石油勘探与开发 >

2023 , Vol. 50 >Issue 1: 51 - 64

DOI: https://doi.org/10.11698/PED.20220400

油气勘探

陆表海页岩沉积微相类型及微相分布模式——以川南地区五峰组—龙马溪组为例

  • 王红岩 , 1, 2 ,
  • 施振生 , 1, 2 ,
  • 孙莎莎 1, 2 ,
  • 赵群 1, 2 ,
  • 周天琪 1, 2 ,
  • 程峰 1, 2 ,
  • 拜文华 1, 2
展开
  • 1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083
  • 2.国家能源页岩气研发（实验）中心，河北廊坊 065007
施振生（1976-），男，安徽枞阳人，博士，中国石油勘探开发研究院高级工程师，主要从事碎屑岩沉积储集层研究。地址：北京市海淀区学院路20号北厂区1号楼，中国石油勘探开发研究院非常规研究所，邮政编码：100083。E-mail：

王红岩（1971-），男，江苏徐州人，博士，中国石油勘探开发研究院教授级高级工程师，主要从事页岩气等非常规油气勘探开发与基础理论研究工作。地址：北京市海淀区学院路20号，中国石油勘探开发研究院，邮政编码：100083。E-mail：

收稿日期: 2022-06-09

  修回日期: 2022-12-17

  网络出版日期: 2023-01-12

基金资助

中国石油天然气股份有限公司科技管理部“十四五”重大专项(2021DJ1901)

收起

Microfacies types and distribution of epicontinental shale: A case study of the Wufeng-Longmaxi shale in southern Sichuan Basin, China

  • WANG Hongyan , 1, 2 ,
  • SHI Zhensheng , 1, 2 ,
  • SUN Shasha 1, 2 ,
  • ZHAO Qun 1, 2 ,
  • ZHOU Tianqi 1, 2 ,
  • CHENG Feng 1, 2 ,
  • BAI Wenhua 1, 2
Expand
  • 1. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Beijing 100083, China
  • 2. National Energy Shale Gas R&D (Experiment) Center, Langfang 065007, China

Received date: 2022-06-09

  Revised date: 2022-12-17

  Online published: 2023-01-12

Fold

摘要

针对黑色页岩纹层和层理难识别、粒度难测定、生物遗迹不发育等难题，以川南地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组为例，综合大薄片全尺度成像、氩离子抛光片场发射扫描电镜分析和干酪根镜检等分析，揭示陆表海浑水沉积页岩的微相类型、特征及主要微相的沉积模式。结果表明：①陆表海浑水环境发育三角洲相、潮坪相和陆棚相，其中，三角洲前缘的水下分流河道和分流间湾微相，潮间坪的钙质坪和黏土坪微相，浅水陆棚亚相的钙质陆棚和黏土质陆棚微相，深水陆棚亚相的深水斜坡、深水平原和深水洼地微相，重力流沉积亚相的漫溢沉积微相均发育黑色页岩；②由近源端向盆地方向，页岩中粉砂纹层减少、泥纹层增加，颗粒粒度由以粗粉砂为主转变为以细粒泥为主，硅质含量由20%左右增加至大于55%，钙质和黏土矿物含量由大于40%降至10%左右，有机质类型由Ⅱ2型转变为Ⅱ1型和Ⅰ型；③物源和古地形控制页岩沉积微相类型与分布，物源供给充分区发育水下分流河道、分流间湾、黏土坪、黏土质陆棚、漫溢沉积等微相页岩，物源供给不足区发育钙质坪和钙质陆棚微相页岩，3级地形坡折将深水陆棚亚相页岩沉积区细分为深水斜坡、深水平原和深水洼地3种微相类型；④陆表海不同沉积微相页岩的形成与相对活跃的构造背景、温暖潮湿的古气候及快速上升的海平面密切相关，相对活跃的构造背景造成陆源碎屑供给增加，从而形成浑水细粒沉积，温暖潮湿的古气候有利于有机质的富集，快速上升的海平面有利于黑色页岩大面积分布。

关键词： 页岩气; 页岩; 沉积微相; 沉积模式; 陆表海; 深水陆棚; 五峰组; 龙马溪组; 川南地区; 四川盆地

本文引用格式

王红岩 , 施振生 , 孙莎莎 , 赵群 , 周天琪 , 程峰 , 拜文华 . 陆表海页岩沉积微相类型及微相分布模式——以川南地区五峰组—龙马溪组为例[J]. 石油勘探与开发, 2023 , 50(1) : 51 -64 . DOI: 10.11698/PED.20220400

Abstract

For black shales, laminae and bedding are hard to identify, grain size is difficult to measure, and trace fossils do not exist. Taking the Ordovician Wufeng - Silurian Longmaxi shale in southern Sichuan Basin, China, as an example, the types, characteristics and models of microfacies in epicontinental shale are analyzed by means of full-scale observation of large thin sections, argon-ion polishing field emission-scanning electron microscopy (FE-SEM), and kerogen microscopy. The epicontinental sea develops delta, tidal flat and shelf facies, with black shale found in microfacies such as the underwater distributary channel and interdistributary bay under delta front facies, the calcareous and clayey flats under intertidal flat facies, the calcareous and clayey shelfs under shallow shelf facies, the deep slope, deep plain and deep depression under deep shelf facies, and the overflow under gravity flow facies. Basinward, silty lamina decreases and clayey lamina increases, the grain size changes from coarse silt to fine mud, the silica content increases from about 20% to above 55%, the carbonate and clay minerals content decreases from above 40% to around 10%, and the kerogen type changes from type Ⅱ2 to type Ⅱ1 and type Ⅰ. Provenance and topography dominate the types and distribution of shale microfacies. The underwater distributary channel, interdistributary bay, clayey flat, clayey shelf, and overflow microfacies are developed in areas with sufficient sediment supply. The calcareous flat and calcareous shelf are developed in areas with insufficient sediment supply. The deep shelf shale area is divided into deep slope, deep plain, and deep depression microfacies as a result of three breaks. The formation of epicontinental shale with different microfacies is closely related to the tectonic setting, paleoclimate, and sea level rise. The relatively active tectonic setting increases the supply of terrigenous clasts, forming muddy water fine-grained sediment. The warm and humid paleoclimate is conducive to the enrichment of organic matter. The rapid sea level rise is helpful to the widespread black shale.

