莱阳凹陷莱阳群黑色页岩氧化还原敏感微量元素特征与有机质富集的控制因素

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.153

现代地质 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (03): 733-744.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.153

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莱阳凹陷莱阳群黑色页岩氧化还原敏感微量元素特征与有机质富集的控制因素

王续学¹(), 张祥玉²^,³, 李守军¹^,³(), 张家豪¹, 张振宇¹

1.山东科技大学地球科学与工程学院,山东青岛 266590
2.临沂大学生命科学学院,山东临沂 276000
3.中国地质科学院地质研究所自然资源部地层与古生物重点实验室,北京 100037

收稿日期:2021-05-12 修回日期:2023-03-28 出版日期:2023-06-10 发布日期:2023-07-20
通讯作者: 李守军,男,教授,1962年出生,古生物与地层学专业,主要从事古生物地层学和油气地质学研究。Email:lishoujun@126.com。
作者简介:王续学,男,硕士研究生,1993年出生,地质资源与地质工程专业,主要从事沉积学和油气地质学研究。Email:wangxuxue12@163.com。
基金资助:
自然资源部地层与古生物重点实验室开放课题基金项目(KLSP 201902)

Redox Sensitive Trace Element Compositions of the Shuinan Formation Black Shale in the Laiyang Sag: Controlling Factors of Organic Matter Enrichment

WANG Xuxue¹(), ZHANG Xiangyu²^,³, LI Shoujun¹^,³(), ZHANG Jiahao¹, ZHANG Zhenyu¹

1. School of Earth Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China
2. College of Life Sciences, Linyi University, Linyi, Shandong 276000, China
3. Key Laboratory of Stratigraphy and Paleontology, Ministry of Natural Resources, Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China

Received:2021-05-12 Revised:2023-03-28 Online:2023-06-10 Published:2023-07-20

摘要/Abstract

摘要：

咸化湖盆泥岩和页岩的地球化学特征对咸化烃源岩的形成条件和沉积环境具有重要指示意义。对山东莱阳凹陷下白垩统莱阳群泥岩和页岩的氧化还原敏感微量元素(RSE,包括Mo、Cr、Zn、Cu、Ni、Co、V、As、U和Th)和总有机碳(TOC)进行分析,旨在恢复研究区氧化还原环境和探讨盐湖有机质富集的控制因素。研究结果显示,瓦屋夼组和止凤庄组泥岩的TOC含量较低,RSE没有明显富集,RSE及其比值(U/Th、Cu/Zn、V/Cr和Ni/Co)反映该沉积时期为氧化环境;水南组黑色泥页岩的TOC含量骤增,RSE显著富集,反映该沉积时期为弱还原环境;龙旺庄组和曲格庄组TOC含量迅速减小,RSE含量较低,反映该沉积时期为富氧环境。水南组黑色页岩有机质的富集与古气候、古生产力、古盐度和氧化还原条件等综合因素有关,其中古气候是导致古生产力、古盐度和氧化还原条件等因素变化的主控因素。

关键词: 氧化还原敏感元素, 莱阳凹陷, 水南组, 黑色页岩, 有机质控制因素

Abstract:

The geochemical characteristics of mudstone and shale in the saline lake basin are of great significance to the formation conditions and sedimentary environment of saline Source rock. To reconstruct the redox conditions and explore the controlling factors of organic matter enrichment in the Lower Cretaceous Laiyang Group of the Laiyang Sag, redox sensitive elements (RSEs, such as Mo, Cr, Zn, Cu, Ni, Co, V, As, U and Th) and total organic carbon (TOC) of mudstone and shale from this Group were analyzed. The results show that TOC content of mudstone in the Wawukuang and Zhifengzhuang Formations is relatively low, and that RSEs are not obviously enriched. TOC content of Shuinan Formation black shale increases sharply, and RSEs are enriched significantly, suggesting a weakly reducing environment. TOC content of the Longwangzhuang and Qugezhuang Formations decreases rapidly, and the RSE content is low, suggesting an oxidizing environment. Organic matter enrichment in the Shuinan Formation black shale is likely related to a combination of paleoclimate, paleoproductivity, paleosalinity and redox factors, among which paleoclimate is the main controlling factor of paleoproductivity, paleosalinity and redox conditions.

