德阳‒安岳裂陷槽中段筇竹寺组沉积环境控制下的优质页岩岩相类型及分布

Lithofacies Types and Distribution of High⁃Quality Shale Driven by Sedimentary Environments: A Case Study of the Qiongzhusi Formation Shale

摘要

四川盆地筇竹寺组页岩的沉积受德阳‒安岳裂陷槽构造‒沉积分异控制，其岩相类型及分布与沉积环境密切相关.在前人对筇竹寺组研究的基础上，综合运用岩心观察、薄片鉴定和地球化学测试分析对裂陷槽中段筇竹寺组页岩进行岩相类型划分，并讨论了沉积环境控制下的优质页岩岩相类型及分布.结果表明：（1）裂陷槽内沉积环境具显著分异特征，槽内中心以生物成因高硅质沉积为主导，形成强还原环境双阈值边界，古生产力与水体滞留程度达峰值；槽缘则以陆源碎屑输入为主.平面上呈现“槽缘氧化‒槽内缺氧”的递变模式，纵向上表现为“底部缺氧‒中部贫氧‒上部氧化”的沉积环境变化；（2）建立了“TOC‒矿物组成‒粒度特征”耦合岩相分类体系，划分出36种岩相类型，明确裂陷槽中段发育富有机质长英质页岩（H-F-S）、富有机质混合质粉砂质页岩（H-M-SS）等16种岩相类型，系统揭示了页岩非均质性特征，为深层页岩气甜点预测提供新思路；（3）优质岩相主要为富有机质长英质页岩（H-F-S）、富有机质混合质页岩（H-M-S）、富有机质长英质粉砂质页岩（H-F-SS）、富有机质黏土质粉砂质页岩（H-A-SS）和富有机质混合质粉砂质页岩（H-M-SS），集中分布于筇竹寺组1、3、5、7小层深水陆棚相，深水贫氧‒缺氧环境促进有机质富集与保存，高含量长英质矿物提供了优质储集空间.研究成果可为四川盆地深层页岩气资源评价与开发提供关键地质依据.

Abstract

The sedimentation of the Qiongzhusi Formation shale in the Sichuan Basin is controlled by the tectonic-sedimentary differentiation of the Deyang-Anyue Rift Trough. Its lithofacies types and distribution are closely related to sedimentary environments. Based on previous studies of the Qiongzhusi Formation, this research comprehensively uses core observation, thin-section identification, and geochemical testing and analysis to classify the lithofacies types of the Qiongzhusi Formation shale in the middle segment of the rift trough, and discusses the high quality shale lithofacies types and their distribution controlled by sedimentary environments. The results show that: (1) The sedimentary environment within the rift depression exhibits distinct differentiation characteristics. The central part of the depression is dominated by biogenic high-silica deposits, forming a strong reducing environment with a dual-threshold boundary, where ancient productivity and water retention reach their peak; the trough margin is dominated by terrigenous clastic input. Horizontally, it shows a gradational pattern of “oxidizing margin-anoxic trough,“ while vertically, it exhibits a cyclic evolution of ” anoxic at the bottom-dysoxic in the middle-oxidizing at the top.” (2) “TOC-mineral-grain size” coupling lithofacies classification system is established, with 36 lithofacies types divided. It is clarified that 16 lithofacies types develop in the middle segment of the rift trough, such as organic-rich felsic shale (H-F-S) and organic-rich mixed silty shale (H-M-SS), systematically revealing the heterogeneity characteristics of shale and providing new ideas for predicting deep shale gas sweet spots. (3) The high-quality lithofacies are mainly organic-rich felsic shale (H-F-S), organic-rich mixed shale (H-M-S), organic-rich felsic silty shale (H-F-SS), organic-rich argillaceous silty shale (H-A-SS), and organic-rich mixed silty shale (H-M-SS), which are concentrated in the deep-water shelf facies of the 1st, 3rd, 5th, and 7th sub-layers of the Qiongzhusi Formation. The deep-water dysoxic-anoxic environments promote organic matter enrichment and preservation, and high felsic mineral content provides high-quality reservoir spaces. The research results provide key geological bases for the evaluation and development of deep shale gas resources in the Sichuan Basin.

Graphical abstract

关键词

四川盆地 / 德阳‒安岳裂陷槽 / 岩相类型 / 沉积环境 / 有机质富集 / 页岩气 / 石油地质.

Key words

Sichuan basin / Deyang⁃Anyue rift trough / lithofacies type / sedimentary environment / organic matter enrichment / shale gas / petroleum geology

0 引言

四川盆地页岩气资源丰富，筇竹寺组和五峰组‒龙马溪组是最早开展勘探研究的层系，其中五峰组‒龙马溪组页岩气勘探开发已取得战略性突破并实现规模化商业开采（Yang et al.， 2022； 吴建发等， 2023； Zou et al.， 2023； 吴永辉等， 2024）.而在新一轮的油气勘探突破中，中国石油和中国石化相继在德阳‒安岳裂陷槽及边缘部署了WY1井、Z201井、ZY1井和JS103HF并且获得了重大突破，中国石油部署的WY1井和Z201井日产量分别为41.13×10⁴ m³和73.88×10⁴ m³，中石化部署的ZY1井和JS103HF井日产量分别达125.7×10⁴ m³和25.86×10⁴ m³，这些勘探部署井获得的高产工业气流证实了古老地层寒武系筇竹寺组存在着连续、大面积的页岩气储量资源（杨学锋等， 2025）.

