貴州遵義板橋剖面奧陶系湄潭組黑色頁巖沉積環(huán)境條件判識及烴源意義*

黃天海 肖 笛 唐 浩 李雙建鄭劍鋒 周 力 譚秀成

1西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500

2中國石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西南石油大學(xué)研究分室，四川 成都 610500

3西南石油大學(xué)四川省天然氣地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500

4中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083

5中國石油杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023

近年來，隨著頁巖油氣勘探開發(fā)需求的不斷增加，對黑色頁巖形成環(huán)境和資源效應(yīng)的研究也不斷深入（Liu et al.，2021；周昊等，2021）。通常認(rèn)為，黑色頁巖發(fā)育在風(fēng)暴浪基面以下安靜的半深水或深水的缺氧環(huán)境中，如形成于半深湖—深湖環(huán)境中的四川盆地上侏羅統(tǒng)大安寨段（楊躍明等，2019），形成于深水海灣環(huán)境的鄂爾多斯盆地南緣下寒武統(tǒng)辛集組—東坡組（黃軍平等，2020），以及形成于深水缺氧環(huán)境的巴西帕拉那盆地下二疊統(tǒng)冰后期沉積（Lucas et al.，2017）。然而，大規(guī)模的黑色頁巖也可以形成于風(fēng)暴浪基面之上的淺水環(huán)境中（王東安和陳瑞君，1996；Tribovillard et al.，2019），并具有一系列淺水沉積特征，如沖刷面、改造后的滯留沉積物、正反粒序、水流及浪成交錯層理等（Langhorne et al.，2019）。這方面最具代表性的實(shí)例是美國阿巴拉契亞盆地泥盆系黑色頁巖，研究認(rèn)為其形成于水體相對較淺且具流動性、支持底棲生物生存的含氧環(huán)境中（Langhorne et al.，2019）。國內(nèi)也有針對塔里木盆地西北部寒武系玉爾吐斯組黑色頁巖的研究，認(rèn)為其沉積時(shí)總體處于浪基面附近及以下的淺水環(huán)境（金值民等，2020）。上述研究不僅深化了對黑色頁巖沉積環(huán)境的認(rèn)識，也為頁巖油氣的勘探提供了新思路。

華南上揚(yáng)子地區(qū)下奧陶統(tǒng)湄潭組是一套厚度較大的泥頁巖沉積，黑色頁巖十分發(fā)育（劉若冰等，2006；周傳祎，2008；張殿偉等，2020a），對其沉積環(huán)境的認(rèn)識目前還存在較大爭議，主流觀點(diǎn)認(rèn)為湄潭組沉積時(shí)期華南上揚(yáng)子地區(qū)發(fā)生大規(guī)模海侵，大套泥頁巖沉積于較深水環(huán)境（李皎等，2015；劉偉等，2017），也有少量學(xué)者認(rèn)為湄潭組泥頁巖可能沉積于淺水環(huán)境（胡華蕊等，2019；張殿偉等，2020b）。這種深水、淺水環(huán)境判識結(jié)果存在爭議的主要原因在于針對黑色頁巖在不同沉積環(huán)境下的巖石學(xué)、地球化學(xué)判識標(biāo)準(zhǔn)尚不明確，尤其針對鮮有實(shí)例報(bào)道的淺水頁巖。奧陶系在上揚(yáng)子川南黔北地區(qū)廣泛出露，在位于遵義市板橋鎮(zhèn)附近的板橋剖面奧陶系地層發(fā)育齊全，出露良好。鑒于此，筆者以遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組為例，通過對該剖面巖石沉積特征、微量元素和主量元素綜合研究，討論黑色頁巖沉積環(huán)境，重建沉積模式。研究結(jié)果不僅為判別上揚(yáng)子地區(qū)湄潭組黑色巖系沉積環(huán)境提供有力的沉積學(xué)、地球化學(xué)證據(jù)，也為淺水成因黑色頁巖沉積環(huán)境條件判識提供一個(gè)新的研究案例，且相關(guān)巖石學(xué)、地球化學(xué)判識依據(jù)等可為類似地質(zhì)背景下的黑色頁巖沉積環(huán)境研究提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

華南上揚(yáng)子地區(qū)自南華紀(jì)開始進(jìn)入克拉通盆地演化階段（黃福喜等，2011），震旦紀(jì)以來經(jīng)歷了多期構(gòu)造隆升和海平面升降（陸揚(yáng)博等，2017），如晚震旦世的桐灣運(yùn)動、早寒武世的新開運(yùn)動、晚寒武世的云南運(yùn)動以及晚奧陶世—志留紀(jì)的廣西運(yùn)動等（Chen et al.，2010）。早奧陶世，上揚(yáng)子地區(qū)表現(xiàn)為伸展裂陷或拗陷的構(gòu)造體制，古華南海盆處于拉張環(huán)境，揚(yáng)子?xùn)|南緣為克拉通伸展裂陷盆地；中奧陶世，華夏板塊和揚(yáng)子板塊再次碰撞拼合，構(gòu)造背景由伸展轉(zhuǎn)為擠壓，上揚(yáng)子地區(qū)隆起開始出現(xiàn)（陳洪德等，2012）；自晚奧陶世開始，受廣西運(yùn)動的影響，上揚(yáng)子及其周緣的川中隆起、上揚(yáng)子北緣隆起、雪峰山隆起、黔中隆起和康滇隆起等快速隆升為古陸，局部地區(qū)形成水下高地，上揚(yáng)子地區(qū)成為被古陸所圍限和水下低隆所阻隔的半封閉局限陸棚（陸揚(yáng)博等，2017）。

