渝東地區(qū)五峰組—龍馬溪組沉積環(huán)境及有機(jī)質(zhì)主控因素分析
——以接龍剖面為例

王興，田景春，2，林小兵，陳威振，易定鑫

1.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059

2.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都 610059

3.貴州省地震局，貴陽 550001

0 引言

頁巖中的有機(jī)質(zhì)含量是評價頁巖是否具有工業(yè)開采價值的重要指標(biāo)，對頁巖氣的富集起著決定性作用[1-2]。關(guān)于對黑色頁巖中有機(jī)質(zhì)含量的主控因素研究可以追溯到20世紀(jì)初，然而，國內(nèi)外學(xué)者至今尚未達(dá)成明確的共識。現(xiàn)有的有機(jī)質(zhì)富集模式主要有：“生產(chǎn)力模式”和“保存條件模式”[3-4]，前者主要是指較高的生產(chǎn)力水平是有機(jī)質(zhì)大量富集的主控因素[4]，后者則指出水體的缺氧還原條件是有機(jī)質(zhì)大量富集的主控因素[5-6]。

古沉積環(huán)境在某種程度上決定了原始生產(chǎn)力和氧化還原條件，而沉積地球化學(xué)元素記錄了古沉積環(huán)境的演化信息和沉積特征[7-8]。所以，為了判別富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖沉積時的原始生產(chǎn)力和氧化還原條件，頁巖的主微量元素分析在地學(xué)界被廣泛應(yīng)用[8-12]。

四川盆地五峰組和龍馬溪組廣泛發(fā)育厚層富有機(jī)質(zhì)頁巖，生烴潛力巨大，是最具有經(jīng)濟(jì)效益的頁巖氣勘探層系[13-15]。隨著勘探和研究程度的不斷推進(jìn)，近年來，越來越多的學(xué)者開展了四川盆地沉積學(xué)以及古環(huán)境學(xué)方面的研究，取得了豐富的研究成果[16-21]。

目前，相比涪陵等渝中地區(qū)，對渝東地區(qū)五峰組—龍馬溪組的研究多集中在頁巖的礦物組成、頁巖氣的成藏條件和資源潛力等方面[22-27]。然而，對不同沉積位置（沉降中心與沉降周緣）的黑色頁巖中有機(jī)質(zhì)的富集環(huán)境及富集機(jī)制研究較少?；趯χ貞c市武隆區(qū)接龍鄉(xiāng)實(shí)測剖面觀察，通過連續(xù)采樣及相關(guān)地球化學(xué)分析，獲得了剖面總有機(jī)碳（TOC）、主量元素、微量元素垂向變化特征。進(jìn)一步探討接龍剖面從五峰組到龍馬溪組古環(huán)境演化，同時，在橫向上與QQ1[28]井進(jìn)行對比，并探討有機(jī)質(zhì)含量（TOC）的主控因素。

1 地質(zhì)背景與樣品選擇

晚奧陶世—早志留世，受加里東運(yùn)動影響，上揚(yáng)子板塊受到擠壓，揚(yáng)子周緣開始上升，形成了眾多隆起[29]。上揚(yáng)子板塊形成了大面積低能、欠補(bǔ)償、缺氧的沉積環(huán)境[30]。與此同時，上揚(yáng)子地區(qū)形成了包括川南、川北和川東在內(nèi)的三個泥頁巖沉積的沉降中心[29]（圖1），正是在這種地質(zhì)背景下，四川盆地在五峰組和龍馬溪組時期沉積了一套富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖。在研究區(qū)內(nèi)，五峰組主要為一套黑色硅質(zhì)頁巖夾薄層硅質(zhì)巖，含有多套鉀質(zhì)斑脫巖夾層[31-33]，筆石含量豐富，呈西北向東南變厚的特征[34]。五峰組頂部觀音橋組整體上以淺水沉積泥灰?guī)r和鈣質(zhì)灰?guī)r為主，厚度較薄，常常作為劃分五峰組與龍馬溪組的標(biāo)志層。并且，觀音橋組在四川盆地多條野外剖面上均被觀測到，如貴州省松桃縣陸地坪觀音橋組（1.52 m），巖性為鈣質(zhì)泥巖和泥灰?guī)r；貴州遵義董公寺的觀音橋組，厚度較薄（0.35 m），以鈣質(zhì)泥巖為主[35]；貴州畢節(jié)燕子口中溝的觀音橋組，厚1.35 m，以泥質(zhì)含量較低的生屑微晶灰?guī)r為主[36]。另外，受赫南特冰期的影響，觀音橋組保存了豐富的涼水腕足動物群—“赫南特貝生物群”，在全世界除澳洲以外的多個國家和地區(qū)均有報(bào)道，近年來成為了古生物學(xué)家的研究熱點(diǎn)[37]。早志留世時期，隨著間冰期的到來，海平面開始上升，上揚(yáng)子地區(qū)沉積了一套巖性為黑色碳質(zhì)頁巖和灰黑色鈣質(zhì)頁巖的龍馬溪組頁巖，局部夾少量粉砂質(zhì)泥頁巖薄層，相較于五峰組筆石含量有所減少[38]。

