目前,全球能源消耗量正在快速增长,常规油气已不能满足日益增长的需求。页岩气是非常规油气的重要组成部分,其资源储量与常规天然气资源量相当。中国已成为继美国和加拿大之后第三个成功对页岩气进行商业化开采的国家。虽然中国页岩气的勘探开发起步较晚,但是经过十余年的发展已进入到商业化开采的黄金时期。中国大陆经历了多期复杂构造演化形成了海相、陆相及海陆过渡相三种类型多层系富有机质页岩。海相富有机质页岩广泛分布于扬子板块(四川盆地及其周缘)、塔里木板块和华北板块,具有时代老、分布广、地层厚度大、TOC含量高、成熟度高等特征。中国南方发育下寒武统、上奥陶统-下志留统、下二叠统和上二叠统四套古生代优质海相烃源岩。寒武纪早期牛蹄塘组是中国南方优质的海相烃源岩之一,也是页岩气勘探的目标地层,广泛分布于四川、贵州、湖南、重庆市等地。前人对牛蹄塘组页岩的分布、古生物学、岩相古地理、多金属矿床、沉积环境、页岩气勘探等方面的研究取得了重要的进展。但是对牛蹄塘组的有机质类型、成烃生物组成以及硅在有机质富集过程中的作用知之甚少。因此,本文以贵州瓮安牛蹄塘组为主要研究对象,通过孢粉相、地球化学、氩离子抛光、扫描电镜手段对该套地层的有机质类型和分布特征、成烃生物组成、硅与有机质的关系、硅在有机质富集过程中的作用进行讨论。研究得出的主要结论如下:1.无定形有机质(AOM)是贵州瓮安牛蹄塘组的主要有机质类型,其相对含量高达90%以上。根据孢粉相分析和扫描电镜观察,可进一步将AOM划分为聚合体AOM、其他有机质颗粒、絮凝体颗粒、沥青以及与矿物混合AOM。与矿物混合AOM是原岩中最常见、最丰富的类型,包括有机质-粘土聚合体、有机质-石英聚合体和有机质-矿物聚合体。2.CONISS聚类和主成分分析(PCA)结果显示,贵州瓮安牛蹄塘组从下至上可以划分为Leiosphaeridia-Micrhystridium-真菌带、藻类普遍发育带和真菌带三个孢形有机质相带,Leiosphaeridia和Micrhystridium是有机质的主要贡献者。结合前人的研究推测认为牛蹄塘组的有机质来源于与Leiosphaeridia和Micrhystridium等有亲缘关系的绿藻和甲藻等微型海洋浮游藻类。3.孢粉相分析和地球化学分析表明,牛蹄塘组沉积依次经历了海侵、高水位和海退三个阶段。牛蹄塘组下部硅质泥岩沉积于受热液影响的缺氧海侵阶段;中部页岩沉积于藻类繁盛的缺氧、低能高水位阶段,有机质得以富集;上部页岩由于海平面的下降,陆源碎屑输入增加,水体氧含量也有所增加,有机质含量呈现出下降的趋势。4.在岩石薄片和扫描电镜下,可以观察到牛蹄塘组页岩中存在四种石英类型,即陆源碎屑石英、硅质生物、微小石英晶体和石英聚合体,其中石英聚合体常与有机质混合共生,也是最为丰富的类型。贵州瓮安牛蹄塘组上部(相带III)陆源碎屑石英输入相对较多,硅来源于陆源碎屑和自生石英,中部(相带II)和下部(相带I)(除硅质岩外)的微小石英晶体和石英聚合体来源于放射虫和海绵。5.通过收集已发表的20条牛蹄塘组剖面进行统计显示,过渡相带和深水盆地相带牛蹄塘组TOC要高于浅水台地相带。大部分剖面生物硅与TOC之间为线性正相关关系,但是在贵州瓮安剖面则表现为抛物线关系。当生物硅含量超过65%时,TOC随着生物硅含量的增加而减小,说明在有机质富集过程中,生物硅并非越高越好。通过集成推进树(ABT)分析发现,生物硅在贵州瓮安牛蹄塘组中的重要性要高于沉积环境和陆源碎屑输入。6.生物硅对有机质沉积的影响机制包括生物保护机制、生物负载机制和聚合机制。在生物保护机制中,耐溶解的海绵可能比放射虫更有利于保护自身有机质;在生物负载机制中,放射虫可以作为有机质聚合体的负载生物矿物或藻类宿主,通过增加密度和重力的作用,使有机质能够快速沉积于海底,促进有机质在海底的富集。在聚合机制中,生物硅胶体与有机质相互作用能够形成更大的胶体颗粒沉积。但是,大量生物硅的沉积不仅会起到稀释有机质含量的作用,还可能会破坏已形成的有机质聚合体,起到解聚作用。因此,当生物硅含量超过阈值范围时,将不利于有机质的富集。7.粘土矿物具有较大的表面积,能通过吸附作用将有机质保存于层间或孔隙中,最终沉积形成有机质-粘土聚合体;硅质生物溶解形成的硅胶与有机质互相吸附或聚合沉积可以形成有机质-石英聚合体;有机质-矿物聚合体的特征是有机质与石英、粘土矿物等颗粒散乱分布,这可能是藻类的胞外聚合物(TEP)或多糖将各种颗粒粘结在一起后沉积形成的。