王紅巖，施振生，孫莎莎

（1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.國(guó)家能源頁(yè)巖氣研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心，河北廊坊 065007）

0 引言

生物地層劃分、分布及儲(chǔ)集層品質(zhì)研究是確定優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)集層段的關(guān)鍵。晚奧陶世至早志留世海洋中，筆石生物大量繁盛，因其種類多、分布廣、演化快等特征而成為四川盆地及周緣生物地層研究的標(biāo)準(zhǔn)化石[1]。過去幾十年內(nèi)，針對(duì)上揚(yáng)子地區(qū)奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組的筆石帶劃分[2-3]、不同筆石帶的分布[3]、筆石帶形成的沉積環(huán)境及古地理背景[4]、筆石的頁(yè)巖氣意義[5]、五峰組—龍馬溪組的巖性地層劃分對(duì)比[6-7]、筆石帶形成的古水體氧化—還原條件[8]等方面開展了系統(tǒng)研究。前人認(rèn)為，上揚(yáng)子地區(qū)五峰組—龍馬溪組可劃分為龍一段和龍二段，其中龍一段可進(jìn)一步劃分為2個(gè)亞段和4個(gè)生產(chǎn)小層[6]。五峰組—龍馬溪組主要發(fā)育13個(gè)筆石帶，其中五峰組發(fā)育4個(gè)筆石帶，龍馬溪組發(fā)育 9個(gè)筆石帶。筆石地層主要形成于貧氧—厭氧的水體環(huán)境，氣候相對(duì)溫暖潮濕[8]。筆石頁(yè)巖主要分布于重慶—川滇、馬邊—西昌、大巴山前緣等地區(qū)[3]。

然而，四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組生物地層研究仍存在以下 3個(gè)問題：①五峰組—龍馬溪組不同筆石帶的筆石詳細(xì)組成、頁(yè)巖巖性和電性特征、頁(yè)巖平面分布；②五峰組—龍馬溪組不同筆石帶的礦物成分、總有機(jī)碳含量（TOC）和紋層特征；③五峰組沉積期—龍馬溪組沉積期不同筆石帶頁(yè)巖儲(chǔ)集層品質(zhì)差異性機(jī)理。這 3個(gè)問題的解決，不僅是全區(qū)年代地層劃分對(duì)比的關(guān)鍵，更是確定頁(yè)巖氣勘探開發(fā)優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段基礎(chǔ)。本文重點(diǎn)分析四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組筆石帶組成、頁(yè)巖巖性和電性特征、頁(yè)巖平面分布，并初步探討不同筆石帶頁(yè)巖形成背景、成因及儲(chǔ)層特征差異性成因。

1 地質(zhì)背景

四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組發(fā)育（見圖1）。五峰組下部為大套黑色頁(yè)巖，夾多層薄層火山灰沉積層；上部為灰?guī)r或泥灰?guī)r，赫南特貝動(dòng)物群化石豐富[9]。龍馬溪組下部為黑色、灰黑色薄層狀頁(yè)巖或塊狀頁(yè)巖，紋層結(jié)構(gòu)和裂縫發(fā)育[10-11]；上部為灰綠色、黃綠色頁(yè)巖及砂質(zhì)頁(yè)巖，有時(shí)夾粉砂巖或泥質(zhì)灰?guī)r，由下至上砂質(zhì)含量增加，自下而上構(gòu)成向上變粗沉積序列。

圖1 四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組展布及資料點(diǎn)分布

四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組形成于華夏地塊與揚(yáng)子地塊相互碰撞階段[12]。中奧陶世之后，揚(yáng)子板塊進(jìn)入前陸盆地構(gòu)造演化階段，四川盆地及周緣為揚(yáng)子前陸盆地之隆后盆地的一部分。志留紀(jì)早期，南東方向擠壓作用增強(qiáng)，四川盆地及周緣不斷抬升，川中古隆升逐漸擴(kuò)大，海域縮小海水變淺，沉積分異作用加劇。該時(shí)期上揚(yáng)子地區(qū)夾持在川中古隆起和黔中—雪峰古隆起之間，形成了半閉塞滯流海盆。

