晚奥陶世是全球重要的地质变革时期，由Rodinia超大陆裂解转向Gondwana大陆聚合，扬子板块与华夏地块汇聚挤压逐渐拼合组成华南板块^[1-3]。奥陶纪末全球环境巨变引发了生物大灭绝事件，气候变冷、海平面下降，水体环境从温暖转向凉冷充氧，上扬子地区上奥陶统地层岩性、生物相带及地球化学均发生了变化^[4-5]。受构造挤压、气候变冷和海平面变化等因素联合作用的影响，上扬子地区由碳酸盐岩向泥页岩沉积快速突变^[6-7]，经历长期演化后，在川中隆起、黔中隆起和雪峰山隆起环绕的局限环境下形成了一套具有全球可对比性的优质烃源岩^[8-9]，受区域构造运动和全球气候变化驱动机制得以保存^[10]。

近年来四川盆地油气勘探取得重大突破，普光气田和安岳气田等代表性大型气田被发现，勘探领域向深层和超深层转移战略初显成效^[11]。其中，四川盆地及周缘地区上奥陶统是油气勘探的重点层系，现已在上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组内获得了页岩气突破，而上奥陶统宝塔组—临湘组碳酸盐岩也是重要的勘探目标^[12-14]。目前，该地区研究重点主要集中在五峰组—龙马溪组页岩层系^[15-17]，对其间观音桥组研究尚待深入。四川盆地油气成藏过程具有多阶段性，油气分布具有多因素联合控制特征^[18]。上述理论多专注于某一方面或者单一阶段的研究，具有一定片面性，故有必要从整体上对晚奥陶世岩相古地理的展布与演化进行系统及精细的研究。

在以往研究的基础上，综合最新的钻井、野外露头等资料，对四川盆地及周缘地区宝塔组—临湘组、五峰组和观音桥组3个阶段分别进行岩相古地理格局重建，考虑到宝塔组沉积期与临湘组沉积期沉积环境差异较小，将其合并研究，首次重建研究区内讨论度较低的观音组岩相古地理，系统研究整个晚奥陶世岩相古地理变迁、沉积演化模式，并探讨岩相古地理演化的主控因素，以期为该转换期内研究区乃至全球的古构造、古气候、古环境等研究提供参考，为四川盆地及周缘地区上奥陶统页岩和碳酸盐岩层系油气勘探提供地质依据。

四川盆地位于扬子板块西北缘，是在克拉通基础上发展起来的大型多旋回叠合盆地(图 1)^[18]，在加里东期处于克拉通性质的多期海进海退背景下的盆地演化阶段^[19]。早奥陶世郁南运动致使华夏地块和扬子板块再次碰撞拼合，上扬子地区应力背景由拉张向挤压过渡，以东西方向挤压为主^[20-21]，受此影响，川中隆起、黔中隆起不断隆升，雪峰山隆起逐渐形成，且上扬子北缘存在川北隆起^[22]，挠曲作用导致陆块基底快速沉降。至中—晚奥陶世，郁南运动与都匀运动两幕期间，板块相互强烈挤压形成了褶皱造山带，自西向东南形成隆坳相间的复合沉积盆地。晚奥陶世宝塔组—临湘组沉积期，上扬子地区气候回暖，全球海平面开始持续上升，海水淹没台地，川中隆起和黔中隆起的构造范围进一步扩大，雪峰隆起向西北逐次抬升^[23-24]，克拉通边缘抬升导致盆地西缘、南缘地层缺失，盆地主体沉积为碳酸盐缓坡相，隆起外缘发育潮坪亚相。五峰组沉积早期，海平面处于高位，盆内坳陷的沉降速率大于其沉积速率，同时，川中隆起、黔中隆起和川北隆起持续隆升，盆地形成了有利于有机质生产和保存的深水陆棚环境，发育黑色炭质页岩、硅质页岩、硅质岩沉积。五峰组沉积晚期，赫南特冰期事件引发极地冰盖快速扩张，全球海平面大幅度下降，海水温度降低，盆地内部坳陷区海水仍然较深，但斜坡区等浅水环境的浮游生物灭绝，导致生产力开始下降。观音桥组沉积期对应了深水沉积后的一次大范围海退，冰盖扩张导致全球海平面下降，引发了奥陶纪末生物大灭绝事件^[10]。其后，气候变暖和冰盖开始快速消融，上扬子地区再次出现大范围深水陆棚环境^[25]，受都匀运动影响，盆地性质由被动大陆边缘向前陆盆地转变^[23]。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 四川盆地及周缘地理位置(a)及上奥陶统岩性地层综合柱状图(b) Fig. 1 Location(a)and stratigraphic column of Upper Ordovician(b)in Sichuan Basin and its surrounding areas

