Natural Gas Geoscience >

2025 , Vol. 36 >Issue 6: 1130 - 1140

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2024.12.011

Geochemical characteristics and sedimentary environment analysis of mudstone in Ziliujing Formation of Lower Jurassic in Xianfeng area， western Hubei Province

  • Pengrui CAI , 1 ,
  • Hao LI 1 ,
  • Mingzhe DENG 1 ,
  • Mo DENG 1 ,
  • Fengxun LI 1 ,
  • Zhexiang LI 2
Expand
  • 1. Wuxi Research Institute of Petroleum Geology，SINOPEC，Wuxi 214126，China
  • 2. Huadong Geosteering & Logging Service Branch of SINOPEC Matrix Corporation，Yangzhou 225007，China

Received date: 2024-05-07

  Revised date: 2024-12-20

  Online published: 2025-01-07

Supported by

The SINOPEC's Scientific and Technological Research Project(P24146)

Fold

Abstract

In recent years， significant exploration breakthroughs have been made in the Yuanba area of northeastern Sichuan for shale oil and gas， yet no exploration progress has been achieved in the continental strata of the eastern margin of the Sichuan Basin. Through geochemical research on mudstone from the Lower Jurassic Ziliujing Formation in the Xianfeng area of western Hubei Province， the paleoenvironment and paleoclimate characteristics of the provenance area of the Early Jurassic basin in the study area were restored. Research indicates that the mudstone samples from the Ziliujing Formation in the study area exhibit a chemical alteration index （CIA） ranging from 75.84 to 81.29， a chemical composition variation index （ICV） between 0.68 and 0.87， a chemical weathering index （CIW） of 89.29 to 96.85， a plagioclase alteration index （PIA） of 89.15 to 96.06， and a chemical weathering index （CIX） of 78.97 to 82.93. Combined with a low Sr/Cu ratio， it is believed that the samples were deposited under a hot and humid climate； The high Al2O3/TiO2 ratios and low Cr/Zr ratios suggest that the provenance is mainly felsic upper crust； The oxidation-reduction index V/Cr value is 1.03-1.71， V/（V+Ni） value is 0.70-0.80， and Ni/Co value is 2.35-5.82. The lower V/Cr value， Ni/Co value and higher V/（V+Ni） value indicate that the study area was in an oxidation-weak reduction transition environment in the early Jurassic. The sample has low Sr abundance and Sr/Ba value， indicating that the water salinity is low at the time of deposition， which is a freshwater environment. Combined with the field work and other test results， it is considered that the Ziliujing Formation exhibits promising hydrocarbon potential， and the resource potential evaluation can be carried out in this section.

Key words： Ziliujing Formation; Geochemistry; Paleoenvironment; Sichuan Basin; Fine-grained clastic rock

Cite this article

Pengrui CAI , Hao LI , Mingzhe DENG , Mo DENG , Fengxun LI , Zhexiang LI . Geochemical characteristics and sedimentary environment analysis of mudstone in Ziliujing Formation of Lower Jurassic in Xianfeng area， western Hubei Province[J]. Natural Gas Geoscience, 2025 , 36(6) : 1130 -1140 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2024.12.011

