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粗碎屑岩和碳酸盐岩“单因素分析多因素综合作图法”是冯增昭先生（1977,1979）首次提出的[1⁃2]。到目前为止,该方法在我国各大油气田和全国性的一些地质时代编图中广泛应用,相应的定量古地理图和著作相继问世。“单因素分析多因素综合作图法”的提出,代表了古地理图编制定量化的研究思路和理论已经形成,定量化的方法论或技术路线已经成熟,标志着我国岩相古地理研究进入了定量化的阶段。“单因素分析多因素综合作图法”的提出,极大推动了我国岩相古地理学科发展以及常规油气勘探开发。
所谓“单因素分析多因素综合作图法”,是指以各剖面定量的单因素资料为基础,从定量的单因素图件分析入手,通过各单因素图件的叠加和综合分析判断,最后作出定量的古地理图[3⁃4]。其中,单因素是指能够独立地反映某地区、某地质时期、某层段沉积环境某些特征的因素[3]。它的有无或含量多少均可独立地、定量地反映该地区、该层段的沉积环境的某些特征,如沉积环境水体的深浅、能量高低、性质等。某沉积层段的厚度以及它特定的岩石类型、结构组分、矿物成分、化学成分、化石及其化石组合、颜色等,均可作为单因素。到目前为止,针对粗碎屑岩和碳酸盐岩提出的单因素至少有20个,包括地层厚度、深水页岩含量（%）、深水碳酸盐岩含量（%）、浅水碳酸盐岩含量（%）、浅水碳酸盐岩颗粒含量（%）、准同生白云岩含量（%）、陆源物质含量（%）、石膏含量（%）、石盐含量（%）、氧化色含量（%）、砂岩厚度（m）、粉砂岩厚度（m）、砂地比（%）等[5⁃6],这些单因素主要是根据岩性类型、结构组分、生态组合及岩性颜色提出的。单因素分析多因素综合作图法的关键是单因素的选取和不同沉积相标准的界定。
近年来,中国南方海相页岩气勘探开发取得重大突破,已在四川盆地及周缘的威远地区[7]、长宁地区[8]、昭通地区[9]、焦石坝地区[10]、泸州地区[11]、渝西地区等五峰组—龙马溪组海相页岩中获得巨大产量。截至2020年底,中石油页岩气年产量已达116.31×108 m3。四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组海相页岩富气层段形成于深水陆棚沉积亚相[12⁃13],亚相类型直接控制着“甜点”段的形成和分布[14⁃15]。
关于四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组海相页岩的沉积相,前人已开展过系统研究。邹才能等[16]综合页岩岩性和矿物组分含量,划分出钙质浅水陆棚—滨岸、含钙质半深水—深水陆棚、泥质半深水—深水陆棚3个亚相。牟传龙等[12]根据沉积充填序列及沉积构造特征等,划分出浅水陆棚和深水陆棚2个亚相。蒲泊伶等[17]根据黑色页岩的岩性特征、有机质含量、矿物组成、生物化石和测井响应特征,划分为浅水陆棚、半深水陆棚和深水陆棚3个亚相。整体上,四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组海相页岩的沉积相编图仍处于定性阶段,定量古地理图编制尚未开展。而且,沉积相研究仍局限于沉积相和亚相划分,沉积微相研究尚未开展。
沉积微相类型及其分布是确定页岩气“甜点”段的关键。近期勘探开发实践证实,页岩储层品质不仅受沉积相和亚相控制,更受沉积微相控制。深水陆棚沉积中不同沉积微相页岩的TOC含量、孔隙度和渗透率、矿物组份、含气性等具有重大差异。然而,海相页岩由于粒度细（粒度小于62.5 μm）,单因素选取难度大,前人对页岩定量沉积微相编图尚未进行尝试。另外,由于学术界对深水陆棚亚相的微相类型及特征认识较少[18],严重限制了四川盆地及周缘海相页岩沉积微相的细分[19⁃21]。针对以上问题,本文以川南泸州地区五峰组—
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泸州地区位于四川盆地南部,其北部为威远页岩气田,南部为长宁页岩气田,分布面积约1 500 km2（图1）[21]。四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组形成于华夏地块与扬子地块相互碰撞形成阶段[22]。中奥陶世之后,扬子板块进入前陆盆地构造演化阶段,四川盆地及周缘为前陆盆地的一部分[23]。志留纪早期,由南东向西北方向挤压作用增强,四川盆地及周缘不断抬升,川中古隆升逐渐扩大,海域缩小海水变浅,沉积分异作用加剧[24]。该时期上扬子地区夹持在川中古隆起和黔中—雪峰古隆起之间,形成半闭塞滞流海盆。