四川盆地德阳‒安岳裂陷槽控制着沉积相和地层分布，槽内中心为低能、还原‒弱氧化环境的深水陆棚相，有利于有机质保存和优质烃源岩发育，地层沉积厚度也最大，向裂陷槽两侧逐渐过渡为浅水陆棚相沉积环境（何骁等， 2024b； 郑马嘉等， 2024）.在构造‒沉积分异的控制下，裂陷槽不同部位岩性组合类型变化大，发育泥页岩、粉砂质页岩及砂岩等不同岩相组合类型（Li et al.， 2023； 刘瑞崟等， 2023）.按照主要岩性、古生物、测井和沉积旋回特征可将筇竹寺组划分为8个小层，其中1、3、5和7小层为黑色页岩段，2、4、6和8小层为粉砂质页岩或粉‒细砂岩段，筇一₁亚段包括1至4小层，筇一₂亚段包括5小层和6小层，筇二段包括7小层和8小层（何骁等， 2024b； 雍锐等， 2024a）.此外，裂陷槽及其边缘发育着一套完整的筇竹寺组页岩地层，埋深4 000~5 500 m、厚度220~400 m、烃源岩厚度普遍大于50 m，热演化程度较高R_o=3.0%~3.5%，该地区具备大规模气藏富集的条件（梁霄等， 2022； 谢国梁等， 2024； 雍锐等， 2024b）.尽管前期研究在四川盆地页岩气勘探方面取得了诸多进展，并且不同学者根据筇竹寺组页岩的不同特征，采用了不同的划分方法对其进行岩相类型划分.袁钰轩等 （2023）通过沉积构造、层理特征和矿物组分参数将川西南地区筇竹寺页岩岩相划分为11类；谢国梁等 （2024）通过矿物组分将四川盆地筇竹寺岩相划分为12类；张明何等 （2024）综合TOC、沉积构造和力学性质将川北筇竹寺组页岩岩相划分成16类.但目前的筇竹寺岩相划分方案未能充分考虑到当前勘探开发过程中，粉砂质页岩和黑色页岩交替发育的现象，这些岩层不仅具有明显的矿物颗粒特征，还表现出富气特征，是岩相划分中的一个重要考虑因素.

因此，合理的岩相类型划分对页岩气勘探评价和有利区优选具有重要的指导意义，对于筇竹寺组页岩粉砂型页岩段和泥页岩段存在的富气现象，需要建立合理的岩相划分方案对筇竹寺组不同层段进行划分，进而了解筇竹寺组页岩不同岩相类型富气机理.基于此，笔者在总结前人对W207井的相关研究基础上，结合槽缘斜坡WY1井和槽内中心Z201井相关实验资料，对德阳‒安岳裂陷槽中段的筇竹寺组页岩进行岩相类型划分，对裂陷槽及斜坡边缘部位的筇竹寺沉积环境、沉积相差异进行对比研究，并分析了岩相与沉积环境、沉积相、有机质富集之间的分布关系，以期为筇竹寺组页岩勘探开发提供一定的借鉴思路.

1 区域地质概况

四川盆地位于上扬子板块西北缘，是一套经过多期旋回构造运动叠加的大型构造‒沉积叠合盆地，先后经历了震旦系‒中三叠统的海相沉积和下三叠统的陆相沉积演化阶段（刘树根等， 2009； 杨梅华等， 2023）.在南华纪，罗迪尼亚超大陆的裂解启动了原特提斯洋的演化进程.此时，上扬子地块西北边缘的四川盆地经历了伸展构造，震旦纪至早寒武世的桐湾运动使灯影组遭遇抬升和剥蚀.长 宁‒内江‒德阳一线形成了近南北向的裂陷槽（德 阳‒安岳裂陷槽，又称绵阳‒长宁拉张槽），具有“北深南浅，东陡西缓”的特征（图1a）（邱玉超等， 2019； 杨雨等， 2022）.威远‒资阳研究区主体处于裂陷槽内部，部分位于裂陷槽边界处（图1b）.裂陷内发育了北西向的张性断层，寒武系底界的断距为300~400 m，多数断层在龙王庙组中消失.裂陷构造和沉积分异使得下寒武统的沉积厚度和沉积相在裂陷中心与边缘间存在明显差异（邹才能等， 2014）.在裂陷区，麦地坪组发育斜坡‒盆地相，厚度在100~200 m，而在裂陷外则为碳酸盐台地相，厚度通常小于50 m.筇竹寺组的沉积相呈带状分布，裂陷中心以碳泥质深水陆棚为主，厚度在400~ 800 m，而向外缘逐渐过渡为砂泥质和泥质浅水陆棚，厚度为100~300 m（杨学锋等， 2025）.

2 样品和方法

本次研究样品主要收集自德阳‒安岳裂陷槽中段筇竹寺组，包括槽缘斜坡的W207井（44件）、WY1井（60件）及槽内中心的Z201井（51件），共获取筇竹寺组页岩样品155件.样品覆盖筇竹寺组1~8小层，岩性涵盖黑色页岩、粉砂质页岩及粉‒细砂岩，详细采样位置见图1c.