0 引言

近年来随着勘探工作的不断进展，在四川盆地内川北的元坝、通南巴、九龙山地区［1-3］及川东的涪陵地区［4-5］发现了大量上三叠统须家河组、下侏罗统自流井组和下侏罗统千佛崖组陆相页岩油气资源的存在。在川中地区大安寨段的龙安1井页岩层段改造后估算日产油1.76 t，仁安1井页岩排液估算日产油1.96 t［6］；而在川东北元坝地区，平安1井获产油量112.8 m3/d、产气量11.45×104 m3/d，泰页1井获产油量9.8 m3/d、产气量7.5×104 m3/d，元坝9井获产油量16.6 m3/d、产气量1.2×104 m3/d，元页3井获产油量15.6 m3/d、产气量1.18×104 m3/d［7］。前人对于川东地区的自流井组泥页岩沉积环境、物源特征等已进行了较为全面研究。邹连松等［8］认为川东地区自流井组东岳庙段经历了湖侵—湖退过程，沉积环境为温暖潮湿气候背景下的淡水弱还原环境，有利于有机质的富集；何江林等［9］认为川东地区由下向上东岳庙段水体先逐步加深，从浅湖相渐变为半深湖相，深灰色—灰黑色泥页岩逐渐发育，在上部再由半深湖相深灰色—灰黑色泥页岩逐渐演变为浅湖相浅灰色泥质粉砂岩，发育一完整的水进—水退沉积旋回；郭来源等［10］认为东岳庙段下部干旱炎热古气候、贫氧—偏咸化水体和高古生产力更有利于有机质富集。
鄂西地区位于四川盆地的东缘，其构造及沉积环境较盆内地区更为复杂，勘探程度更低。为助力鄂西地区取得陆相层系勘探突破，本文研究以鄂西地区下侏罗统自流井组泥岩为研究目标，在野外剖面观测的基础上，系统性地对3个剖面进行采样和元素地球化学的测试分析，结合研究区的区域地质背景，明确研究区内下侏罗统自流井组的构造背景及沉积背景，讨论古气候及氧化还原状态，恢复地层沉积时的古环境特征，为鄂西地区下侏罗统是否具有生烃潜力提供依据。

1 地质概况

研究区位于湖北省恩施土家族苗族自治州咸丰县西北部，在构造区划上位于中扬子地台西北部，西缘与四川盆地相毗邻，北部与秦岭—大别造山带接壤，南部紧靠江南—雪峰造山带［图1（a）］，处于宜都—鹤峰复背斜内［图1（b）］。研究区叠加了加里东期、海西期、印支期、燕山期及喜马拉雅期等多期区域性构造运动，区内主要发育北西（大青山断裂、咸丰断裂等）、北东（仙女山断裂等）2组断裂。
图1 研究区构造位置（a，b）及地层柱状图（c）

Fig.1 Structural location map （a，b） and columnar section（c） of stratum of the study area

从震旦纪到早古生代，研究区从克拉通盆地沉积转变为前陆盆地沉积。晚古生代—早中生代时期，海侵—海退交替发生，克拉通盆地沉积发育，该时期研究区内发育水体较浅、坡度平缓的陆表海沉积。中—晚三叠世时期的印支运动结束了扬子地台的海相沉积发育史，受控于秦岭造山带晚三叠世的强烈造山隆升、华北板块的强烈南向挤压、华夏地块的北西向挤压以及印支板块的强烈北向挤压作用的耦合［11-12］，研究区发育晚三叠世陆相磨拉石沉积。早侏罗世—中侏罗世早期形成大型克拉通内坳陷盆地，以河流相的紫红色泥岩、灰色泥页岩夹薄层煤层为特征，在此以后，北部的华北板块的南向俯冲及古太平洋板块的北西向俯冲对中国南方地区进行强烈的挤压、走滑等构造改造，压陷盆地发育［13］。
研究区内地层出露较为完整，从寒武系到白垩系地层皆有出露（图2），自流井组在不同的区域岩石组合不同，其中在大石沟村主要发育黑色炭质页岩夹浅灰色介壳灰岩，其中炭质页岩页理发育，见水平层理缝，且富含硅质，性脆，介壳灰岩表面见大量介壳类化石，局部层段发育硅质结核［图3（a）］；在枇杷树下部主要为黑色炭质页岩夹灰岩，中上部主要为灰岩夹黑色炭质页岩，自下而上灰岩地层变厚，反映湖水自深变浅的一个过程［图3（b）］。
图2 研究区区域地质简图

