海相頁巖綜合層序地層劃分及垂向分布特征——以川東南地區五峰組—龍馬溪組為例

王冠平，朱彤，王紅亮，吳靖，杜偉，馮動軍, 王濡岳

1.中國地質大學(北京)能源學院，北京 100083 2.中國地質大學(北京)海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室，北京 100083 3.中國地質大學(北京)頁巖氣勘查與評價國土資源部重點實驗室，北京 100083 4.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院，北京 100083

0 引言

隨著美國的Barnet頁巖，Marcellus頁巖和Woodford頁巖等頁巖氣藏勘探和開發的重大成[1-3]，對層序地層的研究由砂巖和碳酸鹽巖逐漸轉向富有機質細粒沉積的頁巖。海相頁巖是細粒沉積巖的一種，細粒沉積巖是由“細粒物質”組成的、粒徑<62 μm沉積巖。成分主要包含黏土礦物、粉砂、碳酸鹽和有機質等，其中，頁理發育的稱為頁巖，頁理不發育的稱為泥質巖[4-6]。細粒沉積巖的“看似均質性”的特征導致其層序地層學研究受限。深水體系也成為最難用層序地層學術語解釋的沉積體系之一[7]。姜在興等[6-7]提出以“成因控層”理論指導，將細粒沉積組分與層序主控因素相結合進行層序地層劃分。在海相細粒沉積層序地層研究中，國外研究人員利用測井曲線，鉆井巖芯的巖性組合及變化以及地球化學參數等分別對頁巖進行層序地層界面識別及層序劃分[8-9]。Zecchinetal.[9]認為米尺度地層的相序變化需要根據沉積、微古生物、礦物以及成巖特征來定義一套標準來區分由相對海平面升降引起的相序演變。國內學者們多利用筆石的等時性及反映水深等特點進行生物地層劃分，其后結合巖芯、測井、地球化學等資料進行層序地層劃分[10-11]。亦有學者根據露頭剖面的精細分析建立層序地層格架[12]。因此，針對深水細粒沉積巖統一的層序地層學研究方法并未系統建立。

我國對海相頁巖的層序地層學研究主要集中在上奧陶統—下志留統的五峰組—龍馬溪組黑色頁巖[12-16]。李一凡等[12]將渝東南地區的志留系劃分了8 個三級層序，對龍馬溪組龍一段劃為一個三級層序，劃出了海侵體系域和高位體系域；王玉滿等[10]對龍馬溪組頁巖劃分為SQ1和SQ2兩個三級層序，且Chenetal.[16]進一步將龍馬溪組下段層序細分為海侵體系域、早期高位體系域和晚期高位體系域。王同等[13]認為五峰組為一個三級層序，龍馬溪組由2個三級層序組成，并將每個三級層序進一步劃分為海侵體系域和海退體系域；郭旭升[14]在五峰組—龍馬溪組龍一段識別出兩個三級層序，其中五峰組為一個三級層序，進一步劃分出海侵體系域(五峰組下部黑色頁巖)和高位體系域(五峰組上部觀音橋段)；龍馬溪組龍一段作為一個三級層序，進一步劃分出海侵體系域、早期高位和晚期高位體系域；張靖宇等[15]則進一步在龍一段中的早期高位體系域、晚期高位體系域分別識別出3個準層序組?？梢姡鲜鰧W者對海相頁巖的層序劃分與界面識別還存在分歧，并且由于選擇資料的不同，導致考慮的影響層序劃分的主控因素有很大差異，最終劃分的方案也不同。因此，上述學者在選擇資料有所單一或者對頁巖中沉積層序的旋回性重視不夠，需要結合各種重要指示參數，詳細的綜合分析，更加細化分析旋回性的變化，進行層序界面的識別和層序的劃分。

因此，本文擬通過對巖性變化的巖芯、測井資料、實測的各種地球化學參數以及古生物筆石數據等綜合分析，更加細化分析旋回性的變化，結合層序地層學理論進行了層序界面的識別和層序的劃分，建立了海相頁巖中層序的格架以及標準化層序劃分的半量化指標。以川東南五峰組—龍馬溪組下部黑色頁巖為例，分析了層序格架內黑色頁巖在奧陶—志留時期的沉積環境和沉積過程以及海相頁巖中最大海泛面的識別與沉積特征，系統總結了層序地層的垂向演化模式，以期對研究區“甜點”的預測提供一定的指導意義。

