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皖南地区孤峰组沉积环境及有机质富集主控因素

孤峰组;氧化还原条件;古生产力;上升流;古气候

早二叠统孤峰组黑色页岩和硅质岩是下扬子地区的优质烃源岩和潜在页岩气勘探目标层位。在烃源岩特征、储层性质和沉积环境方面前人已做了很多工作，但有机质富集主控因素和富集机制方面的研究却较为欠缺，特别是不同岩相有机质富集方面的讨论不足。本文系统研究了GD1井16个岩石样品的总有机碳(TOC)特征、显微镜下薄片观察照片和元素地球化学特征，以表征古环境条件和有机质富集机理。

氧化还原敏感微量元素U、V、Mo和Re模式及U_EF-Mo_EF协变图表现出早二叠统孤峰组黑色页岩发育于缺氧环境，硅质岩段环境更为还原，偏硫化环境。孤峰组地层初级生产力较高，向上沉积速率中等。硅质岩段古生产力和沉积速率高于黑色页岩段。C-value值、Rb/Sr和Mg/Ca综合指示了孤峰组硅质岩沉积时期的温暖潮湿环境和黑色页岩沉积时期的寒冷干旱环境。薄片显微照片、元素富集模式和元素浓度(Co x Mn vs. Cd/Mo)综合显示，硅质岩沉积时期发生了明显的上升流事件，促进了初级生产力的提高。黑色页岩段Al、Si、Ti等碎屑指标呈明显增加趋势，表明黑色页岩沉积期碎屑通量显著增加。

孤峰组黑色页岩和硅质岩是在不同的沉积背景下形成的。黑色页岩段有机质富集最重要的因素是沉积期的古生产力。相比之下，古生产力、水体氧化还原状态和沉积速率共同控制着硅质岩有机质的聚集。孤峰组硅质岩沉积时期，当时处于古特提斯洋信风带的皖南地区由海洋洋流上涌带来大量的营养物质，促使硅质和藻类生物的大量繁盛，而且使海水产生分层，造就了缺氧的水体环境，有机质能够很好的保存。此外，华南二叠纪低纬度热带—亚热带温暖潮湿气候造成的强烈化学风化也提供了一定的物质基础；冈瓦纳大陆冰盖的扩张和消融导致了二叠纪高频率、大振幅的冰川型海平面变化，同时海平面上升为有机质保存提供了缺氧的基础条件；孤峰组黑色页岩沉积时期，上升洋流作用减弱，但由于海平面下降导致的大量陆源碎屑涌入维持了孤峰组高水平的生产力，并且该时期的沉积速率适中稍慢于硅质岩沉积时期，使得陆源碎屑物质的大量涌入并未对有机质含量造成稀释作用，有机质含量得以很好保存。综合这几点，导致了孤峰组沉积时期的有机质含量呈旋回式不断上升。