0 引言
（1）在有机质炭化表征方法方面，建立了光学识别法（以有机质激光拉曼光谱识别为主）、电学识别法（以电阻率测井响应识别为主）、物性分析法等常用方法系列［3-7］，其中以前2种方法应用较为广泛。激光拉曼光谱识别法是基于固体有机质拉曼谱D峰和G峰的峰间距与峰高比一般随着热演化程度升高而增加、G′峰（即石墨峰）在无烟煤阶段出现并随着石墨化程度加剧而增高等两大显著特征［5］，不仅可以直接判断固体有机质是否炭化，也是高过成熟烃源岩R O值的重要检测方法（此方法核心在于：在G′峰出现以前，主要依据峰间距计算R O值；在G′峰出现以后，则主要依据峰高比计算R O值［3，5，7］），并在地质学研究领域得到广泛应用。电学识别法是基于固体有机质石墨化后具有良好导电能力的岩石物理特性，获得泥页岩低—超低电阻率响应值并判断泥页岩有机质炭化程度，此方法反应灵敏、准确率高且检测结果可直接用于勘探评价［3-4，6-7］，也是最常用的识别方法。物性分析法是基于固体有机质石墨化后有机质孔隙大量减少的显著特点来间接判断泥页岩有机质炭化程度，一般辅助使用。
（2）在海相页岩有机质炭化评价标准方面，王玉满等［3，7］以中国南方下寒武统和下志留统页岩炭化区精细解剖为基础，确定Ⅰ—Ⅱ1型有机质炭化的R O门限值为3.5%，并建立了海相页岩有机质炭化评价标准：①富有机质页岩段显低电阻响应特征，Rt值在严重炭化阶段普遍低于2 Ω·m，在弱炭化阶段一般介于2~8 Ω·m之间，非炭化阶段在8 Ω·m以上；②拉曼谱异常，在弱炭化阶段，G′峰位置出现低幅度石墨峰，D峰与G峰峰高比普遍大于0.63，在严重炭化阶段，峰高比远大于0.63，甚至出现D峰高于G峰；③物性和含气性差，即页岩基质孔隙度仅为正常水平一半甚至以下，不含气或微气显示。目前，此判断标准在中国南方Ⅰ—Ⅱ1型海相页岩分布区实践应用总体有效、可行。
1 龙马溪组有机质炭化区解剖
笔者近期对川南西部峨眉玄武岩分布区、四川盆地深层等新区开展野外地质考察和重点井解剖，发现峨边—马边、渝西南JYT1井区等2个探区龙马溪组也出现有机质炭化特征，炭化区面积较王玉满等［7］认识明显扩大，现重点对这2个探区进行解剖。
1.1 峨边—马边探区
根据峨边黑竹沟资料，该地区鲁丹阶（仅Coronograptus cyphus笔石带）厚度为1.14 m，其下部为炭质页岩夹5层斑脱岩（斑脱岩密集段③），中部为钙质页岩、泥灰岩夹炭质页岩组合，上部为炭质页岩；埃隆阶出露厚度为24 m，主要为厚层状含钙质硅质页岩、炭质页岩和钙质页岩，局部夹斑脱岩，见钙质结核体呈分散状和顺层状分布，笔石丰富，见大量单笔石、耙笔石、冠笔石、锯笔石和盘旋喇嘛笔石（图2）。龙马溪组有机质（TOC）含量一般为0.5%~6.68%，平均为2.79%（图2），总体呈现自下而上变小趋势，即：底部1.5 m岩相较复杂，TOC含量变化大，在炭质页岩段为6.53%~6.68%，在钙质页岩、泥灰岩段为0.50%~0.65%；向上23.5 m（即埃隆阶厚层斑脱岩以上）为TOC>2%的富有机质页岩集中段，TOC值一般为1.66%~6.37%（大多介于1.90%~3.50%之间），平均为2.62%。可见，在峨边地区，龙马溪组富有机质页岩段（TOC>2%，下同）总厚度应超过24.0 m。
根据有机质激光拉曼测试资料（图3），峨边地区龙马溪组Ｄ峰与Ｇ峰峰间距和峰高比分别为249.94~260.02 cm-1和0.84~1.05，在Ｇ′峰位置（对应拉曼位移2 689.48 cm-1）出现高幅度石墨峰［图3（a）］，计算拉曼R O值为3.74%~3.98%（平均为3.9%）（图2），远高于长宁气田（N203井R O值为3.42%~3.47%）［3］。马边长河碥龙马溪组有机质拉曼谱特征与峨边黑竹沟相似［图3（b）］，Ｄ峰与Ｇ峰峰间距和峰高比分别为255.12~272.57 cm-1和0.91~0.98，在Ｇ′峰位置出现高幅度石墨峰，计算拉曼R O值为3.82%~3.90%（平均为3.86%）。说明峨边—马边探区龙马溪组热成熟度高（R O值较长宁气田高0.41%~0.45%），并已进入有机质严重炭化阶段，有机质炭化程度和热成熟度与长宁N206井筇竹寺组［3］相当，页岩基本不含气，勘探潜力差。
