管全中，董大忠，孫莎莎，張素榮，呂浩

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，四川 成都，610059；2.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，四川 成都，610059；3.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京，100083；4.中國(guó)石油天然氣股份有限公司 青海油田分公司采油三廠，青海 茫崖，816400)

近年來(lái)，四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組海相頁(yè)巖氣取得重大突破，已建成涪陵、長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)和昭通等大型頁(yè)巖氣田，并在3 500 m以深發(fā)現(xiàn)威榮、瀘州和大足等深層頁(yè)巖氣田[1-2]。截止2021年底，已探明頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量為2.7×1012m3，頁(yè)巖氣已成為我國(guó)天然氣資源量的重要組成部分。隨著海相頁(yè)巖氣勘探與開發(fā)的不斷深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層具有強(qiáng)非均質(zhì)性[3-4]，主要是由古沉積環(huán)境等變化而形成的紋層疊置所致[5-6]。紋層廣泛發(fā)育在富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系中，對(duì)自生自儲(chǔ)的頁(yè)巖油氣儲(chǔ)集層的品質(zhì)影響甚重，使得頁(yè)巖紋層研究成為頁(yè)巖油氣勘探與開發(fā)基礎(chǔ)研究中的焦點(diǎn)[7-9]。

紋層又稱細(xì)層，是指沉積層序中肉眼可分辨的最小或最薄的沉積單元，通常厚度幾分之一毫米至幾毫米，而頁(yè)巖紋層厚度普遍為0.02～1.00 mm[10-11]。頁(yè)巖紋層不僅能夠反映頁(yè)巖儲(chǔ)集層的微觀結(jié)構(gòu)特征和儲(chǔ)集性能，更能揭示頁(yè)巖儲(chǔ)集層改造過(guò)程中壓裂縫網(wǎng)的擴(kuò)展規(guī)律及壓裂效果[12-13]。目前關(guān)于頁(yè)巖紋層的研究，國(guó)外注重于從基礎(chǔ)屬性分析紋層的形態(tài)、連續(xù)性和幾何形態(tài)等，結(jié)合水槽模擬試驗(yàn)進(jìn)一步探究紋層的形成機(jī)理[14-15]；而國(guó)內(nèi)主要聚焦于紋層內(nèi)部礦物組成、界面形態(tài)及紋層耦合關(guān)系屬性，追溯優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)集層紋層組成及其沉積環(huán)境特征[9,16-17]。層理的形成與物源性質(zhì)、搬運(yùn)營(yíng)力[18-19]、水體性質(zhì)及古生物活動(dòng)[20]等因素有關(guān)，任何一個(gè)因素變化均可留下相應(yīng)記錄[21-22]，但國(guó)內(nèi)關(guān)于頁(yè)巖紋層的研究多集中于對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)集層品質(zhì)的影響等方面，未能有效地在微觀尺度下揭示頁(yè)巖紋層的成因機(jī)理。

為此，通過(guò)四川盆地川南地區(qū)威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田五峰組—龍馬溪組一段(以下簡(jiǎn)稱龍一段)為主要研究對(duì)象，利用X衍射(XRD)、巖石大薄片、高分辨率二維X 射線熒光光譜(2D-XRF)和掃描電鏡等實(shí)驗(yàn)綜合分析，確定龍一段頁(yè)巖紋層組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等屬性，探究紋層組的特征和形成機(jī)理，并通過(guò)原位和局域地球化學(xué)元素等數(shù)據(jù)精細(xì)刻畫紋層尺度上頁(yè)巖的古環(huán)境演化，為頁(yè)巖油氣的勘探與開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

四川盆地是發(fā)育在克拉通基礎(chǔ)上的疊合盆地，更是富含油氣的超級(jí)盆地[23]，面積約18×104km2。威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田位于四川盆地的川南低陡褶皺帶(圖1)。在晚奧陶世至早志留世，受到東南部華夏板塊擠壓匯聚，揚(yáng)子地臺(tái)南緣開始抬升，而北部則向華北板塊俯沖，形成了開口向北的“三隆夾一坳”的局限沉積環(huán)境，在低能、缺氧甚至硫化的半深水—深水陸棚沉積環(huán)境中，發(fā)育了一套分布面積廣、連續(xù)性好的五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖[24]。

