Main Controlling Factors and Modes of Organic Matter Enrichment in Salt Lake Shale
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摘要: 为深入研究盐湖背景下的江汉盆地潜江凹陷潜江组34段第10韵律及4下段部分韵律层的页岩有机质富集机理，采用X荧光光谱（XRF）、碳硫仪、GC、GC-MS等手段，研究该地区页岩的元素变化与TOC富集之间的关系，以此探讨有机质富集的主控因素，从而建立有机质富集模式.结果表明，潜江组页岩有机质在水进体系域（TST）中相对较为富集，在高位体系域（HST）及低位体系域（LST）中较为贫乏；潜江组页岩有机碳与古生产力指数（P/Ti）、古气候指数（Mg/Ca）、古水深指数（Rb/K）大致呈正相关，随古盐度指数（Sr/Ba）值的增加先增大后减小，与陆源物质输入量参数（SiO2、Al3O2）呈负相关.页岩层段中古生产力指数（P/Ti）大于1、古盐度指数（Sr/Ba）介于2~4、古气候指数（Mg/Ca）小于0.4，古水深指数（Rb/K）大于0.007且陆源物质输入较少，有机质富集.研究揭示，潜江凹陷潜江组页岩有机质来源主要为水生生物，水进体系域中，在较为潮湿的古气候条件下，水生生物繁盛，陆源碎屑输入量低，对有机质的稀释作用减弱；同时，较多的降水使湖水深度快速增加，表层水体盐度降低，湖底盐度较大，形成盐度分层，增强深部古水体的还原性，有利于有机质的富集.Abstract: In order to further study the enrichment mechanism of the 10 rhythm of the third (Eq3) members(Eq3410 for short) and partial rhythm of the forth (Eq4low)members shale organic matter in the Qianjiang Formation of the Qianjiang sag, Jianghan basin under the background of salt lake, X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), carbon sulfur analyzer, GC, GC-MS and other methods were used to understand the relationship between elemental changes and TOC enrichment of shale in this area, so as to analyze the main controlling factors of organic matter enrichment and establish organic matter enrichment mode. The results show that organic matter is more concentrated in the transgressive systems tract (TST), and is poor in the highstand systems tract (HST) and the lowstand systems tract(LST). Organic carbon is positively correlated with paleoproductivity index (P/Ti), paleoclimate index (Mg/Ca) and paleo-water depth index (Rb/K), and the organic matter increases first and then decreases with the increase of the ancient salinity index (Sr/Ba). Land-based material input and the quantitative parameters (SiO2, Al3O2) are negatively correlated with organic carbon. And when P/Ti >1, 2 < Sr/Ba < 4, Mg/Ca < 0.4, Rb/K >0.007 and the input of terrigenous matter is less, the organic matter is more concentrated. The study reveals that the source of organic matter in the shale of the Qianjiang Formation in the Qianjiang sag is mainly aquatic organisms. Under the relatively humid paleoclimate conditions, the aquatic organisms prosper, and the input of terrigenous debris is low, which weakens the dilution of organic matter. At the same time, more precipitation makes the lake water depth increase rapidly, the surface water body salinity decreases, and the lake bottom salinity is larger, which results in salinity stratification and enhances the reduction of deep lake water and is conducive to the enrichment of organic matter.
