中国南方海相地层是油气勘探潜力层系^[1-4]，其中下寒武统黑色页岩是获得突破的重点层位^[5-9]。近期，上扬子地区在磨溪地区寒武系龙王庙组发现了中国迄今为止单个规模最大的整装特大型气田——安岳气田，探明天然气地质储量4404×10⁸m³，其烃源岩主要来自震旦系陡山沱组及下寒武统筇竹寺阶^[10-12]；中国地质调查局在中扬子部署实施的鄂宜页1井在寒武系水井沱组获得6.02万m³/d、无阻流量12.38m³/d的高产页岩气流^[13]。下扬子地区海相中古生界沉积面积17×10⁴km²，占全国海相总面积146×10⁴km²(塔里木、华北、中下扬子等海相沉积盆地)的1/8。海相油气显示活跃，全区共发现油气显示424处，其中下古生界油气显示130处(包括古沥青), 显示出良好的找油气前景^[14,15]，但该地区海相经过50多年的勘探，除在黄桥地区上古生界龙潭组获得工业油流外^[16-18]，迄今未获实质性突破，其主要原因除了构造复杂外，主力烃源岩展布不清，制约了区带评价及勘探工作的开展。

下寒武统是下扬子地区最主力烃源岩层系，但是长期以来由于资料的限制，其研究工作多局限于皖南^[19]、浙北^[20]及宁镇地区，针对整个下扬子面上研究工作相对较少，给下扬子地区综合评价带来较大难度。本文收集整理了下扬子地区64个露头及钻井资料，实测了10个下寒武统露头剖面，取送样烃源岩各类样品144件，分析化验256样次, 在地层对比、岩相古地理研究的基础上对下扬子下寒武统烃源岩条件进行了评价，为该区油气勘探提供了地质依据。

1.   区域地质概况

下扬子地区位于华北板块和华南板块之间，北部边界为大别-苏鲁造山带，西部以郯庐断裂与华北地台板块和中扬子块体相隔，东南部以江绍断裂与华南褶皱带相邻，东部以海岸线为界^[21](图 1)。

图  1  下扬子构造位置及下寒武统沉积相图

Figure  1.  Structure location and sedimentary facies of Lower Cambrian in Lower Yangtze region

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根据岩性组合、生物群特征及所处地质构造单元等方面的特征，研究区下寒武统可分为2个地层分区：下扬子地层分区和江南地层分区^[22]。下扬子地层分区划分出4个地层小区：天长-滁县地层小区、宿松-巢湖地层小区、南京地层小区、芜湖-石台地层小区。天长-滁县地层小区为黄栗树组，宿松-巢湖地层小区自下而上为冷泉王组、半汤组，南京地层小区为幕府山组，芜湖-石台地层小区为黄柏岭组；江南地层分区划分出2个地层小区：江山-临安，广德-休宁地层小区，自下而上可划分为荷塘组、大陈岭组；杭州-嘉兴-上海地层小区，自下而上分别为超山组、大陈岭组(表 1)。

表  1  研究区下寒武统地层对比

Table  1.  Stratigraphic correlation for the Lower Cambrian strata in the study area

阶	下扬子地层区						江南地层分区
	天长-滁县		宿松-巢湖		南京		芜湖-石台		江山-临安广德-休宁		杭州-嘉兴-上海
	组	岩性	组	岩性	组	岩性	组	岩性	组	岩性	组	岩性
龙王庙阶	黄栗树组	上段页岩夹灰岩透镜体，具纹理白云质灰岩；下段：页岩、薄层灰岩夹灰岩透镜体，夹石煤层、含磷结核、薄层硅质岩。见三叶虫、海绵骨针	半汤组	白云岩、灰质白云岩、页岩，见三叶虫	幕府山组	上段:白云质灰岩、灰岩、白云岩夹少量钙质页岩，含三叶虫；下段:以浅灰、灰黄色页岩(砂质)为主夹灰黑色硅质页岩、硅质岩、碳质页岩及石煤层，厚12~109m	黄柏岭组	上段：具纹理白云质灰岩; 下段黄绿色钙质泥岩，石煤层、磷结核层，薄层硅质岩，厚326~625 m，见三叶虫、海绵骨针	大陈岭组	深灰色厚层具微细层理的白云质灰岩、灰岩夹灰黑色薄层硅质泥岩，通常含海绵骨针	大陈岭组	灰色、深灰色泥质白云岩、白云岩、白云质灰岩
沧浪铺阶			冷泉王组	燧石团块鲕状白云岩、白云岩，见叠层石、藻类					荷塘组	黑色炭质页岩，石煤层磷结核层、薄层硅质岩，厚259~641 m	超山组	灰黑色、黑色碳质(钙质)泥页岩夹薄层泥灰岩，粉砂质泥页岩
筇竹寺阶
梅树村阶