Fig.2 Regional geological map of the study area

图3 咸丰地区自流井组野外照片

Fig.3 Field photos for the Ziliujing Formation in Xianfeng area

2 样品采集及实验方法

本文研究主要以鄂西恩施咸丰地区的大石沟村周缘4条剖面的黑色页岩为研究对象，对自流井组的野外样品进行了系统的研究，具体的取样位置及层位见图1（c）及图2，本文研究共采集样品19件，其中大石沟8件，大石沟西5件，枇杷树6件。样品的采集避开了表面的风化层，尽量取自下部新鲜岩样，采集的样品皆为灰黑色—黑色泥页岩。样品分析由中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所完成，对所选取的样品分别开展主量及微量元素的测试分析。主量元素利用Vista MPX型电感耦合等离子体原子发射光谱仪和iCAP6300型电感耦合等离子体原子发射光谱仪对样品进行测试分析，测试方法依据中国石油天然气行业标准SY/T 6404—2018进行；微量元素利用X Series II 型电感耦合等离子体质谱仪和电感耦合等立体质谱仪ICP-MS（美国Thermo Fisher公司），测试方法依据中国石油天然气行业标准SY/T 6404—2018及国家标准GB/T 14506.30—2010进行。

3 实验结果

本文研究的19件细碎屑岩样品的主量元素分析结果见表1。从表中可以看出，咸丰地区的碎屑岩具有较高的Al2O3值（17.36%~21.17%，平均值为18.25%）；CaO含量除个别样品外整体较低（0.12%~5.40%，平均值为1.48%）；TFe2O3含量较高为5.06%~7.75%，平均值为6.54%；K2O含量为2.92%~4.15%，平均值为3.54%；MgO含量为1.48%~2.23%，平均值为1.82%；MnO的含量整体较低，为0.026%~0.098%，平均值为0.04%；Na2O的含量为0.24%~0.87%，平均值为0.41%；TiO2含量为0.72%~1.11%，平均值为0.96%。
表1 咸丰地区自流井组泥岩主量元素 (%)

Table 1 Major elements in mudstone of Ziliujing Formation in Xianfeng area

样品编号 Al2O3 CaO TFe2O3 K2O MgO MnO Na2O TiO2
DSG-1 20.94 0.93 7.11 3.96 1.73 0.038 0.24 1.03
DSG-6 17.36 5.21 5.95 2.92 1.48 0.040 0.35 0.89
DSG-9 20.29 2.75 6.89 3.72 1.82 0.042 0.27 1.00
DSG-13 20.84 0.71 6.50 3.49 1.57 0.026 0.31 1.00
DSG-15 20.11 1.10 6.34 3.47 1.57 0.035 0.37 0.99
DSG-17 20.40 0.70 6.82 3.54 1.72 0.056 0.37 1.11
DSG-21 21.17 0.37 6.72 3.78 1.84 0.027 0.29 1.02
DSG-23 20.76 0.46 7.04 3.94 1.92 0.028 0.25 0.98
DSGX-2 20.69 2.54 5.60 4.15 1.82 0.026 0.24 0.82
DSGX-4 18.30 0.38 6.80 3.08 1.71 0.036 0.49 0.99
DSGX-8 20.06 0.52 7.14 3.17 1.83 0.066 0.65 0.98
DSGX-11 18.58 0.44 6.59 3.12 2.03 0.030 0.87 0.94
DSGX-12 20.06 0.58 6.62 3.89 2.23 0.098 0.69 0.78
PPS-2 19.84 1.44 5.95 3.48 1.84 0.034 0.46 0.99
PPS-3 18.84 3.79 7.75 3.43 1.96 0.045 0.41 0.88
PPS-7 19.85 1.06 5.61 3.50 1.87 0.030 0.47 0.96
PPS-13 21.05 0.12 6.65 3.99 1.93 0.031 0.28 0.97
PPS-15 17.92 5.40 5.06 3.20 1.76 0.033 0.36 0.84
PPS-17 20.86 0.84 5.98 3.81 1.83 0.029 0.32 0.96
微量元素分析结果见表2，其中Ba含量为（466.63~798.59）×10-6，平均值为659.46×10-6；Co的含量为（11.00~26.24）×10-6，平均值为16.50×10-6；Cr的含量为（90.69~139.57）×10-6，平均值为124.97×10-6；Cu的含量为（33.47~79.80）×10-6，平均值为56.74×10-6；Li的含量为（59.68~107.61）×10-6，平均值为82.55×10-6；Ni的含量为（47.15~66.67）×10-6，平均值为56.67×10-6；Sr的含量为（70.54~158.82）×10-6，平均值为106.29×10-6；V的含量为（130.12~226.37）×10-6，平均值为175.74×10-6；Zn的含量为（115.12~171.33）×10-6，平均值为140.35×10-6；Zr的含量为（166.79~312.35）×10-6，平均值为244.51×10-6。与北美页岩NASC相比，相对富集Ba、Cr、Zr等元素，而相对亏损Co、Ni、Sr等元素。与大石沟及枇杷树地区样品所不同的是，大石沟西的样品具有更明显的相对亏损大离子亲石元素（Ba、Sr等）的特征，这可能与更强的风化相关。
表2 咸丰地区自流井组泥岩微量元素 (10-6)