威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積厚度大、連續(xù)性好，與下伏奧陶系寶塔組或臨湘組呈不整合接觸(圖1)。依據(jù)沉積特征、巖性特征和筆石古生物特征等將龍一段劃分為4個(gè)小層[25]。威遠(yuǎn)頁(yè)巖龍一段底部整體為薄片狀黑色或灰黑色頁(yè)巖，向上逐漸過(guò)渡為塊狀灰黑色頁(yè)巖夾薄層粉砂巖。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置和五峰組-龍馬溪組綜合柱狀圖Fig.1 Regional geological background and comprehensive columnar section

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

研究樣品來(lái)自威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田典型井的龍一段巖心，取樣井深為2 997.3～3 498.5 m，分析樣品342塊。紋層和紋層組的研究主要通過(guò)巖心、巖石大薄片和2D-XRF等觀察分析，確定其結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征，提取關(guān)鍵屬性信息，系統(tǒng)展開研究，再結(jié)合相關(guān)地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析紋層地質(zhì)意義。通過(guò)光片分析確定頁(yè)巖富含有機(jī)質(zhì)的組成，而有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(TOC)可運(yùn)用碳硫分析儀熱解獲得，但分析之前對(duì)頁(yè)巖粉末進(jìn)行處理，除去不相關(guān)的無(wú)機(jī)物。頁(yè)巖的礦物組成可由XRD 全巖定量表征，運(yùn)用2D-XRF獲取頁(yè)巖表面高分辨率平面元素展布及原位地球化學(xué)信息。

不同的分析測(cè)試方法對(duì)樣品的要求和前處理存在差異。開展XRD和總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)試時(shí)，需要將樣品粉碎至粒徑低于0.075 0 mm。場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡分析時(shí)，需要對(duì)樣品先進(jìn)行物理拋光，后運(yùn)用氬離子拋光儀進(jìn)一步處理。對(duì)紋層進(jìn)行研究時(shí)，一般沿垂直層理面切割。巖心大薄片分析時(shí)，需要切割成直徑為8 cm 以上的巖心樣品，在蔡司全自動(dòng)數(shù)字玻片掃描系統(tǒng) Axiscan 7 Geo和2D-XRF下進(jìn)行分析。

1.3 紋層研究方法

隨著細(xì)粒沉積學(xué)的快速發(fā)展，對(duì)頁(yè)巖紋層的研究手段主要是微觀識(shí)別與定量化表征[14,26]。對(duì)頁(yè)巖紋層的研究首先要在巖心和大薄片中識(shí)別出紋層和紋層組，運(yùn)用多種實(shí)驗(yàn)方法提取紋層組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及相互耦合關(guān)系等關(guān)鍵屬性，如表1所示。

表1 頁(yè)巖紋層尺度關(guān)鍵屬性研究Table 1 Research on key factors of shale at laminae scale

1) 對(duì)于紋層組成屬性研究，主要分析內(nèi)部有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)礦物成分、含量和有機(jī)—無(wú)機(jī)賦存方式。

2) 對(duì)于紋層結(jié)構(gòu)屬性研究，關(guān)注顆粒粒徑的變化[14]。

3) 對(duì)于紋層的構(gòu)造屬性研究包括紋層的連續(xù)性、形態(tài)和幾何特征。紋層連續(xù)性包括連續(xù)型和斷續(xù)型，其形成機(jī)理可能與紋層的沉積穩(wěn)定性相關(guān)。紋層形態(tài)有板狀、波狀和曲線狀，不同紋層形態(tài)反映古水動(dòng)力條件、顆粒性質(zhì)和古沉降環(huán)境等特征。紋層幾何特征主要反映多個(gè)紋層之間的疊置關(guān)系，存在平行和不平行2種方式，能夠反映古沉積水體水流方向和能量以及顆粒性質(zhì)在時(shí)間和空間上的改變。