研究方法以宏观到微观、岩性表征到地球化学分析方式进行，具体方法如下：通过岩心观察与描述系统记录筇竹寺组页岩颜色、沉积构造等特征，初步明确筇竹寺组不同岩性宏观特征；采用偏光显微镜对岩石薄片进行鉴定，同步开展矿物成分观察、结构特征分析及碎屑颗粒粒径统计，完成碎屑颗粒粒级划分及微观岩性识别；通过全岩X射线衍射分析获取矿物组成成分含量，基于长英质矿物、碳酸盐岩矿物和黏土矿物含量进行三端元矿物岩相划分，明确筇竹寺页岩主要岩相类型.同时利用主微量测试仪器Agilent 7900 ICP⁃MS进行主微量元素测试，结合CS230碳硫分析仪开展总有机碳（total organic carbon，TOC）含量测定，以揭示筇竹寺组页岩沉积环境特征及有机质富集情况，研究整合以往学者对筇竹寺组W207井区前期沉积环境研究分析测试成果（梁霄等， 2022； 刘瑞崟等， 2023； 梁峰等， 2024； 张天怡等， 2024），探究沉积环境控制下的筇竹寺组优质页岩岩相类型及分布关系.

3 实验结果分析

3.1　矿物组成特征

筇竹寺组页岩的矿物组分主要以石英、长石和黏土矿物为主.基于3口井的全岩矿物X衍射定量分析结果（质量分数），分别以长英质矿物（长石+石英）、碳酸盐矿物（白云石+方解石）和黏土矿物3种为主要矿物类型进行比较：长英质矿物在3口井中含量最高，W207井长英质矿物含量在21.10%~70.50%，均值在57.84%.WY1井长英质矿物含量在27.58%~63.88%，均值在52.10%. Z201井长英质矿物含量在52.70%~91.30%，均值在71.11%；黏土矿物含量次之，W207井黏土矿物含量在5.70%~39.70%，均值在25.00%.WY1井黏土矿物含量在16.47%~49.54%，均值在38.27%.Z201井黏土矿物含量在3.40%~26.90%，均值在16.34%；碳酸盐矿物在3口井中含量均较低，W207井碳酸盐矿物含量在2.60%~71.10%，均值在11.50%.WY1井碳酸盐矿物含量在0.82%~49.71%，均值在7.08%. Z201井碳酸盐矿物含量在2.60%~41.20%，均值在8.05%（图2a~2c）.

纵向分布上，筇一₁亚段长英质矿物Z201井均值最高（67.4%），W207井最低（48.7%）；碳酸盐矿物含量W207井较高（均值10.2%）；黏土矿物WY1井均值最高（37.5%）.筇一₂亚段长英质矿物Z201井均值最高（71.6%），且波动小，反映稳定高能环境；碳酸盐矿物W207井均值最高（9.8%），WY1井最低（6.3%）；黏土矿物WY1井含量最高（37.1%）.筇二段长英质矿物Z201井均值最高（67.4%），W207井最低（48.7%）；碳酸盐矿物WY1井均值最高（16.8%），Z201井最低（9.2%）.黏土矿物W207井显著偏高（34.2%），Z201井最低（21.5%）.不同井位纵向上矿物组成差异显著，初步分析表明Z201井受高能环境影响长英质矿物含量高，自身成岩富集程度高，W207、WY1井受陆源物质和自身成岩作用共同影响，黏土矿物和长英质矿物均有较高富集.

3.2　总有机碳含量特征

筇竹寺组页岩总有机碳TOC含量分布在0.11%~7.13%，均值在1.72%.其中，W207井筇一₁亚段TOC含量分布在0.18%~3.41%，均值在1.53%，筇一₂亚段TOC含量分布在0.30%~2.94%，均值在0.99%，筇二段TOC含量分布在0.39%~1.28%，均值在0.75%；WY1井筇一₁亚段TOC含量分布在0.11%~4.06%，均值在1.81%，筇一₂亚段TOC含量分布在0.39%~3.02%，均值在1.28%，筇二段TOC含量分布在0.62%~1.48%，均值在0.96%；Z201井筇一₁亚段TOC含量分布在0.40%~7.13%，均值在2.84%，筇一₂亚段TOC含量分布在1.00%~4.69%，均值在1.84%，筇二段TOC含量分布在1.09%~1.55%，均值在1.31%.

在地层纵向上，TOC含量变化幅度大，筇竹寺组底部筇一₁亚段TOC含量最高，W201井、WY1井和Z201井的筇一₁亚段TOC含量均值分别为2.84%、1.81%和1.53%，向上部TOC含量逐渐变小.在地层横向上，位于槽内的Z201井TOC含量最高，槽缘WY1井次之，槽外W207井最低，表现出TOC含量从裂陷槽中心向外至槽缘斜坡递减的趋势（图3）.