2 資料及研究方法

本次研究共觀察巖心井17口、露頭7條、鉆井筆石地層劃分及對(duì)比72口，研究層位為五峰組—龍馬溪組。對(duì)17口典型井巖心和4條露頭剖面開展了系統(tǒng)的筆石化石鑒定和筆石帶劃分、巖性描述、TOC測(cè)定、X-衍射全巖分析及主量和微量元素分析。72口鉆井主要開展鉆井、測(cè)井及筆石地層劃分對(duì)比分析。鉆井資料集中分布于W202井區(qū)、Z205井區(qū)、L202井區(qū)、長(zhǎng)寧、Y103井區(qū)、涪陵和巫溪地區(qū)，鉆井資料包括測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、巖心錄井?dāng)?shù)據(jù)和TOC分析數(shù)據(jù)。露頭剖面主要分布于長(zhǎng)寧、巫溪和咸豐地區(qū)，資料類型主要有巖性描述資料、筆石化石資料、TOC、主量和微量元素分析數(shù)據(jù)。

研究分4步開展：①通過17口典型井巖心的筆石鑒定及筆石帶劃分，建立研究區(qū)的生物地層格架；②通過17口典型井筆石帶的測(cè)井及巖性標(biāo)定，建立各筆石帶的測(cè)井及巖性識(shí)別圖版；③借助測(cè)井及巖性識(shí)別圖版，建立72口井的生物地層格架，并以筆石帶為單元編制地層等厚圖；④探討各筆石帶的巖石學(xué)特征、TOC、紋層及微裂縫特征，并明確筆石帶對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)集層特征的控制。

3 筆石地層特征及分布

3.1 筆石帶類型及特征

中上揚(yáng)子地區(qū)五峰組—龍馬溪組共發(fā)育13個(gè)筆石帶，其中五峰組發(fā)育4個(gè)筆石帶，龍馬溪組發(fā)育9個(gè)筆石帶。由下至上，奧陶系凱迪階五峰組發(fā)育筆石帶Dicellograptuscomplanatus（WF1）、Dicellograptus complexus（WF2）和Paraorthograptuspacificus（WF3）[2-3]。筆石帶WF3可進(jìn)一步細(xì)分為L(zhǎng)ower Subzone，TangyagraptustypicusSubzone和DiceratograptusmirusSubzone。赫南特階五峰組發(fā)育筆石帶Metabolograptus extraordinariusZone（WF4），赫南特階龍馬溪組發(fā)育筆石帶Metabolograptuspersculptus（LM1）。龍馬溪組魯?shù)るA由下至上發(fā)育筆石帶Akidograptusascensus（ LM2），Parakidograptusacuminatus（ LM3），Cystograptusvesiculosus（LM4）和Coronograptus cyphus（LM5）。埃隆階發(fā)育筆石帶Demirastrites triangulatus（LM6）、Lituigraptusconvolutus（LM7）和Stimulograptussedgwickii（LM8）。特列奇階發(fā)育筆石帶Spirograptusguerichi（LM9）。

四川盆地及周緣奧陶系五峰組大部分地區(qū)發(fā)育筆石帶WF1—WF3，川南地區(qū)筆石帶缺失WF1，奧陶系龍馬溪組發(fā)育筆石帶 LM1，不同筆石帶特征分子組成存在明顯差異（見圖 2）。筆石帶Dicellograptus complexus（WF2）特征分子主要有Appendispinograptus longispinus（見圖 2a）、Dicellograptusornatus（見圖2b、圖 2c）、Dicellograptuscomplexus和Amplexograptus latus（見圖2e）等。筆石帶Paraorthograptuspacificus（WF3）特征分子有Paraorthograptuspacificus（見圖2f、圖 2h）、Rectograptusabbreviatus、Dicellograptus minor（見圖2g）和Tangyagraptustypicus（見圖2d、圖2i）等。筆石帶Metabolograptusextraordinarius（WF4）特征分子主要為Metabolograptusextraordinarius等。該時(shí)期由于全球氣候變涼，筆石大量死亡，富含腕足類、殼類的赫南特貝動(dòng)物群大面積發(fā)育[13-16]（見圖 2j—圖2l）。筆石帶Metabolograptuspersculptus（LM1）特征分子主要有Avitograptusexgr.avitus（見圖 3a）、Avitograptusavitus（見圖3b）等。四川盆地及周緣17口典型井巖心和 4條露頭剖面都發(fā)育完整的筆石帶WF4和筆石帶LM1，且?guī)r心之間未見任何侵蝕或沉積間斷現(xiàn)象，與前人研究一致[13]，表明觀音橋?qū)雍妄堮R溪組應(yīng)為連續(xù)沉積。

