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文章导读

前人对喜马拉雅造山带冈瓦纳地层的古沉积环境重建与物源示踪已开展系统性研究，然而针对尼泊尔低喜马拉雅带冈瓦纳页岩中有机质富集主控因素及其埋藏保存机制的研究仍存在显著薄弱环节。这一科学盲区不仅制约了该区烃源岩生烃潜力评价体系的完善，更阻碍了喜马拉雅构造隆升-古气候演化-有机质响应耦合关系的深入解析。来自中国矿业大学资源与地球科学学院桑树勋教授团队的Kumar Khadka博士在 Minerals 期刊发表了文章，通过系统分析尼泊尔低喜马拉雅地区Tansen与Surkhet地区多个中新生代地层单元的页岩-砂岩样品，开展综合地球化学与矿物学表征，重点解析其矿物组成与地球化学特征以厘定物源属性与古风化历史。借助岩相显微分析、X射线衍射 (XRD)、X射线荧光光谱 (XRF) 及电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS) 等技术，深化对页岩有机质富集机制的理解，为区域页岩储层评价提供关键科学依据。

图1. (a) 尼泊尔区域地质图；(b) 研究区Tansen地区地质图 (含采样点分布)；(c) 研究区Surkhet地区地质图 (含采样点分布)。

图2. 尼泊尔喜马拉雅不同冈瓦纳单元沉积-构造演化模式示意图：(a-d) 沉积环境与物源演化模式；(e) 构造演化模式：低喜马拉雅带内冈瓦纳与上冈瓦纳地层的空间配置及区域主控逆冲断裂系统，包括Ranimatta逆冲断层 (RT)、主中央逆冲断层 (MCT)、主边界逆冲断层 (MBT) 与主前缘逆冲断层 (MFT)。

研究过程与结果

1、样品采集与岩相划分：在Tansen与Surkhet地区系统采集24组页岩与砂岩样品，覆盖冈瓦纳 (二叠纪-白垩纪) 与上冈瓦纳 (古新世-中新世) 地层，基于岩性、沉积构造与层序界面划分沉积单元。

2、矿物学与地球化学分析：X射线衍射 (XRD)：定量测定黏土矿物 (伊利石、高岭石、绿泥石) 与非黏土矿物 (石英、斜长石) 的相对丰度，结合矿物蚀变指数 (MIA) 评估源区风化强度。X射线荧光光谱 (XRF)：分析主量元素 (SiO2、Al2O3、K2O等)，计算化学蚀变指数 (CIA) 与成分变异性指数 (ICV)，判别沉积环境与物源属性。电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS)：测定微量元素 (V、Cr、Ni) 与稀土元素 (REE)，利用V/Cr、Ni/Co、Eu/Eu*等指标重建古氧化还原条件。

3、有机地球化学表征：总有机碳 (TOC) 测定：采用红外碳硫分析仪 (CS230) 定量有机质丰度，结合镜质体反射率 (Ro%) 评估热成熟度。有机岩石学分析：通过偏光显微镜与荧光显微镜识别有机质显微组分 (镜质体、惰质体、壳质体)，明确有机质来源与保存状态。

4、构造-热史模拟：结合锆石裂变径迹与镜质体反射率数据，利用盆地模拟软件重建埋藏-抬升历史，关联构造事件与有机质成熟演化过程。

图3. (a) TiO2-Al2O3关系图；(b) TiO2-Zr关系图。

图4. 冈瓦纳与西瓦利克各单元页岩-砂岩构造判别图解：(a) La-Th-Sc三元图解；(b) Th-Sc-Zr/10三元图解构造背景分区：A：大洋岛弧；B：大陆岛弧；C：活动大陆边缘；D：被动大陆边缘。

研究总结

1、沉积环境对有机质保存的层级控制。

冈瓦纳页岩：陆相氧化环境导致有机质受陆源碎屑稀释与微生物降解双重影响。
上冈瓦纳页岩：间歇性缺氧浅海环境结合高沉积速率，形成低氧-弱水动力条件，黏土矿物通过表面吸附与孔隙封闭作用显著抑制有机质氧化。

2、喜马拉雅构造活动的双重效应。

热演化程度提升：印度-欧亚板块碰撞引发逆冲推覆，导致上冈瓦纳页岩快速埋深，热演化进入过成熟阶段，有效促进干气生成。
裂缝网络发育：构造挤压形成垂向与层间微裂缝，改善页岩储集空间与渗流能力，为页岩气富集提供运移通道。

3、物源-风化-矿物组合的协同机制。

上冈瓦纳沉积物源从中-酸性火成岩转变为喜马拉雅造山带碎屑岩，强烈化学风化促进伊利石-绿泥石组合生成，其高比表面积与阳离子交换能力增强有机质吸附效率。

创新点

1、提出“构造-沉积-矿物”三元控藏模型。首次系统揭示喜马拉雅造山带前陆盆地页岩有机质保存的主控机制：构造活动通过控制埋藏-热-生烃史 (热成熟度)、沉积环境 (氧化还原状态) 及物源风化 (黏土矿物组合)，三者协同决定有机质富集与转化效率。

2、建立上冈瓦纳页岩的“浅海间歇缺氧”沉积模式。突破传统认为深水缺氧是页岩有机质保存必要条件的认知，提出浅海环境在低沉积速率与黏土矿物保护的联合作用下，仍可实现有机质高效富集，为强构造带周缘盆地页岩气勘探提供新理论依据。

3、构建多指标耦合的物源判别体系。综合主量元素、微量元素与黏土矿物组成，构建适用于强构造改造区的物源示踪方法，明确喜马拉雅带隆升对沉积物组成的阶段性影响。

科学意义

本研究创新性地构建了前陆盆地页岩有机质富集的“构造-沉积-矿物”三元控藏模型，阐明喜马拉雅造山运动通过控制沉积环境、热演化过程与矿物组合，共同驱动上冈瓦纳页岩有机质的高效保存，为造山带前陆盆地页岩气资源评价提供了理论基础。

原文出自 Minerals 期刊

Khadka, K.; Sang, S.; Han, S.; He, J.; Baral, U.; Bhandari, S.; Mondal, D. Geochemical and Mineralogical Insights into Organic Matter Preservation in the Gondwana and Post-Gondwana Shale of the Lesser Himalayas, Nepal. Minerals 2025, 15, 63. https://doi.org/10.3390/min15010063

作者简介

桑树勋，中国矿业大学教授、博士生导师。入选享受国务院特殊津贴专家、教育部新世纪优秀人才计划、新疆维吾尔自治区“天池英才”特聘教授等。主要从事碳中和科学与工程 (全流程CCUS及CO₂地质封存、地质碳汇、甲烷开发利用与减排等方向)、地质能源与地质环境 (煤层气/煤系气等非常规天然气勘探开发、煤/油/气地质、沉积学及生态地质等方向) 领域教学研究工作。

韩思杰，中国矿业大学碳中和研究院副教授、硕士生导师。入选江苏省青年科技人才托举工程。主要从事煤基CO2地质封存与地质利用、煤系非常规天然气勘探开发等领域的教学科研工作。

Minerals 期刊介绍

期刊研究范围涵盖矿物学、矿物地球化学和年代学、经济矿物资源、矿物勘探、创新的采矿技术以及矿物加工等广泛领域。期刊现已被 SCIE、Scopus 等数据库收录。