湄潭組沉積時(shí)期是奧陶紀(jì)構(gòu)造轉(zhuǎn)換的重要時(shí)期，表現(xiàn)為基底的快速沉降以及海平面的多次振蕩，其中海平面變化總體表現(xiàn)為湄潭組沉積早期的大幅度下降以及中晚期的大幅度上升（李皎等，2015）。上揚(yáng)子地區(qū)下奧陶統(tǒng)湄潭組具有分布廣泛、厚度大的特點(diǎn)，巖性主要為泥頁巖、碎屑巖，夾有時(shí)厚時(shí)薄的灰?guī)r，鏡下可見筆石、三葉蟲和腕足類等化石（李啟劍等，2010）。上覆地層為中奧陶統(tǒng)十字鋪組，主要發(fā)育灰?guī)r—含泥灰?guī)r沉積；下伏地層為下奧陶統(tǒng)紅花園組，發(fā)育生屑灰?guī)r（圖1-B）。

研究剖面位于貴州省遵義市匯川區(qū)北部約40 km的板橋鎮(zhèn)（圖1-A），奧陶系發(fā)育齊全，出露良好，總厚460 m左右。湄潭組厚約240 m，下段以厚層狀黃色、黃綠色泥頁巖為特征，上段則以黑色頁巖與鈣質(zhì)粉砂巖、生屑灰?guī)r不等厚互層為特征（圖1-B）。本次選取湄潭組上段底部的一套黑色頁巖開展巖石學(xué)、沉積學(xué)及地球化學(xué)研究，也涉及到與黑色頁巖共生的生屑灰?guī)r和鈣質(zhì)粉砂巖，并據(jù)此綜合探討這套黑色頁巖的沉積環(huán)境。

圖1 遵義板橋露頭剖面地理位置及奧陶系地層綜合柱狀圖（據(jù)趙建華等，2019）Fig.1 Geographical location of outcrop and comprehensive column of the Ordovician at Banqiao section in Zunyi，Guizhou（after Zhao et al.，2019）

2 樣品及方法

樣品采集地點(diǎn)位于貴州省遵義市板橋鎮(zhèn)，奧陶系地層在該地區(qū)發(fā)育齊全。湄潭組主要巖性包括頁巖、鈣質(zhì)粉砂巖及生屑灰?guī)r。本次研究主要以湄潭組上段底部黑色頁巖段為對象，對野外露頭上的研究層段進(jìn)行密集取樣（圖2），共取樣25個(gè)，其中黑色頁巖10個(gè)、生屑灰?guī)r9個(gè)、鈣質(zhì)粉砂巖6個(gè)。

圖2 貴州遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組研究層段綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive column of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

采集的樣品經(jīng)分選去除雜質(zhì)后再用瑪瑙缽研磨至0.074 mm（200目）以下，以用于微量元素和稀土元素分析。樣品微量元素及稀土元素含量在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司測試，利用Agilent 7700e ICP-MS儀器分析完成。用于ICP-MS分析的樣品前處理如下：（1）將200目樣品置于105℃烘箱中烘干12 h；（2）準(zhǔn)確稱取粉末樣品50 mg置于Teflon溶樣彈中；（3）依次緩慢加入1 mL高純HNO3和1 mL高純HF；（4）將Teflon溶樣彈放入鋼套，擰緊后置于190℃烘箱中加熱24 h以上；（5）待溶樣彈冷卻，開蓋后置于140℃電熱板上蒸干，然后加入1 mL的HNO3并再次蒸干；（6）加入1 mL高純HNO3、1 mL MQ水和1 mL內(nèi)標(biāo)In（濃度為1 mg/L），再次將Teflon溶樣彈放入鋼套，擰緊后置于190℃烘箱中加熱12 h以上；（7）將溶液轉(zhuǎn)入聚乙烯料瓶中，并用濃度2%的HNO3稀釋至100 g以備ICP-MS測試（Wen et al.，2020）。

3 結(jié)果

3.1 黑色頁巖巖石學(xué)特征

研究層段位于遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組上段底部，厚度約10 m，主要發(fā)育黑色頁巖、生屑灰?guī)r和鈣質(zhì)粉砂巖等3種巖性，并可區(qū)分出黑色頁巖與生屑灰?guī)r、黑色頁巖與鈣質(zhì)粉砂巖2類共生組合（圖2）。

