贵州习水骑龙村奥陶系五峰组—志留系龙马溪组剖面

刘树根，冉 波，叶玥豪，王世玉，杨 迪，罗 超，韩雨樾，宋金民，张 旋

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），四川成都610059；2.西华大学，四川成都610039；3.陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西西安710075；4.中国石油西南油气田分公司，四川成都610041）

1 区域概况

习水骑龙村五峰组—龙马溪组剖面位于贵州省习水县温水镇境内，离习水县城约55 km，交通便利，正习高速与江习高速均可到达（图1a）。构造上位于四川盆地东南边缘，黔中隆起北缘，剖面起点全球定位系统（GPS）:28°27'36.2″，103°38'34.3″（图1b）。受黔中隆起构造作用影响，该地区的断裂主要有近东西向断裂、北北西—南南东向断裂和北东—南西向断裂，局部地区还发育一些近南北向断裂[1-3]。该剖面出露完整，是贵州—重庆地区五峰组—龙马溪组出露最完整的连续剖面之一，古生物发育齐全，是研究古生物地层和无机地球化学的典型剖面。

图1 习水骑龙村剖面所属地区区域特征Fig.1 Regional characteristics of Qilong Village outcrop in Xishui

2 地层及岩性特征

2.1 五峰组—龙马溪组地层特征

龙马溪组源于LEE and CHAO（1924年）在峡东所创的“龙马页岩”及稍后尹赞勋（1943年）的“龙马溪页岩”[4]。按照LEE and CHAO（1924年）的划分，其“龙马（溪）页岩”整合在“雷（艾）家山灰岩”即现今的宝塔—临湘组之上。这实际上包括了后来被SUN（1931年）称之为“五峰页岩”的奥陶系顶部地层[5]。但此后穆恩之（1954年）文中所称的“龙马溪群”实际上已经是将五峰组分解出来之后的划分，也就是现在许多学者使用的“龙马溪组”的范畴[6]。习水骑龙村剖面是川东南地区五峰组—龙马溪组出露最完整的连续剖面（图2、图3），我们对该剖面五峰组—龙马溪组进行大比例尺的精细测量，从上至下详细分层如下：

图2 习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组综合柱状图Fig.2 Borehole histogram of Wufeng-Longmaxi Formation in Qilong Village outcrop,Xishui

1）石牛栏组（19 层）：厚17.9 m，中浅灰含钙泥岩夹数层薄—微层中深灰色白云质灰岩，泥∶灰=2∶3（图3a）。

2）龙马溪组上段：①18 层，厚24.7 m，中浅灰含钙泥岩夹数层薄—微层中深灰色白云质灰岩，可见水平层理，泥晶灰岩与钙质泥岩比为1:3（图3b、图4a）；②17 层，厚12.5 m，中浅灰含钙泥岩夹数层薄—微层中深灰色白云质灰岩，条带数量增加，与泥岩比例为10:1，见垂直层面的节理（图4b）；③16 层，厚11.9 m，中浅灰含钙泥岩夹数层薄—微层中深灰色白云质灰岩；④15 层，厚14.1 m，中—深灰色含钙质泥质粉砂岩与粉砂质泥岩，夹不连续的透镜状泥质灰岩条带（图4c）；⑤14 层，厚44.8 m，中深灰色含钙粉砂质泥岩与泥质粉砂岩，见少量灰质白云岩透镜体，见笔石化石Pernerograptus revolutus，Rastrites hybridus，pristiograptuscf.leptotheca，Pseudoclimacograptussp.（图3c、图4d—图4f）；⑥13 层，厚4.3 m，中深灰色含钙粉砂质泥岩夹黑色粉砂质泥岩，见笔石化石Pseudoclimacograptussp.，Monograptussp.，Hedrograptussp.，Oktavitessp.，Rastritessp.（图3d）；⑦12 层，厚7.2 m，中深灰色含钙泥质粉砂岩，见水平层理，少见垂直层面的方解石脉，见笔石化石Monograptussp.，Climacograptussp.，Hedrograptussp.，Rastritessp.，Pristiograptussp.。