Key words: redox sensitive element, Laiyang Sag, Shuinan Formation, black shale, controlling factor of organic matter enrichment

中图分类号:

P588.21
P595

王续学, 张祥玉, 李守军, 张家豪, 张振宇. 莱阳凹陷莱阳群黑色页岩氧化还原敏感微量元素特征与有机质富集的控制因素[J]. 现代地质, 2023, 37(03): 733-744.

WANG Xuxue, ZHANG Xiangyu, LI Shoujun, ZHANG Jiahao, ZHANG Zhenyu. Redox Sensitive Trace Element Compositions of the Shuinan Formation Black Shale in the Laiyang Sag: Controlling Factors of Organic Matter Enrichment[J]. Geoscience, 2023, 37(03): 733-744.

图/表 12

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样品号	Ni	Cu	Mo	U	As	Th	Co	V	Ba	Cr	Zn
WWK-01	23.06	25.50	2.12	5.19	11.51	9.05	6.67	89.51	476.24	42.30	39.27
WWK-02	30.46	23.46	2.22	5.09	5.70	8.69	14.61	92.55	424.62	47.29	47.23
WWK-03	39.50	14.92	2.15	1.33	3.04	6.27	15.08	55.44	290.20	29.56	30.91
WWK-04	40.33	25.95	4.06	1.73	5.11	6.64	20.10	56.36	250.41	35.72	77.42
WWK-05	19.59	25.92	1.87	2.18	2.26	8.18	5.82	77.36	406.23	40.07	57.22
WWK-06	33.73	32.10	0.49	1.70	3.65	10.11	20.29	76.34	542.58	70.24	55.67
WWK-07	31.11	31.54	0.35	3.39	3.32	18.08	13.21	91.71	530.47	76.40	75.01
WWK-08	39.94	29.73	0.42	1.82	3.51	12.27	15.18	80.73	721.39	73.44	77.13
WWK-09	39.57	35.06	0.27	2.29	2.37	14.98	13.08	94.80	709.63	73.37	74.60
WWK-10	31.85	33.61	0.44	3.15	3.62	14.82	9.91	107.05	470.42	82.55	60.20
WWK-11	23.48	10.67	0.51	2.72	2.51	15.87	11.21	68.91	355.16	58.31	57.15
ZFZ-01	23.10	37.20	1.80	5.32	19.41	10.15	8.87	78.48	227.29	39.24	89.05
ZFZ-02	24.40	15.00	0.52	2.25	1.51	15.07	12.71	65.63	793.82	55.45	71.77
ZFZ-03	32.40	15.70	0.70	2.24	2.24	16.44	13.86	95.00	534.89	72.41	61.93
ZFZ-04	20.39	31.80	0.57	2.26	1.27	11.19	6.55	77.32	1030.64	60.07	50.52
ZFZ-05	23.34	8.28	0.34	2.89	1.36	12.33	6.95	136.91	411.13	84.12	55.93
ZFZ-06	21.99	10.20	0.47	1.64	0.81	10.47	11.68	56.01	689.17	38.79	52.68
ZFZ-07	32.46	11.90	1.06	2.19	2.09	11.21	12.81	79.99	448.80	54.23	56.16
ZFZ-08	33.90	17.00	0.69	1.68	1.88	15.30	13.04	95.41	647.47	80.42	66.91
SN-01	32.12	26.40	2.59	1.21	6.14	3.75	13.34	71.18	467.10	47.04	95.59
SN-02	55.59	60.50	6.89	4.56	54.47	18.80	21.11	110.48	744.23	80.21	91.52
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SN-04	49.26	49.10	98.4	12.25	60.85	12.63	25.79	128.36	492.06	52.91	145.85
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SN-09	29.58	34.90	1.84	1.67	4.41	4.93	22.76	107.20	584.71	69.34	35.34
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SN-11	16.66	36.90	6.52	6.14	9.99	18.02	7.63	104.87	417.89	40.16	95.78
SN-12	26.30	43.90	4.79	19.04	17.50	33.19	9.78	92.06	1669.63	39.62	84.22
SN-13	49.89	44.20	2.62	3.87	44.94	11.24	23.58	105.11	593.81	63.77	191.34
SN-14	52.64	53.90	0.77	3.80	35.25	13.84	24.43	122.76	613.21	75.76	120.24
SN-15	67.96	46.30	0.50	1.11	3.30	11.91	38.00	101.36	658.23	67.28	115.52
SN-16	39.40	61.80	48.9	10.13	12.65	11.69	26.84	171.63	645.25	62.65	131.30
SN-17	49.23	65.60	39.9	15.64	13.28	16.36	31.23	183.47	671.44	63.51	122.06
SN-18	40.78	47.90	1.96	3.10	9.77	17.43	13.71	121.62	849.65	71.23	115.43
SN-19	18.34	42.00	12.77	11.04	7.11	15.58	5.83	120.58	552.93	47.71	60.58
SN-20	29.24	38.50	2.01	5.87	4.59	20.63	15.43	97.92	665.01	60.42	102.74
SN-21	18.45	50.60	42.2	12.82	8.45	17.41	9.68	99.12	572.07	45.16	70.55
SN-22	20.65	48.10	28.1	13.11	20.47	15.73	12.99	102.58	593.91	41.82	54.68
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SN-24	30.11	40.70	19.07	11.00	5.24	13.44	14.30	101.02	406.67	46.33	85.93
SN-25	47.29	36.80	0.95	2.70	1.77	16.36	16.25	124.31	496.99	83.66	114.81
SN-26	44.08	48.10	0.43	2.63	1.57	16.96	14.40	139.84	482.42	102.93	96.54
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SN-29	25.13	17.40	0.96	1.77	2.73	8.60	8.14	70.68	525.66	52.20	61.36
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LWZ-01	14.34	9.07	0.55	2.23	1.78	9.80	6.69	77.01	1149.34	72.77	59.36
