海相頁巖定量古地理編圖及深水陸棚沉積微相劃分
——以川南瀘州地區(qū)五峰組—龍馬溪組龍一11￣4小層為例

施振生，周天琪，郭偉，梁萍萍，程峰

1.中國石油勘探開發(fā)研究院非常規(guī)研究所，北京 100083

2.國家能源頁巖氣研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心，河北廊坊 065007

0 引言

粗碎屑巖和碳酸鹽巖“單因素分析多因素綜合作圖法”是馮增昭先生（1977，1979）首次提出的[1￣2]。到目前為止，該方法在我國各大油氣田和全國性的一些地質(zhì)時(shí)代編圖中廣泛應(yīng)用，相應(yīng)的定量古地理圖和著作相繼問世?！皢我蛩胤治龆嘁蛩鼐C合作圖法”的提出，代表了古地理圖編制定量化的研究思路和理論已經(jīng)形成，定量化的方法論或技術(shù)路線已經(jīng)成熟，標(biāo)志著我國巖相古地理研究進(jìn)入了定量化的階段。“單因素分析多因素綜合作圖法”的提出，極大推動了我國巖相古地理學(xué)科發(fā)展以及常規(guī)油氣勘探開發(fā)。

所謂“單因素分析多因素綜合作圖法”，是指以各剖面定量的單因素資料為基礎(chǔ)，從定量的單因素圖件分析入手，通過各單因素圖件的疊加和綜合分析判斷，最后作出定量的古地理圖[3￣4]。其中，單因素是指能夠獨(dú)立地反映某地區(qū)、某地質(zhì)時(shí)期、某層段沉積環(huán)境某些特征的因素[3]。它的有無或含量多少均可獨(dú)立地、定量地反映該地區(qū)、該層段的沉積環(huán)境的某些特征，如沉積環(huán)境水體的深淺、能量高低、性質(zhì)等。某沉積層段的厚度以及它特定的巖石類型、結(jié)構(gòu)組分、礦物成分、化學(xué)成分、化石及其化石組合、顏色等，均可作為單因素。到目前為止，針對粗碎屑巖和碳酸鹽巖提出的單因素至少有20個(gè)，包括地層厚度、深水頁巖含量（%）、深水碳酸鹽巖含量（%）、淺水碳酸鹽巖含量（%）、淺水碳酸鹽巖顆粒含量（%）、準(zhǔn)同生白云巖含量（%）、陸源物質(zhì)含量（%）、石膏含量（%）、石鹽含量（%）、氧化色含量（%）、砂巖厚度（m）、粉砂巖厚度（m）、砂地比（%）等[5￣6]，這些單因素主要是根據(jù)巖性類型、結(jié)構(gòu)組分、生態(tài)組合及巖性顏色提出的。單因素分析多因素綜合作圖法的關(guān)鍵是單因素的選取和不同沉積相標(biāo)準(zhǔn)的界定。

近年來，中國南方海相頁巖氣勘探開發(fā)取得重大突破，已在四川盆地及周緣的威遠(yuǎn)地區(qū)[7]、長寧地區(qū)[8]、昭通地區(qū)[9]、焦石壩地區(qū)[10]、瀘州地區(qū)[11]、渝西地區(qū)等五峰組—龍馬溪組海相頁巖中獲得巨大產(chǎn)量。截至2020年底，中石油頁巖氣年產(chǎn)量已達(dá)116.31×108m3。四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組海相頁巖富氣層段形成于深水陸棚沉積亞相[12￣13]，亞相類型直接控制著“甜點(diǎn)”段的形成和分布[14￣15]。

關(guān)于四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組海相頁巖的沉積相，前人已開展過系統(tǒng)研究。鄒才能等[16]綜合頁巖巖性和礦物組分含量，劃分出鈣質(zhì)淺水陸棚—濱岸、含鈣質(zhì)半深水—深水陸棚、泥質(zhì)半深水—深水陸棚3個(gè)亞相。牟傳龍等[12]根據(jù)沉積充填序列及沉積構(gòu)造特征等，劃分出淺水陸棚和深水陸棚2個(gè)亞相。蒲泊伶等[17]根據(jù)黑色頁巖的巖性特征、有機(jī)質(zhì)含量、礦物組成、生物化石和測井響應(yīng)特征，劃分為淺水陸棚、半深水陸棚和深水陸棚3個(gè)亞相。整體上，四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組海相頁巖的沉積相編圖仍處于定性階段，定量古地理圖編制尚未開展。而且，沉積相研究仍局限于沉積相和亞相劃分，沉積微相研究尚未開展。

沉積微相類型及其分布是確定頁巖氣“甜點(diǎn)”段的關(guān)鍵。近期勘探開發(fā)實(shí)踐證實(shí)，頁巖儲層品質(zhì)不僅受沉積相和亞相控制，更受沉積微相控制。深水陸棚沉積中不同沉積微相頁巖的TOC含量、孔隙度和滲透率、礦物組份、含氣性等具有重大差異。然而，海相頁巖由于粒度細(xì)（粒度小于62.5 μm），單因素選取難度大，前人對頁巖定量沉積微相編圖尚未進(jìn)行嘗試。另外，由于學(xué)術(shù)界對深水陸棚亞相的微相類型及特征認(rèn)識較少[18]，嚴(yán)重限制了四川盆地及周緣海相頁巖沉積微相的細(xì)分[19￣21]。針對以上問題，本文以川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一1￣41為例，嘗試探討海相黑色頁巖定量古地理編圖方法及深水陸棚沉積微相類型細(xì)分。

