海相页岩综合层序地层划分及垂向分布特征——以川东南地区五峰组—龙马溪组为例

王冠平，朱彤，王红亮，吴靖，杜伟，冯动军, 王濡岳

1.中国地质大学(北京)能源学院，北京 100083 2.中国地质大学(北京)海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室，北京 100083 3.中国地质大学(北京)页岩气勘查与评价国土资源部重点实验室，北京 100083 4.中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京 100083

0 引言

随着美国的Barnet页岩，Marcellus页岩和Woodford页岩等页岩气藏勘探和开发的重大成[1-3]，对层序地层的研究由砂岩和碳酸盐岩逐渐转向富有机质细粒沉积的页岩。海相页岩是细粒沉积岩的一种，细粒沉积岩是由“细粒物质”组成的、粒径<62 μm沉积岩。成分主要包含黏土矿物、粉砂、碳酸盐和有机质等，其中，页理发育的称为页岩，页理不发育的称为泥质岩[4-6]。细粒沉积岩的“看似均质性”的特征导致其层序地层学研究受限。深水体系也成为最难用层序地层学术语解释的沉积体系之一[7]。姜在兴等[6-7]提出以“成因控层”理论指导，将细粒沉积组分与层序主控因素相结合进行层序地层划分。在海相细粒沉积层序地层研究中，国外研究人员利用测井曲线，钻井岩芯的岩性组合及变化以及地球化学参数等分别对页岩进行层序地层界面识别及层序划分[8-9]。Zecchinetal.[9]认为米尺度地层的相序变化需要根据沉积、微古生物、矿物以及成岩特征来定义一套标准来区分由相对海平面升降引起的相序演变。国内学者们多利用笔石的等时性及反映水深等特点进行生物地层划分，其后结合岩芯、测井、地球化学等资料进行层序地层划分[10-11]。亦有学者根据露头剖面的精细分析建立层序地层格架[12]。因此，针对深水细粒沉积岩统一的层序地层学研究方法并未系统建立。

我国对海相页岩的层序地层学研究主要集中在上奥陶统—下志留统的五峰组—龙马溪组黑色页岩[12-16]。李一凡等[12]将渝东南地区的志留系划分了8 个三级层序，对龙马溪组龙一段划为一个三级层序，划出了海侵体系域和高位体系域；王玉满等[10]对龙马溪组页岩划分为SQ1和SQ2两个三级层序，且Chenetal.[16]进一步将龙马溪组下段层序细分为海侵体系域、早期高位体系域和晚期高位体系域。王同等[13]认为五峰组为一个三级层序，龙马溪组由2个三级层序组成，并将每个三级层序进一步划分为海侵体系域和海退体系域；郭旭升[14]在五峰组—龙马溪组龙一段识别出两个三级层序，其中五峰组为一个三级层序，进一步划分出海侵体系域(五峰组下部黑色页岩)和高位体系域(五峰组上部观音桥段)；龙马溪组龙一段作为一个三级层序，进一步划分出海侵体系域、早期高位和晚期高位体系域；张靖宇等[15]则进一步在龙一段中的早期高位体系域、晚期高位体系域分别识别出3个准层序组。可见，上述学者对海相页岩的层序划分与界面识别还存在分歧，并且由于选择资料的不同，导致考虑的影响层序划分的主控因素有很大差异，最终划分的方案也不同。因此，上述学者在选择资料有所单一或者对页岩中沉积层序的旋回性重视不够，需要结合各种重要指示参数，详细的综合分析，更加细化分析旋回性的变化，进行层序界面的识别和层序的划分。

因此，本文拟通过对岩性变化的岩芯、测井资料、实测的各种地球化学参数以及古生物笔石数据等综合分析，更加细化分析旋回性的变化，结合层序地层学理论进行了层序界面的识别和层序的划分，建立了海相页岩中层序的格架以及标准化层序划分的半量化指标。以川东南五峰组—龙马溪组下部黑色页岩为例，分析了层序格架内黑色页岩在奥陶—志留时期的沉积环境和沉积过程以及海相页岩中最大海泛面的识别与沉积特征，系统总结了层序地层的垂向演化模式，以期对研究区“甜点”的预测提供一定的指导意义。