圖2 四川盆地及周緣五峰組筆石及腕足類化石特征

龍馬溪組筆石帶LM2—LM9發(fā)育，不同筆石帶特征筆石分子組成存在明顯差異（見圖 3、圖 4）。筆石帶Akidograptusascensus（LM2）特征分子包括A.ascensus、P.praematurus、N.anjiensis、N.bicaudatus、Neodiplograptus modestus、Atavograptusatavus等。筆石帶Parakidograptus acuminatus（LM3）特征分子包括Parakidograptus acuminatus、Cystograptusancestralis、Hirsutograptus sinitzini、Agetograptusprimus和Hirsutograptuscomanits等。筆石帶Cystograptusvesiculosus（LM4）特征分子包括Dimorphograptusnankingensis（見圖3c、圖3e）、Pseudorthograptussp.（見圖 3d）、Cystograptus vesiculosus（見圖3f、圖3g）等。筆石帶Coronograptus cyphus（LM5）特征分子包括Coronograptuscf.cyphus（見圖 3h）、Coronograptuscyphus（見圖 3i）等。筆石帶Demirastritestriangulatus（LM6）特征分子包括Rastritesguizhouensis（見圖 3j）、Pernerograptus difformis、Coronograptuscf.gregarius（見圖 3k、圖 3m）、Coronograptusgregarius、Glyptograptuscf.tamaricus（見圖 3l）、Campograptuscommunis、Falcatograptus falcatus和Demirastritetriangulatus等。筆石帶Lituigraptusconvolutus帶（LM7）特征分子包括Lituigraptusconvolutus（見圖 4b、圖 4d、圖 4e）、Cephalograptuscometa（見圖 4a）和Torquigraptus decipiens（見圖4f）等。筆石帶Stimulograptussedgwickii（LM8）特征分子包括Clinoclimacograptusretroversus、Pseudoretiolitesdaironi和Stimulograptuscf.sedgwickii（見圖4c）等。筆石帶Spirograptusguerichi（LM9）特征分子有Oktavitessp.（見圖 4g）、Stimulograptus sedgwickii（見圖 4h）、Spirograputsguerichi（見圖 4i、圖4j）和Torquigraptusplanus（見圖4k）等。

圖3 四川盆地及周緣龍馬溪組筆石帶組成及特征

圖4 四川盆地及周緣龍馬溪組筆石帶組成及特征

四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組不同筆石帶巖性和電性組合特征，全區(qū)可以對(duì)比（見表 1）。其中，筆石帶WF1—WF3對(duì)應(yīng)著五峰組下部的筆石頁(yè)巖段，WF4對(duì)應(yīng)于觀音橋段。筆石帶LM1—LM5對(duì)應(yīng)于龍馬溪組龍一1亞段，筆石帶LM1對(duì)應(yīng)于龍一11小層，筆石帶 LM2—LM3對(duì)應(yīng)于龍一12小層，筆石帶 LM4對(duì)應(yīng)于龍一13小層，筆石帶LM5對(duì)應(yīng)于龍一14小層，筆石帶LM6—LM8對(duì)應(yīng)于龍一2亞段，筆石帶LM9對(duì)應(yīng)于龍二段。

表1 四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組不同筆石帶巖相組合及測(cè)井相特征

3.2 筆石地層分布

五峰組—龍馬溪組沉積時(shí)期，四川盆地及周緣東南部為滇中—雪峰古隆起，西北部為川中古隆起，黑色頁(yè)巖分布于兩大古隆起之間。該時(shí)期存在西南和東北兩大沉積區(qū)，西南沉積區(qū)筆石帶厚度較薄，東北沉積區(qū)筆石帶厚度較大。兩大沉積區(qū)內(nèi)部，厚度均由東南向西北先增厚再減薄，五峰組厚度小，龍馬溪組厚度大，沉積中心主要分布于盆地內(nèi)部，縱向具有明顯繼承性（見圖5）。