1 地質(zhì)概況

瀘州地區(qū)位于四川盆地南部，其北部為威遠(yuǎn)頁巖氣田，南部為長寧頁巖氣田，分布面積約1 500 km2（圖1）[21]。四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組形成于華夏地塊與揚(yáng)子地塊相互碰撞形成階段[22]。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，四川盆地及周緣為前陸盆地的一部分[23]。志留紀(jì)早期，由南東向西北方向擠壓作用增強(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[24]。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，形成半閉塞滯流海盆。

瀘州地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖分布廣泛，時(shí)代歸屬為晚奧陶世—早志留世。五峰組主要為大套黑色頁巖，富含筆石化石，夾多層薄層火山灰[25]。五峰組頂部為觀音橋?qū)踊規(guī)r或泥灰?guī)r，赫南特貝動物群化石豐富[26￣27]。龍馬溪組下部為黑色、灰黑色薄層狀頁巖或塊狀頁巖，紋層和裂縫發(fā)育[28￣29]；上部為灰綠色、黃綠色頁巖及砂質(zhì)頁巖，有時(shí)夾粉砂巖或泥質(zhì)灰?guī)r。龍馬溪組由下至上砂質(zhì)含量增高，構(gòu)成向上變粗的沉積序列。

根據(jù)巖性和電性特征，瀘州地區(qū)五峰組可劃分為下部的筆石頁巖段和頂部高灰質(zhì)含量的觀音橋?qū)?，龍馬溪組劃分為龍一段和龍二段[30]。龍一段可劃分為龍一1亞段和龍一2亞段，龍一1亞段進(jìn)一步細(xì)分為龍一四個(gè)小層[31]。五峰組筆石頁巖段對應(yīng)筆石帶WF1~3，五峰組觀音橋?qū)訉?yīng)筆石帶WF4，龍一小層對應(yīng)筆石帶LM1，龍一小層對應(yīng)筆石帶LM2~3，龍一小層對應(yīng)筆石帶LM4，龍一小層對應(yīng)筆石帶LM5，龍一2亞段對應(yīng)筆石帶LM6~8，龍二段對應(yīng)筆石帶LM9[32]。

2 研究思路

海相頁巖定量古地理編圖分7個(gè)步驟：編圖單元的確定、典型鉆井和露頭剖面的確定、關(guān)鍵單因素的選取、資料數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、關(guān)鍵單因素圖件編制、沉積微相標(biāo)準(zhǔn)界定和沉積微相編圖。其中，關(guān)鍵單因素選取和沉積微相標(biāo)準(zhǔn)界定是關(guān)鍵。1）編圖單元的確定：本次編圖單元是五峰組—龍一1￣41小層。2）典型鉆井和露頭剖面的確定：本次研究共使用研究區(qū)58口評價(jià)井和導(dǎo)眼井資料。3）關(guān)鍵單因素的選?。罕敬窝芯窟x取的關(guān)鍵單因素是地層厚度（m）、石英含量（%）、碳酸鹽含量（%）和黏土礦物含量（%）。4）資料數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析：本次研究主要根據(jù)研究區(qū)58口評價(jià)井和導(dǎo)眼井測井解釋的礦物組分含量數(shù)據(jù)。5）關(guān)鍵單因素圖件編制。圖件編制之前，需要在底圖上把選用的剖面按實(shí)際材料位置投點(diǎn)并編號，標(biāo)明相應(yīng)的數(shù)據(jù)值，然后按插入法勾繪等值線。編圖時(shí)應(yīng)充分注意剖面點(diǎn)的均勻性和數(shù)值的可靠性。在編制過程中，應(yīng)結(jié)合數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行初步分析，初步掌握其定向趨勢和形態(tài)特點(diǎn)，特別注意地層尖滅點(diǎn)的分析和判斷。6）沉積微相沉積微相標(biāo)準(zhǔn)界定。根據(jù)各關(guān)鍵單因素的指示意義，明確沉積微相類型，并確定沉積微相劃分標(biāo)準(zhǔn)。7）沉積微相編圖。在確定沉積微相類型之后，綜合各單因素指標(biāo)，明確各沉積微相的平面展布特征。

3 關(guān)鍵單因素選取

關(guān)鍵單因素的選取是海相頁巖定量古地理編圖的關(guān)鍵。關(guān)鍵單因素選取應(yīng)依據(jù)以下原則：1）能夠獨(dú)立地、定量地反映該地區(qū)、該層段的沉積環(huán)境某些特征；2）資料具有普遍性和代表性；3）不同資料點(diǎn)之間存在差異性和區(qū)分度。本次研究確定地層厚度（m）、碳酸鹽礦物含量（%）、石英含量（%）和黏土礦物含量（%）為海相頁巖定量古地理編圖的關(guān)鍵單因素。

