米倉山—大巴山地區(qū)赫蘭特期巖相古地理及其頁巖氣地質(zhì)意義

熊國慶，周小琳，李小剛

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081；2.自然資源部沉積盆地與油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610081；3.中國地質(zhì)調(diào)查局沉積地質(zhì)研究中心，四川 成都 610081；4.重慶科技學(xué)院復(fù)雜油氣田勘探開發(fā)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401331）

0 前言

晚奧陶世冰川作用是顯生宙發(fā)育的三次最大的大陸冰川作用之一（Le Heron and Craig，2008；Loi et al.，2010），存在長(zhǎng)冰期即晚奧陶世“卡拉道克”中期（現(xiàn)凱迪期）—赫南特末期（10Ma）（Saltzman and Young，2005）和短冰期（僅限于赫南特期；0.5～1Ma；Brenchley et al.，1994）之爭(zhēng)。晚奧陶世較寒冷氣候通常與整個(gè)南岡瓦納南極大規(guī)模冰席啟動(dòng)有關(guān)（Ghienne et al.，2007），這些冰席的增長(zhǎng)和減退導(dǎo)致了全球海平面升降，誘發(fā)了地質(zhì)歷史上第二大規(guī)模的生物滅絕事件，伴隨兩幕次全球性的生物集群滅絕和復(fù)蘇（Sheehan，2001；Rong et al.，2006）。華南當(dāng)時(shí)位于南半球環(huán)岡瓦納大陸中低緯度區(qū)（Scotese and McKerrow，1991），目前還未發(fā)現(xiàn)直接的冰川沉積物，但卻具有獨(dú)特的巖相分異（戎嘉余和陳旭，1987；Chen et al.，2004），五峰組頂部普遍發(fā)育一套厚度不大，全球廣布的“赫南特貝動(dòng)物群”（Hirnantia-kinnella fauna）（戎嘉余，1979；汪嘯風(fēng)等，1983；Rong et al.，1988，2002，2006，2020；戎嘉余等，2007；Huang et al.，2019a，b，c），并共生達(dá)爾曼蟲層（Dalmanitina）（李耀西等，1975）的地層，被稱為觀音橋?qū)樱ūR衍豪，1959），也稱觀音橋段（汪嘯風(fēng)等，1983；戎嘉余，1984）。該段通常被認(rèn)為屬于正常淺海“介殼相沉積”（穆恩之，1954；戎嘉余，1984；陳旭和邱金玉，1986；耿良玉，1986；戎嘉余和陳旭，1987；汪嘯風(fēng)，1989；成漢鈞和王玉忠，1991；方一亭等，1993；馮洪真等，1993；周名魁等，1993，牟傳龍等，2010，2011，2014；劉偉等，2012；葛祥英等，2013，王遠(yuǎn)翀等，2015），也有認(rèn)為其形成于深海環(huán)境中，屬深海等深流異地沉積（肖傳桃等，1996；徐論勛等，2004；高振中等，2008；蔡俊等，2010；張柏橋等，2018）。再者，觀音橋段位于五峰組和龍馬溪組兩套富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖之間，作為揚(yáng)子地區(qū)主要的頁巖氣勘探目的層系，觀音橋段特殊巖相及其空間展布也影響和制約頁巖氣選區(qū)（王玉滿等，2017）、頁巖氣產(chǎn)量（李佳欣，2018）及頁巖氣勘探開發(fā)（張柏橋等，2018）?；谝巴馄拭嬗^測(cè)，結(jié)合前人研究成果和剖面、鉆井資料，對(duì)米倉山—大巴山地區(qū)觀音橋段（南鄭組）開展沉積相分析及其對(duì)比研究，重建了研究區(qū)觀音橋段（南鄭組）沉積古地理格局，恢復(fù)了赫蘭特期巖相古地理。上述研究不僅有助于弄清觀音橋段沉積環(huán)境的關(guān)鍵地質(zhì)問題，還對(duì)揚(yáng)子地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)與勘探開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)背景