1 區域地質特征

四川盆地位于揚子準地臺的西北部，介于龍門山大巴山臺緣坳陷與滇黔川鄂臺褶帶之間，盆地呈北東向菱形四邊形展布，是中生代發育起來的大型內陸盆地，也是一個周邊被構造活化了的克拉通盆地，其形成時間為晚三疊世至新生代。晚奧陶世—早志留世，由于受到了廣西運動的影響，在四川盆地周圍形成了一系列古隆起，包括處于盆地西部的川中古隆起、盆地東部的雪峰古隆起和盆地南部的黔中隆起[17]；川東南地區位于揚子板塊中南部、黔中隆起北的北部坳陷，雪峰山古陸的西部，川中古陸的東部。晚奧陶世，盆地受周邊擠壓作用，黔中古隆起及川中古隆起繼續隆升，圍限了上揚子海域，使其成為局限海盆，川東南地區為海盆的邊緣；到了早志留世，為古隆起發育的高峰階段，此時一個局限陸棚陸地邊緣處于高度擠壓狀態，造山運動強烈，造成川中隆起、雪峰隆起的范圍不斷擴大，使得四川盆地的川東南地區沉積環境為有古隆起帶包圍起來的陸棚環境(圖1)。因此，在整個晚奧陶世—早志留世時期，四川盆地川東南地區為淺水—深水陸棚沉積環境，區域上沉積了一套厚度較大的海相黑色富有機質泥頁巖。

圖1 四川盆地以及研究區巖相古地理圖(修改自郭旭升[14])Fig.1 Paleogeographic facies map of Sichuan Basin and research area(modified from Guo[14])

2 層序劃分方法

Vailetal.[18]認為三級層序0.5～5 Ma、四級層序0.05～5 Ma、五級程序0.01～0.05 Ma。根據川東南五峰組—龍馬溪組頁巖中的古生物——筆石[19-20]，可以大致確定時間上的跨度為10 Ma，因此以時間為基礎的劃分應該基于三級層序以及內部的初始海泛面，最大海泛面等層序界面的劃分，對于內部的體系域的劃分應該是四級識別。細粒的海相頁巖層內部三級及以上高頻層序的劃分是近年的研究熱點和爭議問題[21]。三級層序的界面是由三級海平面變化控制的，理論上地層厚度應當足以在地震剖面上識別，發育一套完整的體系域系統[22]。但是由于是在細粒沉積的頁巖中，地震資料的辨識度不高(圖2)，除邊界外，僅在目的層段內部觀察到一道強振幅、中連續、中—高頻地震道，一道弱振幅、中連續、低頻地震道，無法識別地震相來確定層序邊界。因此，需要結合各種測井數據，巖芯觀察，地球化學參數來劃分三級層序以及識別次一級的層序界面[23]。Readetal.[24]已在碳酸鹽巖中發現了更小尺度的類似基本層序的沉積旋回，認為是Milankovitch氣候旋回引起的全球海平面高頻變化的結果。

對于變化微弱、沉積相對連續的海相頁巖來說，本文將采用多種測井數據、實測巖芯的地球化學數據、野外觀察的露頭剖面以及巖芯的照片、古生物筆石的鑒定數據等綜合考慮；根據海侵—海退所產生的地層疊加樣式變化、氧化還原環境的變化、地球化學特征特別是TH/U與TOC的旋回性變化、具有全球對比的等時性事件如古生物的絕滅和爆發以及冰期的變化等因素來進行頁巖層序界面的識別和地層層序格架建立。由于三級海平面變化受區域性的巖相古地理的影響較大，在分析縱向上分布特征時，還需要考慮古陸的抬升隆起。

圖2 JY-1井目的層段地震反射特征Fig.2 Seismic reflection characteristics of the target segment from Well JY-1

3 層序界面識別

前人[25-26]認為初始海泛面作為層序的界面，以一個海平面升降周期中形成的海侵—海退旋回地層作為一個層序更符合自然變化的節律。川東南地區的五峰組—龍馬溪組的這套海相頁巖更適合以初始海泛面為層序邊界，劃分海侵—海退的層序地層。