3）龙马溪组下段：①11 层，厚3.5 m，黑色含钙泥质粉砂岩，见明显水平层理，见球形风化和两组垂直层面的节理，见笔石Hedrograptussp.，Oktavitessp.，Rastritessp.，Pristiograptussp.；②10 层，厚0.7 m，黄灰色与黑色含钙泥质粉砂岩互层，偶见灰色灰质条带，水平层理发育，见笔石Hedrograptussp.，Oktavitessp.，Pristiograptussp.；③9 层，厚11.1 m，黑色含钙质泥质粉砂岩，发育多组节理，节理部分被方解石脉充填，见笔石Hedrograptussp.，Oktavitessp.，Rastritessp.，Pristiograptussp.，Glyptograptussp.，Diplograptussp.；④8 层，厚14.5 m，黑色中—薄层含钙粉砂质泥岩，见串珠状黄铁矿结核与节理，见笔石Pristiograptus leeiHsii，Climacograptussp.；⑤7 层，厚2.4 m，黑色含钙泥质粉砂岩，见明显的水平层理，球形风化和节理（图3e、图4g）；⑥6 层，厚12.6 m，黑色中—薄层含粉砂质页岩，见笔石Pristiograptussp.，Climacograptussp.，Minutus Carruthers，Dimorphograptussp.；⑦5 层，厚4.6 m，黑色中—薄层碳质页岩，见笔石Orthograptus guizhouensisChen et Lin，Glyptograptus persclptus-sinuatusChen et Lin，Glyptograptussp.，Pristiograptussp.等（图3f、图3h）。

图4 习水骑龙村剖面上奥陶统—下志留统镜下典型沉积构造Fig.4 Microscopic typical sedimentary structures of Upper Ordovician-Lower Silurian in Qilong Village outcrop,Xishui

4）五峰组观音桥段（4 层）：厚0.4 m，深灰色中层含泥质生屑灰岩，产腕足和双壳等[7-8]，Hirnantia magnaRong，Tetraphulerellasp.，Rafinesquinasp.，Dalmanellasp.（图3f、图3g）。

5）五峰组黑色页岩段：①3 层，厚1.2 m，黑色薄层含硅质页岩、碳质页岩，见笔石Paraorthograptuscf.typicusMu，Dicellograptussp.，D.complanatus asiaticusChen（图3g）；②2层，厚1.4 m，黑色中—薄层碳质页岩，笔石较上层明显增多，见笔石Tangyagraptus typicusMu，Dicellograptus excavtusMu，Glyptograptassp.；③1 层，厚0.7 m，黑色中层钙质泥岩，产少量笔石Orthograptus abbreviatesE，Dicellograptus ornatus brevispinusChen等。

6）涧草沟组（0 层）：层厚2.6 m，主要岩性为灰色中—厚状瘤状泥质灰岩，顶部为灰色中层状钙质粉砂岩，产三叶虫化石Claymenesumcf.granulosa，Hammatocnemissp.；腕足Austinellasp.（图3h）。

图3 习水骑龙村剖面上奥陶统—下志留统野外地层特征Fig.3 Stratigraphic characteristics of Upper Ordovician-Lower Silurian in Qilong Village outcrop,Xishui

CHEN 等（2000年）通过对五峰组—龙马溪组笔石分布特征的研究，建立的生物地层序列，已经逐渐成为国际间同期地层划分和对比的标准[9-10]。五峰组—龙马溪组笔石页岩地层自下而上可划分为5 阶13 个笔石带，5 阶分别为凯迪阶、赫南特阶、鲁丹阶、埃隆阶和特列奇阶[11-12]。五峰组时期的凯迪阶黑色页岩的底界以Foliomena-Nankinolithus带，或者Dicellograptus complexus带的出现为标志[11]；赫兰特阶（观音桥段）以Normalograptus extraordinarius笔石带的首次出现作为界线标志，以赫南特贝动物群（Hirnantia Fauna）为特征。按照最新划分，龙马溪组由下部黑色笔石相页岩和上部的灰绿色—黄绿色混合相泥质粉砂岩组成，包含Metabolograpyus.Persculptus，Akidograptus ascensus，Parakidograptus acuminatus，Cystograptus vesiculosus，Coronograptus cyphus，Demirastrites Pectinatus-Monograptus argenfeus，Demirastrites triangularis，Lifuigraptus convolutus及Stimulograptus sedgwickii8个化石带[13-14]。

基于岩石薄片尺度对骑龙村剖面的五峰组—龙马溪组进行系统岩相学分析表明，不同层位具有不同的岩相特征：①龙马溪组上段沉积构造、纹层类型较为发育，该层段主要包括不明显纹层粉砂岩（ILS），不平行纹层页岩（NLM），粒序层理页岩（GRM）；②龙马溪组下段岩性相对单一，纹层类型单一，主要岩石类型为不明显纹层页岩（ILM），平行纹层页岩（PLM）；③五峰组主要岩石类型为不明显纹层页岩（ILM）以及少量透镜状纹层页岩（LEM）。现将各岩石类型成因机制分述如下。