紋層組的研究關(guān)注紋層的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造以及紋層間耦合關(guān)系。紋層組與紋層的組成均由無(wú)機(jī)礦物和有機(jī)成分及其賦存方式屬性確定。紋層組的結(jié)構(gòu)需考慮不同紋層的顆粒粒徑，與古沉積環(huán)境周期性變化關(guān)系密切。對(duì)于紋層組構(gòu)造，除了分析紋層構(gòu)造屬性外，還需解剖紋層間的幾何形態(tài)和粒序等特征。對(duì)于紋層組內(nèi)的耦合關(guān)系的研究，需分析不同紋層之間的孔隙結(jié)構(gòu)組成、流體交換和元素重新分布等特征，這已成為細(xì)粒沉積學(xué)微觀領(lǐng)域研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

2 頁(yè)巖紋層發(fā)育特征

2.1 頁(yè)巖紋層類型

對(duì)威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田龍一段巖心和大薄片進(jìn)行綜合分析，基于礦物組分特征，發(fā)現(xiàn)威遠(yuǎn)地區(qū)龍一段頁(yè)巖發(fā)育硅質(zhì)紋層、鈣質(zhì)紋層、黏土質(zhì)紋層和有機(jī)質(zhì)紋層4類。

2.1.1 硅質(zhì)紋層

鏡下大薄片觀察硅質(zhì)紋層顏色為白色、灰白色，礦物組成以石英為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍超過(guò)60%，主體呈次棱角狀—次圓狀，分選中等至較好，也含少量長(zhǎng)石、方解石和云母等顆粒。紋層邊緣呈水平不連續(xù)狀，少量連續(xù)平行狀，常被黏土礦物或有機(jī)質(zhì)浸染，界限不明顯，局部紋層界面和紋層內(nèi)部發(fā)育微裂縫。威遠(yuǎn)龍一段硅質(zhì)紋層按成因或粒徑可劃分為2類：中—細(xì)泥石英顆粒硅質(zhì)紋層I和粗泥石英顆粒硅質(zhì)紋層Ⅱ。

1) 中—細(xì)泥石英顆粒硅質(zhì)紋層I一般位于龍一段底部富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層段，石英主體為生物成因，粒徑小，圓度為次圓狀-圓狀，散落于富有機(jī)質(zhì)的基質(zhì)中，鏡下顆粒感不明顯，紋層厚度小，常介于0.05～1.20 mm，如圖2(a)和2(d)所示。

2) 粗泥石英顆粒硅質(zhì)紋層Ⅱ主要位于龍一段頂部含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層段，石英主體為碎屑成因，粒徑大，呈次棱角狀，石英顆粒定向排列形成紋層界限明顯的粉砂質(zhì)紋層，紋層厚度大，分布在1.00～2.50 mm，如圖2(c)所示。

圖2 威遠(yuǎn)地區(qū)顯微鏡下龍馬溪組頁(yè)巖紋層特征Fig.2 Characteristics of Longmaxi shale laminae under microscope in Weiyuan area

2.1.2 鈣質(zhì)紋層

在薄片鏡下觀察鈣質(zhì)紋紋層呈明顯的淺色，與周圍暗色條紋對(duì)比鮮明，巖樣XRD 測(cè)試碳酸鹽礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均達(dá)76%，鏡下主體呈次棱角狀—棱角狀，含少量的石英和黏土礦物，見圖2(b)。鈣質(zhì)紋層橫向連續(xù)性好，主體呈連續(xù)平行板狀，少量呈斷續(xù)板狀，紋層邊界局部可見充填的微裂縫。紋層厚度為0.10～0.30 mm，主要分布五峰組和龍一1亞段中下部頁(yè)巖。