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随着页岩油气的成功开采与商业开发，国内外对页岩储层的研究日渐深入.页岩油作为典型的源储一体油气系统，其有机质富集特征对页岩储层的生烃能力、吸附性能、孔隙空间发育都有重要的影响，因此研究页岩储层中有机质的富集机理有助于进一步厘清页岩油的赋存机理及富集模式.国内外学者们对有机质富集机理的研究已经延续了50多年，运用地球化学、古生态学、沉积矿物学等多种方法对影响有机质富集的因素开展研究，在海相及淡水陆相页岩的研究方面获得了较为成熟的理论成果(Bruyevich, 1963; Meyers and Ishiwatari, 1993; 杨万芹等, 2015; 郭来源等, 2017).但对盐湖页岩的研究目前大都借用海相研究的思想，忽略了海相与盐湖相在盐度、水深、沉积速率和古生产力等方面的差异.江汉盆地作为典型的内陆盐湖盆地，其有机质富集程度、保存和转化条件与海相和淡水陆盆沉积均有所不同，烃源岩具有初始生产率高、聚集和保存条件好、有机质类型好、生烃时间早、转化率高等特点(张枝焕等, 1998; Lewan and Ruble, 2002; 金强和朱光有, 2006; 蔡希源, 2012)，使得有机质的富集受沉积环境影响更大；硫酸盐等盐类矿物的存在影响着古生物的繁殖，也使有机质的富集和转化过程更加复杂(张慧芳等, 2016).由于古气候周期性频繁变化，江汉盆地的岩性纵向上变化频繁，更增加了有机质分布的非均质性.前人根据潜江组的周期性变化将其划分为8个三级层序，即SⅢ1~8，层序SⅢ1~2为潜江组四段下部，层序SⅢ3即为潜江组四段上亚段的下部，层序SⅢ4~5为潜江组四段上亚段的中上部到潜三段的下部，层序SⅢ6为潜江组三段中上部，层序SⅢ7和SⅢ8分别为潜江组二段和一段.每个三级层序又可发育多个高位体系域（HST）、水进体系域（TST）及低位体系域（LST）.高位体系域以水浅湖广为特征，水体往往多由表层水和盐跃层组成，深水区域相对较小，同时，季节性洪水还携带大量陆源碎屑及溶解氧直达湖盆深处；水进体系域中湖水较深，可容纳空间增大，水体盐度相对较高，可形成盐度分层，且水深大、还原性更好；低位体系域可容纳空间小，湖水盐度相对较高，但缺少相对的深水区（方志雄, 2002; 陈凤玲, 2007）.目前，我国油气地球化学家和石油地质学家们已从矿物组成和岩性特征、沉积环境和形成条件、地球化学特征、生烃潜力以及油气转化条件等方面对盐湖相烃源岩进行了广为深入的研究(张枝焕等, 1998; Zhu et al., 2005; 金强和朱光有, 2006; 刘庆等, 2009; 秦建中等, 2010)，但对盐湖盆地有机质富集机理的研究还不够深入.潜江凹陷作为江汉盆地油气资源最丰富、发现油气田最多的一个凹陷，盐间烃源岩与盐岩紧密共生，由于盐岩层良好的封闭性，生成的油气以短距离的侧向层间运移为主，很多油气资源仍滞留在烃源岩内部，形成丰富的页岩油(方志雄, 2002; 陈开远等, 2002; 陈凤玲, 2007).本文主要通过借鉴前人对海相及淡水陆相页岩油富集机理的研究经验，结合本地区的特殊地质特征，运用X荧光光谱（XRF）、TOC测试（碳硫仪）、GC、GC-MS等手段，从古生物繁殖的古环境出发，分析有机质富集的主控因素，进而解析有机质富集机理，并在体系域背景下最终建立有机质富集模式.
1. 地质概况
潜江凹陷位于江汉盆地中部，平面上呈北东-南西向展布，东西向平缓，北部较陡，南部较为平缓的箕状，由北部单向碎屑物源及凹陷周缘卤水与盐源补给形成的一套由碎屑岩、碳酸盐岩和蒸发岩组成的内陆盐湖沉积建造(方志雄, 2002; 陈凤玲, 2007).潜江组沉积时期水体盐度总体很高，但受北部盆外淡水补给的制约和凹陷沉降中心的影响，平面上自西北向东南呈现出由淡变咸的规律性变化，依次可划分为：砂泥岩相区、咸淡过渡区和盐韵律相区（图 1）.在强蒸发、封闭的条件下，由于潮湿与干旱气候频繁交替，陆源碎屑岩与化学蒸发岩相伴生，岩性岩相纵向上快速变化，并形成了巨厚的盐韵律沉积.前人将两个盐层与其间的盐间层划分为一个韵律，每个韵律通常经历了咸化-淡化-咸化的变化过程，岩性自下往上为：盐岩-硫酸盐岩-碳酸盐岩-碎屑岩-碳酸盐岩-硫酸盐岩-盐岩(陈开远, 2002; 王国力等, 2004).潜江凹陷可分为193个韵律.研究目的层段为Byy2井潜34段第10韵律（以下简称Eq3410韵律）和潜4下段第6、15、18、25、26韵律（以下简称Eq4下6、Eq4下15、Eq4下18、Eq4下25、Eq4下26韵律），深度2 800~3 880 m.
