贵州遵义板桥剖面奥陶系湄潭组黑色页岩沉积环境条件判识及烃源意义*

黄天海 肖 笛 唐 浩 李双建郑剑锋 周 力 谭秀成

1西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610500

2中国石油集团碳酸盐岩储层重点实验室西南石油大学研究分室，四川 成都 610500

3西南石油大学四川省天然气地质重点实验室，四川 成都 610500

4中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083

5中国石油杭州地质研究院，浙江 杭州 310023

近年来，随着页岩油气勘探开发需求的不断增加，对黑色页岩形成环境和资源效应的研究也不断深入（Liu et al.，2021；周昊等，2021）。通常认为，黑色页岩发育在风暴浪基面以下安静的半深水或深水的缺氧环境中，如形成于半深湖—深湖环境中的四川盆地上侏罗统大安寨段（杨跃明等，2019），形成于深水海湾环境的鄂尔多斯盆地南缘下寒武统辛集组—东坡组（黄军平等，2020），以及形成于深水缺氧环境的巴西帕拉那盆地下二叠统冰后期沉积（Lucas et al.，2017）。然而，大规模的黑色页岩也可以形成于风暴浪基面之上的浅水环境中（王东安和陈瑞君，1996；Tribovillard et al.，2019），并具有一系列浅水沉积特征，如冲刷面、改造后的滞留沉积物、正反粒序、水流及浪成交错层理等（Langhorne et al.，2019）。这方面最具代表性的实例是美国阿巴拉契亚盆地泥盆系黑色页岩，研究认为其形成于水体相对较浅且具流动性、支持底栖生物生存的含氧环境中（Langhorne et al.，2019）。国内也有针对塔里木盆地西北部寒武系玉尔吐斯组黑色页岩的研究，认为其沉积时总体处于浪基面附近及以下的浅水环境（金值民等，2020）。上述研究不仅深化了对黑色页岩沉积环境的认识，也为页岩油气的勘探提供了新思路。

华南上扬子地区下奥陶统湄潭组是一套厚度较大的泥页岩沉积，黑色页岩十分发育（刘若冰等，2006；周传祎，2008；张殿伟等，2020a），对其沉积环境的认识目前还存在较大争议，主流观点认为湄潭组沉积时期华南上扬子地区发生大规模海侵，大套泥页岩沉积于较深水环境（李皎等，2015；刘伟等，2017），也有少量学者认为湄潭组泥页岩可能沉积于浅水环境（胡华蕊等，2019；张殿伟等，2020b）。这种深水、浅水环境判识结果存在争议的主要原因在于针对黑色页岩在不同沉积环境下的岩石学、地球化学判识标准尚不明确，尤其针对鲜有实例报道的浅水页岩。奥陶系在上扬子川南黔北地区广泛出露，在位于遵义市板桥镇附近的板桥剖面奥陶系地层发育齐全，出露良好。鉴于此，笔者以遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组为例，通过对该剖面岩石沉积特征、微量元素和主量元素综合研究，讨论黑色页岩沉积环境，重建沉积模式。研究结果不仅为判别上扬子地区湄潭组黑色岩系沉积环境提供有力的沉积学、地球化学证据，也为浅水成因黑色页岩沉积环境条件判识提供一个新的研究案例，且相关岩石学、地球化学判识依据等可为类似地质背景下的黑色页岩沉积环境研究提供参考。

1 区域地质概况

华南上扬子地区自南华纪开始进入克拉通盆地演化阶段（黄福喜等，2011），震旦纪以来经历了多期构造隆升和海平面升降（陆扬博等，2017），如晚震旦世的桐湾运动、早寒武世的新开运动、晚寒武世的云南运动以及晚奥陶世—志留纪的广西运动等（Chen et al.，2010）。早奥陶世，上扬子地区表现为伸展裂陷或拗陷的构造体制，古华南海盆处于拉张环境，扬子东南缘为克拉通伸展裂陷盆地；中奥陶世，华夏板块和扬子板块再次碰撞拼合，构造背景由伸展转为挤压，上扬子地区隆起开始出现（陈洪德等，2012）；自晚奥陶世开始，受广西运动的影响，上扬子及其周缘的川中隆起、上扬子北缘隆起、雪峰山隆起、黔中隆起和康滇隆起等快速隆升为古陆，局部地区形成水下高地，上扬子地区成为被古陆所围限和水下低隆所阻隔的半封闭局限陆棚（陆扬博等，2017）。