1 区域地质特征

四川盆地位于扬子准地台的西北部，介于龙门山大巴山台缘坳陷与滇黔川鄂台褶带之间，盆地呈北东向菱形四边形展布，是中生代发育起来的大型内陆盆地，也是一个周边被构造活化了的克拉通盆地，其形成时间为晚三叠世至新生代。晚奥陶世—早志留世，由于受到了广西运动的影响，在四川盆地周围形成了一系列古隆起，包括处于盆地西部的川中古隆起、盆地东部的雪峰古隆起和盆地南部的黔中隆起[17]；川东南地区位于扬子板块中南部、黔中隆起北的北部坳陷，雪峰山古陆的西部，川中古陆的东部。晚奥陶世，盆地受周边挤压作用，黔中古隆起及川中古隆起继续隆升，围限了上扬子海域，使其成为局限海盆，川东南地区为海盆的边缘；到了早志留世，为古隆起发育的高峰阶段，此时一个局限陆棚陆地边缘处于高度挤压状态，造山运动强烈，造成川中隆起、雪峰隆起的范围不断扩大，使得四川盆地的川东南地区沉积环境为有古隆起带包围起来的陆棚环境(图1)。因此，在整个晚奥陶世—早志留世时期，四川盆地川东南地区为浅水—深水陆棚沉积环境，区域上沉积了一套厚度较大的海相黑色富有机质泥页岩。

图1 四川盆地以及研究区岩相古地理图(修改自郭旭升[14])Fig.1 Paleogeographic facies map of Sichuan Basin and research area(modified from Guo[14])

2 层序划分方法

Vailetal.[18]认为三级层序0.5～5 Ma、四级层序0.05～5 Ma、五级程序0.01～0.05 Ma。根据川东南五峰组—龙马溪组页岩中的古生物——笔石[19-20]，可以大致确定时间上的跨度为10 Ma，因此以时间为基础的划分应该基于三级层序以及内部的初始海泛面，最大海泛面等层序界面的划分，对于内部的体系域的划分应该是四级识别。细粒的海相页岩层内部三级及以上高频层序的划分是近年的研究热点和争议问题[21]。三级层序的界面是由三级海平面变化控制的，理论上地层厚度应当足以在地震剖面上识别，发育一套完整的体系域系统[22]。但是由于是在细粒沉积的页岩中，地震资料的辨识度不高(图2)，除边界外，仅在目的层段内部观察到一道强振幅、中连续、中—高频地震道，一道弱振幅、中连续、低频地震道，无法识别地震相来确定层序边界。因此，需要结合各种测井数据，岩芯观察，地球化学参数来划分三级层序以及识别次一级的层序界面[23]。Readetal.[24]已在碳酸盐岩中发现了更小尺度的类似基本层序的沉积旋回，认为是Milankovitch气候旋回引起的全球海平面高频变化的结果。

对于变化微弱、沉积相对连续的海相页岩来说，本文将采用多种测井数据、实测岩芯的地球化学数据、野外观察的露头剖面以及岩芯的照片、古生物笔石的鉴定数据等综合考虑；根据海侵—海退所产生的地层叠加样式变化、氧化还原环境的变化、地球化学特征特别是TH/U与TOC的旋回性变化、具有全球对比的等时性事件如古生物的绝灭和爆发以及冰期的变化等因素来进行页岩层序界面的识别和地层层序格架建立。由于三级海平面变化受区域性的岩相古地理的影响较大，在分析纵向上分布特征时，还需要考虑古陆的抬升隆起。

图2 JY-1井目的层段地震反射特征Fig.2 Seismic reflection characteristics of the target segment from Well JY-1

3 层序界面识别

前人[25-26]认为初始海泛面作为层序的界面，以一个海平面升降周期中形成的海侵—海退旋回地层作为一个层序更符合自然变化的节律。川东南地区的五峰组—龙马溪组的这套海相页岩更适合以初始海泛面为层序边界，划分海侵—海退的层序地层。

对于三级层序的层序界面，需要结合岩相组合、古生物特征、测井特征、地球化学参数特征特别是TH/U、TH、U和TOC的叠置样式来综合分析。

3.1 岩性特征

岩性是沉积最直观的反应，这里页岩的岩性特征为岩相组合转换面，是一种极为重要的界面标志[23]。对于三级层序来说，岩性的突变面、渐变面是一种反映海平面变化的重要物理界面，包括地层的组与组之间的岩性界面、段与段之间的岩性界面。具体如下：川东南地区奥陶系的下部为涧草沟组或者临湘组，主要岩性为上部发育灰色瘤状灰岩，中、下部为灰色泥灰岩、灰岩。上部五峰组为灰色炭质页岩、硅质页岩。通过岩芯照片(图3)可以看出，存在一个岩相组合转换面，有渐变面，有突变面。这个岩相界面为明显的三级层序的界面SB1，为组与组之间的岩性界面。龙马溪组底部的黑色硅质页岩，与下部的五峰组观音桥层的介壳灰岩，灰质泥岩成整合接触。这个岩相转换面为层序边界SB2，为组与组之间的岩性界面。SB3的边界处纹层突然增多；龙马溪组龙一段顶界SB4位于龙马溪组内部，为龙一段和龙二段的分界，为段与段之间的岩性界面，分界处龙一段发育低有机质的黏土质页岩，龙二段发育含有机质的泥质粉砂岩(图3)。