透镜状纹层页岩（LEM，图5a），纹层多呈透镜状，单一纹层厚度变化范围较大，从5 mm 到2 cm，纹层中部厚度较大，向两侧减薄并尖灭，纹层通常具有侵蚀界线。透镜状页岩沉积在水体较浅的环境，由间歇性侵蚀水流搬运泥质沉积物最终经成岩作用形成。

不明显纹层页岩（ILM，图5b、图5d），不明显层状页岩（ILM）的颜色主要为黑色或深灰色，内部矿物颗粒通常悬浮在基质中，颗粒分布通常均匀，无明显的沉积或纹层构造，并且存在少量的陆源不稳定矿物（如长石）。这些现象表明不明显纹层页岩是由深水环境和少量大陆输入背景下，由悬浮沉降物连续缓慢沉积形成。

不明显纹层粉砂岩（ILS，图5c、图5p），通常由粒度介于39～62.5 mm 的碎屑颗粒组成，矿物主要为方解石、白云石、黏土及石英。岩石内部矿物分布均匀，结构均一，未见明显的沉积构造或纹层。不明显层状粉砂岩(ILS)的出现表明碎屑物质显著增加，这种沉积环境通常具有相对较浅的沉积水体且水动力条件较强。

平行纹层页岩（PLM，图5e、图5f），通常具有明显的纹层构造，可以观察到非侵蚀形成的纹层界线，纹层通常连续性较好，单一纹层厚度非常薄。纹层边界主要形成于平静的沉积环境中，如远离海岸的弱底流。这些特征表明平行层状页岩（PLM）主要成因为相对平静的水体环境中的幕式悬浮沉积，而不是连续悬浮沉积。

不平行纹层页岩（NLM，图5g—图5l、图5n、图5o），纹层多为楔状纹层，连续性较差且相互不平行，单一纹层厚度变化范围较大，介于极薄至中等厚度之间。可以观察到侵蚀性水动力条件下形成的纹层界线，多与波纹、充填及交错层理伴生。这些特征表明，不平行层状页岩相（NLM）形成于浅水区的高能和低能条件频繁交替的沉积环境中。

粒序层理页岩（GRM，图5m），纹层通常具有相对规整的形状，连续性较好，纹层内部呈现正粒序，纹层通常具有侵蚀界线。从较粗到较细的粒度变化通常解释为间歇性低密度流产生的阶段性沉积，具有一定强度的水动力条件。

图5 习水骑龙村剖面上奥陶统—下志留统纹层类型特征Fig.5 Laminar type characteristics of Upper Ordovician-Lower Silurian in Qilong Village outcrop,Xishui

骑龙村剖面从底部到顶部，沉积构造具有明显的阶段性变化趋势，这也直接反映了上奥陶统—下志留统沉积环境的阶段性变化过程。不明显纹层页岩（ILM）在五峰组大量出现，从五峰组到观音桥段陆源沉积输入逐渐增加，达到第一次碎屑输入的峰值，相应的岩相变为不明显纹层粉砂岩（ILS）。随后在龙马溪组下段，则大量出现了不明显纹层页岩（ILM）以及平行纹层页岩（PLM），表明沉积水体深度再次增加，水动力条件减弱。值得注意的是，龙马溪组上段再次出现大量的沉积构造，包括波纹痕（RML）、切割和填充构造（CFL）、卷曲层理（COL）和交叉层理（CRL），所有这些沉积特征都反映了碎屑物质输入的增加，并在龙马溪组上部达到第二个峰值，然后逐渐减少。

基于本次的沉积学分析，骑龙村剖面的五峰组—龙马溪组可分为4段：①五峰组下段黑色页岩为深水陆棚亚相；②五峰组上段观音桥段介壳灰岩为浅水陆棚亚相；③龙马溪组下段页岩为深水陆棚亚相；④龙马溪组上段泥灰岩段为浅水陆棚亚相。