四川盆地上奥陶统自下而上由宝塔组—临湘组、五峰组、观音桥组组成。其中，宝塔组—临湘组岩性分段明显，上部以瘤状灰岩为主，中部为含生屑泥晶灰岩，下部为龟裂纹灰岩夹薄层泥质灰岩；五峰组则主要为一套厚数米至十余米的黑色页岩系、薄层状硅质岩或硅质页岩，是富有机质的潜在性烃源岩；观音桥组一般指奥陶系最顶层厚数十厘米至数米的一套介壳相灰岩，岩性多为生屑灰岩和钙质页岩，部分区域内表现为硅质页岩，通常含有赫南特期腕足类化石，另伴有笔石化石，在川东北城口等地区以含硅质白云岩为主，化石发育不明显，而广元、旺苍等部分地区存在地层缺失。

通过对野外露头，岩心和钻测井资料的综合分析，对四川盆地及周缘地区上奥陶统沉积相类型进行了划分，识别出(混积)滨岸、碳酸盐缓坡、(混积) 陆棚相等沉积相。其中，碳酸盐缓坡可划分为潮坪、内缓坡、中缓坡和外缓坡等亚相，(混积)陆棚相包括浅海陆棚和深水陆棚亚相，并进一步划分了微相(表 1)。

表 1(Table 1)

表 1 四川盆地及周缘地区上奥陶统沉积相类型 Table 1 Sedimentary facies types of Upper Ordovician in Sichuan Basin and its surrounding areas 相 亚相 微相 (混积)滨岸 — — 碳酸盐缓坡 潮坪 云灰坪、灰坪 内缓坡 砂屑滩、生屑滩、滩间海、洼地 中缓坡 风暴滩、滩间海 外缓坡 灰泥缓坡 (混积)陆棚 浅海陆棚 钙质陆棚、硅质陆棚、粉砂质陆棚 深水陆棚 炭质陆棚、泥质陆棚、硅质陆棚

下载CSV 表 1 四川盆地及周缘地区上奥陶统沉积相类型 Table 1 Sedimentary facies types of Upper Ordovician in Sichuan Basin and its surrounding areas

(混积)滨岸相呈环状分布于古隆起周缘及黔中水下隆起，向盆地内部与(混积)陆棚相或潮坪亚相接触并逐渐过渡^[10]。(混积)滨岸相在晚奥陶世各时期均有发育，随着扬子板块与华夏陆块的不断挤压碰撞，黔中水下隆起开始露出水面，接受到少量碎屑物源^[9]，岩性组成较为复杂，主要为含砂生屑灰岩、钙质砂岩及粉砂岩等，具有碳酸盐岩与碎屑岩混积的特点(图 2a—2c)。受波浪作用及强水动力影响，自内向外、自下而上泥质含量呈递减趋势，碳酸盐或砂质组分含量逐渐增加，陆源碎屑分选性和磨圆度均较好，常见波痕、斜层理和平行层理等构造。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 四川盆地及周缘地区上奥陶统(混积)滨岸相与潮坪岩性特征及识别标志 (a)深灰色含砂生屑灰岩，含腕足化石，混积滨岸，旺苍双汇；(b)深灰色含砂生屑灰岩，混积滨岸，旺苍双汇；(c)含石英灰质白云岩，混积滨岸，三江偏岩子；(d)灰色生屑灰岩，潮坪，长宁双河；(e)生屑泥晶灰岩，潮坪，三江偏岩子；(f)生屑泥晶灰岩，潮坪，城口修齐。 Fig. 2 Lithologic characteristics and identification marks of(mixed)shore and tidal flat of Upper Ordovician in Sichuan Basin and its surrounding areas

晚奥陶世扬子板块向华夏陆块之下聚敛俯冲，浅海台地被淹没为较深水低能缓坡^[25]。綦江—南川—武隆—彭水以南至桐梓—思南—秀山、东至酉阳—咸丰—恩施一线多为碳酸盐缓坡相^[24]。碳酸盐缓坡相主要发育于宝塔组—临湘组^[26]，可进一步划分为潮坪、内缓坡、中缓坡和外缓坡等亚相。