米倉山—大巴山地區(qū)位于揚(yáng)子陸塊北緣，構(gòu)造位置上地處揚(yáng)子陸塊區(qū)的上揚(yáng)子古陸塊和秦祁昆造山系的秦嶺弧盆系交接部位，屬于米倉山-大巴山基底逆推帶一部分。以城巴斷裂為界，北側(cè)與秦嶺弧盆系毗鄰，南與川中前陸盆地接壤（圖1）（潘桂棠等，2009）。晚奧陶世，研究區(qū)正處于上揚(yáng)子局限海盆向東北開口的開闊海域，與秦嶺以北的廣海（古秦嶺洋）相連（陳旭等，1987；戎嘉余和陳旭，1987；許效松等，2001）。奧陶系—志留系之交，研究區(qū)內(nèi)曾發(fā)生了兩次明顯的臨湘組—五峰組之間的臨湘海退事件和五峰組—觀音橋段之間的赫蘭特海退事件（成漢鈞等，1993；汪嘯風(fēng)等，1999；熊國慶等，2019a；熊國慶，2020）。同時(shí)，該時(shí)期火山活動(dòng)較為強(qiáng)烈，五峰組—龍馬溪組同沉積地層中發(fā)育多層火山灰夾層（鉀質(zhì)斑脫巖），已陸續(xù)獲得了鉀質(zhì)斑脫巖一系列440.4±5.6 Ma～450.9±1.6 Ma的鋯石U-Pb同位素年齡（熊國慶等，2017b，2019b；Ge et al.，2019），限定了該時(shí)期鉀質(zhì)斑脫巖的火山噴發(fā)時(shí)限，與全球火山事件同步。印支期，隨著勉略洋的關(guān)閉，華北地塊和揚(yáng)子地塊最終拼合，此后秦嶺開始向南的強(qiáng)烈逆沖推覆。新生代以來，受中國東部環(huán)太平洋俯沖，西南特提斯洋俯沖和西秦嶺—昆侖向南逆沖聯(lián)合下向東南擠壓及華北地塊持續(xù)向南的擠壓等共同作用下，中、上揚(yáng)子處于三面圍限匯聚的大地構(gòu)造背景（董樹文等，2007），米倉山—大巴山地區(qū)最終形成了一個(gè)向南突出的弧狀構(gòu)造帶（圖1）。

圖1 米倉山—大巴山地區(qū)構(gòu)造位置圖（據(jù)張國偉等，2001；潘桂棠等，2009修改）Fig.1 Tectonic location of the Micangshan-Dabashan area（modified from Zhang et al.，2001；Pan et al.，2009）

2 地層劃分與對(duì)比

晚奧陶世—早志留世，五峰組和龍馬溪組以黑色筆石頁巖為代表，其間夾以含介殼和達(dá)爾曼蟲生物為主的赫蘭特期地層。陳旭等（2015）按照地層學(xué)的基本原理和方法，建立了一個(gè)揚(yáng)子區(qū)五峰組—龍馬溪組筆石帶序列，并附以代碼和同位素年齡值（Gradstein et al.，2012），有效地解決奧陶系、志留系黑色頁巖地層的劃分與對(duì)比，成為奧陶系—志留系黑色巖系劃分對(duì)比的“標(biāo)尺”。本文依據(jù)前人獲得的筆石化石及陳旭等（2015）建立的筆石帶序列，結(jié)合上、下地層之間的接觸關(guān)系，對(duì)米倉山—大巴山地區(qū)晚奧陶世—早志留世地層進(jìn)行區(qū)域劃分和對(duì)比（表1）。

表1 米倉山—大巴山地區(qū)晚奧陶—早志留世地層劃分及對(duì)比Table 1 Stratigraphic division and correlation of Late Ordovican and Early Silurian of the Micangshan-Dabashan area

廣元?jiǎng)﹂w—寧強(qiáng)地區(qū)普遍缺失臨湘組—赫蘭特期觀音橋段沉積，龍馬溪組中、上部黃色砂泥巖直接伏于寶塔組龜裂紋灰?guī)r之上，廣元譚家溝見厚約10m五峰組灰黑色薄層硅質(zhì)巖與褐灰色頁巖互層，產(chǎn)叉筆石和尹氏筆石，龍馬溪組與上覆新灘組、羅惹坪組平行不整合接觸（王汝植，1981；金淳泰，1982），或與崔家溝組整合接觸（李耀西等，1975）。廣元南江—旺蒼地區(qū)寶塔組—龍馬溪組較為完整，主要缺失龍馬溪組下部（王汝植，1981；金淳泰，1982；趙兵，1999；王遠(yuǎn)翀等，2015），而劉第墉等（1964）和Chen et al.（2004）認(rèn)為龍馬溪組全部缺失，觀音橋段與南江組平行不整合接觸。陜西南鄭—西鄉(xiāng)—鎮(zhèn)巴地區(qū)寶塔組—龍馬溪組發(fā)育較全，觀音橋段同期地層被稱為南鄭組（朱兆玲等，1986），其上龍馬溪組與南江組整合或平行不整合接觸（俞劍華等，1986；陳旭等，1990）。重慶城口—巫溪地區(qū)和湖北神農(nóng)架地區(qū)地層發(fā)育情況大體一致，寶塔組—龍馬溪組沉積較為連續(xù)，局部缺失觀音橋段和龍馬溪組下部，龍馬溪組與上覆新灘組砂巖整合接觸（金淳泰，1982；陳旭等，1990；樊雋軒等，2012；王紅巖等，2017）。