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2.   岩相古地理特征

2.1   岩性特征

下扬子早寒武世为一套盆地、陆棚、斜坡、台地边缘、局限台地相沉积。根据野外露头剖面观察、镜下薄片鉴定以及分析化验等手段认为研究区主要发育了以下6种主要的岩石类型：硅质岩，硅质泥、页岩，碳质泥、页岩，灰质泥、页岩，泥灰岩，白云岩。

(1) 硅质岩

硅质岩主要以薄—中层状产出，多呈黑色和灰黑色，单层厚几至几十厘米, 部分发育纹层层理，致密坚硬；多发育在黄栗树组、幕府山组、黄柏岭组、荷塘组。普通显微镜和电子显微镜观察表明硅质岩主要由非晶质石英组成，可见硅质岩中含黄铁矿，为深水陆棚或者盆地环境。

(2) 硅质泥、页岩

该类岩石主要成分为泥岩、页岩，但是SiO₂含量较高，常含有黄铁矿。在薄片下可见黑色硅质泥岩，炭质含量较高，透光性较差，发育多条微裂隙，硅质充填。含草莓状黄铁矿表明其处于还原环境，为深水陆棚或者盆地环境。

(3) 碳质泥、页岩

碳质页岩：页岩中含大量的碳化有机质，岩石较松软，含碳量约3%~15%，灰黑色，污手，页理发育，性脆。X射线衍射分析和扫描电镜背散射观测表明，碳质泥岩中主要由石英和黏土矿物组成，黏土矿物主要为伊利石和高岭石、伊蒙混层，并且含少量的副矿物黄铁矿和磷灰石，有机碳主要吸附在黏土矿物上。

碳质泥岩：此类岩石与碳质页岩的区别在于页理不发育，但是依然含大量的碳化有机质，灰黑色，污手。显微镜下观察到碳质含量高，透光性差，局部裂隙发育，硅质矿物充填。

(4) 钙质泥、页岩

主要发育于下寒武统荷塘组顶部，且单层厚度变化较大，从几米到几十米，往往伴随较多的方解石脉体。新鲜面颜色从灰黑色到黑灰色甚至到青灰色之间变化。显微镜下观测可见纹层，纹层界线不清晰，浅色纹层由富含微晶碳酸盐岩和石英颗粒构成，深色层为黏土质的富有机质纹层组成。形成于低能环境，代表浅海陆棚、斜坡沉积。

(5) 泥质灰岩

主要见于天长-滁县黄栗树组上部及广德休宁地区大陈岭组，泥晶结构，几乎全由0.001~0.004mm的灰泥(又称泥晶)组成，仅含少量异化粒(小于10%)，有机质呈纹层状定向分布并顺纹层发育裂隙，见方解石结核，节理明显，碎屑矿物主要为石英、方解石、含少量云母碎片。形成于低能环境，代表浅海陆棚、斜坡沉积。

(6) 白云岩

主要见于汤山地区、和县-安庆地区及无锡、昆山地区；汤山地区、和县-安庆地区主要为灰白色鲕状白云岩、叠层石白云岩，主要为局限台地及台地边缘相；而无锡、昆山地区主要为灰色、深灰色灰质白云岩，主要是较深埋深下受高温热液影响而形成，其沉积环境为斜坡相。

2.2   地层格架建立

由于研究区地层横跨三省一市，各地岩石地层单位不统一，给面上沉积相研究、烃源岩评价带来较大困难。本文通过对17个下寒武统发育相对完整露头及钻井进行地层对比及沉积旋回划分，将下寒武统划分为3段。其中一段、二段主要为盆地、陆棚相，为下寒武统暗色泥岩发育的主要层位，但是通过古生物及地层对比看下寒武统底部一段及二段下部普遍存在地层缺失的现象。

