上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖沉積相類型及分布特征

劉忠寶，高波，張鈺瑩，杜偉，馮動軍，聶海寬

（1.頁巖油氣富集機理與有效開發(fā)國家重點實驗室，北京 100083；2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3.中國石化頁巖油氣勘探開發(fā)重點實驗室，北京 100083；4.中國地質(zhì)大學（北京），北京 100083）

上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖沉積相類型及分布特征

劉忠寶1,2,3，高波1,2,3，張鈺瑩4，杜偉1，馮動軍1，聶海寬1

（1.頁巖油氣富集機理與有效開發(fā)國家重點實驗室，北京 100083；2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3.中國石化頁巖油氣勘探開發(fā)重點實驗室，北京 100083；4.中國地質(zhì)大學（北京），北京 100083）

通過露頭、巖心、薄片、礦物X衍射、氬離子拋光、掃描電鏡及鉆井資料的綜合研究，在上揚子地區(qū)寒武系梅樹村組沉積期—筇竹寺組沉積期沉積地層中識別出9種頁巖巖相、5類沉積相標志，提出了頁巖沉積相類型精細劃分方案，建立了頁巖沉積演化發(fā)育模式。指出梅樹村組沉積期與筇竹寺組沉積期在沉積作用方式、沉積體系類型及沉積相分布上均存在差異：梅樹村組沉積期以機械-化學沉積和生物沉積為主，主體為碳酸鹽緩坡臺地—陸棚—斜坡—深水盆地沉積體系；筇竹寺組沉積期以砂質(zhì)機械沉積、泥質(zhì)絮凝及生物沉積為主，主體為濱岸—陸棚—斜坡—深水盆地沉積體系。資陽—長寧近南北向展布的地區(qū)、東南部鄂西—渝東—黔中及東北部宜昌—房縣一線的地區(qū)為兩個深水陸棚相富有機質(zhì)頁巖沉積中心，是頁巖氣勘探有利地區(qū)，但前者富有機質(zhì)頁巖以多層、薄層為特點，后者以連續(xù)厚層為特點，今后應考慮其差異進行有針對性的頁巖氣勘探部署。圖8表2參23

頁巖；巖相；沉積相；下寒武統(tǒng)筇竹寺組；下寒武統(tǒng)梅樹村組；上揚子地區(qū)；四川盆地

引用：劉忠寶，高波，張鈺瑩，等.上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖沉積相類型及分布特征[J].石油勘探與開發(fā),2017,44(1):21-31.

LIU Zhongbao,GAO Bo,ZHANG Yuying,et al.Types and distribution of the shale sedimentary facies of the Lower Cambrian in Upper Yangtze area,South China[J].Petroleum Exploration and Development,2017,44(1):21-31.

1 研究區(qū)概況及研究思路

近年來，隨著美國、加拿大、中國等國家在頁巖油氣勘探開發(fā)領域取得成功，改變了石油地質(zhì)學家對泥頁巖的傳統(tǒng)認知，即泥頁巖除具有生烴、封蓋性能外，還可以儲集油氣，具備生-儲-蓋一體的特點，在顛覆常規(guī)油氣勘探理論的同時，也使非常規(guī)頁巖油氣勘探成為國內(nèi)外的熱點研究領域。頁巖層系沉積相分析是頁巖油氣勘探研究中不可或缺的基礎工作，目前認為海相富有機質(zhì)頁巖主要發(fā)育于淺海陸棚沉積環(huán)境[1-2]，古代淺海陸棚（陸表海環(huán)境）與現(xiàn)代淺海陸棚（陸緣海環(huán)境）沉積特征存在差異，前者沉積時間長、厚度大、分布廣，而后者沉積時間短、厚度小且范圍局限。國外學者認為海相富有機質(zhì)頁巖沉積可用“黑?！睖綮o海模式與沿岸上升洋流模式進行解釋[3]。對中國四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組研究認為，深水陸棚相控制了富有機質(zhì)頁巖的發(fā)育，是頁巖氣勘探有利相帶[4]?？傊?，國內(nèi)外學者均已認識到對泥頁巖層系開展精細的沉積相劃分，明確有利沉積相帶可為頁巖油氣勘探選區(qū)評價提供重要地質(zhì)依據(jù)。