3.1 地層厚度

地層厚度（m）是指某一資料點(diǎn)某一層段的累計(jì)厚度，地層厚度大小與該地區(qū)沉積可容空間大小、沉積速率、古環(huán)境等有關(guān)。地層等厚圖是區(qū)域沉積環(huán)境分析及巖相古地理研究與編圖的重要基礎(chǔ)圖件。它主要表明該地層在區(qū)域上的分布范圍及厚度變化，反映該地層沉積時(shí)的大地構(gòu)造背景。它并不反映該地層沉積時(shí)的水體深淺。一般來說，地層厚度大的地區(qū)，反映該地區(qū)該地層沉積時(shí)期相對凹陷幅度較大；地層厚度小的地區(qū)，反映該地區(qū)該地層沉積時(shí)期相對凹陷幅度較?。缓穸葹榱愕牡貐^(qū)，反映該地區(qū)該層段沒有發(fā)生沉積，即相對的隆起區(qū)。當(dāng)然，地層厚度與該地區(qū)該地層沉積時(shí)期的水體深度沒有必然的聯(lián)系。厚度大的地方，水體不一定深；厚度小的地方，水體也不一定淺；厚度為零的地方，也不一定是陸地[6]。要確定該層段沉積時(shí)的古地理特征，如水體的深淺，水底地形的高低以及水域的次一級古地理單元等，必須有充分確切的巖石學(xué)及巖相學(xué)資料。

3.2 礦物組分

四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組海相頁巖礦物成分有石英（平均37.7%）、黏土礦物（平均34.8%）和碳酸鹽礦物（平均13.6%），次要礦物成分為長石（平均8.8%）和黃鐵礦（平均5.1%）[33]。碳酸鹽礦物主要為方解石（平均9.5%）和白云石（平均4.1%），長石主要為斜長石（平均7.5%）和鉀長石（平均1.3%）。黏土礦物主要由伊利石（平均77.3%）、伊/蒙混層（平均14.3%）和綠泥石（平均7.3%）組成，偶夾少量高嶺石（平均1%），伊/蒙間層比為10%。黃鐵礦光學(xué)顯微下多呈紋層狀、斑點(diǎn)狀，掃描電鏡下多為草莓狀集合體。海相頁巖中常發(fā)育大量放射蟲和硅質(zhì)海綿骨針，有時(shí)放射蟲碎屑堆積呈層狀。

四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組海相頁巖中，石英、黏土礦物和碳酸鹽礦物由于含量高，不同地區(qū)含量明顯差異，且這些礦物組分能夠反映沉積環(huán)境的某一特征，因此選定為沉積微相編圖的關(guān)鍵單因素。長石和黃鐵礦由于含量低，不同地區(qū)含量差異不大，因此沒有選定為沉積微相編圖的關(guān)鍵單因素。

3.2.1 碳酸鹽礦物

黑色頁巖中，碳酸鹽礦物按其來源可分為陸源成因、生物成因、原生化學(xué)沉淀和成巖轉(zhuǎn)化成因。陸源碳酸鹽礦物含量及分布主要受物源影響，越靠近物源區(qū)，表層沉積物中碳酸鹽含量越高[34]。生物成因碳酸鹽礦物含量及分布主要受表層水體中鈣質(zhì)生物生產(chǎn)、陸源碎屑稀釋作用和水體溶解作用共同控制。表層水體鈣質(zhì)生物生產(chǎn)力主要受海平面和季風(fēng)變化所致的營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)多少控制。中國近海細(xì)粒沉積物中的方解石主要受浮游生物影響，呈現(xiàn)沿岸低、向外海方向增高的趨勢。陸源碎屑稀釋作用與距離物源遠(yuǎn)近密切相關(guān)，距離物源越近，方解石含量越低，距離物源越遠(yuǎn)，方解石含量越高[34]。原生化學(xué)沉淀碳酸鹽含量及分布與水體溶解作用有關(guān)，而水體溶解作用與水體溫度、pH值及壓力有關(guān)。在表層生產(chǎn)力和陸源碎屑供給一定的情況下，隨著水溫降低、水體壓力增大，方解石溶解度增大，表層沉積物中碳酸鹽含量降低。另外，隨著水體pH值減小，方解石溶解度增大，表層沉積物中碳酸鹽含量降低?？傮w說來，水體深度是控制方解石含量最重要因素，在遠(yuǎn)離陸源碎屑供給的深水陸棚區(qū)，水體越深，水體溫度越低、水壓越大、pH值越低，碳酸鹽溶解度越大，故沉積物中碳酸鹽含量越低；相反，水體越淺，水體溫度越高、水壓越小、pH值越大，碳酸鹽溶解度越小，故沉積物中碳酸鹽含量越高。南海西部表層沉積物中碳酸鹽分布與水深密切相關(guān)，在水深400 m以內(nèi)，由于陸源碎屑供給影響大，隨著水深增大，沉積物中碳酸鹽含量增加，水深400~600 m，碳酸鹽平均含量最高（含量超過40%）；當(dāng)水深大于1 300 m，由于陸源碎屑供給影響減小，溶解作用影響增大，隨著水深增大，碳酸鹽含量降低，在水深4 000~4 300 m時(shí)碳酸鹽含量僅為3.73%~5.89%[35￣36]。成巖轉(zhuǎn)化方解石的形成與裂縫發(fā)育及地下水活動有關(guān)，在裂縫相對發(fā)育區(qū)，地下水的長期作用可沉淀大量方解石。