岩性对于层序划分十分重要，但仅区分了组与组，段与段的层序边界。对于细粒沉积页岩来说，内部的各种成分是连续变化的，以碎屑岩定义的岩性来说明大套页岩中的变化不足以反应相对海平面升降所体现页岩中的细微变化(图4)：薄片a、c均被命名为纹层状粉砂质炭质页岩，龙马溪组龙一段下部c的矿物成分分布要比a较均匀，c的水平纹层发育，a为波状不平行纹层发育；b、d均被命名为粉砂质炭质页岩，保存有生物碎片及三射骨针的d要比b的沉积水体要深，d的粉末状黄铁矿均匀分布，b的粉末状黄铁矿分布不均；因此，a、c反应的沉积水体的深度和沉积环境要比b、d反应的深度浅，沉积环境氧化性强。所以识别层序边界时还需要结合古生物界定时间概念，结合测井特征对岩石物理属性进行更进一步的划分。

3.2 古生物—笔石特征

地层中的古生物及其分布规律不仅反应水体沉积环境的变化，而且标志性古生物的出现具有等时性的特点，可进行细化体系域的等时对比。川东南五峰组—龙马溪组的古生物笔石较为发育，根据不同种类笔石反映的沉积环境不同以及所建立的时间序列，对层序的划分具有十分重要的意义。LM1—LM9笔石带共发育9.49 Ma，笔石带识别最小为LM9的0.27 Ma，可知，层序可划分为一个二级层序，几个三级层序，以及多个四级层序；因此，以识别三级层序边界为主要框架，以四级的体系域划分为主要阶段是最为合适的。

图3 川东南五峰组—龙马溪组龙一段层序边界岩性响应特征Fig.3 Lithologic response characteristics of the sequence boundary of the Wufeng Formation-Longmaxi Formation in southeastern Sichuan Basin

图4 纹层状粉砂质炭质页岩和粉砂质炭质页岩的薄片特征a.粉砂为8%的黏土质页岩,深度2 335.3 m,JY-1; b.粉砂为35%的粉砂质炭质页岩,深度2 341.45 m,JY-1; c.矿物分布较均匀的纹层状粉砂质炭质页岩,深度2 396.02 m,JY-1; d.保存生物碎片的粉砂质炭质页岩,深度2 408.07 m,JY-1Fig.4 Laminar characteristics of laminar silty carbonaceous shale and silty carbonaceous shale

三级层序的界面特征包括界面上下体系域内发育笔石的种类不同，以及生存的海水深浅的环境不同。此外，发生的生物大绝灭和大爆发也可以从界面处得到反映。根据前人[20-21]对于五峰组—龙马溪组龙一段古生物笔石的研究得出从下到上可以识别出WF1—LM9共13层笔石带，笔石形态和种属有较大差异。例如：五峰组观音桥层发育有赫南特贝的介壳灰岩，为浅水沉积，赫南特贝的形态与LM1—LM4笔石有很大差异，LM1—LM4笔石段为深水沉积环境[27]。在加拿大Anticostil Island，腕足和三叶虫发生绝灭，到N.persculptus带，出现了与奥陶纪牙形石动物群差异明显的志留纪牙形石笔石[28]。从晚奥陶赫南特阶晚期，全球冰川开始消融，海平面迅速上升，一直持续到鲁丹阶中期，即LM4笔石带，为深水陆棚沉积。LM5笔石带处开始新一轮的海退，LM5、LM6笔石带的笔石多样性开始增多，分支开始增多，说明水体进一步变浅。经过研究得出(图5)，层序边界SB1处，开始见到WF1—WF2笔石带，在SQ3—HST发育有观音桥层的赫南特贝；据何卫红[28]研究扬子海盆晚奥陶世晚期至志留纪初期古生物笔石得出，在Tangyagraptus typicus亚带下部，即WF3-3b阶段，是海平面上升的最大时期；在层序边界SB2处，是赫南特贝与LM1—LM2的分界线，层序SQ2海侵的最大海泛面在LM4这个笔石阶段；层序边界SB3则发育LM6—LM7笔石带，层序边界SB4位于LM9笔石带阶段。但由于LM7、LM8、LM9发育时水体相对较浅，不同地区由于沉积演变的不同，受陆地的影响较大，可能发生笔石的穿时性；并且，笔石带发育时间不同，笔石带的边界也很难在岩芯上确定，层序边界仅能通过穿越某个笔石带来界定时间概念。所以在划分和识别界面时，将笔石作为一种重要的参数，并还需要结合其他参数进行综合考虑。