對于三級層序的層序界面，需要結合巖相組合、古生物特征、測井特征、地球化學參數特征特別是TH/U、TH、U和TOC的疊置樣式來綜合分析。

3.1 巖性特征

巖性是沉積最直觀的反應，這里頁巖的巖性特征為巖相組合轉換面，是一種極為重要的界面標志[23]。對于三級層序來說，巖性的突變面、漸變面是一種反映海平面變化的重要物理界面，包括地層的組與組之間的巖性界面、段與段之間的巖性界面。具體如下：川東南地區奧陶系的下部為澗草溝組或者臨湘組，主要巖性為上部發育灰色瘤狀灰巖，中、下部為灰色泥灰巖、灰巖。上部五峰組為灰色炭質頁巖、硅質頁巖。通過巖芯照片(圖3)可以看出，存在一個巖相組合轉換面，有漸變面，有突變面。這個巖相界面為明顯的三級層序的界面SB1，為組與組之間的巖性界面。龍馬溪組底部的黑色硅質頁巖，與下部的五峰組觀音橋層的介殼灰巖，灰質泥巖成整合接觸。這個巖相轉換面為層序邊界SB2，為組與組之間的巖性界面。SB3的邊界處紋層突然增多；龍馬溪組龍一段頂界SB4位于龍馬溪組內部，為龍一段和龍二段的分界，為段與段之間的巖性界面，分界處龍一段發育低有機質的黏土質頁巖，龍二段發育含有機質的泥質粉砂巖(圖3)。

巖性對于層序劃分十分重要，但僅區分了組與組，段與段的層序邊界。對于細粒沉積頁巖來說，內部的各種成分是連續變化的，以碎屑巖定義的巖性來說明大套頁巖中的變化不足以反應相對海平面升降所體現頁巖中的細微變化(圖4)：薄片a、c均被命名為紋層狀粉砂質炭質頁巖，龍馬溪組龍一段下部c的礦物成分分布要比a較均勻，c的水平紋層發育，a為波狀不平行紋層發育；b、d均被命名為粉砂質炭質頁巖，保存有生物碎片及三射骨針的d要比b的沉積水體要深，d的粉末狀黃鐵礦均勻分布，b的粉末狀黃鐵礦分布不均；因此，a、c反應的沉積水體的深度和沉積環境要比b、d反應的深度淺，沉積環境氧化性強。所以識別層序邊界時還需要結合古生物界定時間概念，結合測井特征對巖石物理屬性進行更進一步的劃分。

3.2 古生物—筆石特征

地層中的古生物及其分布規律不僅反應水體沉積環境的變化，而且標志性古生物的出現具有等時性的特點，可進行細化體系域的等時對比。川東南五峰組—龍馬溪組的古生物筆石較為發育，根據不同種類筆石反映的沉積環境不同以及所建立的時間序列，對層序的劃分具有十分重要的意義。LM1—LM9筆石帶共發育9.49 Ma，筆石帶識別最小為LM9的0.27 Ma，可知，層序可劃分為一個二級層序，幾個三級層序，以及多個四級層序；因此，以識別三級層序邊界為主要框架，以四級的體系域劃分為主要階段是最為合適的。

圖3 川東南五峰組—龍馬溪組龍一段層序邊界巖性響應特征Fig.3 Lithologic response characteristics of the sequence boundary of the Wufeng Formation-Longmaxi Formation in southeastern Sichuan Basin

圖4 紋層狀粉砂質炭質頁巖和粉砂質炭質頁巖的薄片特征a.粉砂為8%的黏土質頁巖,深度2 335.3 m,JY-1; b.粉砂為35%的粉砂質炭質頁巖,深度2 341.45 m,JY-1; c.礦物分布較均勻的紋層狀粉砂質炭質頁巖,深度2 396.02 m,JY-1; d.保存生物碎片的粉砂質炭質頁巖,深度2 408.07 m,JY-1Fig.4 Laminar characteristics of laminar silty carbonaceous shale and silty carbonaceous shale

三級層序的界面特征包括界面上下體系域內發育筆石的種類不同，以及生存的海水深淺的環境不同。此外，發生的生物大絕滅和大爆發也可以從界面處得到反映。根據前人[20-21]對于五峰組—龍馬溪組龍一段古生物筆石的研究得出從下到上可以識別出WF1—LM9共13層筆石帶，筆石形態和種屬有較大差異。例如：五峰組觀音橋層發育有赫南特貝的介殼灰巖，為淺水沉積，赫南特貝的形態與LM1—LM4筆石有很大差異，LM1—LM4筆石段為深水沉積環境[27]。在加拿大Anticostil Island，腕足和三葉蟲發生絕滅，到N.persculptus帶，出現了與奧陶紀牙形石動物群差異明顯的志留紀牙形石筆石[28]。從晚奧陶赫南特階晚期，全球冰川開始消融，海平面迅速上升，一直持續到魯丹階中期，即LM4筆石帶，為深水陸棚沉積。LM5筆石帶處開始新一輪的海退，LM5、LM6筆石帶的筆石多樣性開始增多，分支開始增多，說明水體進一步變淺。經過研究得出(圖5)，層序邊界SB1處，開始見到WF1—WF2筆石帶，在SQ3—HST發育有觀音橋層的赫南特貝；據何衛紅[28]研究揚子海盆晚奧陶世晚期至志留紀初期古生物筆石得出，在Tangyagraptus typicus亞帶下部，即WF3-3b階段，是海平面上升的最大時期；在層序邊界SB2處，是赫南特貝與LM1—LM2的分界線，層序SQ2海侵的最大海泛面在LM4這個筆石階段；層序邊界SB3則發育LM6—LM7筆石帶，層序邊界SB4位于LM9筆石帶階段。但由于LM7、LM8、LM9發育時水體相對較淺，不同地區由于沉積演變的不同，受陸地的影響較大，可能發生筆石的穿時性；并且，筆石帶發育時間不同，筆石帶的邊界也很難在巖芯上確定，層序邊界僅能通過穿越某個筆石帶來界定時間概念。所以在劃分和識別界面時，將筆石作為一種重要的參數，并還需要結合其他參數進行綜合考慮。