Table 2 Trace elements in mudstone of Ziliujing Formation in Xianfeng area

样号编号 Ba Sr Co Cr Cu Li Ni V Zn Zr
DSG-1 768.28 101.80 18.03 136.99 66.92 91.60 64.79 217.80 162.16 260.69
DSG-6 614.90 144.89 21.34 133.69 53.88 68.72 57.86 137.42 171.33 277.72
DSG-9 758.26 104.40 13.33 139.37 79.80 89.43 47.98 188.41 131.52 265.00
DSG-13 710.51 101.35 18.11 139.57 71.49 107.61 64.82 206.57 154.12 264.21
DSG-15 684.89 103.89 18.78 129.75 62.34 97.30 61.20 202.85 152.90 269.28
DSG-17 697.10 93.43 17.20 138.04 67.13 77.63 54.59 189.76 149.15 288.67
DSG-21 714.58 86.90 13.57 136.80 56.01 98.55 66.67 204.51 142.47 259.68
DSG-23 742.41 88.22 13.04 131.61 59.95 79.40 60.77 203.46 154.01 216.58
DSGX-2 751.64 102.48 12.56 128.86 51.24 83.13 54.39 195.15 146.61 166.79
DSGX-4 581.78 88.57 26.24 132.30 42.54 95.83 61.73 154.73 115.78 312.35
DSGX-8 596.57 98.52 16.38 104.73 47.24 83.77 56.56 146.40 132.26 285.14
DSGX-11 552.96 112.22 11.02 90.69 44.96 61.66 47.15 130.12 121.16 275.62
DSGX-12 466.63 112.39 18.25 102.55 47.42 62.79 50.48 141.23 115.12 188.63
PPS-2 605.91 119.70 17.75 125.41 68.38 76.26 54.88 153.56 138.39 219.79
PPS-3 625.80 151.34 16.77 117.39 61.36 87.27 51.56 147.15 127.21 193.33
PPS-7 640.05 94.37 16.93 122.96 53.90 77.40 51.94 192.99 139.12 237.77
PPS-13 798.59 86.84 11.00 132.60 53.77 103.33 63.99 226.37 149.45 256.75
PPS-15 619.96 158.82 13.85 111.38 47.63 65.20 52.00 150.95 120.26 176.08
PPS-17 693.20 105.22 15.26 123.59 65.42 84.38 58.95 184.43 144.86 186.87