圖1 四川盆地五峰組—龍馬溪組泥頁巖分布及剖面位置[29]Fig.1 Distribution and section location of mud shale in Wufeng Formation-Longmaxi Formation,Sichuan Basin[29]

接龍剖面在重慶市武隆區(qū)（29.594 5° N，107.895 0° E），主要位于川東沉降中心深水陸棚區(qū)。接龍剖面的五峰組和龍馬溪組地層出露完整（圖2），自下而上發(fā)育奧陶系上統(tǒng)臨湘組（未見底）、五峰組（9.6 m）、觀音橋?qū)樱?.5 m），以及志留系下統(tǒng)龍馬溪組（未見頂，98.70 m）。QQ1 井位于川東沉降周緣淺水陸棚區(qū)（圖1），其五峰組主要為一套黑色硅質(zhì)頁巖，頂部為淺水特征沉積層觀音橋?qū)?，未見?biāo)志性化石，龍馬溪組主要為一套富筆石的黑色頁巖[28]。

圖2 接龍剖面五峰組—龍馬溪組綜合柱狀圖（a）龍馬溪組上部，灰色粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖；（b）龍馬溪組底部，中—薄層狀黑色頁巖；（c）志留系與奧陶系界限，呈平行整合接觸；（d）五峰組與臨湘組分界，呈平行不整合接觸，接觸面夾4～6 cm火山灰斑脫巖夾層Fig.2 Comprehensive stratigraphic histogram of Wufeng Formation-Longmaxi Formation,Jielong section(a) upper part of Longmaxi Formation,gray silty mudstone and argillaceous siltstone;(b) bottom of Longmaxi Formation,medium-thin black shale;(c) parallel conformal contact between Silurian and Ordovician;(d) parallel unconformity between Wufeng and Linxiang Formations,with 4-6 cm interlayer of volcanic bentonite

其中，接龍剖面臨湘組巖性為淺灰色薄層泥質(zhì)瘤狀灰?guī)r，以黑色頁巖出現(xiàn)作為五峰組與臨湘組的分界線。五峰組—龍馬溪組的巖性為黑色頁巖，以炭質(zhì)、硅質(zhì)含量細(xì)分為不同的巖石類型，發(fā)育數(shù)套火山灰夾層（圖2d）。五峰組—龍馬溪組鏡下生物以放射蟲為主（圖3a），偶見順層發(fā)育黃鐵礦，在掃描電子鏡下主要為草莓狀和蜂窩狀（圖3c，d）。接龍剖面五峰組與龍馬溪組巖性差別不大，以一套厚度為0.5 m的觀音橋組灰黑色鈣質(zhì)泥巖為界線（圖2c），觀音橋組在野外通過層厚變化以及滴稀鹽酸微弱冒泡來識別。將觀音橋組野外樣品進(jìn)行磨片，可以觀察到淺水生物海百合碎片（圖3b）。接龍剖面龍馬溪組底部為中—薄層狀黑色頁巖（圖2b），上部為灰色粉砂質(zhì)泥巖（圖2a），頂部風(fēng)化嚴(yán)重，未見頂。為了對接龍剖面五峰組—龍馬溪組進(jìn)行精細(xì)的研究，根據(jù)巖性和地層厚度變化劃分了小層并進(jìn)行連續(xù)采樣，樣品均避開火山灰層、方解石脈。其中，五峰組12 件，觀音橋組2件、龍馬溪25件，五峰組和龍馬溪組為硅質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖，觀音橋組為鈣質(zhì)頁巖。

圖3 接龍剖面五峰組—龍馬溪組黑色頁巖典型照片（a）五峰組，黑色頁巖，正交偏光，放射蟲成層分布；（b）觀音橋組，灰黑色泥灰?guī)r，正交偏光，海百合碎片；（c）YJL-6，五峰組，蜂窩狀黃鐵礦；（d）YJL-31，龍馬溪組，草莓狀黃鐵礦Fig.3 Photographs of typical Wufeng Formation-Longmaxi Formation black shale in Jielong section(a) Wufeng Formation,black shale,orthogonal polarized light,radiolarian stratified distribution;(b) Guanyinqiao Formation,gray-black marl,orthogonal polarized light,crinoid fragments;(c) YjL-6,Wufeng Formation,cellular pyrite;(d) YJL-31,Longmaxi Formation,strawberry pyrite