湄潭组沉积时期是奥陶纪构造转换的重要时期，表现为基底的快速沉降以及海平面的多次振荡，其中海平面变化总体表现为湄潭组沉积早期的大幅度下降以及中晚期的大幅度上升（李皎等，2015）。上扬子地区下奥陶统湄潭组具有分布广泛、厚度大的特点，岩性主要为泥页岩、碎屑岩，夹有时厚时薄的灰岩，镜下可见笔石、三叶虫和腕足类等化石（李启剑等，2010）。上覆地层为中奥陶统十字铺组，主要发育灰岩—含泥灰岩沉积；下伏地层为下奥陶统红花园组，发育生屑灰岩（图1-B）。

研究剖面位于贵州省遵义市汇川区北部约40 km的板桥镇（图1-A），奥陶系发育齐全，出露良好，总厚460 m左右。湄潭组厚约240 m，下段以厚层状黄色、黄绿色泥页岩为特征，上段则以黑色页岩与钙质粉砂岩、生屑灰岩不等厚互层为特征（图1-B）。本次选取湄潭组上段底部的一套黑色页岩开展岩石学、沉积学及地球化学研究，也涉及到与黑色页岩共生的生屑灰岩和钙质粉砂岩，并据此综合探讨这套黑色页岩的沉积环境。

图1 遵义板桥露头剖面地理位置及奥陶系地层综合柱状图（据赵建华等，2019）Fig.1 Geographical location of outcrop and comprehensive column of the Ordovician at Banqiao section in Zunyi，Guizhou（after Zhao et al.，2019）

2 样品及方法

样品采集地点位于贵州省遵义市板桥镇，奥陶系地层在该地区发育齐全。湄潭组主要岩性包括页岩、钙质粉砂岩及生屑灰岩。本次研究主要以湄潭组上段底部黑色页岩段为对象，对野外露头上的研究层段进行密集取样（图2），共取样25个，其中黑色页岩10个、生屑灰岩9个、钙质粉砂岩6个。

图2 贵州遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组研究层段综合柱状图Fig.2 Comprehensive column of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

采集的样品经分选去除杂质后再用玛瑙钵研磨至0.074 mm（200目）以下，以用于微量元素和稀土元素分析。样品微量元素及稀土元素含量在武汉上谱分析科技有限责任公司测试，利用Agilent 7700e ICP-MS仪器分析完成。用于ICP-MS分析的样品前处理如下：（1）将200目样品置于105℃烘箱中烘干12 h；（2）准确称取粉末样品50 mg置于Teflon溶样弹中；（3）依次缓慢加入1 mL高纯HNO3和1 mL高纯HF；（4）将Teflon溶样弹放入钢套，拧紧后置于190℃烘箱中加热24 h以上；（5）待溶样弹冷却，开盖后置于140℃电热板上蒸干，然后加入1 mL的HNO3并再次蒸干；（6）加入1 mL高纯HNO3、1 mL MQ水和1 mL内标In（浓度为1 mg/L），再次将Teflon溶样弹放入钢套，拧紧后置于190℃烘箱中加热12 h以上；（7）将溶液转入聚乙烯料瓶中，并用浓度2%的HNO3稀释至100 g以备ICP-MS测试（Wen et al.，2020）。

3 结果

3.1 黑色页岩岩石学特征

研究层段位于遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组上段底部，厚度约10 m，主要发育黑色页岩、生屑灰岩和钙质粉砂岩等3种岩性，并可区分出黑色页岩与生屑灰岩、黑色页岩与钙质粉砂岩2类共生组合（图2）。