2.1.3 黏土質(zhì)紋層

薄片鏡下可見黏土質(zhì)紋層由黏土礦物和少量中泥顆粒內(nèi)碎屑組成，黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為80%，主要成分為伊利石和綠泥石，以細(xì)泥顆粒為主，如圖2(c)所示。紋層呈褐色、灰色和灰黑色，顏色較深。黏土質(zhì)紋層構(gòu)造為連續(xù)板狀，少量以斷續(xù)波狀或透鏡體形式存在。紋層界限不清晰，逐漸過(guò)渡，界面?；祀s中—粗泥顆粒碎屑，伴隨微裂縫發(fā)育。黏土質(zhì)紋層厚度為0.02～0.50 mm，在整個(gè)威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖龍一段均有分布。

2.1.4 有機(jī)質(zhì)紋層

有機(jī)質(zhì)紋層鏡下呈現(xiàn)灰黑色、黑色，與黏土質(zhì)紋層呈漸變接觸，顏色相近，紋層界限不明顯(圖2(d))，部分有機(jī)質(zhì)紋層內(nèi)部?？梢姴煌N類的生物碎屑。而有機(jī)質(zhì)紋層與硅質(zhì)紋層突變接觸，紋層界限較清晰，主體為連續(xù)板狀。威遠(yuǎn)地區(qū)龍一段有機(jī)質(zhì)紋層內(nèi)部存在筆石、海綿骨針和介殼等生物屑顆粒，筆石體長(zhǎng)度為0.2～3.0 mm，部分鈣化，海綿骨針直徑為20～30 μm，并發(fā)生硅化。絕大多數(shù)有機(jī)質(zhì)紋層主體為無(wú)定形有機(jī)質(zhì)與黏土礦物的絡(luò)合物，即“海洋雪”復(fù)合顆粒[27]。有機(jī)質(zhì)紋層厚度為0.1～4.0 mm，整個(gè)龍一段都可見，底部更發(fā)育。部分頁(yè)巖層段由于生物擾動(dòng)的作用，有機(jī)質(zhì)紋層界限模糊且存在鈣質(zhì)充填的生物鉆孔。

2.2 頁(yè)巖紋層組類型

通過(guò)對(duì)巖心樣品和大薄片的連續(xù)觀測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)紋層組主要發(fā)育3種紋層類型組合。威遠(yuǎn)地區(qū)龍一段紋層組自底部至頂部主要發(fā)育硅質(zhì)Ⅰ+有機(jī)質(zhì)紋層組、鈣質(zhì)+黏土質(zhì)紋層組、硅質(zhì)Ⅱ+黏土質(zhì)組合3類組合，如圖3所示。

圖3 威遠(yuǎn)地區(qū)顯微鏡下龍馬溪組頁(yè)巖紋層組特征Fig.3 Characteristics of Longmaxi shale laminasets under microscope in Weiyuan area

2.2.1 硅質(zhì)Ⅰ+有機(jī)質(zhì)紋層組

鏡下觀察硅質(zhì)Ⅰ+有機(jī)質(zhì)紋層組明暗相間，為硅質(zhì)紋層Ⅰ與有機(jī)質(zhì)紋層互層，紋層之間界限連續(xù)清晰，主體呈板狀，見圖3(a)。硅質(zhì)紋層Ⅰ厚度相對(duì)較薄，為有機(jī)質(zhì)紋層厚度的1/4～2/3，硅質(zhì)紋層Ⅰ內(nèi)部石英顆粒主體為次圓狀、中—細(xì)泥級(jí)別，主要為放射蟲、海綿骨針等生物硅質(zhì)來(lái)源。有機(jī)質(zhì)紋層主要由有機(jī)質(zhì)復(fù)合顆粒組成，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，w(TOC)均值為6.06%。2類紋層呈現(xiàn)有機(jī)質(zhì)紋層在上、硅質(zhì)紋層Ⅰ在下的幾何關(guān)系，紋層組厚度為0.2～4.0 mm，有機(jī)質(zhì)紋層占據(jù)主導(dǎo)地位，但由上而下有機(jī)質(zhì)紋層厚度減小，硅質(zhì)紋層Ⅰ與有機(jī)質(zhì)紋層厚度比減小。