2.2 五峰组—龙马溪组矿物组分特征

通过对习水骑龙村剖面的44个样品进行X 衍射分析，获得其碳酸盐、黏土、石英（包括长石、黄铁矿、磷酸盐）的组成。其中五峰组下段黑色页岩段5件样品，五峰组观音桥段6 件样品，龙马溪组下段黑色页岩段15 件样品，龙马溪组上段非黑色页岩段18 件样品。通过分析，发现骑龙村剖面从底到顶，石英含量逐渐减少，由五峰组下段的58%减少到龙马溪组上段的22 %；黏土矿物逐渐增加，五峰组下段为36.5%，龙马溪组下段黑色页岩段为43%，龙马溪组上段非黑色页岩段为65%；碳酸盐岩矿物逐渐增加，普遍都存在黄铁矿及其他矿物（图6）。这说明骑龙村剖面从底到顶，岩石脆性逐渐减弱，而塑性矿物逐渐增强，同时反映了物源的变化和沉积的连续性与渐变性。与Barnett、Ohio 等深水泥岩进行三角图投点对比（图7），揭示五峰组下段黑色页岩相石英、长石含量最多，其次为黏土，碳酸盐矿物极少，主要集中在深水泥岩相的分布范围；龙马溪组黑色页岩段石英、长石含量相对五峰组黑色页岩段较少，黏土矿物相对增加；而龙马溪组上段黏土矿物含量最多，石英、长石等脆性矿物相对最少。因此，五峰组下段黑色页岩脆性好，龙马溪组下段黑色页岩段次之，而龙马溪组上段粉砂质泥岩脆性较差。

图6 习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组X衍射全岩分析矿物含量对比Fig.6 Comparison of mineral content in whole rock analysis by X-ray diffraction of Wufeng-Longmaxi Formations in Qilong Village outcrop,Xishui

图7 习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组黑色页岩矿物学三元图解（Bossier等页岩数据来自Hyden，2009年）Fig.7 Ternary diagram of black shale mineralogy of Wufeng-Longmaxi Formations in Qilong Village outcrop,Xishui（shale data of Bossier,et al,from Hyden）

3 有机地球化学特征

3.1 有机质类型

通过对习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组样品的分析测试，得出其有机碳同位素主要集中在-29.52 ‰～-27.41 ‰，推测干酪根类型为腐泥型（I）—腐殖腐泥型（Ⅱ1）。习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组干酪根显微组分构成特征研究表明，显微组分中以腐泥组占优为主要特征，接近或者超过50%；其次为镜质组组分；壳质组和惰质组组分含量较低，壳质组最低。用表征干酪根各组分（腐泥组、壳质组、镜质组和惰质组）的相对百分含量进行加权计算而得的干酪根类型指数（TI）是表征烃源岩类型的定量参数：TI≥80 %为Ⅰ腐泥型干酪根；80 %≥TI≥40%为Ⅱ1腐殖腐泥型干酪根；40%≥TI≥0 为Ⅱ2腐泥腐殖型干酪根；TI≤0 为Ⅲ腐殖型干酪根[15]。干酪根类型指数计算表明，习水骑龙村剖面龙马溪组页岩主要为Ⅰ型和Ⅱ1型，表明该区龙马溪组有机母源以低等水生生物为主，多见笔石。

3.2 有机质丰度

通过对习水骑龙村五峰组—龙马溪组剖面48个样品进行有机碳测试，样品TOC分布在0.31 %～6.69 %，平均值为2.48 %；黑色页岩TOC值比较高，高值主要集中在五峰组黑色页岩段和龙马溪组底段黑色页岩段，五峰组TOC值最大，龙马溪组黑色页岩段次之，龙马溪组非黑色页岩段最小（图8、图9）。可见，五峰组黑色页岩段与龙马溪组黑色页岩段有机质丰度高，为研究的重点层段。同时生烃潜力值与此一致，其最大值为0.4 mg/g，且从剖面底部往顶部逐渐降低。

图8 习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组TOC值频率分布Fig.8 TOC histograph of Wufeng-Longmaxi Formations in Qilong Village outcrop,Xishui

4 无机地球化学特征

4.1 初级生产力

Ba 是目前应用最广泛最成熟的古生产力指标，因为Ba 为一种惰性元素，沉积物中Ba 主要是以重晶石形式保存，在成岩过程中其矿物成分保持稳定[16-18]，因此Ba 可作为很好的古生产力指标。骑龙村五峰组—龙马溪组数据反映海洋古生产力的情况见图9。骑龙村剖面黑色页岩中的钡有生源钡和陆源钡，生源钡占总钡约54.8 %。当然不同样品之间生源钡的含量存在差异，总体从剖面底到顶略有降低。五峰组生源钡含量介于339.2～692.0 mg/L，平均含量445.0 mg/L，展示出古生产力相对较低（焦石坝生源钡平均含量995.86 mg/L）；龙马溪组下段生源钡的含量介于177.1～802.0 mg/L，平均含量377.92 mg/L，同样展现出古生产力较低；龙马溪组上段生源钡的含量介于226.0～581 mg/L，平均含量344.9 mg/L，同样展现出古生产力较低。通过生源钡含量显示五峰组具有相对较高的生产力，向上具逐渐降低的趋势（图9）。TOC与古生产力之间具有一定的相关性，古生产力在一定程度上控制了沉积物质中有机质的含量。