圖5 四川盆地及周緣龍馬溪組各筆石帶地層展布

筆石帶WF1—WF4頁(yè)巖厚1.5～13.0 m，沉積中心位于N201井一線，沉積中心區(qū)頁(yè)巖厚6～12 m。筆石帶 LM1頁(yè)巖厚 1～4 m，西南區(qū)和東北區(qū)分界線位于WJ1井—R201井—江津—綦江一線（見圖5a）。西南沉積區(qū)沉積中心位于長(zhǎng)寧地區(qū)，LM1筆石帶頁(yè)巖厚度大于3 m；東北區(qū)沉積中心位于忠縣—巫溪地區(qū)，LM1筆石帶頁(yè)巖厚度大于4 m，涪陵地區(qū)位于沉積中心區(qū)的斜坡位置。筆石帶LM2—LM3頁(yè)巖厚2～10 m，西南區(qū)和東北區(qū)分界線位于 H12井—重慶—NY1井一線（見圖5b）。西南區(qū)沉積中心位于長(zhǎng)寧—R201井區(qū)，頁(yè)巖厚4～8 m；東北區(qū)沉積中心位于忠縣—巫溪地區(qū)，筆石帶LM2—LM3頁(yè)巖厚度大于8 m，涪陵地區(qū)位于沉積中心區(qū)的斜坡位置。筆石帶LM4頁(yè)巖厚4～12 m，西南區(qū)和東北區(qū)分界線位于 H12—重慶—NY1井一線（見圖 5c）。西南區(qū)沉積中心位于長(zhǎng)寧地區(qū)，筆石帶LM4頁(yè)巖厚度大于6 m，瀘洲地區(qū)位于斜坡位置；東北區(qū)沉積中心位于忠縣—巫溪地區(qū)，筆石帶LM4頁(yè)巖厚度大于 8 m，涪陵地區(qū)仍位于沉積中心區(qū)的斜坡位置。筆石帶LM5頁(yè)巖厚4～24 m，西南區(qū)和東北區(qū)分界線位于H12井—重慶—NY1井一線（見圖5d）。西南區(qū)沉積中心位于長(zhǎng)寧—赤水地區(qū)，筆石帶LM5頁(yè)巖厚度為10～16 m；第2個(gè)沉積中心位于忠縣—巫溪地區(qū)，厚度為12～24 m，涪陵地區(qū)位于沉積中心區(qū)的斜坡位置。

筆石帶LM6—LM8頁(yè)巖厚度為20～160 m，盆內(nèi)也發(fā)育西南和東北兩大沉積區(qū)，分界線位于WJ1井—綦江一線（見圖5e）。西南區(qū)沉積中心位于長(zhǎng)寧地區(qū)，頁(yè)巖厚度為40～100 m；東北區(qū)沉積中心位于忠縣—巫溪地區(qū)，筆石帶LM6—LM8頁(yè)巖厚度為80～160 m。筆石帶LM9頁(yè)巖厚度為50～500 m，西南區(qū)和東北區(qū)分界線位于達(dá)縣—涪陵井一線（見圖5f）。西南區(qū)沉積中心位于Z202井區(qū)—YS1井區(qū)—江津地區(qū)，其可進(jìn)一步細(xì)分為Z202井區(qū)、YS1井區(qū)和江津地區(qū)3個(gè)次一級(jí)沉積中心，厚度均大于400 m。東北區(qū)沉積中心位于建深1井區(qū)，厚度大于250 m。

4 不同筆石帶頁(yè)巖儲(chǔ)集層特征

4.1 礦物組成及TOC特征

四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組樣品全巖 X-衍射測(cè)試結(jié)果表明，L203井黑色頁(yè)巖主要礦物成分有石英（平均含量48.8%）、碳酸鹽礦物（平均含量20.3%）和黏土礦物（平均含量22.8%），次要礦物有斜長(zhǎng)石（平均含量2.5%）和黃鐵礦（平均含量2.7%）（見表2）。不同筆石帶內(nèi)部黑色頁(yè)巖各礦物組成存在明顯差異，總體上，筆石帶LM1—LM4頁(yè)巖石英含量均大于50%。同樣，L203井樣品TOC測(cè)試結(jié)果表明，黑色頁(yè)巖TOC值為0.6%～5.8%，平均值2.3%，總體上，筆石帶LM1—LM4頁(yè)巖TOC值均大于2%。

表2 四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組各筆石帶礦物組成及TOC

以石英、碳酸鹽和黏土礦物為 3端元對(duì)黑色頁(yè)巖進(jìn)行劃分。當(dāng)某種礦物成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于 50%，即以該成分名作為巖性名；若 3種主要成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均不足 50%，即稱為混合巖[17]。硅質(zhì)頁(yè)巖的石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于 50%，鈣質(zhì)頁(yè)巖的碳酸鹽礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%，黏土質(zhì)頁(yè)巖的黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于 50%，混合頁(yè)巖中3類礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均不足50%。以TOC值4%和2%為界[18]，可進(jìn)一步將黑色頁(yè)巖劃分為富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖、含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖和貧有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖。富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖TOC值大于 4%，含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖TOC值為 2%～4%，貧有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖TOC值小于 2%。結(jié)果顯示，四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組黑色頁(yè)巖主要為硅質(zhì)頁(yè)巖和混合頁(yè)巖。其中，筆石帶LM1—LM5主要發(fā)育富有機(jī)質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖和含有機(jī)質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖，而其他筆石帶主要發(fā)育含有機(jī)質(zhì)或貧有機(jī)質(zhì)混合頁(yè)巖。