LWZ-02	15.28	9.55	0.45	1.84	1.59	8.07	6.87	69.95	1490.24	56.06	46.25
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LWZ-04	23.08	12.65	0.39	1.99	1.78	8.70	8.86	80.48	954.45	53.83	51.49
QGZ-01	15.20	7.68	0.38	1.65	1.40	5.99	6.31	59.29	1199.85	60.23	33.67
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样品号	Ni	Cu	Mo	U	As	Th	Co	V	Ba	Cr	Zn
WWK-01	23.06	25.50	2.12	5.19	11.51	9.05	6.67	89.51	476.24	42.30	39.27
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WWK-11	23.48	10.67	0.51	2.72	2.51	15.87	11.21	68.91	355.16	58.31	57.15
ZFZ-01	23.10	37.20	1.80	5.32	19.41	10.15	8.87	78.48	227.29	39.24	89.05
ZFZ-02	24.40	15.00	0.52	2.25	1.51	15.07	12.71	65.63	793.82	55.45	71.77
ZFZ-03	32.40	15.70	0.70	2.24	2.24	16.44	13.86	95.00	534.89	72.41	61.93
ZFZ-04	20.39	31.80	0.57	2.26	1.27	11.19	6.55	77.32	1030.64	60.07	50.52
ZFZ-05	23.34	8.28	0.34	2.89	1.36	12.33	6.95	136.91	411.13	84.12	55.93
ZFZ-06	21.99	10.20	0.47	1.64	0.81	10.47	11.68	56.01	689.17	38.79	52.68
ZFZ-07	32.46	11.90	1.06	2.19	2.09	11.21	12.81	79.99	448.80	54.23	56.16
ZFZ-08	33.90	17.00	0.69	1.68	1.88	15.30	13.04	95.41	647.47	80.42	66.91
SN-01	32.12	26.40	2.59	1.21	6.14	3.75	13.34	71.18	467.10	47.04	95.59
SN-02	55.59	60.50	6.89	4.56	54.47	18.80	21.11	110.48	744.23	80.21	91.52
SN-03	31.49	52.60	74.6	16.80	55.34	26.68	13.53	111.70	483.71	50.00	132.21
SN-04	49.26	49.10	98.4	12.25	60.85	12.63	25.79	128.36	492.06	52.91	145.85
SN-05	51.23	46.20	4.11	2.04	16.59	8.12	17.20	110.27	554.99	80.49	104.75
SN-06	25.65	48.10	6.37	4.55	22.97	7.88	12.99	119.16	910.32	67.05	85.01
SN-07	33.53	33.00	0.72	1.17	14.97	10.66	13.56	121.05	544.61	79.95	115.31
SN-08	25.82	39.30	52.3	6.34	15.68	5.85	11.88	147.30	606.56	44.96	304.25
SN-09	29.58	34.90	1.84	1.67	4.41	4.93	22.76	107.20	584.71	69.34	35.34
SN-10	29.81	31.10	9.98	4.99	8.09	11.29	14.91	110.44	461.76	38.20	85.11
SN-11	16.66	36.90	6.52	6.14	9.99	18.02	7.63	104.87	417.89	40.16	95.78
SN-12	26.30	43.90	4.79	19.04	17.50	33.19	9.78	92.06	1669.63	39.62	84.22
SN-13	49.89	44.20	2.62	3.87	44.94	11.24	23.58	105.11	593.81	63.77	191.34
SN-14	52.64	53.90	0.77	3.80	35.25	13.84	24.43	122.76	613.21	75.76	120.24
SN-15	67.96	46.30	0.50	1.11	3.30	11.91	38.00	101.36	658.23	67.28	115.52
SN-16	39.40	61.80	48.9	10.13	12.65	11.69	26.84	171.63	645.25	62.65	131.30
SN-17	49.23	65.60	39.9	15.64	13.28	16.36	31.23	183.47	671.44	63.51	122.06
SN-18	40.78	47.90	1.96	3.10	9.77	17.43	13.71	121.62	849.65	71.23	115.43
SN-19	18.34	42.00	12.77	11.04	7.11	15.58	5.83	120.58	552.93	47.71	60.58
SN-20	29.24	38.50	2.01	5.87	4.59	20.63	15.43	97.92	665.01	60.42	102.74
SN-21	18.45	50.60	42.2	12.82	8.45	17.41	9.68	99.12	572.07	45.16	70.55
SN-22	20.65	48.10	28.1	13.11	20.47	15.73	12.99	102.58	593.91	41.82	54.68
SN-23	25.31	30.70	1.70	1.61	13.44	12.91	10.56	77.03	729.90	45.56	80.09
SN-24	30.11	40.70	19.07	11.00	5.24	13.44	14.30	101.02	406.67	46.33	85.93
SN-25	47.29	36.80	0.95	2.70	1.77	16.36	16.25	124.31	496.99	83.66	114.81
SN-26	44.08	48.10	0.43	2.63	1.57	16.96	14.40	139.84	482.42	102.93	96.54
SN-27	23.58	39.10	6.33	6.99	12.23	17.01	13.28	112.77	531.83	61.82	79.62
SN-28	65.11	44.70	15.45	7.50	42.44	19.33	39.45	130.29	642.45	79.64	134.90
SN-29	25.13	17.40	0.96	1.77	2.73	8.60	8.14	70.68	525.66	52.20	61.36
SN-30	41.67	31.00	0.61	2.32	1.75	15.70	15.11	119.26	536.04	91.00	85.81
LWZ-01	14.34	9.07	0.55	2.23	1.78	9.80	6.69	77.01	1149.34	72.77	59.36
LWZ-02	15.28	9.55	0.45	1.84	1.59	8.07	6.87	69.95	1490.24	56.06	46.25
LWZ-03	20.86	7.64	0.36	1.63	1.43	6.62	5.61	58.75	927.51	48.36	49.53
LWZ-04	23.08	12.65	0.39	1.99	1.78	8.70	8.86	80.48	954.45	53.83	51.49
QGZ-01	15.20	7.68	0.38	1.65	1.40	5.99	6.31	59.29	1199.85	60.23	33.67
QGZ-02	13.84	6.70	0.31	1.21	1.36	4.82	4.33	47.55	781.25	52.05	27.84
QGZ-03	21.75	37.84	1.03	1.15	1.75	7.04	32.67	157.60	2261.01	81.27	68.86
QGZ-04	22.17	25.51	1.07	0.91	1.20	7.41	36.22	158.88	2151.72	78.66	68.48