川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一1￣41小層黑色頁巖碳酸鹽礦物主要為方解石和白云石。方解石與白云石顆粒均呈分散狀分布于其他礦物顆粒之間，粒徑較大，多為20~40 μm。方解石掃描電鏡下顏色相對較淺，多呈不規(guī)則狀，表面可見溶蝕孔隙、縱向條紋及壓碎紋（圖2a~d），周圍的黏土礦物圍繞顆粒收斂排布（圖2b）。白云石顆粒掃描電鏡下顏色相對較深，多顯示為規(guī)則的自形晶（圖2e，f）。另外，部分方解石自形晶周圍有一圈顏色較淺的加大邊，為鐵白云石交代白云石，晶體形狀分明，為菱形，幾乎不見溶蝕孔隙。

圖2 川南陽101H3￣8井龍馬溪組方解石和白云石的SEM照片（a）方解石顆粒，外形不規(guī)則，表面可見溶蝕孔隙及壓碎紋；（b）方解石顆粒，外形不規(guī)則，表面可見溶蝕孔隙及壓碎紋；（c）方解石顆粒，外形不規(guī)則，表面可見溶蝕孔隙，內(nèi)部包裹有黃鐵礦集合體；（d）方解石顆粒，外緣發(fā)育溶蝕坑，表面可見溶蝕孔隙；（e）白云石顆粒，菱形，內(nèi)部可見溶蝕孔隙；（f）白云石顆粒，菱形顆粒Fig.2 SEM images showing calcite and dolomite, from borehole Yang 101H3￣8, Longmaxi Formation shale,Shuanghe outcrop in the Changning area, southern Sichuan Basin, China(a, b) irregularly shaped calcite particles with surface dissolution pores and micro￣fractures; (c) irregularly shaped calcite particles with surface dissolution pores and pyrite aggregates distributed among the calcite particles; (d) calcite particles with dissolved edge and surface dissolution pores; (e, f) rhombic dolomite particle

川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一1￣41小層黑色頁巖碳酸鹽礦物主要來源于陸源成因，能夠反映古水深的變化，可以構(gòu)成沉積微相編圖的關(guān)鍵單因素。陸源成因方解石顆粒形態(tài)多不規(guī)則，表面可見溶蝕孔隙；生物成因、原生化學(xué)沉淀和成巖轉(zhuǎn)化成因方解石顆粒多與周圍礦物緊密接觸，表面一般不發(fā)育溶蝕孔隙。白云巖大多是石灰?guī)r和碳酸鹽沉積物的白云石化產(chǎn)物，其形成多與成巖階段方解石的白云石化作用有關(guān)。川南瀘州地區(qū)五峰組—龍馬溪組黑色頁巖中，方解石為不規(guī)則的顆粒形態(tài)，表面可見溶蝕孔隙，表明其為陸源成因；白云石礦物與周圍礦物緊密接觸，連片發(fā)育，推測其為方解石成巖轉(zhuǎn)化形成。深水陸棚沉積環(huán)境中，陸源碎屑稀釋作用弱，碳酸鹽礦物含量及分布主要受水深及距離陸源遠(yuǎn)近控制，水深越大、距離陸源越遠(yuǎn)，碳酸鹽礦物含量越低，水深越淺、距離陸源越近，碳酸鹽礦物含量越高。

3.2.2 石英

黑色頁巖中，石英按其成因可分為陸源碎屑石英、海底火山及熱液成因石英、生物成因石英、黏土礦物轉(zhuǎn)化石英和石英次生加大邊?，F(xiàn)代海洋表層沉積物中，石英主要來源于生物成因?，F(xiàn)代海洋生物每年（如硅藻、放射蟲、硅鞭毛蟲或硅質(zhì)海綿）產(chǎn)生的氧化硅總量約為2.5×1016g，其中河流提供了4.3×1014g，孔隙回流提供了5.7×1014g，海解作用提供了0.8×1014g，海底火山活動提供了0.05×1014g，還有1.9×1014g的氧化硅是熱液注入海水中造成的，海洋生物生產(chǎn)提供了絕大部分氧化硅總量[4]。

不同成因石英的分布特征及主控因素存在差異。陸源碎屑石英含量及分布主要受物源影響，越靠近源區(qū)，石英含量越高。海底火山及熱液成因石英含量及分布主要受熱源控制，越靠近熱源，石英含量越高。生物成因石英含量及分布主要受表層水體生產(chǎn)力、陸源碎屑稀釋作用和水體溶解作用共同控制。在表層水體生產(chǎn)力一定的情況下，距離物源越遠(yuǎn)，石英含量越高。同樣，在表層水體生產(chǎn)力一定的情況下，水體溶解作用與水體溫度、水體pH值及水體壓力有關(guān)[37]。隨著水溫降低、水體壓力增大，石英溶解度減小，石英含量增高。同時(shí)，隨著水體pH值減小，石英溶解度也減小，石英含量增高?？傊锍梢蚴⒑颗c分布主要受水體深度控制，在遠(yuǎn)離陸源碎屑供給的深水陸棚區(qū)，隨著水深增大，生物成因石英含量增大。