圖1 上揚子地區(qū)位置及其早寒武世梅樹村組沉積期沉積相分布圖

早寒武世早期上揚子地區(qū)沉積發(fā)育了一套海相黑色泥頁巖層系，其厚度大、有機質(zhì)豐度高、分布范圍廣，是中國南方尋找海相頁巖氣的重要勘探層系之一（見圖1）。前人對南方曾開展過多輪次、多層系的巖相古地理編圖[5-8]，提出了下寒武統(tǒng)為海相克拉通盆地背景下的淺水陸架或陸棚沉積的重要認識，但受編圖范圍大、鉆井少等條件的限制，已難以滿足目前頁巖氣勘探開發(fā)的實際需求，急需以其成果為基礎和指導，開展更為精細的沉積相研究。近年來，針對研究區(qū)寒武系開展了大量的頁巖氣調(diào)查與鉆探工作，相繼獲得了一些頁巖氣發(fā)現(xiàn)：在川西南W201井和JY1井筇竹寺組、黔南HY1井九門沖組、黔東南TX1井牛蹄塘組壓裂測試均獲得頁巖氣流，充分揭示了寒武系良好的頁巖氣勘探潛力，也為進一步的勘探研究提供了較豐富的資料。為此，本文通過典型露頭剖面觀測、新鉆頁巖氣井巖心觀察、室內(nèi)巖礦測試及鉆（測）井等資料綜合分析，開展了早寒武世早期頁巖巖相、沉積相標志、沉積相類型及特征的研究，并結(jié)合構(gòu)造-古地貌特征，建立了頁巖沉積演化發(fā)育模式。以此為指導，綜合單（連）井巖相分布及地層厚度等因素，刻畫了早寒武世梅樹村組沉積期和筇竹寺組沉積期沉積相平面展布特征，指出富有機質(zhì)頁巖發(fā)育的有利相區(qū)，對發(fā)展細粒沉積學及指導研究區(qū)寒武系頁巖氣勘探選區(qū)部署具有重要理論與現(xiàn)實意義。

2 地層特征

目前國際上寒武系劃分采用的是中國彭善池提出的4統(tǒng)劃分方案[9-10]，據(jù)此可將研究區(qū)下寒武統(tǒng)劃分為2統(tǒng)（紐芬蘭統(tǒng)和第二統(tǒng)）4期，其巖石地層分區(qū)多，地層名稱復雜多樣，主要地層分區(qū)及各組之間對應關(guān)系詳見表1。地層對比研究表明，4期地層橫向可對比性較好，其中梅樹村組沉積期地層以發(fā)育小殼化石為標志，具有高自然伽馬、高電阻率的電性特征；筇竹寺組沉積期地層自然伽馬及電阻率曲線均較平直；滄浪鋪組沉積期地層自然伽馬及電阻率曲線以鋸齒狀為主；龍王廟組沉積期地層為低自然伽馬、高電阻率的碳酸鹽巖沉積。本文重點以下寒武統(tǒng)梅樹村組沉積期—筇竹寺組沉積期沉積地層為研究對象。

表1 上揚子地區(qū)早寒武世（紐芬蘭統(tǒng)—第二統(tǒng)）主要地層分區(qū)及劃分對比表

3 巖相類型及特征

典型露頭剖面和鉆井的頁巖全巖礦物組成研究表明，梅樹村組沉積期—筇竹寺組沉積期頁巖礦物成分以黏土礦物和石英為主，其次為長石、碳酸鹽礦物、黃鐵礦及膠磷礦。依據(jù)巖石礦物成分、鏡下結(jié)構(gòu)構(gòu)造、有機質(zhì)含量及古生物化石等特征，共識別出9種頁巖巖相類型（見圖2）。其中含小殼化石磷炭質(zhì)頁巖、含小殼化石硅質(zhì)頁巖主要發(fā)育于梅樹村組沉積期，硅質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖在梅樹村組沉積期和筇竹寺組沉積期均有發(fā)育，鈣質(zhì)紋層炭質(zhì)頁巖、泥（粉）晶鈣質(zhì)頁巖、紋層狀黏土質(zhì)頁巖、紋層狀粉砂質(zhì)頁巖和粉砂質(zhì)頁巖主要發(fā)育于筇竹寺組沉積期。圖2中（a）—（e）巖相主要形成于淺水、含氧、較弱水動力沉積環(huán)境，（f）—（i）為較深水、貧氧、較弱水動力—弱水動力沉積環(huán)境。

4 典型沉積相標志

沉積相標志是沉積相類型劃分的重要依據(jù)，通過典型露頭剖面與鉆井巖心觀察、巖石薄片與氬離子拋光-掃描電鏡鑒定分析，共識別出5類沉積相標志，包括：層理構(gòu)造、黃鐵礦、結(jié)核體、上升洋流作用產(chǎn)物及古生物化石。各類相標志發(fā)育特征詳述如下。