图5 川东南地区古生物笔石特征(图版[20]、笔石形态[21]、岩芯照片来自JY-1井和YZ-1井)Fig.5 Paleographitic zone feature characteristics from southeastern Sichuan Basin

3.3 测井识别特征

测井数据是识别高精度层序地层界面的一种重要的参数，利用测井曲线可以较好的识别三级层序界面[21]，页岩由于颗粒较小，特征比较明显的主要有GR曲线、测井TH/U曲线、DEN曲线、LLD和LLS曲线以及经过镜像处理的SP曲线等。五峰组—龙马溪组这套页岩在川东南地区有很好的GR曲线以及TH/U曲线的测井响应(图6)。三级层序的界面识别特征有：1)GR、KTH曲线的突变处和最值处，曲线上下的叠置样式和升降趋势发生变化。如临湘组和五峰组之间GR曲线的坎值变化。2)测井TH/U曲线位于高值，界面之下，曲线趋势逐渐升高；界面之上，曲线趋势逐渐降低。并且可以根据变化的旋回性识别准层序组。3)LLD和LLS曲线的突变处，渐变处，代表了岩性成分的细微变化，其上下的曲线变化样式发生了变化。4)SP、AC和DEN曲线的突变和渐变处，以及镜像SP的曲率变化处，其上下的叠置样式发生了变化。具体如下：层序边界SB1在临湘组到五峰组的分界处。GR、KTH曲线有一个明显的突变，出现了一个坎值。其上测井TH/U曲线降低，也反映相对海平面突然加深，进入五峰组时期，有一次明显的海侵过程；LLD和LLS曲线也出现了突变，由极高变为极低又升高；经过镜像处理的自然电位曲线SP出现了由临湘组的交叉到五峰组的急剧分开的突变；密度曲线DEN则突然降低，反映了岩石密度突然降低。在层序界面SB2处，为五峰组和龙马溪组的分界处，五峰组上段的观音桥层令层序边界SB2的识别更具有全球对比的意义。GR出现了高尖值，可达310，KTH出现了低值，差值大于200，体现了此处的放射性主要来源于生物笔石中的铀，间接地证明了此处的生物大绝灭事件；测井TH/U曲线位于最低处，一部分是由于冰期的影响，另一部分是因为又一次快速海侵的影响，呈现的是厌氧环境。LLD和LLS电阻率曲线则突变为低值进入龙溪组后，又急剧的变高。密度曲线DEN在观音桥层有升高的趋势，进入龙马溪后突然降低(图6)。由于观音桥层为0.09～0.70 m，自然电位曲线不太明显，但镜像曲线的曲率有减小的趋势。观音桥冰期之后，有一次快速的海侵，且这次海侵规模较大。层序边界SB3在龙一段的上部， GR曲线有明显的急剧增加的趋势，表明经历了又一次海侵过程。测井TH/U值降低，小于2，LLD和LLS电阻率曲线则从含粉砂质页岩的高值变为灰黑色黏土质页岩的低值，声波AC是从低值逐渐变为了高值，测井TH/U曲线在SQ3中整体较SQ1、SQ2大，均值大于2，说明SQ3的海侵幅度较SQ1和SQ2的海侵幅度较小。

图6 川东南地区五峰组—龙马溪组龙一段岩性及测井特征Fig.6 Lithology and logging characteristics from the first section of the Wufeng Formation-Longmaxi Formation, southeastern Sichuan Basin

测井数据从岩石物理属性上来区分阶段性以期达到对某个时间单元内沉积过程的分辨，但由于古地理格局的影响，不同的岩石物理属性可能属于同一个时间单元，相同的沉积环境沉积而成。因此，在划分层序时，还需要考虑沉积环境的变化。