Figure 1. Study area and stratigraphical features of the Wufeng Formation⁃Longmaxi Formation in the Luzhou area, southern Sichuan Basin, China[21]
泸州地区五峰组—龙马溪组页岩分布广泛,时代归属为晚奥陶世—早志留世。五峰组主要为大套黑色页岩,富含笔石化石,夹多层薄层火山灰[25]。五峰组顶部为观音桥层灰岩或泥灰岩,赫南特贝动物群化石丰富[26⁃27]。龙马溪组下部为黑色、灰黑色薄层状页岩或块状页岩,纹层和裂缝发育[28⁃29]；上部为灰绿色、黄绿色页岩及砂质页岩,有时夹粉砂岩或泥质灰岩。龙马溪组由下至上砂质含量增高,构成向上变粗的沉积序列。
根据岩性和电性特征,泸州地区五峰组可划分为下部的笔石页岩段和顶部高灰质含量的观音桥层,龙马溪组划分为龙一段和龙二段[30]。龙一段可划分为龙一1亚段和龙一2亚段,龙一1亚段进一步细分为
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海相页岩定量古地理编图分7个步骤：编图单元的确定、典型钻井和露头剖面的确定、关键单因素的选取、资料数据的统计分析、关键单因素图件编制、沉积微相标准界定和沉积微相编图。其中,关键单因素选取和沉积微相标准界定是关键。1）编图单元的确定：本次编图单元是五峰组—
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关键单因素的选取是海相页岩定量古地理编图的关键。关键单因素选取应依据以下原则：1）能够独立地、定量地反映该地区、该层段的沉积环境某些特征；2）资料具有普遍性和代表性；3）不同资料点之间存在差异性和区分度。本次研究确定地层厚度（m）、碳酸盐矿物含量（%）、石英含量（%）和黏土矿物含量（%）为海相页岩定量古地理编图的关键单因素。
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地层厚度（m）是指某一资料点某一层段的累计厚度,地层厚度大小与该地区沉积可容空间大小、沉积速率、古环境等有关。地层等厚图是区域沉积环境分析及岩相古地理研究与编图的重要基础图件。它主要表明该地层在区域上的分布范围及厚度变化,反映该地层沉积时的大地构造背景。它并不反映该地层沉积时的水体深浅。一般来说,地层厚度大的地区,反映该地区该地层沉积时期相对凹陷幅度较大；地层厚度小的地区,反映该地区该地层沉积时期相对凹陷幅度较小；厚度为零的地区,反映该地区该层段没有发生沉积,即相对的隆起区。当然,地层厚度与该地区该地层沉积时期的水体深度没有必然的联系。厚度大的地方,水体不一定深；厚度小的地方,水体也不一定浅；厚度为零的地方,也不一定是陆地[6]。要确定该层段沉积时的古地理特征,如水体的深浅,水底地形的高低以及水域的次一级古地理单元等,必须有充分确切的岩石学及岩相学资料。
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四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组海相页岩矿物成分有石英（平均37.7%）、黏土矿物（平均34.8%）和碳酸盐矿物（平均13.6%）,次要矿物成分为长石（平均8.8%）和黄铁矿（平均5.1%）[33]。碳酸盐矿物主要为方解石（平均9.5%）和白云石（平均4.1%）,长石主要为斜长石（平均7.5%）和钾长石（平均1.3%）。黏土矿物主要由伊利石（平均77.3%）、伊/蒙混层（平均14.3%）和绿泥石（平均7.3%）组成,偶夹少量高岭石（平均1%）,伊/蒙间层比为10%。黄铁矿光学显微下多呈纹层状、斑点状,扫描电镜下多为草莓状集合体。海相页岩中常发育大量放射虫和硅质海绵骨针,有时放射虫碎屑堆积呈层状。