4 讨论

4.1　物源区风化作用及古气候

化学风化作用是影响全球气候变化、地表物质循环和海水化学组成的重要因素，在潮湿环境中主导了碎屑岩的风化过程［14-15］，因此近年来一些代表性的指数如化学蚀变指数（CIA）、化学组分变化指数（ICV）、化学风化作用指数（CIW）以及斜长石蚀变指数（PIA）等来判断物源区的风化程度及古气候环境［16-18］。
化学蚀变指数（CIA）反映了碎屑岩中Al2O3与Na、K等不稳定氧化物的比例，体现了碎屑岩中长石转化为黏土矿物的程度［19］，其数值一般在50~100之间，数值越大表示母岩遭受的化学风化程度越高，其计算公式为：
CIA=100×Al2O3/（Al2O3+CaO*+Na2O+K2O）
式中：氧化物均为摩尔含量，其中CaO*即硅酸盐中CaO值，其计算方法采用MCLENNAN等［14］提出的方法，若n（CaO）<n（Na2O），则采用n（CaO）作为样品CaO*，相反则采用n（Na2O）作为CaO*。
自流井组泥岩样品的CIA值见表3，其中大石沟地区CIA值为80.15~81.29，大石沟西地区CIA值为75.84~79.69，枇杷树地区CIA值为78.82~80.78，整体上较高的CIA值显示物源区经历了中等—强烈的风化作用。BORGES等［20］在对青藏高原东部及俄罗斯远东地区的沉积物进行研究时发现沉积物的再旋回会对化学风化指标运用的准确性产生较大影响，而成分变异指数（ICV）则可用来判断沉积再循环作用对细粒碎屑岩成分的改变程度［16］。其计算公式为：
表3 咸丰地区自流井组泥岩化学风化指标值

Table 3 Chemical weathering index value in mudstone of Ziliujing Formation in Xianfeng area

样品编号 CIA CIAcorr ICV CIW PIA CIX
DSG-1 80.43 80.43 0.73 96.30 95.39 81.70
DSG-6 80.11 80.11 0.75 93.81 92.53 82.28
DSG-9 80.47 80.47 0.75 95.76 94.76 81.93
DSG-13 81.29 81.29 0.68 95.35 94.37 82.93
DSG-15 80.18 80.18 0.71 94.33 93.11 82.16
DSG-17 80.15 80.15 0.74 94.38 93.17 82.11
DSG-21 80.70 80.70 0.72 95.64 94.65 82.22
DSG-23 80.34 80.34 0.76 96.20 95.27 81.63
DSGX-2 79.69 79.69 0.70 96.36 95.40 80.91
DSGX-4 79.13 79.13 0.81 92.48 90.95 81.57
DSGX-8 78.61 78.61 0.79 90.84 89.15 81.66
DSGX-11 76.81 76.81 0.87 89.29 87.22 79.42
DSGX-12 75.84 75.84 0.86 90.21 87.92 78.97
PPS-2 78.98 78.98 0.76 92.94 91.42 81.42
PPS-3 78.84 78.84 0.85 93.34 91.83 81.12
PPS-7 78.82 78.82 0.75 92.80 91.24 81.31
PPS-13 80.78 80.78 0.73 96.85 96.06 81.48
PPS-15 79.40 79.40 0.75 93.80 92.43 81.54
PPS-17 80.08 80.08 0.71 95.16 94.03 81.75
ICV=（Fe2O3 +K2O+Na2O+CaO*+MgO+TiO2）/Al2O3
式中：CaO*值与CIA公式中计算方法一致。从表3中可以看出，研究区自流井组泥岩样品的ICV值均小于1，分布在0.68~0.87之间，这说明早侏罗世研究区沉积物经历了沉积再循环或是在强烈化学风化作用下的首次沉积［21］。与经历了再旋回的沉积物有所区别的是，研究区泥岩的CIA值和ICV值之间具有很强的负相关性，其相关系数r=0.84［图4（a）］，与再旋回沉积物的r<0.3有着极大区别［18，22］，其原因可能是CIA值在一定程度上反映了气候变化，如果ICV值是受再旋回影响的话则必将与气候关系较小而受母岩再旋回物质性质影响较大，这会导致2个数值之间的相关性极低，故认为本文研究的泥岩的ICV值低于1是因为沉积物首次沉积于强烈的风化作用下而非经历了沉积再循环，其CIA值可以代表物源区的风化情况。
图4 咸丰地区自流井组泥岩风化指标相关关系

Fig.4 Correlation diagram of weathering index of mudstone of Ziliujing Formation in Xianfeng area