2.2.2 鈣質(zhì)+黏土質(zhì)紋層組

鈣質(zhì)+黏土質(zhì)紋層組鏡下呈現(xiàn)淺色紋層與暗色紋層交替出現(xiàn)，與硅質(zhì)Ⅰ—有機(jī)質(zhì)紋層組相比，整體色調(diào)偏暗。紋層組合界面不清晰，部分呈斷續(xù)板狀甚至楔狀，見圖3(b)。鈣質(zhì)紋層厚度與黏土質(zhì)紋層厚度大體相當(dāng)，內(nèi)部碳酸鹽礦物主體為自身礦物，來(lái)源于有孔蟲、筆石等生物骨骼鈣化。黏土質(zhì)紋層與有機(jī)質(zhì)紋層相比，顏色偏淺，為暗褐色。鈣質(zhì)+黏土質(zhì)紋層組自上而下呈現(xiàn)正粒序，向上鈣質(zhì)紋層厚度較小，整個(gè)紋層組w(TOC)為1.02%～3.20%，紋層組厚度為0.4～2.4 mm。

2.2.3 硅質(zhì)Ⅱ+黏土質(zhì)紋層組

硅質(zhì)Ⅱ+黏土質(zhì)紋層組由薄層黏土質(zhì)紋層和中厚層硅質(zhì)紋層Ⅱ組成，兩者明暗相間，但硅質(zhì)紋層Ⅱ厚度為黏土質(zhì)紋層厚度的3～8倍，如圖3(c)所示。硅質(zhì)紋層Ⅱ主要由次棱角狀—次圓狀、粗泥石英顆粒組成，為陸源輸入，含少量生物成因，石英顆粒之間為點(diǎn)或線接觸，與硅質(zhì)Ⅰ+有機(jī)質(zhì)紋層組存在較大區(qū)別。硅質(zhì)Ⅱ+黏土質(zhì)紋層組自上而下呈現(xiàn)反粒序，向上硅質(zhì)紋層Ⅱ厚度和出現(xiàn)頻次逐漸加大，紋層組整體厚度為0.8～4.0 mm，w(TOC)介于0.8%～2.2%，相對(duì)較低。

3 地質(zhì)意義

頁(yè)巖在沉積過(guò)程中受物源供給、水動(dòng)力條件、火山活動(dòng)、海平面升降、海底或湖底熱液噴發(fā)、盆地規(guī)模及周緣古構(gòu)造等因素綜合控制[24,26]，不同的紋層和紋層組特征反映了不同的沉積環(huán)境。依據(jù)前面闡述的紋層和紋層組的分類及屬性研究方法，通過(guò)巖心和大薄片連續(xù)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田龍一段自下而上整體上由均質(zhì)的硅質(zhì)Ⅰ+有機(jī)質(zhì)紋層組過(guò)渡到等厚的鈣質(zhì)+黏土質(zhì)紋層組，再逐漸變化為硅質(zhì)Ⅱ+黏土質(zhì)紋層組，這反映了晚奧陶世—早志留世黑色頁(yè)巖形成時(shí)碎屑輸入、沉積速率和水動(dòng)力等條件發(fā)生了變化。