4.1 層理構(gòu)造

層理構(gòu)造主要有8種：①水平層理（見圖3a）及（鈣質(zhì)或粉砂質(zhì)）紋層；②平行層理；③波狀層理；④小型交錯層理；⑤灰質(zhì)條帶；⑥小型變形層理及擾動構(gòu)造（見圖3b）；⑦透鏡狀層理（見圖3c）；⑧滑塌構(gòu)造（見圖3f、3g）。其中以①、②最為發(fā)育，在露頭剖面和巖心觀察中均較常見，主要形成于水體安靜的沉積環(huán)境；③—⑦僅在局部地區(qū)砂泥巖互層段中較發(fā)育，如CS1井石牌組下部，反映出沉積過程中沉積物的供給及水體環(huán)境是不斷變化的，水體相對動蕩。

4.2 黃鐵礦

黃鐵礦是富有機質(zhì)沉積的特征礦物，對沉積環(huán)境具有重要的指示意義。其礦物形態(tài)和粒度大小可以用來判斷成因及沉積環(huán)境的差異[11]。宏觀巖心與微觀氬離子拋光-掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，主要發(fā)育4種類型黃鐵礦：①黃鐵礦團塊，個體最大可達5 cm×8 cm，但晶粒極細??；②自形粒狀黃鐵礦集合體，單晶大小0.2～1.0 cm（見圖3i）；③黃鐵礦條帶及透鏡體，條帶與巖層面平行，寬0.3～2.0 cm，透鏡體沿層面斷續(xù)分布；④莓狀黃鐵礦集合體，由大量微米級、形態(tài)和大小基本相同的黃鐵礦微晶聚合形成類似草莓狀的球形集合體，草莓體的大小分布可指示氧化或缺氧的沉積環(huán)境[11]。研究區(qū)大量頁巖掃描電鏡圖像鑒定分析表明，莓狀黃鐵礦集合體較發(fā)育，直徑以2～5 μm為主（見圖3l），僅個別樣品中見少量大于10 μm莓狀集合體。總體而言，頁巖中含有多種類型黃鐵礦，尤其是大量莓狀黃鐵礦的發(fā)育，反映出其主要形成于厭氧沉積環(huán)境。

圖2 上揚子地區(qū)早寒武世梅樹村組沉積期—筇竹寺組沉積期頁巖巖相特征

4.3 結(jié)核體

結(jié)核體是一種沉積構(gòu)造，一般發(fā)育于外陸棚至盆地相沉積環(huán)境中，其形成需要低沉積速率，被埋藏后就停止生長[12]。露頭剖面及鉆井巖心觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)結(jié)核體較發(fā)育，根據(jù)其形態(tài)、成分可劃分為2種類型：①橢球狀結(jié)核體，內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，成分為灰質(zhì)泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r，個體相對較大，直徑一般0.1～0.5 m不等，如川北南江橋亭剖面郭家壩組上部深灰色鈣質(zhì)紋層狀頁巖段中見大量橢球狀結(jié)核體發(fā)育（見圖3d），反映其形成于靜水低能沉積環(huán)境；②瘤狀結(jié)核體，由富硅質(zhì)結(jié)核和富有機質(zhì)黏土外殼組成，個體相對較小，直徑一般0.3～2.0 cm，如HY1井九門沖組下部硅質(zhì)頁巖段中發(fā)育較多的該類瘤狀結(jié)核體（見圖3h），其主要是在底流和洋流作用下，由海底早期成巖膠結(jié)作用形成，生長緩慢，反映沉積水體較深的弱水動力沉積環(huán)境。

4.4 上升洋流作用產(chǎn)物

上升洋流是陸棚環(huán)境與大陸斜坡環(huán)境中重要的沉積作用之一，其通過帶來有利于生物發(fā)育的磷、硅、鐵族元素及細菌等營養(yǎng)物質(zhì)，促進富有機質(zhì)烴源巖的形成[13]。研究區(qū)發(fā)育上升洋流作用形成的5種類型沉積標志：①磷塊巖、磷質(zhì)頁巖等（見圖3e）；②硅-炭頁巖組合；③炭-硅-磷頁巖組合；④石煤-硅質(zhì)巖-金屬硫化物富集層-黑色頁巖組合；⑤炭-硅質(zhì)頁巖-金屬硫化物富集層組合。上述5種典型上升洋流作用形成的重要產(chǎn)物廣泛發(fā)育于川東南及黔北牛蹄塘組下部。