四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组海相页岩中,石英、黏土矿物和碳酸盐矿物由于含量高,不同地区含量明显差异,且这些矿物组分能够反映沉积环境的某一特征,因此选定为沉积微相编图的关键单因素。长石和黄铁矿由于含量低,不同地区含量差异不大,因此没有选定为沉积微相编图的关键单因素。
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黑色页岩中,碳酸盐矿物按其来源可分为陆源成因、生物成因、原生化学沉淀和成岩转化成因。陆源碳酸盐矿物含量及分布主要受物源影响,越靠近物源区,表层沉积物中碳酸盐含量越高[34]。生物成因碳酸盐矿物含量及分布主要受表层水体中钙质生物生产、陆源碎屑稀释作用和水体溶解作用共同控制。表层水体钙质生物生产力主要受海平面和季风变化所致的营养物质供应多少控制。中国近海细粒沉积物中的方解石主要受浮游生物影响,呈现沿岸低、向外海方向增高的趋势。陆源碎屑稀释作用与距离物源远近密切相关,距离物源越近,方解石含量越低,距离物源越远,方解石含量越高[34]。原生化学沉淀碳酸盐含量及分布与水体溶解作用有关,而水体溶解作用与水体温度、pH值及压力有关。在表层生产力和陆源碎屑供给一定的情况下,随着水温降低、水体压力增大,方解石溶解度增大,表层沉积物中碳酸盐含量降低。另外,随着水体pH值减小,方解石溶解度增大,表层沉积物中碳酸盐含量降低。总体说来,水体深度是控制方解石含量最重要因素,在远离陆源碎屑供给的深水陆棚区,水体越深,水体温度越低、水压越大、pH值越低,碳酸盐溶解度越大,故沉积物中碳酸盐含量越低；相反,水体越浅,水体温度越高、水压越小、pH值越大,碳酸盐溶解度越小,故沉积物中碳酸盐含量越高。南海西部表层沉积物中碳酸盐分布与水深密切相关,在水深400 m以内,由于陆源碎屑供给影响大,随着水深增大,沉积物中碳酸盐含量增加,水深400~600 m,碳酸盐平均含量最高（含量超过40%）；当水深大于1 300 m,由于陆源碎屑供给影响减小,溶解作用影响增大,随着水深增大,碳酸盐含量降低,在水深4 000~4 300 m时碳酸盐含量仅为3.73%~5.89%[35⁃36]。成岩转化方解石的形成与裂缝发育及地下水活动有关,在裂缝相对发育区,地下水的长期作用可沉淀大量方解石。
川南泸州地区五峰组—
Figure 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
川南泸州地区五峰组—
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黑色页岩中,石英按其成因可分为陆源碎屑石英、海底火山及热液成因石英、生物成因石英、黏土矿物转化石英和石英次生加大边。现代海洋表层沉积物中,石英主要来源于生物成因。现代海洋生物每年（如硅藻、放射虫、硅鞭毛虫或硅质海绵）产生的氧化硅总量约为2.5×1016 g,其中河流提供了4.3×1014 g,孔隙回流提供了5.7×1014 g,海解作用提供了0.8×1014 g,海底火山活动提供了0.05×1014 g,还有1.9×1014 g的氧化硅是热液注入海水中造成的,海洋生物生产提供了绝大部分氧化硅总量[4]。
不同成因石英的分布特征及主控因素存在差异。陆源碎屑石英含量及分布主要受物源影响,越靠近源区,石英含量越高。海底火山及热液成因石英含量及分布主要受热源控制,越靠近热源,石英含量越高。生物成因石英含量及分布主要受表层水体生产力、陆源碎屑稀释作用和水体溶解作用共同控制。在表层水体生产力一定的情况下,距离物源越远,石英含量越高。同样,在表层水体生产力一定的情况下,水体溶解作用与水体温度、水体pH值及水体压力有关[37]。随着水温降低、水体压力增大,石英溶解度减小,石英含量增高。同时,随着水体pH值减小,石英溶解度也减小,石英含量增高。总之,生物成因石英含量与分布主要受水体深度控制,在远离陆源碎屑供给的深水陆棚区,随着水深增大,生物成因石英含量增大。
川南泸州地区五峰组—
Figure 3. SEM and cathodic luminescence (CL) images of silica types in Wufeng⁃
川南泸州地区五峰组—