圖5 川東南地區古生物筆石特征(圖版[20]、筆石形態[21]、巖芯照片來自JY-1井和YZ-1井)Fig.5 Paleographitic zone feature characteristics from southeastern Sichuan Basin

3.3 測井識別特征

測井數據是識別高精度層序地層界面的一種重要的參數，利用測井曲線可以較好的識別三級層序界面[21]，頁巖由于顆粒較小，特征比較明顯的主要有GR曲線、測井TH/U曲線、DEN曲線、LLD和LLS曲線以及經過鏡像處理的SP曲線等。五峰組—龍馬溪組這套頁巖在川東南地區有很好的GR曲線以及TH/U曲線的測井響應(圖6)。三級層序的界面識別特征有：1)GR、KTH曲線的突變處和最值處，曲線上下的疊置樣式和升降趨勢發生變化。如臨湘組和五峰組之間GR曲線的坎值變化。2)測井TH/U曲線位于高值，界面之下，曲線趨勢逐漸升高；界面之上，曲線趨勢逐漸降低。并且可以根據變化的旋回性識別準層序組。3)LLD和LLS曲線的突變處，漸變處，代表了巖性成分的細微變化，其上下的曲線變化樣式發生了變化。4)SP、AC和DEN曲線的突變和漸變處，以及鏡像SP的曲率變化處，其上下的疊置樣式發生了變化。具體如下：層序邊界SB1在臨湘組到五峰組的分界處。GR、KTH曲線有一個明顯的突變，出現了一個坎值。其上測井TH/U曲線降低，也反映相對海平面突然加深，進入五峰組時期，有一次明顯的海侵過程；LLD和LLS曲線也出現了突變，由極高變為極低又升高；經過鏡像處理的自然電位曲線SP出現了由臨湘組的交叉到五峰組的急劇分開的突變；密度曲線DEN則突然降低，反映了巖石密度突然降低。在層序界面SB2處，為五峰組和龍馬溪組的分界處，五峰組上段的觀音橋層令層序邊界SB2的識別更具有全球對比的意義。GR出現了高尖值，可達310，KTH出現了低值，差值大于200，體現了此處的放射性主要來源于生物筆石中的鈾，間接地證明了此處的生物大絕滅事件；測井TH/U曲線位于最低處，一部分是由于冰期的影響，另一部分是因為又一次快速海侵的影響，呈現的是厭氧環境。LLD和LLS電阻率曲線則突變為低值進入龍溪組后，又急劇的變高。密度曲線DEN在觀音橋層有升高的趨勢，進入龍馬溪后突然降低(圖6)。由于觀音橋層為0.09～0.70 m，自然電位曲線不太明顯，但鏡像曲線的曲率有減小的趨勢。觀音橋冰期之后，有一次快速的海侵，且這次海侵規模較大。層序邊界SB3在龍一段的上部， GR曲線有明顯的急劇增加的趨勢，表明經歷了又一次海侵過程。測井TH/U值降低，小于2，LLD和LLS電阻率曲線則從含粉砂質頁巖的高值變為灰黑色黏土質頁巖的低值，聲波AC是從低值逐漸變為了高值，測井TH/U曲線在SQ3中整體較SQ1、SQ2大，均值大于2，說明SQ3的海侵幅度較SQ1和SQ2的海侵幅度較小。

圖6 川東南地區五峰組—龍馬溪組龍一段巖性及測井特征Fig.6 Lithology and logging characteristics from the first section of the Wufeng Formation-Longmaxi Formation, southeastern Sichuan Basin

測井數據從巖石物理屬性上來區分階段性以期達到對某個時間單元內沉積過程的分辨，但由于古地理格局的影響，不同的巖石物理屬性可能屬于同一個時間單元，相同的沉積環境沉積而成。因此，在劃分層序時，還需要考慮沉積環境的變化。