Key words： shale gas; shale; microfacies; sedimentary model; epicontinental; deep shelf; Wufeng Formation; Longmaxi Formation; southern Sichuan Basin; Sichuan Basin

0 引言

陆表海是指位于大陆内部或陆棚内部的、低坡度的（底形坡度一般小于0.1°）、范围广阔的（延伸可达几百至几千千米）、水深很浅的（水深一般只有几十米）浅海[1]。陆表海存在以碳酸盐沉积为主的清水沉积作用和以细粒碎屑岩沉积为主的浑水沉积作用两种模式[2]。奥陶纪至志留纪，上扬子陆表海广泛发育。晚奥陶世之前，上扬子地区以清水碳酸盐台地沉积为主[3]；晚奥陶世—早志留世，由于构造活动和火山喷发等影响[4-5]，陆源碎屑供给增加[6]，上扬子地区转变为浑水细粒碎屑岩沉积作用，形成厚达500 m的上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组黑色页岩。该套页岩由于具有高总有机碳（TOC）含量、高含气量、高生物成因硅含量、有机孔发育、层理[7]及微裂缝[8]发育等特征而成为页岩气勘探开发的重点层系。该套页岩储集层的矿物组成、层理类型及TOC含量特征受沉积相控制[9]。针对五峰组—龙马溪组的沉积相，前人开展了大量工作。目前，学术界普遍认为，该套页岩可划分出陆棚相和潮坪相等[10⇓-12]，陆棚相可细分出浅水陆棚和深水陆棚2个亚相[10,13⇓⇓⇓ -17]。页岩沉积时期，全球气候温暖潮湿[18-19]，全球海平面快速上升[20-21]，盆地水体以平流为主[22-23]，整体处于缺氧硫化环境[24-25]，沉积物供给速率低[6-7]。然而，与粗碎屑岩和碳酸盐岩相比，页岩因为粒度细、纹层和层理识别难度大、古生物遗迹不发育等原因[26]，造成五峰组—龙马溪组沉积微相细分及编图难以开展，严重制约了页岩气资源评价和有利区带分布预测。针对该难题，本文通过大薄片偏光显微镜纹层和层理识别、氩离子抛光片扫描电镜粒度分析、干酪根镜检有机质类型分析和X-衍射全岩矿物组成分析等，细分沉积微相类型，建立各沉积微相典型图版。以此为基础，创新采用单因素分析多因素综合编图方法[27]，明确各沉积微相平面分布及沉积微相分布模式。

1 地质背景

上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组沉积于华南盆地消亡和华南造山带形成时期[28⇓-30]。受广西运动影响，扬子陆块与华夏陆块发生汇聚[31]，扬子地区东南和江南盆地在寒武纪末相继隆升，扬子地区也由被动大陆边缘盆地转化为前陆盆地[19,28]。早—中奥陶世，扬子地区主要发育碳酸盐台地沉积[19,32]。晚奥陶世，扬子地区主要发育碎屑岩-碳酸盐岩混积台地沉积和碳酸盐缓坡沉积[10]。奥陶纪—志留纪，全球海平面快速上升，古陆大规模隆升[4]。该时期，上扬子地区由南向北依次发育黔中隆起、武夷—云开隆起、雪峰隆起、乐山—龙女寺古隆起和汉南古陆，前隆之间为中上扬子隆后盆地（见图1a），沉积环境主要为浅海深水盆地[33]。志留纪早期，南东方向挤压作用增强，中上扬子地区不断抬升，乐山—龙女寺古隆起逐渐扩大，海域缩小海水变浅，沉积分异作用加剧。该时期，中上扬子地区夹持在乐山—龙女寺古隆起和黔中—雪峰古隆起之间，以半闭塞滞流海盆沉积为主[4,34]。
图1 研究区位置、早古生代中晚期沉积背景（a）及地层综合柱状图（b）[34⇓-36]
川南地区位于中国南方上扬子地台西南缘，主要指大凉山以东、乐山—龙女寺古隆起龙马溪组剥蚀线以南、华蓥山以西、黔北凹陷以北的区域[35]，面积约为4×104 km2（见图1a）。研究区内五峰组—龙马溪组页岩大面积发育，厚度约0~500 m，时代归属为晚奥陶世—早志留世[36]。五峰组与下伏上奥陶统宝塔组瘤状灰岩呈平行不整合接触（见图1b），根据岩性、电性和笔石特征，可划分为2个不同的岩性段。下部岩性段对应笔石带WF1—WF3，主要为大套黑色页岩，间夹多套薄层火山灰沉积层；上部岩性段对应笔石带WF4，主要由介壳灰岩组成，富含赫南特贝动物群化石[37]。龙马溪组与五峰组整合接触，可细分为龙一段（对应笔石带LM1—LM8）和龙二段（对应笔石带LM9）[36,38]。其中，龙一段细分为龙一1亚段（对应笔石带LM1—LM5）和龙一2亚段（对应笔石带LM6—LM8），龙一1亚段进一步细分为龙一11（对应笔石带LM1）、龙一12（对应笔石带LM2—LM3）、龙一13（对应笔石带LM4）和龙一14小层（对应笔石带LM5）4个小层。龙一段主要由黑色、灰黑色薄层状页岩或块状页岩组成，其中，龙一1亚段TOC值高、含气性好、纹层和微裂缝发育[8-9]，是目前页岩气勘探开发的优质页岩段；龙二段由灰绿色、黄绿色页岩组成，有时夹粉砂岩或泥质灰岩。龙二段由下至上砂质含量增加，构成向上变粗沉积序列。
五峰组—龙马溪组沉积时期，川南地区北部发育乐山—龙女寺古隆起，南部发育黔中—雪峰古隆起，页岩地层由沉积中心向南北两侧上超尖灭。乐山—龙女寺古隆起向南发育3大地形坡折。地形坡折1之上，古地形较为平缓；地形坡折1和地形坡折2之间，地势较陡，地层快速上超尖灭；地形坡折2和地形坡折3之间，地势平缓；地形坡折3之下，地貌上表现为一洼形区域[39]。