2 分析測試方法

所有樣品的地球化學(xué)分析測試在成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)中心國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。TOC測定依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 19145—2022）使用LECO SC-632碳硫測定分析儀進(jìn)行檢測。操作步驟如下：經(jīng)去離子水多次超聲波洗凈的樣品烘干后，用瑪瑙研缽人工磨碎至80 目。稱取100 mg 的樣品用5%的HCl浸泡24 h，去掉無機(jī)碳，然后測試有機(jī)碳和硫含量。主量元素采用XRF儀器，進(jìn)行X射線熒光光譜分析，檢測溫度為23 ℃，相對濕度為20%。操作步驟如下：稱取1 g的頁巖樣品置于干凈的陶瓷坩堝中，并稱重坩堝、樣品和坩堝＋樣品的重量并記錄，以便測定后續(xù)煅燒過程中樣品的燒失量。將坩堝放入馬沸爐中920 ℃煅燒3～4 h去除有機(jī)質(zhì)。取出坩堝快速置于干燥皿中冷卻，隨后常溫下稱量坩堝+樣品和坩堝的重量。在假設(shè)坩堝質(zhì)量不變的條件下計(jì)算煅燒過程中的燒失量，以便于后續(xù)的矯正。稱取0.5 g 左右燒失后的粉末樣品，加入樣品質(zhì)量8 倍的無水四硼酸鋰（Li2B4O7），混合均勻，放置于XRF 專用鉑金坩堝中，最后加入1 滴2%LiBr-1%NH4I 混合助溶劑于混合樣品中。將金坩堝放置于Analymate-V8C型4頭高頻加熱熔樣機(jī)上1 150 ℃熔融制成玻璃片，保存后等待測試。最后，在Rigaku 100e 型波長色散型X 熒光光譜儀（XRF）上進(jìn)行測試。微量元素采用PE Elan 6000型電感耦合等離子質(zhì)譜儀（ICP-MS）進(jìn)行測試分析，檢測溫度為25 ℃，相對濕度為30%。操作步驟如下：稱取烘干恒重的0.5 g 樣品粉末于陶瓷坩堝中，放入700 ℃的高溫爐中煅燒3～4 h 去除有機(jī)質(zhì)。稱取0.37～0.45 mg 燒失后的樣品放入干凈的聚四氟乙烯密閉溶樣瓶中，精確記錄每個樣品的稱量結(jié)果，滴入3 mL HNO3、3 mL HF 和1.5 mL HClO4溶解樣品，超聲1 h 待樣品混合均勻后，放置于100 ℃低溫電熱板上保溫3 d 后蒸干。蒸干的樣品中加入1∶1 純化HNO3和HF，加蓋旋緊溶樣瓶并套上鋼套，放入高壓釜中190 ℃保溫48 h。待溶樣器冷卻，卸下鋼套，將溶樣瓶放置于電熱板上140 ℃將溶液蒸至濕鹽狀，然后緩慢加入4 mL 4NHNO3，再次放入高壓釜中170 ℃恒溫4 h。待溶樣瓶冷卻，將溶解樣用2%的HNO3稀釋干凈，最后將樣品稀釋2 000倍，加入一倍的Rh內(nèi)標(biāo)來矯正信號飄逸。溶解稀釋后的樣品在PE Elan 6000型電感耦合等離子質(zhì)譜儀（ICP-MS）上進(jìn)行測試分析，分析誤差小于5%。

3 地球化學(xué)特征

3.1 TOC含量

接龍剖面五峰組—龍馬溪組39個樣品的TOC含量1.71%～5.85%，平均為3.79%。其中，五峰組的TOC 含量為2.38%～5.84%，平均為3.81%。龍馬溪組的TOC含量為1.71%～5.85%，平均為3.78%。

垂向上，接龍剖面在五峰組頂部接近觀音橋組TOC 含量出現(xiàn)明顯下降，并在龍馬溪時期含量快速升高，隨后在龍馬溪組中上部降低（圖3）。橫向上，通過對李艷芳[28]文章中QQ1井的TOC含量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，QQ1井的TOC含量要小于接龍剖面。不過，整體而言，接龍剖面與QQ1 井的TOC 含量均值大于2%，這與其他剖面五峰組—龍馬溪組表現(xiàn)一致，屬于富有機(jī)質(zhì)頁巖段。