3.4 地球化學特征

層序劃分需要的沉積地球化學參數主要包括反映高有機質生產沉積速率的總有機碳含量TOC[29]、反映生烴潛力的(S1+S2)/TOC[23]、反映氧化還原環境的TH/U、V/V+Ni和V/Cr、反映鹽度的SR/Ba以及反映沉積速率的Ce/Tm等[1,8,30]，其中以TOC、TH/U、TH以及U變化最為明顯，如圖7。三級層序的邊界以及體系域的邊界包括：1)根據TOC發育的旋回性變化來識別，層序界面之下，從下到上逐漸減小，界面之上，從下到上逐漸增大，可以劃分出準層序。層序界面一般位于較小值處，海退末期，此時，海平面最低，受陸源物質影響最大，TOC值偏小如層序邊界SB1、SB3處以及SB4；對于SB2是由于澗草溝組為灰巖沉積，五峰組為頁巖沉積；海侵的最大海泛面不一定位于TOC的最大值處，有遠端相，近端相以及中間相[29]，如MFS1；2)根據TH/U、TH以及U曲線突變處以及極值點、曲線上下的疊置樣式發生了變化來識別；U的富集表明缺氧的沉積環境和較低的沉積速率，而TH、K的富集則代表沉積物的快速沉積和較高的陸源碎屑供給量[8]。層序邊界是在海退的末期，一般位于TH/U曲線的高值點，TH曲線的高值點，U曲線的低值點如層序邊界SB1、SB3處以及SB4，對于SB2是由于冰期的影響，沉積速率極低；而最大海泛面則位于TH/U的低值點，U曲線的高值點，反映缺氧環境和較低的沉積速率。

由于地球化學參數主要以反應沉積氧化還原環境以及沉積速率來響應相對海平面的變化，對于界面的識別需要對體系域內特征進行趨勢研究來界定界面。舉例分析如下(圖6)：在層序SQ2的海侵時期，TOC迅速升高，發育了兩期；TH/U值則為整體小于1，屬于缺氧、水體比較深的還原沉積環境，有利于有機物的富集。TH曲線也有兩期明顯的向上逐漸增加的趨勢，說明兩次沉積物的快速沉積；而U曲線僅在兩個期次之間有個極小值，說明了兩期次之間的沉積速率較低，從而推斷SQ2的海侵體系域有兩個準層序，反映了SQ1海侵體系域的兩個階段。在TOC第二期旋回的結束半幅點位置，即TOC=4，為SQ2層序的最大海泛面，TH/U值小于1，具有較高的U和較低TH值。最大海泛面之上，TH/U值開始大于1，(S1+S2)/TOC則開始趨于0，界面周圍發育黃鐵礦紋層以及結核，指示深水還原環境。

圖7 川東南地區JY1井地球化學特征Fig.7 Geochemical features of the JY1 Well in southeastern Sichuan Basin

前面針對巖性，古生物，測井進行界面的厘定后，對三級層序邊界以及體系域內特征需要借助地化指標的旋回性較強反映沉積環境的因素來推斷相對海平面的變化，進而確定準層序。

4 層序發育特征

綜合運用巖芯露頭、生物筆石、測井曲線和地化參數等資料確定界面的識別標志(表1)，最終識別出了四個具有等時意義的層序邊界，自下而上為SB1、SB2、SB3、SB4；識別出了三個最大海泛面MFS0、MSF1、MSF2以及SFS界面。將五峰組——龍馬溪組下段劃分為三個三級層序和7個體系域，五峰組為一個三級層序SQ1，包括下部的海侵體系域(TST)和觀音橋層的高位體系域(HST)；龍馬溪組龍一段劃為兩個三級層序SQ2、SQ3，SQ2包括海侵體系域(TST)、早期高位體系域(EHST)、晚期高位體系域(LHST)，SQ3包括海侵體系域(TST)和高位體系域(HST)。

4.1 SQ1層序

SQ1層序為五峰組時期，包括五峰組下部的海侵體系域和上部的觀音橋高位體系域。五峰組海侵體系域沉積了黑色的富有機質硅質頁巖，TOC大于4%，均值可達4.6%(圖7)，石英含量較多，均值為58%(圖8)；GR曲線為漏斗退積型，反映了相對海平面的緩慢海侵過程；在Tangyagraptus typicus亞帶下部，即WF3-3b階段，是海平面上升的最大時期。TH/U小于2反應了沉積環境為較深水的還原靜水環境，不斷降低的TH/U是由于缺氧的沉積環境，代表水深越來越大，相對海平面越來越深。根據TH/U以及TH、U的變化趨勢，可以將海侵分為兩個階段，存在兩個準層序。在海侵的末期，TH的值達到最小值，U值達到最高，沉積速率達到最低，水深和相對海平面達到最大值，形成了SQ1的最大海泛面。