湄潭组黑色页岩以颜色暗黑、页理发育为显著特征。在露头剖面上，该页岩呈灰黑色或暗黑色，薄层状至中层状，水平纹理发育良好，层面整体相对平坦，部分层面略显起伏（图3-A，3-B），未发现宏体生物化石。这反映出湄潭组黑色页岩很可能形成于低能、安静的沉积环境中。

图3 贵州遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组研究层段黑色页岩及共生岩石宏观特征Fig.3 Macroscopic characteristics of black shale and its symbiotic rock of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

镜下观察发现，黑色页岩主要由黏土矿物、有机质、钙质碎屑以及石英颗粒等组成。钙质碎屑分选磨圆较差，粒度较粗，粒径一般为0.05～0.5 mm；石英颗粒分选磨圆较好，粒度较细，粒径一般为0.005～0.1 mm（图4-D，4-F）。

图4 贵州遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组研究层段黑色页岩及共生岩石微观特征Fig.4 Microscopic characteristics of black shale and its symbiotic rock of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

在实测剖面（图2）中，黑色页岩单层厚度一般介于4～70 cm之间，累计厚度约4 m，大约占实测剖面地层厚度的40%，主要以与生屑灰岩或钙质粉砂岩不等厚频繁互层的共生形式产出，而且从下向上黑色页岩中钙质粉屑含量明显降低，石英颗粒含量逐渐增加。这一特征与连续厚度大、质纯的深水黑色页岩明显不同，据此推测湄潭组黑色页岩很可能不是深水环境的沉积产物，而是在混积台地内低能、安静的浅水泥质潟湖环境中沉积的。

3.2 高频层序特征

3.2.1 黑色页岩与生屑灰岩共生组合

黑色页岩与生屑灰岩共生组合是板桥剖面湄潭组黑色页岩的一种主要产出状态（图3-A，3-B，3-C），即主要由生屑灰岩和页岩组成，二者通常呈薄互层。

生屑灰岩主要呈灰色薄—中层状，层面略呈波状起伏，顶部发育铁质氧化物，宏观上呈下细上粗的逆粒序结构（图2；图3-C，3-D）。局部因受到风暴作用的影响，发育侵蚀面和下粗上细的正粒序结构夹层（图4-A；5-A）。镜下观察发现，生屑灰岩还发育岩溶现象，溶沟被泥质组分充填（图4-B）。生屑灰岩主要由钙质生物碎屑（如腕足类、三叶虫等）、钙质粉屑、石英颗粒以及黏土矿物组成：钙质生物碎屑含量较高，介于25%～40%之间；黏土矿物含量相对较低，主要分布于溶沟；石英颗粒含量极低，分选磨圆较好，粒径小于0.1 mm，主要分布于溶沟及其周围（图4-B，4-C）。

页岩呈薄—中层状，颜色为暗色、暗黑色，与灰岩呈渐变接触，且横向上分布连续没有间断，发育水平层理（图3-A，3-B）。镜下观察发现，黑色页岩主要由黏土矿物和钙质碎屑组成，含有少量的石英颗粒（图4-D）。

该沉积旋回由黑色页岩与生屑灰岩组成，页岩厚度差异较大，最厚处可达70 cm，最薄处不足4 cm，而灰岩厚度主要介于10～40 cm之间。黑色页岩与上覆生屑灰岩整体形成一个完整的五级向上变浅高频序列（图2；图3-A），层序界面顶部常凹凸不平，发育溶沟及溶缝，且被下一旋回初期沉积的黑色细粒沉积物所充填（图3-C；图4-B）。多期次海侵造成海平面频繁升降，使生屑灰岩直接覆盖于黑色页岩之上，在垂向上形成碳酸盐岩和细粒沉积物垂向叠加的旋回性。根据地层垂向序列，由底至顶可将研究层段划分出多个黑色页岩与生屑灰岩互层的沉积旋回（图2）。

3.2.2 黑色页岩与钙质粉砂岩共生组合

黑色页岩与钙质粉砂岩共生组合（图2；图3-A，3-B）是黑色页岩的另一种主要产出状态，主要由钙质粉砂岩和黑色页岩组成，发育于板桥剖面的中部和上部，通常呈薄互层产出。