湄潭組黑色頁巖以顏色暗黑、頁理發(fā)育為顯著特征。在露頭剖面上，該頁巖呈灰黑色或暗黑色，薄層狀至中層狀，水平紋理發(fā)育良好，層面整體相對平坦，部分層面略顯起伏（圖3-A，3-B），未發(fā)現(xiàn)宏體生物化石。這反映出湄潭組黑色頁巖很可能形成于低能、安靜的沉積環(huán)境中。

圖3 貴州遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組研究層段黑色頁巖及共生巖石宏觀特征Fig.3 Macroscopic characteristics of black shale and its symbiotic rock of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，黑色頁巖主要由黏土礦物、有機(jī)質(zhì)、鈣質(zhì)碎屑以及石英顆粒等組成。鈣質(zhì)碎屑分選磨圓較差，粒度較粗，粒徑一般為0.05～0.5 mm；石英顆粒分選磨圓較好，粒度較細(xì)，粒徑一般為0.005～0.1 mm（圖4-D，4-F）。

圖4 貴州遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組研究層段黑色頁巖及共生巖石微觀特征Fig.4 Microscopic characteristics of black shale and its symbiotic rock of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

在實(shí)測剖面（圖2）中，黑色頁巖單層厚度一般介于4～70 cm之間，累計(jì)厚度約4 m，大約占實(shí)測剖面地層厚度的40%，主要以與生屑灰?guī)r或鈣質(zhì)粉砂巖不等厚頻繁互層的共生形式產(chǎn)出，而且從下向上黑色頁巖中鈣質(zhì)粉屑含量明顯降低，石英顆粒含量逐漸增加。這一特征與連續(xù)厚度大、質(zhì)純的深水黑色頁巖明顯不同，據(jù)此推測湄潭組黑色頁巖很可能不是深水環(huán)境的沉積產(chǎn)物，而是在混積臺地內(nèi)低能、安靜的淺水泥質(zhì)潟湖環(huán)境中沉積的。

3.2 高頻層序特征

3.2.1 黑色頁巖與生屑灰?guī)r共生組合

黑色頁巖與生屑灰?guī)r共生組合是板橋剖面湄潭組黑色頁巖的一種主要產(chǎn)出狀態(tài)（圖3-A，3-B，3-C），即主要由生屑灰?guī)r和頁巖組成，二者通常呈薄互層。

生屑灰?guī)r主要呈灰色薄—中層狀，層面略呈波狀起伏，頂部發(fā)育鐵質(zhì)氧化物，宏觀上呈下細(xì)上粗的逆粒序結(jié)構(gòu)（圖2；圖3-C，3-D）。局部因受到風(fēng)暴作用的影響，發(fā)育侵蝕面和下粗上細(xì)的正粒序結(jié)構(gòu)夾層（圖4-A；5-A）。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，生屑灰?guī)r還發(fā)育巖溶現(xiàn)象，溶溝被泥質(zhì)組分充填（圖4-B）。生屑灰?guī)r主要由鈣質(zhì)生物碎屑（如腕足類、三葉蟲等）、鈣質(zhì)粉屑、石英顆粒以及黏土礦物組成：鈣質(zhì)生物碎屑含量較高，介于25%～40%之間；黏土礦物含量相對較低，主要分布于溶溝；石英顆粒含量極低，分選磨圓較好，粒徑小于0.1 mm，主要分布于溶溝及其周圍（圖4-B，4-C）。

頁巖呈薄—中層狀，顏色為暗色、暗黑色，與灰?guī)r呈漸變接觸，且橫向上分布連續(xù)沒有間斷，發(fā)育水平層理（圖3-A，3-B）。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，黑色頁巖主要由黏土礦物和鈣質(zhì)碎屑組成，含有少量的石英顆粒（圖4-D）。

該沉積旋回由黑色頁巖與生屑灰?guī)r組成，頁巖厚度差異較大，最厚處可達(dá)70 cm，最薄處不足4 cm，而灰?guī)r厚度主要介于10～40 cm之間。黑色頁巖與上覆生屑灰?guī)r整體形成一個(gè)完整的五級向上變淺高頻序列（圖2；圖3-A），層序界面頂部常凹凸不平，發(fā)育溶溝及溶縫，且被下一旋回初期沉積的黑色細(xì)粒沉積物所充填（圖3-C；圖4-B）。多期次海侵造成海平面頻繁升降，使生屑灰?guī)r直接覆蓋于黑色頁巖之上，在垂向上形成碳酸鹽巖和細(xì)粒沉積物垂向疊加的旋回性。根據(jù)地層垂向序列，由底至頂可將研究層段劃分出多個(gè)黑色頁巖與生屑灰?guī)r互層的沉積旋回（圖2）。