3.4 地球化学特征

层序划分需要的沉积地球化学参数主要包括反映高有机质生产沉积速率的总有机碳含量TOC[29]、反映生烃潜力的(S1+S2)/TOC[23]、反映氧化还原环境的TH/U、V/V+Ni和V/Cr、反映盐度的SR/Ba以及反映沉积速率的Ce/Tm等[1,8,30]，其中以TOC、TH/U、TH以及U变化最为明显，如图7。三级层序的边界以及体系域的边界包括：1)根据TOC发育的旋回性变化来识别，层序界面之下，从下到上逐渐减小，界面之上，从下到上逐渐增大，可以划分出准层序。层序界面一般位于较小值处，海退末期，此时，海平面最低，受陆源物质影响最大，TOC值偏小如层序边界SB1、SB3处以及SB4；对于SB2是由于涧草沟组为灰岩沉积，五峰组为页岩沉积；海侵的最大海泛面不一定位于TOC的最大值处，有远端相，近端相以及中间相[29]，如MFS1；2)根据TH/U、TH以及U曲线突变处以及极值点、曲线上下的叠置样式发生了变化来识别；U的富集表明缺氧的沉积环境和较低的沉积速率，而TH、K的富集则代表沉积物的快速沉积和较高的陆源碎屑供给量[8]。层序边界是在海退的末期，一般位于TH/U曲线的高值点，TH曲线的高值点，U曲线的低值点如层序边界SB1、SB3处以及SB4，对于SB2是由于冰期的影响，沉积速率极低；而最大海泛面则位于TH/U的低值点，U曲线的高值点，反映缺氧环境和较低的沉积速率。

由于地球化学参数主要以反应沉积氧化还原环境以及沉积速率来响应相对海平面的变化，对于界面的识别需要对体系域内特征进行趋势研究来界定界面。举例分析如下(图6)：在层序SQ2的海侵时期，TOC迅速升高，发育了两期；TH/U值则为整体小于1，属于缺氧、水体比较深的还原沉积环境，有利于有机物的富集。TH曲线也有两期明显的向上逐渐增加的趋势，说明两次沉积物的快速沉积；而U曲线仅在两个期次之间有个极小值，说明了两期次之间的沉积速率较低，从而推断SQ2的海侵体系域有两个准层序，反映了SQ1海侵体系域的两个阶段。在TOC第二期旋回的结束半幅点位置，即TOC=4，为SQ2层序的最大海泛面，TH/U值小于1，具有较高的U和较低TH值。最大海泛面之上，TH/U值开始大于1，(S1+S2)/TOC则开始趋于0，界面周围发育黄铁矿纹层以及结核，指示深水还原环境。

图7 川东南地区JY1井地球化学特征Fig.7 Geochemical features of the JY1 Well in southeastern Sichuan Basin

前面针对岩性，古生物，测井进行界面的厘定后，对三级层序边界以及体系域内特征需要借助地化指标的旋回性较强反映沉积环境的因素来推断相对海平面的变化，进而确定准层序。

4 层序发育特征

综合运用岩芯露头、生物笔石、测井曲线和地化参数等资料确定界面的识别标志(表1)，最终识别出了四个具有等时意义的层序边界，自下而上为SB1、SB2、SB3、SB4；识别出了三个最大海泛面MFS0、MSF1、MSF2以及SFS界面。将五峰组——龙马溪组下段划分为三个三级层序和7个体系域，五峰组为一个三级层序SQ1，包括下部的海侵体系域(TST)和观音桥层的高位体系域(HST)；龙马溪组龙一段划为两个三级层序SQ2、SQ3，SQ2包括海侵体系域(TST)、早期高位体系域(EHST)、晚期高位体系域(LHST)，SQ3包括海侵体系域(TST)和高位体系域(HST)。

4.1 SQ1层序

SQ1层序为五峰组时期，包括五峰组下部的海侵体系域和上部的观音桥高位体系域。五峰组海侵体系域沉积了黑色的富有机质硅质页岩，TOC大于4%，均值可达4.6%(图7)，石英含量较多，均值为58%(图8)；GR曲线为漏斗退积型，反映了相对海平面的缓慢海侵过程；在Tangyagraptus typicus亚带下部，即WF3-3b阶段，是海平面上升的最大时期。TH/U小于2反应了沉积环境为较深水的还原静水环境，不断降低的TH/U是由于缺氧的沉积环境，代表水深越来越大，相对海平面越来越深。根据TH/U以及TH、U的变化趋势，可以将海侵分为两个阶段，存在两个准层序。在海侵的末期，TH的值达到最小值，U值达到最高，沉积速率达到最低，水深和相对海平面达到最大值，形成了SQ1的最大海泛面。