圖3 上揚子地區(qū)早寒武世梅樹村組沉積期—筇竹寺組沉積期頁巖典型沉積相標志

4.5 古生物化石

不同的生物具有特定的生存環(huán)境，因此頁巖的生物類型能夠反映其形成的沉積環(huán)境。研究區(qū)古生物類型主要有：①藻類，不同藻類生活的水體深度不同，一般水深50～60 m，紅藻可生活在較深水區(qū)（松桃盤石牛蹄塘組），褐藻殘片可在較深水區(qū)埋藏下來（羊跳剖面牛蹄塘組），藍細菌只能生活在淺水區(qū)，故紅藻（見圖3k）、褐藻可發(fā)育于深水陸棚沉積環(huán)境，而藍細菌可發(fā)育于淺水陸棚環(huán)境[14]；②放射蟲，放射蟲的多囊蟲類殼體是不易溶解的無定形硅，能在海底沉積物中被較好地埋藏保存，其殘體是研究深海沉積不可或缺的重要微體古生物化石[15]。研究區(qū)甕安永和剖面牛蹄塘組下部炭質(zhì)頁巖中見硅質(zhì)放射蟲（見圖3j），揭示其頁巖發(fā)育于較深水沉積環(huán)境。

5 沉積相類型及特征

以巖相劃分、沉積相標志識別、典型露頭及單井相分析為基礎（見圖4），考慮實際生產(chǎn)中適用性和可操作性，按水體深度與沉積物類型2種因素相結(jié)合的方法，提出沉積相類型精細劃分方案，在梅樹村組沉積期—筇竹寺組沉積期頁巖中共識別出5種相、8種亞相和16種沉積微相（見表2）。重點針對陸棚相的各亞相及其微相特征詳述如下。

5.1 淺水陸棚亞相

淺水陸棚為處于濱外浪基面之下至風暴浪基面之上的區(qū)域，水體較淺，海底地形較平緩，沉積物以砂泥及碳酸鹽為主，常具有牽引流的特征，水動力條件相對較強，且間歇性動蕩[16]。按沉積物類型可進一步劃分為砂泥質(zhì)淺水陸棚、泥質(zhì)淺水陸棚、碳酸鹽質(zhì)淺水陸棚及混積淺水陸棚4種微相。

圖4 JY1井筇竹寺組上部頁巖段沉積構(gòu)造及微相特征

表2 上揚子地區(qū)早寒武世梅樹村組沉積期—筇竹寺組沉積期沉積相類型劃分及其特征

5.1.1 砂泥質(zhì)淺水陸棚微相

主要發(fā)育在靠近碎屑物源古陸的地區(qū)，巖石類型以淺灰色粉砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖與灰色黏土質(zhì)頁巖、粉砂巖互層發(fā)育為特征，厘米級和毫米級平行紋層或水平層理較發(fā)育，偶見波狀層理、透鏡狀層理及小型交錯層理。如JY1井筇竹寺組3 350～3 550 m、CS1井石牌組1 851～1 876 m主要為粉砂質(zhì)頁巖與泥質(zhì)粉砂巖不等厚互層沉積（見圖5），常規(guī)測井曲線表現(xiàn)為較平直的自然伽馬低值（90～130 API），加積沉積特征明顯，縱向上厚度較大，可達幾百米。

5.1.2 泥質(zhì)淺水陸棚微相

主要發(fā)育在遠離碎屑物源古陸的地區(qū)，巖石類型以灰色黏土質(zhì)頁巖為主，偶見少量粉砂質(zhì)紋層發(fā)育，TOC值（總有機碳含量）很低，如川東南L1井牛蹄塘組2 503～2 550 m，TOC值小于0.2%，常規(guī)測井曲線表現(xiàn)為自然伽馬中低值（110～150 API），且形態(tài)平直，巖性基本無變化，以泥質(zhì)沉積為主，形成于安靜、水體穩(wěn)定的沉積環(huán)境。

5.1.3 碳酸鹽質(zhì)淺水陸棚微相

主要發(fā)育在碳酸鹽巖古陸或水下隆起的周邊地區(qū)，巖石類型以灰色灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r及薄層泥晶灰?guī)r互層為主。如彭水CS1井2 253～2 256 m、鄂中古陸西側(cè)長陽王子石、石牌等剖面水井沱組均發(fā)育該類微相沉積。