图3 川南龙马溪组典型炭化区有机质激光拉曼图谱(a)峨边黑竹沟,峰间距为249.94~260.02 cm-1，峰高比为0.84~1.05，R O=3.74%~3.98%（平均为3.90%）； （b）马边长河碥，峰间距255.12~272.57 cm-1，峰高比为0.91~0.98，R O=3.82%~3.90%（平均为3.86%）； （c）JYT1井，峰间距为267.0~274.0 cm-1，峰高比为0.61~0.70，R O=3.47%~3.57%(平均为3.51%)； （d）B1井，峰间距为266.77~270.30 cm-1，峰高比为0.86~0.88，R O=3.76%~3.78% Fig.3 OM laser Raman spectras in typical carbonization zones of Longmaxi Formation in southern Sichuan |
表1 川南西部峨眉火山岩厚度统计Table 1 Thickness statistics of Emei volcanic rocks in western part of southern Sichuan |
因此，通过对峨边黑竹沟龙马溪组详测，可以了解峨眉地裂运动对海相页岩气勘探潜力的影响。
1.2 渝西南JYT1井区
图4 渝西南JYT1井五峰组—龙马溪组综合柱状图 Fig. 4 Stratigraphic comprehensive column of Wufeng Formation - Longmaxi Formation in Well JYT1 in southwestern Chongqing |
笔者重点对4 314.9~4 317 m井段进行了实验分析测试（表2，图4），结果显示：TOC值介于3.93%~4.29%之间，测井电阻率介于5.8~7.8 Ω·m之间，实测干样电阻率值介于32.4~42.1 Ω·m之间，显示有机质已出现良好导电性，富有机质页岩低电阻特征与地层水、黄铁矿等导电介质无关，仅与有机质良好导电能力有关。另据有机质拉曼谱检测结果［图3（c）］，D峰与G峰峰间距和峰高比分别为267.0~274.0 cm-1和0.61~0.70，在G'峰位置（对应拉曼位移2 689.48 cm-1）出现微幅度石墨峰，计算R O值为3.47%~3.57%（平均为3.51%），略低于位于昭通探区的B1井［图3（d）］，即有机质出现弱石墨化特征。
表2 渝西南JYT1井龙马溪组测试数据Table 2 Longmaxi Formation test data of Well JYT1 in southwestern Chongqing |
| 井深/m | TOC/% | 测井电阻率/（Ω·m） | 实验测试项目 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 干样电阻率/（Ω·m） | 核磁孔隙度/% | 拉曼R O/% | |||
| 4 314.9 | 4.29 | 6.5~7.5 | 42.1 | 4.0 | （3.49~3.57）/3.52 |
| 4 317.0 | 3.93 | 5.8~6.5 | 32.4 | 4.2 | （3.47~3.54）/3.51 |
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表3 四川盆地及周边龙马溪组主要炭化区地质参数（引自文献[7,20]）Table 3 Geologic parameters of Longmaxi Formation in main carbonization zones in the Sichuan Basin and surrounding regions (according to Refs.[7,20]) |
| 井号/剖面 | 区块 | 埋深/m | TOC/% | 拉曼R O/% | 孔隙度/% | 自然伽马 /API | 电阻率 /（Ω·m） | 含气量/（m3/t） | 有机质炭化程度 | 保存条件 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LY1 | 鄂西 | 2 790~2 830 | 1.1~6.0 | 3.56~3.73 | （1.90~4.77） /2.76 | 150~270 | 0.1~0.9 | 0.13~0.48 | 严重炭化 | 盆外向斜区， 保存条件较好 |
| HY1 | 鄂西 | 2 142~2 166 | 1.5~5.3 | 3.80~4.00 | 150~270 | （0.01~0.30） /0.2 | 微气 | 严重炭化 | 盆外向斜区， 保存条件较好 | |