图 1 潜江凹陷潜江组沉积相及取样位置据熊智勇等（2015）修改Fig. 1. Sedimentary facies and sampling locations of Qianjiang Formation in Qianjiang sag2. 样品与实验
样品选自潜江凹陷蚌湖地区Byy2井Eq3410韵律和Eq4下6、Eq4下15、Eq4下18、Eq4下25、Eq4下26韵律.前人研究表明，潜三段主要为半深水湖沉积，沉积岩性主要为灰-深灰色泥岩及泥灰岩、白云岩和钙芒硝岩，大套厚层泥岩、薄层碳酸盐岩主要发育在水进体系域中，岩盐不发育或盐层较薄，高位域体系发育典型的厚层盐岩夹薄层含钙芒硝泥岩；潜四段主要为深水湖沉积，岩性主要为灰、深灰色泥岩、含膏泥岩、盐岩和碳酸盐岩，水进体系域具有较高的可容纳空间, 主要发育厚层状的泥岩、碳酸盐岩, 而低位和高位体系域的盐岩相对发育且盐层较厚(王国力等, 2004; 张永生等, 2005).前期研究发现有机质富集层段主要集中在碳酸盐及泥质含量较高的区域，高钙芒硝层段有机质含量普遍较低，所以本次取心主要集中在颜色较深的泥岩、白云质泥岩.潜三段主要取心段为Eq3410韵律，深度为2 814.7~2 816.4 m，岩性主要为深灰或褐色的泥岩及白云质泥岩；Eq4下6韵律深度为3 379.73~3 402.2 m，主要为灰褐色白云质泥岩，深灰色泥岩及灰色钙芒硝质泥岩；Eq4下15韵律深度为3 593.3~3 599.1 m，为深灰色白云质泥岩及含膏泥岩；Eq4下18韵律深度为3 651.4~3 659.6 m，岩性主要为灰色泥岩及钙芒硝质泥岩；Eq4下25韵律深度为3 871.2~3 877.2 m, 岩性主要深灰色白云质泥岩及灰色钙芒硝质泥岩，Eq4下26韵律深度分布在3 877.8~3 878.4 m，岩性主要为灰色白云质泥岩和含钙芒硝泥岩（图 2）.本次实验主要运用了X-射线荧光光谱仪测试样品元素质量分数及运用碳硫仪测试TOC质量分数.
图 2 潜江凹陷潜江组页岩岩性及取样位置Fig. 2. Lithology and sampling location of the shale of the Qianjiang Formation in Qianjiang sagX-射线荧光光谱（XRF）为手持式元素扫描仪，型号为XL3t950，由于XRF测试结果极易受取样位置及样品质量的影响，且受元素分子量及含量的影响较大，本次实验采用多次实验取平均值的方法，本实验在中国地质大学（武汉）“构造与油气资源”教育部重点实验室完成.
TOC测试在廊坊石油勘探开发研究院完成，称取0.20 g左右小于100目的样品置于坩埚中，加入稀盐酸（1:7）处理无机碳，70 ℃水浴加热2 d，直至不发生反应，用蒸馏水除去盐酸蒸干后用有机碳测定仪测试，有机碳测定仪型号为cs744.
实验所用GC-MS型号为美国安捷伦公司（Agilent）的7890气相色谱仪搭配5975C质谱仪.色谱柱型号为DB-5MS，60 m×0.25 mm×0.25 μm.载气为氦气（99.999%）；载气流速为1 mL/min；进样口温度为300 ℃，使用Agilent7683B自动进样器进样，进样量均为1 μL；离子源（EI）温度设为230 ℃，四级杆温度为150 ℃，传输线温度为280 ℃.采用全扫描模式，扫描范围为50~550 amu；采用-70 eV电子轰击能；样品为正己烷溶解，溶剂延迟设为7 min.升温程序为初温50℃，保留1 min；以20℃/min升至100℃，保留0 min；以3℃/min升至315℃，保留31.833 min.数据记录和处理所使用软件为仪器配套的MSDChemStationE.02.02.1431.