碎屑岩中的钾含量因黏土物质易受成岩作用钾交代的影响十分容易发生变化，造成CIA值不能代表原始信息，故经常需要结合CIA值和A—CN—K三角图解来研究物源区的风化程度［15］。从图5中可以看出，样品投点的连线与正常风化趋势线（平行于A—CN轴）近似平行，且按照PANAHI等［23］提出的公式对样品的钾含量进行校正后的矫正值与原值近乎一致（表3），这说明在成岩过程中钾交代作用并不明显。
图5 咸丰地区自流井组泥岩A—CN—K图解（据FEDO等［15］，1995）

Fig.5 A-CN-K diagram of mudstone of Ziliujing Formation in Xianfeng area（after FEDO et al.［15］，1995）

大量研究表明，利用CIA值来分析碎屑岩物源区风化程度存在一定的局限性［24-25］，为了消除各种因素的影响，本文研究计算了CIW（消除钾交代作用的影响）［26］、PIA（单独指示斜长石的风化情况）［20］以及CIX（克服自生方解石和碎屑对结果的影响）［27］值，通过对比它们和CIA值之间的相关性来确定CIA的有效性，从图4（b）—图4（d）中可以看出，CIA和CIW、PIA及CIX之间具有很强的相关性，其相关系数r分别为0.88、0.90及0.90，这说明研究区下侏罗统自流井组泥岩样品的CIA值可以反映物源区的古气候及风化情况。
NESBITT等［19］通过对休伦湖北岸的约200件样品进行研究，发现CIA值与古气候条件密切相关，CIA=50~65表明化学风化程度较低，指示寒冷、干燥的气候环境；CIA=65~85表明化学风化程度中等，气候较为温暖湿润， CIA=85~100表明化学风化强烈，气候环境为炎热、潮湿的热带亚热带。本文研究自流井组泥岩样品的CIA值介于75.84~81.29之间，整体上位于65~85之间。碎屑岩微量元素的分配及比值的变化在很大程度上受到古气候的控制，在干旱环境中生物地球化学作用减弱，沉积作用减弱，反映盐度的易溶元素逐渐聚集，Mn、Ca、Mg和Sr等元素含量较高，而潮湿气候下湖水淡化，Fe、Al、Zn、Ni、Ba等元素含量较高［28］。前人选取最为典型的喜干元素Sr和喜湿元素Cu取比值来指示当时的古气候，其中Sr/Cu值介于1.3~5之间，则指示该地层沉积时处于潮湿气候，大于5则指示沉积时处于干热气候。本文研究咸丰地区自流井组泥岩的Sr/Cu值在1.31~3.33之间，整体上小于5，结合样品的CIA值，这指示研究区早侏罗世时期整体上为温热潮湿气候。

4.2　物源区性质

在板块构造运动的过程中，形成于不同的大地构造环境中的沉积岩具有不同的地球化学特征［29］。GIRTY等［30］通过总结前人的研究成果，同时对17件样品进行研究，发现Al2O3和TiO2是对于陆源输入的一种极佳的判定标志，在此文研究中Al2O3/ TiO2值为18.31~25.67，平均值为20.83，远高于镁铁质火成岩的14。在TiO2—Zr图解中［图6（a）］可以看到所有样品都具有较高的Zr和较低的TiO2含量，整体上落入中酸性火成岩物源区［31］。FLOYD等［32］通过建立Ni—TiO2图解对沉积地层的物质来源进行判断，从图6（b）中可以看到样品都落入中酸性岩浆岩物源区。WRONKIEWICZ等 ［33］发现Cr主要存在于铬铁矿中而Zr主要存在于锆石中，故Cr/Zr值可以反映镁铁质与长英质火成岩对沉积物的相对贡献，本文研究样品Cr/Zr值介于0.33~0.77之间，明显小于边界值1［34］，反映其物源主要来自于长英质火成岩的供给。综合上述结果，认为研究区自流井组沉积地层物源主要来自于长英质火成岩。
图6 咸丰地区自流井组泥岩物源区特征判定图解

Fig.6 Provenance characteristic discrimination diagrams of the mudstone of Ziliujing Formation in Xianfeng area