筆者通過近年來在米倉山—大巴山地區(qū)的野外地質(zhì)調(diào)查，詳細(xì)觀測(cè)和系統(tǒng)收集區(qū)內(nèi)剖面51條和鉆井10口（表2），以赫蘭特期觀音橋段和南鄭組為研究對(duì)象，采用地表露頭和地腹鉆井、野外宏觀特征和鏡下微觀特征相結(jié)合（圖2，圖3），分析其巖性特征和沉積厚度，并將其標(biāo)注在圖中相應(yīng)的剖面或鉆井位置（圖4）。通過“點(diǎn)-線-面”的巖相古地理分析方法，開展單剖面或鉆井的沉積相解剖及沉積相區(qū)域?qū)Ρ妊芯?，恢?fù)研究區(qū)赫蘭特期巖相古地理。

表2 米倉山—大巴山地區(qū)赫蘭特期地層巖相及其厚度Table 2 The lithofacies and thickness of Hirantian strata in Micangshan-Dabashan area

圖2 米倉山—大巴山地區(qū)赫蘭特期地層露頭宏觀特征Fig.2 Outcrops of the Hirantian strata in the Micangshan-Dabashan area

圖3 米倉山—大巴山地區(qū)赫蘭特期巖石正交偏光鏡下微觀特征Fig.3 Crossed polarized microscope-characterization of Hirantian rocks of the Micangshan-Dabashan area

圖4 米倉山—大巴山地區(qū)赫蘭特期地層剖面（鉆井）位置、巖相及其厚度Fig.4 The profile（well）location，lithofacies and thickness of Hirantian strata in Micangshan-Dabashan area

3 沉積相及其區(qū)域?qū)Ρ?/h2>

3.1 沉積相劃分

根據(jù)米倉山—大巴山地區(qū)赫蘭特期地層野外宏觀特征、巖石微觀鏡下特征、巖石組合及沉積構(gòu)造，本文將研究區(qū)赫蘭特期沉積相劃分為濱海相、淺海陸棚相及碳酸鹽臺(tái)地相，濱海相主要為前濱—近濱亞相，淺海陸棚相又可分為淺水陸棚亞相和深水陸棚亞相，碳酸鹽臺(tái)地相進(jìn)一步可細(xì)分為碳酸鹽緩坡亞相和孤立臺(tái)地亞相（表3）。區(qū)內(nèi)各個(gè)相的巖相特征及其相帶展布詳見下文。

表3 米倉山—大巴山地區(qū)赫蘭特期沉積相劃分Table 3 The division of Hirantian sedimentary facies in Micangshan-Dabashan area