4.2 紋層、微裂縫及孔隙特征

四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組主要發(fā)育塊狀層理和水平層理兩大類層理[10,19]，以及順層縫和非順層縫兩類裂縫[11]。由下至上，不同筆石帶頁(yè)巖層理類型和裂縫密度均具有特殊性。五峰組由下至上依次發(fā)育生物擾動(dòng)型塊狀層理、遞變型水平層理和均質(zhì)型塊狀層理（見圖6）。生物擾動(dòng)型塊狀層理發(fā)育于筆石帶WF2下部，由下至上，生物擾動(dòng)強(qiáng)度減弱。該筆石帶裂縫密度低，以少量順層縫為主。遞變型水平層理發(fā)育于筆石帶WF2上部及WF3，由下至上，單個(gè)遞變層厚度逐漸增大。與筆石帶WF2下部頁(yè)巖相比，筆石帶WF2上部和WF3頁(yè)巖裂縫密度明顯增加，順層縫和非順層縫均較發(fā)育。均質(zhì)型塊狀層理發(fā)育于筆石帶 WF4頁(yè)巖。均質(zhì)型塊狀層理頁(yè)巖內(nèi)部，雙殼類等生物碎屑富集，代表了典型的赫南特階生物類型組合。筆石帶WF4頁(yè)巖內(nèi)部，裂縫密度低，順層縫和非順層縫均不發(fā)育。龍馬溪組由下至上依次發(fā)育條帶狀粉砂型水平層理、砂泥遞變型水平層理和砂泥互層型水平層理。筆石帶LM1頁(yè)巖發(fā)育條帶狀粉砂型水平層理，頁(yè)巖中常發(fā)育大量順層縫和非順層縫，相互交織構(gòu)成網(wǎng)狀。筆石帶LM2頁(yè)巖發(fā)育砂泥遞變型水平層理，頁(yè)巖中順層縫密度相對(duì)較大，非順層縫密度相對(duì)較低。筆石帶LM3及以上頁(yè)巖發(fā)育砂泥互層型水平層理，頁(yè)巖裂縫密度進(jìn)一步減少，只發(fā)育少量順層縫。不同筆石帶砂泥互層型水平層理特征存在差異性。筆石帶LM3頁(yè)巖內(nèi)部，砂泥互層型水平層理主要表現(xiàn)為砂泥薄互層，粉砂紋層與泥紋層厚度之比為 1/3～1/2。筆石帶 LM4頁(yè)巖內(nèi)部，砂泥互層型水平層理主要表現(xiàn)為砂泥等厚互層，粉砂紋層與泥紋層厚度之比為 1/2～1。筆石帶LM5及以上頁(yè)巖，砂泥互層型水平層理主要表現(xiàn)為厚砂薄泥型，粉砂紋層與泥紋層厚度之比大于1。

圖6 四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組層理類型及縱向分布

四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組黑色頁(yè)巖發(fā)育有機(jī)孔、無機(jī)孔和微裂縫[19]，無機(jī)孔主要為石英晶間孔，以及碳酸鹽礦物和少量長(zhǎng)石溶蝕而成的溶蝕孔隙。五峰組筆石帶WF2—WF3頁(yè)巖面孔率為1.3%～2.1%，筆石帶WF4頁(yè)巖面孔率為0.7%。龍馬溪組不同筆石帶頁(yè)巖孔隙由下至上，面孔率逐漸降低。其中，筆石帶LM1頁(yè)巖面孔率為 1.7%～3.3%，筆石帶 LM2—LM3頁(yè)巖面孔率為 0.3%～1.2%，筆石帶 LM4頁(yè)巖面孔率為 0.2%～0.7%，筆石帶 LM5頁(yè)巖面孔率為 0.1%～0.5%，而筆石帶LM6—LM8和筆石帶LM9的頁(yè)巖面孔率不足0.1%。隨著總面孔率的降低，有機(jī)孔、無機(jī)孔和微裂縫的面孔率也相應(yīng)降低。

