上奥陶统五峰组‒下志留统龙马溪组下部黑色岩系作为全球地质环境剧变时期的沉积产物，不仅记录了奥陶‒志留纪之交重大地质事件的关键信息（Yan et al.， 2010； Fan et al.， 2011； Zou et al.， 2018； Wang et al.， 2019），同时还含有丰富的有机质，是我国南方海相页岩气勘探的重要目标（Dong et al.， 2018； 蔡全升等， 2021； 聂海宽等， 2022）.因此，深入认识该套黑色岩系的沉积特征、形成环境、主控因素与有机质富集机理，对于理解奥陶‒志留纪之交扬子地区发生的重大地质环境变化以及分析五峰‒龙马溪组页岩气勘探潜力具有重要意义（邱振和邹才能， 2021； Cai et al.， 2022a）.然而，在以往的研究中，受地层剥蚀、露头风化以及缺少钻井岩心资料的影响，对于五峰‒龙马溪组的沉积地质研究主要集中在上扬子四川盆地及周缘（Wang et al.， 2015， 2021； Liu et al.， 2017），对于中扬子东南缘的湘西前陆坳陷区关注较少，导致对于该区五峰‒龙马溪组黑色岩系沉积特征认识不足，富有机质页岩发育控制因素及有机质差异富集规律尚不清楚，这不仅阻碍了奥陶‒志留纪之交重大地质事件沉积地质信息的获取，同时也制约了对于湘西地区页岩气勘探潜力的评价认识.随着近年来，南方海相页岩气战略选区调查工作逐渐由上扬子地区向中、下扬子地区转移，中扬子东南缘页岩气地质调查与钻探工作逐渐增多，为深入理解认识奥陶‒志留纪之交的湘西前陆坳陷区黑色岩系沉积发育机理提供了条件.因此，本文以湖南常德地区TD2井为例，通过对五峰‒龙马溪组黑色岩系开展系统的岩石学、沉积学以及地球化学分析，对湘西前陆坳陷区奥陶‒志留纪之交黑色岩系沉积特征、古海洋环境以及有机质富集机制开展研究，以期为类似地区的页岩气勘探潜力评价和扬子地区奥陶‒志留纪之交重大地质事件沉积响应研究提供参考.

1 区域地质背景

晚奥陶世‒早志留世，受加里东造山运动与全球冰川型海平面升降的影响，整个华南地区地质环境发生了重大变化（Chen et al.， 2004； Yan et al.， 2010）.由广西运动引起的华夏地块向扬子地块的碰撞挤压，使得扬子海盆基底在奥陶‒志留纪之交发生了不均一沉降（苏文博等， 2006； Huang et al.， 2020），整个扬子地区逐渐由原来统一的碳酸盐岩台地开始向浅海陆棚环境过渡，而持续的构造挤压与差异沉降使得扬子海盆在凯迪阶晚期‒埃隆阶早期形成了两个明显不同的沉积区，分别是由湘鄂西古隆起、洞庭隆起与华南大陆东南造山带等所围陷的扬子东南缘前陆坳陷沉积区，以及由滇黔古陆、川中隆起、雪峰隆起、湘鄂西古隆起等所围陷的扬子隆后沉积区（图1a）（Chen et al.，2004；张琳娜等， 2016；陈清等，2018；肖斌等，2021；Cai et al.， 2022a）.尽管不同地区构造地貌背景有所差异，受全球海平面显著上升的影响，无论是隆后沉积区还是前陆坳陷区，整个扬子海盆在奥陶‒志留纪之交均沉积了一套富含有机质的五峰‒龙马溪组黑色岩系（Chen et al.， 2004； Fan et al.， 2011； 李琪琪等，2021；卢贤志等，2021；Wang et al.， 2021），它们的厚度普遍在15~70 m（图1b）.其中，以四川盆地为代表的隆后沉积区由于富有机质页岩厚度大、构造相对稳定，是目前我国南方海相页岩气勘探的主力目标（Dong et al.， 2018； 聂海宽等， 2022）.而以湘西为代表的前陆坳陷区由于受雪峰隆起的影响，构造活动强烈、地层剥蚀严重，仅在少部分地区保留有五峰‒龙马溪组黑色岩系（秦明阳等， 2018； 刘辰生等， 2019）.