钙质粉砂岩呈薄层状，横向上分布连续，厚度较均匀（图3-A，3-B，3-F），发育明显的浪成交错层理以及被粉砂质充填的生物钻孔，部分浪成交错层理被生物钻孔破坏（图5-B，5-C）。镜下观察发现，钙质粉砂岩主要由石英颗粒、黏土矿物、钙质粉屑和少量生物碎屑组成，其中石英颗粒分选磨圆较好，粒径一般为0.005～0.1 mm，含量为55%～65%；钙质粉屑及生物碎屑含量为35%～45%（图4-E）。

图5 贵州遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组研究层段钙质粉砂岩与生屑灰岩典型沉积构造Fig.5 Typical sedimentary structures of calcareous siltstone and bioclastic limestone of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

页岩呈暗色、暗黑色，主要为薄层状，横向分布稳定，发育水平层理（图3-B）。镜下观察可见其主要由黏土矿物和石英颗粒组成，含有少量的钙质碎屑（图4-F）。

该沉积旋回由黑色页岩与钙质粉砂岩组成，页岩厚度介于4～20 cm之间，而砂岩厚度变化相对较大，最厚处可达40 cm，最薄处不足5 cm。局部来看，薄层黑色页岩与上覆钙质粉砂岩整体形成1个完整的五级向上变浅高频序列（图2；图3-B），层序界面较平整，钙质粉砂岩发育浪成交错层理及被上覆泥质沉积物充填的生物钻孔（图5-B，5-C）。多期次海侵造成海平面频繁升降，使钙质粉砂岩直接覆盖于页岩之上，在垂向上形成页岩和粉砂岩垂向叠加的旋回。从整个剖面来看，页岩与生屑灰岩互层向上演变为页岩与钙质粉砂岩互层，整体形成1个完整的四级向上变浅高频序列。根据地层垂向序列，可在板桥剖面划分出3个四级向上变浅高频序列（图2）。

3.3 黑色页岩地球化学特征

3.3.1 主、微量元素特征

遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组黑色页岩和生屑灰岩样品主、微量元素含量见表1。将黑色页岩的微量元素分析结果通过Al标准化后的富集系数表明，黑色页岩中V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mo等微量元素相对亏损（富集系数EF＜1），而Sr、U、Th、Ba等元素相对富集（富集系数EF＞1）。Al、Fe、Mn、Ti等主量元素的平均值均低于后太古宙澳大利亚页岩。

表1 贵州遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组研究层段黑色页岩及生屑灰岩样品主、微量元素分析结果Table 1 Analysis results of major elements and trace elements of black shale and bioclastic limestone samples of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

板桥剖面湄潭组生屑灰岩中，大部分微量元素含量比黑色页岩低，仅Mo和Sr平均值高于黑色页岩。主量元素方面，Al、Fe和Ti元素含量低于黑色页岩，Mn元素含量远高于黑色页岩。

3.3.2 稀土元素特征

板桥剖面湄潭组黑色页岩稀土元素分析结果见表2，特征参数见表3。黑色页岩稀土元素含量为191.67～481.92μg/g，平均值为285.90μg/g，远高于澳大利亚平均页岩稀土总值184.77μg/g。页岩中LREE（La、Ce、Pr、Nd）/HREE（Er、Tm、Yb、Lu）值反映了轻、重稀土元素的分馏程度，比值越大表明LREE越富集，板桥剖面黑色页岩的LREE（La、Ce、Pr、Nd）/HREE（Er、Tm、Yb、Lu）值为22.63～37.72，平均为29.52，表明轻、重稀土元素分馏程度较高，轻稀土元素在处于富集状态。δEu和δCe分别反映元素Eu和Ce的异常程度，湄潭组黑色页岩δEu和δCe平均值分别为0.89和0.97，均指示为弱的负异常。此外，黑色页岩的PAAS标准化分布模式图（图6）表明REE曲线没有明显向左或向右倾斜，整体呈近水平状分布（LaN/YbN平均值为1.28，LaN/SmN＝0.53～1.41，TbN/YbN＝1.10～1.74）（表3）。