3.2.2 黑色頁巖與鈣質(zhì)粉砂巖共生組合

黑色頁巖與鈣質(zhì)粉砂巖共生組合（圖2；圖3-A，3-B）是黑色頁巖的另一種主要產(chǎn)出狀態(tài)，主要由鈣質(zhì)粉砂巖和黑色頁巖組成，發(fā)育于板橋剖面的中部和上部，通常呈薄互層產(chǎn)出。

鈣質(zhì)粉砂巖呈薄層狀，橫向上分布連續(xù)，厚度較均勻（圖3-A，3-B，3-F），發(fā)育明顯的浪成交錯層理以及被粉砂質(zhì)充填的生物鉆孔，部分浪成交錯層理被生物鉆孔破壞（圖5-B，5-C）。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，鈣質(zhì)粉砂巖主要由石英顆粒、黏土礦物、鈣質(zhì)粉屑和少量生物碎屑組成，其中石英顆粒分選磨圓較好，粒徑一般為0.005～0.1 mm，含量為55%～65%；鈣質(zhì)粉屑及生物碎屑含量為35%～45%（圖4-E）。

圖5 貴州遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組研究層段鈣質(zhì)粉砂巖與生屑灰?guī)r典型沉積構(gòu)造Fig.5 Typical sedimentary structures of calcareous siltstone and bioclastic limestone of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

頁巖呈暗色、暗黑色，主要為薄層狀，橫向分布穩(wěn)定，發(fā)育水平層理（圖3-B）。鏡下觀察可見其主要由黏土礦物和石英顆粒組成，含有少量的鈣質(zhì)碎屑（圖4-F）。

該沉積旋回由黑色頁巖與鈣質(zhì)粉砂巖組成，頁巖厚度介于4～20 cm之間，而砂巖厚度變化相對較大，最厚處可達(dá)40 cm，最薄處不足5 cm。局部來看，薄層黑色頁巖與上覆鈣質(zhì)粉砂巖整體形成1個(gè)完整的五級向上變淺高頻序列（圖2；圖3-B），層序界面較平整，鈣質(zhì)粉砂巖發(fā)育浪成交錯層理及被上覆泥質(zhì)沉積物充填的生物鉆孔（圖5-B，5-C）。多期次海侵造成海平面頻繁升降，使鈣質(zhì)粉砂巖直接覆蓋于頁巖之上，在垂向上形成頁巖和粉砂巖垂向疊加的旋回。從整個(gè)剖面來看，頁巖與生屑灰?guī)r互層向上演變?yōu)轫搸r與鈣質(zhì)粉砂巖互層，整體形成1個(gè)完整的四級向上變淺高頻序列。根據(jù)地層垂向序列，可在板橋剖面劃分出3個(gè)四級向上變淺高頻序列（圖2）。

3.3 黑色頁巖地球化學(xué)特征

3.3.1 主、微量元素特征

遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組黑色頁巖和生屑灰?guī)r樣品主、微量元素含量見表1。將黑色頁巖的微量元素分析結(jié)果通過Al標(biāo)準(zhǔn)化后的富集系數(shù)表明，黑色頁巖中V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mo等微量元素相對虧損（富集系數(shù)EF＜1），而Sr、U、Th、Ba等元素相對富集（富集系數(shù)EF＞1）。Al、Fe、Mn、Ti等主量元素的平均值均低于后太古宙澳大利亞頁巖。

表1 貴州遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組研究層段黑色頁巖及生屑灰?guī)r樣品主、微量元素分析結(jié)果Table 1 Analysis results of major elements and trace elements of black shale and bioclastic limestone samples of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

板橋剖面湄潭組生屑灰?guī)r中，大部分微量元素含量比黑色頁巖低，僅Mo和Sr平均值高于黑色頁巖。主量元素方面，Al、Fe和Ti元素含量低于黑色頁巖，Mn元素含量遠(yuǎn)高于黑色頁巖。

3.3.2 稀土元素特征

板橋剖面湄潭組黑色頁巖稀土元素分析結(jié)果見表2，特征參數(shù)見表3。黑色頁巖稀土元素含量為191.67～481.92μg/g，平均值為285.90μg/g，遠(yuǎn)高于澳大利亞平均頁巖稀土總值184.77μg/g。頁巖中LREE（La、Ce、Pr、Nd）/HREE（Er、Tm、Yb、Lu）值反映了輕、重稀土元素的分餾程度，比值越大表明LREE越富集，板橋剖面黑色頁巖的LREE（La、Ce、Pr、Nd）/HREE（Er、Tm、Yb、Lu）值為22.63～37.72，平均為29.52，表明輕、重稀土元素分餾程度較高，輕稀土元素在處于富集狀態(tài)。δEu和δCe分別反映元素Eu和Ce的異常程度，湄潭組黑色頁巖δEu和δCe平均值分別為0.89和0.97，均指示為弱的負(fù)異常。此外，黑色頁巖的PAAS標(biāo)準(zhǔn)化分布模式圖（圖6）表明REE曲線沒有明顯向左或向右傾斜，整體呈近水平狀分布（LaN/YbN平均值為1.28，LaN/SmN＝0.53～1.41，TbN/YbN＝1.10～1.74）（表3）。