地层	样品号	TOC(%)	地层	样品号	TOC(%)	地层	样品号	TOC(%)	地层	样品号	TOC(%)
瓦屋夼组	WWK-01	0.79	止凤庄组	ZFZ-04	0.09	水南组	SN-12	1.49	水南组	SN-29	0.27
瓦屋夼组	WWK-02	0.21	止凤庄组	ZFZ-05	0.20	水南组	SN-13	0.55	水南组	SN-30	0.28
瓦屋夼组	WWK-03	0.72	止凤庄组	ZFZ-06	0.25	水南组	SN-14	0.11	水南组	SN-31	0.13
瓦屋夼组	WWK-04	0.91	止凤庄组	ZFZ-07	0.05	水南组	SN-15	0.34	水南组	SN-32	0.15
瓦屋夼组	WWK-05	0.75	止凤庄组	ZFZ-08	0.05	水南组	SN-16	0.38	水南组	SN-33	0.17
瓦屋夼组	WWK-06	0.37	止凤庄组	ZFZ-09	0.09	水南组	SN-17	0.80	水南组	SN-34	0.09
瓦屋夼组	WWK-07	0.14	水南组	SN-01	0.68	水南组	SN-18	0.81	水南组	SN-35	0.13
瓦屋夼组	WWK-08	0.10	水南组	SN-02	0.26	水南组	SN-19	1.13	水南组	SN-36	0.13
瓦屋夼组	WWK-09	0.11	水南组	SN-03	1.75	水南组	SN-20	0.84	龙旺庄组	LWZ-01	0.05
瓦屋夼组	WWK-10	0.11	水南组	SN-04	0.87	水南组	SN-21	0.45	龙旺庄组	LWZ-02	0.06
瓦屋夼组	WWK-11	0.11	水南组	SN-05	0.16	水南组	SN-22	0.82	龙旺庄组	LWZ-03	0.04
瓦屋夼组	WWK-12	0.10	水南组	SN-06	0.16	水南组	SN-23	0.37	龙旺庄组	LWZ-04	0.04
瓦屋夼组	WWK-13	0.11	水南组	SN-07	0.58	水南组	SN-24	0.36	曲格庄组	QGZ-01	0.04
瓦屋夼组	WWK-14	0.11	水南组	SN-08	0.17	水南组	SN-25	0.85	曲格庄组	QGZ-02	0.05
止凤庄组	ZFZ-01	0.08	水南组	SN-09	1.00	水南组	SN-26	0.87	曲格庄组	QGZ-03	0.03
止凤庄组	ZFZ-02	0.08	水南组	SN-10	0.16	水南组	SN-27	0.26	曲格庄组	QGZ-04	0.03
止凤庄组	ZFZ-03	0.06	水南组	SN-11	1.39	水南组	SN-28	1.10	曲格庄组	QGZ-05	0.03