3.2 常量元素

SiO2、Al2O3和CaO元素是接龍剖面五峰組—龍馬溪組黑色頁巖的主要成分?？梢耘c石英、黏土礦物和碳酸鹽三種主要礦物組分相對應(yīng)。

不同常量元素含量在不同層段表現(xiàn)出一定的波動性（圖3），五峰組—龍馬溪組中SiO2的含量占主體，其中五峰組含量介于63.9%～86.8%，平均為82.9%；觀音橋段含量介于44.4%～44.6%，平均為44.5%；龍馬溪組含量介于71.9%～85.4%，平均為78.5%（五峰組＞龍馬溪組＞觀音橋組）。其次為Al2O3，五峰組含量介于2.8%～16.3%，平均為6.0%；觀音橋段含量介于4.9%～7.6%，平均為6.3%，龍馬溪組含量介于6.0%～10.5%，平均為8.8%（五峰組＞龍馬溪組＞觀音橋組）。CaO、MgO含量在五峰組和龍馬溪組頁巖中較低，介于0.3%～1.1%，而觀音橋組泥灰?guī)rCaO 含量介于11.0%～17.8%，MgO 含量介于7.0%～7.4%，這主要受巖性的影響。除此之外，含量最高的是Fe2O3，五峰組含量介于0.8%～3.5%，平均為1.5%，觀音橋段含量介于3.6%～9.8%，龍馬溪組含量介于0.7%～6.9%，平均為2.1%。其次是Na2O，龍馬溪組含量為0.2%～0.9%，平均為0.4%，觀音橋段為0.7%，五峰組含量介于0.1%～1.1%，平均為0.6%。

接龍剖面常量元素整體變化不大，在五峰組沉積晚期，與陸源碎屑和黏土礦物相關(guān)的Al2O3、K2O、P、Ti含量降低，與化學(xué)和生物成因相關(guān)的CaO、MgO、Mn含量升高，并在龍馬溪組沉積早期快速回彈。

3.3 微量元素

由于微量元素通常在成巖過程中具有相對穩(wěn)定的特性，可以利用微量元素的變化反映沉積和構(gòu)造環(huán)境[39]。為了消除陸源成分的影響，利用Al元素（陸源且穩(wěn)定），標(biāo)準(zhǔn)化后得到X/Al（X為樣品中某微量元素的含量，Al 為樣品中Al 元素的含量），以便準(zhǔn)確地判定古沉積環(huán)境。同時以X（標(biāo)）/Al（標(biāo)）（X為后太古代澳大利亞平均頁巖PAAS[40]中某微量元素的含量，Al為PAAS中Al元素的含量）作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。

接龍剖面黑色頁巖的微量元素的垂向變化特征如圖4所示，與陸源相關(guān)的Zr、Y、Ga、Sr、Rb等變化不大，表現(xiàn)出相對富集或虧損。V、Cr、Ni等氧化還原敏感元素變化相同，在龍馬溪組中上部與頁巖平均值相近，而在五峰組和龍馬溪組底部強(qiáng)烈富集。在觀音橋段富集程度表現(xiàn)為相對虧損或富集。

圖4 接龍剖面TOC 含量、常量元素和微量元素垂向變化特征Fig.4 Vertical variation of TOC content,major elements and microelement in Jielong section

4 沉積環(huán)境分析

4.1 陸源輸入

陸源碎屑的輸入可能對水體中有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生稀釋作用，是影響有機(jī)質(zhì)富集的重要因素[41-42]。沉積物中的元素Al、Zr、Ti 主要來自陸源碎屑，由于不易遭受成巖作用以及風(fēng)化作用的影響，常被用于指示海相沉積巖中的陸源輸入情況，Al、Zr與Ti含量可以作為陸源輸入的重要指標(biāo)[43]。

接龍剖面中陸源輸入指標(biāo)Al、Zr、Ti 在五峰組變化幅度比較大，在中部出現(xiàn)明顯波動（圖5），表明陸源物質(zhì)輸入在五峰組沉積時期供給變化比較大，這可能是奧陶世晚期頻繁的構(gòu)造運(yùn)動造成的[31-32]。隨后，進(jìn)入觀音橋組沉積時期，陸源輸入指標(biāo)Al、Zr、Ti含量出現(xiàn)明顯的下降，可能是由于全球冰期造成海平面的下降，從而使剖面點(diǎn)遠(yuǎn)離古隆起剝蝕區(qū)，導(dǎo)致了陸源碎屑在這一時期輸入減少。之后，Al、Zr、Ti含量在龍馬溪組底部快速提升，表明在冰期結(jié)束后，海平面上升，陸源碎屑供給開始恢復(fù)到五峰組沉積時期。以上這些陸源輸入指標(biāo)的變化特征也可以在QQ1井觀察到（圖6）。