4.3　古氧相

通常Ni、Co、Cr、V等元素被认为是对氧化还原过程比较敏感的元素［35］，它们在不同的含氧量的水体中往往表现为不同的化学价态和赋存形式，在富氧水体中常呈高价态溶解于海水，在缺氧环境中则被还原为低价态，并易被有机质或铁锰络合物吸附从而在沉积物中富集［36］，例如在还原和碱性条件下Ni易于富集，而V则更易于在缺氧环境下以有机配合物形式沉淀。因此V/Cr、V/（V+Ni）和Ni/Co被广泛地运用于分析地层沉积时的氧化还原条件［37］。JONES等［38］通过对挪威北海Viking组及英国陆上Kimmeridge组的193件样品进行研究，发现V/Cr值大于4.25表示当时处于缺氧环境，在2~4.25之间表示当时处于弱氧化环境，小于2表示当时处于氧化环境；V/（V+Ni）值大于0.84表示当时为还原环境，在0.6~0.84之间为过渡环境，0.6以下为氧化环境；Ni/Co值大于7表示当时为缺氧环境，在5~7之间为贫氧环境，5以下为氧化环境。本文研究咸丰地区泥岩样品的V/Cr值在1.03~1.71之间，平均值为1.40；V/（V+Ni）值在0.70~0.80之间，平均值为0.75；Ni/Co值在2.35~5.82之间，平均值为3.59。本文研究下侏罗统自流井组样品的V/Cr值整体上小于2，V/（V+Ni）值全部分布在0.6~0.84之间，而Ni/Co值多数小于4，故在早侏罗世咸丰地区整体上处于氧化—弱还原过渡环境。

4.4　古盐度

Sr和Ba作为性质较为相似的2种碱土金属元素，它们在盐度不同的沉积环境中迁移能力的差距使得两者会发生分离［39］。因为BaSO4相较于SrSO4具有更低的溶解度，故海水与淡水相混合时，Ba多数在近岸地区沉积下来，而Sr则继续迁移至深海地区并沉积下来。因此，Sr/Ba值随着远离海岸而不断增大，其中咸水环境中Sr/Ba值大于1，半咸水环境中该比值介于0.5~1之间，而在淡水环境中比值小于0.5。本文研究中自流井组样品Sr值在（70.54~158.82）×10-6之间，而Ba值在（466.63~798.59）×10-6之间，其值介于0.11~0.26之间，反映研究区自流井组沉积时期主要为陆相淡水环境。

5 烃源岩发育模式

扬子地块和华北地块在中三叠世—晚三叠世沿中央造山带发生碰撞造山，龙门山迅速隆升并持续向东推覆［40］，这使得四川盆地在晚三叠世—早侏罗世向西发生大规模海退［41］，区域上由海相沉积阶段整体进入陆相沉积阶段。早侏罗世晚期，随着盆地裂陷作用不断加剧，盆地基底不断下沉，湖盆范围不断扩张，四川盆地内沉积一套克拉通内坳陷盆地沉积［42］；在鄂西地区整体沉积一套代表低能环境的浅湖—半深湖相黑色页岩、灰色灰岩及灰色介壳灰岩，主要发育于建南向斜及秭归盆地内，在咸丰地区仅在大石沟至双河镇一带分布，出露面积不到20 km2，组成大集向斜轴部。该段下部为灰黑色页岩夹介壳灰岩，中部为紫红色薄层粉砂岩、页岩，上部为黑色页岩，为一套内陆河湖相沉积，厚度大于211 m，黑色页岩层段厚度大于50 m，具有充足的物质基础。泥岩中有机质的富集通常受到古环境、古盐度、古氧相等多种因素的共同制约，但不同环境泥岩的主控因素各不相同。
为深入探究沉积环境对有机质富集的具体影响，对一系列指标与TOC含量进行了相关性分析。分析结果显示（图7），代表古氧相的指标［V/（V+Ni）和Ni/Co］与TOC含量呈现出较高的相关性，而代表古气候的Sr/Cu以及代表古盐度的Sr/Ba都与TOC含量之间不具有较为明显的相关性，这表明研究区的有机质富集主要受到氧化还原环境所控制，而古环境及古盐度对于有机质富集的控制作用相对有限。
图7 咸丰地区自流井组泥岩古环境指标与 TOC 含量的相关性