川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一1￣41小層黑色頁巖主要發(fā)育陸源碎屑石英、生物成因石英、石英次生加大邊和黏土礦物轉(zhuǎn)化石英4大類。陸源碎屑石英粒徑較大（圖3a），通?？蛇_(dá)5~20 μm，表面可見搬運(yùn)時(shí)留下的凹坑及貝殼狀斷口，礦物邊緣不規(guī)則，陰極發(fā)光照射下發(fā)強(qiáng)光（圖3b）。生物成因石英多以微晶（1~3 μm）顆粒及集合體形式出現(xiàn)（圖3c~e），少數(shù)可達(dá)粉晶級大?。?0~20 μm），陰極發(fā)光照射下發(fā)光微弱—不發(fā)光（圖3b）。前人通過Zr（%）和TiO2（%）相互關(guān)系分析、Al—Fe—Mn圖解、顯微鏡下放射蟲和硅質(zhì)海綿骨針富集、過量Si含量（%）與Al2O3含量（%）交匯圖等證實(shí)該類石英主要為生物成因[38￣41]。石英次生加大邊含量較少，在陰極發(fā)光圖像中顯示為里面的陸源石英部分發(fā)強(qiáng)光，外圍的次生加大部分不發(fā)光（圖3f，g）。黏土礦物轉(zhuǎn)化石英表現(xiàn)為嵌于黏土基質(zhì)中的微米級石英顆粒（圖3h，i），大小介于1~3 μm或亞微米級，表現(xiàn)為孤立的顆?；蚨替湢睿貭畹?，陰極發(fā)光照射下發(fā)光微弱—不發(fā)光。這類石英通常分布于伊利石礦物的周圍或包裹于伊利石礦物中。川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一1￣41小層黑色頁巖以生物成因石英為主。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，生物成因石英含量可達(dá)85%以上，而陸源碎屑石英及石英次生加大邊含量不足10%，黏土礦物轉(zhuǎn)化石英含量不足5%。

圖3 川南五峰組—龍一小層不同類型石英特征SEM和陰極發(fā)光照片（a）陸源碎屑石英，武隆黃鶯剖面，SEM照片；（b）陸源石英和自生石英，華鎣山剖面，陰極發(fā)光照片；（c）生物遺骸轉(zhuǎn)化石英，長寧雙河剖面，SEM照片；（d）生物遺骸轉(zhuǎn)化石英，瀘211井，SEM照片；（e）生物遺骸轉(zhuǎn)化石英，彭水鹿角剖面，SEM照片；（f，g）陸源石英次生加大邊，華鎣山剖面，圖片（f）為SEM照片，（g）為陰極發(fā)光照片，SEM照片中，石英顆粒為完整的顆粒，而在陰極發(fā)光照片下，則看到黃色虛線內(nèi)發(fā)強(qiáng)光，指示其為陸源成因，紅色虛線與黃色虛線之間弱發(fā)光，指示其為自生成因；（h）黏土礦物轉(zhuǎn)化石英，石英包裹于片狀或簇狀以及蜂窩狀伊利石礦物之間，武隆黃鶯剖面，SEM照片；（i）黏土礦物轉(zhuǎn)化石英，石英鑲嵌于短鏈狀伊利石中，陽101H3￣8井，SEM照片F(xiàn)ig.3 SEM and cathodic luminescence (CL) images of silica types in Wufeng￣L shale, southern Sichuan Basin, China(a) detrital quartz particles, Wulong￣HuangYing field profile (SEM); (b) detrital quartz particles, Huayingshan field profile (CL); (c) quartz transformed from paleobios,Changning￣Shuanghe field profile (SEM); (d) quartz transformed from paleobios, Lu211 (SEM); (e) quartz transformed from paleobios, Pengshui￣Lujiao field profile (SEM); (f,g) quartz overgrowth on detrital quartz, Huayinshan field profile (image (f) by SEM, (g) by CL); (h) quartz transformed by clay mineral: quartz particles encapsulated by illite,Wulong￣Huangying field profile (SEM); (i) clay minerals translated to quartz, Y101H3￣8 (SEM)

川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一1￣41小層黑色頁巖石英以生物成因?yàn)橹?，能夠反映古水深變化，因此可以?gòu)成沉積微相編圖的關(guān)鍵單因素。深水陸棚沉積環(huán)境中，在沒有海底火山及熱液活動的區(qū)域，由于陸源碎屑稀釋作用弱，石英的含量及分布主要受水深控制，水深越大，石英含量越高，水深越淺，石英含量越低。

3.2.3 黏土礦物

黏土礦物大多數(shù)來源于母巖風(fēng)化產(chǎn)物，并以懸浮方式搬運(yùn)至匯水盆地，以機(jī)械方式沉積而成。由匯水盆地中的SiO2和Al2O3膠體的凝聚作用形成的自生黏土礦物，以及由火山碎屑物質(zhì)蝕變形成的黏土礦物，在黏土礦物總含量中占比較少。因此，就形成機(jī)理而言，黏土礦物應(yīng)歸屬陸源碎屑成因。對于非事件沉積而言，陸源碎屑成因黏土礦物含量（%）含量受物源的控制，越靠近物源區(qū)，黏土礦物含量（%）越高。