| X202 | 川东北 | 1 965~1 989 | 0.5~6.4 | 3.48~3.51 | （2.40~8.78） /3.85 | 145~300 | 3~7 | 1.38~3.00， 试产为微气 | 弱炭化 | 盆外褶皱带，龙马溪组具自封盖性，保存条件中等 |
| TY1 | 川东 | >3 900 | 2.0~5.0 | 3.50~3.55 | 150~350 | （2~6）/4 | 微气，压力系数 小于1 | 弱炭化 | 盆地内，保存 条件好 | |
| YYY1 | 川南 西部 | 2 900~3 070 | 1.9~9.0 | 3.6~3.9 | 120~250 | 0.12~0.3 | <0.2 | 严重炭化 | 盆内向斜区， 保存条件较好 | |
| Y201 | 川南 西部 | 3 500~3 660 | 3.60~3.80 | 1.2 | 160~300 | 0.6~2 | 严重炭化 | 位于盆地内， 保存条件好 | ||
| RY1 | 仁怀 | 4 030~4 055 | 1.9~6.5 | 3.50~3.60 | （0.50~2.30） /0.74 | 180~250 | 1.8~8.0 | 0.51 | 弱炭化 | 盆地内，保存 条件好 |
| 城口 明中 | 川东北 | 露头 | 1.7~6.1 | （0.26~2.63） /0.80 | 180~521 | 弱炭化 | 位于盆地外， 保存条件差 | |||
| 巫溪 白鹿 | 川东北 | 露头 | 1.9~8.0 | （0.66~1.58） /1.05 | 180~310 | 弱炭化 | 位于盆地外， 保存条件差 |
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2 下寒武统有机质炭化区解剖
表4 四川盆地及其周缘下寒武统页岩重点露头剖面和钻井地质参数Table 4 Geologic parameters of Lower Cambrian shale in key outcrop sections and wells in the Sichuan Basin and its periphery |
| 剖面/钻井 | 区块 | 层位 | 地层厚度 /m | 埋深/m | 富有机质页岩基本地质参数 | 有机质激光拉曼谱参数 | 孔隙度/% | 含气量/（m3/t） | 有机质 炭化程度 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 厚度/m | TOC/% | 测井电阻率 /（Ω·m） | 峰间距/cm-1 | 峰高比 | 拉曼R O/% | ||||||||
| 马边大风顶 | 川南西部 | 麦地坪组 | >40 | 2 | 248.95~256.66 | 1.6~1.88 | （4.62~4.94）/4.70 | 严重炭化 | |||||
| 永善务基 | 川南西部 | 筇竹寺组 | 377 | 28 | （0.56~4.83）/2.80 | 246.01~259.94 | 1.00~1.47 | （3.92~4.48）/4.20 | 严重炭化 | ||||
| N206 | 川南 | 筇竹寺组 | 210 | 1 680~1 894 | 40 | （1.90~7.11）/3.30 | 0.1~2.0 | （3.86~4.09）/3.90 | （1.43~2.01） /1.66 | 无气 | 严重炭化 | ||
| 遵义松林中南村 | 黔北 | 筇竹寺组 | 40 | >30 | （0.31~12.79）/4.92 | 265.39~268.23 | 0.76~0.78 | 3.64~3.67 | 严重炭化 | ||||
| 湄潭梅子湾 | 黔北 | 牛蹄塘组 | >32 | 23 | （1.08~7.17）/4.03 | 266.81 | 0.71 | 3.40 | 未炭化 | ||||
| 瓮安永和 | 黔北 | 牛蹄塘组 | 135 | 111 | （0.56~8.26）/5.39 | 256.87 | 0.67 | 3.10 | 未炭化 | ||||
| 镇远青溪 | 黔北 | 牛蹄塘组 | >110 | 52.5 | （0.85~13.06）/4.92 | 262.55 | 0.69 | 3.44 | 未炭化 | ||||
| 松桃响水洞 | 黔北 | 牛蹄塘组 | >100 | >30 | （1.34~12.01）/7.65 | 263.97~272.48 | 0.78~0.89 | （3.67~3.80）/3.70 | 严重炭化 | ||||