地层	样品号	TOC(%)	地层	样品号	TOC(%)	地层	样品号	TOC(%)	地层	样品号	TOC(%)
瓦屋夼组	WWK-01	0.79	止凤庄组	ZFZ-04	0.09	水南组	SN-12	1.49	水南组	SN-29	0.27
瓦屋夼组	WWK-02	0.21	止凤庄组	ZFZ-05	0.20	水南组	SN-13	0.55	水南组	SN-30	0.28
瓦屋夼组	WWK-03	0.72	止凤庄组	ZFZ-06	0.25	水南组	SN-14	0.11	水南组	SN-31	0.13
瓦屋夼组	WWK-04	0.91	止凤庄组	ZFZ-07	0.05	水南组	SN-15	0.34	水南组	SN-32	0.15
瓦屋夼组	WWK-05	0.75	止凤庄组	ZFZ-08	0.05	水南组	SN-16	0.38	水南组	SN-33	0.17
瓦屋夼组	WWK-06	0.37	止凤庄组	ZFZ-09	0.09	水南组	SN-17	0.80	水南组	SN-34	0.09
瓦屋夼组	WWK-07	0.14	水南组	SN-01	0.68	水南组	SN-18	0.81	水南组	SN-35	0.13
瓦屋夼组	WWK-08	0.10	水南组	SN-02	0.26	水南组	SN-19	1.13	水南组	SN-36	0.13
瓦屋夼组	WWK-09	0.11	水南组	SN-03	1.75	水南组	SN-20	0.84	龙旺庄组	LWZ-01	0.05
瓦屋夼组	WWK-10	0.11	水南组	SN-04	0.87	水南组	SN-21	0.45	龙旺庄组	LWZ-02	0.06
瓦屋夼组	WWK-11	0.11	水南组	SN-05	0.16	水南组	SN-22	0.82	龙旺庄组	LWZ-03	0.04
瓦屋夼组	WWK-12	0.10	水南组	SN-06	0.16	水南组	SN-23	0.37	龙旺庄组	LWZ-04	0.04
瓦屋夼组	WWK-13	0.11	水南组	SN-07	0.58	水南组	SN-24	0.36	曲格庄组	QGZ-01	0.04
瓦屋夼组	WWK-14	0.11	水南组	SN-08	0.17	水南组	SN-25	0.85	曲格庄组	QGZ-02	0.05
止凤庄组	ZFZ-01	0.08	水南组	SN-09	1.00	水南组	SN-26	0.87	曲格庄组	QGZ-03	0.03
止凤庄组	ZFZ-02	0.08	水南组	SN-10	0.16	水南组	SN-27	0.26	曲格庄组	QGZ-04	0.03
止凤庄组	ZFZ-03	0.06	水南组	SN-11	1.39	水南组	SN-28	1.10	曲格庄组	QGZ-05	0.03