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黏土矿物大多数来源于母岩风化产物,并以悬浮方式搬运至汇水盆地,以机械方式沉积而成。由汇水盆地中的SiO2和Al2O3胶体的凝聚作用形成的自生黏土矿物,以及由火山碎屑物质蚀变形成的黏土矿物,在黏土矿物总含量中占比较少。因此,就形成机理而言,黏土矿物应归属陆源碎屑成因。对于非事件沉积而言,陆源碎屑成因黏土矿物含量（%）含量受物源的控制,越靠近物源区,黏土矿物含量（%）越高。
川南泸州地区五峰组—
Figure 4. SEM images of clay minerals in Wufeng⁃
川南泸州地区五峰组—
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根据58口井的钻井数据,勾绘出川南泸州地区五峰组—
Figure 5. Strata thickness isolines (m) of Wufeng⁃
地层厚度图表明,川南泸州地区五峰组—
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研究区碳酸盐矿物主要为原生成因,其含量能够反映沉积时期的古水深。根据58口井钻井测井解释的碳酸盐含量（%）数据,勾绘出川南泸州地区五峰组—
Figure 6. Carbonate content isolines (%) of Wufeng⁃
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研究区石英主要为生物成因,其含量（%）可以反映沉积时期的古水深。根据58口钻井测井解释的石英含量（%）数据,勾绘出川南泸州地区五峰组—
Figure 7. Silica content isolines (%) of Wufeng⁃
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研究区黏土矿物主要为陆源黏土矿物,其含量（%）可以反映沉积时期的古物源搬运路径。根据58口钻井测井解释的黏土矿物含量,勾绘出川南泸州地区五峰组—
Figure 8. Clay mineral content isolines (%) of Wufeng⁃
以黏土矿物含量大于40%的区域为中心,绘出了2个黏土矿物含量高值区,这是确定五峰组—
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前人研究表明,研究区整体位于深水陆棚沉积亚相发育区[43]。页岩中整体硅质含量大于40%,碳酸盐含量小于20%。在此基础上,综合考虑碳酸盐含量（%）、硅质含量（%）和黏土矿物含量（%）及四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组沉积背景,在研究区五峰组—
沉积微相名称 碳酸盐含量/% 硅质含量/% 黏土矿物含量/% 深水斜坡 15~20 40~55 <30 深水洼地 <10 >55 <30 重力流沉积 10~15 40~55 >40 深水平原 10~15 40~55 30~40 深水斜坡：该沉积微相是指深水陆棚亚相中沉积地势相对较高、水体相对较浅的区域。该区域由于地势较高、水体较浅,故碳酸盐含量较高（15%~20%）,硅质含量（40%~55%）相对较低。同时,该区域由于远离陆源碎屑供给区,故黏土矿物含量（<30%）相对较低。
深水洼地：该沉积微相是指深水陆棚亚相沉积地势最低、水体最深的区域。该区域由于地势低、水体深,故硅质含量（>55%）较高,碳酸盐含量（<8%）相对较低。同时,该区域由于远离陆源碎屑供给区,故黏土矿物含量（<30%）相对较低。
重力流沉积：术语“块体搬运沉积”通常是相对陆上的“滑坡”而言的,在国外文献中与“深水滑坡”（Submarine Landslides）、“斜坡失稳”（Slope Failure）等概念相近,普遍用于综合性地描述深水与块体流相关的重力流沉积搬运过程[44]。重力流沉积发育地区,由于沉积物主要来源于陆源碎屑供给区,故页岩中黏土矿物含量相对较高（>40%）,硅质含量（40%~55%）和碳酸盐含量（8%~16%）相对较低。同时,该沉积物普遍发育大量滑动变形构造和滑塌变形构造（图9）。
Figure 9. Typical sliding deformation structures in Wufeng⁃