| 古丈默戎 | 湘西 | 牛蹄塘组 | 217 | >50 | （1.72~7.87）/5.4 | 262.18~274.80 | 0.83~0.87 | （3.72~3.77）/3.75 | 严重炭化 | ||||
| 鹤峰白果坪 | 鄂西 | 水井沱组 | >200 | >30 | （1.38~9.11）/4.54 | 249.56~253.77 | 0.94~1.10 | （3.86~4.04）/3.95 | 严重炭化 | ||||
| 峡东王家坪 | 鄂西 | 水井沱组 | 26.66 | 17.3 | （0.88~4.68）/3.33 | 250.97~259.38 | 0.62~0.63 | 2.9~3.2 | 未炭化 | ||||
| 长阳白竹岭 | 鄂西 | 水井沱组 | 152.3 | 55 | （1.23~9.06）/4.10 | 274.80~277.61 | 0.67~0.70 | 3.55~3.58 | 弱炭化 | ||||
| YT2 | 鄂西 | 水井沱组 | 59 | 5 001~5 060 | 3 | 3.0~6.0 | 3.50~3.55 | 微气显示 | 弱炭化 | ||||
| 巫溪长丈村 | 川东北 | 筇竹寺组 | >200 | 269.74~278.26 | 0.70~0.77 | （3.58~3.65）/3.62 | 严重炭化 | ||||||
| 城口新军村 | 川东北 | 筇竹寺组 | 300 | 155 | （0.27~6.01）/2.23 | 268.00~274.00 | 0.62~0.71 | （3.48~3.58）/3.53 | 弱炭化 | ||||
| WT1 | 川东北 | 筇竹寺组 | 120 | 7 172~7 292 | 24 | 1.2~2.0 | 3.60~3.80 | <2 | 无气 | 严重炭化 | |||
| 南江沙滩 | 川北 | 筇竹寺组 | >210 | 41 | （1.00~4.78）/3.16 | 271.16~272.58 | 0.73~0.80 | （3.52~3.69）/3.60 | 严重炭化 | ||||
| 广元东溪河 | 川西北 | 筇竹寺组 | >500 | >170 | （1.74~3.43）/2.81 | 241.34~244.18 | 1.10~1.42 | （4.04~4.42）/4.32 | 严重炭化 | ||||
| JT1 | 川西北 | 筇竹寺组 | 374 | 7 045~7 419 | 7 | 0.1~0.8 | >3.7% | 严重炭化 | |||||
| 绵阳锄巴沟 | 川西 | 麦地坪组 | >80 | >10 | 264.14~266.34 | 0.55~0.68 | 3.40~3.55 | 弱炭化 | |||||
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永善务基位于川南西部峨眉地裂腹部南区（图1），峨眉火山岩沉积厚度为221~341 m（较峨边—马边略薄），晚二叠世的高地温场对该地区下伏页岩影响较大。下寒武统筇竹寺组出露完整，地层厚度为377 m，下段富有机质页岩厚度为28 m。根据筇竹寺组底部硅质页岩有机质激光拉曼测试结果，D峰与G峰峰间距和峰高比分别为246.01~259.94 cm-1、1.00~1.47，在G'峰位置（对应拉曼位移2 664.44 cm-1）出现高幅度石墨峰，计算R O值为3.92%~4.48%（平均为4.20%）［图5（b），表4］。说明该地区筇竹寺组已出现有机质严重炭化特征，热成熟度R O值略低于马边大风顶，同样显示出地史中长期深埋与峨眉地裂时期地温骤升叠加是导致该地区有机质严重炭化的主要原因。
镇远青溪位于黔东北铜仁地区，区内牛蹄塘组出露厚度超过110 m，其中富有机质页岩出露厚度为52.5 m，TOC含量一般为0.85%~13.06%，平均为4.92%。根据有机质激光拉曼测试结果，Ｄ峰与Ｇ峰峰间距和峰高比分别为262.55 cm-1和0.69，在Ｇ'峰位置（对应拉曼位移为2 639.74 cm-1）出现平台但尚未成峰［图5（d），表4］，计算的拉曼R O值为3.44%，显示该地区牛蹄塘组尚未进入有机质炭化阶段，仍处于有效生气窗内。另外，在位于该剖面点以西的瓮安永和、湄潭梅子湾2个露头点，牛蹄塘组拉曼谱也未出现炭化特征，计算的拉曼R O值分别为3.1%和3.40%（表4）。这说明，在黔东北湄潭、瓮安和镇远一带，牛蹄塘组存在一个连片的非炭化区。