表1綜合層序地層劃分以及劃分結果

Table1Comprehensivesequencestratigraphydivisionandresults

圖8 硅質礦物、黏土礦物以及碳酸鹽礦物隨深度變化的關系圖Fig.8 Relationship between siliceous, clay， and carbonate minerals with depth

高位體系域為觀音橋層的介殼灰巖，灰質泥巖，穩定發育，為淺水陸棚相沉積環境。GR曲線迅速上升頂為峰值的下半幅點處；因南極冰蓋突然的聚集和擴張，導致全球海平面下降，幅度可達50～100 m[31]，從而導致了一次全球性的生物大絕滅事件，發育了冷水型的“赫南特貝”動物群，因此這一時期也稱為赫南特冰期[32]。在加拿大Anticostil 島嶼上，腕足和三葉蟲發生絕滅，到N.persculptus帶，出現了與奧陶紀牙形石動物群差異明顯的志留紀牙形石筆石；在加拿大其他地區，此次海退表現為地層缺失[28]。

4.2 SQ2層序

龍馬溪組龍一段SQ2的海侵體系域為黑色的富有機質的硅質頁巖，石英含量較多，大小為48%，黏土較少，大小為28%(圖8)；GR曲線為指狀—箱型退積型，為快速持續海侵的過程；LLD和LLS電阻率曲線呈現波浪起伏多期次的變化，反映了多期次的持續海侵過程；TOC迅速升高，發育了兩期，均值可達4.1%，最小值為1.3%，最大值為5.5%；TH/U值則為整體小于1，屬于還原沉積環境，有利于有機物和黃鐵礦的富集，生烴潛力較大。存在兩個準層序，反映了SQ1海侵體系域的兩個階段。最大海泛面之上，TH/U值開始大于1，(S1+S2)/TOC則開始趨于0，界面周圍發育黃鐵礦紋層以及結核，指示深水還原環境(圖7)。

在SQ2-EHST中，黏土含量逐漸增多，均值為39%，石英含量逐漸減少，均值為40%(圖8)，TOC大于3%，小于4%(圖7)，為黑灰色高有機質的硅質黏土質頁巖；GR曲線為橄欖形的退積—進積型，為緩慢速海侵—海退的過程，反映了早期高位的海平面先緩慢升高后降低的特點；TOC均值為3%，通過TH曲線和U曲線分為兩個準層序，TH/U值整體在1～2之間，仍為較深水的還原環境，該時期為深水陸棚沉積向淺水陸棚沉積過渡的時期，為半深水陸棚沉積，該時期海平面開始下降。

進入SQ2-LHST中，TOC小于2%，泥質、粉砂質等淺水物質逐漸增多，為灰色粉砂黏土質頁巖，黏土含量為42%，石英含量進一步減少(圖8)。GR曲線箱型進積型，為持續海退的過程。TOC均值為1.6%，從下到上沉積有機質穩定分布，中間有微凸起；TH/U在TH/U=2處震蕩分布，大部分大于2，趨勢為先逐級減少，后逐漸回升；一個上升半旋回，一個下降半旋回，中間為次一級的海泛面，反映了LHST中有兩個準層序(圖7)，整體趨勢為水體不斷變淺，沉積為淺水沉積環境。

4.3 SQ3層序

層序SQ3中的TST為灰色的黏土質頁巖和含粉砂質頁巖交互層，說明此次海侵導致逐漸加深水體相對SQ2中的海侵的水體較淺。GR曲線表現齒形退積—進積交互型，為快速海侵—海退的過程；發育少部分LM6筆石帶以及全部的LM7筆石帶；TOC曲線快速上升，均值為2.2%，TH/U曲線從極高值迅速下降，轉變為貧氧弱還原環境的深水陸棚沉積；又可以通過TH曲線和U曲線分出兩個準層序。在MFS2處，TH/U曲線都達到較低值，TOC達到最大值3.3%(圖7)。

進入SQ3-HST ，黏土含量較多，大于50%，石英含量較少，小于30%，為灰色低有機質粉砂質頁巖(圖8)。發育大部分LM8和少部分LM9筆石帶。淺水的古生物種類和形態逐漸增多。LM7、LM8、LM9筆石頁巖段為碳質頁巖漸變為黏土質頁巖，在華鎣山地區LM9已最后演變為了小河壩組的較淺水碎屑巖[27]，進一步說明SQ3層序的海侵規模應該比SQ2的規模較小。TH/U的值均大于2，為淺水沉積的富氧的氧化環境；TOC逐漸下降，水體不斷變淺，沉積物的沉積速度迅速加快，沉積物源中心逐漸轉向陸地，陸源碎屑大量進入。