2 样品采集与数据分析

考虑到野外地质露头普遍风化严重且出露不全的特点，选取TD2井五峰‒龙马溪组黑色岩系钻井岩心为研究对象，对奥陶‒志留纪之交湘西前陆坳陷区的黑色岩系沉积特征与有机质富集机制开展研究.TD2井是中国地质调查局2019年在雪峰古陆北缘部署的一口地质调查井，位于常德市境内（图2a、2b）.该井自下而上系统揭示了五峰‒龙马溪组黑色岩系沉积序列，其中五峰组黑色岩系厚度约4.5 m，龙马溪组黑色岩系厚度约30 m.为了研究数据的可靠性与全面性，对1 569~1 490 m井段岩心进行了系统的取样以及岩石学与地球化学分析，一共取样43个（图2c）.所有样品在自然资源部中南矿产资源监督检测中心完成了TOC以及主微量元素分析.其中，TOC分析测试采用的是LECO CS-600碳硫分析仪，主量元素采用的是Epsilon 5 X射线荧光光谱仪，微量元素采用的是X Series 2质谱仪.43个样品的岩矿分析在数岩科技采用Bruker D8 Advance粉末X射线衍射仪完成.

在数据处理中，采用元素富集系数而非双金属元素比值开展氧化还原条件以及古生产力分析 （Algeo and Liu， 2020）， 元素富集系数计算公式为：X-EF=（X/Al）_样品/（X/Al）_PAAS，（X/Al）_样品代表样品中分析元素与Al元素的浓度比值，（X/Al）_PAAS为后太古代澳大利亚页岩中的分析元素与Al元素的浓度比值 （Taylor and McLennan， 1985）.X-EF>1代表元素富集，X-EF<1代表贫乏.另外，本文对黑色岩系中的风化指数CIA进行了计算 （Nesbitt and Young， 1982； Price and Velbel， 2003； Yan et al.， 2010； Wang et al.， 2020），估算公式为：CIA=Al₂O₃/（Al₂O₃+CaO^*+Na₂O+K₂O），其中CaO^*可以通过P₂O₅进行校正：CaO^*=Min［Na₂O， CaO-10/3×P₂O₅］（McLennan， 1993）.

3 岩性特征

3.1　岩石类型与特征

通过岩心观察，发现湘西TD2井五峰‒龙马溪组黑色岩系主要由硅质页岩、碳质页岩、粉砂质泥岩、粉细砂岩组成，可见少量的土黄色泥岩及斑脱岩（图3）.硅质页岩多以碎块状为主，岩心表面可见大量硅质或方解石脉充填裂缝，笔石保存较差，硅质放射虫少见（图3a~3c）.碳质页岩完整性稍好，可见明显的页理和大量笔石化石（图3d、3e），部分碳质泥岩中笔石具有定向排列特征且富含陆源碎屑颗粒（图3e、3f）.粉砂质泥岩主要为深灰色泥岩和粉砂质泥岩夹薄层粉砂岩，可见明显的砂纹层理、粒序层理和岩性突变面（图3g、3h）.粉细砂岩主要出现在黑色岩系上部，厚度普遍小于10 cm，可见岩性突变面及粒序层理（图3i）.土黄色泥岩仅出现在五峰组底部，斑脱岩在整个黑色岩系均有发育但厚度普遍小于2 cm.整体上，由下至上五峰‒龙马溪组黑色岩系岩石颜色逐渐变浅，由黑色向灰色或灰绿色过渡，且砂质含量逐渐增多.