5 討論

5.1 不同筆石帶頁(yè)巖形成背景及成因

不同筆石帶頁(yè)巖形成的古氣候、古水體鹽度、古水體氧化—還原條件和古沉積速率均存在差異。古氣候方面，四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組經(jīng)歷了溫暖濕潤(rùn)—寒冷干燥—溫暖濕潤(rùn)—寒冷干燥的演化過程[15,20-22]。筆石帶WF2—WF3沉積時(shí)期，古氣候溫暖濕潤(rùn)，筆石帶 WF4（觀音橋段）沉積時(shí)期古氣候寒冷干燥。筆石帶LM1沉積時(shí)期，古氣候再次變?yōu)闇嘏瘽駶?rùn)，筆石帶LM2—LM3沉積時(shí)期古氣溫最高，然后有所相對(duì)降低。五峰組—龍馬溪組沉積時(shí)期古水體鹽度整體較低，但不同時(shí)期存在差異。筆石帶WF2—WF3沉積時(shí)期，古鹽度相對(duì)較高，然后逐漸降低再升高，筆石帶 WF2—WF3沉積時(shí)期達(dá)到最大值，筆石帶LM1沉積時(shí)期再次降到最低，然后又逐漸升高。古氧化-還原條件方面，筆石帶 WF2—WF3沉積時(shí)期水體為氧化—弱氧化環(huán)境，然后逐漸過渡為缺氧/硫化；筆石帶WF4沉積時(shí)期再次進(jìn)入富氧—欠氧環(huán)境，筆石帶LM1沉積時(shí)期古水體為缺氧環(huán)境，然后逐漸進(jìn)入貧氧及氧化環(huán)境[8,23-25]。古沉積速率方面，五峰組—龍馬溪組由下至上沉積速率逐漸增大。五峰組厚1.5～13.0 m，沉積持續(xù)時(shí)間3.19 Ma，沉積速率0.5～4.1 m/Ma。筆石帶LM1厚1.0～4.5 m，沉積持續(xù)時(shí)間0.6 Ma，沉積速率1.7～7.5 m/Ma。筆石帶LM2—LM3厚2～10 m，沉積持續(xù)時(shí)間1.36 Ma，沉積速率1.5～7.4 m/Ma。筆石帶LM4厚2.0～14.5 m，沉積持續(xù)時(shí)間0.9 Ma，沉積速率2.2～16.1 m/Ma。筆石帶LM5厚4～25 m，沉積持續(xù)時(shí)間0.8 Ma，沉積速率為5.0～31.2 m/Ma。筆石帶LM6—8厚20～160 m，沉積持續(xù)時(shí)間2.28 Ma，沉積速率為8.8～70.2 m/Ma。筆石帶LM9厚50～510 m，沉積持續(xù)時(shí)間0.36 Ma，沉積速率為138.9～1 416.7 m/Ma。

晚奧陶世至早志留世，四川盆地及周緣處于古赤道附近，為一半封閉的陸表海[4]。古氣候變化造成降雨量變化，從而導(dǎo)致古水體鹽度變化[16]。筆石帶WF2—WF3沉積時(shí)期，由于氣候溫暖潮濕，降雨量增多，從而水體逐漸淡化。筆石帶WF4沉積時(shí)期，由于氣候變得寒冷干燥，降雨量減少，從而導(dǎo)致水體鹽度升高。筆石帶LM1沉積時(shí)期，由于氣候再次變得溫暖潮濕，降雨量增加，從而導(dǎo)致古水體鹽度再一次降低。筆石帶LM2及其之后沉積時(shí)期，隨著古氣候逐漸變得寒冷干燥、降雨量減少，古水體鹽度又逐漸升高。古氣候變化還影響著古水體氧化-還原條件。溫暖潮濕的古氣候造成大量低密度的溫暖淡水注入，表層水體與底層水體上下對(duì)流困難，底層水體還原性增強(qiáng)；寒冷干燥的氣候條件造成表層水體密度增大，水體上下對(duì)流加強(qiáng)，底層水體含氧量增加[8]。

四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組沉積速率的變化與該地區(qū)周緣板塊構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān)。中奧陶世末期，華夏陸塊和揚(yáng)子陸塊發(fā)生匯聚作用，中上揚(yáng)子地區(qū)形成前陸盆地。志留紀(jì)早期，中上揚(yáng)子地區(qū)一直處于擠壓收縮的構(gòu)造背景。早志留世，伴隨來自于南東方向擠壓作用的增強(qiáng)，四川盆地及周緣作為揚(yáng)子前陸盆地隆后盆地的一部分，一直不斷抬升，川中古隆起逐漸擴(kuò)大，海域縮小變淺，沉積分異作用加劇。晚奧陶世卡迪階至魯?shù)るA，周緣板塊構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較弱，故陸源碎屑供給較少，盆內(nèi)沉積以內(nèi)源為主，筆石帶WF2—WF3至LM5沉積速率低。早志留世埃隆階之后，由于周緣板塊構(gòu)造活動(dòng)增強(qiáng)，陸源碎屑供給增加，從而造成筆石帶 LM6—LM8和LM9黏土礦物含量顯著增加，沉積物沉積速率增大。