图6 贵州遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组研究层段黑色页岩PAAS标准化REE配分模式Fig.6 PAAS-normalized rare-earth element patterns of black shale of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

表2 贵州遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组研究层段黑色页岩及生屑灰岩样品稀土元素分析结果Table 2 Analysis results of rare earth elements of black shale and bioclastic limestone samples of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou 单位：μg/g

研究层段生屑灰岩样品稀土元素总含量较高，介于60.16～203.11μg/g之间，平均值为104.88 μg/g。LREE/HREE值较大（平均值为22.50），表明轻稀土元素较为富集。此外，生屑灰岩的PAAS标准化分布模式图表明REE配分形态具有极其微弱的左倾特征，但整体趋于水平（图7）。δEu和δCe平均值均为0.97（表3），未呈现明显的正、负异常。

图7 贵州遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组研究层段生屑灰岩PAAS标准化REE配分模式Fig.7 PAAS-normalized rare-earth element patterns of bioclastic limestone of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

表3 贵州遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组研究层段黑色页岩及生屑灰岩样品稀土元素特征参数Table 3 Characteristic parameters of rare earth elements of black shale and bioclastic limestone samples of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

3.3.3 TOC及镜质体反射率特征

前人对中国古生界海相烃源岩生烃潜力评价等级进行了划分，认为下古生界TOC值小于0.5%为非烃源岩，0.5%～0.75%为差，0.75%～1.5%为中，1.5%～2.0%为好，2.0%～4.0%为很好，大于4.0%为极好（陈建平等，2012）。板桥剖面黑色页岩的TOC值介于0.09%～1.05%之间，平均为0.39%，且大部分样品的TOC值小于0.5%（图8）。

图8 贵州遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组研究层段黑色页岩TOC分布Fig.8 Distribution of TOC of black shale of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

此外，对板桥剖面湄潭组部分黑色页岩沥青反射率（R b）测试后发现，湄潭组黑色页岩有机显微组分主要为腐泥组中的沥青质（含量介于61%～68%），呈黑色无定形态。将其固体沥青反射率R b代入公式RO＝0.3195+0.679R b（丰国秀和陈盛吉，1988）后计算得出，湄潭组黑色页岩RO介于2.038%～2.152%之间，平均值为2.095%。

4 讨论

4.1 沉积水动力条件分析

已有研究表明，黑色页岩通常形成于风暴浪基面之下的深水环境中（Lucas et al.，2017；Yan et al.，2021），也可形成于风暴浪基面之上的浅水环境中（Tribovillard et al.，2019）。遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组黑色页岩常与生屑灰岩、钙质粉砂岩呈薄互层状产出，整体表现为黑色页岩与生屑灰岩薄互层向上逐渐演变为黑色页岩与钙质粉砂岩薄互层（图2；图3-A，3-B），反映了海平面的相对下降与陆源碎屑供给的增加。

具体而言，黑色页岩呈薄—中层状，且发育水平层理（图2；图3-E），其可能形成于水体相对安静、能量较弱的环境。相反，生屑灰岩顶部往往凹凸不平，镜下可见溶沟和溶缝发育以及腕足类和三叶虫等生物碎片（图3-C；图4-B，4-C），而这些沉积特征难以用深水沉积予以解释。从薄层黑色页岩与生屑灰岩互层组合来看（图2；图3-A，3-B），受高频层序界面控制的生屑滩顶部所发育的溶沟、溶缝往往充填大量暗色黏土矿物（图4-B），其成分、组构与上覆黑色页岩相似，可能为下一期高频海泛初期沉积物充填所致，由此表明生屑滩顶部存在早期暴露，其与黑色页岩沉积时的水体深度均不大，处于高频变化浪基面附近的浅水环境。此外，生屑灰岩中风暴沉积特征的发育（图4-A；图5-A），也指示其发育于风暴浪基面之上的浅水环境中。

