近年来,我国南方的页岩气勘探已在多个地区获得突破,但有效的页岩气资源勘探与评价技术仍处于探索阶段,面临的主要问题是资源评价和有效储集层的目标勘探问题。常规油气资源勘探是以有利构造的精细成像为目标,但对于页岩气勘探来说,仅知道页岩层的空间分布还不够,还需要通过总有机碳含量(TOC)等参数来实现页岩储集层的评价,因此研究有效的方法技术预测页岩储层的TOC含量和空间分布,具有重要价值。目前,TOC参数的获取只能通过钻井岩样的实验室测试分析和测井资料分析得到,还没有成熟的勘探和评价技术能用于对有利的页岩气储层的空间分布进行预测。富有机质泥页岩是形成泥页岩油气的主要岩石类型,而黄铁矿是富有机质沉积的特征矿物。地球物理中的复电阻率勘探方法获取的电极化率参数对黄铁矿具有很好的敏感性,可以考虑通过地面复电阻率勘探获得页岩储层的黄铁矿分布,结合区域沉积环境与沉积相分析以及黄铁矿与TOC含量的定量关系进而评价页岩储层的TOC含量,从而识别有利的页岩气目标层。本研究的目的是通过对黑色页岩样品的测试与分析,分析在不同沉积环境下页岩储层在形成和演化的过程中有机碳和黄铁矿含量的消长关系和影响因素,建立黑色页岩的TOC与黄铁矿含量的定量关系模型,为利用复电阻率法进行页岩气储层的识别与评价提供解释模型。本研究在鄂西—渝东地区的四个采样区采集了不同地质层位的黑色页岩露头样品,加工制作了可用于分析测试的样品共35块;通过地球化学分析分析测试了样品的矿物组分、主元素、微量元素、稀土元素、铁组分含量、有机碳碳同位素和黄铁矿硫同位素含量等的测量;进行了部分样品的宽频带复电阻率测量;获得了大量的实验数据。此外,还收集和引用了他人已公开的数据,扩展了实验数据的范围,验证和强化了研究结果的可信性。应用多种分析方法对实验数据进行了统计分析。基于黄铁矿粒径测量数据,采用三种方法进行氧化还原环境分析,不同方法分析的结果具有较好的一致性,说明应用黄铁矿粒径参数分析沉积环境是可行的。分析结果显示:志留系早期,分乡地区样品中草莓状黄铁矿粒径较其它区域偏大,沉积水体为微弱含氧—局部含氧的贫氧环境;石柱地区样品中草莓状黄铁矿粒径总体中等,沉积水体为缺氧环境,底部水域处于长期的无氧环境;郁山地区与石柱地区在地理位置上较为接近,但是样品中草莓状黄铁矿粒径较石柱地区小,沉积水体的环境与石柱地区类似;五峰地区样品中草莓状黄铁矿粒径总体较小,沉积水体环境为底部水域无氧的缺氧环境。寒武系早期分乡地区样品中草莓状黄铁矿粒径较小,沉积水体属于的缺氧或微弱硫化环境。利用地球化学分析数据对四个采样区的沉积环境进行了还原。分析结果表明,四个采样区在志留系早期和寒武系早期均有着较高的初级生产力,沉积水体为岩浆组分热水与正常海水的混合。除了寒武系早期分乡地区的氧化还原环境显示短期硫化的缺氧富铁环境外,志留系早期采样区均反映出缺氧富铁的特征,但每个采样区的氧化还原环境又略有不同。沉积物物源分析结果显示四个采样区在不同时期的物质来源有着一定的差异:志留系早期分乡地区、石柱地区和郁山地区沉积物质均来源于多个物源区,志留系早期五峰地区和寒武系早期分乡地区沉积物质则为单一物质来源;所有采样区在志留系早期或寒武系早期沉积物质的来源主要以中性—长英质或长英质物源为主;除了志留系早期五峰地区物质来源未受风化、搬运和分选的影响外,其余三个采样区物源均受风化、搬运和分选的影响。通过上述多种方法的综合分析认为,本研究采集的样品总体上可以分为缺氧环境和贫氧环境两类,按地区可以分为:宜昌分乡下志留为贫氧环境、下寒武为缺氧-弱硫化环境;下志留石柱和五峰采样区为缺氧环境、郁山为缺氧-极度贫氧环境;基于对测试资料的分析和研究,确立了有机质含量—初级生产力—沉积环境、有机质含量—碳、硫同位素—沉积环境—黄铁矿含量、TOC—黄铁矿含量—电极化率之间的相关性;确认不同沉积环境黑色页岩的TOC与黄铁矿含量的关系模型具有相同的数学形式,但模型参数分异明显;而在较大范围内的不同地区但相同沉积环境的样本模型参数差别不大。这表明在应用TOC—黄铁矿含量关系模型进行定量预测时,正确地判别沉积环境是至关重要的;采用多组分模型进行岩样复电阻率的反演与参数提取,获得了与页岩样品黄铁矿含量相关的电极化率参数。确认TOC—黄铁矿含量、TOC—电极化率、黄铁矿含量—电极化率具有非线性(指数)正相关性,且具有较高的相关度。初步建立了不同沉积环境下黄铁矿含量—TOC含量、黄铁矿含量—电极化率、TOC含量—电极化率之间的定量关系模型;得到了不同沉积环境下各关系模型的预测系数;应用所得到的关系模型和参数,由页岩气探井样品测得的电极化率参数进行TOC定量预测,预测结果与岩样实验室测得的和测井资料计算的TOC较一致,达到了预期的效果,说明应用极化率参数预测页岩储层的TOC含量是可行的。