潮坪亚相在早奥陶世各沉积期均有发育，位于局限环境下坡度平缓的海岸地带，以潮汐作用为主，包括潮下带灰坪和潮间带云灰坪微相。在五峰组沉积期表现为含钙粉砂岩，层内缺少沉积构造，化石以笔石为主；在观音桥组沉积期多为生屑泥晶灰岩，含赫南特贝、双壳、腹足等生物碎屑，在近岸地区能量较高，可能存在浅滩沉积^[10]。灰坪微相的沉积介质主要为清澈水体，岩性为生屑泥晶灰岩(图 2d—2f)，生物种类丰富，沉积物粒度向海逐渐变小；云灰坪微相水位升降频繁变化，沉积受间歇性暴露影响，发育灰质白云岩、白云质灰岩等；局部高能区具有浅滩微相陆源碎屑和碳酸盐岩混合沉积的特征，潮汐层理和波状层理均发育，自然伽马曲线呈锯齿状变化。

内缓坡亚相可进一步划分为砂屑滩、生屑滩、滩间海及洼地等沉积微相。作为缓坡内水动力最强部位，在水体较浅地区发育小规模颗粒滩。生屑滩以生屑灰岩沉积为主，可见角石、海百合、介形虫、腹足、腕足、棘皮动物等生物碎屑(图 3a，3b)；砂屑滩则具有砂屑灰岩、鲕粒灰岩夹泥晶灰岩的岩性特征(图 3c)，自然伽马测井曲线一般为低值箱形，顶底呈突变接触；滩间海微相较滩相水体更深，以灰色—深灰色泥晶灰岩、瘤状灰岩沉积为主，水平层理和波状层理均发育，在古隆起周缘地区受陆源碎屑影响夹少量薄层粉—细砂岩(图 3d)；洼地指滩相间相对缓坡因构造作用下陷的区域，以泥灰岩为主，相当于台内洼地。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 四川盆地及周缘地区上奥陶统碳酸盐缓坡相岩性特征及沉积相识别标志 (a)深灰色含砂生屑灰岩，含腕足化石，混积滨岸，旺苍双汇；(b)深灰色含砂生屑灰岩，混积滨岸，旺苍双汇；(c)含石英灰质白云岩，混积滨岸，三江偏岩子；(d)灰色生屑灰岩，潮坪，长宁双河；(e)生屑泥晶灰岩，潮坪，三江偏岩子；(f)生屑泥晶灰岩，潮坪，城口修齐。(a)灰色瘤状灰岩，似瘤状构造，内缓坡，三江偏岩子；(b)灰色生屑泥晶灰岩，内缓坡，华蓥山李子垭；(c)生屑泥晶灰岩，内缓坡，南江桥亭；(d)灰色砂屑灰岩，内缓坡，城口修齐；(e)含生屑泥晶灰岩，中缓坡，三江偏岩子；(f)含生屑泥晶灰岩，中缓坡，城口修齐。 Fig. 3 Lithologic characteristics and identification marks of carbonate gentle slope of Upper Ordovician in Sichuan Basin and its surrounding areas

中缓坡亚相位于正常浪基面之下，一般水动力弱，以生屑泥晶灰岩、含生屑泥晶灰岩等为主，可见有孔虫、介形虫、腕足类、角石等生物碎屑(图 3e，3f)，自然伽马值较内缓坡高，曲线形态相近但锯齿数量更少，受风暴浪影响偶见风暴滩微相。

外缓坡亚相具有坡度缓、水体深的特点，长期处于缺氧的沉积环境，以发育灰泥缓坡微相为主，岩性多为深色泥页岩、泥晶灰岩等，其间夹有风暴沉积层，常含有介形虫、腕足、棘皮动物等底栖生物化石^[24]，仅在城口修齐剖面疑似存在，其他区域内未见发育。