古生物方面，岳昭和何圣策(1989年)通过原牙形类，高肌虫、三叶虫等古生物认为浙江江山地区荷塘组相比皖南地区荷塘组缺失了梅树村晚期至筇竹寺早中期地层^[23]。杨爱华、朱茂炎等也认为皖南荷塘组与浙江江山一带的荷塘组时代差异较大, 下伏地层也不相同, 在皖南下伏地层为皮园村组深水硅质岩系, 而在江山一带下伏地层为灯影组浅水白云岩，因此，荷塘组在不同的地区发育差异极大^[24]。南京大学胡文瑄等曾对无锡地区东深1井寒武系—震旦系界线进行了划分，在东深1井5739m和5914m发现了三叶虫碎片，指示寒武系三段以上地层；在6128m处发现了织丁壳，指示寒武系二段至三段地层; 结合碳同位素认为东深1井寒武系-震旦系界线在6340m附近，该井下寒武统缺失一段地层。

地层方面，从巢县-诸暨地区连井相图可以看出，石台-安吉地区皖页1井、安吉叶杭坞剖面一段、二段发育齐全，巢县、富阳、诸暨地区均存在不同程度的缺失(图 2)。从东至-江山地区连井相图可以看出，石台皂角树剖面下寒武统一段、二段发育齐全，东至、休宁、开化及江山地区均存在不同程度的缺失(图 3)。上海宝山剖面及昆2井下寒武统一段、二段发育齐全；东深1井，句容仑山、幕府山、黄栗树剖面一段均缺失(图 4)。

图  2  下扬子巢县-诸暨下寒武统连井相图(Ⅱ)

Figure  2.  Facies variation among drilling wells of Lower Cambrian in Chaoxian-Zhuji (Ⅱ)

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图  3  东至-江山下寒武统连井相图(Ⅲ)

Figure  3.  Facies variation among drilling wells of Lower Cambrian in Dongzhi-Jiangshan (Ⅲ)

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图  4  全椒-上海宝山下寒武统连井相图(Ⅰ)

Figure  4.  Facies variation among drilling wells of Lower Cambrian in Quanjiao-Shanghai Baoshan (Ⅰ)

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2.3   岩相古地理特征

灯影组沉积末期，下扬子地区发生了一次快速海退过程，部分地区露出水面，形成了古陆。早寒武世早期，受地壳拉张裂陷作用，受巢湖—泰州与贵池—常州两同沉积断层的影响，形成了两盆夹一台的构造格局，两断裂所限的地带相对抬升形成稳定的克拉通台地，在此两断裂相背的滁州-盐城，石台-安吉地区地壳下沉，在盆地南部、北部分别发育了2个坳拉槽，形成深水陆棚盆地。在此构造格局的影响下，下扬子早寒武世沉积发生分异，形成了盆地相、陆棚相、斜坡相、台地边缘相、局限台地相5种沉积相类型(图 1)，并导致烃源岩主要分布在北部的滁州盐城及南部石台-安吉、德兴-桐庐地区。

盆地相：主要分布在石台-安吉下寒武统一段、二段，德兴-桐庐下寒武统二段，滁州-盐城下寒武统二段，岩性主要为黑、灰黑色、深灰色水平纹层状碳质泥页岩、硅质泥页岩及硅质岩，局部夹石煤及层状或结核状凝块岩，生物贫乏，仅见海绵骨针、放射虫等。

陆棚相：主要分布在盱眙-建湖、南京-扬州、安庆-铜陵-宜兴、诸暨-青浦下寒武统二段及石台-安吉-富阳下寒武统三段。岩性主要为深灰色泥晶泥质云岩、泥质灰岩、云质泥岩及泥岩；沉积构造以水平纹层、透镜状构造为主；生物主要以底栖、漂浮三叶虫为代表。

斜坡相：主要分布在浙江桐乡-上海松江，潜山-芜湖-无锡-海门，镇江以南-泰兴，淮阴-滨海地区下寒武统二段、三段。岩性主要为深灰色、灰色条带状、中-薄层状泥粉晶灰岩及瘤状、透镜状泥粉晶灰岩，但是灰岩大多数由于高温热液作用影响而白云岩化；沉积构造主要有斜层理、包卷层理、微波状层理及瘤状、透镜状构造；生物主要以底栖、漂浮三叶虫为代表。