四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組沉積速率的改變，不僅導(dǎo)致不同筆石帶頁(yè)巖厚度及礦物組分差異，而且形成特殊的地層分布模式。筆石帶WF2—WF3至筆石帶LM5沉積時(shí)期，頁(yè)巖相對(duì)較薄，礦物組分以硅質(zhì)、碳酸鹽礦物為主，黏土礦物含量低，沉積中心區(qū)位于半深水—深水陸棚環(huán)境，相對(duì)淺水區(qū)未見過路不留或短期暴露標(biāo)志。筆石帶LM6—LM9沉積時(shí)期，頁(yè)巖相對(duì)較厚，礦物組分雖仍以硅質(zhì)、碳酸鹽礦物為主，但黏土礦物含量明顯增加。該時(shí)期沉積中心區(qū)雖仍位于半深水—深水陸棚沉積環(huán)境，但相對(duì)淺水區(qū)可見少量過路不留標(biāo)志。這種分布模式與沉積物成因密切相關(guān)。五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖硅質(zhì)主要為生物成因[26-27]，碳酸鹽礦物主要為生物化學(xué)或化學(xué)成因[28]，黏土礦物主要為陸源碎屑成因[29]。筆石帶WF2—WF3至筆石帶LM5沉積時(shí)期，細(xì)粒物質(zhì)主要為源內(nèi)成因，半深水—深水陸棚相由于水體清潔，故頁(yè)巖厚度大，相對(duì)淺水區(qū)頁(yè)巖由于陸源碎屑含量高，故頁(yè)巖厚度較薄。筆石帶LM6—LM9沉積時(shí)期，細(xì)粒沉積仍以源內(nèi)成因?yàn)橹?，但源外供給增加，半深水—深水陸棚相由于可容空間較大，故頁(yè)巖厚度大，相對(duì)淺水區(qū)由于可容空間較小，故頁(yè)巖厚度較薄，局部形成過路不留或短期暴露標(biāo)志。

5.2 不同筆石帶儲(chǔ)集層特征差異性成因

四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組礦物成分以石英、碳酸鹽和黏土等礦物為主，其中筆石帶LM1—LM4頁(yè)巖石英含量大于50%，而其他筆石帶頁(yè)巖石英含量均低于50%。筆石帶LM1—LM4頁(yè)巖的高硅質(zhì)含量與該時(shí)期極低的陸源碎屑供給速率及溫暖潮濕的氣候條件密切相關(guān)。筆石帶LM1—LM4頁(yè)巖的硅質(zhì)多為生物成因硅[26-27]，硅質(zhì)生物多為硅質(zhì)海綿和放射蟲等生物[30]。前人研究表明，硅質(zhì)海綿和放射蟲等生物多生活于清潔的水體環(huán)境，大量陸源碎屑供給容易造成其窒息死亡[31-32]。在氣候相對(duì)溫暖潮濕的季節(jié)，可能來源于陸源淡水或上升流中的大量營(yíng)養(yǎng)成分容易導(dǎo)致硅質(zhì)生物的勃發(fā)性生長(zhǎng)[33]，從而造成周期性的硅質(zhì)沉積[34]。筆石帶 LM1—LM4頁(yè)巖形成時(shí)期，其沉積速率僅為 1.7～16.1 m/Ma，沉積速率極低，陸源碎屑供給少，從而有利于硅質(zhì)生物的生長(zhǎng)。而其它筆石帶頁(yè)巖形成時(shí)期，由于陸源碎屑供給過多，不利于硅質(zhì)生物的生存，從而硅質(zhì)含量降低。

四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組筆石帶 LM1—LM4頁(yè)巖的TOC值高，普遍大于2%，而其他筆石帶頁(yè)巖的TOC值常小于2%。筆石帶LM1—LM4頁(yè)巖形成時(shí)期，氣候溫暖濕潤(rùn)，從而有利于浮游藻類、疑源類等浮游生物的大量生長(zhǎng)發(fā)育，從而初級(jí)生產(chǎn)力大幅度提高，且厭氧—缺氧的水體有利于有機(jī)質(zhì)大量保存[35]。同時(shí)，該時(shí)期極低的沉積速率不會(huì)造成有限有機(jī)質(zhì)的稀釋，故筆石帶 LM1—LM4頁(yè)巖TOC值高。其他筆石帶頁(yè)巖段由于水體多處于氧化狀態(tài)，氣候相對(duì)寒冷干燥，不利于有機(jī)質(zhì)的生成和保存，且高沉積速率會(huì)進(jìn)一步降低頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度，從而TOC值相對(duì)較低。