圖6 貴州遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組研究層段黑色頁巖PAAS標(biāo)準(zhǔn)化REE配分模式Fig.6 PAAS-normalized rare-earth element patterns of black shale of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

表2 貴州遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組研究層段黑色頁巖及生屑灰?guī)r樣品稀土元素分析結(jié)果Table 2 Analysis results of rare earth elements of black shale and bioclastic limestone samples of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou 單位：μg/g

研究層段生屑灰?guī)r樣品稀土元素總含量較高，介于60.16～203.11μg/g之間，平均值為104.88 μg/g。LREE/HREE值較大（平均值為22.50），表明輕稀土元素較為富集。此外，生屑灰?guī)r的PAAS標(biāo)準(zhǔn)化分布模式圖表明REE配分形態(tài)具有極其微弱的左傾特征，但整體趨于水平（圖7）。δEu和δCe平均值均為0.97（表3），未呈現(xiàn)明顯的正、負(fù)異常。

圖7 貴州遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組研究層段生屑灰?guī)rPAAS標(biāo)準(zhǔn)化REE配分模式Fig.7 PAAS-normalized rare-earth element patterns of bioclastic limestone of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

表3 貴州遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組研究層段黑色頁巖及生屑灰?guī)r樣品稀土元素特征參數(shù)Table 3 Characteristic parameters of rare earth elements of black shale and bioclastic limestone samples of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

3.3.3 TOC及鏡質(zhì)體反射率特征

前人對中國古生界海相烴源巖生烴潛力評價(jià)等級進(jìn)行了劃分，認(rèn)為下古生界TOC值小于0.5%為非烴源巖，0.5%～0.75%為差，0.75%～1.5%為中，1.5%～2.0%為好，2.0%～4.0%為很好，大于4.0%為極好（陳建平等，2012）。板橋剖面黑色頁巖的TOC值介于0.09%～1.05%之間，平均為0.39%，且大部分樣品的TOC值小于0.5%（圖8）。

圖8 貴州遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組研究層段黑色頁巖TOC分布Fig.8 Distribution of TOC of black shale of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

此外，對板橋剖面湄潭組部分黑色頁巖瀝青反射率（R b）測試后發(fā)現(xiàn)，湄潭組黑色頁巖有機(jī)顯微組分主要為腐泥組中的瀝青質(zhì)（含量介于61%～68%），呈黑色無定形態(tài)。將其固體瀝青反射率R b代入公式RO＝0.3195+0.679R b（豐國秀和陳盛吉，1988）后計(jì)算得出，湄潭組黑色頁巖RO介于2.038%～2.152%之間，平均值為2.095%。

4 討論

4.1 沉積水動力條件分析

已有研究表明，黑色頁巖通常形成于風(fēng)暴浪基面之下的深水環(huán)境中（Lucas et al.，2017；Yan et al.，2021），也可形成于風(fēng)暴浪基面之上的淺水環(huán)境中（Tribovillard et al.，2019）。遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組黑色頁巖常與生屑灰?guī)r、鈣質(zhì)粉砂巖呈薄互層狀產(chǎn)出，整體表現(xiàn)為黑色頁巖與生屑灰?guī)r薄互層向上逐漸演變?yōu)楹谏搸r與鈣質(zhì)粉砂巖薄互層（圖2；圖3-A，3-B），反映了海平面的相對下降與陸源碎屑供給的增加。

具體而言，黑色頁巖呈薄—中層狀，且發(fā)育水平層理（圖2；圖3-E），其可能形成于水體相對安靜、能量較弱的環(huán)境。相反，生屑灰?guī)r頂部往往凹凸不平，鏡下可見溶溝和溶縫發(fā)育以及腕足類和三葉蟲等生物碎片（圖3-C；圖4-B，4-C），而這些沉積特征難以用深水沉積予以解釋。從薄層黑色頁巖與生屑灰?guī)r互層組合來看（圖2；圖3-A，3-B），受高頻層序界面控制的生屑灘頂部所發(fā)育的溶溝、溶縫往往充填大量暗色黏土礦物（圖4-B），其成分、組構(gòu)與上覆黑色頁巖相似，可能為下一期高頻海泛初期沉積物充填所致，由此表明生屑灘頂部存在早期暴露，其與黑色頁巖沉積時(shí)的水體深度均不大，處于高頻變化浪基面附近的淺水環(huán)境。此外，生屑灰?guī)r中風(fēng)暴沉積特征的發(fā)育（圖4-A；圖5-A），也指示其發(fā)育于風(fēng)暴浪基面之上的淺水環(huán)境中。