(混积)陆棚相主要发育于五峰组和观音桥组，可进一步划分为浅海陆棚与深水陆棚亚相，具有一定碳酸盐岩和陆源碎屑混积的特点。

浅海陆棚亚相水体偏浅且水动力较弱，在古隆起周围具有混积特点，岩性主要为含砂生屑灰岩、钙质粉砂岩及硅质页岩等。在观音桥组以富含赫南特贝的含砂生屑灰岩为主，地层厚度较小，或可见透镜状层理，多分布于远离古隆起的盆地内侧浅海陆棚环境，如习水—綦江一带或长宁—双河剖面发育的浅海陆棚亚相厚度较小，含介壳灰岩(图 4a，4b)，自然伽马曲线平滑接近箱形；在观音组缺失地区，五峰组上部发育浅海陆棚沉积，岩石类型以硅质页岩、钙质页岩、粉砂质页岩为主(图 4c，4d)，构造以水平层理为主，偶见平行层理，可见笔石发育。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 四川盆地及周缘地区上奥陶统(混积)陆棚相岩性特征及沉积相识别标志 (a)灰色介壳灰岩，含腕足类化石，浅海陆棚，长宁双河；(b)灰色介壳灰岩，含腕足类化石，浅海陆棚，长宁双河；(c)黑色薄层状硅质页岩，波痕发育，浅海陆棚，南江桥亭；(d)钙质页岩，浅海陆棚，城口修齐；(e)黑色薄层状炭质页岩，含笔石化石，深水陆棚，南江桥亭；(f)硅质页岩，深水陆棚，三江偏岩子；(g)硅质岩，放射虫，深水陆棚，城口修齐；(h)泥灰岩，深水陆棚，城口修齐；(i)硅质页岩，深水陆棚，南江桥亭。 Fig. 4 Lithologic characteristics and identification marks of(mixed)shelf of Upper Ordovician in Sichuan Basin and its surrounding areas

深水陆棚亚相发育于古隆起间的川东北、川东鄂西、川南3个深水区，海相烃源岩最大厚度可达130 m。涪陵—石柱—武隆一带和川南地区的长宁—永川一带为沉积中心^[27]，近古隆起地区为中等水深—浅水沉积环境，自深水向浅水地区，深色页岩沉积厚度减小乃至局部缺失。深水陆棚亚相发育于静水缺氧环境，缺乏生物扰动作用。在五峰组以大套深色页岩形式沉积，根据岩性划分为炭质陆棚、泥质陆棚及硅质陆棚等微相(图 4e，4f)，生物类型以笔石为主，长轴为2~50 cm，具有自下而上笔石富集程度增加且泥质含量逐渐增大的特点，深水区发育硅质含量较高的硅质岩(图 4g)，含丰富的放射虫。在观音桥组沉积硅质页岩和少量泥灰岩(图 4h，4i)，主要发育于自沉积中心向浅水过渡的地区，如城口—南江一带。

四川盆地及周缘地区上奥陶统垂向上总体具有碳酸盐缓坡—(混积)陆棚相沉积特征(图 5)，岩性表现为中下部发育大套瘤状灰岩、生屑灰岩、泥晶灰岩，上部为深色页岩、硅质页岩、硅质岩沉积，顶部为介壳灰岩的沉积特征。宝塔组—临湘组主要发育碳酸盐缓坡相，五峰组以(混积)陆棚相为主，观音桥组则发育(混积)滨岸相和浅海陆棚亚相。五峰组上部及观音桥组在盆地内大部分地区发育广泛且稳定，包括贵州仁怀、南川三汇和石柱漆辽等剖面，而在盆地北部古隆起周缘因受剥蚀而存在地层缺失，如城口修齐剖面、南江桥亭等剖面。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 四川盆地及周缘地区上奥陶统典型野外剖面垂向沉积序列 Fig. 5 Vertical sedimentary sequence of typical field profile of Upper Ordovician in Sichuan Basin and its surrounding areas

研究区雷波抓抓崖—Gs1井—L32井—P1井—华蓥山—C7井—湖北三峡剖面整体上发育(混积) 滨岸相、碳酸盐缓坡相和(混积)陆棚相(图 6a)，自西向东上奥陶统沉积厚度为55~90 m。宝塔组—临湘组主要发育内缓坡滩间海微相，横向发育较为稳定，岩性总体上以生屑灰岩和泥晶灰岩为主，在盆地西部的P1井和Gs1井可见多期次生屑滩微相发育，在C7井宝塔组—临湘组下部发育厚度约20 m的云化砂屑滩微相，在华蓥山剖面、P1井和C7井宝塔组—临湘组底部还可见一套厚度约50 m的内缓坡洼地微相发育，在C7井宝塔组—临湘组顶部可见薄层中缓坡滩间海微相。五峰组横向上主要发育一套深水陆棚沉积，岩性以黑灰色硅质页岩为主，横向上发育较为稳定，中部厚度较大，东西两侧厚度相对较小。观音桥组整体厚度较小，主要发育浅海陆棚和灰坪微相，局部地区受构造抬升剥蚀存在地层缺失。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 四川盆地及周缘地区上奥陶统沉积相连井对比剖面 Fig. 6 Well-tie profile of sedimentary facies of Upper Ordovician in Sichuan Basin and its surrounding areas