3.2　矿物组成与特征

镜下鉴定及全岩X衍射分析结果显示，TD2井五峰‒龙马溪组黑色岩系岩石矿物主要由石英、长石、黏土矿物、碳酸盐矿物以及黄铁矿组成.其中，石英矿物包括陆源碎屑石英以及与生物有关的自生石英颗粒，陆源碎屑石英含量丰富，多以棱角状为主（图3b、3f），与生物有关的石英颗粒较少见，多为放射虫或海绵骨针交代后的产物（图3b）.样品中的石英总含量为27.5%~69.8%，平均为42.4%，纵向上呈现逐渐减少的趋势（图4），但陆源碎屑石英含量逐渐增多.长石由斜长石和钾长石构成，含量为1.4%~13.7%，平均为6.6%；黏土矿物主要由伊利石和伊蒙混层构成，含量为13.0%~63.4%，平均为36.3%，长石与黏土矿物含量纵向上均呈逐渐增多的趋势（图4）.碳酸盐矿物主要由方解石与白云石构成、含少量铁白云石，含量为0~32.1%之间，平均为6.7%，纵向上呈现逐渐减少的趋势（图4）.黄铁矿含量在0~12.6%，平均为3.9%，在整个黑色页岩层段几乎均有发育（图4），扫描电镜下呈草莓状分散分布.

3.3　黑色岩系沉积序列

基于岩心描述及岩矿测试分析，五峰‒龙马溪组黑色岩系自下而上可划分为C1~C4四个沉积单元（图4）.C1主要由五峰组构成，底部可见明显的土黄色泥岩及滑塌变形构造，向上过渡为硅质泥页岩，并在顶部沉积了富钙碳质页岩，未见明显的观音桥段灰岩，显示井区在晚奥陶世经历了早期暴露、中期海平面上升和晚期下降的过程，这与扬子其他地区的整体变化相一致.C2由鲁丹阶中下部黑色页岩构成，顶部为一套突然出现的约2 m厚砂岩，砂岩中可见大量陆源碎屑与硅质放射虫和海绵骨针混杂堆积，应该是海平面快速下降的结果.C3由鲁丹阶上部和埃隆阶底部的碳质页岩以及埃隆阶下部的粉砂质泥岩组成，自下而上可见石英矿物含量显著降低和陆源碎屑逐渐增加，薄层砂岩底部常发育岩性突变面和滑动变形构造（图4），表明C3沉积时期海平面逐渐下降，陆源物质供给显著增加以及水动力条件增强的特征.C4由埃隆阶中部碳质页岩以及中上部的砂质泥页岩组成，底部与C3突变接触，石英矿物含量表现为底部的突然增加和随后的逐渐下降，泥页岩颜色也逐渐由黑色向深灰或灰色过渡（图4），反映了沉积期海平面的一次突然大幅度上升和随后的逐渐下降.由此可见，前陆盆地区在奥陶‒志留纪之交应该与隆后海盆相似，也经历了多期相对海平面的升降旋回变化，并在充足的陆源物质供给的影响下，使得研究区五峰‒龙马溪组黑色岩系的形成发育具有明显阶段性.

4 有机地球化学特征

4.1　有机质丰度

有机地化测试结果显示，TD2井五峰‒龙马溪组黑色岩系有机碳含量在0.15%~5.0%，平均为2.0%.与中扬子鄂西地区相比，研究区五峰‒龙马溪组黑色岩系TOC含量高值普遍偏低，除一个样品的TOC含量为5%，其余样品均低于4%（图5），但该井TOC大于2%的黑色页岩厚度约21 m，大于鄂西宜昌地区的平均值15 m.另外，纵向上该井五峰‒龙马溪组黑色岩系TOC含量逐渐降低且具有明显的旋回性.C1单元TOC含量为0.31%~5%，平均为3.1%，C2单元TOC含量为0.31%~3.3%，平均为2.6%，它们构成了黑色页岩有机质最为富集的层段.C3单元TOC含量为0.58%~1.83%，平均为1.23%，C4单元TOC含量为0.15%~2.74%，平均为1.27%.C3与C4的TOC含量均表现为底部的突然增加和随后的逐渐降低，同时C4沉积序列底部TOC含量增加的幅度更为明显.