台地边缘相：主要分布在含山-江宁-泰兴及无为-芜湖-溧水-常州地区下寒武统二段、三段。岩性主要为灰-浅灰色淀晶砂屑、鲕粒、砾屑白云岩，叠层石粉晶云岩，细晶白云岩；沉积构造主要有叠层石、鸟眼构造和多种类型粒屑结构；生物主要发育蓝绿藻。

局限台地相:主要分布在庐江县-马鞍山市-江阴市-南通市及绍兴市-嘉兴市-上海奉贤区一带下寒武统二段、三段，岩性以浅灰色中层泥晶云岩、暗紫灰色细晶含磷云岩为主；沉积构造以水平纹层、藻纹层构造为主；生物贫乏，仅见少量蓝绿藻。

3.   烃源岩条件

3.1   烃源岩厚度及分布

从岩性古地理研究结果看，下扬子下寒武统烃源岩主要分布于盆地、陆棚沉积环境中，区域上主要分布在滁州-盐城、安吉-石台-上海、德兴-桐庐3个地区，层位上主要分布于下寒武统一、二段(图 5)。

图  5  下扬子地区下寒武统暗色泥质岩厚度等值线图

Figure  5.  lsopach map for dark mudstone of Lower Cambrian in Lower Yangtze region

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滁州-盐城地区暗色泥页岩厚度为50~250m，其中来安-天长-高邮一带地区最厚，在200m以上，向两侧逐渐减薄，南京幕府山剖面下寒武统下部为黑色碳质页岩与硅质页岩互层夹薄层硅质岩, 厚108.9m；六合冶山剖面荷塘组泥岩厚148m(不全)，下段为黑色炭质泥岩，上段为硅质泥岩；N参1井黑灰色碳质页岩、灰质页岩厚44m；官滩12井幕府山组钻遇18.8m黑色碳质泥岩(未穿)。苏121井钻遇荷塘组368m，暗色泥页岩厚124m，N2荷塘组厚119.21m，暗色泥页岩厚71m。

安吉-石台地区暗色泥页岩厚度为300~700m，其中以东至-石台-太平-宁国一带最厚，向两侧逐渐减薄。东至县花山南沈家山剖面暗色泥页岩厚625m；石台丁香剖面岩性主要为黑色硅质页岩、碳质页岩及石煤，厚641m；宣页1井受逆断层重复影响暗色泥页岩厚度大于774m。

在石台安吉地区北东的上海地区，根据上海市水文地质工程队许保桐资料，上海宝山区4、10、11号钻孔均于超山组(对应下寒武统一段、二段)钻遇暗色碳质泥页岩，其中4号钻孔暗色泥页岩厚度大于147.9m^[25]；在昆山地区，据昆2井资料下寒武统主要为泥质灰岩、灰质泥岩，其中灰质泥岩累计厚度为75.5m。

德兴-桐庐地区暗色泥页岩主要分布于开化-淳安-桐庐以北地区，厚度在200m以上。底本-临安一带最厚，一般大于300m；常山-建德一带分布较薄，一般在100~200m左右；东南兰溪-诸暨一带最薄，一般小于50m，且大部分缺失^[19]。

3.2   有机质类型

本次研究主要利用干酪根镜检的方法，共送样29份，实测26份。干酪根类型全部为Ⅰ型，有机质组分主要为腐泥组，平均密度为95.7%，另含少量固体沥青，平均密度为4.3%，几乎不含壳质组、镜质组和惰性组。其中腐泥组以藻类体为主，具藻类结构，黑色无荧光；另含少量腐泥无定形体，云雾、团块状，黑色无荧光。固体沥青一般为块状，黑色无荧光(图 6)。

图  6  罗村剖面黑色页岩干酪根显微照片

Figure  6.  Microscopic photos of kerogen from black shale in Luocun section

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3.3   有机质丰度

在充分收集和查阅了前人资料后结合实测剖面所得到的寒武系下统有机碳测试数据，绘制了下扬子地区下寒武统有机碳等值线图(图 7)。从平面图中可以看出，下扬子地区下寒武统有机质丰度普遍较高，其中高值区主要集中在滁州-盐城、石台-安吉和德兴-桐庐3个地区，其中以石台-安吉和德兴-桐庐2个地区有机质丰度最高。