3.2 典型剖面解剖

（續(xù)表2）

鑒于研究區(qū)觀音橋段地層巖性特征及其沉積充填序列有所差異，本文選取區(qū)內(nèi)旺蒼雙匯石崗、鎮(zhèn)巴小洋星子山和城口厚坪地區(qū)3條具有代表性的剖面進(jìn)行沉積相剖析，查明觀音橋段垂向上沉積變化過程。旺蒼雙匯石崗觀音橋段整合于五峰組黑色硅質(zhì)巖、硅質(zhì)泥巖之上，含赫蘭特貝化石，化石個(gè)體保存完整，沉積厚度50cm（圖2e，2f）。自下而上分為3個(gè)巖性段，下段為含生物碎屑粉砂質(zhì)泥巖，生物碎屑主要為藻類、海百合、雙殼類，含量約20%，為淺水陸棚相沉積，厚度20cm（圖3d，圖5）；中段為碳質(zhì)泥巖，厚度不大，3～5cm，為深水陸棚環(huán)境產(chǎn)物；上段為泥晶生物碎屑灰?guī)r，生物碎屑含量90%以上，主要有海百合莖、雙殼碎片和藻類等，泥晶方解石充填，為碳酸鹽緩坡沉積，厚度25～30cm（圖3e，圖5），與上覆龍馬溪組黑色硅質(zhì)碳質(zhì)泥巖整合接觸。垂向上，從五峰組到觀音橋段，沉積環(huán)境經(jīng)歷了深水陸棚—淺水陸棚—深水陸棚—碳酸鹽緩坡兩次逐漸變淺的海退過程，反映了海平面發(fā)生了兩次由深到淺的升降變化，表明五峰組到觀音橋段之間為沉積漸變過渡，而非突變。隨著赫蘭特期冰川消融，海平面快速上升，龍馬溪組深水陸棚相的黑色硅質(zhì)碳質(zhì)泥巖迅速超覆于觀音橋段碳酸鹽巖之上，這次海侵過程并未在地層沉積上有所反映，表現(xiàn)為二者之間突變（圖5）。

圖5 廣元旺蒼雙匯石崗地區(qū)觀音橋段巖性特征及其沉積相（圖例參見圖8）Fig.5 The litho-characterization and sedimentary facies of the Guanyinqiao Member of Shigang profile，Shuanghui town，Wangcang County，Guangyuan（Legends seen in Fig.8）

（續(xù)表2）

鎮(zhèn)巴小洋星子山觀音橋段整合于五峰組黑色泥巖之上，產(chǎn)達(dá)爾曼蟲（Dalmanitina）、腕足類化石，沉積厚度20cm（陳旭等，1990）。本次筆者觀測(cè)的觀音橋段厚度15cm（圖2j），未見化石，自下而上可分為兩個(gè)巖性段，下段為石英粉砂巖，石英含量10%，厚度1.5cm，為淺水陸棚相沉積（圖6）；上段為石英巖屑砂巖和巖屑石英砂巖，二者為漸變過渡，向上巖屑含量減少、石英含量增多、粒度增大，泥質(zhì)膠結(jié)，沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造不發(fā)育，為淺水陸棚—濱海沉積，厚度13.5cm（圖3f，圖6），與上覆龍馬溪組黑色碳質(zhì)泥巖、硅質(zhì)巖整合接觸。垂向上，從五峰組到觀音橋段，沉積環(huán)境經(jīng)歷了深水陸棚—淺水陸棚—濱海的逐漸變淺的海退過程，反映了海平面發(fā)生了一次由深到淺的升降變化，表明五峰組到觀音橋段之間為沉積漸變過渡，而非突變。隨著赫蘭特期冰川消融，海平面快速上升，龍馬溪組深水陸棚相的黑色碳質(zhì)泥巖、硅質(zhì)巖迅速超覆于觀音橋段巖屑石英砂巖之上，這次海侵過程并未在地層沉積上有所反映，表現(xiàn)為二者之間突變（圖6）。

圖6 鎮(zhèn)巴小洋星子山地區(qū)觀音橋段巖性特征及其沉積相（圖例參見圖8）Fig.6 The litho-characterization and sedimentary facies of the Guanyinqiao Member of Xingzishan profile，Xiaoyang，Zhenba County（Legends see Fig.8）

城口厚坪（大槽）觀音橋段整合于五峰組黑色硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)泥巖之上，巖性為泥質(zhì)白云巖，沉積厚度26cm（葛鈺梅等，1990）。本次筆者觀測(cè)的觀音橋段厚度30cm（圖2m），未見化石，自下而上可分為四個(gè)巖性段：第一段為粉砂巖，厚度1.5cm，為淺水陸棚相沉積（圖7）；第二段為粉砂質(zhì)白云巖，厚度7cm，為碳酸鹽臺(tái)地沉積（圖7）；第三段為石英巖屑砂巖，厚度3cm，為淺水陸棚相沉積（圖3j，圖7）；第四段為砂質(zhì)白云巖、白云巖，向上砂質(zhì)逐漸減少，厚度18.5cm（圖3k，圖7），為碳酸鹽臺(tái)地沉積，與上覆龍馬溪組黑色碳質(zhì)泥巖整合接觸。垂向上，從五峰組到觀音橋段，沉積環(huán)境經(jīng)歷了深水陸棚—淺水陸棚—碳酸鹽臺(tái)地—淺水陸棚—碳酸鹽臺(tái)地兩次逐漸變淺的海退過程，反映了海平面發(fā)生了兩次由深到淺的升降變化，表明五峰組到觀音橋段之間為沉積漸變過渡，而非突變。隨著赫蘭特期冰川消融，海平面快速上升，龍馬溪組深水陸棚相的黑色碳質(zhì)泥巖迅速超覆于觀音橋段白云巖之上，這次海侵過程并未在地層沉積上有所反映，表現(xiàn)為二者之間突變（圖7）。