4.2　有机质类型

通过选取10个样品开展干酪根抽提与镜检分析，发现五峰‒龙马溪组黑色岩系中的干酪根具有高腐泥组特征，主要为腐泥无定形体.腐泥组含量为94%~98%，平均为96.4%，其余为正常镜质体，含量为2%~6%，平均为3.4%.根据干酪根类型指数计算，TI值普遍为89.5~96.5，属于I型干酪根（表1），这也与前人在研究区周缘研究的结果一致，它们均主要来自海洋浮游微生物.

5 古海洋环境

5.1　陆源物质输入

来自岩心及镜下定性分析结果显示，五峰‒龙马溪组黑色岩系中的陆源碎屑含量普遍较高，在硅质页岩中也可发现大量棱角状陆源碎屑.前人的研究表明，海相页岩中的Al₂O₃含量可以用于定量分析陆源物质输入情况（Rimmer et al.， 2004； Tribovillard et al.， 2006； Liu et al.， 2017）.TD2井五峰‒龙马溪组黑色岩系中Al₂O₃与TiO₂具有良好的相关性特征（图6a），表明黑色岩系的陆源物质来源相似，Al₂O₃可以作为表征陆源物质输入的有效参数.分析结果显示，五峰‒龙马溪组黑色岩系采集的样品Al₂O₃含量变化范围较大，在1.9%~21.3%，平均为11.1%.其中，C1与C2沉积序列除了五峰组底部土黄色泥岩样品中的Al₂O₃含量较高外，其余普遍较低.相比之下，C3与C4沉积序列中的Al₂O₃含量可见显著增高，并具有明显的旋回变化特征.但总体上，Al₂O₃含量呈现逐渐波动上升的趋势（图6、图7），这应该和物源区的构造持续隆升有关，持续的隆升促进了研究区的物源碎屑供给（Liu et al.， 2017； Cai et al.， 2022a）.

CIA指数不仅可以评价物源区化学风化作用强度，同时也可以分析古气候变化趋势（Yan et al.， 2010； Wang et al.， 2020）.TD2井五峰‒龙马溪组黑色岩系中CIA指数自下而上呈现逐渐增加的趋势，其中C3与C4沉积序列中的CIA数值较C1、C2明显增高，显示当时源区的化学风化作用强度从鲁丹期到埃隆期逐渐增强，同时古气候也具有逐渐变暖的趋势.结合纵向上的砂泥岩及陆源碎屑物质含量变化（图2、图7），推测早志留世物源区气候变暖背景下的风化作用增强，促进了研究区陆源物质碎屑供给的增加（McLennan， 1993； Price and Velbel， 2003； Shao et al.， 2012； Malekzadeh et al.， 2020）.与此同时，Al₂O₃含量与Mo-EF呈现出良好的负相关性特征（图6b），这应该与当时研究区的古海洋环境密切相关.早期海平面较高时，研究区与外部大洋连通，大洋Mo源供给充足，同时研究区发育缺氧环境，促进了沉积物中Mo的富集（Algeo and Tribovillard， 2009），而较高的海平面限制了陆源碎屑物质向研究区的输入，导致页岩中Al₂O₃含量较低.随着后期构造活动增强，盆地局限程度增加，水体变浅和氧化条件增强，Mo元素富集明显减弱，而Al₂O₃含量随着陆源物质供给逐渐增加而增多.另外，Al₂O₃含量与TOC含量也表现出了良好的负相关特征（图6c），表明陆源物质的输入不利于研究区有机质的富集，过多的陆源碎屑输入导致了沉积速率的增加，从而稀释了沉积物中的有机质含量（Sageman et al.， 2003； Cai et al.， 2022b）.