圖5 接龍剖面陸源輸入指標(biāo)、氧化還原指標(biāo)和古生產(chǎn)力指標(biāo)垂向變化特征Fig.5 Vertical variation of continental input,redox indices and paleoproduction in Jielong section

圖6 QQ1 井陸源輸入指標(biāo)、氧化還原指標(biāo)和古生產(chǎn)力指標(biāo)垂向變化特征[28]Fig.6 Vertical variation of continental input,redox and paleoproduction in indices well QQ1[28]

4.2 氧化還原條件

微量元素V、Ni、Cr等是氧化還原敏感性元素，前人利用相關(guān)元素在不同地區(qū)都進(jìn)行過相關(guān)時期水體氧化還原條件研究。采用V/Cr 與V/（V+Ni）作為氧化還原性的替代指標(biāo)。通常V/Cr＞4.25 指示強(qiáng)烈缺氧環(huán)境，2＜V/Cr＜4.25 指示貧氧環(huán)境，V/Cr＜2 指示氧化環(huán)境[44]。V/（V+Ni）＜0.46 為氧化環(huán)境，0.46～0.57 為弱氧化環(huán)境，0.57～0.83 為缺氧環(huán)境，0.83～1 為靜海環(huán)境[45]。

根據(jù)元素分析結(jié)果（表1），接龍剖面五峰組V/（V+Ni）比值介于0.72～0.93，平均為0.85，五峰組V/Cr比值介于1.69～7.18，平均為3.75，指示一個缺氧的環(huán)境。觀音橋組V/Cr比值介于1.81～3.30，平均為2.57，V/（V+Ni）比值介于0.35～0.69，平均為0.51，指示一個弱氧化的環(huán)境。龍馬溪組V/Cr 比值介于2.50～7.41，平均為4.60，V/（V+Ni）比值介于0.73～0.93，平均為0.86，指示一個還原的環(huán)境。

表1 接龍剖面與QQ1井氧化還原性指標(biāo)對比表[28]Table 1 Comparison of oxidation and reduction indices between Jielong section and well QQ1[28]

除此之外，在縱向上，接龍剖面五峰組—龍馬溪組水體的氧化還原條件（圖5）表現(xiàn)也有所不同。在五峰組沉積時期V/Cr、V/（V+Ni）比值變化較大，指示氧化還原以缺氧環(huán)境為主，偶爾有富氧的環(huán)境存在，在五峰組頂部V/Cr、V/（V+Ni）比值有所減小，在觀音橋組時期減至最小，指示弱氧化環(huán)境。這可能是受赫南特冰期的影響，全球的海平面下降，導(dǎo)致底部水體氧含量有所增加。隨后，在龍馬溪組底部，V/Cr、V/（V+Ni）比值開始增大，接著趨于穩(wěn)定，這表明水體的還原程度在這一時期有所增加。這可能是由于早志留世全球冰期的結(jié)束，全球海平面開始上升，水體加深造成的。

另外，水體的氧化還原環(huán)境除了在同一個剖面的不同層位上存在差異，在不同剖面之間也有變化。位于川東沉降邊緣的QQ1井在五峰組—龍馬溪組氧化還原指標(biāo)V/Cr、V/（V+Ni）在相同層位的變化特征與接龍剖面表現(xiàn)出一致性（圖6），但是在相同層位的V/Cr、V/（V+Ni）數(shù)值明顯低于位于川東沉降中心的接龍剖面（表1）。這可能是因?yàn)椴煌钠拭嫖恢茫涑练e水體的深度不同導(dǎo)致氧化還原性有所差異。水體越深，還原性越強(qiáng)[28]。這說明水體深度和沉積位置也是影響氧化還原條件重要因素。

4.3 古生產(chǎn)力

海洋生產(chǎn)力是海洋生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是影響有機(jī)質(zhì)富集的主要因素之一[45]，可以用來指示古生產(chǎn)力的地球化學(xué)指標(biāo)是P 元素[46-47]。另外，在判別古生產(chǎn)力水平時通常用P/Al 或P/Ti去除來自陸源碎屑的影響，其值更能代表古海洋的初級生產(chǎn)力[21]。

現(xiàn)代海洋研究證實(shí)，海底沉積物中Ba 的積累速率與生物生產(chǎn)力具有正相關(guān)性[45]。雖然非生物Ba在海洋中含量非常少，為了排除這類Ba影響，采用在學(xué)術(shù)界廣泛被采用的古生產(chǎn)力指標(biāo)生物鋇Ba（xs）計(jì)算方式[48]。