青川磨刀垭—双汇正源—南江桥亭—Ms1井—城口修齐—湖北三峡剖面沉积相与雷波抓抓崖— Gs1井—L32井—P1井—华蓥山—C7井—湖北三峡剖面大致相同(图 6b)。垂向上宝塔组—临湘组主要发育内缓坡滩间海微相，岩性以大套中—厚层瘤状灰岩为主，城口修齐剖面宝塔组—临湘组上部以中缓坡亚相泥晶灰岩为主，顶部发育更低能的外缓坡亚相泥页岩。此外，在双汇正源和南江桥亭剖面垂向上出现大套的生屑滩微相，可见生屑灰岩、豹皮状灰岩等，生物碎屑以双壳、介壳类为主。五峰组主要发育深水陆棚亚相，岩性以大套的深灰色—黑色薄层硅质页岩、页岩为主，横向发育较为稳定，厚度为10~50 m。青川磨刀垭剖面观音桥组发育以泥晶灰岩、灰质泥岩为特征的浅海陆棚沉积。受川北隆起影响，剖面横向上厚度波动，具有厚—薄—厚相间的变化趋势。

W2井—Zs1井—L32井—Ys2井—L1井—贵州仁怀剖面下部仍以宝塔组—临湘组内缓坡滩间海微相为主，向上转为五峰组深水陆棚亚相，隆起区周缘发育(混积)滨岸沉积(图 6c)。横向上地层厚度稳定，从西北向隆起区逐渐变小，抬升遭受剥蚀，东南向则未出现明显的地层缺失或尖灭。Zs1井和Ys2井地层厚度相对较大且能够识别出多期生屑滩微相，Ys2井宝塔组—临湘组底部可见一套厚度约为10 m的内缓坡洼地沉积发育。五峰组主要发育一套深水陆棚硅质页岩沉积，横向展布略有波动，以Zs1井处厚度最大，并在Ys2井可见一层厚度约10 m的云灰坪沉积。观音桥组以(混积)陆棚相为主，在部分地区存在缺失，其原因可能是近岸浅水区受构造抬升—沉降综合影响引发的暴露剥蚀，亦或远岸深水区对气候环境变化引发的沉积存在迟滞，而与五峰组上部混淆难以识别。

扬子板块向华夏地块之下聚敛俯冲造成扬子台地基底快速沉降^[25]，相对海平面快速上升，四川盆地及周缘地区由早—中奥陶世伸展背景下具有广海特征的海域逐渐转变为被边缘古隆起所包围的局限浅海环境。古地理格局则发展演化出南高北低、东部向海、开口缩小等特征：黔中隆起和雪峰山隆起连片分布，面积明显扩大，而川北隆起和川中古隆起均具有一定的萎缩特征^[28]，且这二者之间连接的隆起区被海水淹没并接受沉积，前期的浅海台地被迅速淹没进而变成了较深水的低能缓坡，在达州—南充、宜宾—重庆一带形成2个“C”字形的内缓坡洼地，习水—南川一带受构造运动挤压轻微隆起，并在隆起区顶部发育内缓坡生屑滩微相，沉积相带由东西向展布转为北东向展布。