相比较而言，薄层状钙质粉砂岩发育有明显的生物钻孔和浪成交错层理等沉积构造（图5-B）。生物钻孔的发育表明沉积水体不可能是永久缺氧的，其含氧量应当满足底栖生物的正常生命活动（Langhorne et al.，2019），而浪成交错层理的发育反映该沉积期水深处于正常浪基面之上。总的来说，2种沉积构造均反映了一个水体较浅、氧气交换较充分且受波浪或风暴影响的动态的、高能的沉积环境，而不是深水的、安静的环境。从薄层黑色页岩与钙质粉砂岩互层组合来看（图2；图3-A，3-B），薄层黑色页岩所指示的是相对低能环境，而钙质粉砂岩所指示的是相对高能环境，表明研究区发生高频海平面相对升降和沉积水动力的周期性变化。

综上所述，板桥剖面湄潭组沉积时期水体相对较浅，黑色页岩往往形成于浪基面之下相对安静的沉积微地貌低地，而沉积微地貌高地可受到波浪等强水动力作用的影响形成生屑滩或陆源碎屑滩坝。

4.2 古海水物理化学性质

4.2.1 氧化—还原性质分析

微量元素在不同的氧化—还原环境中的组成和富集程度存在差异，因此可以通过分析沉积物或沉积岩中微量元素的比值，重建其沉积环境的氧化—还原状态（常华进等，2009；Hu et al.，2018）。

前人研究发现，V、Ni、Co、U、Th等微量元素可以较好地指示沉积环境的氧化—还原状态（Chen et al.，2016；Hu et al.，2018；Mohammed et al.，2020）。笔者利用V/（V+Ni）、Th/U、V/Cr以及Ni/Co值来分析湄潭组沉积环境的氧化—还原条件。当V/（V+Ni）值分别介于0.46～0.57、0.57～0.8和0.8～1.0之间时，依次指示氧化、次氧化和缺氧环境（Chen et al.，2016；Hu et al.，2018）；当Th/U值大于2.0和小于2.0时可分别指示氧化环境和缺氧环境（Wignall and Twitchett，1996；Kimura and Watanabe，2001）；当V/Cr值小于2.00、介于2.00～4.25之间以及大于4.25时，分别代表氧化、次氧化和缺氧环境；当Ni/Co值 介于0～5.00、5.00～7.00以 及 大 于7.00时分别代表氧化、次氧化和缺氧环境（Jones and Manning，1994；Hu et al.，2018）。通过测试和分析得出，板桥剖面湄潭组黑色页岩样品V/（V+Ni）值为0.60～0.75，平均值为0.71；Th/U值为3.10～6.78，平均值为5.52；V/Cr值为1.00～1.13，平均值为1.07；Ni/Co值为1.51～2.92，平均值为2.04（图9）。综合分析上述指标，可以认为板桥剖面湄潭组黑色页岩整体形成于次氧化-氧化环境中。

图9 贵州遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组研究层段氧化—还原及古盐度指标的地层分布Fig.9 Stratigraphic distribution of oxidation-reduction and paleosalinity proxies of studied strata of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

4.2.2 古盐度

Sr/Ba值是分析古盐度的常用指标（王敏芳等，2006；熊小辉和肖加飞，2011；魏巍等，2021）。由于Ba的迁移能力及其硫酸盐化合物的溶解度比Sr要小得多，导致Ba与Sr在不同的盐度环境下与硫酸根离子结合发生沉淀，因此可以通过沉积物Sr/Ba值来反映沉积水体的古盐度特征（李成凤和肖继风，1988；熊小辉和肖加飞，2011）。前人研究表明，Sr/Ba值小于0.2、介于0.2～0.5之间和大于0.5分别指示淡水、半咸水以及咸水环境（魏巍等，2021）。板桥剖面湄潭组黑色页岩样品的Sr/Ba值介于0.11～2.20之间，平均值为0.55。进一步分析发现，本次研究所取的10个黑色页岩样品中只有1个样品的Sr/Ba值大于0.5，其余样品的Sr/Ba值均小于甚至远小于0.5（图9），因此综合分析认为该黑色页岩沉积环境为淡水—半咸水环境。