式中：Bay，Aly為樣品測試值；（Ba/Al）pass為后太古宙澳大利亞頁巖中兩元素的比值，取值為0.007 7[39]。

接龍剖面古生產(chǎn)力指標(biāo)Ba（xs）、P/Al 在五峰組底部表現(xiàn)為較高值（圖5），隨后在五峰組中上部有所下降，指示古生產(chǎn)力的下降?？傮w來看，五峰組Ba（xs）、P/Al變化范圍最大，這可能是由于五峰組沉積時期強(qiáng)烈的環(huán)境變化以及火山活動導(dǎo)致深水相的腕足、浮游筆石受到重創(chuàng)[33-34]，從而古生產(chǎn)力逐漸下降。另外，我們觀察到觀音橋組的古生產(chǎn)力指標(biāo)Ba（xs）、P/Al出現(xiàn)較大的差距，P/Al 比值在觀音橋組出現(xiàn)最大值，指示較高的生產(chǎn)力，這與QQ1 井分析結(jié)果以及生物大滅絕的地質(zhì)背景相悖[37]?？紤]到在鏡下觀察到了海百合碎片，而生物體中的Ba、P可能對這一指標(biāo)有影響[46]，故在之后的有機(jī)質(zhì)富集的主控因素分析中，剔除觀音橋的兩個樣品，這里僅做展示。Ba（xs）、P/Al 值在龍馬溪組早期逐漸增大，指示古生產(chǎn)力水平的恢復(fù)。這可能是在赫南特冰期結(jié)束后，氣溫回暖，生物復(fù)蘇導(dǎo)致的古生產(chǎn)力水平的提高，從QQ1 井的古生產(chǎn)力指標(biāo)中（圖6）也能夠非常明顯地觀察到。

接龍剖面和QQ1 井的古生產(chǎn)力判斷指標(biāo)Ba（xs）、P/Al（×10-4）具體值見表2。接龍剖面五峰組Ba（xs）含量介于（677.0～1 908.0）×10-6，平均為1 073.1×10-6；五峰組P/Al 值介于（81.4～160.4）×10-4，平均為116.3×10-4。龍馬溪組Ba（xs）含量介于（1 427.9～2 255.0）×10-6，平均為1 741.6×10-6；龍馬溪組P/Al 值介于（99.2～141.6）×10-4，平均為119.7×10-4。表明接龍剖面五峰組和龍馬溪組都具有良好的古生產(chǎn)力條件，但是接龍剖面相關(guān)指標(biāo)明顯高于沉降周緣的QQ1 井，說明接龍剖面古生產(chǎn)力比QQ1井高?？紤]到五峰組—龍馬組沉積時期大量的火山活動，而火山灰為筆石以及浮游生物提供大量的營養(yǎng)物質(zhì)[33-34]，促進(jìn)古生產(chǎn)力的增長，我們認(rèn)為這可能是因?yàn)榻育埰拭娓拷ㄖ泄抨懀懈嗟臓I養(yǎng)物質(zhì)使得生物在此繁衍，導(dǎo)致接龍剖面的古生產(chǎn)力比QQ1井高。這與野外接龍剖面觀察到火山灰夾層，而在QQ1 井沒有發(fā)育火山灰這一現(xiàn)象相符。

表2 接龍剖面與QQ1井古生產(chǎn)力對比表[28]Table 2 Comparison of paleoproductivity between Jielong section and well QQ1[28]

5 有機(jī)質(zhì)富集主控因素及富集模式

5.1 有機(jī)質(zhì)富集主控因素

前人認(rèn)為黑色頁巖中有機(jī)質(zhì)富集是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程。揚(yáng)子地區(qū)五峰組—龍馬溪組的控制因素并不單一，首先，陸源碎屑輸入會對沉積物中有機(jī)質(zhì)的含量起到稀釋作用[41-42]；其次，良好的生產(chǎn)力水平會為有機(jī)質(zhì)的富集提供良好的基礎(chǔ)[13]；最后，有機(jī)質(zhì)后期保存條件也很重要，缺氧—還原的環(huán)境更利于有機(jī)質(zhì)的保存[14-15]。選取可能影響接龍剖面五峰組和龍馬溪組有機(jī)質(zhì)富集的三個因素（陸源輸入、氧化還原條件、古生產(chǎn)力）與TOC 含量進(jìn)行相關(guān)性分析，研究五峰組—龍馬溪組的有機(jī)質(zhì)富集主控因素。