相比較而言，薄層狀鈣質(zhì)粉砂巖發(fā)育有明顯的生物鉆孔和浪成交錯層理等沉積構(gòu)造（圖5-B）。生物鉆孔的發(fā)育表明沉積水體不可能是永久缺氧的，其含氧量應(yīng)當(dāng)滿足底棲生物的正常生命活動（Langhorne et al.，2019），而浪成交錯層理的發(fā)育反映該沉積期水深處于正常浪基面之上?？偟膩碚f，2種沉積構(gòu)造均反映了一個(gè)水體較淺、氧氣交換較充分且受波浪或風(fēng)暴影響的動態(tài)的、高能的沉積環(huán)境，而不是深水的、安靜的環(huán)境。從薄層黑色頁巖與鈣質(zhì)粉砂巖互層組合來看（圖2；圖3-A，3-B），薄層黑色頁巖所指示的是相對低能環(huán)境，而鈣質(zhì)粉砂巖所指示的是相對高能環(huán)境，表明研究區(qū)發(fā)生高頻海平面相對升降和沉積水動力的周期性變化。

綜上所述，板橋剖面湄潭組沉積時(shí)期水體相對較淺，黑色頁巖往往形成于浪基面之下相對安靜的沉積微地貌低地，而沉積微地貌高地可受到波浪等強(qiáng)水動力作用的影響形成生屑灘或陸源碎屑灘壩。

4.2 古海水物理化學(xué)性質(zhì)

4.2.1 氧化—還原性質(zhì)分析

微量元素在不同的氧化—還原環(huán)境中的組成和富集程度存在差異，因此可以通過分析沉積物或沉積巖中微量元素的比值，重建其沉積環(huán)境的氧化—還原狀態(tài)（常華進(jìn)等，2009；Hu et al.，2018）。

前人研究發(fā)現(xiàn)，V、Ni、Co、U、Th等微量元素可以較好地指示沉積環(huán)境的氧化—還原狀態(tài)（Chen et al.，2016；Hu et al.，2018；Mohammed et al.，2020）。筆者利用V/（V+Ni）、Th/U、V/Cr以及Ni/Co值來分析湄潭組沉積環(huán)境的氧化—還原條件。當(dāng)V/（V+Ni）值分別介于0.46～0.57、0.57～0.8和0.8～1.0之間時(shí)，依次指示氧化、次氧化和缺氧環(huán)境（Chen et al.，2016；Hu et al.，2018）；當(dāng)Th/U值大于2.0和小于2.0時(shí)可分別指示氧化環(huán)境和缺氧環(huán)境（Wignall and Twitchett，1996；Kimura and Watanabe，2001）；當(dāng)V/Cr值小于2.00、介于2.00～4.25之間以及大于4.25時(shí)，分別代表氧化、次氧化和缺氧環(huán)境；當(dāng)Ni/Co值 介于0～5.00、5.00～7.00以 及 大 于7.00時(shí)分別代表氧化、次氧化和缺氧環(huán)境（Jones and Manning，1994；Hu et al.，2018）。通過測試和分析得出，板橋剖面湄潭組黑色頁巖樣品V/（V+Ni）值為0.60～0.75，平均值為0.71；Th/U值為3.10～6.78，平均值為5.52；V/Cr值為1.00～1.13，平均值為1.07；Ni/Co值為1.51～2.92，平均值為2.04（圖9）。綜合分析上述指標(biāo)，可以認(rèn)為板橋剖面湄潭組黑色頁巖整體形成于次氧化-氧化環(huán)境中。

圖9 貴州遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組研究層段氧化—還原及古鹽度指標(biāo)的地層分布Fig.9 Stratigraphic distribution of oxidation-reduction and paleosalinity proxies of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

4.2.2 古鹽度

Sr/Ba值是分析古鹽度的常用指標(biāo)（王敏芳等，2006；熊小輝和肖加飛，2011；魏巍等，2021）。由于Ba的遷移能力及其硫酸鹽化合物的溶解度比Sr要小得多，導(dǎo)致Ba與Sr在不同的鹽度環(huán)境下與硫酸根離子結(jié)合發(fā)生沉淀，因此可以通過沉積物Sr/Ba值來反映沉積水體的古鹽度特征（李成鳳和肖繼風(fēng)，1988；熊小輝和肖加飛，2011）。前人研究表明，Sr/Ba值小于0.2、介于0.2～0.5之間和大于0.5分別指示淡水、半咸水以及咸水環(huán)境（魏巍等，2021）。板橋剖面湄潭組黑色頁巖樣品的Sr/Ba值介于0.11～2.20之間，平均值為0.55。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，本次研究所取的10個(gè)黑色頁巖樣品中只有1個(gè)樣品的Sr/Ba值大于0.5，其余樣品的Sr/Ba值均小于甚至遠(yuǎn)小于0.5（圖9），因此綜合分析認(rèn)為該黑色頁巖沉積環(huán)境為淡水—半咸水環(huán)境。