圖5 CS1井石牌組砂泥質(zhì)淺水陸棚微相特征

5.1.4 混積淺水陸棚微相

主要發(fā)育在碎屑物源古陸與碳酸鹽巖古陸（或水下隆起）之間的過渡地區(qū)，巖石類型為粉砂質(zhì)頁巖、黏土質(zhì)頁巖與灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r互層混合沉積，如DS1井3 250～3 350 m黏土質(zhì)頁巖-薄層泥質(zhì)灰?guī)r-砂泥巖互層的沉積序列，常規(guī)測井曲線表現(xiàn)為微齒狀自然伽馬低值（20～40 API），反映較為動蕩的淺水沉積環(huán)境。

5.2 深水陸棚亞相

深水陸棚為風暴浪基面以下，靠近大陸斜坡的相對深水區(qū)域，沉積水動力條件弱，能量低[16-17]。與淺水陸棚相比，其沉積物顏色更深、粒度更細、有機質(zhì)含量高。按沉積物類型可進一步劃分為含磷硅炭泥質(zhì)深水陸棚、炭泥質(zhì)深水陸棚、碳酸鹽質(zhì)深水陸棚、砂泥質(zhì)深水陸棚、深水濁積砂5種微相類型。

5.2.1 含磷硅炭泥質(zhì)深水陸棚微相

該沉積微相以富磷、富硅、富炭為特征，上升洋流作用較發(fā)育，常見黃鐵礦團塊及磷質(zhì)結(jié)核。如Z4井4 275.0～4 471.5 m，主要為深灰色含硅磷白云巖及灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖和硅質(zhì)頁巖、灰質(zhì)頁巖互層；GS17井5 325～5 465 m，主要為白云巖、灰?guī)r與硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁巖、黑色頁巖互層，含膠磷礦[18]；JY1井3 580～3 640 m，主要為磷質(zhì)白云巖、云質(zhì)泥巖、炭質(zhì)頁巖互層，自然伽馬能譜測井顯示，釷鈾比低（小于2），反映較深水、閉塞、缺氧沉積環(huán)境。

5.2.2 炭泥質(zhì)深水陸棚微相

主要以發(fā)育灰黑色—黑色炭質(zhì)頁巖、不含或僅局部含少量極細粉砂為特征，如HY1井九門沖組上部、金沙巖孔和甕安永和剖面牛蹄塘組下部均屬該類沉積微相（見圖6），氬離子拋光-掃描電鏡下莓狀黃鐵礦較發(fā)育，直徑以2～4 μm為主，常規(guī)測井曲線表現(xiàn)為自然伽馬極高值，一般200～500 API，局部可達1 100 API，自然伽馬能譜測井顯示，釷鈾比極低（小于0.5），反映其處于深水、缺氧沉積環(huán)境。

圖6 甕安永和剖面牛蹄塘組沉積微相及特征

5.2.3 碳酸鹽質(zhì)深水陸棚微相

主要以發(fā)育灰黑色—黑色灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r夾鈣質(zhì)紋層炭質(zhì)頁巖為特征，如彭水地區(qū)CS1井水井沱組上部2 253.0～2 261.5 m，巖石類型主要為灰質(zhì)泥巖夾薄層炭質(zhì)頁巖及泥灰?guī)r條帶；L2井水井沱組3 150～3 350 m，主要為深灰色含灰泥巖夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r（2～5 m），均屬碳酸鹽質(zhì)深水陸棚微相沉積。

5.2.4 砂泥質(zhì)深水陸棚微相

主要以灰黑色含炭頁巖、粉砂質(zhì)頁巖及泥質(zhì)粉砂巖互層為特征，主要發(fā)育在川西南筇竹寺組中上部及黔中牛蹄塘組中部的局部層段。如GS17井5 050～5 110 m，因粉砂質(zhì)和泥質(zhì)含量差異，測井曲線表現(xiàn)為自然伽馬值變化范圍較大（115～250 API），頂、底部突變接觸，呈微齒狀或指狀箱型—漏斗型復合沉積特征，沉積物自下而上表現(xiàn)出粗—細—粗的演變特征。5.2.5 深水濁積砂微相