4.2.3 大气淡水作用

研究剖面湄潭组大量发育灰色薄—中层状生屑灰岩。宏观上可见生屑灰岩与黑色页岩频繁互层，构成高频向上变浅序列，局部可见因风暴作用而形成的侵蚀面，表明其沉积时位于风暴浪基面之上。镜下可见石英颗粒以及腕足类、三叶虫等生物碎片，同时也可见岩溶现象，其溶沟主要被泥质组分充填，也可见少量石英颗粒（图4-B，4-C）。由于湄潭组沉积时期水体较浅，故认为该岩溶现象极有可能与早成岩期大气淡水淋溶有关。以生屑灰岩为主的生屑滩发育于沉积微地貌高地，在早成岩期由于沉积速率整体高于细粒岩类，造成沉积可容空间受限，更易遭受大气淡水的淋蚀形成溶沟和溶缝，并被下一期高频海泛初期泥质沉积物充填。

地球化学测试结果较好地印证了上述推测。从稀土元素来看，生屑灰岩的REE配分形态具有极其微弱的左倾特征，但整体趋于水平（图7），与正常海水REE所具有的明显左倾特征相比，LREE有所富集；与此同时，生屑灰岩的∑REE相对较高，介于60.16～203.11μg/g之间，平均值为104.88 μg/g（表3），整体其高于正常海水∑REE平均值，从而呈现出受到了一定程度的陆源物质输入及大气淡水影响 的特征（Nothdurft et al.，2004；Webb et al.，2009；Xiao et al.，2020）。生屑灰岩的Y/Ho值介于30.33～34.88之间，平均值为32.52，显著低于Bau和Dulski（1996）统计的海相沉积物Y/Ho平均值（45.50），同样反映了受大气淡水的影 响（Webb and Kamber，2000；Nothdurft et al.，2004；Zhao and Zheng，2017）。

综上，生屑灰岩受到早成岩期大气淡水的影响而发育岩溶，形成溶沟和溶缝，且后期被泥质组分充填。这也与上述湄潭组沉积环境水体较浅、水体盐度较低相吻合。

4.3 湄潭组沉积模式

结合岩性差异和沉积旋回特征，建立了区内湄潭组沉积模式（图10），黑色页岩与生屑灰岩以及钙质粉砂岩的不等厚频繁互层整体受四级、五级海平面变化与沉积微地貌起伏的共同控制。在四级海侵体系域（TST），由于海平面的快速上升，研究区整体发育黑色页岩沉积；在四级高位体系域（HST），研究区沉积微地貌高地与低地开始发生沉积分异，沉积微地貌高地发育以生屑灰岩或钙质粉砂岩为主的台内滩沉积，而微地貌低地则发育以黑色页岩为主的混积潟湖沉积。根据黑色页岩与生屑灰岩、钙质粉砂岩的垂向组合演化特征，可进一步将四级高位体系域划分为四级高位体系域早期（EHST）和四级高位体系域晚期（LHST）。在四级高位体系域早期阶段，研究区整体为陆源供给有限的浅海沉积环境，微地貌高地常位于浪基面之上，水体能量高有利于碳酸盐生屑滩的发育，而滩体之间的微地貌低洼地区由于位于浪基面之下，沉积环境相对安静受限，从而发育页岩沉积。在四级高位体系域晚期阶段，随着海平面进一步下降，陆源区暴露面积增大，陆源碎屑供给明显增多，导致研究区受陆源影响强烈，在靠近陆源区的微地貌高地开始沉积砂滩，而远离陆源区的微地貌高地因受陆源碎屑影响较小则沉积生屑滩，滩体之间的微地貌低洼地区则发育页岩沉积，且其中碎屑石英含量明显增加。

图10 贵州遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组沉积模式Fig.10 Sedimentary model of the Lower Ordovician Meitan Formation at Banqiao section in Zunyi，Guizhou