峡东王家坪为宜昌页岩气勘探区块内重点露头剖面，位于西陵峡莲沱镇至宜昌市区的沿江省道边，距离长阳白竹岭约为60 km，水井沱组厚度为26.66 m，下部TOC>2%页岩段厚度为17.3 m。根据激光拉曼检测结果，该地区水井沱组Ｄ峰与Ｇ峰峰间距和峰高比分别为250.97~259.38 cm-1和0.62~0.63，在Ｇ'峰位置（对应拉曼位移为2 668.97 cm-1）呈斜坡状（即未出现石墨峰）［图5（i），表4］，计算的拉曼R O值为2.9%~3.2%，说明水井沱组未出现有机质炭化特征，处于有效生气窗内。另外，在位于该剖面点以东的YT2井区，水井沱组厚约为60 m，埋深为5 000~5 060 m，底部高自然伽马段仅为3 m，但其测井电阻率仅为3~6 Ω·m，计算R O值为3.50%~3.55%，与JYT1井区龙马溪组相当，钻探为微气显示（表4），显示该井区已出现有机质弱炭化特征。这说明，宜昌水井沱组勘探区块向东至YT2井、向南至长阳白竹岭均已出现炭化。
城口新军村为川北—鄂西北筇竹寺组典型剖面，地层厚约为300 m，其中下段黑色页岩出露厚度为155 m，TOC值一般为0.27%~6.01%（平均为2.23%）。根据该剖面下段有机质激光拉曼测试结果，筇竹寺组D峰与G峰峰间距和峰高比分别为268.00~274.00 cm-1和0.62~0.71，在G'峰位置（对应拉曼位移2 640.88 cm-1）出现微幅度石墨峰，计算R O值为3.48%~3.58%（平均为3.53%）［图5（k），表4］，说明该地区筇竹寺组已出现有机质弱炭化特征，R O平均值介于3.50%~3.60%之间。另外，在位于该剖面点西南的WT1井（位于盆内川东北区块），筇竹寺组厚度约为120 m，埋深为7 172~7 292 m，下部高自然伽马段仅为24 m，但其测井电阻率为1.2~2.0 Ω·m，计算R O值为3.60%~3.8%，钻探无气显示（表4），说明四川盆地川东北地区已出现有机质严重炭化特征。
广元东溪河为川西北筇竹寺组典型剖面，地层出露厚度超过500 m，其中下段黑色页岩出露厚度在170 m以上，TOC值一般为1.74%~3.43%（平均为2.81%）。根据该剖面有机质激光拉曼测试结果，筇竹寺组D峰与G峰峰间距和峰高比分别为241.34~244.18 cm-1和1.10~1.42，在G'峰位置（对应拉曼位移为2 680.24 cm-1）出现高幅度石墨峰，计算R O值为4.04%~4.42%（平均为4.32%）［图5（m），表4］。说明该地区筇竹寺组已出现有机质严重炭化特征，炭化程度仅次于峨边—马边地区（峨眉玄武岩中带），与永善务基基本相当。另外，在位于该剖面点以南的JT1井（紧邻川中隆起北缘），筇竹寺组底界埋深为7 419 m，底部7 m高自然伽马段测井电阻率为0.1~0.8 Ω·m，估算R O值在3.7%以上（表4）。说明川西北坳陷整体已出现有机质严重炭化特征。
从上述资料点炭化特征看，在四川盆地周缘下寒武统页岩已出现大面积连片炭化，其中川南西部炭化程度最高，其次依次为川西北、川东—鄂西—湘黔、川北、川西等，仅宜昌和黔东北等局部地区尚未出现有机质炭化。
3 下志留统和下寒武统页岩热成熟度区域分布
下志留统和下寒武统页岩热成熟度区域分布特征是南方海相页岩气选区和勘探评价的难点和重点，主要原因是利用笔石体、沥青体和类镜质体等常规介质确定反射率可靠性较差［3］。为科学编制2套页岩热成熟度区域分布图，必须确定可靠的编图依据和方法。笔者确定以钻井电阻率测井资料、野外露头或岩心有机质激光拉曼测试数据作为编图依据，原因有2点：①海相页岩低电阻特征（优质页岩段电阻率<8 Ω·m）与源岩高过成熟（R O≥3.5%）具有高度相关性，是圈定或预测R O≥3.5%区域（即炭化区）的金标准［3，6-7，20-21］，因此可以成为编制R O值平面分布图的重要参考依据；②激光拉曼谱是计算高过成熟海相页岩R O值的有效方法［5，22］，可以弥补用笔石体、沥青体和类镜质体等常规介质测试的不足。在编制过程中，考虑勘探程度、资料点丰富程度和炭化区研究深度等因素，确定了先龙马溪组、后筇竹寺组的编图程序。