Fig. 7 Correlation diagram between paleoenvironmental indicators and TOC content of Ziliujing Formation mudstone in Xianfeng area

露头65个泥页岩样品实测TOC含量为0.25%~1.12%，平均值为0.63%；氯仿沥青“A”含量为（458~2 577）×10-6，平均值为1 216×10-6；R O值为0.57%~1.39%，平均值为0.94%；游离烃含量S 1因为样品为露头采集故值极低，仅为0.01~0.07 mg/g，平均值为0.02 mg/g；裂解烃含量S 2值为0.35~9.16 mg/g，平均值为3.08 mg/g。据前人研究，野外经受过风化作用的样品中的总有机碳和氯仿沥青“A”含量可能丢失总量的36%~80%［43］，生烃潜量（S 1+S 2）甚至可能相差数百倍，风化作用对地层造成的影响最深可达50 m［44］，故前人［45］研究对于油气资源评价的参数下限值（如TOC>0.5%，S 1+S 2 >2.0 mg/g等）并不适用于评价野外样品的测试结果，本文采集的野外样品的有机地球化学数据仅供一定程度上的参考。研究区内未有钻井揭示自流井组的地球化学特征，故本文研究数据与川东北地区7口井共108个页岩的有机地球化学数据进行对比［46］，发现鄂西地区的样品即使受风化作用影响样品的S 2和TOC值理论上都远小于钻井取得的样品，其平均生烃潜量也高于很多已有工业油气流发现的层段（如涪陵地区东岳庙段、大安寨段等），从图8中也能看出研究区绝大部分样品都落入一般—好的烃源岩的区域，这说明研究区自流井组未经过风化的地层将具有更高的烃源岩潜力，具备形成油气的物质基础。
图8 咸丰地区自流井组泥岩烃源岩质量判定图解

Fig.8 Diagram for quality determination of mudstone Source rock of Ziliujing Formation in Xianfeng area

而良好的保存条件也是该地区页岩油气富集成藏的关键因素之一，复兴地区主要位于宽缓向斜区，呈现“两隆三凹”构造特征，发育拔山寺南向斜（宽度为8~12 km）、拔山寺北向斜（宽度为12~20 km）、梁平向斜（宽度为13 km），向斜均较为宽缓，变形较弱，断层欠发育。尽管从有机地球化学数据上来看咸丰地区因为地表风化作用影响明显差于复兴地区，但两者具有相近似的构造背景：研究区内发育隆凹相间的构造格局，发育花果坪复向斜、桑植—石门复向斜等大型宽缓向斜带，发育多套的物性较差的介壳灰岩的高应力隔层也使页岩油气易顺着页岩中的页理缝发生侧向运移，使得页岩油气顺层向低流体势部运移，在油气低势区形成页岩油气的相对富集区，结合区域上的古环境及古气候特征，认为鄂西地区自流井组具有进一步勘探的潜力。

6 结论

（1）鄂西咸丰地区下侏罗统自流井组主要为第一次沉积的沉积物，其CIA值为75.84~81.29，结合其较低的Sr/Cu值，认为该地层沉积时期古气候以温热潮湿为主。
（2）咸丰地区下侏罗统自流井组泥岩样品具有较高的Al2O3/ TiO2、Zr/TiO2值及较低的Cr/Zr值，这些特征表明其物源区主要为长英质上地壳；V/Cr、V/（V+Ni）和Ni/Co值反映沉积于氧化—弱还原过渡环境；较低的Sr/Ba值反映了盐度较低的陆相淡水环境。
（3）研究区自流井组泥岩具有一般—较高的TOC、较高的成熟度R O以及较高的裂解烃含量S 2的特征，区域内呈现隆凹相间的构造格局，结合前人对于邻区复兴地区的研究成果，认为研究区具有一定的物质基础及良好的保存条件，有进一步勘探的潜力。

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