3.3　粒度特征

泥页岩属于细粒沉积岩的一类，通常将细粒沉积岩按照矿物粒度细分为泥页岩（页岩）、粉砂质页岩和砂质页岩（李一凡等， 2021）.笔者根据Lazar（2007）的分类方案：对矿物颗粒范围在62.5~ 2 500 μm（含量在25%~50%）的定义为砂质，颗粒粒度在8~62.5 μm（含量在25%~50%）的定义为粉砂质，而颗粒粒度在8 μm（含量大于50%）以下的定义为泥质（Lazar， 2007； 袁钰轩等， 2023）.粒度能够反映页岩的沉积环境和成因过程，对页岩进行粒度分析有助于精细划分岩相，提供更准确的岩相方案，进而更好地揭示页岩的储层和气藏特征.并且粒度分布研究可以帮助区分不同的岩相单元，以识别不同的沉积层理和地层演化，有助于评估不同类型页岩的储集能力及其可采性，因此本研究将页岩粒度分布特征作为岩相划分的重要依据.光学镜下的薄片观察和通过Image J提取矿物碎屑粒度粒径可知，筇竹寺组碎屑矿物颗粒主要以粉砂质和泥质为主，同时还含有砂质（图4）.表明筇竹寺组沉积环境变化较大，均发育泥页岩、粉砂质页岩和砂质页岩三种类型岩性，岩性特征变化明显.

3.4　主微量元素特征

在主微量元素分析实验结果中，筇竹寺组页岩中SiO₂含量最高，W207、WY1井和Z201井SiO₂质量分数平均值均超过50%.在地层垂向分布中，W207井和WY1井的SiO₂含量在筇一₂亚段最高，筇一₁亚段次高，筇二段含量较低（表1）.此外，Al和Fe元素在筇竹寺组页岩也有较高的含量显示，其中，Al元素含量在3口井的筇一₂亚段中最低，向地层上部Al元素含量逐渐增加.Si₂O和Al含量的变化与筇竹寺组页岩中石英、长石和黏土矿物组分变化有着密切的联系，与矿物成分含量有着明显的协同性.微量元素含量在每口井筇竹寺组各段中均有较大的差异分布，在3口井中，微量元素Ba、V和Zn含量最高（表1）.

澳大利亚后太古代页岩（PAAS）主微量元素的含量被广泛用作地球化学研究的基准值.通过将样品的元素含量与PAAS元素含量标准化（即样品元素含量除以PAAS对应元素的含量，以标准化平均值1为界限），可以直观判断元素的亏损或富集状态.若标准化后元素为富集，可能暗示有热液活动或成岩作用的影响，而亏损可能指示某种特定的沉积环境或物源区特征（Taylor and Mclennan， 1985）.因此，本文拟利用PAAS标准化值揭示筇竹寺组主微量元素特征.

通过对所获得的筇竹寺组主微量元素与PAAS的主微量元素比值进行标准化，结果如图5所示.3口井主量元素除P整体富集外，Al、Fe、Mn、SiO₂整体亏损（图5a）.P的普遍富集表明生物活动主导的磷循环强烈，其他主量元素的亏损可能与筇竹寺组沉积期的陆源输入相关.微量元素Ba、Mo、Ni、U、V在3口井中普遍富集；Cr除W207井表现亏损外，另外2口井均表现为富集；Cu、Co、Th整体亏损（图5b）.微量元素Mo、U的普遍富集揭示筇竹寺组沉积期水体强还原特征，有利于有机质保存.Th、Co的亏损表明物源以基性岩或快速沉积碎屑为主.

4 讨论

4.1　页岩沉积环境分析

4.1.1　陆源物质输入

Fe/Al值可反映Fe相对于陆源碎屑的富集程度.高比值表明Fe的额外富集（非陆源主导），低比值则表明以陆源输入为主.以PAAS中Fe/Al值在0.5为参考标准界限，低于0.5说明以陆源碎屑输入为主，高于0.5表示以自身成岩富集或热液成岩为主（闫斌等， 2014）.W207井筇二段和筇一₂亚段部分样品低于0.5，筇一₁亚段大部分样品高于0.5，反映高陆源碎屑影响特征；WY1筇二段大部分样品高于0.5，筇一₂亚段大部分样品低于0.5，少部分高于0.5，筇一₁亚段大部分样品高于0.5，少部分低于0.5，反映非陆源和陆源碎屑共同作用；Z201井筇二段、筇一₂亚段和筇一₁亚段大部分样品均高于0.5，少部分低于0.5，反映以非陆源碎屑影响为主（图6a）.

同时，在筇竹寺组页岩的SiO₂和TOC含量关系中，两者并无明显的关联性，表明筇竹寺组页岩硅质矿物受多种成因机制影响（图6b）.基于此，通过SiO₂与TOC关系进行成因机制探究，高生物硅质成因与高TOC共存，而陆源碎屑的高硅质含量可能显示着低TOC含量的特征.因此，通过绘制SiO₂/TOC比值与TOC图版，二者呈现明显的指数相关性，指示显著的陆源碎屑影响、陆源与生物影响和生物影响三段式特征，并且与Fe/Al比值结果相一致.筇竹寺组页岩在沉积时期受陆源物质与生物因素的频繁交替影响（图6c）.