四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組不同筆石帶頁(yè)巖的紋層類型差異明顯，其形成與該時(shí)期的水體氧化-還原條件及沉積速率密切相關(guān)。筆石帶WF2下部頁(yè)巖形成時(shí)期，盆地水體處于低能富氧的狀態(tài)[8]，沉積物沉積速率極低，大量生物因此在此長(zhǎng)時(shí)期殖居[36]，從而形成具有強(qiáng)烈生物擾動(dòng)的生物擾動(dòng)型塊狀層理。筆石帶WF4頁(yè)巖形成時(shí)期，全球氣候變涼，水體中含氧量增高，水動(dòng)力增強(qiáng)，介殼等生物大量生長(zhǎng)，強(qiáng)水動(dòng)力及生物活動(dòng)對(duì)底層沉積物強(qiáng)烈改造，從而形成均質(zhì)型塊狀層理。筆石帶WF2上部及WF3頁(yè)巖形成時(shí)期，由于水體閉塞[27]，陸源碎屑供給嚴(yán)重不足，氣候季節(jié)性變化形成正粒序?qū)踊蚍戳Ｐ驅(qū)樱瑥亩纬蛇f變型的水平層理。筆石帶LM1及以上頁(yè)巖形成時(shí)期，海洋環(huán)境相對(duì)開闊，水體以平流為主，故形成不同平行層理。同時(shí)，隨著物源供給增加，依次形成條帶狀粉砂型水平層理、砂泥遞變型水平層理和砂泥互層型水平層理，砂/泥值和砂質(zhì)層單層厚度增加[37]。四川盆地五峰組—龍馬溪組筆石帶 LM1—LM4頁(yè)巖由于高TOC值、高硅質(zhì)含量、高含氣性及高孔隙度，目前已成為頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的“甜點(diǎn)”[38]，其形成是穩(wěn)定的構(gòu)造背景、低陸源碎屑物質(zhì)供給、溫暖潮濕相互作用的產(chǎn)物。四川盆地及周緣下寒武統(tǒng)筇竹寺組及中下?lián)P子地區(qū)五峰組—龍馬溪組黑色頁(yè)巖也廣泛分布[3]，勢(shì)必將成為下步頁(yè)巖氣勘探的重要領(lǐng)域，優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段的形成及分布可能也受構(gòu)造背景、古氣候及陸源碎屑供給的控制。

6 結(jié)論

四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組發(fā)育筆石帶WF1—WF3、WF4和LM1—LM9，不同筆石帶頁(yè)巖巖性和電性組合差異可用巖性和電性特征標(biāo)定。不同筆石帶頁(yè)巖分布呈現(xiàn)西南和東北 2大沉積中心、頁(yè)巖集中于滇中—雪峰和川中古隆起之間的特征。

不同筆石帶頁(yè)巖礦物成分、TOC和紋層類型存在差異。筆石帶WF2下部和WF4發(fā)育含（貧）有機(jī)質(zhì)塊狀層理混合頁(yè)巖，筆石帶 WF2上部及WF3發(fā)育含有機(jī)質(zhì)水平層理混合頁(yè)巖，筆石帶LM1—LM4發(fā)育富（含）有機(jī)質(zhì)水平層理硅質(zhì)頁(yè)巖，LM5—LM 9發(fā)育貧有機(jī)質(zhì)水平層理混合頁(yè)巖。

頁(yè)巖礦物成分、TOC及層理類型受控于古氣候、古水體氧化-還原條件和古沉積速率。筆石帶 WF2下部，水體由于溫暖富氧，故塊狀層理發(fā)育、硅質(zhì)含量和TOC值低。筆石帶 WF4水體由于較涼、富氧，故塊狀層理發(fā)育、鈣質(zhì)含量高、TOC值低。筆石帶WF2上部、WF3、LM1—LM4水體由于貧氧、沉積速率低，故富有機(jī)質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖水平層理發(fā)育，粉砂紋層含量高。筆石帶LM5—LM9水體由于富氧、沉積速率過高，故TOC和硅質(zhì)含量低、粉砂紋層含量高。

致謝：本文中所涉及到的筆石屬種名均由中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所陳旭院士鑒定，中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院郭偉、趙群和梁峰提供了部分筆石照片，寫作過程中得到了陳旭院士和鄒才能院士的悉心指導(dǎo)，在此一并表示感謝。