沉积物中自生Mo 与有机质有很好的相关性[19-20]。U/Mo 的比值能很好地反应自生Mo 的存在，因此U/Mo 可以作为判断有机质埋藏效率的指标[21-22]，U/Mo 的比值越小，指示有机质的埋藏效率越高。骑龙村五峰—龙马溪剖面U/Mo的比值为0.26～3.1，平均为0.79，剖面上展示出从底到顶U/Mo 比值逐渐增加的趋势（图9），有机质的埋藏效率在五峰组和龙马溪组下段相对较高，U/Mo 与TOC成负相关性。Ti 作为物源判断的重要指标，含量在0.10 %～0.51%，平均0.36%，整体含量较低，但在剖面上从底到顶逐渐增加（图9）。这说明从五峰组至龙马溪组陆源物源输入逐渐增加。

图9 习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组黑色页岩地球生物特征Fig.9 Biogeochemical characteristics of black shale of Wufeng-Longmaxi Formations in Qilong Village outcrop,Xishui

4.2 氧化还原环境

V、Mo、U、S 和Ni 的含量一般与还原条件呈正相关，前人通过这些元素的特性建立了一系列（V/Cr、V/Sc、Ni/Co、V/(V+Ni)、U/Th）氧化还原的判别标准[23-24]（表1）。

表1 缺氧环境的基本特征及综合判识[23-24]Table 1 Basic characteristics and comprehensive identification of anoxic environment[23-24]

五峰组的Mo 元素的值介于1.03～78.44 mg/L，平均79.47 mg/L；龙马溪组下段Mo 元素介于10.11～100.6 mg/L，平均36.67 mg/L；龙马溪上段Mo 元素介于0.98～4.78 mg/L，平均2.72 mg/L。同样Mo 在五峰组—龙马溪组下段富集，在龙马溪组上段明显降低（图10）。五峰组U/Th 的比值介于0.22～2.11，平均值1.17；龙马溪组下段U/Th 的比值介于0.39～3.06，平均0.94；龙马溪组上段U/Th的比值介于0.18～0.49，平均0.26；五峰组U/Th 的比值表现出高值，龙马溪组U/Th 的比值变化范围较大，在龙马溪组下段U/Th 的比值也展现出高值，但向上比值逐渐降低，龙马溪组上段展现出低值。

五峰组Ni/Co 的值介于11.01～2.11，平均19.75；龙马溪组下段的Ni/Co 的值介于2.85～17.83，平均7.17；龙马溪组上段的Ni/Co 的值介于2.55～4.14，平均3.16。五峰组、龙马溪组下段和龙马溪组上段Ni/Co 的值存在较大差异，五峰组和龙马溪组下段大多数样品Ni/Co 的平均值大于7，表明五峰组和龙马溪组下段黑色页岩属于缺氧环境；龙马溪组上段Ni/Co 的值较小，普遍小于5（图10、图11），在纵向上从底到顶逐渐降低，表明龙马溪组黑色页岩所属沉积环境变化较大，从缺氧到氧化环境都存在，在纵向上龙马溪组下段主要为缺氧—贫氧环境，龙马溪组上段主要为氧化环境。

V/Cr 和V/（V+Ni）多数大于1.6 和0.6（图9）；V/Cr值显示五峰组下段处于缺氧环境，龙马溪组下段黑色页岩段主要处于贫氧—缺氧环境，龙马溪组上段非黑色页岩段处于氧化环境；而观音桥段V/Sc 均较低（图11）；V/Cr 多数小于2；V/（V+Ni）多分布于0.60左右；指示该时期以氧化或贫氧环境为主（图10）。

图10 习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组微量元素比值纵向变化特征Fig.10 Longitudinal variation of trace element ratio of Wufeng-Longmaxi Formations in Qilong Village outcrop,Xishui

整体而言，剖面从底到顶，U/Th 值表现为逐渐降低的趋势，V/Sc、V/Cr 值都表现为逐渐降低的趋势，反映了五峰组—龙马溪组下段—龙马溪组上段的沉积环境为缺氧—贫氧—氧化环境（图11）。