2 样品资料与研究方法

2.1 样品资料及分析步骤

研究层位是五峰组—龙一1亚段，研究资料涉及215口钻井（包括元素测井数据、常规测井数据、岩性录井数据及分层数据）和3条露头剖面。其中，19口钻井（自201、自203、足206、足208、威201、威202、威206、威210、宁211、宁212、宁218、黄206、阳101H3-8、YS201、YS207、洞201、泸202、泸208、黄203）和3条露头剖面（秀山大田坝、华蓥三百梯、长宁双河）开展了系统的分析化验（分析项目包括常规薄片125块、大薄片60块、氩离子抛光片60块、X-衍射全岩分析200块和干酪根镜检分析60块），所有分析都在中国石油勘探开发研究院实验中心开展。
研究分4个步骤：①系统开展岩心描述和露头观察，明确黑色页岩的岩性及夹层特征、颜色、纹层及层理、微裂缝发育特征等，从而初步确定沉积微相；②通过常规薄片、大薄片、氩离子抛光片、X-衍射全岩及干酪根镜检等分析，建立各沉积微相的标准特征图版，进一步明确沉积微相类型及特征；③采用单因素分析多因素综合作图法[24]，编制页岩厚度图、硅质含量等值线图、钙质含量等值线图、黏土矿物含量等值线图及U/Th值等值线图，综合分析确定沉积微相平面分布；④结合研究区构造背景、古物源、古气候等研究成果，建立黑色页岩沉积微相模式。

2.2 纹层和层理识别

纹层和层理识别借助于大薄片全尺度成像，大薄片尺寸为5 cm×7 cm×30 μm。选用德国Leica4500P显微高精度数字平台开展全薄片照相，每张大薄片一共采集图像3 200张。图像采集完成后，利用Adobe Photoshop CS5及以上版本图形处理软件在高配制工作站上对采集的3 200张图像开展无缝拼接，从而完成全薄片图像采集。完成全薄片图像采集后，通过判断纹层、纹层组和层系之间的关系识别层理类型及特征。

2.3 页岩粒度分析

粒度分析采用氩离子抛光片扫描电镜分析，分析过程包括氩离子抛光片制作、图像采集与粒径统计等步骤。图像采集选用携带冷排放的 Hitachi场发射扫描电镜，并配备二次电子探针和X-射线能谱仪（EDS）。扫描电镜放大倍数为2 500倍左右（单张照片显示比例尺为50 μm）。选用典型的扫描电镜照片2~3张，用北京大学Nano Measurer 1.2软件分别测量不同类型矿物粒径50~100颗，并统计其粒度分布及平均粒径。

3 沉积相类型及特征

综合页岩矿物组成、粒度、纹层和层理、有机质类型等特征，识别出三角洲相、潮坪相和陆棚相3种沉积相类型（见表1）。
表1 川南地区五峰组—龙一1亚段含气页岩沉积相类型及细分
相组 沉积相 亚相 微相 分布位置 典型井/剖面
海陆过渡相组 三角洲相 三角洲前缘 水下分流河道、分流间湾 地形坡折1之上 宝1井、YS201井、YS207井
潮坪相 潮间坪 钙质坪、黏土坪 平均高潮线—正常浪基面 秀山大田坝、宝1井
海相组 陆棚相 浅水陆棚 钙质陆棚、黏土质陆棚 正常浪基面—地形坡折1 威231、YQ1、YQ3、YS128
深水陆棚 深水斜坡 地形坡折1—地形坡折2 威232、自207、足201、丁山1
深水平原 地形坡折2—地形坡折3 荣202、泸211、宁210、黄202
深水洼地 地形坡折3之下 泸208、宁211、长宁双河、太和1
重力流沉积 漫溢沉积 地形坡折1之下 宁219、宁240、威205、黄205