3. 有机质丰度及来源
3.1 有机质丰度
碳硫仪测试结果显示（附表1，图 3），研究区有机碳分布差异较大，有机碳百分数最大值为3.45%，主要集中在0~2%之间，约占91%，其中0~1%范围内的有机碳含量占了68%，TOC值大于2%的仅为9%.有机碳在深度上分布差异明显，Eq3410韵律所取样品深度在2 814.7~2 823.1 m，TOC值普遍高于2%，Eq4下6韵律和Eq4下15韵律上段深度范围在3 379.7~3 595.4 m，TOC值主要分布在1%~2%，部分样品低于1%，Eq4下15韵律下部及Eq4下18、Eq4下25、Eq4下26韵律深度范围在3 597.8~3 878.4 m，除个别样品外，TOC值普遍低于1%.
图 3 潜江凹陷潜江组页岩样品TOC分布特征Fig. 3. TOC distribution characteristics of shale samples from Qianjiang Formation in Qianjiang sag3.2 有机质来源
从研究区页岩样品中氢指数（S2/TOC）可以看出（附表1），在潜三段及潜四下段所选样品中TOC的高值均对应着氢指数的高值，说明有机质多来自于Ⅰ型干酪根.研究区页岩样品的正构烷烃色谱图中正构烷烃碳数分布独特，常在C22~C30范围呈偶碳数优势（图 4a1，4b1），是盐湖相碳酸盐岩烃源岩的典型特征之一(宋长玉，2008)，一般被认为是由偶碳数正构脂肪酸和醇类的还原作用(Welte and Waples, 1973)或经碳酸盐矿物催化发生β断裂而来(Shimoyama and Johns, 1972).也有报道称，高盐环境中嗜盐细菌大量繁盛，来自这类微生物的有机质对生油岩成烃母质生源的贡献十分巨大，致使其所产烃类中具偶碳数优势的正构烷烃分布特征显得突出(朱扬明，2003).页岩样品抽提物的m/z 217质量色谱图显示（图 4a2，4b2），页岩中C27甾烷 > C29甾烷 > C28甾烷，呈L型，反映有机质主要为低等水生生物来源，该地区的主要水生生物为藻类和细菌(马安来等, 1999; 陈仲宇等, 2009).有学者研究发现，许多藻类可在广盐度（杜氏藻等）甚至高盐度（牟氏角毛藻等）下快速生长，当这些生物死亡细胞解体后，可释放出大量的有机质(陈峰和姜悦, 1999; 张平等, 2008; 张亚丽等, 2011).对比高TOC值的样品及低TOC值的样品可以发现，高TOC值的样品为Pr/Ph的低值及伽马蜡烷指数的高值（图 4a1, 4b1, 4a3, 4b3），反映高TOC主要富集在较高盐度及较强还原条件下.研究区页岩样品抽提物的m/z 191质量色谱图与碳酸盐矿物中生油母质生成石油的m/z 191萜类谱图相似（图 4a3），反映碳酸盐矿物中的生油母质为本地区页岩油的重要来源.水生生物多在潮湿气候及较深水条件下生长，在强还原及高盐环境中才能更好的保存，为典型水进体系域下的有机质富集特征.