根據(jù)接龍剖面陸源輸入指標(biāo)Al、Zr 與TOC 含量相關(guān)性分析圖（圖7a，b），五峰組Al、Zr與TOC的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.13、0.08；龍馬溪組Al、Zr與TOC的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.08、0.17；R2遠(yuǎn)小于1，表現(xiàn)出極差的相關(guān)性，表明無論是在五峰組還是龍馬溪組，接龍剖面陸源碎屑輸入含量對有機(jī)質(zhì)富集幾乎沒有影響。從接龍剖面氧化還原指標(biāo)V/Cr、V/（V+Ni）與TOC 含量相關(guān)性分析圖（圖7c，d）來看，五峰組V/Cr、V/（V+Ni）與TOC的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.76、0.86；龍馬溪組V/Cr、V/（V+Ni）與TOC 的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.54、0.47；表現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性，說明氧化還原條件是控制接龍剖面五峰組和龍馬溪組有機(jī)質(zhì)富集的重要因素。另外，同一指標(biāo)與TOC 的相關(guān)系數(shù)在五峰組均大于龍馬溪組，說明五峰組有機(jī)質(zhì)的富集相較于龍馬溪組有機(jī)質(zhì)的富集更依賴于氧化還原條件。接龍剖面古生產(chǎn)力指標(biāo)Ba（xs）、P/Al 與TOC 含量相關(guān)性分析圖（圖7e，f）顯示，五峰組Ba（xs）、P/Al與TOC的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.02、0.003 7；龍馬溪組Ba（xs）、P/Al與TOC的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.16、0.002 5。兩者的R2均遠(yuǎn)小于1，沒有表現(xiàn)出良好的相關(guān)性，表明在接龍剖面五峰組和龍馬溪組，古生力對有機(jī)質(zhì)的富集影響較小。從縱向上我們也可得出相關(guān)結(jié)論（圖5），雖然五峰組底部、龍馬溪組上部生產(chǎn)力水平較高，但是對應(yīng)的TOC含量卻較小，進(jìn)一步說明，兩者不存在良好的相關(guān)性。雖然生產(chǎn)力水平不是決定接龍剖面五峰組和龍馬溪組有機(jī)質(zhì)富集的主要因素，但我們必須承認(rèn)，較高的生產(chǎn)力水平為有機(jī)質(zhì)富集提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。當(dāng)然，最后起決定性作用的因素是沉積物保存的氧化還原條件。李艷芳[28]對QQ1 井進(jìn)行地化數(shù)據(jù)分析后也證明QQ1井TOC含量與古氧化還原環(huán)境條件有正相關(guān)性與古生產(chǎn)力以及陸源碎屑輸入相關(guān)性不大，不再贅述。

圖7 接龍剖面TOC 含量與陸源碎屑輸入指標(biāo)、氧化還原指標(biāo)、古生產(chǎn)力指標(biāo)相關(guān)性圖Fig.7 Correlation between TOC content and continental input,redox indices and paleoproduction in Jielong section

綜上所述，接龍剖面五峰組和龍馬溪組頁巖有機(jī)質(zhì)含量取決于水體的氧化還原條件，屬于“保存條件控制型”。前文對接龍剖面與QQ1 井的TOC 含量分析，發(fā)現(xiàn)五峰組和接龍組TOC 含量整體高于QQ1井，在同一時期，受控于地形，位于沉降中心深水陸棚區(qū)的接龍剖面水體還原性比位于沉降周緣淺水陸棚區(qū)的QQ1井要高。

5.2 有機(jī)質(zhì)富集模式

根據(jù)TOC 含量與陸源碎屑輸入、氧化還原環(huán)境以及古生產(chǎn)力條件的相關(guān)性分析，明確了五峰組和龍馬溪組有機(jī)質(zhì)的富集得益于良好的保存條件。但有機(jī)質(zhì)富集是一個復(fù)雜的過程，根據(jù)對接龍剖面五峰組—龍馬溪組的沉積環(huán)境研究并結(jié)合前人已有的觀點(diǎn)，對五峰組和龍馬溪組的有機(jī)質(zhì)富集模式進(jìn)行探討。

