扬子板块在早寒武世广泛发育一套富有机质沉积。在中-上扬子板块的黔东北-湘西地区,该富有机质沉积从下向上主要由牛蹄塘组、九门冲组和变马冲组下部组成,其中牛蹄塘组和变马冲组为黑色页岩,九门冲组为页岩和灰岩互层。横向上的地层对比表明这套沉积可对应晚Nemakit-Daldynian阶至Botomian阶。本文选取的剖面可分为上斜坡、下斜坡和盆地相三种沉积相类型。通过层序地层学的研究,识别出了三个沉积层序,层序界面没有不整合,而是快速的岩性变化。这些层序包括退积体(海进体系域),进积体(高位体系域)和加积体(陆架边缘体系域),其中海侵体系域和高位体系域发育细粒沉积,主要由页岩组成,陆架边缘体系域在高粗屑陆源输入和快速海洋循环的背景下沉积。 在早寒武世早期,上斜坡相(道坨)牛蹄塘组底部的黑色页岩有机质异常富集(TOC最高可达25%),与此同时,P、Fe、Ba等元素含量增加,表明营养元素的富集促进了生产力的提高。然而在盆地相(坝黄),有机质和Ba的含量较低,而且与P、Fe等营养元素解耦,表明盆地相的初级生产力相对较低。导致这种空间差异的原因是上升洋流将深层的营养元素带入浅水,促进了初级生产力,但深层水体由于海山的阻挡而循环不畅,营养元素没有得到及时补充而亏损。 根据V/(V+Ni)、V/Cr等指标,重建了当时古海洋氧化还原条件空间变化。在早寒武世早期,浅水上斜坡地区为缺氧硫化的环境,向盆地方向过渡为缺氧富铁环境。这种氧化还原的空间变化样式同样归因于上升洋流:上升洋流促进浅水区初级生产力及大量有机质的输出,同时由于该区域硫酸盐浓度相对较高,使得细菌硫酸盐还原(BSR)作用明显增强,在水柱中产生游离的硫化氢,形成硫化缺氧水体;而在受限的深水盆地中由于硫酸盐浓度低,BSR作用较弱,水柱中没有游离的硫化氢,形成非硫化(铁化)的缺氧环境。 扬子板块在早寒武世位于北半球中低纬度地区,气候炎热干燥,构造方位为现今顺时针旋转90°,常年的东北信风易将表层水体吹离岸边,形成离岸流及上升补偿流,将大量盆地水体宏-微营养元素带到浅水,产生了有机质生产和氧化还原条件的时空不均一性。 早寒武世富有机质黑色页岩是潜在的页岩气勘探目标层,但是目前对这套黑色页岩并没有十分详细的特征描述。牛蹄塘组、九门冲组和变马冲组的有机质镜质体反射率均大于2%,热演化程度较高。通过扫描电镜(SEM)的观察,发现页岩的孔隙度在0.21%-12.40%之间,并且与TOC含量正相关,同时,扫描电镜图像也证明了有机质含量对孔隙度发育的重要性。有机质孔隙十分发育,和TOC含量有非常好的正相关性。粒间孔隙和粒内孔隙也是孔隙的重要组成部分,这两种与有机质无关的孔隙在野外露头十分发育,可能是油气逃离的通道。所以地下富有机质页岩的油气储集性与有机质孔隙关系密切。