图 4 潜江凹陷潜江组页岩样品饱和烃气相色谱图、甾烷质量色谱图(m/z 217)及萜烷质量色谱图（m/z 191）a.样品Byy2-73，TOC=3.45%；b.样品Byy2- 2051，TOC=0.424%；1.饱和烃气相色谱图；2.甾烷质量色谱图(m/z 217)；3.萜烷质量色谱图（m/z 191）Fig. 4. Gas chromatogram of saturated hydrocarbons, chromatogram of decane mass (m/z 217) and chromatogram of decane mass (m/z 191)in shale samples of Qianjiang Formation in Qianjiang sag4. 元素分布特征
通过X荧光光谱对潜江凹陷潜江组Eq3104韵律和Eq下4五个韵律33个样品进行测试，结果显示（附表1），潜江组的主量元素主要有SiO2、CaO、Al2O3、MgO和Fe2O3，占所有元素质量分数的82.45%~93.05%，其中SiO2质量分数最高，在9.44%~51.98%之间，平均值为34.60%；其次为CaO，质量分数在2.20%~30.62%之间，平均值为18.90%，Al2O3质量分数在1.67%~15.68%之间，平均值为8.16%，MgO质量分数为0.48%~11.12%，平均值为5.74%，Fe2O3质量分数为2.81%~5.64%，平均值为4.18%.此外，潜江凹陷潜江组页岩还含有较多的S、Cl、K2O元素，S元素质量分数为0.65%~6.90%，平均值为2.18%，Cl元素质量分数为0.78%~7.33%，平均值为2.15%，K2O质量分数为0.90%~4.78%，平均值为2.83%；含量较少的主量元素有P2O5，TiO2，MnO，质量分数位于0.1%~1%.微量元素有Ba、V、Ni、Cu、As、Se、Rb、Sr、Y、Mo、Ag、Cd、Sn、Pt、Bi、Th等，有些样品部分元素缺失（设为0）.
5. 有机质富集的影响因素分析
有机质富集程度的高低取决于古沉积环境中原始有机质含量的高低、古生产力的大小和保存条件等.原始有机质含量的高低主要受古生物的繁盛程度及陆源碎屑的充注影响，而这些因素与古环境密不可分，古环境的变化也影响着古生产力及保存条件的优劣.盐湖盆地中，有机质富集程度较高的地层常与碳酸盐、硫酸盐和氯化盐等蒸发盐类矿物相伴生，半咸水、咸水和盐湖是有机质沉积的有利环境，高生物产率与缺氧环境的协同存在是优质烃源岩发育的理想区域(方志雄, 2002; 金强和朱光有, 2006; 陈凤玲, 2007; Yang et al., 2019).为探究潜江凹陷有机质富集的控制因素，本研究从陆源物质输入、古生产力、古盐度、古气候、古水深等方面进行.
作为与有机质同时沉积下来的元素成分也受当时的沉积环境影响，不同元素成分的多少或比值可代表不同的环境意义(杨万芹等, 2015; 郭来源等, 2017)，可用来反映有机质富集时的条件变化.图 5显示了潜江凹陷Eq3410韵律和Eq4下五个韵律所取页岩样品中TOC值与Al2O3、SiO2、CaO含量之间有很好的相关性：Al2O3、SiO2的质量分数越低、CaO的质量分数越高，TOC质量分数越高，这些样品主要分布在水进体系域中；低TOC质量的样品，Al2O3、SiO2的质量分数相对较高，反映了代表陆源碎屑输入的Al2O3、SiO2不利于有机质的富集.在低位体系域及高位体系域中，由于水体较浅，低等水生生物有机质发育受到限制，不利于底层厌氧水体的发育，季节性洪水携带大量陆源碎屑及溶解氧直达湖盆深处，也会使沉积有机质遭受稀释及氧化降解.萜烷质量色谱图（图 4a3）显示碳酸盐矿物中的烃源岩是研究区比较好的一类烃源岩，且CaO高的样品均有较高的氢指数，因此水生来源的CaO为有机质的富集提供了物质基础.