研究区(混积)滨岸相、碳酸盐缓坡相、(混积)陆棚相均有发育，但大部分地区以内缓坡滩间海微相为主，岩性主要为生屑灰岩、砂屑灰岩，发育零散的砂屑滩、生屑滩或洼地微相，呈孤立状分布(图 7)。盆地西缘主要发育(混积)滨岸相—云化潮坪亚相，夹于西部隆起区和东部缓坡之间，岩性主要为白云岩或泥质白云岩等；在盆地北侧和南侧也可见呈零星带状分布的(混积)滨岸相—云化潮坪亚相，与内缓坡亚相接触。在盆地的西北缘、东北缘以及东南缘部分地区还可见中缓坡以及深水陆棚亚相，中缓坡主要发育于研究区的东南部和东北部，与内缓坡呈过渡关系，同样表现为带状展布特征，主要为泥晶灰岩沉积；深水陆棚亚相则主要发育于西北部，表现为大套泥页岩和泥质灰岩。本文各组岩相古地理图西北角与东北角海盆相为拼接而来，并无资料点支撑，也不在研究区范围内，故不进行讨论，后文不再赘述。

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 四川盆地及周缘地区上奥陶统宝塔组—临湘组岩相古地理图 Fig. 7 Lithofacies paleogeography of Upper Ordovician Baota-Linxiang Formation in Sichuan Basin and its surrounding areas

五峰组沉积期海侵达到顶峰，盆地基底持续沉降，同时川中隆起、黔中隆起和川北隆起构造隆升扩大并出露地表，形成三面环隆的半局限海沉积环境。海侵事件导致环古隆起区(混积)滨岸相发育规模缩小，早期的碳酸盐缓坡相转为浅海陆棚亚相，盆内低洼地区以深水陆棚亚相为主。赫南特冰期事件和都匀运动导致湘鄂隆起抬升暴露剥蚀后，再次被海水淹没，以隆起区为中心环绕发育(混积) 滨岸相，习水—南川一带水下隆起持续抬升，发育低能的潮下带灰坪沉积(图 8)。

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 四川盆地及周缘地区上奥陶统五峰组岩相古地理图 Fig. 8 Lithofacies paleogeography of Upper Ordovician Wufeng Formation in Sichuan Basin and its surrounding areas

盆地内部主体为浅海陆棚沉积，多呈片状分布，岩性以深灰色—黑色炭质页岩为主。盆内坳陷地区局部发育深水陆棚亚相，呈孤立状散布，以黑色硅质页岩为主，在研究区东北角由斜坡向盆地相过渡。潮下带灰坪微相主要分布在研究区南缘近岸区域，少量分布于北缘，其紧邻(混积)滨岸相，岩性上主要表现为灰岩、泥晶灰岩等碳酸盐岩沉积。(混积)滨岸相环川中隆起、滇东—黔中隆起、雪峰山隆起区发育，在盆地西北部部分地区向(混积)陆棚相过渡，呈环带状展布，粉砂质含量增多，岩性主要为粉砂岩、含炭粉砂质页岩等，在盆地中南部部分地区呈零星状散落向灰坪微相过渡，岩性为具有泥晶灰岩和白云质页岩发育为特征的混积岩。盆地基底受构造运动影响发生沉降，研究区五峰组沉积期水体持续加深，这与加里东运动引起的相对海平面上升有密切联系。

赫南特全球冰期事件导致奥陶纪与志留纪之交海平面出现深—浅—深的旋回变化，观音桥组沉积期处于深—浅的海退阶段，盆地浅水沉积区面积呈扩大趋势，海水降温及其后的快速海侵造成了海洋生物大量灭绝。观音桥组在研究区内广泛发育，沉积相展布较为复杂，不同地区沉积相存在差异，包括(混积)滨岸相、浅海陆棚亚相、潮下带灰坪微相及潮间带云灰坪微相等，自西北向东南呈现出水体逐渐加深、再逐渐变浅的过程(图 9)。

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 四川盆地及周缘地区上奥陶统观音桥组岩相古地理图 Fig. 9 Lithofacies paleogeography of Upper Ordovician Guanyinqiao Formation in Sichuan Basin and its surrounding areas