4.4 連井層序

五峰組時期，川中古陸開始隆起，海水從川東北和川西南進入四川盆地地區，YY-1井和廟壩的SQ1-TST較厚，隨著冰期的到來，海水固化，海退出現(圖9)。進入下志留統，川中隆起，黔中隆起以及雪峰山隆起逐漸將川東南地區包圍起來，形成局部淺海環境。冰期結束，海水快速從川東北流向川東南地區，SQ2-TST以及SQ2-EHST的頁巖厚度川東南的北部大于南部，東部大于西部，巫溪田壩—JY-1—NY-1—YY-1厚度逐漸減薄，縱向上從TST的硅質深水陸棚變為泥質半深水陸棚沉積。晚期高位由于古陸的影響，YY-1的厚度遠大于遠離古陸的NY-1、JY-1以及更加靠近海洋深水區的巫溪田壩。在層序SQ3-TST處又發育了一次海侵，但此次海侵規模較小，整體水體較淺，在HST時期，由于海退進一步進行，受古地理格局影響，NY-1和JY-1厚度較大，YY-1地區受古陸影響較大，繼續抬升，厚度較薄；巫溪田壩由于是露頭剖面，難以確定后期剝蝕的厚度；在SQ3-HST中不同地區的水體深度不同，區域差別較大(圖9)。

圖9 川東南地區連井剖面Fig.9 Well profile for southeastern Sichuan Basin

5 層序主控因素及演化發育模式

5.1 海退—海侵事件及冰期氣候對層序發育的影響

前人研究[28]確認在奧陶時期，在四川盆地的臨湘組以及同時代的澗草溝組之上，五峰組細粒沉積頁巖下，廣泛存在著一個起伏不平的古風化剝蝕面和殘積物，記錄了一次較大規模的一次海退，具體在川陜交界地區和陜東一帶。此次海退事件時限為Ashgilian初期，被命名為臨湘海退事件。五峰組時期有一次全球性的海侵事件，大致在Ashgilian中期至末期[33]。這次海侵為全球性的正常海侵，相對海平面和全球海平面都逐漸升高，水體逐漸加深，發育海侵體系域。

在奧陶紀的末期有一次冰期，在此期間，沉積了特別有名的觀音橋層。觀音橋層的出現與岡瓦納大陸冰期最強時期相對應，意味著奧陶紀—志留紀之交全球性的可對性標志層。觀音橋冰期，導致了全球冰成型的海平面劇烈變化，引起了五峰組海退事件的發生。這是事件型海退，相對海平面迅速降低，全球海平面也開始降低，發育了高位體系域。根據伊利石/黏土的實測曲線(圖7)，可以看出觀音橋時期為低值，為寒冷冰期，在SQ2-TST時期開始升高，反映全球氣候開始回暖，在SQ2-EHST以及以后時期都保持在高值波動，為溫暖濕潤的氣候條件。

在早志留紀的初期，氣候回溫，導致了冰蓋的消融，從而產生了龍馬溪組底部的快速事件型海侵。龍馬溪組底部的Glyptograptuspersculptus筆石帶的出現為早志留新生動物群的開始，筆石帶的底部為初始海泛面，在全球有良好的標志性的對比[33]，反映了這次海侵為全球性的海侵事件，相對海平面和全球海平面都迅速上升，發育典型的冰期后的海侵體系域。

在早志留系的龍一段的上部，TOC突然增高，TH/U突然降低，水體和巖性變化不及SQ1和SQ2的變化較大，水深相對不深，TOC增高幅度不及前兩次海侵；同時，抬升運動的加劇，形成了局限的海灣環境，受構造因素變化較大，說明本次海侵規模較小，為正常海侵，反映了相對海平面逐漸升高，但全球海平面變化不大。在后期，巖性逐漸從黏土巖向粉砂巖，碎屑巖過度，反映了相對海平面逐漸變淺，逐漸向陸相沉積過渡，發育高位體系域。