4.1.2　古氧化还原条件

微量元素在页岩中的分布受到氧化还原条件的显著影响，U⁃EF和Mo⁃EF富集系数特征以及判别阈值的确定，有助于确定筇竹寺组沉积时期的氧化还原环境.3口井中的U⁃EF与Mo⁃EF同TOC均表现出特殊的相关性，随着U⁃EF和Mo⁃EF富集程度不断增加，TOC含量从快速增加逐渐降低为缓慢增加，从高斜率转向为低斜率，并出现明显的拐点（图7）.前人研究表明，Mo和U元素与有机质之间的差异协变关系能够反映出沉积环境的变化情况，出现的拐点可能是判别强还原条件的一个阈值（Algeo and Li， 2020； Cai et al.， 2023； 蔡全升等， 2024）.

在协变关系图中，W207、WY1和Z201井的 U⁃EF与Mo⁃EF拐点阈值依次递增（U⁃EF为6~8， Mo⁃EF为40~42）.这一趋势揭示了构造‒沉积分异对氧化还原条件的控制规律.W207井位于威远背斜翼部的浅水高能环境，强水动力扰动与高碎屑输入导致U、Mo富集以黏土吸附等碎屑背景为主，低TOC条件下U⁃EF和Mo⁃EF即出现拐点，反映还原信号被碎屑干扰掩盖；随着构造位置向斜坡（WY1井）和陆棚（Z201井）过渡，水体逐渐加深、沉积能量降低，碎屑输入减少，硫化还原带发育增强，U和Mo富集逐步转向自生机制主导，U⁃EF和Mo⁃EF拐点阈值提升，表明硫化条件对元素富集的控制逐渐强化.尽管阈值增幅较小，但其空间递变特征揭示了构造背景通过沉积动力‒氧化还原机制对微量元素富集行为的调控.结合上述分析，可大致辨别U⁃EF拐点为8、Mo⁃EF拐点为42，其可作为筇竹寺组沉积时期强还原条件的阈值.并且在3口井中筇一₁亚段底部和筇一₂亚段底部U⁃EF和Mo⁃EF拐点阈值均反映了强还原环境，并且在平面上，沉积环境槽缘向槽内逐渐过渡为缺氧环境.在纵向上，筇竹寺组沉积环境整体呈现出“底部缺氧‒中部贫氧‒上部氧化”的沉积演化.

4.1.3　水体滞留程度

Mo/TOC值能够有效指示海洋水体的滞留程度，在海水流通性差的局限厌氧盆地中，Mo/TOC值较低.而在开放的厌氧盆地中，水体频繁地变化，Mo元素得到不断补充，Mo/TOC值则较高（Tribovillard et al.， 2006； Miao et al.， 2023）.此外， Mo⁃EF/U⁃EF的协变模式能够有效指示水体滞留环境，在非滞留的贫氧环境中，U元素富集早于Mo元素，Mo⁃EF/U⁃EF值为正常海水的0.1~0.3倍；随着还原程度增加，Mo元素的富集速率超过U元素，Mo⁃EF/U⁃EF值升至正常海水的1~3倍；在厌氧弱滞留环境中，Mo元素得到不断补充，浓度较高，Mo⁃EF/U⁃EF值为正常海水的3~10倍；而在强滞留环境中，Mo元素补给缓慢，浓度较低，Mo⁃EF/U⁃EF值通常低于正常海水的1倍（Sweere et al.， 2016）.

从Mo与TOC关系图可以看出筇竹寺组页岩沉积时期主要处于中等滞留‒强滞留的环境中，并且明显表现出从槽缘高地W207井至槽内中心Z201井，水体滞留程度从中等滞留逐渐转变为强滞留环境，并且以筇竹寺组底部筇一₁亚段的水体沉积滞留环境最强，部分数据点落于黑海区域，为强滞留海盆，体现出裂陷槽整体对水体滞留环境起控制作用（图8a）.Mo⁃EF/U⁃EF的协变模式表明部分样品落于颗粒传输区，远离弱滞留环境区域，处于弱‒中局限滞留环境中，大部分样品点位于1倍海水至3倍海水区域内，处于中‒强滞留的环境中，同样表现出槽缘高地至槽内中心3口井从中等滞留至强滞留环境的过渡中（图8b），这一推论与Mo与TOC关系所推测的模式较为一致.并且Mo⁃EF/U⁃EF的协变模式指示筇竹寺组的古氧化还原环境为：底部为缺氧‒硫化的还原环境，向上还原性降低并逐渐转变为缺氧‒贫氧环境.

4.1.4　古生产力

筇竹寺组主微量元素PAAS标准化中，Ba和P呈现高度富集的特征，因此本研究采用去除陆源影响的P/Al值和生物钡含量（Ba_bio）作为指标来指示古生产力特征.高钡含量通常与古代海洋的高生产力有关.钡主要存在于海洋沉积物的黏土和硅酸盐矿物中，特别是与浮游生物的骨骼（如硅藻的硅质骨架）有关联（Paytan and Griffith， 2007； Schoepfer et al.， 2015）.本研究采用考虑去除陆源钡的因素公式：Ba_bio=Ba_sample‒Al_sample×（Ba/Al）_PAAS进行生物钡含量计算，其中Ba_sample和Al_sample分别为实测样品的Ba含量和Al含量；（Ba/Al）_PAAS为后太古宙澳大利亚页岩中Ba和Al含量的比值（Rimmer et al.， 2004； 王剑等， 2023）.当Ba_bio大于100×10^-6时，其对应的初级生产力关系为极高生产力，筇竹寺组Ba_bio值均高于100×10^-6，其中以槽内中心Z201井的Ba_bio值最高，均值可达到1 724.47×10^-6，至槽缘斜坡WY1井（Ba_bio均值 1 194.27×10^-6）槽缘斜坡W207井（Ba_bio均值 1 199.41×10^-6）Ba_bio值降低，并且3口井以筇二段和筇一₁亚段表现出更高的初级古生产力特征（图9a）.