3.1 紋層沉積構(gòu)造特征精準(zhǔn)識(shí)別及意義

運(yùn)用2D-XRF技術(shù)，可以進(jìn)一步精準(zhǔn)識(shí)別紋層沉積構(gòu)造特征，揭示古環(huán)境演化。圖4所示為威遠(yuǎn)地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖薄片光學(xué)照片和元素分布。從圖4(a)可見：巖石顏色相對(duì)均勻，不易識(shí)別紋層沉積、構(gòu)造特征，但在圖4(b)和4(c)可觀察到高Ca元素的楔狀交錯(cuò)紋層，而大薄片整體以水平紋層為主，楔狀交錯(cuò)紋層反映了當(dāng)時(shí)的水動(dòng)力條件發(fā)生了改變。通過(guò)對(duì)Fe 和S 元素的綜合分析也可以進(jìn)行佐證，五峰組—龍馬溪組黑色頁(yè)巖中“草莓狀”黃鐵礦(FeS2)是這2 種元素的主要載體，“草莓狀”黃鐵礦的粒徑可以指示當(dāng)時(shí)水體的沉積環(huán)境[28]。大薄片的“草莓狀”黃鐵礦呈條帶狀分布，底部黃鐵礦紋層發(fā)育呈斷續(xù)、斑塊狀，平均粒徑為2.97 μm，逐漸過(guò)渡到中部的連續(xù)板狀，平均粒徑為6.32 μm，表明“草莓狀”黃鐵礦粒徑增大、數(shù)量增加，這反映當(dāng)時(shí)的水體含氧量增加，水動(dòng)力條件變強(qiáng)，如圖4(d)～(e)和圖5所示。

圖4 威遠(yuǎn)地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖薄片光學(xué)照片和元素分布Fig.4 Optical photographs and elemental maps of Longmaxi shale thin section in Weiyuan area

圖5 威遠(yuǎn)地區(qū)龍馬溪組W2-1井頁(yè)巖樣品“草莓狀”黃鐵礦照片和粒徑分布Fig.5 SEM photographs and elemental maps of Longmaxi shale thin section in Weiyuan area

3.2 古物源精細(xì)研究

盆地中沉積物的來(lái)源可分為陸源輸入和自生沉淀，其元素的來(lái)源和成因具有明顯的差異性。大量的地球化學(xué)元素特征已揭示五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中硅元素主要包括陸源碎屑輸入硅和自生硅(生物硅、黏土礦物轉(zhuǎn)化等)[24]。威遠(yuǎn)地區(qū)龍一段黑色頁(yè)巖硅質(zhì)紋層分為2類：

1) 中—細(xì)泥石英顆粒硅質(zhì)紋層界限不明顯，顆粒粒徑小且圓度為次圓狀，普遍與有機(jī)質(zhì)紋層形成紋層組；

2) 粗泥石英顆粒硅質(zhì)紋層界面連續(xù)板狀，顆粒粒徑大，磨圓度為次棱角狀，常與黏土質(zhì)紋層構(gòu)成紋層組。

在細(xì)粒沉積巖中，陸源碎屑輸入的硅鋁比(質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比，下同)相對(duì)穩(wěn)定，自生硅通常具有高硅鋁比，如圖6(a)所示，但在元素圖譜上不易對(duì)比。而Ti元素一般來(lái)自陸源碎屑輸入，比較穩(wěn)定，不易被轉(zhuǎn)化流失，是反映陸源碎屑輸入量的重要指標(biāo)[29]，見圖6(b)。運(yùn)用2D-XRF 可得出樣品大薄片的表面高分辨率的元素強(qiáng)度分布圖(圖7)。從藏青色到紅色表示強(qiáng)度逐漸升高，雖然強(qiáng)度不是元素的具體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但強(qiáng)度越高也反映質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高。根據(jù)指向性元素的強(qiáng)度分布圖可以精細(xì)分析古物源的縱切面分布特征。樣品大薄片Si 元素分布相對(duì)均勻，但Ti 元素在底部的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯低于頂部的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，既表明該大薄片頂部陸源成因硅輸入多，又揭示底部層段自生硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大，與上述水動(dòng)力的條件相吻合。

圖6 威遠(yuǎn)五峰組—龍馬溪組典型樣品硅質(zhì)類型識(shí)別Fig.6 Ⅰdentification of siliceous minerals in Wufeng—Longmaxi shales,Weiyuan area

圖7 威遠(yuǎn)地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖薄片各元素強(qiáng)度縱切面分布Fig.7 Individual elemental maps of Longmaxi shale thin section in Weiyuan area