阶段	Mo	Cr	Zn	Cu	Ni	As	Co	U	V	Th	U/Th	Cu/Zn	V/Cr	Ni/Co
第I段	0.27~ 4.06 (1.11)	29.56~ 84.12 (58.60)	30.91~ 89.05 (60.88)	8.28~ 37.17 (22.92)	19.59~ 40.33 (29.72)	0.81~ 19.41 (4.06)	5.82~ 20.29 (12.19)	1.33~ 5.32 (2.69)	55.44~ 136.91 (82.9)	0.81~ 19.41 (4.06)	6.27~ 18.08 (11.95)	0.19~ 0.65 (0.38)	1.09~ 2.12 (1.48)	1.66~ 3.45 (2.56)
第Ⅱ段	0.43~ 98.41 (16.48)	38.20~ 102.93 (61.75)	35.34~ 304.25 (106.62)	17.41~ 65.57 (42.98)	16.66~ 67.96 (36.53)	1.57~ 60.85 (17.60)	7.63~ 39.45 (17.26)	1.11~ 16.80 (6.26)	70.68~ 183.47 (114.51)	1.57~ 60.85 (17.60)	3.75~ 33.19 (14.46)	0.13~ 0.99 (0.46)	1.31~ 3.28 (1.98)	1.30~ 3.36 (2.24)
第Ⅲ段	0.31~ 1.07 (0.57)	48.36~ 81.27 (62.90)	27.84~ 68.86 (50.69)	6.70~ 37.84 (14.58)	13.84~ 23.08 (18.32)	1.20~ 1.78 (1.54)	4.33~ 36.22 (13.44)	0.91~ 2.23 (1.58)	47.55~ 158.88 (88.69)	1.20~ 1.78 (1.54)	4.82~ 9.80 (7.31)	0.15~ 0.55 (0.27)	0.19~ 3.72 (0.91)	0.61~ 3.72 (2.20)

莱阳凹陷莱阳群黑色页岩氧化还原敏感微量元素特征与有机质富集的控制因素

Redox Sensitive Trace Element Compositions of the Shuinan Formation Black Shale in the Laiyang Sag: Controlling Factors of Organic Matter Enrichment

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[1]	韩刚, 张文婧, 黄清华, 孟元林. 松辽盆地晚白垩世青山口组缺氧事件层的地质地球化学特征[J]. 现代地质, 2012, 26(4): 741-746.
[2]	李娟, 于炳松, 刘策, 孙梦迪. 渝东南地区黑色页岩中粘土矿物特征兼论其对储层物性的影响——以彭水县鹿角剖面为例[J]. 现代地质, 2012, 26(4): 732-740.
[3]	崔彬. 白光宇. 郭红霞.. 从第32届国际地质大会看矿床学及相关学科的进展[J]. 现代地质, 2004, 18(4): 460-462.