圖7 城口厚坪地區(qū)觀音橋段巖性特征及其沉積相（圖例參見圖8）Fig.7 The litho-characterization and sedimentary facies of the Guanyinqiao Member of the Houping profile，Chengkou County（Legends see Fig.8）

已有研究表明，揚(yáng)子地區(qū)奧陶—志留紀(jì)之交普遍發(fā)生了臨湘期和赫蘭特期兩次明顯的海退事件（汪嘯風(fēng)等，1999；熊國慶等，2019a）。米倉山—大巴山地區(qū)不同沉積環(huán)境下觀音橋段剖面的沉積相顯示，無論是處于深水區(qū)（雙匯石崗）或淺水區(qū)（小洋星子山），赫蘭特期海退事件是明顯存在的，而且海退過程還不只發(fā)生一次，表明該時(shí)期經(jīng)歷了兩次海平面升降變化，這與Li et al.（2021）華南赫蘭特期兩次海平面升降變化的認(rèn)識(shí)是一致的。詳細(xì)的巖相學(xué)也顯示，觀音橋段與五峰組巖性漸變過渡，具有向上逐漸變淺、變粗的特征，二者之間應(yīng)為連續(xù)沉積。

3.3 沉積相區(qū)域?qū)Ρ?/h3>

單個(gè)剖面巖性特征顯示，研究區(qū)觀音橋段垂向上沉積相變化較大，不同剖面沉積相也差異明顯，為搞清區(qū)內(nèi)觀音橋段沉積相橫向上展布情況，筆者自西向東選取不同剖面（圖4中A-B-C）開展研究區(qū)沉積相區(qū)域?qū)Ρ?，剖面位置參見圖4，剖面沉積相區(qū)域?qū)Ρ热鐖D8a。

圖8 米倉山—大巴山地區(qū)赫蘭特期地層沉積相區(qū)域?qū)Ρ燃俺练e古地理格局（剖面位置參見圖4）Fig.8 Regional correlation of lithofacies and sedimentary palaeogeographic pattern of Hirantian strata of the Micangshan-Dabashan area（locations of profiles and wells see Fig.4）

西部旺蒼萬家龍馬溪組黃色泥巖直接蓋在寶塔組龜裂紋灰?guī)r之上，觀音橋段缺失，剖面西側(cè)也顯示相似的情況，表明該剖面以西為古陸，以東應(yīng)發(fā)育濱海相沉積。旺蒼國華福慶—雙匯石崗—南江橋亭地區(qū)，主要為一套淺水陸棚相的含赫蘭特貝粉砂質(zhì)泥巖，石崗上部發(fā)育碳酸鹽緩坡的泥晶生物碎屑灰?guī)r。鎮(zhèn)巴小洋星子山觀音橋段以粉砂巖、巖屑砂巖、石英砂巖為主，為一套淺水陸棚—濱海相沉積。至萬源皮窩—城口厚坪一帶，相變?yōu)橐惶装自茙r夾砂泥巖為主的孤立臺(tái)地沉積，期間經(jīng)歷海平面振蕩變化。巫溪田壩觀音橋段為一套海侵沉積，表現(xiàn)為古風(fēng)化面之上的一套粉砂巖、碳質(zhì)泥巖及含赫蘭特貝泥質(zhì)粉砂巖的淺水陸棚相沉積，向東至巫溪2井，相變?yōu)橐惶滋妓猁}緩坡的含赫蘭特貝灰?guī)r。東部竹溪栗子坪則發(fā)育砂巖、碳質(zhì)泥巖夾砂巖透鏡體的淺水陸棚相沉積，至神農(nóng)架巴東兩河口、秭歸新灘一帶，沉積相則為一套碳酸鹽緩坡的含赫蘭特貝泥質(zhì)硅質(zhì)灰?guī)r沉積。