P/Al值与和Ba_bio值在各井和各亚段的分布特征存在差异，主要体现在WY1井P/Al值最高，Z201井其次，W207井最低.WY1井的筇二段P/Al值最高，高于筇一段中两个亚段的P/Al值（图9b）.在整体的裂陷槽沉积背景下，筇竹寺组早期（筇一₁亚段）开始海侵，槽内中心海平面上升幅度最大，水体深度大，初级古生产力高，营养元素P富集程度高，利于生物大量繁殖，因此生物钡含量也对应升高；筇竹寺组中期（筇一₂亚段）开始海退，W207井水体深度最浅，营养元素P富集程度下降，生物繁殖活动程度减弱，其生物钡含量也相对较低，而槽缘斜坡与开放海洋仍具有较好的连接关系，其营养元素得到不断的补充，生物繁殖活动频繁，生物钡含量也相对较高；筇竹寺组晚期（筇二段）再次遭受海侵，伴随着一定程度的海水上涌和从深层海水中涌入的丰富营养物质，槽缘斜坡的营养元素P更多地富集，提高了初级古生产力，导致筇二段生物钡含量出现高值.综合而言，3口井均反映出很高的古生产力水平，槽内中心生物钡含量最高，直接指示该区域古生产力水平达到峰值，槽缘斜坡营养元素富集程度最高（P/Al值最大），反映营养元素输入强度最大.然而，槽缘斜坡的高营养元素富集并未同步转化为生物生产力（生物钡增幅偏低），导致两种指标所指示的古生产力水平不同.

4.2　岩相类型划分

4.2.1　岩相划分依据

页岩岩相划分能反映页岩的非均质特征，涵盖岩性、沉积构造、矿物成分、有机质丰度和岩石力学性质等方面（金之钧等， 2021）.目前的页岩岩相划分方法有以下三种：一是依据矿物组成来进行划分（李卓等， 2017）；二是根据岩石的结构和沉积构造来进行划分（李丹龙等， 2023）；三是综合多种参数进行划分（付秀丽等， 2022）.

本研究在所获取的筇竹寺组页岩矿物组成定量分析基础上，采用长英质矿物（石英+长石）、碳酸盐矿物（方解石+白云石）和黏土矿物的传统三端元图解法，按照海相页岩岩相类型划分方案（图10a，表2），以单端元矿物含量大于50%或两个端元矿物含量在25%~50%范围为界，将页岩岩相划分为长英质页岩、钙质页岩、黏土质页岩和混合质页岩4种类型（图10b；王玉满等， 2016； 宁诗坦等， 2021）.

在粒度特征分析中，筇竹寺组页岩以砂质、粉砂质和泥质碎屑颗粒为主，颗粒粒度分选明显.因此，在矿物组分三端元岩相类型划分的基础上，针对特定的沉积环境所反映的颗粒粒径对岩相进一步划分（图10a）.根据光学镜下薄片观察到的碎屑颗粒粒径特征，将砂质或粉砂质在25%~50%为主的页岩作为主名前缀，若泥质大于50%，则沿用岩相组分类名称.例如：页岩样品中长英质含量在25%~50%，碳酸盐矿物小于25%，黏土矿物含量在25%~50%，粒度小于8 μm的矿物含量达50%以上，按照本研究岩相划分原则，属于混合质页岩.若碎屑颗粒粒度在8.0~62.5 μm（含量在25%~50%），则命名为混合质粉砂质页岩（表2，图10b）.

TOC含量对页岩生烃能力、储集条件的评价有着重要意义，按照TOC含量高低将筇竹寺组页岩岩相进一步划分为：贫有机质（TOC<1%）岩相、含有机质（1%≤TOC<2%）岩相、富有机质（TOC≥2%）岩相（李卓等， 2017）.因此，“TOC⁃矿物组成‒粒径特征”岩相分类体系通过多参数耦合，有效反映了有机质富集、沉积环境变化与储集性能的关系，为建立研究区特有的岩相划分方案提供了依据.（图10a）.