笔者首先以上述重点地区龙马溪组精细解剖为基础，结合前人关于龙马溪组炭化区分布预测和有机质炭化程度研究成果和认识［3，5，7，20］，并依据60余口钻井资料和20多个野外露头的激光拉曼测试数据，编制龙马溪组R O值平面分布图（图6），以此揭示下志留统页岩炭化区（点）分布规律。通过编图发现，在龙马溪组分布区存在川东—鄂西、鄂西北部、川南西部和长宁构造东侧（即仁怀—渝西南）等4个R O值超过3.5%的高过成熟区（即炭化区），面积近40 000 km2，其中川南西部炭化区主体位于峨眉玄武岩分布区，其他3个炭化区处于峨眉地裂以外区域（图6）。考虑到中上扬子龙马溪组炭化区（R O值超过3.5%）与筇竹寺组严重炭化区和热成熟度高值分布区应高度一致，因此图6的编制无疑为四川盆地及其周缘筇竹寺组热成熟度评价提供重要参考。
鉴于筇竹寺组钻井较少且分布局限，笔者围绕四川盆地周缘开展20多个野外露头激光拉曼测试和重点地区筇竹寺组炭化特征精细解剖（表4），结合前人关于筇竹寺组有机质炭化研究成果和认识［4，6］，并依据40余口重点井电阻率测井资料，同时参考龙马溪组热成熟度区域分布规律（图6），编制四川盆地及周缘筇竹寺组R O平面分布图（图7）。编图发现，在中上扬子筇竹寺组分布区，炭化区（R O>3.5%）为分布主体，面积占比超过80%，非炭化区（R O<3.5%）仅分布于威远—资阳（R O=3.2%~3.5%，面积为7 300 km2）、磨溪—高石梯（R O=3.4%~3.5%，面积为9 700 km2）、宜昌（R O=3.3%~3.5%，面积为15 600 km2）和瓮安—镇远（R O=3.3%~3.5%，面积为30 000 km2）等4个区块，总面积约为62 600 km2（图7）。
4 海相页岩有机质炭化主控因素
四川盆地为发育有海相、海陆过渡相到陆相地层的大型叠合盆地，五峰组—龙马溪组和筇竹寺组地层时代老，在地史演化中经历的重大热事件与深埋史对富有机质页岩热成熟度升高和生烃潜力影响具有至关重要的控制作用，因此也被认为是2套页岩地层中有机质炭化（或有机质高过成熟演化）的关键控制因素，在此剖析如下：
4.1 重大热事件
中上扬子地区在显生宙以来经历的重大热事件无疑是峨眉火成岩省（LIP）事件，即峨眉地裂或峨眉山玄武岩喷溢［23-25］。传统意义上的峨眉山玄武岩是指分布于云南、贵州和四川三省境内的晚二叠纪玄武岩，喷发年龄和持续时间分别为259 Ma前后、1.00~0.66 Ma，分布面积超过2.5×105 km2，自喷溢中心向外缘分为内、中、外3个带，内带位于康滇裂谷，玄武岩厚度一般为1 000~3 500 m［23-25］，中带自西向东延伸至四川盆地西南缘（包括峨边、马边、永善和盐津地区），玄武岩厚度一般为200~1 000 m，外带则覆盖到长宁以西地区，包括犍为、宜宾西和珙县西等页岩气探区（图1），玄武岩厚度变化大且一般在200 m以下，在外带以外则无玄武岩规模分布，仅在局部地区发生短暂的断裂和热液活动，如川东—鄂西地区［26-27］。其成因主要为裂谷成因说和地幔柱说，目前以地幔柱说为主流观点［10，23-24］。
在峨眉火成岩省形成时期，随着地幔柱的隆升与发展，受地壳骤然减薄（图1）、热岩石圈供热作用迅猛增强和炙热的岩浆烘烤等综合作用影响，四川盆地中西部及周缘古地温场发生突变，导致前二叠系地温梯度大幅度升高，且热效应从内带到外带呈由强到弱的分区变化。据王一刚等［26］测算，四川盆地中部下志留统地层在晚二叠世地温梯度快速升高至5.2 oC/100 m，远高于2.6 oC/100 m的现今值。由此推测，川南西部（尤其峨眉玄武岩中带）龙马溪组在晚二叠世地温梯度应远高于5.2 oC/100 m，如此高古地温场对该地区前二叠系海相烃源岩热演化无疑产生影响。魏国齐等［10］研究了峨眉地幔柱对盆地内中二叠统以下古生界烃源岩热演化的影响，其结果表明：四川盆地的热流值在加里东期之前较低，在海西期开始逐渐增大，在距今259 Ma前后达到峰值（最高古热流值在多数井区为60~80 mW/m2，在少数井区超过100 mW/m2，且由峨眉地幔柱中带向外带、外带以外的川东北—鄂西地区逐渐减小），在~90 Ma时降低至50~60 mW/m2，中新生代至今差别不大；中二叠统及下伏烃源岩的热演化受峨眉地幔柱影响巨大，且具有地区差异性，即在靠近峨眉山地幔柱中心区域，有机质迅速成熟并达到其成熟度的最高值（以HS1井为代表），古生界烃源岩迅速进入过成熟，此后未有二次生烃；而在远离峨眉山地幔柱的盆地大部分地区，古生界烃源岩在二叠纪以来具有多次生烃过程。目前关于峨眉LIP事件对川南页岩气富集区影响的研究几乎为空白，随着大量低电阻探井出现于上述地区［3，5，7］，开展长宁以西峨眉山玄武岩分布研究，探究地幔柱隆升与张裂活动、岩浆溢流、古地温骤升等事件与前二叠系海相页岩低电阻、热成熟度的相关关系，已成为川南坳陷西部页岩气勘探与潜力评价的重要课题。