研究區(qū)沉積相區(qū)域?qū)Ρ缺砻?，赫蘭特期，米倉山—大巴山地區(qū)沉積基底地形起伏不平，區(qū)內(nèi)沉積相主體以淺水陸棚相為主，局部發(fā)育碳酸鹽緩坡和孤立臺(tái)地，濱海相分布于研究區(qū)西北部古陸邊緣。

4 赫蘭特期巖相古地理

米倉山—大巴山地區(qū)經(jīng)歷了中寒武—早奧陶世南鄭上升（陳旭等，1990），奧陶紀(jì)總體處于海侵過程，短暫海退期（葉儉等，1992），奧陶紀(jì)末期開始發(fā)生兩次明顯的海退過程（汪嘯風(fēng)等，1999；熊國慶等，2019a），前陸隆起向陸內(nèi)遷移（熊國慶等，2017a）等，上述事件奠定了赫蘭特期西北高、北東和南西低、中部多個(gè)水下高地發(fā)育的沉積古地理格局（圖8b），而該時(shí)期巖相古地理在此基礎(chǔ)上得以繼承和發(fā)展。

4.1 古陸

研究區(qū)赫蘭特期古陸主要分布于廣元—寧強(qiáng)以西，稱為摩天嶺古陸（王遠(yuǎn)翀等，2015）。區(qū)內(nèi)觀音橋段缺失，志留系龍馬溪組、新灘組、崔家溝組平行不整合于寶塔組之上（圖2a，2b）；漢南古陸在南鄭上升時(shí)期露出水面，隆升成陸，短暫經(jīng)歷了寶塔期—五峰期海侵后再次露出水面，為繼承性古陸（陳旭等，1990）。摩天嶺和漢南古陸向盆地提供物源（圖9）。

圖9 米倉山—大巴山地區(qū)赫蘭特期巖相古地理Fig.9 Hirantian lithofacies and palaeogeography of Micangshan-Dabashan area

4.2 濱海相

濱海相古陸邊緣發(fā)育，巖性主要為含礫不等粒長(zhǎng)石石英砂巖、含細(xì)礫砂巖、粗砂巖、粉細(xì)砂巖及粉砂巖等。石英砂巖中石英占70%～75%，其次是長(zhǎng)石、電氣石及云母等，磨圓不好，顆粒多呈棱角狀，分選較差，粒徑大小不一，大者達(dá)礫級(jí)，礫徑2mm以上，多為2～3mm，個(gè)別可達(dá)7mm。膠結(jié)物為黏土礦物，其量高達(dá)20%左右，黏土礦物含量變化很大，含量少時(shí)為石英砂巖，含量多時(shí)則成泥質(zhì)砂巖（朱兆玲等，1986；楊靜華和秦克令，1988；陳旭等，1990）。沉積構(gòu)造不發(fā)育，僅在鎮(zhèn)巴小洋五星村觀音橋組砂巖底部見平行層理（王遠(yuǎn)翀等，2015），南鄭福成硅質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖富含“蟲管”構(gòu)造（陳旭等，1990），南鄭梁山粉細(xì)砂巖具丘狀交錯(cuò)層理，說明該時(shí)期曾發(fā)生過短暫風(fēng)暴作用（李文厚，1997）。

4.3 淺海陸棚相

淺水陸棚亞相是區(qū)內(nèi)觀音橋段的主要巖相，沉積環(huán)境也最為廣布，自西南江向東至巫溪、奉節(jié)一帶發(fā)育。巖性主要為粉砂質(zhì)泥巖夾砂巖（圖2c，2e，2g），含赫蘭特貝（圖2d，2f）、螺類化石（圖2h），個(gè)體保存完整，顯微鏡下生物碎屑還有角石（圖3a）、珊瑚、海綿骨針（圖3b）、海百合莖（圖3c，3e）及藻類（圖3d）等，生物碎屑含量約10%～20%。巖石粒度較細(xì)，沉積水動(dòng)力條件不強(qiáng)，沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造不太發(fā)育，偶見砂巖夾層平行層理發(fā)育。