图 5 潜江凹陷潜江组页岩样品部分主量元素变化特征Fig. 5. Variation characteristics of some major elements in shale samples of Qianjiang Formation in Qianjiang sag磷（P）元素是浮游生物生长所必需的营养元素，也是生物本身重要的组成部分，常被用来作为古生产力的判断元素.为避免陆源碎屑中的磷元素的影响，常以P/Ti或P/Al的值来判断古生产力(Holland, 1978; 张水昌等, 2005).前人将P/Ti均值高于0.79的作为高生产力的标志，0.34 < P/Ti < 0.79代表中生产力(Algeo et al., 2011).Sr与Ba是地壳中分布较广的元素，在淡水环境中，SO42－质量分数偏少，Sr与Ba都以重碳酸盐的形式存在于湖泊中，当湖水咸度增加，Ba元素首先以硫酸钡形式沉淀；随着湖水咸度的进一步增加，Sr才会以硫酸锶形式沉淀下来，所以经常以Sr/Ba的值反映古盐度变化：Sr/Ba≥1表示咸水环境，Sr/Ba < 1代表淡水环境(冯洪真等, 1993)；Mg/Ca的值对古气候特征反应敏感，可用来反映古气候条件(宋明水, 2005)，当Mg/Ca < 1时，普遍指示较为潮湿的环境；Rb/K的值可很好地反映古水深的特征(Jin et al., 2006; 李春荣和陈开远, 2007)，其高值反映古水深较大，可代表还原较强的保存环境.
图 6显示了该地区所取样品的TOC值随不同环境指数的变化特征，不同韵律层指数有差异.该地区古生产力均位于中等-高生产力（P/Ti > 0.34），Eq3410韵律、Eq4下6韵律、Eq4下15韵律和Eq4下25韵律上段的古生产力指数P/Ti主要分布在大于1的范围内，且这些具有较高古生产力的样品主要分布在水进体系域中；Eq4下15韵律下段、Eq4下18韵律、及Eq4下26韵律的古生产力指数P/Ti主要分布在0.4~0.8范围内，为中等生产力，这些样品主要分布在低位体系域中.Eq3410韵律与Eq4下6韵律、Eq4下15韵律上段及Eq4下25韵律古盐度变化较大，古盐度指数处于2~4之间，这些具有相对较高盐度的样品主要分布在水进体系域；Eq4下15韵律下段、Eq4下18韵律及Eq4下26韵律古盐度较低且变化较小，古盐度指数普遍处于1~2之间，样品主要位于低位体系域中.Eq3410韵律及Eq4下段的古气候条件以潮湿气候为主，Eq3410韵律、Eq4下6韵律、Eq4下15韵律上段及Eq4下25韵律更为潮湿（Mg/Ca < 0.4），古水深也相应较深（0.007 < Rb/K），为典型水进体系域的古环境特征；Eq4下18韵律古气候较为干旱（Mg/Ca > 0.4）且水深较浅（0.007 > Rb/K），为低位体系域的古环境特征；Eq4下26韵律古气候潮湿但古水深相对较浅，可能处于低位体系域向水进体系域的转换阶段.对比TOC值、古生产力和反映古环境的指标可以发现，水进体系域中，样品的古生产力较高（P/Ti > 1），中等古盐度（2 < Sr/Ba < 4），古气候更为潮湿（Mg/Ca < 0.4），且古水深较深（0.007 < Rb/K），该条件下有机质富集，而在高位体系域和低位体系域有机质相对贫乏, 与生标参数的研究结果有较好的对应性（图 6中红线标注点为图 4选取的具有不同TOC值的页岩样品）.
图 6 潜江凹陷潜江组页岩样品古环境演化特征Fig. 6. Paleoenvironmental evolution characteristics of shale samples from Qianjiang Formation in Qianjiang sag通过研究潜江凹陷潜江组页岩样品TOC与古环境指数、古盐度、古生产力及陆源物质输入量的相关性可以发现(图 7)，对TOC值影响最大的为古水深，且呈很好的线性相关，R2=0.86（图 7a）.水深较深时，水底的还原性增强，有机质更难被氧化分解而被保存下来（Demaison and Moore, 1980），TOC值越高，说明足够的水深是有机质保存的重要条件；陆源物质的输入与TOC值呈很好的负相关性，R2=0.641（图 7b），主要原因为潜江凹陷潜江组页岩有机质来源主要是水生生物，由陆源碎屑带来的陆源有机质对潜江组有机质的贡献很小，陆源碎屑对有机质的稀释作用远远大于随陆源碎屑带来的有机质对有机质富集的贡献，陆源碎屑输入过多，不利于有机质的富集；古气候与TOC值的关系呈指数相关，R2=0.605 6（图 7c），由图 7c可以看出，在Mg/Ca < 0.4时，随Mg/Ca值的增大，TOC值快速下降，Mg/Ca > 0.4时，TOC值维持在较低值且缓慢降低，说明在较为潮湿的气候更有利于有机质富集，因为潮湿的环境不仅有利于水生生物的繁殖，而且促进了湖盆周边植被的生长，这些植被阻挡随河流输入湖泊的陆源碎屑，降低了对有机质的稀释作用（张逊等，2018），同时充足的降水使水深迅速增加，表层水体盐度降低，湖底盐度较高，湖水分层，更有利于有机质的保存（Jiang et al., 2007）.