3.1 三角洲相

三角洲相位于地形坡折1之上（见图2），研究区发育三角洲前缘亚相，可细分为三角洲前缘水下分流河道和分流间湾2个微相，宝1井、YS201井和YS207井均有钻遇。三角洲前缘处于富氧环境中（U/Th值0.66），受陆源影响大，页岩粒度粗、陆源碎屑含量高、TOC值低（见表2）。
图2 川南地区乐山—龙女寺古隆起南侧五峰组—龙一1亚段页岩沉积古地形及微相划分（据文献[39]修改）
表2 川南地区五峰组—龙一1亚段含气页岩不同沉积微相特征
沉积相带 颗粒组成（含量） 矿物含量/
%		 沉积构造 干酪根类型 U/Th值 地形坡降/
（m·km-1）
相 亚相 微相
三角洲 三角洲
前缘		 水下分流河道 粗粉砂（>30%） 方解石+白云石含量大于40% 透镜状层理粒序层理 Ⅱ1型、Ⅱ2型 0.66 0.25
分流间湾 粗粉砂（<30%）
细粉砂（>50%）		 黏土矿物含量大于40% 块状层理
潮坪相 潮间坪 钙质坪 细粉砂（>95%） 方解石+白云石含量大于40% 波状层理、
小型交错层理、粒序层理		 Ⅱ1型 0.35 0.25
黏土坪 黏土矿物含量大于50%
陆棚 浅水
陆棚		 钙质陆棚 细粉砂（90%~95%） 方解石+白云石含量为
30%~40%		 砂泥互层型水平层理 Ⅰ型 0.44 0.25
黏土质陆棚 黏土矿物含量大于50%
深水
陆棚		 深水斜坡 细粉砂（70%~90%） 方解石+白云石含量为
20%~30%		 砂泥互层型水平层理、
砂泥递变型水平层理		 Ⅰ型 0.77 0.5~1
深水平原 细粉砂（50%~70%） 方解石+白云石含量为
10%~20%		 书页型水平层理、
砂泥递变型水平层理		 Ⅰ型 1.32 <0.1
深水洼地 细粒泥（>50%） 硅质含量大于55% 书页型水平层理 Ⅰ型 1.44 0.3~0.7
重力流
沉积		 漫溢沉积 细粒泥（>50%） 黏土矿物含量
大于35%		 正粒序构造、变形构造、
冲刷—充填构造、递变层理、
波状层理和水平层理		 Ⅰ型 1.32
①水下分流河道微相以方解石和白云石（含量大于40%）、石英（含量大于30%）和黏土矿物（含量大于20%）为主，含有少量斜长石和钾长石。岩心呈灰色—灰黑色，发育透镜状层理和粒序层理。以粗粉砂和细粉砂为主，粗粉砂含量大于30%，粗粉砂和细粉砂呈悬浮状混杂堆积于细粒泥中（见图3a）。粗粉砂和细粉砂主要为方解石、白云石、碎屑石英、斜长石和黏土矿物。扫描电镜下，页岩整体呈颗粒支撑结构（见图4a），其中，方解石呈灰白色，白云石呈浅灰白色，二者均呈棱角状—次棱角状，粒径21~93 μm（平均57 μm），多呈分散状分布，局部呈层状分布；碎屑石英呈灰色，棱角状—次棱角状，粒径24~78 μm（平均59 μm），分散状分布；黏土矿物主要呈片状、条带状，粒径35~95 μm（平均为55 μm）。
图3 川南地区五峰组—龙一1亚段不同沉积微相页岩普通薄片特征

（a）水下分流河道，混杂堆积，YS201井，2 764.02 m，正交偏光；（b）潮坪相，颗粒支撑结构，秀山大田坝，正交偏光；（c）浅水陆棚，颗粒支撑结构，正粒序，自203井，3 006.76 m，正交偏光；（d）深水斜坡，颗粒支撑结构，足206井，4 275.10 m，正交偏光；（e）深水平原，杂基支撑结构，泸208井，3 840.77 m，正交偏光；（f）深水洼地，细粒泥为主，华蓥山三百梯，正交偏光

图4 川南地区五峰组—龙一1亚段不同沉积微相页岩扫描电镜特征

（a）三角洲前缘，腐泥组零星分布，秀山大田坝；（b）潮坪相，秀山大田坝，第8层；（c）浅水陆棚亚相，颗粒支撑结构，威210井，3 228.70 m；（d）深水斜坡页岩，威206井，3 753.86 m；（e）深水平原，腐泥组呈分散状，镜质组呈小型片状，宁211井，2 350.25 m；（f）深水洼地页岩，黄206井，4 355.50 m；（g）重力流沉积，有机质呈分散状分布，威210井，3 248.91 m；（h）重力流沉积，有机质呈分散状分布，阳101H3-8井，3 747.18 m；（i）重力流沉积，有机质呈分散状分布，宁211井，2 321.05 m

②分流间湾微相页岩以黏土矿物（含量大于40%）、石英（含量大于30%）、方解石和白云石（含量大于20%）为主，岩心呈灰黑色，发育薄层状和块状层理，页岩颗粒以细粉砂为主（含量大于50%）。扫描电镜下，分流间湾页岩黏土矿物颗粒、方解石和白云石、碎屑石英等呈混杂堆积。其中，黏土矿物呈片状、条带状（平均粒径43 μm），方解石和白云石呈棱角状—次棱角状（平均粒径29 μm），碎屑石英也呈棱角状—次棱角状（平均粒径27 μm）。
三角洲前缘水下分流河道和分流间湾页岩有机质均以Ⅱ1型和Ⅱ2型干酪根为主，腐泥组含量偏低。由三角洲前缘近端向远端方向，腐泥组含量增加。

3.2 潮坪相

潮坪相位于平均高潮线与正常浪基面之间（见图2），研究区发育潮间坪亚相，可细分为钙质坪和黏土坪2个微相，秀山大田坝剖面和宝1井均有钻遇。该相带地形坡降小（小于0.25 m/km），水体含氧量高（U/Th值为0.35），陆源影响较小，TOC含量低、碳酸盐或黏土矿物含量高、粒度较粗（见表2）。
①钙质坪以方解石和白云石（含量大于40%）、石英（20%~30%）和黏土矿物（含量小于20%）为主，岩心多呈灰黑色块状。页岩以细粉砂为主（含量大于95%），颗粒支撑结构（见图3b），局部见准同生方解石基底式胶结（见图4b）。扫描电镜下，石英呈棱角状—次棱角状，粒径10.90~38.79 μm，平均为23.9 μm；方解石呈棱角状—次棱角状，平均为26.2 μm；白云石呈棱角—次棱角状，平均为22.7 μm；黏土矿物呈长条状，粒径为11.6~58.1 μm，平均为27.2 μm。
②黏土坪以黏土矿物（含量大于50%）、石英（20%~30%）、方解石和白云石（含量小于20%）为主，其他特征与钙质坪相似。
钙质坪和黏土坪均发育小型交错层理（见图5a）、波状层理（见图5b）和粒序层理。有机质以壳质组为主，含量可达95%，不含腐泥组，为Ⅱ1型干酪根。五峰组—龙马溪组页岩中，钙质坪发育于五峰组和龙一1亚段下部，而黏土坪发育于龙一1亚段上部。
图5 川南地区五峰组—龙一1亚段不同沉积微相页岩层理特征