受加里東運(yùn)動影響，五峰組沉積期間黔中隆起、川中隆起、雪峰山隆起相繼升高[44]。由于頻繁的構(gòu)造活動和與之相伴的大規(guī)模火山運(yùn)動，五峰組沉積時期沉積了多套鉀質(zhì)斑脫巖夾層[31-34]。火山灰中夾帶著豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，有利于筆石和浮游生物繁盛，從而在五峰組沉積時期海洋擁有較高的古生產(chǎn)力，這為有機(jī)質(zhì)富集提供了基礎(chǔ)。當(dāng)然，頻繁的構(gòu)造運(yùn)動導(dǎo)致陸源碎屑供給出現(xiàn)了頻繁的變化，這可能對沉積物中有機(jī)質(zhì)含量起到稀釋作用。另外，構(gòu)造運(yùn)動使得中上揚(yáng)子地區(qū)轉(zhuǎn)化為障壁性的海盆，盆地水體流通性減弱，形成強(qiáng)滯留水體環(huán)境[49]（圖8a）。此時的障壁性海域特征在還原的水體條件有利于有機(jī)質(zhì)的保存，使得五峰組沉積期可以形成一套優(yōu)質(zhì)的烴源巖。五峰組沉積晚期，岡瓦納大陸冰川的發(fā)育事件[34]，全球海平面大規(guī)模下降，海水底部的氧含量有所增加。隨后，出現(xiàn)了最早的一次生物大滅絕事件，種一級的滅絕率達(dá)到85%[37]。海洋生產(chǎn)力有所下降，使得有機(jī)質(zhì)的供給量在觀音橋組沉積期低于龍馬溪組沉積期。此外，海平面的下降導(dǎo)致了盆地遠(yuǎn)離大陸剝蝕區(qū)，陸源碎屑供給的減少，觀音橋時期形成了一套分布范圍廣的薄層鈣質(zhì)泥巖和泥灰?guī)r（圖8b）。進(jìn)入早志留世，由于冰川融化引起海平面的上升，揚(yáng)子盆地中海水的流通性增加[50-52]。氣候出現(xiàn)回暖，生物復(fù)蘇為海洋提供了高的生產(chǎn)力，龍馬溪組沉積時期海洋生產(chǎn)力復(fù)蘇。另外，盡管海平面上升導(dǎo)致海水流通性增加，表層海水的含氧量增加，有利于龍馬溪組生產(chǎn)力的恢復(fù)。但是海平面上升使得沉積水體加深，沉積中心的底部仍舊處于靜海相的還原環(huán)境（圖8c），這為有機(jī)質(zhì)的保存提供了良好的條件。因此，龍馬溪組沉積時期形成了一套富有機(jī)質(zhì)頁巖。

圖8 五峰組—龍馬溪組有機(jī)質(zhì)富集模式（據(jù)文獻(xiàn)[28]）（a）五峰組時期；（b）觀音橋時期；（c）龍馬溪組時期Fig.8 Organic matter enrichment pattern of Wufeng Formation-Longmaxi Formation (after reference [28])(a) Wufeng Formation period;(b) Guanyinqiao period;(c) Longmaxi Formation period

綜上所述，五峰組與龍馬溪組有機(jī)質(zhì)富集的主控因素是水體的氧化還原條件，缺氧—還原環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)的保存。但是兩套烴源巖保存條件還是有所差別，五峰組沉積期的強(qiáng)滯留缺氧環(huán)境是由障壁性海盆造成的，而龍馬溪組沉積期則主要是由于海平面上升而形成的底部靜海相的還原環(huán)境。并且處于深水地區(qū)的接龍剖面有機(jī)質(zhì)的“保護(hù)作用”要比QQ1 井的保護(hù)作用要好，導(dǎo)致接龍剖面的TOC 含量要高于QQ1井。

6 結(jié)論

（1）五峰組沉積時期，渝東地區(qū)海水擁有較高的生產(chǎn)力，受周緣構(gòu)造運(yùn)動的影響，陸源輸入頻繁，發(fā)育強(qiáng)滯留的缺氧環(huán)境。

（2）觀音橋組沉積時期，受赫南特冰期的影響，生物大滅絕事件導(dǎo)致古生產(chǎn)力降低，同時海平面下降，底部水體含氧量增加，陸源碎屑輸入減少，渝東地區(qū)發(fā)育一套薄層鈣質(zhì)頁巖和泥灰?guī)r。

（3）龍馬溪組沉積時期，生產(chǎn)力快速復(fù)蘇，海平面升高使得海盆向物源區(qū)靠近，陸源輸入逐漸恢復(fù)，同時海侵使得水體加深，發(fā)育有利于有機(jī)質(zhì)保存的還原環(huán)境。

（4）黑色頁巖中有機(jī)質(zhì)富集是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，前人認(rèn)為主要受控于陸源輸入、古生產(chǎn)力和氧化還原條件。而渝東地區(qū)接龍剖面和QQ1井五峰組—龍馬溪組有機(jī)質(zhì)富集受陸源輸入以及古生產(chǎn)力影響較小，主要受控于沉積水體的氧化還原環(huán)境。并且同一時期位于沉降中心深水陸棚區(qū)的接龍剖面保存條件要優(yōu)于沉降周緣淺水陸棚區(qū)的QQ1井。