4.2.3 大氣淡水作用

研究剖面湄潭組大量發(fā)育灰色薄—中層狀生屑灰?guī)r。宏觀上可見生屑灰?guī)r與黑色頁巖頻繁互層，構(gòu)成高頻向上變淺序列，局部可見因風(fēng)暴作用而形成的侵蝕面，表明其沉積時(shí)位于風(fēng)暴浪基面之上。鏡下可見石英顆粒以及腕足類、三葉蟲等生物碎片，同時(shí)也可見巖溶現(xiàn)象，其溶溝主要被泥質(zhì)組分充填，也可見少量石英顆粒（圖4-B，4-C）。由于湄潭組沉積時(shí)期水體較淺，故認(rèn)為該巖溶現(xiàn)象極有可能與早成巖期大氣淡水淋溶有關(guān)。以生屑灰?guī)r為主的生屑灘發(fā)育于沉積微地貌高地，在早成巖期由于沉積速率整體高于細(xì)粒巖類，造成沉積可容空間受限，更易遭受大氣淡水的淋蝕形成溶溝和溶縫，并被下一期高頻海泛初期泥質(zhì)沉積物充填。

地球化學(xué)測試結(jié)果較好地印證了上述推測。從稀土元素來看，生屑灰?guī)r的REE配分形態(tài)具有極其微弱的左傾特征，但整體趨于水平（圖7），與正常海水REE所具有的明顯左傾特征相比，LREE有所富集；與此同時(shí)，生屑灰?guī)r的∑REE相對較高，介于60.16～203.11μg/g之間，平均值為104.88 μg/g（表3），整體其高于正常海水∑REE平均值，從而呈現(xiàn)出受到了一定程度的陸源物質(zhì)輸入及大氣淡水影響 的特征（Nothdurft et al.，2004；Webb et al.，2009；Xiao et al.，2020）。生屑灰?guī)r的Y/Ho值介于30.33～34.88之間，平均值為32.52，顯著低于Bau和Dulski（1996）統(tǒng)計(jì)的海相沉積物Y/Ho平均值（45.50），同樣反映了受大氣淡水的影 響（Webb and Kamber，2000；Nothdurft et al.，2004；Zhao and Zheng，2017）。

綜上，生屑灰?guī)r受到早成巖期大氣淡水的影響而發(fā)育巖溶，形成溶溝和溶縫，且后期被泥質(zhì)組分充填。這也與上述湄潭組沉積環(huán)境水體較淺、水體鹽度較低相吻合。

4.3 湄潭組沉積模式

結(jié)合巖性差異和沉積旋回特征，建立了區(qū)內(nèi)湄潭組沉積模式（圖10），黑色頁巖與生屑灰?guī)r以及鈣質(zhì)粉砂巖的不等厚頻繁互層整體受四級、五級海平面變化與沉積微地貌起伏的共同控制。在四級海侵體系域（TST），由于海平面的快速上升，研究區(qū)整體發(fā)育黑色頁巖沉積；在四級高位體系域（HST），研究區(qū)沉積微地貌高地與低地開始發(fā)生沉積分異，沉積微地貌高地發(fā)育以生屑灰?guī)r或鈣質(zhì)粉砂巖為主的臺內(nèi)灘沉積，而微地貌低地則發(fā)育以黑色頁巖為主的混積潟湖沉積。根據(jù)黑色頁巖與生屑灰?guī)r、鈣質(zhì)粉砂巖的垂向組合演化特征，可進(jìn)一步將四級高位體系域劃分為四級高位體系域早期（EHST）和四級高位體系域晚期（LHST）。在四級高位體系域早期階段，研究區(qū)整體為陸源供給有限的淺海沉積環(huán)境，微地貌高地常位于浪基面之上，水體能量高有利于碳酸鹽生屑灘的發(fā)育，而灘體之間的微地貌低洼地區(qū)由于位于浪基面之下，沉積環(huán)境相對安靜受限，從而發(fā)育頁巖沉積。在四級高位體系域晚期階段，隨著海平面進(jìn)一步下降，陸源區(qū)暴露面積增大，陸源碎屑供給明顯增多，導(dǎo)致研究區(qū)受陸源影響強(qiáng)烈，在靠近陸源區(qū)的微地貌高地開始沉積砂灘，而遠(yuǎn)離陸源區(qū)的微地貌高地因受陸源碎屑影響較小則沉積生屑灘，灘體之間的微地貌低洼地區(qū)則發(fā)育頁巖沉積，且其中碎屑石英含量明顯增加。

圖10 貴州遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組沉積模式Fig.10 Sedimentary model of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