（a）秀山大田坝，潮坪相页岩，小型交错层理；（b）秀山大田坝，潮坪相，小型波状层理；（c）威202井，2 570.09 m，浅水陆棚页岩，砂泥互层型水平层理；（d）威202，2 573.80 m，浅水陆棚亚相，小型正粒序层理；（e）长宁双河剖面，龙马溪组，深水斜坡页岩，砂泥互层型水平层理；（f）长宁双河剖面，龙马溪组，深水斜坡页岩，砂泥递变型水平层理；（g）自201井，3 668.80 m，深水平原页岩，书页型水平层理；（h）宁211井，2 342.05 m，深水洼地页岩，书页型水平层理；（i）阳101H3-8井，3 783.40 m，深水洼地页岩，书页型水平层理

3.3 陆棚相

陆棚相发育于正常浪基面之下（见图2），根据地形坡折划分为浅水陆棚和深水陆棚2个亚相。

3.3.1 浅水陆棚

浅水陆棚亚相位于正常浪基面与地形坡折1之间（见图2），威231井、YQ1井、YQ3井和YS128井均有钻遇。该位置地形坡降小于0.25 m/km，水深较浅，水体富氧（U/Th值0.44），陆源碎屑供给少，页岩钙质含量高、粒度较粗（见表2）。根据页岩矿物组分特征，该亚相可细分出钙质陆棚和黏土质陆棚2个微相，钙质陆棚页岩方解石和白云石含量高，而黏土质陆棚页岩黏土矿物含量高。
①钙质陆棚以方解石和白云石（含量30%~40%）、黏土矿物（含量20%~30%）和石英（含量20%~30%）为主，含有少量斜长石，细粉砂含量大于90%，整体呈颗粒支撑结构（见图3c）。扫描电镜下，方解石形态不规则（见图4c），边缘多发生溶蚀，粒径为6.7~24.6 μm（平均17.5 μm）；白云石多呈浅灰色菱形，周边常发生方解石化，内部发育溶蚀孔隙，粒径为5.5~26.7 μm（平均16.4 μm）；石英多呈粒状，粒径为12.6~34.4 μm（平均12.6 μm），少数可达42 μm；黏土矿物以伊利石为主（平均含量68%），含少量高岭石（含量19%）、绿泥石（含量9%）和伊/蒙混层（含量4%）。发育砂泥互层型水平层理（见图5c），局部可见小型正粒序层理（见图5d）。
②黏土质陆棚以黏土矿物（含量大于50%）为主，方解石和白云石含量较少。扫描电镜下，黏土矿物以伊利石为主，平均粒径25.6 μm。黏土质陆棚发育砂泥互层型水平层理，局部可见小型正粒序层理。
浅水陆棚页岩有机质为Ⅰ型干酪根，腐泥组含量可达95%。

3.3.2 深水陆棚

深水陆棚亚相位于地形坡折1之下（见图2），发育深水斜坡、深水平原和深水洼地3个微相。
①深水斜坡微相位于地形坡折1和地形坡折2之间（见表1、图2），威232井、自207井、足201井和丁山1井均有钻遇。该位置水体还原性强（U/Th值0.77），地形坡降0.5~1.0 m/km，沉积物容易滑塌形成重力流沉积（见表2）。
深水斜坡页岩以石英（30%~40%）、方解石和白云石（20%~30%）及黏土矿物（20%~30%）为主，含有少量斜长石。以细粉砂和细粒泥为主，细粉砂含量大于70%，整体呈颗粒支撑结构（见图3d）。细粉砂主要为石英、白云石、方解石和黏土矿物，含有少量斜长石和黄铁矿。扫描电镜下（见图4d），石英粒径为3.89~11.04 μm（平均值6.75 μm）；白云石多呈菱形，被方解石环边交代，粒径4.43~32.37 μm（平均值8.92 μm）；方解石多为不规则状，粒径5.35~16.49 μm（平均值9.25 μm）；黏土矿物颗粒多呈碎片状，平均粒径14 μm。细粒泥主要为自生微晶石英，粒径小于4 μm。深水斜坡页岩发育砂泥互层型水平层理（见图5e）和砂泥递变型水平层理（见图5f）。相对于浅水陆棚页岩，深水斜坡页岩粉砂纹层含量减少，泥纹层含量增加。有机质主要为Ⅰ型干酪根，腐泥组含量达95%。
②深水平原微相位于地形坡折2和地形坡折3之间（见图2），荣202井、泸211井、宁210井和黄202井均有钻遇。该位置水体厌氧（U/Th值1.32），地形坡降小于0.1 m/km，水动力条件稳定（见表2）。
深水平原页岩以石英（40%~55%）、黏土矿物（20%~30%）、方解石和白云石（10%~20%）为主，含有少量的斜长石和钾长石。页岩粒度以细粉砂和细粒泥为主，细粉砂含量大于50%，整体呈杂基支撑（见图3e）。细粉砂颗粒主要为石英、方解石、白云石和黏土矿物，含有少量斜长石。扫描电镜下，石英呈灰色颗粒状，平均粒径7.6 μm；方解石颗粒多为灰白色不规则状颗粒（见图4e），粒径为5.17~20.62 μm（平均10.23 μm）；白云石颗粒多为菱形，周缘被方解石环边交代，粒径为5.39~22.23 μm（平均13.83 μm）。细粒泥粒径小4 μm，主要为微晶石英。深水平原页岩发育书页型水平层理（见图5g），局部见砂泥递变型水平层理。随着水体加深，页岩中粉砂纹层含量减少。有机质腐泥组含量94%~98%，为Ⅰ型干酪根（见表2）。
③深水洼地微相位于地形坡折3之间以下（见图2），泸208井、宁211井、太和1井和长宁双河剖面均有钻遇。该位置水体厌氧（U/Th值为1.44），地形坡降0.3~0.7 m/km，水深大，陆源碎屑影响小。
深水洼地页岩以石英（含量大于55%）、方解石和白云石（含量10%~20%）及黏土矿物（含量10%~20%）为主。页岩粒度以细粒泥为主（含量大于50%）（见图3f）。矿物组成主要为自生石英，粒度为1~3 μm、圆—次圆状，呈单个颗粒或集合体状（见图4f）。细粉砂颗粒主要为方解石，含有少量白云石、石英和黏土矿物。深水洼地页岩发育书页型水平层理（见图5h、图5i）。有机质为Ⅰ型干酪根，腐泥组含量100%。