5.2　氧化还原条件

Mo-EF与U-EF是判别氧化还原条件的有效指标，其关键在于确定相应环境下氧化还原条件判别的阈值（Algeo and Maynard， 2004； Tribovillard et al.， 2006； Algeo and Liu， 2020）.前人的研究表明，不同氧化还原条件下的有机质以及部分元素的富集程度及速率存在差异，如Mo在强还原条件下，富集速率相对于其他元素会显著增加 （Algeo and Tribovillard， 2009； Algeo and Liu， 2020）.因此，通过分析不同指标之间的富集特征差异，有助于确定氧化还原条件的判别指标（Algeo and Liu， 2020）.TD2井五峰‒龙马溪组黑色岩系中的Mo-EF与U-EF同TOC之间表现出了特殊的相关性特征，随着Mo与U元素的不断富集，TOC含量从初始快速增加降低为缓慢增加，显示U-EF为12以及Mo-EF为25时可能是强还原条件的一个阈值（图8a、8b）.与此同时，Mo与Ni、U也表现出不一致的富集速率，当Mo-EF富集指数超过12时，U与Ni 的富集速率有所降低（图8c、8d），这与Algeo and Maynard（2004）提出的不同环境下Mo、U、Ni富集特征一致.因此，U-EF=12和Mo-EF=25可以作为判别研究区五峰‒龙马溪组沉积时期强还原条件的阈值.

从地化剖面中可以发现，U-EF>12和Mo-EF>25的样品主要集中在C1与C2沉积旋回，表明该时期的沉积环境属于强还原环境（图7）.值得注意的是，在C2顶部可见一套约2 m厚的高GR砂岩，Mo-EF表现为快速的降低，U-EF表现为异常富集，这表明该砂岩可能是海平面波动下的事件沉积产物.C3与C4均表现为Mo-EF与U-EF的逐渐降低，反映了沉积环境趋于氧化环境.另外，C4底部还可见明显的Mo-EF与U-EF富集指数的跃升，表明该时期研究区沉积环境经历了一次由氧化条件向还原条件的转变.总体而言，TD2井五峰‒龙马溪组Mo-EF与U-EF富集指数自下而上逐渐降低（图7），表明沉积环境逐渐由还原环境向氧化环境过渡；而Mo-EF与U-EF同TOC之间的非协同变化关系显示（图8a、8b），还原条件有助于有机质的富集，但持续加强的还原环境并不能带来有机质富集速率的增加，有机质的富集应该还与其他因素有关.

5.3　古生产力

古生产力也是影响有机质富集的一个关键因素，常用Cu、Ni、Ba、P以及TOC等指标恢复沉积时期的古海洋生产力（Tribovillard et al.， 2006）.在研究区五峰‒龙马溪组黑色岩系的地化剖面中，Cu-EF、Ni-EF与TOC表现出了一致性变化（图7），C1与C2沉积期Cu-EF、Ni-EF与TOC数值普遍较高，而在C3与C4时期可见显著降低.值得注意的是，C4底部Cu-EF与Ni-EF数值增高幅度较小，但TOC含量显著增加.纵向上，Cu-EF、Ni-EF均表现为逐渐降低的特征，显示奥陶‒志留纪之交研究区的古海洋生产力在逐渐降低.另外，尽管剖面上Cu-EF、Ni-EF与TOC呈现相似的变化规律，但是它们之间的相关性特征表明有机质富集与古生产力的提高并不是简单的线性相关（图9）.当Cu-EF、Ni-EF值较低时，TOC与Cu-EF、Ni-EF均呈现线性特征，TOC伴随着Cu-EF、Ni-EF的增加而快速增加，而当Cu-EF、Ni-EF值超过一定阀值，TOC的增加速率显著降低（图9）.结合氧化还原特征与TOC之间的对应关系，可以发现弱氧化‒弱还原条件下，研究区古海洋生产力的提高有助于促进有机质的快速富集，但强还原条件下持续的古生产力增加对于有机质富集的影响会有所减弱，这可能与缓慢沉积过程中的有机质分解和迁移有关.