深水陸棚亞相主要展布于研究區(qū)北東和南西兩側(cè)，相帶內(nèi)資料有限，與淺水陸棚亞相相帶之間為推測(cè)界線。北東側(cè)紫陽芭蕉口為黑色含筆石化石板巖（Chen et al.，2004），沉積水體較深，向北與古秦嶺洋廣海連通，屬于揚(yáng)子北緣被動(dòng)大陸邊緣的一部分。南西側(cè)天星1井、MS1井和五科1井觀音橋段為黑色硅質(zhì)、碳質(zhì)泥巖（王玉滿等，2016；肖斌等，2021），可能含有赫蘭特貝化石，自然伽馬顯示出尖峰響應(yīng)特征，為上揚(yáng)子克拉通拗陷盆地內(nèi)的深水沉積（王玉滿等，2016）。

4.4 碳酸鹽臺(tái)地相

碳酸鹽緩坡亞相主要發(fā)育陸棚邊緣，為海平面下降過程產(chǎn)物，處于碳酸鹽臺(tái)地建設(shè)初期。區(qū)內(nèi)僅分布于巫溪田壩以東和湖北神農(nóng)架一帶，巖性為一套灰?guī)r、硅泥質(zhì)灰?guī)r，赫蘭特貝發(fā)育。巫溪田壩以東的碳酸鹽緩坡規(guī)模很小，主要局限于巫溪2井、溪202井；神農(nóng)架碳酸鹽緩坡可能往湖南—重慶—貴州一帶延伸，與揚(yáng)子克拉通海南緣發(fā)育的碳酸鹽緩坡連在一起。

孤立臺(tái)地亞相區(qū)內(nèi)分布范圍有限，主要分布于萬源皮窩、城口廟壩—厚坪—燕麥一帶。赫蘭特海退時(shí)期，繼承于寶塔期后巴山隆起或巴山古陸（葉儉等，1992），向陸遷移至城口雙河—廟壩—蓼子口—厚坪一帶的前陸隆起之上（熊國慶等，2019a），沉積水體相較碳酸鹽緩坡要淺，臺(tái)地主要發(fā)育一套淺灰色中層狀白云巖夾少量砂、泥巖（圖2k，2l，2m），白云巖顯微鏡下具泥、微晶結(jié)構(gòu)（圖3g，3h，3m，3n，3o），含少量生物碎屑（圖3i，3l）和砂質(zhì)（圖3k）。

4.5 水下隆起

赫蘭特期，研究區(qū)水下隆起主要分布于神農(nóng)架清泉—巫溪徐家—田壩一帶，總體上近東西向展布。隆起區(qū)內(nèi)觀音橋段缺失，表現(xiàn)為五峰組硅質(zhì)巖直接蓋在寶塔組龜裂紋灰?guī)r之上，如巫溪漁沙核桃壩、竹溪瓦桑①；或龍馬溪組與下伏五峰組呈假整合接觸，如巫溪田壩鹽廠公路①、田壩咸瑞（咸池）、徐家壩（金淳泰，1982）及竹山老碼頭、神農(nóng)架清泉（樊雋軒等，2012），假整合面普遍見2～16cm厚的黃褐色含鐵質(zhì)粉砂黏土，局部夾褐鐵礦鐵殼及高嶺土透鏡體①②（金淳泰，1982），這些含有高嶺石的黏土通常是陸地風(fēng)化的產(chǎn)物，指示了古風(fēng)化殼的存在（王懌等，2011，戎嘉余等，2012）。另一處水下隆起為湘鄂西隆起的一部分（Chen et al.，2004），前人已做過大量工作（王懌等，2011，2013；樊雋軒等，2012），本文不再贅述。需要說明的是，這些水下隆起可能曾經(jīng)露出海面，遭受了風(fēng)化剝蝕，四周未見邊緣相帶，不同于古陸。

5 頁巖氣地質(zhì)意義

研究表明，研究區(qū)觀音橋段巖相差異較大，局部缺失（圖9）。隨著涪陵頁巖氣田實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)開采，上揚(yáng)子地區(qū)五峰組—龍馬溪組已成為中國頁巖氣勘探開發(fā)的主要勘探目標(biāo)層。觀音橋段作為赫蘭特期海平面下降的產(chǎn)物，夾于五峰組—龍馬溪組兩套富有機(jī)質(zhì)頁巖中，盡管沉積厚度不大，但對(duì)頁巖氣區(qū)塊優(yōu)選、頁巖氣產(chǎn)量及勘探開發(fā)具有重要的地質(zhì)意義。