3.3.3 重力流

宁219井、宁240井、威205井和黄205井均钻遇重力流沉积，多发育于深水斜坡位置（见图2），由泥质沉积滑塌形成（见表2）。
重力流沉积以细粉砂和细粒泥为主，杂基支撑（见图6a），细粒泥含量大于50%。偏光显微镜下，细粉砂颗粒主要为石英、黏土矿物和方解石，含有少量白云石，黏土矿物累积含量大于35%。扫描电镜下（见图4g—图4i），石英呈灰色颗粒状，粒径为5.48~26.72 μm（平均10.34 μm）。黏土矿物呈浅灰色条带状或碎屑状顺层分布，粒径5.49~32.47 μm（平均13.07 μm）。方解石颗粒多为灰白色不规则状，粒径为4.97~14.35 μm（平均8.77 μm）。细粒泥主要为自生石英，粒度为1~3 μm、圆—次圆状，呈单个颗粒或集合体状。重力流沉积页岩较深水斜坡页岩粒度细，表明沉积物可能来源于浅水陆棚亚相，具有远源浊流沉积的特点。重力流沉积中常发育正粒序构造（见图6a）、变形构造（见图6b）、冲刷-充填构造（见图6c）、递变层理（见图6d）、波状层理（见图6e）和水平层理（见图6f）等。有机质为Ⅰ型干酪根（见表2），腐泥组含量为95%~99%，含有少量镜质组。
图6 页岩大薄片照片展示川南地区五峰组—龙一1亚段重力流沉积特征

（a）杂基支撑结构，正粒序层，黄203井，3 756.64 m；（b）变形构造，自203井，2 983.40 m；（c）冲刷-充填构造，威201井，1 497.35 m；（d）递变层理，宁212井，2 065.01 m；（e）波状层理，阳101h3-8井，3 757.66 m；（f）水平层理，阳101H3-8井，3 759.27 m

五峰组—龙马溪组重力流以漫溢沉积为主，发育低密度碎屑流，可细分为涌浪状浊流和超循环浊流2种类型。涌浪状浊流分布于龙一1亚段顶部，以正粒序发育为特征，主要发育鲍马序列Ta上段→Tb→Tc段。超循环浊流分布于龙一1亚段中部以及底部，逆正粒序发育，其底部为水平纹层、中部为波状扰动层理、上覆水平纹层，常常发育鲍马序列Tb→Tc→Td序列。

4 沉积相分布

4.1 单井沉积相分析

单井相分析是沉积相划分的基础，也是开展连井相分析和平面相分析的前提。本文以威202井和泸206井为例，进行单井相分析（见图7）。
图7 川南地区威202井（a）和泸206井（b）五峰组—龙一段沉积微相分析

4.1.1 威202井

威202井位于威远地区，完钻层位为宝塔组，钻遇的五峰组—龙一段厚约49.5 m，深度范围2 532.4~2 582.0 m。五峰组与底部宝塔组平行不整合接触，与龙马溪组平行整合接触（见图7a）。
五峰组深度范围2 574~2 582 m，除顶部0.5 m为生物碎屑灰岩外，均为黑色页岩。底部2 578.5~2 582.0 m为深水洼地沉积，硅质含量高（平均74.2%）、黏土矿物（平均14.2%）和碳酸盐矿物（平均5.6%）含量低、粒度细（平均小于3.9 μm）。该段发育书页型水平层理，TOC平均值为2.6%，有机质以Ⅰ型干酪根为主。中部2 574.0~2 578.5 m为深水平原—深水洼地沉积，碳酸盐含量（平均28.1%）升高，黏土矿物含量（平均25.7%）增加，硅质含量（平均41.5%）降低，粒度变粗（平均小于12.7 μm）。该段粉砂纹层含量增加，砂泥递变型和书页型水平层理发育，TOC平均值为1.9%，有机质以Ⅰ型干酪根为主。
龙一1亚段深度为2 560~2 574 m，均为黑色页岩。井深2 571.5~2 574.0 m为深水洼地沉积，硅质平均含量为75.1%，黏土矿物平均含量为14.7%，碳酸盐平均含量为8.5%，页岩粒度细（小于3.9 μm），发育书页型水平层理，TOC平均值为9.4%，有机质以Ⅰ型干酪根为主。井深2 568.5~2 571.5 m为深水斜坡至深水平原沉积，硅质含量降低（平均45.3%），黏土矿物（平均23.2%）和碳酸盐（平均27.9%）含量增加，页岩粒度变粗（平均小于13.2 μm）。该段发育砂泥递变型水平层理，TOC平均值为4.3%，有机质以Ⅰ型干酪根为主。井深2 560.0~2 568.5 m为漫溢沉积，硅质含量为53.8%，黏土矿物含量为36.7%，碳酸盐含量为8.2%，平均粒度为9.6 μm，TOC平均值为3.4%。该段以Ⅰ型干酪根为主，发育递变层理和变形层理，黏土矿物含量超过35%。
龙一2亚段深度为2 537.4~2 560.0 m，均为黑色页岩。井深2 549.5~2 560.0 m为深水斜坡沉积，硅质含量为39%，黏土矿物含量为31%，碳酸盐含量为28.5%，粒度平均值为9.3 μm。该段TOC平均值为3.2%，有机质以Ⅰ型干酪根为主，发育砂泥互层型水平层理。井深2 537.4~2 549.5 m为黏土质浅水陆棚沉积，硅质含量为43.7%，黏土矿物含量为50.9%，碳酸盐含量为4.6%，平均粒度为17.5 μm。该层段TOC平均值为2.3%，有机质以Ⅰ型干酪根为主，砂泥互层型水平层理发育。