需要注意的是，图7中代表古生产力的指标Cu-EF、Ni-EF以及TOC与代表上升洋流活动强度的参数（Co×Mn）呈现明显的耦合关系.前人研究认为，海相沉积物中Co×Mn数值可用来区分沉积环境是否受到了上升洋流的影响（Sweere et al.， 2016）.当Co×Mn<0.4时一般表示沉积区受到了上升洋流的影响，而当Co×Mn>0.4代表沉积环境相对局限，未受到明显上升洋流的影响.TD2井古生产力指标与Co×Mn的耦合关系表明，研究区的古生产力变化可能与洋流有关.较高的海平面使得上升洋流得以进入坳陷区内，并带来了大量营养元素，提高了古生产力；而较低的海平面，特别是埃隆期以后，局限的环境限制了洋流的汇入，导致了研究区古生产力的降低.

5.4　水体局限性

海水的循环性特征是分析古海洋环境的重要内容，良好的循环性能够为局限海盆提供充足的外来营养物质元素，促进海洋生物系统的繁盛.前人研究认为，盆地沉积水体的局限性或循环性特征与古地貌及海平面变化密切相关，Mo/TOC能够较好地区分不同盆地的沉积水体局限性特征（Algeo and Lyons， 2006； Algeo and Tribovillard， 2009）.Algeo and Lyons （2006） 总结了不同海盆Mo/TOC比值与现实盆地海水局限程度的关系，如与大洋连通良好的Saanich Inlet地区，沉积物中的Mo/TOC比值大约为45，而对于完全封闭的黑海，沉积物中的Mo/TOC比值仅约4.5，显示海盆局限性程度越高，Mo/TOC比值通常越低.研究区五峰‒龙马溪组黑色岩系元素Mo与TOC的交会结果显示，整个五峰‒龙马溪组黑色岩系沉积期研究区处于半局限环境（图10），其中C1、C3以及C4沉积期盆地局限程度较强，而C2时期局限程度明显减弱.这些特征表明，C2时期的盆地沉积环境与其他时期具有明显差异，这可能与早志留世鲁丹早期全球海平面快速上升有关.

6 有机质富集机制与模式

综合五峰‒龙马溪组黑色岩系的陆源输入情况、氧化还原条件、古生产力变化及盆地局限性特征分析发现，奥陶‒志留纪之交湘西前陆坳陷区的沉积环境发生了重大变化，沉积物中的有机质富集也呈现明显的阶段性，这些变化与差异应该是全球和区域地质事件综合作用的结果.

凯迪阶‒赫南特阶沉积晚期，受广西造山运动影响，华夏地块与扬子地块发生强烈挤压，整个扬子地区由碳酸盐岩台地向碎屑岩浅海陆棚沉积过渡（Chen et al.， 2004；苏文博等，2006； Huang et al.， 2018）.其中，持续的构造挤压使得湘鄂西周缘产生一定程度的隆升，而在湘西以东南区域形成了典型的前陆坳陷区（王怿等， 2013； Yao and Li， 2016； 张琳娜等， 2016； 陈旭等， 2018）.受构造沉降和全球海平面上升的影响，该时期研究区沉积水体相对较深，氧化还原条件以还原环境为主，较高的古生产力与良好的保存条件促进了有机质的富集（图11a）.由于持续下拗，研究区沉积水体较深，赫南特阶的冰期海平面下降并没有对研究区产生显著影响.

鲁丹阶沉积早期，受华夏地块的持续挤压影响，湘西前陆坳陷区持续下拗且向西北方向推进，湘鄂西隆起特征也有所加剧（图11b）.然而，受全球冰川海平面显著上升的影响（Haq and Schutter， 2008； Liu et al.， 2017； Cai et al.， 2022a），该时期研究区相对海平面明显升高，海水与外部大洋的连通性增强，上升洋流带来的营养元素进入坳陷区，促进了研究区古生产力的提高.较高的古生产力与强还原条件促进了厚层黑色富有机质页岩的形成.然而，与五峰组沉积期相比，该时期的有机质富集程度有所降低，这可能与有机质在缓慢沉积过程中被氧化有关，也可能是上部水体循环性增加以及陆源碎屑供给增加，稀释了海水和沉积物中的有机质富集程度.