5.2 層序地層演化模式

筆者在對研究區運用綜合層序劃分方法進行層序界面識別、研究層序發育特征以及沉積環境的基礎上提出了研究區SQ1層序—SQ3層序的層序地層演化模式。

SQ1層序：五峰組海侵體系域(SQ1-TST)為溫暖潮濕的硅質深水陸棚沉積(圖10A)，WF2—WF3筆石大量發育，海平面迅速上升，沉積了富有機質硅質頁巖；同時由于火山運動影響，從而使得該時期沉積物中夾有斑脫巖層。該時期為強還原的厭氧環境，有利于有機質頁巖的保存；并且發育有上升的洋流，提高了生產力[34]，這些是形成優質烴源巖的主要因素。而進入五峰組高位體系域(SQ1-HST)時期，沉積了觀音橋組的介殼灰巖和灰質泥巖(圖10B)。由于全球冰期的影響，形成大面積的冰蓋，海平面迅速下降，并且由于構造運動的影響，整個揚子海處于半封閉的狀態，海水滯流，對流被破壞，形成了寒冷冰期的淺水陸棚貧氧的沉積環境；冰期造成了大量古生物的死亡，特別是赫南特貝動物群的滅絕。

圖10 SQ1層序地層縱向演化模式Fig.10 Vertical evolution of SQ1 sequence stratigraphy

圖11 SQ2層序地層縱向演化模式Fig.11 Vertical evolution of SQ2 sequence stratigraphy

SQ2層序體系域(SQ2-TST)位于龍一段底部(圖11A)。此時，由于冰期結束，全球氣溫回暖，冰川開始融化，造成相對海平面迅速上升，是氣候回暖的硅質深水陸棚沉積；LM1—LM4筆石的古生物大量出現，沉積環境為局限海盆的強還原厭氧環境，沉積了具有自生石英的富有機質硅質頁巖，有微弱的水平層理；火山活動影響的斑脫巖層在這個時期也有發育。相對海平面的快速上升造成的缺氧環境是使有機質得以保存的主要因素。進入早期高位體系域時期(SQ2-EHST)(圖11B)，短時期相對海平面上升速度減少，之后緩慢下降，呈波浪起伏狀，整體趨勢下降。沉積環境為厭氧—貧氧的泥質半深水陸棚沉積，是深水陸棚向淺水陸棚的過渡，沉積了高有機質硅質黏土質頁巖。發育的古生物筆石LM5筆石的多樣性、分異度開始增加。在晚期高位體系域(SQ2-LHST)(圖11C)里，相對海平面繼續下降，為溫暖濕潤的淺水陸棚沉積，沉積環境是弱氧化弱還原的貧氧—富氧環境。由于抬升作用的繼續加強，局限海盆的格局進一步強化，由于牽引流的作用，陸源碎屑開始進入海盆，成為物源的一部分，沉積了低有機質粉砂黏土質頁巖，發育LM6的筆石古生物。

SQ3層序位于龍一段的上部，海侵體系域(SQ3-TST)(圖12A)時期，相對海平面快速上升，是泥質深水陸棚沉積。沉積環境為弱還原的貧氧環境，主要發育LM7筆石帶，筆石分支分叉明顯。古陸抬升作用進一步加強，導致本次海侵規模小于層序SQ1和SQ2的規模，古陸邊緣更加陡峭，陸源物質進一步進入海盆，出現濁流沉積，沉積了中有機質黏土質頁巖和含粉砂質頁巖交互層，紋層明顯。進入高位體系域(SQ3-HST)(圖12B)，沉積微相變為泥質淺水陸棚沉積，是強氧化的富氧環境。相對海平面逐漸下降，發育LM8筆石帶等淺水生物，濁流沉積規模進一步變大，沉積了低有機質粉砂質頁巖。

圖12 SQ3層序地層縱向演化模式Fig.12 Vertical evolution of SQ3 sequence stratigraphy

6 結論

(1) 建立了以巖性界面直觀反映物理特征，以測井數據反映地層疊加樣式，以古生物限定時間概念，以地球化學參數TH/U反映氧化還原環境和TOC反映有機質旋回性等的多參數的層序邊界識別特征以及體系域特征。

(2) 從五峰組—龍馬溪組龍一段識別出了3個三級層序，4個層序邊界。五峰組為一個三級層序SQ1，包括下部的海侵體系域(TST)和觀音橋層的高位體系域(HST)；龍馬溪組龍一段劃為兩個三級層序SQ2、SQ3，SQ2包括海侵體系域(TST)、早期高位體系域(EHST)、晚期高位體系域(LHST)；SQ3包括海侵體系域(TST)和高位體系域(HST)。明確了各層序及其內部體系域的發育特征及沉積環境。

(3) 通過沉積微相的沉積環境、洋流的運動特征、古生物筆石特征以及相對海平面變化特征等研究建立了較為系統的以體系域為單元五峰組—龍馬溪組黑色頁巖層序地層垂向演化模式。體系域SQ1-TST、SQ2-TST以及SQ2-EHST為有機質富集的重點層位，應為“甜點”的重點勘探地區。