根据龙马溪组R O平面分布图和钻井资料（图6），在川南西部龙马溪组黑色页岩分布区，有机质炭化区（即R O>3.5%区域）全部位于峨眉玄武岩分布区（大部份位于中带，少部份位于外带），且R O高值区与中带高度重合，具体表现为：拉曼 R O值呈现自东（威远—自贡）向西（马边—峨边）和自北（威远）向南（长宁—昭通）升高趋势，即在川西峨眉玄武岩分布区，龙马溪组已出现有机质炭化连片分布，R O值普遍介于3.5%~3.9%之间，且向玄武岩中带增高；大量低—超低电阻井集中出现在长宁以西地区（图6），且富有机质页岩段低电阻响应特征自东南和东部向西部（永善地区）趋于严重，即从N203井的20~80 Ω·m→B1井的0.8~8 Ω·m→YYY1井的0.1~0.3 Ω·m，从GS1井的10~20 Ω·m→Y201井的0.6~2 Ω·m→YYY1井的0.1~0.3 Ω·m［7］。这说明，位于峨眉玄武岩中带的龙马溪组主体进入有机质严重炭化阶段（R O值普遍在3.70%以上），这与中带热岩石圈薄、地裂活动和玄武岩喷溢规模普遍较大（图1，表1）、岩浆烘烤强烈和古地温梯度高有关；在峨眉玄武岩外带，龙马溪组炭化程度差异较大，仅外带南区（即YS128井—Y201井区）出现超低电阻、无气或微气显示等炭化特征（R O值介于3.5%~3.70%之间），外带北区（即GS1井—WS1井区）主体为非炭化区（R O值低于3.5%，电阻率响应正常）（图6），显示外带张裂活动和玄武岩喷溢规模较中带显著减小且区域变化大，在YS128井—Y201井区的张裂活动和玄武岩喷溢规模可能较GS1井—WS1井区大。另外，在晚二叠世以来，川东—鄂西地区虽发生短暂的断裂、热液活动，但该地区海相地层古地温总体保持在四川盆地最低水平，以川东—鄂西下二叠统为例，古地温在距今275 Ma、260 Ma、250 Ma和现今分别为20~50 ℃、50~70 ℃、50~60 ℃和70~90 ℃［10］，说明断裂和热液活动对该地区龙马溪组R O值的影响小，可以忽略不计。
在川南筇竹寺组页岩分布区，拉曼R O值区域变化规律与龙马溪组基本相似，总体表现为自东（威远）向西（马边—峨边）升高、自北（威远）向南（长宁—昭通）升高，峨边—马边为最高值分布区（R O平均值为4.70%）（图7）。
从川南西部下志留统和下寒武统页岩拉曼谱特征以及R O值平面分布看，2套页岩有机质炭化程度与峨眉地幔柱活动、火成岩分布和热岩石圈厚度变化趋势具有高度相关性，主要表现为：马边—峨边位于峨眉玄武岩中带的厚度高值区和热岩石圈分布较薄区域，也是有机质炭化程度最高区域（明显高于南区和东区）；自马边—峨边向南和向东，龙马溪组有机质炭化程度逐渐减弱，并转入非炭化区，R O平均值由3.90%下降至3.40%~3.50%，筇竹寺组R O平均值由4.70%下降至3.70%~3.90%；在川南西部，2套页岩R O值与峨眉火成岩厚度具有较好的正相关关系（图8）。与长宁气田R O值（3.4%~3.5%）和N206井筇竹寺组R O值（3.8%~4.1%）相比，由峨眉地裂活动引起的高温烘烤作用导致川南西部龙马溪组和筇竹寺组R O值分别升高0.2%~0.4%、0.2%~1.0%。目前受钻井、露头等有效资料点少的限制，有关川南西部峨眉地幔柱张裂体系、火山岩发育规模、岩相、喷溢方式和分布规律等精细研究成果总体较少且认识不足，关于极热事件对该地区不同区块前二叠系黑色页岩的烘烤机理和加热差异性还需进一步研究。
4.2 深埋背景
在古老海相页岩分布区，开展富有机质页岩深埋背景研究对高过成熟、低电阻区（或有机质炭化区）分布预测具有重要的地质意义。
根据龙马溪组R O值区域分布特征（图6），川东—鄂西、鄂西北部和长宁以东深层3个炭化区（即R O>3.5%区域）均处于峨眉火成岩省控制区以外，其龙马溪组高过成熟与重大热事件关系不大，应为长期深埋所致。笔者通过对长宁双河（位于峨眉火山岩分布区以外）龙马溪组和筇竹寺组开展埋藏史和古地温史分析发现，龙马溪组在三叠纪—白垩纪中期处于深埋期，历经160 Ma以上，在白垩纪中期经历最大埋深为6 500 m，古地温（根据气态烃相伴生的盐水包裹体均一温度确定）在侏罗纪初期和末期分别达到116 ℃（对应埋深为3 380 m）、143 ℃（对应埋深为4 730 m）（图9），在白垩纪中期达到最大值189 ℃，测算R O值普遍介于3.4%~3.5%之间，例如N203井区R O值为3.42%~3.47%［3］；筇竹寺组在二叠纪—白垩纪中期处于深埋期，历经210 Ma以上，经历最大古埋深约为9 000 m，最大古地温超过250 ℃，R O值普遍介于3.8%~4.1%之间（据N206井数据［3］）（图10）。