表1综合层序地层划分以及划分结果

Table1Comprehensivesequencestratigraphydivisionandresults

图8 硅质矿物、黏土矿物以及碳酸盐矿物随深度变化的关系图Fig.8 Relationship between siliceous, clay， and carbonate minerals with depth

高位体系域为观音桥层的介壳灰岩，灰质泥岩，稳定发育，为浅水陆棚相沉积环境。GR曲线迅速上升顶为峰值的下半幅点处；因南极冰盖突然的聚集和扩张，导致全球海平面下降，幅度可达50～100 m[31]，从而导致了一次全球性的生物大绝灭事件，发育了冷水型的“赫南特贝”动物群，因此这一时期也称为赫南特冰期[32]。在加拿大Anticostil 岛屿上，腕足和三叶虫发生绝灭，到N.persculptus带，出现了与奥陶纪牙形石动物群差异明显的志留纪牙形石笔石；在加拿大其他地区，此次海退表现为地层缺失[28]。

4.2 SQ2层序

龙马溪组龙一段SQ2的海侵体系域为黑色的富有机质的硅质页岩，石英含量较多，大小为48%，黏土较少，大小为28%(图8)；GR曲线为指状—箱型退积型，为快速持续海侵的过程；LLD和LLS电阻率曲线呈现波浪起伏多期次的变化，反映了多期次的持续海侵过程；TOC迅速升高，发育了两期，均值可达4.1%，最小值为1.3%，最大值为5.5%；TH/U值则为整体小于1，属于还原沉积环境，有利于有机物和黄铁矿的富集，生烃潜力较大。存在两个准层序，反映了SQ1海侵体系域的两个阶段。最大海泛面之上，TH/U值开始大于1，(S1+S2)/TOC则开始趋于0，界面周围发育黄铁矿纹层以及结核，指示深水还原环境(图7)。

在SQ2-EHST中，黏土含量逐渐增多，均值为39%，石英含量逐渐减少，均值为40%(图8)，TOC大于3%，小于4%(图7)，为黑灰色高有机质的硅质黏土质页岩；GR曲线为橄榄形的退积—进积型，为缓慢速海侵—海退的过程，反映了早期高位的海平面先缓慢升高后降低的特点；TOC均值为3%，通过TH曲线和U曲线分为两个准层序，TH/U值整体在1～2之间，仍为较深水的还原环境，该时期为深水陆棚沉积向浅水陆棚沉积过渡的时期，为半深水陆棚沉积，该时期海平面开始下降。

进入SQ2-LHST中，TOC小于2%，泥质、粉砂质等浅水物质逐渐增多，为灰色粉砂黏土质页岩，黏土含量为42%，石英含量进一步减少(图8)。GR曲线箱型进积型，为持续海退的过程。TOC均值为1.6%，从下到上沉积有机质稳定分布，中间有微凸起；TH/U在TH/U=2处震荡分布，大部分大于2，趋势为先逐级减少，后逐渐回升；一个上升半旋回，一个下降半旋回，中间为次一级的海泛面，反映了LHST中有两个准层序(图7)，整体趋势为水体不断变浅，沉积为浅水沉积环境。

4.3 SQ3层序

层序SQ3中的TST为灰色的黏土质页岩和含粉砂质页岩交互层，说明此次海侵导致逐渐加深水体相对SQ2中的海侵的水体较浅。GR曲线表现齿形退积—进积交互型，为快速海侵—海退的过程；发育少部分LM6笔石带以及全部的LM7笔石带；TOC曲线快速上升，均值为2.2%，TH/U曲线从极高值迅速下降，转变为贫氧弱还原环境的深水陆棚沉积；又可以通过TH曲线和U曲线分出两个准层序。在MFS2处，TH/U曲线都达到较低值，TOC达到最大值3.3%(图7)。

进入SQ3-HST ，黏土含量较多，大于50%，石英含量较少，小于30%，为灰色低有机质粉砂质页岩(图8)。发育大部分LM8和少部分LM9笔石带。浅水的古生物种类和形态逐渐增多。LM7、LM8、LM9笔石页岩段为碳质页岩渐变为黏土质页岩，在华蓥山地区LM9已最后演变为了小河坝组的较浅水碎屑岩[27]，进一步说明SQ3层序的海侵规模应该比SQ2的规模较小。TH/U的值均大于2，为浅水沉积的富氧的氧化环境；TOC逐渐下降，水体不断变浅，沉积物的沉积速度迅速加快，沉积物源中心逐渐转向陆地，陆源碎屑大量进入。