4.2.2　岩相类型及发育特征

根据筇竹寺组页岩的矿物组成数据，将其投点至三端元图中，结果显示，筇竹寺组页岩主要包括长英质页岩、混合质页岩、黏土质页岩，并伴有少量的钙质页岩.笔者在研究区筇竹寺组页岩的光学镜下薄片观察和碎屑颗粒粒度分析的基础上，根据粒度对其进行了分级.分析结果表明，筇竹寺组发育了8种岩相亚类：长英质砂质页岩、混合质砂质页岩、长英质粉砂质页岩、混合质粉砂质页岩、钙质粉砂质页岩、长英质页岩、混合质页岩和黏土质页岩.在此基础上，结合TOC含量对这8种岩相亚类进行了进一步划分，得到了16种不同的“TOC⁃矿物组成‒粒径特征”岩相类型.具体包括：贫有机质长英质页岩（L⁃F⁃S）、贫有机质长英质粉砂质页岩（L⁃F⁃SS）、贫有机质混合质粉砂质页岩（L⁃M⁃SS）、贫有机质钙质粉砂质页岩（L⁃C⁃SS）、贫有机质长英质砂质页岩（L⁃F⁃SdS）、贫有机质混合质砂质页岩（L⁃M⁃SdS）、含有机质长英质页岩（M⁃F⁃S）、含有机质混合质页岩（M⁃M⁃S）、含有机质长英质粉砂质页岩（M⁃F⁃SS）、含有机质黏土质粉砂质页岩（M⁃A⁃SS）、含有机质混合质粉砂质页岩（M⁃M⁃SS）、富有机质长英质页岩（H⁃F⁃S）、富有机质混合质页岩（H⁃M⁃S）、富有机质长英质粉砂质页岩（H⁃F⁃SS）、富有机质黏土质粉砂质页岩（H⁃A⁃SS）和富有机质混合质粉砂质页岩（H⁃M⁃SS）.

3口井发育的岩相类型及特征具有明显的差异性.W207井共发育12种岩相类型，岩相分布从多到少依次为：含有机质长英质粉砂质页岩（M⁃F⁃SS）、含有机质混合质粉砂质页岩（M⁃M⁃SS）、贫有机质混合质砂质页岩（L⁃M⁃SdS）、贫有机质混合质粉砂质页岩（L⁃M⁃SS）、贫有机质长英质粉砂质页岩（L⁃F⁃SS）、含有机质长英质页岩（M⁃F⁃S）、含有机质混合质页岩（M⁃M⁃S）、富有机质长英质页岩（H⁃F⁃S）、富有机质长英质粉砂质页岩（H⁃F⁃SS）、富有机质混合质页岩（H⁃M⁃S）、贫有机质长英质砂质页岩（L⁃F⁃SdS）、贫有机质钙质粉砂质页岩（L⁃C⁃SS）（图11）.

WY1井共发育15种岩相类型，岩相分布从多到少依次为：贫有机质长英质粉砂质页岩（L⁃F⁃SS）、富有机质长英质页岩（H⁃F⁃S）、含有机质长英质页岩（M⁃F⁃S）、含有机质长英质粉砂质页岩（M⁃F⁃SS）、含有机质混合质粉砂质页岩（M⁃M⁃SS）、贫有机质长英质砂质页岩（L⁃F⁃SdS）、贫有机质混合质砂质页岩（L⁃M⁃SdS）、富有机质长英质粉砂质页岩（H⁃F⁃SS）、含有机质混合质页岩（M⁃M⁃S）、、贫有机质混合质粉砂质页岩（L⁃M⁃SS）、富有机质黏土质粉砂质页岩（H⁃A⁃SS）、富有机质混合质粉砂质页岩（H⁃M⁃SS）、含有机质黏土质粉砂质页岩（M⁃A⁃SS）、贫有机质钙质粉砂质页岩（L⁃C⁃SS）、贫有机质长英质页岩（L⁃F⁃S）（图12）.

Z201井相较于W207和WY1井岩相类型少，共发育8种岩相，分布从多到少依次为：富有机质长英质页岩（H⁃F⁃S）、含有机质长英质粉砂质页岩（M⁃F⁃SS）、富有机质长英质粉砂质页岩（H⁃F⁃SS）、含有机质长英质页岩（M⁃F⁃S）、贫有机质长英质砂质页岩（L⁃F⁃SdS）、富有机质混合质页岩 （H⁃M⁃S）、富有机质混合质粉砂质页岩（H⁃M⁃SS）、贫有机质长英质粉砂质页岩（L⁃F⁃SS）（图13）.

3口井岩相类型发育特征均在筇一₁亚段、筇一₂亚段和筇二段底部表现出较高有机质含量（>1%）和矿物粒径较小（泥级和粉砂级为主）的特征，并且在浅水陆棚相中出现粗粒径的砂页岩岩相类型.W207井以贫‒含有机质的粉砂质岩相和贫有机质砂质岩相为主，体现出水体频繁动荡、水体较浅，以粉砂质沉积为主的沉积环境特征；WY1井以贫‒含有机质的粉砂质岩相和富有机质页岩岩相为主，整体岩相分布特征反映出槽缘斜坡筇竹寺组底部和上部水体沉积环境动荡、频繁的海侵和海退过程，中部为低能、安静的水体沉积环境的特征.Z201井泥质含量增高，以富有机质页岩岩相和含有机质粉砂质岩相为主，岩相整体以泥级‒粉砂级碎屑颗粒和长英质矿物为主要类型，反映出槽内中心远离物源和以安静、低能的深水沉积环境为主的特点.平面上，从槽缘斜坡水体较为动荡的沉积环境向槽内中心水体稳定的沉积环境转变.

4.3　沉积环境控制下优质岩相分布

W207井、WY1井和Z201井主要位于德阳‒安岳裂陷槽中段，属于浅水陆棚相‒深水陆棚相（范海经等， 2021； 吴冬等， 2023），离物源区较远，因此长英质矿物含量相对较高，黏土矿物含量相对较低，仅位于槽缘斜坡的WY1井个别样品黏土矿物含量超过50%，体现出以长英质和混合质为主要矿物组合特征的岩相类型（图14）.