3.3 古環(huán)境精細(xì)研究

古環(huán)境主要包括古氣候、水動(dòng)力特征、水體氧化還原條件和水體鹽度等特征，精細(xì)刻畫古環(huán)境對(duì)研究細(xì)粒沉積巖和地球氣候演化等具有重要意義。硅質(zhì)Ⅰ+有機(jī)質(zhì)紋層組內(nèi)部粉砂質(zhì)顆粒含量少，自生硅含量大，表明沉積期水動(dòng)力弱、陸源碎屑輸入量小、水體處于還原環(huán)境中。通過(guò)古生物筆石帶進(jìn)行沉積速率計(jì)算，該紋層組具有沉積速率最低、懸浮沉降的特點(diǎn)。鈣質(zhì)+黏土質(zhì)紋層組內(nèi)部鈣質(zhì)紋層與黏土質(zhì)紋層互層疊置，表明古氣候相對(duì)干旱，并且具有周期性的陸源輸入，體現(xiàn)出水體相對(duì)較淺、水動(dòng)力條件周期活躍的特點(diǎn)。而硅質(zhì)Ⅱ+黏土質(zhì)紋層組內(nèi)部以粉砂質(zhì)陸源碎屑為主體，表現(xiàn)出周期性水動(dòng)力強(qiáng)、水體含氧量較高等特點(diǎn)。

通過(guò)2D-XRF進(jìn)一步精細(xì)化，運(yùn)用其單一像素中原位提取元素?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合古環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)不同紋層具有明顯差異，如圖4(a)所示。本文運(yùn)用w(Sr)/w(Cu)、w(V)/w(Cr)和w(Mn)/w(Fe)等主微量原位地球化學(xué)元素?cái)?shù)據(jù)表征不同紋層的古氣候、水體氧化還原和古水深等關(guān)鍵信息[9,26](表2)。利用以上古環(huán)境參數(shù)指標(biāo)，對(duì)比分析3個(gè)原位測(cè)試的關(guān)鍵點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)從大薄片底部至頂部，氣候逐漸干旱、水體變淺、含氧量增加，即水動(dòng)力越來(lái)越強(qiáng)。

4 結(jié)論

1) 威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田五峰組—龍馬溪組一段頁(yè)巖紋層組成包括無(wú)機(jī)礦物(陸源碎屑和自生礦物)和有機(jī)質(zhì)(有機(jī)黏土復(fù)合顆粒)，紋層結(jié)構(gòu)有細(xì)泥、中泥和粗泥顆粒。

2) 依據(jù)紋層組分特征，威遠(yuǎn)地區(qū)五峰組—龍馬溪組龍一段頁(yè)巖發(fā)育硅質(zhì)紋層、鈣質(zhì)紋層、黏土質(zhì)紋層和有機(jī)質(zhì)紋層4種類型，其中硅質(zhì)紋層根據(jù)其粒徑可再細(xì)分為中—細(xì)泥石英顆粒硅質(zhì)紋層Ⅰ和粗泥石英顆粒硅質(zhì)紋層Ⅱ；自底部向上，主要發(fā)育硅質(zhì)I+有機(jī)質(zhì)紋層組、鈣質(zhì)+黏土質(zhì)紋層組和硅質(zhì)Ⅱ+黏土質(zhì)紋層組3種紋層組。

3) 縱向上，威遠(yuǎn)地區(qū)五峰組—龍馬溪組龍一段頁(yè)巖紋層和紋層組的發(fā)育具有明顯的階段性特征，指示不同時(shí)期古物源供給和古環(huán)境演化等的差異性，這主要受古沉積環(huán)境控制。

4) 基于大薄片2D-XRF技術(shù)，能夠更加準(zhǔn)確識(shí)別頁(yè)巖紋層的組分、沉積和構(gòu)造，再通過(guò)原位獲取樣品地球化學(xué)元素環(huán)境參數(shù)，定量識(shí)別沉積物來(lái)源和成因，進(jìn)而精細(xì)分析古環(huán)境演化。