样品Byy2-1688古生产力指数P/Ti值约1.3，为高古生产力，但TOC值较低，从图 7b可以看出，样品Byy2-1688显示的陆源物质输入较多，说明在高陆源输入的环境下，即使有较高的生产力TOC值也较低.TOC值随古生产力指数的增加呈指数增加的趋势，R2=0.580 1（图 7d），并且古生产力越高，TOC值增加速率越快，说明高古生产力对有机质富集起很大的作用（Demaison and Moore, 1980）；TOC值随古盐度的增加先增加后减小，在Sr/Ba的值为3左右时达到峰值，说明低的古盐度和过高的古盐度均不利于有机质的富集.古盐度的高低不仅对有机质的保存条件起作用，还影响着古生物的繁殖，由古生产力和古盐度的关系可以看出，古生产力的高值在Sr/Ba值为2~4之间，说明在这个范围内，古生物繁殖较为旺盛，而较低的古盐度又是有机质保存的不利条件，所以有机质约在古盐度指数范围为2~4时表现为高值.
图 7 潜江凹陷潜江组页岩样品TOC与古环境指数、古盐度与古生产力的相关关系Fig. 7. Correlation between TOC and paleoenvironmental index, paleosalinity and paleoproductivity of Qianjiang Formation shale samples in Qianjiang sag6. 有机质富集模式分析
目前，有机质富集模式主要有3种，即“保存模式型”、“生产力模式型”和“生产力、缺氧共同作用模式型”(Calvert and Fontugne, 2001; Sageman et al., 2003; Mort et al., 2007)，而潜江凹陷潜江组页岩有机质富集模式与传统的模式略有不同，其有机质富集受古生产力和保存条件的共同作用，同时受控于陆源碎屑的输入.
对比Eq3410韵律及Eq4下6、Eq4下15、Eq4下18、Eq4下25、Eq4下26韵律的页岩有机质富集条件来看：Eq3410韵律，Eq4下6、Eq4下25、Eq4下26韵律及Eq4下15韵律上段所取样品层段主要发育在水进体系域中，古气候较为潮湿，较多的降雨使古水深相对增加，随河流充注的陆源碎屑则相对较少，水生生物繁殖力增强，为有机质富集提供更高的古生产力，迅速增加的古水深使上部水体盐度较小，下部水体盐度较大，水体分层，下部较高的盐度及较高的水体提供的缺氧环境使有机质保存条件较好，有机质较为富集.Eq4下15韵律下段及Eq4下18韵律主要发育在低位体系域中，古气候较为干旱，陆源物质输入较多，较浅的水体不利于古生物的繁殖与保存，有机质富集程度较差.
由此可见，盐韵律背景的水进时期，由于处于三级层系的低位或者高位体系域高盐度的宏观沉积背景下，快速升高的湖水仅降低了表层水体的盐度，底部湖水因盐度分层仍盐度较高，且水深大、还原性更好，不但有利于高生产率的形成，而且厌氧水体范围大，有利于有机质得到最大限度的保存.因此，有机质主要富集在高盐度背景下的盐韵律水进体系域，较少的物源输入、相对深水区及较高的古生产力是控制有机质富集的主要因素，总体上具有“高盐深水、咸中有淡”的沉积模式，根据不同体系域下的古环境特征，古生产力及保存条件的差异，本次研究建立了盐湖背景下陆相页岩有机质沉积模式图（图 8）
图 8 潜江凹陷潜江组不同体系域有机质沉积模式Fig. 8. Organic matter deposition model in different system domains of Qianjiang Formation in Qianjiang sag7. 结论
（1）潜江凹陷Byy2井潜江组页岩高TOC值的韵律，如Eq3410韵律，属于水进体系域，TOC值多大于2%，低的TOC值的韵律，如Eq4下18韵律、Eq4下26韵律，属于低位体系域，TOC值一般低于1%；元素成分主要有SiO2、CaO、Al2O3、MgO和Fe2O3，占所有元素质量分数的82.45%~93.05%；在有机质富集层段，Al2O3和SiO2质量分数明显减少，CaO显著增加.另外，TOC还与P/Ti、Sr/Ba、Mg/Ca、Rb/K比值具有较好的相关性，有机质富集受古生产力和保存条件的共同作用，同时受控于陆源碎屑的输入.