盆地中南部的习水—南川一带水下隆起抬升至顶峰，沉积相主体为潮下带灰坪和少量生屑滩微相，岩性主要为灰岩、泥晶灰岩、生屑泥晶灰岩。潮下带灰坪内部水体较浅的地区，受白云石化作用影响发育潮间带云灰坪和云化生屑滩微相，向盆地内部依次发育(混积)滨岸-潮下带灰坪-潮间带云灰坪-云化生屑滩。相似的沉积相带组合在盆地北缘同样有零星分布，岩性与中南部有轻微差异，多为灰色灰质云岩、白云质泥岩、白云质灰岩等。云化生屑滩与云灰坪微相过渡带多发育于盆地的东南部，岩性以生屑白云岩为主；生屑滩零星分布于研究区北缘、中部及南缘，多与灰坪微相过渡，岩性以灰色生屑灰岩和含粉砂生屑灰岩为主；(混积)滨岸相主要环古隆起周缘地区发育，具有碳酸盐岩和陆源碎屑岩混合沉积的特征，较五峰组沉积期受风化程度更低，在研究区南部、西缘与灰坪微相过渡，在部分区域与浅海陆棚亚相相接，岩性主要为泥质灰岩和粉砂质灰岩；相较而言，研究区东部、北部和南部坳陷区域水体较深，浅海陆棚沉积在坳陷斜坡中上部大量发育并向坳陷内部逐渐过渡为深水陆棚沉积，岩性由粉砂质页岩和钙质页岩逐渐变为硅质页岩。

四川盆地及周缘地区晚奥陶世环境突变对沉积演化具有重大影响，以野外露头、钻井、地震资料为基础，结合连井剖面，在对应位置建立各时期沉积演化模式(图 10)。

图 10

Fig. 10

下载原图 图 10 四川盆地及周缘地区晚奥陶世沉积演化模式(据文献[32-33]修改) Fig. 10 Sedimentary evolution model during Late Ordovician in Sichuan Basin and its surrounding areas

晚奥陶世华夏地块群不断向西北扩展，产生由东南向西北的水平挤压应力，在上扬子南缘引发了宜昌上升，扬子北缘则表现为西乡上升^[29]。通过与连井剖面同向相邻的过川中古隆起地震剖面，可识别出隆起区同沉积期超覆以及后期剥蚀，揭示奥陶系具有明显的底部超覆、顶部被削截的特点(图 11a)，反映上奥陶统在隆起区周缘遭受剥蚀而导致沉积信息缺失(图 11b)，如Tx1井上奥陶统保留宝塔组和五峰组，说明古隆起在宝塔组沉积期之前就已存在^[28]。宝塔组—临湘组沉积期海退导致古隆起周缘暴露水面并遭受剥蚀，盆地整体所处的暖清浅水环境有利于碳酸盐工厂发育(图 10a)，受都匀运动抬升作用影响，奥陶纪初郁南运动形成的黔中水下隆起经历了反复抬升沉降最终出露水面^[30]。五峰组沉积期海平面快速上升，构造挤压引发盆地水体逐渐封闭滞留并缺氧还原，促进了有机质保存和页岩的发育(图 10b)，黔中隆起隆升为陆且明显扩大，并作为独立构造单元讨论^[31]。观音桥组沉积期，持续抬升与快速海退导致局部地区地层抬升剥蚀，龙马溪组与五峰组2套黑色岩系直接接触，铁质风化壳发育。在构造活动持续作用下，隆起区继续升高扩张，盆地东南缘基底沉降，最终形成三面环隆、隆洼相间的古地理格局。根据已有资料，推测在川中隆起和黔中隆起间曾存在一个短暂的水下隆起，大约在习水—南川一带，呈南西—北东向发育，从宝塔组沉积期开始，至观音桥组沉积期达到顶峰，但并未抬升暴露遭到剥蚀，而是以发育缓坡相滩体为主要特征(图 10c)。

图 11

Fig. 11

下载原图 图 11 川中古隆起地层结构[28] Fig. 11 Stratigraphic structure of paleo-uplift in middle Sichuan Basin

宝塔组沉积期发生过一次快速海侵，导致沉积环境由十字铺组的混积台地突变为浅海环境，海平面在整个宝塔组—临湘组沉积期保持相对稳定持续上升，在盆地北缘的汉南古陆、西部的成都—康滇古陆等隆起区域暴露且受到强烈的陆表风化作用，兴文县海马村剖面底部发育富鲕绿泥石灰岩，标志该时期的快速海侵，水体加深导致沉积物—水体界面及其以下的胶体脱水，形成广泛分布的水下收缩裂隙成因的龟裂纹灰岩(图 12a)^[34]。五峰组沉积期海侵达到顶峰，受海平面上升导致陆源输入增多的影响，(混积)滨岸相陆源碎屑增加，缺氧海洋环境导致一些底栖生物消失，生物死亡后所处缺氧的静水还原环境为五峰组烃源岩沉积创造了良好的条件。观音桥组沉积期(赫南特期)气候转冷，极区冰盖扩张引发的一次规模较大的海退事件^[35-36]，控制了浮游生物生产力和水体有机质保存条件，同样影响了沉积演化过程。