鲁丹期‒埃隆期之交，则是该区有机质阶段性富集特征最为明显的时期.随着构造挤压的持续增强，整个扬子地区逐渐以抬升为主，周缘隆起为研究区提供了充足的物源（图11c）.与此同时，气候的持续变暖使得源区风化作用增强，前陆坳陷区陆源碎屑供给明显增加，部分层段可见薄层砂岩沉积，有机质含量显著降低（图7、图11c）.在埃隆阶沉积早期，全球海平面再次大规模上升（Haq and Schutter， 2008； Munnecke et al.， 2010），促进了该区黑色页岩的二次发育（Liu et al.， 2017； Cai et al.， 2022a）；从TD2井地化剖面中可以看到埃隆阶沉积早期陆源物质供给减少时，研究区再次沉积了一套薄层的黑色页岩（图7、图11d）.但是，不断的抬升及陆源物质供给的增加抵消了海平面上升的幅度及影响，从而导致沉积物中有机质富集程度与鲁丹阶相比明显偏低.这表明，前陆坳陷区陆源碎屑的供给对有机质富集保存具有至关重要的影响.

至埃隆阶沉积中、晚期，随着区域造山运动的不断增强和气候回暖，扬子地区区域构造地貌持续抬升，风化作用不断增强，导致湘西前陆坳陷区陆源物质供给不断增加，相对海平面逐渐下降，整体以弱氧化‒氧化环境为主，整个区域不再发育黑色页岩沉积（图11e）（Chen et al.， 2004， Huang et al.， 2018）.

由此可见，湘西前陆坳陷区的有机质富集具有阶段性，构造差异沉降与全球冰川海平面变化控制着研究区的相对海平面与沉积环境，而由构造隆升及其气候变化控制的风化作用则控制了陆源物质供给，它们最终共同控制了黑色岩系有机质的阶段性富集，但需要指出的是前陆盆地中前渊带页岩有机质富集受陆源碎屑输入影响更为明显（图5、图6、图11）.

7 结论

（1）湘西前陆坳陷区发育五峰‒龙马溪组黑色富有机质岩系沉积，TOC含量为0.15%~5.0%，平均为2.0%.其中，TOC含量大于2%的富有机质页岩约21 m，以硅质页岩与碳质页岩为主，可见大量陆源碎屑.富有机质页岩主要集中分布于凯迪阶至鲁丹阶下部，鲁丹阶上部‒埃隆阶下部黑色岩系TOC含量明显降低且呈间断发育特征.

（2）持续的构造沉降与全球海平面上升是控制凯迪期‒鲁丹早期富有机质页岩形成的关键.海平面的上升不仅为前陆深渊带生物活动来了大量营养元素，提高海洋古生产力，同时也促进了强还原条件的形成，为有机质大量富集保存创造了条件.

（3）与构造隆升、风化作用增强有关的陆源碎屑物质供给和全球海平面升降则是鲁丹期‒埃隆期之交黑色岩系间断发育的主要控制因素.埃隆早期全球海平面的快速上升，是龙马溪组黑色岩系二次发育的主要原因.然而，随着构造隆升活动加强，陆源物质供给增加，海平面不断下降，使得研究区整体以弱氧化环境为主，水体相对局限，古生产力明显降低，进而终结了研究区黑色岩系的持续发育.

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基金资助

中石油科技创新基金项目(2021DQ02-0101)

湖北省教育厅青年基金项目(Q20211304)

长江大学非常规油气省部共建协同创新中心开放基金项目(UOG2022-08)

构造与油气资源教育部重点实验室项目(TPR-2021-13)