深水平原：该沉积微相是指深水陆棚亚相中位于深水斜坡和深水洼地之间的沉积区域,该区域沉积底型相对平缓,水深在深水斜坡和深水洼地之间。该区域由于水深在深水斜坡和深水洼地之间,故碳酸盐含量（8%~16%）和硅质含量（55%~60%）均介于二者之间且相对较低。同时,该区域由于远离陆源碎屑供给区,故黏土矿物含量（<30%）相对较低。
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川南泸州地区深水陆棚亚相发育深水斜坡、深水洼地、深水平原和重力流沉积4种沉积微相（图10）。其中,深水斜坡沉积微相主要发育于研究区西北部和东北部,研究区中部阳101H4-4井区、泸203H53-8井区和阳101H65-5井区也有少量分布。重力流沉积沉积微相呈指状分布于研究区泸210井区,由东南向西北进入研究区,在较大型重力流沉积前缘的古205-H1井区还发育有小型条带状重力流沉积。深水洼地沉积微相分布于泸208井区—古202-H1井区,整体呈纺缍状,沿北偏东方向展布。深水斜坡、深水洼地和重力流沉积沉积微相之间分布大片的深水平原沉积。
Figure 10. Sedimentary microfacies distribution map of Wufeng⁃
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基于沉积微相分布特征,建立了泸州地区五峰组—
Figure 11. Sedimentary microfacies model of Wufeng⁃
沉积微相分布格局与该时期古构造运动及地形密切相关。五峰组沉积早期,华夏古陆向北推移聚敛导致盆内构造活动加剧,泸州区块深水平原局部发生隆升,形成一系列深水斜坡[45]。此时为滞留—半局限的深海陆棚厌氧环境,水体由北向南逐渐变深,沉积中心位于区块南部[46]。同时,火山活动产生的火山灰等营养物质促进藻类以及直管笔石爆炸性生长[47],大量生物碎屑沉积于缺氧程度较高的深水洼地,造成生物成因石英含量高。泸州地区东侧丁山—重庆深水低隆向西延伸形成深水斜坡[44,48],高流态—密度小的泥质以及黏土以碎屑流的形式沿着缓坡上的沟道进行搬运,在斜坡底部快速堆积,形成大规模重力流沉积[49]。五峰组沉积末期,冰期出现导致海平面迅速下降[50],重新形成海水循环通畅的贫氧—富氧化环境。沉积环境由深水陆棚转化为浅水陆棚,陆源碎屑供给量以及沉积速率显著增加[50]。此时深水斜坡广泛发育介壳灰岩以及灰质页岩[51],发生小幅度隆升后继续为深水洼地及深水平原供给碎屑物质,造成发育于深水洼地页岩中碎屑石英以及方解石含量增加。龙马溪组沉积早期,全球古气候变暖导致海平面再次大幅度上升,此时华夏古陆向北推移造成川南进一步发生坳陷,泸州区块周缘古隆起以及区内深水斜坡隆升速度超过海平面上升速度,部分古隆起以及深水斜坡浮出海面,剥蚀后继续为深水洼地提供碎屑物质[48]。在厌氧—贫氧的水体条件下,放射虫、海绵骨针、尖笔石以及栅笔石发育[47,51],大套富有机质的硅质页岩沉积于深水洼地。随后,深水斜坡再次被海水淹没,泸州区块进入稳定沉积发育阶段。
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（1） 海相页岩定量古地理编图的关键单因素是地层厚度（m）、碳酸盐矿物含量（%）、石英含量（%）和黏土矿物含量（%）。其中,地层厚度（m）反映了该地层单元在区域上的分布范围、厚度变化及沉积时期的古大地构造背景；碳酸盐矿物含量（%）及分布能够反映古地形变化,地势越高,碳酸盐矿物含量（%）越高；石英含量（%）及分布主要受古地形控制,地势越低,石英含量越高；黏土矿物含量（%）和分布可以反映古物源方向,黏土存放的含量越高,受陆源碎屑影响越大。
（2） 依据海相页岩的碳酸盐矿物含量（%）、石英含量（%）和黏土矿物含量（%）,深水陆棚亚相可划分出深水斜坡、深水洼地、重力流沉积和深水平原4种沉积微相。其中,深水斜坡微相碳酸盐含量最高（15%~20%）,深水洼地微相石英含量最高（>55%）,重力流沉积微相黏土矿物含量最高（>40%）,深水平原微相各矿物含量介于其他微相之间。
（3） 五峰组—
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