前人综合岩性、电性以及海平面变化特征，将筇竹寺组划分为1个三级层序和3个四级层序（杨雨然等， 2024）.三级层序底界为筇竹寺组和麦地坪组不整合面，顶界为筇竹寺组与沧浪铺组界面，可进一步细分为SQ1、SQ2、SQ3四级层序，对应筇一₁亚段、筇一₂亚段和筇二段.四级层序的岩相特征与海平面变化密切相关：海侵期以泥级岩相为主，海退期逐渐过渡为粉砂级、砂级岩相，对应各亚段的分界.值得注意的是，四级层序中普遍存在快速海侵和缓慢海退现象，导致垂向上粒度从泥级向砂级逐渐粗化.基于此，筇竹寺组整体呈现四个沉积旋回，纵向发育4套页岩层段和4套粉砂质‒砂质岩层段，共划分出8个小层（图14）.

空间分布上，构造‒沉积分异对筇竹寺组沉积环境及有机质富集具有显著控制作用.位于槽缘斜坡且处于背斜翼部的W207井，沉积水体较浅且处于中等滞留环境，氧化条件占主导，不利于有机质保存，故粒度以粉砂级‒砂级为主，TOC含量低；槽缘斜坡处WY1井水体深度加深，转为氧化‒贫氧环境，岩性组合为泥级、粉砂级和砂级，TOC含量有所提升；而槽内中心Z201井水体最深，形成持续缺氧‒厌氧的环境，伴随海侵‒海退旋回发育泥级‒粉砂级‒砂级的完整粒度序列，有机质富集程度最高（图14）.综合分析表明，深水陆棚相的缺氧‒贫氧环境中，以泥级岩相（1、3、5、7小层）有机质富集程度最优，兼具高生烃潜力与长英质矿物提供的储集空间；而深水‒浅水陆棚过渡带的粉砂质岩相虽有机质含量次之，但仍具备有效富集能力（雍锐等， 2024a； 杨学锋等， 2025）.

综上所述，研究区筇竹寺组优质岩相可划分为：富有机质长英质页岩（H⁃F⁃S）、富有机质混合质页岩（H⁃M⁃S）、富有机质长英质粉砂质页岩（H⁃F⁃SS）、富有机质黏土质粉砂质页岩（H⁃A⁃SS）及富有机质混合质粉砂质页岩（H⁃M⁃SS）.从空间分布看，不同构造位置钻井发育的优势岩相存在显著差异，W207井优质岩相为富有机质长英质页岩（H⁃F⁃S）、富有机质长英质粉砂质页岩（H⁃F⁃SS）、富有机质混合质页岩（H⁃M⁃S）；WY1井优质岩相为富有机质长英质页岩（H⁃F⁃S）、富有机质长英质粉砂质页岩（H⁃F⁃SS）、富有机质黏土质粉砂质页岩（H⁃A⁃SS）、富有机质混合质粉砂质页岩（H⁃M⁃SS）；Z201井优质岩相富有机质长英质页岩（H⁃F⁃S）、富有机质长英质粉砂质页岩（H⁃F⁃SS）、有机质混合质页岩（H⁃M⁃S）、富有机质混合质粉砂质页岩（H⁃M⁃SS）.

5 结论

（1）德阳‒安岳裂陷槽控制下的沉积环境具有显著空间分异性，在槽内中心，由生物成因的高硅质沉积主导，形成了强还原环境；而在槽缘，则由陆源碎屑输入主导，呈现出不同的成岩机制.建立“双阈值”地球化学指标（U⁃EF拐点阈 值=8，Mo⁃EF拐点阈值=42），定量表征强还原环境边界，明确了平面上由槽缘向槽内呈现“氧化‒贫氧‒缺氧”的递变模式；纵向上表现为“底部缺氧‒中部贫氧‒上部氧化”的旋回特征.槽内中心古生产力和水体滞留程度达到峰值，是优质页岩发育的核心区.

（2）建立了“TOC⁃矿物组成‒粒度特征”耦合的岩相分类体系，共划分出36种岩相类型，德阳‒安岳裂陷槽中段筇竹寺组共发育富有机质长英质页岩（H⁃F⁃S）、富有机质混合质粉砂质页岩（H⁃M⁃SS）、含有机质混合质粉砂质页岩（H⁃M⁃SS）等16种岩相类型，系统揭示了研究区页岩非均质性特征，为古老深层页岩气甜点预测提供了思路.

（3）筇竹寺组页岩优质岩相主要为富有机质长英质页岩（H⁃F⁃S）、富有机质混合质页岩（H⁃M⁃S）、富有机质长英质粉砂质页岩（H⁃F⁃SS）、富有机质黏土质粉砂质页岩（H⁃A⁃SS）和富有机质混合质粉砂质页岩（H⁃M⁃SS），主要分布在筇竹寺组1、3、5和7小层深水陆棚相中，优质岩相受沉积环境控制，深水贫氧‒缺氧环境有利于有机质富集和保存，并具备生烃条件，同时高含量长英质矿物可提供大量连通孔隙空间.

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基金资助

国家自然科学基金项目(42372144)