综上所述，湄潭组黑色页岩与生屑灰岩以及钙质粉砂岩的不等厚频繁互层是高频海平面变化以及沉积微地貌起伏共同作用的结果。

4.4 烃源意义

已有研究表明，四川盆地在湄潭组沉积时期存在川南和川北2个沉积中心，且川北地区页岩TOC含量显著高于川南地区，并认为具有生烃潜力的湄潭组烃源岩主要分布在川北地区，而川南地区湄潭组烃源岩生烃潜力有限（张殿伟等，2020a）。本次通过对遵义板桥剖面湄潭组黑色页岩总有机碳和镜质体反射率测试分析发现，其TOC介于0.09%～1.05%之间，平均为0.39%，仅有少量样品TOC达到烃源岩下限标准，与前人研究发现相吻合；但RO介于2.038%～2.152%之间，平均值为2.095，表明有机质已达到过成熟阶段。此外，有机显微组分主要为腐泥组中的沥青质，呈黑色无定形态，为Ⅰ型干酪根。由此可见，对湄潭组进行准确的烃源评价、恢复湄潭组黑色页岩的原始TOC含量及古生产力水平是十分有必要的。

前人通过对含油气盆地深部烃源岩的TOC恢复研究发现，含油气盆地深部处于高过成熟阶段（RO＞1.2%）的烃源岩的原始TOC约为当前实测TOC的1.5～3.5倍，且含Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型母质的泥质岩烃源岩的TOC恢复系数分别为3.0、2.0和1.4（庞雄奇等，2014）。湄潭组黑色页岩有机质类型为Ⅰ型，将其TOC恢复后发现其原始TOC含量介于0.28%～3.16%之间，平均值为1.25%，且只有2个数据值小于0.5%，整体为有效烃源岩。另外，P和Ba元素是较好的古生产力指标（Zeng et al.，2015；Bejugam and Nayak，2019），Xi和Tang（2021）主要以P/Ti值表征湄潭组黑色页岩的古生产力水平，文中黑色页岩P/Ti值介于0.15～1.95之间，平均值为0.74，远高于澳大利亚后太古代平均页岩（0.13），表明研究区湄潭组有效烃源岩与高的古生产力有关（Chen et al.，2021；Xi and Tang，2021）。

综上所述，遵义地区湄潭组黑色页岩TOC含量相对较低，主要可能有2个方面原因：一是沉积期水体相对较浅，氧气交换较充分，从而在一定程度上影响有机质的保存；二是随着埋深和热演化程度的不断增加，有机质大量热解导致残余的TOC含量大幅度减少。值得注意的是，尽管川南湄潭组黑色页岩烃源质量整体不如川北地区，但通过其RO值对原始TOC含量进行恢复后发现其依然是有效的烃源岩。因此，可以认为川南地区的湄潭组黑色页岩形成于浅水环境，但仍是有效的烃源岩，具备一定的生烃潜力，这与湄潭组高的古生产力有关。

5 结论

1）贵州遵义板桥剖面下奥陶统湄潭组发育黑色页岩与生屑灰岩、黑色页岩与钙质粉砂岩2种共生组合，其中生屑灰岩和钙质粉砂岩均呈现出浅水沉积特征，它们的叠置与分布整体受四级、五级海平面变化与沉积微地貌起伏的共同控制，而黑色页岩主要发育于滩体之间的微地貌低洼地区。

2）湄潭组黑色页岩不是深水环境的沉积产物，而是在混积台地内低能、安静、次氧化-氧化的浅水泥质潟湖环境中沉积的。

3）湄潭组黑色页岩的多种微量元素比值指示其形成于次氧化-氧化环境，Sr/Ba值指示其沉积于淡水—半咸水环境，与其伴生的生屑灰岩呈现出暴露岩溶特征。

4）遵义板桥剖面湄潭组黑色页岩为一套形成于浅水、次氧化-氧化环境的有效烃源岩，主要与沉积时高的古生产力有关，这为判识川南地区湄潭组黑色岩系生烃潜力提供了有力的证据。