圖4 川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一小層不同類型黏土礦物特征SEM照片（a）片狀伊利石，武隆黃鶯剖面，SEM照片；（b）片狀伊利石，武隆黃鶯剖面，SEM照片；（c）片狀伊利石，中間包裹著石英顆粒，武隆江口剖面，SEM照片；（d）綠泥石，中間夾有黃鐵礦自形晶體，彭水鹿角剖面，SEM照片；（e）綠泥石，彭水鹿角剖面，SEM照片；（f）綠泥石，石柱漆遼剖面，SEM照片；（g）伊/蒙混層，片狀，礦物間嵌有石英顆粒，彭水鹿角剖面，SEM照片；（h）伊/蒙混層，片狀，礦物間嵌有石英顆粒，彭水鹿角剖面，SEM照片；（i）伊/蒙混層，片狀，礦物間嵌有石英顆粒，彭水鹿角剖面，SEM照片F(xiàn)ig.4 SEM images of clay minerals in Wufeng￣Lshale, southern Sichuan Basin, China(a, b) sheet￣like illite, Wulong￣Huangying field profile; (c) sheet￣like illite around quartz particles, Wulong￣Jiangkou field profile; (d) euhedral pyrite crystals surrounded by chlorite, Pengshui￣Lujiao field profile; (e) chlorite, Pengshui￣Lujiao field profile; (f) chlorite, Shizhu￣Xiliao field profile; (g￣i) sheet￣like I/S layers around quartz parti￣cles, Pengshui￣Lujiao field profile

4 關(guān)鍵單因素圖件編制

4.1 地層厚度（m）

根據(jù)58口井的鉆井?dāng)?shù)據(jù)，勾繪出川南瀘州地區(qū)

圖5 川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一小層地層厚度圖Fig.5 Strata thickness isolines (m) of Wufeng￣Lin Luzhou area, southern Sichuan Basin, China

4.2 碳酸鹽含量（%）

研究區(qū)碳酸鹽礦物主要為原生成因，其含量能夠反映沉積時(shí)期的古水深。根據(jù)58口井鉆井測井解釋的碳酸鹽含量（%）數(shù)據(jù)，勾繪出川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一小層的碳酸鹽含量（%）等值線圖（圖6）。從圖中可以看出：1）碳酸鹽含量介于5.8%~17.8%，整體存在4個(gè)高值區(qū)和2個(gè)低值區(qū)。2）碳酸鹽含量大于12%的區(qū)域有4個(gè)：第1個(gè)高值區(qū)分布于榮232井區(qū)—瀘205井區(qū)，碳酸鹽含量為16.8%~19.1%，由北向南碳酸鹽含量逐漸降低，自213井區(qū)至梯201-H1井區(qū)碳酸鹽含量降至14.9%~15.7%；第2個(gè)高值區(qū)分布于研究區(qū)東北角，碳酸鹽含量>16%，由東北向西南碳酸鹽含量逐漸降低，瀘209井區(qū)—陽101H41-2井區(qū)—陽101H75-1井區(qū)—黃204井區(qū)一線碳酸鹽含量為12.2%~14.3%；第3個(gè)高值區(qū)分布于瀘203H53-8井區(qū)—陽101H4-4井區(qū)，碳酸鹽含量為17.4%~17.8%；第4個(gè)高值區(qū)位于陽101H65-5井區(qū)，碳酸鹽含量為17.8%。3）碳酸鹽含量<8%的區(qū)域有2個(gè)：第1個(gè)低值區(qū)位于瀘208井區(qū)—瀘203井區(qū)附近，碳酸鹽含量為5.8%~7.1%，碳酸鹽含量低值區(qū)呈北東向分布；第2個(gè)低值區(qū)位于黃203井區(qū)附近，碳酸鹽含量為7.8%，碳酸鹽含量低值區(qū)呈北東向分布。4）其他地區(qū)，碳酸鹽含量一般為8%~12%，說明這些地區(qū)沉積時(shí)期水深在深水斜坡和深水洼地之間。

圖6 川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一小層碳酸鹽巖礦物含量等值線平面圖Fig.6 Carbonate content isolines (%) of Wufeng￣L in Luzhou area, southern Sichuan Basin, China

4.3 石英含量（%）

研究區(qū)石英主要為生物成因，其含量（%）可以反映沉積時(shí)期的古水深。根據(jù)58口鉆井測井解釋的石英含量（%）數(shù)據(jù)，勾繪出川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一小層石英含量（%）等值線圖（圖7）。從圖中可以看出：1）研究區(qū)石英含量（%）整體處于37.9%~60.7%，整體存在2大高值區(qū)。2）石英含量大于55%的區(qū)域分布于瀘207井—瀘208井—古202-H1井區(qū)，石英含量為56.9%~62.7%。3）石英含量>50%的分布于陽101H3-8井—洞201H2-1井區(qū)，石英含量為51.5%~57.9%。4）其他地區(qū)石英含量均較低或很低，一般小于50%。

圖7 川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一小層石英含量等值線圖Fig.7 Silica content isolines (%) of Wufeng￣L in Luzhou area, southern Sichuan Basin, China