4.4 连井层序

五峰组时期，川中古陆开始隆起，海水从川东北和川西南进入四川盆地地区，YY-1井和庙坝的SQ1-TST较厚，随着冰期的到来，海水固化，海退出现(图9)。进入下志留统，川中隆起，黔中隆起以及雪峰山隆起逐渐将川东南地区包围起来，形成局部浅海环境。冰期结束，海水快速从川东北流向川东南地区，SQ2-TST以及SQ2-EHST的页岩厚度川东南的北部大于南部，东部大于西部，巫溪田坝—JY-1—NY-1—YY-1厚度逐渐减薄，纵向上从TST的硅质深水陆棚变为泥质半深水陆棚沉积。晚期高位由于古陆的影响，YY-1的厚度远大于远离古陆的NY-1、JY-1以及更加靠近海洋深水区的巫溪田坝。在层序SQ3-TST处又发育了一次海侵，但此次海侵规模较小，整体水体较浅，在HST时期，由于海退进一步进行，受古地理格局影响，NY-1和JY-1厚度较大，YY-1地区受古陆影响较大，继续抬升，厚度较薄；巫溪田坝由于是露头剖面，难以确定后期剥蚀的厚度；在SQ3-HST中不同地区的水体深度不同，区域差别较大(图9)。

图9 川东南地区连井剖面Fig.9 Well profile for southeastern Sichuan Basin

5 层序主控因素及演化发育模式

5.1 海退—海侵事件及冰期气候对层序发育的影响

前人研究[28]确认在奥陶时期，在四川盆地的临湘组以及同时代的涧草沟组之上，五峰组细粒沉积页岩下，广泛存在着一个起伏不平的古风化剥蚀面和残积物，记录了一次较大规模的一次海退，具体在川陕交界地区和陕东一带。此次海退事件时限为Ashgilian初期，被命名为临湘海退事件。五峰组时期有一次全球性的海侵事件，大致在Ashgilian中期至末期[33]。这次海侵为全球性的正常海侵，相对海平面和全球海平面都逐渐升高，水体逐渐加深，发育海侵体系域。

在奥陶纪的末期有一次冰期，在此期间，沉积了特别有名的观音桥层。观音桥层的出现与冈瓦纳大陆冰期最强时期相对应，意味着奥陶纪—志留纪之交全球性的可对性标志层。观音桥冰期，导致了全球冰成型的海平面剧烈变化，引起了五峰组海退事件的发生。这是事件型海退，相对海平面迅速降低，全球海平面也开始降低，发育了高位体系域。根据伊利石/黏土的实测曲线(图7)，可以看出观音桥时期为低值，为寒冷冰期，在SQ2-TST时期开始升高，反映全球气候开始回暖，在SQ2-EHST以及以后时期都保持在高值波动，为温暖湿润的气候条件。

在早志留纪的初期，气候回温，导致了冰盖的消融，从而产生了龙马溪组底部的快速事件型海侵。龙马溪组底部的Glyptograptuspersculptus笔石带的出现为早志留新生动物群的开始，笔石带的底部为初始海泛面，在全球有良好的标志性的对比[33]，反映了这次海侵为全球性的海侵事件，相对海平面和全球海平面都迅速上升，发育典型的冰期后的海侵体系域。

在早志留系的龙一段的上部，TOC突然增高，TH/U突然降低，水体和岩性变化不及SQ1和SQ2的变化较大，水深相对不深，TOC增高幅度不及前两次海侵；同时，抬升运动的加剧，形成了局限的海湾环境，受构造因素变化较大，说明本次海侵规模较小，为正常海侵，反映了相对海平面逐渐升高，但全球海平面变化不大。在后期，岩性逐渐从黏土岩向粉砂岩，碎屑岩过度，反映了相对海平面逐渐变浅，逐渐向陆相沉积过渡，发育高位体系域。