图 12

Fig. 12

下载原图 图 12 四川兴文海马村剖面综合柱状图(a)(据文献[32]修改)与扬子地块剖面上奥陶统蚀变化学指数变化(b)(据文献[33]修改，阴影区表气候降温期，箭头表两幕生物灭绝) Fig. 12 Stratigraphic column of in Xingwen Haima section of Sichuan Basin(a)and chemical index of alteration(CIA) variations of Upper Ordovician at sections in Yangtze block(b)

以往对牙形石碳氧同位素的研究反映了宝塔组—临湘组沉积早期气候回暖、晚期变冷及至五峰组沉积期回暖的气候变化^[37]。值得一提的是，美国明尼苏达州和肯塔基州牙形石正氧同位素漂移可以与decike火山活动吻合，对应晚奥陶世冰期事件第1幕^[38]，华南Katian火山活动对应了观音桥组沉积中期气候回暖与晚期的快速冷却^[39]，表明火山活动是古气候变化有力的影响因素，并进一步影响岩相古地理的展布。沉积过程中炎热潮湿的气候导致五峰组化学风化程度较高，观音桥组沉积期气候整体寒冷干旱，受蚀变风化程度较低(图 12b)^[35-36]。化学蚀变指数值(CIA)广泛用于判断源区化学风化程度，CIA指数值表明观音桥组沉积期气候2次短暂的回暖，温暖的气候对应了亮晶颗粒灰岩中大量鲕粒的出现^[40-41]。古气候与海平面变化引发了2幕奥陶纪末生物灭绝事件(LOME)，恰好与观音桥组沉积期两端2次快速降温事件时间吻合，快速降温致使绝大多数生物种群灭绝，海底静水相缺氧及有毒硫化物水体扩张则打击了因气候回暖而短暂繁盛的生物种群^[42]。进一步引出了2次广泛的海洋缺氧事件，前者发生在五峰组沉积期末，深水引发水体含氧量分层，静水缺氧环境控制了烃源岩的发育；后者在观音桥组沉积早期凉水富氧事件结束后，控制了赫南特期介壳灰岩的分布^[43-44]。

综上所述，受构造、海平面与古气候变化控制，暖水常氧的水体环境有利于宝塔组—临湘组沉积时期碳酸盐工厂大规模发育，底部静水缺氧环境是五峰组沉积良好烃源岩的基础，环境在短期内快速多次变化导致观音桥组在不同地区具有突变性与多样性，多种因素联合控制了四川盆地及周缘地区晚奥陶世岩相古地理格局。

(1) 四川盆地及周缘地区晚奥陶世构造挤压逐渐增强，周缘隆起区持续升高扩张，东南缘基底构造沉降与全球海平面上升，共同作用形成了西北、西部、南部三面环隆的古地理格局，盆内坳陷以达州—南充、宜宾—重庆一带为中心呈北东向展布，习水—南川一带存在北东—南西向水下隆起。

(2) 研究区晚奥陶世发育(混积)滨岸、碳酸盐缓坡与(混积)陆棚相3种沉积相类型。(混积)滨岸相在各时期均有发育，主要发育于川中隆起、川北隆起、黔中隆起等高构造区周缘，具有碳酸盐岩与碎屑岩混积的特点；碳酸盐缓坡相主要发育在宝塔组—临湘组，向盆地方向可进一步划分(混积)潮坪、内缓坡、中缓坡、外缓坡亚相，其中，内缓坡发育小规模生屑滩、颗粒滩等储层有利微相；(混积)陆棚相主要发育在五峰组和观音桥组，包括浅海陆棚和深水陆棚亚相，部分地区具有混合沉积特征。

(3) 构造运动、海平面变化和古气候3种因素共同控制了四川盆地及周缘地区晚奥陶世岩相古地理格局。垂向上沉积相主要受海平面与古气候的影响，表现为碳酸盐缓坡—(混积)陆棚相—(混积)滨岸相演化模式；平面上受构造与海平面的影响，地层厚度整体稳定，自中心向周缘逐渐变小，古隆起控制(混积)滨岸相，水下隆起控制缓坡滩相，坳陷则控制深水陆棚亚相发育。