图11 骑龙村剖面五峰组—龙马溪组氧化还原条件判别Fig.11 Discriminant of redox conditions of Wufeng-Longmaxi Formations in Qilong Village outcrop,Xishui

5 黑色页岩孔隙特征

5.1 孔隙类型

通过扫描电镜观察，习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组页岩主要发育有机质孔、裂缝、粒间孔和粒内孔。

本次研究采用LOUCKS 等（2009年）提出的页岩孔隙类型的分类标准[25]：①有机质孔，主要形成在有机质内部；②粒内孔，主要形成在矿物颗粒内部；③粒间孔，主要形成于颗粒或晶体之间。根据此标准对五峰组—龙马溪组页岩中孔隙的类型和大小进行系统描述。

1）有机质孔

页岩中的有机质伴随着埋深的增加，温度升高有机质达到成熟，页岩中有机质孔隙多见于生气窗（成熟度大于1.3 %）[26-29]。骑龙村剖面五峰组—龙马溪组页岩的有机质成熟度平均为1.6%，表明具有形成大量有机质孔的条件。通过扫描电镜观察，骑龙村剖面有机质主要分布在刚性颗粒之间，有机质孔发育，孔隙形态以不规则的、泡沫状为主（图12d—图12f）。有机质孔主要分布在10～60 nm，而且主要峰值介于15～45 nm（图13）。

2）粒内孔

粒内孔主要存在于碎屑颗粒内部的孔隙[30]，碎屑颗粒主要为矿物、晶粒、生物和草莓状黄铁矿。这些孔隙并非是原生的孔隙，大部分可能是成岩过程中形成的，主要包括:①碳酸盐岩和长石属于不稳定矿物在成岩作用过程中溶蚀形成粒内孔（图12a、图12b）；②在草莓状黄铁矿内部黄铁矿晶体间的孔隙（图10c）。粒内孔主要分布小于1 000 nm，而且主要峰值介于20～400 nm（图13a、图13b）。

图12 习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组页岩粒内孔的主要形态特征Fig.12 Main morphological characteristics of inner pores in shale grains of Wufeng-Longmaxi Formations in Qilong Village outcrop,Xishui

3）粒间孔

粒间孔主要发育在页岩内部刚性颗粒（石英、长石、碳酸盐矿物）和黏土矿物之间，和部分黏土矿物之间（图14），其孔隙形态不规则，孔隙以扁平状和长条状为主。在埋藏过程中，韧性的矿物颗粒会发生弯曲，这样直接会关闭粒间孔的空间并堵塞孔喉。总之，粒间孔独立，连通性较差；粉砂质页岩中的粒间孔隙孔径相对较大，碎屑可能支撑形成呈不规则状；富有机质页岩中的粒间孔孔径相对较小，主要为碎屑颗粒之间相对独立的孔隙，呈三角状与不规则状；粒间孔的大小分布区间明显要比粒内孔要广泛，其大小介于190～4 500 nm，而且主要峰值介于190～1 600 nm（图13 d）。

图13 习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组页岩中孔隙大小分布Fig.13 Pore size distribution in shale of Wufeng-Longmaxi Formations in Qilong Village outcrop,Xishui

图14 习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组页岩粒间孔的主要形态特征Fig.14 Main morphological characteristics of intergranular pores in shale of Wufeng-Longmaxi Formations in Qilong Village outcrop,Xishui

4）微裂缝

微裂缝是页岩孔隙重要的组成部分，裂缝不仅可以为气体的储存提供空间，还可以为气体的流通充当一定的通道。骑龙村五峰组—龙马溪组黑色页岩中的微裂缝主要有4种形成机制：①黏土矿物在一定条件下的脱水缩合形成（图15a）；②不同矿物之间的缝隙（图15d）；③受到一些外力作用，在矿物颗粒内部（图15c）；④晶间也可以形成微裂缝（图15b）。

图15 习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组剖面黑色页岩中的微裂缝Fig.15 Microscopic cracks in black shale of Wufeng-Longmaxi Formations in Qilong Village outcrop,Xishui

通过对习水骑龙村剖面20个样品扫描电镜的统计（图16），五峰组—龙马溪组黑色页岩孔隙特征在纵向上总体表现为向上孔隙度增加，下段孔隙直径相对较小，向上孔隙直径增大。有机质孔隙主要集中在五峰组和龙马溪组下段，而粒内孔主要集中在观音桥段，为生物碎屑溶蚀孔，其孔隙可以达到40 μm。