目前僅在少量鉆井的局部層段見深水濁積砂微相沉積，如JY1井3 295.0～3 303.9 m取心段，見約13 cm厚濁積砂巖，巖性具下粗上細特征，依次為深灰色含礫粗砂巖、中—粗砂巖、灰黑色含粉砂炭質(zhì)頁巖，其底部與下伏灰色粉砂質(zhì)頁巖段呈突變接觸（見圖3g）。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造[17-20]與沉積背景研究，其主要是在早寒武世構(gòu)造拉張裂陷作用下發(fā)生塹壘式活動，沉積水體快速變深，來自西部碎屑物源區(qū)的粗粒砂質(zhì)沉積物在重力作用下垮塌搬運進入相對深水區(qū)形成濁積砂沉積。

6 沉積相對比分析

以沉積相類型劃分、典型露頭剖面及單井相分析為基礎，進行不同地區(qū)沉積相對比，研究結(jié)果表明：下寒武統(tǒng)沉積物自下而上由富硅、富磷、富炭頁巖至砂泥質(zhì)互層或砂質(zhì)、泥質(zhì)與灰質(zhì)互層混積或灰泥質(zhì)，再到純碳酸鹽巖沉積，反映其快速海侵—緩慢海退，沉積水體由深變淺的特征。如黔南HY1井九門沖組自下而上由底部的斜坡—深水盆地相硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁巖沉積，向上演變?yōu)樯钏懪锵嗵抠|(zhì)頁巖、淺水陸棚相粉砂質(zhì)頁巖及碳酸鹽巖緩坡相泥晶灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r沉積。不同地區(qū)橫向?qū)Ρ确治鲲@示：四川盆地內(nèi)部除資陽—長寧一線地區(qū)發(fā)育厚度較大的含磷硅炭泥質(zhì)深水陸棚相沉積外，其東西兩側(cè)地層厚度明顯減薄，且主要以砂泥質(zhì)淺水陸棚沉積為主。從上揚子地區(qū)整體來看，由川西南—川東—黔中—湘西地區(qū)，沉積水體自西向東逐漸加深，依次發(fā)育濱岸砂質(zhì)沉積—砂泥質(zhì)淺水陸棚沉積—炭泥質(zhì)深水陸棚沉積—陸棚邊緣斜坡—硅泥質(zhì)深水盆地沉積。

圖7 上揚子地區(qū)早寒武世早期頁巖沉積演化發(fā)育模式

7 沉積模式及平面分布特征

7.1 沉積相發(fā)育模式

以巖相劃分、單井相及連井沉積相對比分析為基礎，結(jié)合地層與構(gòu)造古地貌特征[17-19]研究，建立了上揚子地區(qū)早寒武世早期頁巖沉積演化發(fā)育模式（見圖7）。結(jié)果表明：梅樹村組沉積期沉積物受其沉積前不同地區(qū)震旦系碳酸鹽巖頂面巖溶古地貌高差大的影響，快速海侵后，在四川盆地西南裂陷區(qū)及盆地外東南部低洼區(qū)沉積了厚度較大的暗色頁巖段，主要為深灰色—灰黑色含磷硅炭頁巖及灰黑—黑色硅質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖，其他高部位沉積薄層含磷云巖；梅樹村組沉積期沉積物沉積充填后，筇竹寺組沉積期不同地區(qū)古地貌高差變小，故再次快速海侵，海侵范圍明顯更大，其后緩慢海退，以退積或加積沉積為主，四川盆地西南裂陷區(qū)及盆地外東南部仍為沉積中心，富有機質(zhì)頁巖分布的面積進一步擴大，但厚度明顯變小、有機質(zhì)含量也有所降低；滄浪鋪組沉積期，持續(xù)海退，沉積物粒度變粗，不同地區(qū)沉積厚度差異變?。恢笼埻鯊R組沉積期演變?yōu)榉€(wěn)定的淺水碳酸鹽臺地相沉積。

7.2 沉積相平面展布特征

上揚子地區(qū)早寒武世梅樹村組沉積期和筇竹寺組沉積期沉積相綜合研究表明：兩者在沉積作用方式、沉積體系類型及沉積相展布特征上均存在明顯差異。四川盆地西南部資陽—長寧一線近南北向展布的地區(qū)和盆地外東南部鄂西—渝東—黔中一線北東至南西向展布的地區(qū)為早寒武世早期兩個沉積中心，控制了深水陸棚相富有機質(zhì)頁巖的發(fā)育，是頁巖氣勘探有利地區(qū)（見圖8）。