觀音橋段巖相是判斷五峰組—龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)集層質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要標(biāo)志（王玉滿等，2016）。觀音橋段距離物源供給區(qū)的遠(yuǎn)近及微古地貌的差異對(duì)于五峰組—龍馬溪組含氣頁巖段厚度及有機(jī)碳含量（TOC）存在較為重要的影響（張柏橋等，2018）。沉積坳陷區(qū)觀音橋段粉砂質(zhì)、硅質(zhì)碳質(zhì)泥巖相為厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高、脆性礦物含量高的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層發(fā)育區(qū)和頁巖氣勘探開發(fā)的有利區(qū)；觀音橋段缺失區(qū)為有效厚度薄、有機(jī)質(zhì)豐度低的低效儲(chǔ)集層區(qū)和頁巖氣勘探風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；觀音橋段泥灰?guī)r相區(qū)的儲(chǔ)集層質(zhì)量和勘探前景介于二者之間（王玉滿等，2016），但可能因硬度較大，可壓性差，無法充分壓裂、改造有利頁巖段，頁巖氣產(chǎn)量明顯低于觀音橋段缺失的地區(qū)（李佳欣，2018）。此外，觀音橋段是否發(fā)育，對(duì)開發(fā)井水平段穿行層位優(yōu)選也至關(guān)重要（張柏橋等，2018）。

因此，研究區(qū)濱海相區(qū)靠近古陸，五峰組—龍馬溪組含氣頁巖段厚度較薄，有機(jī)碳含量（TOC）偏低，為頁巖氣的低效儲(chǔ)集層區(qū)和勘探風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；淺海陸棚相區(qū)為頁巖氣勘探開發(fā)有利區(qū)，但應(yīng)遠(yuǎn)離物源供給區(qū)及水下隆起區(qū)；孤立臺(tái)地和碳酸鹽緩坡相區(qū)因觀音橋段白云巖、泥灰?guī)r硬度較大，可壓性差，水平層段壓裂時(shí)，應(yīng)選擇合適層位，最大限度地連通五峰組—龍馬溪組含氣頁巖，提高頁巖氣產(chǎn)量。

6 結(jié)論

（1）觀音橋段沉積時(shí)，赫蘭特期海退過程在剖面中表現(xiàn)較為明顯，而且經(jīng)歷不只一次的海平面升降變化，隨后海平面上升的海侵沉積記錄在盆地淺水區(qū)（包括盆地邊緣和水下隆起邊緣）有所響應(yīng)，盆內(nèi)不同位置表現(xiàn)各異。

（2）研究區(qū)總體上呈北西高、北東和南西低，中間多個(gè)水下隆起發(fā)育的沉積古地理格局，沉積相以淺水陸棚相為主，向北東和南西兩側(cè)逐漸變?yōu)樯钏懪锵?，局部發(fā)育孤立臺(tái)地和碳酸鹽緩坡。

（3）研究區(qū)赫蘭特期沉積古地理格局有利于在盆內(nèi)形成優(yōu)質(zhì)的富有機(jī)質(zhì)頁巖。頁巖氣勘探開發(fā)時(shí)，應(yīng)盡量避開濱海相區(qū)和水下隆起區(qū)，優(yōu)選考慮區(qū)內(nèi)觀音橋段淺海陸棚相區(qū)，如遇白云巖、灰?guī)r等硬度較大的巖相，壓裂中選取合適層位，壓通五峰組—龍馬溪組含氣頁巖段，提高頁巖氣產(chǎn)量。

致謝：感謝中心江新勝、汪正江研究員，門玉澎、熊小輝、周業(yè)鑫、閆劍飛和伍皓高級(jí)工程師野外工作期間給予的大力幫助，程錦翔和鄧敏高級(jí)工程師提供了個(gè)別剖面位置，在此一并致謝！兩位審稿專家的意見和建議使得文章質(zhì)量得以提升，深表謝忱！

注釋：

①四川省地質(zhì)局第二區(qū)域地質(zhì)測(cè)量隊(duì)，1974.1∶200000萬城口-巫溪幅區(qū)域地質(zhì)測(cè)量報(bào)告.

②重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局川東南地質(zhì)大隊(duì)，2006.1∶250000開縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.