（2）根据页岩样品中氢指数特征，有机质富集的层段主要为Ⅰ型干酪根，同时，正构烷烃、萜烷和C27-C28-C29规则甾烷分布形态反映了潜江组页岩有机质主要来自水生藻类及细菌，陆源碎屑对有机质主要起稀释作用.通过对比不同体系域中古环境参数特征差异时发现，有机质富集层段主要发育在水进体系域中，相应样品的古生产力较高（P/Ti > 1），且为中等古盐度（2 < Sr/Ba < 4），古气候更为潮湿（Mg/Ca < 0.4），且古水深较深（0.007 < Rb/K），不仅有利于水生生物的繁殖，也使有机质可以更好地保存.高位体系域及低位体系域中的页岩样品中有机质较为贫乏，一般为中-高等生产力（0.4 < P/Ti < 0.8）、古盐度（1 < Sr/Ba < 2）且波动小，古气候较为干旱（Mg/Ca > 0.4）且水深较浅（0.007 > Rb/K），水生生物的繁殖程度及有机质的保存条件均较差.
（3）潜江组有机质富集机理为：在水进体系域背景下，气候较为潮湿，雨水增多，陆源物质输入减少，表层和底层水体微生物繁盛，古水深相对较深，湖底还原性增强，迅速增加的古水深使上部水体盐度较小，下部水体盐度较大，水体分层，有机质在较高盐度和较强还原环境中保存，总体上具有“高盐深水、咸中有淡”的沉积模式.
致谢: 感谢审稿专家提出宝贵的审稿意见！ 附表见本刊官网（http://www.earth-science.net）. -
图 1 潜江凹陷潜江组沉积相及取样位置
据熊智勇等（2015）修改
Fig. 1. Sedimentary facies and sampling locations of Qianjiang Formation in Qianjiang sag
图 2 潜江凹陷潜江组页岩岩性及取样位置
Fig. 2. Lithology and sampling location of the shale of the Qianjiang Formation in Qianjiang sag
图 3 潜江凹陷潜江组页岩样品TOC分布特征
Fig. 3. TOC distribution characteristics of shale samples from Qianjiang Formation in Qianjiang sag
图 4 潜江凹陷潜江组页岩样品饱和烃气相色谱图、甾烷质量色谱图(m/z 217)及萜烷质量色谱图（m/z 191）
a.样品Byy2-73，TOC=3.45%；b.样品Byy2- 2051，TOC=0.424%；1.饱和烃气相色谱图；2.甾烷质量色谱图(m/z 217)；3.萜烷质量色谱图（m/z 191）
Fig. 4. Gas chromatogram of saturated hydrocarbons, chromatogram of decane mass (m/z 217) and chromatogram of decane mass (m/z 191)in shale samples of Qianjiang Formation in Qianjiang sag
图 5 潜江凹陷潜江组页岩样品部分主量元素变化特征
Fig. 5. Variation characteristics of some major elements in shale samples of Qianjiang Formation in Qianjiang sag
图 6 潜江凹陷潜江组页岩样品古环境演化特征
Fig. 6. Paleoenvironmental evolution characteristics of shale samples from Qianjiang Formation in Qianjiang sag
图 7 潜江凹陷潜江组页岩样品TOC与古环境指数、古盐度与古生产力的相关关系
Fig. 7. Correlation between TOC and paleoenvironmental index, paleosalinity and paleoproductivity of Qianjiang Formation shale samples in Qianjiang sag
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