圖8 上揚子地區(qū)早寒武世筇竹寺組沉積期沉積相分布圖

梅樹村組沉積期沉積巖石類型主要以富磷、富硅、富碳酸鹽及小殼化石為特征，沉積作用方式以機械-化學沉積和生物沉積為主，受其影響主體為碳酸鹽緩坡臺地—陸棚—斜坡—深水盆地沉積體系。自西向東依次發(fā)育碳酸鹽巖緩坡—含磷硅炭泥質(zhì)深水陸棚—碳酸鹽巖緩坡—灰（云）泥質(zhì)淺水陸棚—炭泥質(zhì)深水陸棚—硅炭質(zhì)陸棚邊緣斜坡—硅質(zhì)深水盆地沉積。其中大部分地區(qū)主要為碳酸鹽緩坡臺地沉積，巖性為含磷云巖或含磷灰?guī)r，厚度較?。?～30 m），以四川盆地西南部資陽—長寧一線近南北向帶狀展布的區(qū)域和盆地外東南部鄂西—渝東—黔中一線大部分地區(qū)地層厚度最大，一般60～150 m，最大可達190 m，為梅樹村組沉積期的兩個沉積中心（見圖1）。其差別在于前者為發(fā)育于碳酸鹽緩坡臺地內(nèi)部的含磷硅炭泥質(zhì)深水陸棚沉積（TOC值為0.5%～2.5%），受震旦紀晚期形成的克拉通內(nèi)裂陷控制[20-23]，而后者為發(fā)育于碳酸鹽緩坡臺地與斜坡—深水盆地之間的硅炭泥質(zhì)深水陸棚沉積（TOC值為1.5%～8.5%）。黔南三都—天柱—溆浦一線及以東地區(qū)、城口—房縣以北地區(qū)主要發(fā)育黑色硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁巖，厚度?。?5～30 m），欠補償沉積特征明顯，為斜坡—深水盆地相沉積?？傮w而言，梅樹村組沉積期沉積物受震旦紀末期碳酸鹽巖頂面構(gòu)造-巖溶古地貌與快速海侵作用控制，以兩大深水陸棚相區(qū)富有機質(zhì)頁巖發(fā)育最好。

筇竹寺期沉積巖石類型主要以富砂、富泥、富炭為特征。經(jīng)梅樹村組沉積期沉積物填平補齊沉積后，沉積古地貌背景變得相對平緩，筇竹寺組沉積期海平面再次上升，海侵范圍進一步加大，沉積作用方式發(fā)生改變，研究區(qū)西部及北部開始接受來自古陸的碎屑砂質(zhì)機械沉積，東南部及東北部仍以泥質(zhì)絮凝及生物沉積為主，受其影響主體為濱岸—陸棚—斜坡—深水盆地沉積體系。自西向東依次發(fā)育砂質(zhì)濱岸—砂泥質(zhì)淺水陸棚—炭泥質(zhì)深水陸棚—泥質(zhì)淺水陸棚—炭泥質(zhì)深水陸棚—炭質(zhì)陸棚邊緣斜坡—硅泥質(zhì)深水盆地沉積。其中大部分地區(qū)主要為砂泥質(zhì)、泥質(zhì)淺水陸棚相沉積，四川盆地西南部資陽—長寧一線南北向炭泥質(zhì)深水陸棚沉積中心范圍基本不變，而盆地外東南部炭泥質(zhì)深水陸棚沉積中心由鄂西—渝東—黔中一線進一步擴大至東北部宜昌—房縣地區(qū)。黔南三都—鳳凰—郎溪一線及以東地區(qū)、城口—房縣以北地區(qū)仍為斜坡—深水盆地相沉積。

總體而言，筇竹寺組沉積期沉積受西部及北部碎屑物源區(qū)、東北部鄂中碳酸鹽巖隆起及相對海平面升降變化控制，沉積物類型豐富多樣，砂質(zhì)、泥質(zhì)、碳酸鹽質(zhì)及混積等均有發(fā)育。兩大深水陸棚相區(qū)仍是富有機質(zhì)頁巖發(fā)育的最有利地區(qū)。

四川盆地西南部資陽—長寧一線深水陸棚相富有機質(zhì)頁巖以多層（至少3層）、薄層為特點（見圖7），而盆地外東南部深水陸棚相富有機質(zhì)頁巖以厚層連續(xù)沉積為特點，頁巖氣勘探應考慮其差異進行有針對性的研究與部署。