4.4 黏土礦物含量（%）

研究區(qū)黏土礦物主要為陸源黏土礦物，其含量（%）可以反映沉積時(shí)期的古物源搬運(yùn)路徑。根據(jù)58口鉆井測井解釋的黏土礦物含量，勾繪出川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一小層的黏土礦物含量（%）等值線圖（圖8）。從圖中可以看出：1）研究區(qū)黏土礦物含量（%）處于20.6%~49.2%，整體較低。2）黏土礦物含量大于40%的區(qū)域有2個(gè)：第1個(gè)位于瀘206井區(qū)—古205-H1井區(qū)，黏土礦物含量為44.6%~45.1%，近東西向展布；第2個(gè)位于陽101井—瀘210井—壇202-H1井區(qū)，黏土礦物含量為42.9%~49.2%，近北西向展布。3）黏土礦物含量大于35%的區(qū)域分布于鎮(zhèn)101井區(qū)—古202-H1井區(qū)，黏土礦物含量為35.2%~39.8%，近北西向展布。4）其他地區(qū)黏土礦物含量較低或很低，均小于35%。

圖8 川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一小層黏土礦物含量等值線圖（%）Fig.8 Clay mineral content isolines (%) of Wufeng￣Lin Luzhou area, southern Sichuan Basin

以黏土礦物含量大于40%的區(qū)域?yàn)橹行?，繪出了2個(gè)黏土礦物含量高值區(qū)，這是確定五峰組—龍一小層物源搬運(yùn)路徑的重要依據(jù)。黏土礦物含量大于35%的區(qū)域展布方向與前者相近，表明沉積時(shí)期在一定程度上受到陸源物質(zhì)的影響。其他地區(qū)黏土礦物含量均低于35%，說明陸源物質(zhì)影響較弱。

5 沉積微相圖的編制

5.1 沉積微相類型及劃分

前人研究表明，研究區(qū)整體位于深水陸棚沉積亞相發(fā)育區(qū)[43]。頁巖中整體硅質(zhì)含量大于40%，碳酸鹽含量小于20%。在此基礎(chǔ)上，綜合考慮碳酸鹽含量（%）、硅質(zhì)含量（%）和黏土礦物含量（%）及四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組沉積背景，在研究區(qū)五峰組—龍一小層共劃分出深水斜坡、深水洼地、重力流沉積和深水平原4種沉積微相（表1）。

表1 川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一小層不同沉積微相礦物組分含量Table 1 Contents of various mineral components of Wufeng?Lin Luzhou area

表1 川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一小層不同沉積微相礦物組分含量Table 1 Contents of various mineral components of Wufeng?Lin Luzhou area

?

深水斜坡：該沉積微相是指深水陸棚亞相中沉積地勢相對較高、水體相對較淺的區(qū)域。該區(qū)域由于地勢較高、水體較淺，故碳酸鹽含量較高（15%~20%），硅質(zhì)含量（40%~55%）相對較低。同時(shí)，該區(qū)域由于遠(yuǎn)離陸源碎屑供給區(qū)，故黏土礦物含量（<30%）相對較低。

深水洼地：該沉積微相是指深水陸棚亞相沉積地勢最低、水體最深的區(qū)域。該區(qū)域由于地勢低、水體深，故硅質(zhì)含量（>55%）較高，碳酸鹽含量（<8%）相對較低。同時(shí)，該區(qū)域由于遠(yuǎn)離陸源碎屑供給區(qū)，故黏土礦物含量（<30%）相對較低。

重力流沉積：術(shù)語“塊體搬運(yùn)沉積”通常是相對陸上的“滑坡”而言的，在國外文獻(xiàn)中與“深水滑坡”（Submarine Landslides）、“斜坡失穩(wěn)”（Slope Failure）等概念相近，普遍用于綜合性地描述深水與塊體流相關(guān)的重力流沉積搬運(yùn)過程[44]。重力流沉積發(fā)育地區(qū)，由于沉積物主要來源于陸源碎屑供給區(qū)，故頁巖中黏土礦物含量相對較高（>40%），硅質(zhì)含量（40%~55%）和碳酸鹽含量（8%~16%）相對較低。同時(shí)，該沉積物普遍發(fā)育大量滑動變形構(gòu)造和滑塌變形構(gòu)造（圖9）。

圖9 川南瀘州地區(qū)黃203井五峰組—龍一小層黑色頁巖中典型變形構(gòu)造（a）滑塌變形構(gòu)造，3 748.87 m；（b）滑塌變形構(gòu)造，3 752.38 m；（c）滑動變形構(gòu)造，3 755.27 m；（d）滑動變形構(gòu)造，3 759.94 mFig.9 Typical sliding deformation structures in Wufeng￣from borehole Huang 203, Luzhou area, southern Sichuan Basin

深水平原：該沉積微相是指深水陸棚亞相中位于深水斜坡和深水洼地之間的沉積區(qū)域，該區(qū)域沉積底型相對平緩，水深在深水斜坡和深水洼地之間。該區(qū)域由于水深在深水斜坡和深水洼地之間，故碳酸鹽含量（8%~16%）和硅質(zhì)含量（55%~60%）均介于二者之間且相對較低。同時(shí)，該區(qū)域由于遠(yuǎn)離陸源碎屑供給區(qū)，故黏土礦物含量（<30%）相對較低。