4.1.2 泸206井

泸206井位于泸州地区，完钻层位宝塔组，钻遇的五峰组—龙一1亚段厚约33.8 m，深度范围4 017.0~4 051.8 m。五峰组与底部宝塔组平行不整合接触，与龙马溪组平行整合接触（见图7b）。
五峰组深度范围4 040.8~4 051.8 m，除顶部0.5 m高灰质含量外，均为黑色页岩。底部4 046.2~4 051.8 m为漫溢沉积，黏土矿物平均含量为42.5%，颗粒平均粒度为12.5 μm。该段发育正粒序层理，TOC值平均为1.3%，有机质以Ⅰ型干酪根为主。中部4 041.3~4 046.2 m为深水平原—深水洼地沉积，碳酸盐含量（平均13.4%）降低、黏土矿物含量（平均30.5%）降低、硅质含量（平均59.5%）增加、粒度变细（平均小于6.4 μm）。该段砂泥递变型和书页型水平层理发育，TOC平均值为2.6%，有机质以Ⅰ型干酪根为主。五峰组顶部0.5 m页岩中碳酸盐含量高，代表了钙质坪沉积环境。
龙一1亚段深度范围4 017.0~4 040.8 m，均为黑色页岩。井深4 031.5~4 040.8 m主要发育深水平原沉积，中间夹有2层漫溢沉积。该段硅质平均含量为58.5%，黏土矿物平均含量为29.2%，碳酸盐平均含量为12.7%，页岩平均粒度为6.5 μm，发育书页型水平层理，TOC平均值为4.2%，有机质以Ⅰ型干酪根为主。井深4 020.8~4 031.5 m为重力流沉积，硅质（平均52.3%）和碳酸盐（平均5.1%）降低，黏土矿物（平均49.2%）含量增加，页岩粒度变粗（平均小于13.5 μm）。该段递变层理和变形层理发育，TOC平均值为2.9%，有机质以Ⅰ型干酪根为主。井深4 017.0~4 020.8 m主要深水平原沉积，夹有薄层重力流沉积，硅质含量为52.8%，黏土矿物含量为43.2%，碳酸盐含量为16.7%，平均粒度为8.9 μm，TOC平均值为2.3%。该段以Ⅰ型干酪根为主，发育书页型水平层理。

4.2 连井相分析

以单井相分析为基础，利用连井相对比法，综合确定沉积微相规模，分析沉积微相的横向变化规律。以过王家1—足206—荣203—泸208—黄205—江页探1等井为例，开展连井相分析（见图8）。
图8 川南地区王家1井—江页探1井五峰组—龙一1亚段连井沉积微相对比（GR—自然伽马；Δt—声波时差）
连井剖面位于研究区中部，由北向南穿越川南地区，下伏地层为宝塔组，上覆地层为龙一2亚段。对比单元包括五峰组—龙一11—4小层。该剖面泸208井位置为沉积中心，向南、北南侧上超尖灭，北部的足206井缺失龙一11—2小层，王家1井缺失龙一11—3小层。
五峰组沉积时期，水深南深北浅，王家1井—足206井为潮坪沉积，荣203井为浅水陆棚沉积，而泸208井至江页探1井均为深水平原沉积。龙一11—2小层沉积时期，研究区均为深水洼地沉积。龙一13小层沉积时期，沉积中心位于泸208井和黄205井区，向南、北两侧水体逐渐变浅。其中，南部江页探1井和北部荣203井均为深水平原沉积，足206井为深水斜坡沉积。龙一14小层沉积时期，沉积中心仍位于泸208井区和黄205井区。该时期泸208井为深水洼地沉积，黄205井发育重力流沉积，南部江页探1井和北部足206井均发育深水斜坡沉积，王家1井发育浅水陆棚沉积。