若以长宁双河龙马溪组埋藏史作为对比判断标准，川东—鄂西龙马溪组在地史演化中经历的最大古埋深和古地温分别为9 000 m（图11）、210 ℃以上［28-29］，深埋时间超过240 Ma，此3项参数值均远大于长宁双河地区，说明深埋背景是导致其大面积炭化、R O值普遍较高的主要控制因素；仁怀—渝东南龙马溪组在地史演化中经历的最大古埋深应在6 500 m以深，加之长期处于4 000 m以深的深层，其R O值略高于长宁气田并进入弱炭化状态，也是深埋背景所致；鄂西北部远离峨眉玄武岩分布区，其龙马溪组R O值超过3.5%无疑也是长期深埋所致；在川南西部峨眉火山岩分布区，龙马溪组经历的最大古埋深与长宁双河地区差异不大，但峨眉玄武岩的高地温作用使其R O值升高了0.2%~0.4%，进而导致了川南西部龙马溪组出现大面积炭化，显示出长宁以西炭化区受深埋背景和晚二叠世热事件的双重因素控制，即若没有深埋背景，仅靠热事件仍无法实现大面积炭化的现实格局。
图9 长宁地区龙马溪组烃包裹体（a）长宁双河剖面气态烃包裹体，偏光镜下为黑色串珠状，伴生盐水包裹体均一温度116.0 ℃;(b)N211井含烃包裹体，灰色串珠状，伴生盐水包裹体均一温度143.0 ℃ Fig.9 Hydrocarbon inclusions of Longmaxi Formation in Changning area |
图10 长宁及其周边地层埋藏史Fig.10 Buried history map of stratas in Changning and its periphery |
下寒武统页岩有机质炭化控制因素相对简单，根据下寒武统R O值区域分布规律（图7），大部分区域为R O≥3.5%的炭化区，而R O<3.5%的非炭化区仅分布于威远—资阳、磨溪—高石梯、长阳和瓮安—镇远4个区块。若以长宁双河龙马溪组埋藏史作为判断标准，筇竹寺组炭化区在地史演化中经历的最大古埋深和古地温应分别为7 000 m以深、200 ℃以上，说明深埋背景是导致筇竹寺组出现大面积炭化、R O值普遍偏高的主控因素。在川南西部峨眉玄武岩分布区，筇竹寺组R O平均值普遍介于3.7%~4.7%之间，除去晚二叠世的高地温作用（导致R O值升高0.2%~1.0%），大部分区域R O值仍将超过3.5%（即已炭化），说明晚二叠世的热事件只是使该地区筇竹寺组炭化程度更加趋于严重。
综合上述分析，下志留统与下寒武统页岩有机质炭化的主控因素既存在相似之处，也存在微小差异。下寒武统页岩有机质炭化的主控因素为长期的深埋背景，晚二叠世的热事件仅使局部地区炭化程度更趋严重。下志留统页岩有机质炭化主控因素相对复杂，在峨眉火山岩分布区以外主要受深埋背景控制，在川南西部峨眉火山岩分布区则受深埋背景和晚二叠世的高地温场作用双重控制。
5 结论
（1）川东—鄂西、鄂西北部、川南西部和仁怀—渝西南4个地区下志留统页岩中有机质出现了炭化现象，面积近40 000 km2，其中川南西部炭化区主体位于峨眉玄武岩分布区，其他3个炭化区处于峨眉地裂以外区域。
（2）研究区下寒武统页岩中有机质炭化现象普遍，面积占比超过80%，非炭化区仅分布于威远—资阳、磨溪—高石梯、长阳和瓮安—镇远等4个区块，面积约为62 600 km2。
（3）四川盆地古老海相页岩有机质炭化的主控因素为晚二叠世的极热事件和深埋背景（经历的最大埋深超过6 500 m），其中下寒武统和下志留统页岩有机质炭化的主控因素既存在相似之处，也存在一定差异。
（4）峨眉火成岩省事件为晚二叠世的极热事件，使得川南西部下志留统和下寒武统页岩热成熟度R O值分别升高0.2%~0.4%和0.2%~1.0%。马边—峨边位于峨眉玄武岩厚度高值区，也是下寒武统和下志留统页岩有机质炭化程度最严重区域。自马边—峨边向南和向东，龙马溪组有机质炭化程度逐渐减弱，并转入非炭化区，R O平均值由3.90%下降至3.40%~3.50%；筇竹寺组R O平均值由4.70%下降至3.70%~3.90%。
（5）下寒武统页岩有机质炭化的主控因素为长期的深埋背景，晚二叠世的极热事件仅使局部地区炭化程度更趋严重。龙马溪组有机质炭化主控因素相对复杂，在仁怀—渝西南、川东—鄂西、鄂西北受深埋背景控制，在川南西部则受深埋背景和晚二叠世的热事件双重控制。
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