图16 习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组微观孔隙纵向上的变化特征Fig.16 Longitudinal variation characteristics of microscopic pores of Wufeng-Longmaxi Formations in Qilong Village outcrop,Xishui

通过对五峰组—龙马溪组扫描电镜照片孔隙分布进行统计，发现在五峰组硅质页岩中，在统计的两个样品中测量的1 328 个孔隙，孔径小于1 μm 的孔隙占78.3%。在龙马溪组下部4 个碳质泥岩样品统计的3 950 个孔隙中，孔径小于1 μm 的孔隙占58.3%；在龙马溪组上段粉砂岩中，在两个样品统计的5 610 个孔隙中，孔径小于1 μm 的孔隙占49.2%。这些测量结果表明，孔径小于1 μm 的孔隙数量随地层向上减小，孔径大于1 μm 的孔隙数量随地层向上增加。在黑色碳质泥岩中，孔隙以直径500 nm～1 μm最常见（图17）。因此，五峰组—龙马溪组小孔径孔隙占比随地层向上递减，大孔径孔隙占比随地层向上递增。

图17 习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组微观孔隙纵向变化特征Fig.17 Longitudinal variation characteristics of micro pores of Wufeng-Longmaxi Formations in Qilong Village outcrop,Xishui

5.2 孔隙结构

根据习水骑龙村剖面15块样品的氮气吸附—脱附实验曲线（图18），曲线形态主要分为两类样品：①样品TZ-1H、TZ-2H、TZ-4H、TZ-5H、TZ-6H、TZ-10D（图18）：脱附曲线在相对压力小于0.4 范围内很小，几乎与吸附曲线重合，在相对压力为0.4～0.5 出现明显的拐点，吸附体积大，此类曲线对应的孔隙以两端开放的管状孔和平行壁的狭缝状孔为主，含有少量的墨水瓶孔；②样品TZ-3H、TZ-16D、TZ-8H、TZ-10H、TZ-18D、TZ-19D、TZ-22D、TZ-12D（图19）：曲线形态与一类相似，但拐点比一类变的轻缓，且在相对压力接近1时吸附与脱附曲线陡然增加，吸附体积比一类大大减少，此类曲线对应的孔隙部分是平行壁的狭缝状孔，部分是锥形或双锥形管状孔。

图18 习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组页岩氮气法吸附—脱附实验曲线Fig.18 Nitrogen adsorption-desorption experimental curve of Wufeng-Longmaxi Formations in Qilong Village outcrop,Xishui

从习水骑龙村的五峰组—龙马溪组剖面的比表面图解（图19）可以看出：

图19 习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组页岩孔隙直径与孔隙比表面、孔隙大小对比Fig.19 Pore diameter is compared with pore specific surface and pore size of Wufeng-Longmaxi Formations in Qilong Village outcrop,Xishui

1）从孔隙的大小分布来看，不同岩性的孔隙大小分布都呈现出明显的三段式：小于6 nm，6～11 nm，11～1 000 nm。灰岩中存在较大的孔隙，最大的孔隙为973 nm，而页岩最大孔隙仅有120 nm。

2）从孔隙大小所占总孔隙的比例来看，除了生物碎屑灰岩的3H 样品之外，不同TOC值页岩所表现出来的孔隙大小的比例有明显的规律性，TOC为0.35%的12H 样品表现出小于6 nm 和11～1 000 nm两个峰值，而随着TOC含量的增加，介于11～1 000 nm的孔隙所占比例明显降低，直到TOC为5.13%的1H样品时，小于6 nm 的孔隙所占比例超过了40 %，占绝对多数，而介于11～1 000 nm 的孔隙降低到10 %以下。

3）孔隙的比表面来看，所有的岩性都表现出典型的单峰态分布，小于6 nm 的孔隙所占比表面均占绝对多数，平均值超过了50%。而相对较大的孔隙所占比表面却很少，这也进一步表明了在这3种岩性中的小孔比表面是整个比表面的主要贡献者。

通过对习水骑龙村五峰组—龙马溪组15块样品进行氮气吸附实验，分析得出：多层吸附（BET）比表面积为10.75～30.101 m2/g，平均为20.459 m2/g。孔径计算方法（BJH）总孔体积为0.006 0～0.026 0 mL/g，平均为0.018 3 mL/g。根据国际理论和应用化学协会（IUPAC）的孔隙分类方案，ROUQUEROL 等（1999年）提出将孔隙直径小于2 nm 的称为微孔隙，介于2～50 nm 的为介孔隙，大于50 nm 的为宏孔隙[31]。习水骑龙村剖面的页岩孔隙直径主要集中在2～50 nm，介孔比率平均占86.6%。

