湘西北地区是南方页岩气勘探的重点区块,下寒武统牛蹄塘组为一套连续发育的、分布广泛且厚度较大的黑色页岩。通过对湘西北地区牛蹄塘组黑色页岩进行野外踏勘和典型剖面实测,一共采集14个牛蹄塘组黑色页岩样品,对样品进行TOC、氯仿沥青“A”、Ro和GC-MS等6项测试。运用沉积学和地球化学方法,分析实验测试数据特征,讨论牛蹄塘组黑色页岩的有机质类型、有机质丰度和有机质成熟度以及干酪根母质来源和沉积环境。牛蹄塘组下段主要为黑色页岩含大量磷质结核及黄铁矿结核,发育递变层理等沉积构造,主要沉积环境为深海盆地相。牛蹄塘组上段主要岩性为夹薄层硅质层的炭质泥岩,同样含磷质结核和黄铁矿结核,沉积相为浅海陆棚到深海陆棚。对牛蹄塘组黑色页岩进行生烃潜力评价,有机质丰度高,总有机碳含量(TOC)数值高且变化范围非常大,分布在0.23%~18.70%之间,平均为4.12%;干酪根类型以Ⅰ型为主,等效镜质体反射率为1.81%~3.38%,平均为2.90%;有机质成熟度高,演化程度处在高成熟-过成熟阶段。重点对牛蹄塘组黑色页岩的生物标志化合物特征进行了详细分析,总结页岩沉积有机相特征。据样品GC-MS分析,正构烷烃分布曲线显示为双峰型,OEP<1.2,无奇碳优势,样品已成熟;Pr/Ph<1,为还原环境。生标化合物的特点表明,黑色页岩有机质主要来源于海洋水生藻类,有机质沉积于强还原环境和盐度较高的咸水环境,并且发生了生物降解作用。牛蹄塘组沉积环境的氧化还原条件变化明显,剖面底部为缺氧还原环境,但期间发生过短暂充氧事件,剖面中上部海平面逐渐下降,含氧量逐渐増大,水体深度逐渐变浅。剖面由下而上沉积环境为浅海陆棚到深海陆棚。