4.3 沉积微相平面分布

研究系统编制五峰组—龙一1亚段的地形坡折分布图、碳酸盐含量等值线图、硅质含量等值线图、黏土矿物含量等值线图、粉砂岩含量等值线图和地层厚度平面分布图。以此为基础，在粉砂级颗粒含量大于50%地区划出水下分流河道微相；粉砂级颗粒含量为30%~50%地区划分出分流间湾；以黏土矿物含量大于50%为界，划出黏土坪；以硅质含量大于55%为界，划出深水洼地；以黏土矿物含量大于35%为界，划出重力流沉积。沉积微相编制过程中，充分考虑了3大地形坡折的分布和页岩厚度分布。
五峰组—龙一1亚段沉积时期，川南地区处于前陆盆地构造背景[37]，西北部发育乐山—龙女寺古隆起（见图9），南部发育黔中—雪峰古隆起，古隆起可划分为古隆起核部和古隆起斜坡区2个地貌单元[36]。五峰组—龙一1亚段在古隆起核部完全遭受剥蚀，在古隆起斜坡区发育相对完整。
图9 川南地区五峰组—龙一1亚段沉积微相平面分布图
乐山—龙女寺古隆起核部位于窝深1井—威201井—王家1井—华蓥三百梯一线西北，古隆起斜坡区向东南延伸至宜201—泸202—泸208—太和1井一线。黔中—雪峰古隆起核部位于昭通—昭103—昭101—遵义一线以南，古隆起斜坡部向北延伸至宁211—黄206—武隆黄草剖面一线。由古隆起核部至古隆起凹陷区，发育3大地形坡折。
川南地区发育三角洲相、潮坪相和陆棚相。三角洲相—潮坪相发育于黔中—雪峰古隆起边缘。其中，三角洲相分布于YS201井区、YS207井区和研究区东南部，由南向北进入盆地；潮坪相分布于三角洲相带之间，页岩中黏土矿物含量较高。陆棚相发育于古隆起斜坡区，分为浅水陆棚和深水陆棚2个亚相。深水陆棚发育于浅水陆棚前方，可细分为深水斜坡、深水平原和深水洼地3个微相。深水洼地发育于泸202井—宜201井—宁211井区、泸208井区和太和1井区，四周被深水平原和深水斜坡环绕。深水斜坡至深水平原位置地形坡降大，三角洲前缘发生滑动、滑塌，常形成重力流沉积。
受物源影响，川南不同地区沉积微相类型差异。其中，北部由于物源供给少，故页岩钙质含量较高，浅水陆棚亚相以钙质陆棚微相为主；南部由于物源供给充分，故潮坪相发育黏土坪微相，浅水陆棚亚相发育黏土质陆棚沉积微相。

4.4 陆表海页岩沉积微相分布模式

地质历史时期，陆表海沉积环境广泛分布，具有地形坡降小、水深浅、分布面积广等特征。在低陆源供给的条件下，陆表海以清水碳酸盐沉积为主；而陆源供给相对充分时，陆表海以浑水细粒碎屑岩沉积为主。五峰组—龙一1亚段形成于陆表海沉积环境（见图10），陆源供给较为充分，以黑色页岩沉积为主。
图10 川南地区五峰组—龙一1亚段陆表海页岩沉积相分布模式
陆表海细粒碎屑岩沉积环境以潮坪相和陆棚相沉积为主，在滨岸带有陆源输入的地区可形成三角洲相沉积，三角洲前缘滑塌可在深水斜坡位置形成重力流沉积。陆表海沉积环境中，由于地形起伏、物源性质差异、物质搬运路径变化等，不同沉积相带可细分出不同沉积亚相和微相。如，三角洲前缘位置分为水下分流河道和分流间湾2种微相，潮间坪可细分出钙质坪和黏土坪微相，浅水陆棚亚相可划分为钙质陆棚和黏土质陆棚，深水陆棚亚相可细分出深水斜坡、深水平原和深水洼地3种微相。
陆表海细粒碎屑岩沉积环境中，由滨岸带向沉积中心方向，由于物源供给减少及搬运距离的增加，页岩粒度由粗粉砂变为细粒泥，细粒泥含量逐渐增加。同时，页岩中的碳酸盐黏土矿物含量减少、硅质含量增加。
陆表海细粒碎屑岩沉积环境的形成与相对活跃的构造环境、温暖潮湿的古气候及快速上升的海平面密切相关。宝塔组形成过期，周缘板块构造活动稳定，陆源供给十分稀少，故扬子陆表海以清水沉积为主，碳酸盐台地大面积发育。从宝塔组进入五峰组形成时期，周缘板块构造活动增强，火山活动频繁，陆源碎屑供给增加，沉积物以清水沉积为主转变为以浑水沉积作用，从而形成了大套的细粒碎屑岩。五峰组—龙马溪组形成时期，川南地区整体处于热带—亚热带环境，气候温暖潮湿[6,20]，水体以平流为主[14]，水体含氧量低，故页岩有机质含量高[18]。该时期由于海平面快速上升，从而造成沉积物沉积速率较低（0.5~31.2 m/Ma[40]），黑色页岩大面积分布。

5 结论

陆表海浑水环境发育三角洲相、潮坪相和陆棚相，其中，三角洲前缘水下分流河道和分流间湾微相，潮间坪钙质坪和黏土坪微相，浅水陆棚亚相钙质陆棚和黏土质陆棚微相，深水陆棚亚相深水斜坡、深水平原和深水洼地微相，重力流沉积亚相漫溢沉积微相均发育黑色页岩。
由近源端向盆地方向，页岩中粉砂纹层减少、泥纹层增加，颗粒粒度由以粗粉砂为主转变为以细粒泥为主，硅质含量由20%左右增加至大于55%，钙质和黏土矿物含量由大于40%降至10%左右，有机质类型由Ⅱ2型转变为Ⅱ1型和Ⅰ型。
物源和古地形控制着页岩沉积微相类型与分布，物源供给充分区发育水下分流河道、分流间湾、黏土坪、黏土质陆棚、漫溢沉积等微相页岩，物源供给不足区发育钙质坪和钙质陆棚微相页岩，3大地形坡折将深水陆棚页岩划分为深水斜坡、深水平原和深水洼地3种微相类型。
陆表海不同沉积微相页岩的形成与相对活跃的构造背景、温暖潮湿的古气候及快速上升的海平面密切相关，相对活跃的构造背景造成陆源碎屑供给增加，从而形成浑水细粒沉积，温暖潮湿的古气候有利于有机质的富集，快速上升的海平面有利于黑色页岩大面积分布。

致谢

钻井资料均来自中国石油西南油气田公司，笔石鉴定和笔石带划分由中国科学院南京地质古生物研究所陈旭院士完成，马新华教授给予指导和帮助，中国石油勘探开发研究院王玉满高级工程师提供了多块露头样品、武瑾高级工程师一起开展了扫描电镜分析，在此一并表示感谢。

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