5.2 层序地层演化模式

笔者在对研究区运用综合层序划分方法进行层序界面识别、研究层序发育特征以及沉积环境的基础上提出了研究区SQ1层序—SQ3层序的层序地层演化模式。

SQ1层序：五峰组海侵体系域(SQ1-TST)为温暖潮湿的硅质深水陆棚沉积(图10A)，WF2—WF3笔石大量发育，海平面迅速上升，沉积了富有机质硅质页岩；同时由于火山运动影响，从而使得该时期沉积物中夹有斑脱岩层。该时期为强还原的厌氧环境，有利于有机质页岩的保存；并且发育有上升的洋流，提高了生产力[34]，这些是形成优质烃源岩的主要因素。而进入五峰组高位体系域(SQ1-HST)时期，沉积了观音桥组的介壳灰岩和灰质泥岩(图10B)。由于全球冰期的影响，形成大面积的冰盖，海平面迅速下降，并且由于构造运动的影响，整个扬子海处于半封闭的状态，海水滞流，对流被破坏，形成了寒冷冰期的浅水陆棚贫氧的沉积环境；冰期造成了大量古生物的死亡，特别是赫南特贝动物群的灭绝。

图10 SQ1层序地层纵向演化模式Fig.10 Vertical evolution of SQ1 sequence stratigraphy

图11 SQ2层序地层纵向演化模式Fig.11 Vertical evolution of SQ2 sequence stratigraphy

SQ2层序体系域(SQ2-TST)位于龙一段底部(图11A)。此时，由于冰期结束，全球气温回暖，冰川开始融化，造成相对海平面迅速上升，是气候回暖的硅质深水陆棚沉积；LM1—LM4笔石的古生物大量出现，沉积环境为局限海盆的强还原厌氧环境，沉积了具有自生石英的富有机质硅质页岩，有微弱的水平层理；火山活动影响的斑脱岩层在这个时期也有发育。相对海平面的快速上升造成的缺氧环境是使有机质得以保存的主要因素。进入早期高位体系域时期(SQ2-EHST)(图11B)，短时期相对海平面上升速度减少，之后缓慢下降，呈波浪起伏状，整体趋势下降。沉积环境为厌氧—贫氧的泥质半深水陆棚沉积，是深水陆棚向浅水陆棚的过渡，沉积了高有机质硅质黏土质页岩。发育的古生物笔石LM5笔石的多样性、分异度开始增加。在晚期高位体系域(SQ2-LHST)(图11C)里，相对海平面继续下降，为温暖湿润的浅水陆棚沉积，沉积环境是弱氧化弱还原的贫氧—富氧环境。由于抬升作用的继续加强，局限海盆的格局进一步强化，由于牵引流的作用，陆源碎屑开始进入海盆，成为物源的一部分，沉积了低有机质粉砂黏土质页岩，发育LM6的笔石古生物。

SQ3层序位于龙一段的上部，海侵体系域(SQ3-TST)(图12A)时期，相对海平面快速上升，是泥质深水陆棚沉积。沉积环境为弱还原的贫氧环境，主要发育LM7笔石带，笔石分支分叉明显。古陆抬升作用进一步加强，导致本次海侵规模小于层序SQ1和SQ2的规模，古陆边缘更加陡峭，陆源物质进一步进入海盆，出现浊流沉积，沉积了中有机质黏土质页岩和含粉砂质页岩交互层，纹层明显。进入高位体系域(SQ3-HST)(图12B)，沉积微相变为泥质浅水陆棚沉积，是强氧化的富氧环境。相对海平面逐渐下降，发育LM8笔石带等浅水生物，浊流沉积规模进一步变大，沉积了低有机质粉砂质页岩。

图12 SQ3层序地层纵向演化模式Fig.12 Vertical evolution of SQ3 sequence stratigraphy

6 结论

(1) 建立了以岩性界面直观反映物理特征，以测井数据反映地层叠加样式，以古生物限定时间概念，以地球化学参数TH/U反映氧化还原环境和TOC反映有机质旋回性等的多参数的层序边界识别特征以及体系域特征。

(2) 从五峰组—龙马溪组龙一段识别出了3个三级层序，4个层序边界。五峰组为一个三级层序SQ1，包括下部的海侵体系域(TST)和观音桥层的高位体系域(HST)；龙马溪组龙一段划为两个三级层序SQ2、SQ3，SQ2包括海侵体系域(TST)、早期高位体系域(EHST)、晚期高位体系域(LHST)；SQ3包括海侵体系域(TST)和高位体系域(HST)。明确了各层序及其内部体系域的发育特征及沉积环境。

(3) 通过沉积微相的沉积环境、洋流的运动特征、古生物笔石特征以及相对海平面变化特征等研究建立了较为系统的以体系域为单元五峰组—龙马溪组黑色页岩层序地层垂向演化模式。体系域SQ1-TST、SQ2-TST以及SQ2-EHST为有机质富集的重点层位，应为“甜点”的重点勘探地区。