8 結(jié)論

早寒武世早期發(fā)育9種頁巖巖相、5類沉積相標志，按水體深度與沉積物類型相結(jié)合的劃分方法，提出了頁巖沉積相類型精細劃分方案，建立了早寒武世早期頁巖沉積演化發(fā)育模式。指出梅樹村組沉積期與筇竹寺組沉積期在沉積作用方式、沉積體系類型及沉積相展布特征上均存在差異：受震旦紀末期碳酸鹽巖頂面構(gòu)造-巖溶古地貌與快速海侵作用控制，梅樹村組沉積期以機械-化學沉積和生物沉積為主，主體為碳酸鹽緩坡臺地—陸棚—斜坡—深水盆地沉積體系；受西部及北部碎屑物源區(qū)、東北部鄂中碳酸鹽巖隆起及相對海平面升降變化控制，筇竹寺組沉積期以砂質(zhì)機械沉積、泥質(zhì)絮凝及生物沉積為主，主體為濱岸—陸棚—斜坡—深水盆地沉積體系。四川盆地西南部資陽—長寧一線近南北向展布的地區(qū)和盆地外東南部鄂西—渝東—黔中一線及東北部宜昌—房縣一線的地區(qū)為早寒武世早期兩個沉積中心，控制了深水陸棚相富有機質(zhì)頁巖的發(fā)育，是頁巖氣勘探的有利地區(qū)，但前者富有機質(zhì)頁巖以多層、薄層為特點，后者以連續(xù)厚層為特點，今后應考慮不同地區(qū)富有機質(zhì)頁巖發(fā)育特征的差異，有針對性地進行頁巖氣勘探部署。

致謝：中國地質(zhì)大學（北京）孫夢迪博士在小殼化石鑒定上給予了幫助，在此表示感謝！

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（編輯 黃昌武）

Types and distribution of the shale sedimentary facies of the Lower Cambrian in Upper Yangtze area,South China

LIU Zhongbao1,2,3,GAO Bo1,2,3,ZHANG Yuying4,DU Wei1,FENG Dongjun1,NIE Haikuan1
(1.State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development,Beijing 100083,China; 2.Petroleum Exploration and Production Research Institute,SINOPEC,Beijing 100083,China; 3.Key Laboratory of Shale Oil/Gas Exploration and Production,SINOPEC,Beijing 100083,China; 4.China University of Geosciences,Beijing 100083,China)

Based on comprehensive analysis of outcrops,cores,rock thin sections,mineral X-ray diffraction and Argon ion-milling -scanning electron microscopy,nine lithofacies types and five facies marks in the Lower Cambrian Meishucun Formation and Qiongzhusi Formation in the Upper Yangtze are identified,a classification scheme of the shale sedimentary facies is proposed,and the deposition and evolution model of the shale in the Lower Cambrian is figured out.This research shows there are difference in sedimentation,types and distribution of the sedimentary facies in the Meishucun Formation and Qiongzhusi Formation.The main sedimentation modes in the Meishucun Stage were mechanical-chemical and biological sedimentation,the sedimentary facies (from west to east) were carbonate ramp,shelf,and slope and bathyal basin.The main sedimentation of the Qiongzhusi Stage was clastic mechanical,argillaceous flocculation and biological deposition,and the sedimentary facies were shore,shelf,and ramp and bathyal basin.There are two depositional centers of rich organic shale in the Upper Yangtze which are the prospective area for shale gas exploration.The first one is in the Ziyang-Changning area in nearly north-south strike,which is characterized by multiple thin layers.The other one is in the Western Hubei-Eastern Chongqing-Middle Guizhou and Yichang-Jianshi-Fangxian,which is characterized by the thick-layer shale.The shale gas exploration in these areas in the future should take pertinent strategies in line with their differences.

shale; lithofacies; sedimentary facies; Lower Cambrian Qiongzhusi Formation; Lower Cambrian Meishucun Formation; Upper Yangtze area; Sichuan Basin

國家自然科學基金項目（41202103）；中國石油化工股份有限公司科技開發(fā)部項目（P15114）

TE122.2

：A

1000-0747(2017)01-0021-11

10.11698/PED.2017.01.03

劉忠寶（1978-），男，黑龍江富錦人，博士，中國石化石油勘探開發(fā)研究院高級工程師，主要從事層序地層學、碳酸鹽巖沉積儲集層、非常規(guī)油氣地質(zhì)研究工作。地址：北京市海淀區(qū)學院路31號，中國石化石油勘探開發(fā)研究院非常規(guī)資源研究所，郵政編碼：100083。E-mail:liuzb.syky@sinopec.com

2016-03-24

2016-12-19