6 吸附气特征

6.1 习水骑龙村剖面样品的吸附气量实验数据分析

通过习水骑龙村剖面10 块样品进行分析测试，当压力接近12 MPa 时吸附量最大，可达到2.8 m3/t，Langmuir 体积（VL）最小为1.62 m3/t，最大为2.8 m3/t，平均值为2.13 m3/t（图20）。仅对五峰组—龙马溪组黑色页岩而言，TOC值越大，相应的吸附量也越大，反映出有机质含量决定了页岩的生烃能力、孔隙空间的大小和吸附能力，对富有机质页岩的含气量起决定性的作用。

图20 习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组页岩样品吸附量随压力变化Fig.20 Samples'adsorption capacity varies with pressure of Wufeng-Longmaxi Formations in Qilong Village outcrop,Xishui

6.2 吸附气量与TOC和孔隙直径的相关性

对习水骑龙村五峰组—龙马溪组剖面进行扫描电镜分析，得到孔径的分布规律，对比习水骑龙村五峰组—龙马溪组吸附气量与TOC、孔隙直径分布特征对比（图21），在五峰组下段黑色页岩段与龙马溪组下段黑色页岩段，属深水陆棚沉积，TOC值比较高，同时吸附气量也较大，而微观孔隙直径较小；龙马溪组上段非黑色页岩段，属浅水陆棚沉积，TOC值比较低，同时吸附气量也较小，而微观孔隙直径较大。总之，该剖面从底到顶，吸附气量随TOC值的减小而减小，而微观孔隙直径逐渐增大。

图21 骑龙村剖面五峰组—龙马溪组页岩吸附气量与TOC、微观孔隙直径大小的关系Fig.21 Relation between adsorbed gas,TOC and micro pore diameter of Wufeng-Longmaxi Formations in Qilong Village outcrop,Xishui

7 结论

通过对习水骑龙村剖面实测、薄片鉴定、扫描电镜和氮气吸附等方法对五峰组—龙马溪组开展了地层及岩性特征、孔隙结构、地球化学等方面的研究，取得以下认识：

1）骑龙村五峰组—龙马溪组剖面完整，与上下地层整合接触，发育完整的12 个笔石带，无地层缺失，从底至顶发育的主要岩性为黑色碳质页岩、生物碎屑灰岩、黑色粉砂质泥岩、中灰—灰色泥质粉砂岩和灰色泥晶灰岩。

2）骑龙村五峰组—龙马溪组剖面主要发育6种岩相类型，主要包括不明显纹层页岩，平行纹层页岩，不平行纹层页岩，不明显纹层粉砂岩，粒序层理页岩，透镜状纹层页岩。

3）骑龙村五峰组—龙马溪组剖面从底到顶矿物含量变化大，石英含量逐渐减少，由五峰组下段的65%减少到龙马溪组上段的22%；而黏土矿物逐渐增加，五峰组下段为36.5 %到龙马溪组上段非黑色页岩段为65%。总体表现为从底到顶脆性矿物含量较低，页岩易压裂性降低。

4）骑龙村剖面五峰组—龙马溪组有机质类型主要为Ⅰ型和Ⅱ1型，有机质丰度介于0.31 %～6.69%，平均值为2.48%，其高TOC优质页岩主要分布在五峰组和龙马溪组下段，达到高—过成熟阶段。

5）骑龙村剖面五峰组—龙马溪组整体生物钡含量不高，表明其古生产力相对较低，优质黑色页岩沉积环境为缺氧—贫氧条件，其有机质埋藏效率高有利于有机质的保存。

6）习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组页岩主要发育有机质孔、裂缝、粒间孔和粒内孔，其有机质孔主要分布在龙马溪组下段和五峰组，龙马溪组上段有机质孔不发育。纵向上表现为小孔径孔隙占比随地层向上递减，大孔径孔隙占比随地层向上递增。

7）习水骑龙村剖面五峰组—龙马溪组吸附量最小为1.62 m3/t，最大为2.8 m3/t，平均值为2.13 m3/t，总体表现为TOC值越大，相应的吸附能力也越强，反映出有机质含量决定了页岩的生烃能力、孔隙空间的大小和吸附能力，对富有机质页岩的含气量起决定性的作用。