綜上所述，湄潭組黑色頁巖與生屑灰?guī)r以及鈣質(zhì)粉砂巖的不等厚頻繁互層是高頻海平面變化以及沉積微地貌起伏共同作用的結(jié)果。

4.4 烴源意義

已有研究表明，四川盆地在湄潭組沉積時(shí)期存在川南和川北2個(gè)沉積中心，且川北地區(qū)頁巖TOC含量顯著高于川南地區(qū)，并認(rèn)為具有生烴潛力的湄潭組烴源巖主要分布在川北地區(qū)，而川南地區(qū)湄潭組烴源巖生烴潛力有限（張殿偉等，2020a）。本次通過對遵義板橋剖面湄潭組黑色頁巖總有機(jī)碳和鏡質(zhì)體反射率測試分析發(fā)現(xiàn)，其TOC介于0.09%～1.05%之間，平均為0.39%，僅有少量樣品TOC達(dá)到烴源巖下限標(biāo)準(zhǔn)，與前人研究發(fā)現(xiàn)相吻合；但RO介于2.038%～2.152%之間，平均值為2.095，表明有機(jī)質(zhì)已達(dá)到過成熟階段。此外，有機(jī)顯微組分主要為腐泥組中的瀝青質(zhì)，呈黑色無定形態(tài)，為Ⅰ型干酪根。由此可見，對湄潭組進(jìn)行準(zhǔn)確的烴源評價(jià)、恢復(fù)湄潭組黑色頁巖的原始TOC含量及古生產(chǎn)力水平是十分有必要的。

前人通過對含油氣盆地深部烴源巖的TOC恢復(fù)研究發(fā)現(xiàn)，含油氣盆地深部處于高過成熟階段（RO＞1.2%）的烴源巖的原始TOC約為當(dāng)前實(shí)測TOC的1.5～3.5倍，且含Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型母質(zhì)的泥質(zhì)巖烴源巖的TOC恢復(fù)系數(shù)分別為3.0、2.0和1.4（龐雄奇等，2014）。湄潭組黑色頁巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ型，將其TOC恢復(fù)后發(fā)現(xiàn)其原始TOC含量介于0.28%～3.16%之間，平均值為1.25%，且只有2個(gè)數(shù)據(jù)值小于0.5%，整體為有效烴源巖。另外，P和Ba元素是較好的古生產(chǎn)力指標(biāo)（Zeng et al.，2015；Bejugam and Nayak，2019），Xi和Tang（2021）主要以P/Ti值表征湄潭組黑色頁巖的古生產(chǎn)力水平，文中黑色頁巖P/Ti值介于0.15～1.95之間，平均值為0.74，遠(yuǎn)高于澳大利亞后太古代平均頁巖（0.13），表明研究區(qū)湄潭組有效烴源巖與高的古生產(chǎn)力有關(guān)（Chen et al.，2021；Xi and Tang，2021）。

綜上所述，遵義地區(qū)湄潭組黑色頁巖TOC含量相對較低，主要可能有2個(gè)方面原因：一是沉積期水體相對較淺，氧氣交換較充分，從而在一定程度上影響有機(jī)質(zhì)的保存；二是隨著埋深和熱演化程度的不斷增加，有機(jī)質(zhì)大量熱解導(dǎo)致殘余的TOC含量大幅度減少。值得注意的是，盡管川南湄潭組黑色頁巖烴源質(zhì)量整體不如川北地區(qū)，但通過其RO值對原始TOC含量進(jìn)行恢復(fù)后發(fā)現(xiàn)其依然是有效的烴源巖。因此，可以認(rèn)為川南地區(qū)的湄潭組黑色頁巖形成于淺水環(huán)境，但仍是有效的烴源巖，具備一定的生烴潛力，這與湄潭組高的古生產(chǎn)力有關(guān)。

5 結(jié)論

1）貴州遵義板橋剖面下奧陶統(tǒng)湄潭組發(fā)育黑色頁巖與生屑灰?guī)r、黑色頁巖與鈣質(zhì)粉砂巖2種共生組合，其中生屑灰?guī)r和鈣質(zhì)粉砂巖均呈現(xiàn)出淺水沉積特征，它們的疊置與分布整體受四級、五級海平面變化與沉積微地貌起伏的共同控制，而黑色頁巖主要發(fā)育于灘體之間的微地貌低洼地區(qū)。

2）湄潭組黑色頁巖不是深水環(huán)境的沉積產(chǎn)物，而是在混積臺地內(nèi)低能、安靜、次氧化-氧化的淺水泥質(zhì)潟湖環(huán)境中沉積的。

3）湄潭組黑色頁巖的多種微量元素比值指示其形成于次氧化-氧化環(huán)境，Sr/Ba值指示其沉積于淡水—半咸水環(huán)境，與其伴生的生屑灰?guī)r呈現(xiàn)出暴露巖溶特征。

4）遵義板橋剖面湄潭組黑色頁巖為一套形成于淺水、次氧化-氧化環(huán)境的有效烴源巖，主要與沉積時(shí)高的古生產(chǎn)力有關(guān)，這為判識川南地區(qū)湄潭組黑色巖系生烴潛力提供了有力的證據(jù)。