5.2 沉積微相平面分布

川南瀘州地區(qū)深水陸棚亞相發(fā)育深水斜坡、深水洼地、深水平原和重力流沉積4種沉積微相（圖10）。其中，深水斜坡沉積微相主要發(fā)育于研究區(qū)西北部和東北部，研究區(qū)中部陽101H4-4井區(qū)、瀘203H53-8井區(qū)和陽101H65-5井區(qū)也有少量分布。重力流沉積沉積微相呈指狀分布于研究區(qū)瀘210井區(qū)，由東南向西北進(jìn)入研究區(qū)，在較大型重力流沉積前緣的古205-H1井區(qū)還發(fā)育有小型條帶狀重力流沉積。深水洼地沉積微相分布于瀘208井區(qū)—古202-H1井區(qū)，整體呈紡綞狀，沿北偏東方向展布。深水斜坡、深水洼地和重力流沉積沉積微相之間分布大片的深水平原沉積。

圖10 川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一小層沉積微相分布圖Fig.10 Sedimentary microfacies distribution map of Wufeng￣in Luzhou area, southern Sichuan Basin, China

6 沉積微相模式的建立

圖11 川南瀘州地區(qū)五峰組—龍一小層黑色頁巖沉積微相模式圖Fig.11 Sedimentary microfacies model of Wufeng￣in Luzhou area, southern Sichuan Basin, China

沉積微相分布格局與該時(shí)期古構(gòu)造運(yùn)動及地形密切相關(guān)。五峰組沉積早期，華夏古陸向北推移聚斂導(dǎo)致盆內(nèi)構(gòu)造活動加劇，瀘州區(qū)塊深水平原局部發(fā)生隆升，形成一系列深水斜坡[45]。此時(shí)為滯留—半局限的深海陸棚厭氧環(huán)境，水體由北向南逐漸變深，沉積中心位于區(qū)塊南部[46]。同時(shí)，火山活動產(chǎn)生的火山灰等營養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)藻類以及直管筆石爆炸性生長[47]，大量生物碎屑沉積于缺氧程度較高的深水洼地，造成生物成因石英含量高。瀘州地區(qū)東側(cè)丁山—重慶深水低隆向西延伸形成深水斜坡[44,48]，高流態(tài)—密度小的泥質(zhì)以及黏土以碎屑流的形式沿著緩坡上的溝道進(jìn)行搬運(yùn)，在斜坡底部快速堆積，形成大規(guī)模重力流沉積[49]。五峰組沉積末期，冰期出現(xiàn)導(dǎo)致海平面迅速下降[50]，重新形成海水循環(huán)通暢的貧氧—富氧化環(huán)境。沉積環(huán)境由深水陸棚轉(zhuǎn)化為淺水陸棚，陸源碎屑供給量以及沉積速率顯著增加[50]。此時(shí)深水斜坡廣泛發(fā)育介殼灰?guī)r以及灰質(zhì)頁巖[51]，發(fā)生小幅度隆升后繼續(xù)為深水洼地及深水平原供給碎屑物質(zhì)，造成發(fā)育于深水洼地頁巖中碎屑石英以及方解石含量增加。龍馬溪組沉積早期，全球古氣候變暖導(dǎo)致海平面再次大幅度上升，此時(shí)華夏古陸向北推移造成川南進(jìn)一步發(fā)生坳陷，瀘州區(qū)塊周緣古隆起以及區(qū)內(nèi)深水斜坡隆升速度超過海平面上升速度，部分古隆起以及深水斜坡浮出海面，剝蝕后繼續(xù)為深水洼地提供碎屑物質(zhì)[48]。在厭氧—貧氧的水體條件下，放射蟲、海綿骨針、尖筆石以及柵筆石發(fā)育[47,51]，大套富有機(jī)質(zhì)的硅質(zhì)頁巖沉積于深水洼地。隨后，深水斜坡再次被海水淹沒，瀘州區(qū)塊進(jìn)入穩(wěn)定沉積發(fā)育階段。

7 結(jié)論

（1） 海相頁巖定量古地理編圖的關(guān)鍵單因素是地層厚度（m）、碳酸鹽礦物含量（%）、石英含量（%）和黏土礦物含量（%）。其中，地層厚度（m）反映了該地層單元在區(qū)域上的分布范圍、厚度變化及沉積時(shí)期的古大地構(gòu)造背景；碳酸鹽礦物含量（%）及分布能夠反映古地形變化，地勢越高，碳酸鹽礦物含量（%）越高；石英含量（%）及分布主要受古地形控制，地勢越低，石英含量越高；黏土礦物含量（%）和分布可以反映古物源方向，黏土存放的含量越高，受陸源碎屑影響越大。

（2） 依據(jù)海相頁巖的碳酸鹽礦物含量（%）、石英含量（%）和黏土礦物含量（%），深水陸棚亞相可劃分出深水斜坡、深水洼地、重力流沉積和深水平原4種沉積微相。其中，深水斜坡微相碳酸鹽含量最高（15%~20%），深水洼地微相石英含量最高（>55%），重力流沉積微相黏土礦物含量最高（>40%），深水平原微相各礦物含量介于其他微相之間。

致謝 研究過程中，得到了中國石油勘探開發(fā)研究院非常規(guī)研究所王紅巖教授、趙群高級工程師和董大忠教授的指導(dǎo)和大力支持，在此深表感謝。