图  7  下扬子地区下寒武统烃源岩TOC及Ro等值线图

Figure  7.  TOC and Ro contour map of source rocks of Lower Cambrian in Lower Yangtze region

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滁州-盐城凹陷地区：TOC一般为2%~4%，为很好烃源岩。南京幕府山组剖面TOC含量平均为2.13%，全椒黄栗树组剖面由于取的是泥灰岩样, TOC含量平均为0.19%，N2井TOC为2.31%~4.25%(3)，平均值2.97%，苏121井TOC为4.39%~4.76%(3)，平均值4.61%。

石台-安吉地区TOC为3%~9%，表现为东好、西差特点，本次研究将石台-安吉凹陷分为东区和西区分别研究。东区剖面包括柘林坝、罗村、太蔡岭、刘家桥等剖面，TOC含量为0.33%~13.48%，平均值为5.76%，其中柘林坝剖面TOC均值最高，为7.61%，刘家桥剖面次之，为5.15%；西区剖面包括蓝田、洪村、岩寺村、红桃村等剖面，TOC含量为0.08%~16.85%，平均值为4.5%，略低于东区(表 2)，有机质丰度最好的是红桃村剖面，平均值可以达到7.31%。

表  2  石台-安吉地区露头剖面TOC岩石热裂解测试数据统计

Table  2.  TOC and rock thermal cracking data in outcrop section of Shitai-Anji region

分区	剖面	TOC/%		Corg/%		氯仿沥青A(10-6)		S1+S2/(mg/g)
		范围	均值	范围	均值	范围	均值	范围	均值
东区	柘林坝	0.8~13.48	7.61	2.43~13.21	7.84	0.50~9.79	3.17	0~0.01	0
	罗村	0.33~6.72	2.5	0.87~10.55	4.16	0.43~3.39	1.61	0~0.01	0
	太蔡岭	1.58~4.74	3.16	1.61~4.24	2.93	5.5~31.77	18.64	0	0
	刘家桥	3.45~6.84	5.15	4.68~5.72	5.2	1.58~16.70	9.14	0~0.01	0
西区	蓝田	0.08~9.25	2.97	0.01~9.25	2.8	4.98~24.29	14.16	0~0.03	0.01
	洪村	0.85~4.33	2.59	0.79~4.28	2.54	18.56~19.97	19.27	0~0.01	0.01
	岩寺村	1.7~8.18	5.88	2.92~14.4	9.07	6.64~65.54	26.84	0.01~0.04	0.03
	红桃村	0.27~16.85	7.31	0.21~16.33	7.25	15.06~24.1	19.15	0~0.03	0.02

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不同岩石有机质丰度存在差异，其中碳质泥、页岩的有机质丰度为2.63%~12.77%，要明显高于其他类型岩石；另外，灰岩有机质丰度(0.01%~0.22%)极低，TOC平均值仅为0.12%；泥页岩、硅质页岩、钙质页岩及硅质岩有机质丰度变化不大，平均值为0.8%。

德兴-桐庐地区泥岩TOC含量为1.81%~15.57%，平均值4.96%。高值区位于安仁、建德和芳村等地，平均值分别为5.36%、7.36%、6.37%；低值区位于杭州市以东的桐乡、海宁和兰溪一带，平均含量小于2.5%。

按照陈建平、梁狄刚对中国古生界海相烃源岩划分标准看^[26]，石台-安吉、德兴-桐庐地区下寒武统为极好烃源岩、滁州-盐城地区下寒武统为很好烃源岩。

3.4   泥、页岩成熟度

反映成熟度的指标主要有镜质体反射率(Ro)、固体沥青反射率(R_b)、伊利石结晶度等参数。本次研究主要选取镜质体反射率(Ro)作为反映成熟度的指标。为了对下扬子地区下寒武统面上有机质成熟度(Ro)分布情况有一个整体的认识和了解，根据前人资料及实测剖面资料绘制了下寒武统成熟度等值线图(图 7)。从图中可以看出下扬子下寒武统烃源岩均处于过成熟演化阶段，平面上成熟度由皖南盆地区向两侧台地逐渐降低，九江、景德镇、黄山及开化淳安地区受火山岩影响Ro在4.0%以上；安庆-溧阳-南通以南，湖州-苏州以西下古生界主要处于盆地、陆棚及斜披部位，曾经埋深大, Ro大于3.0%；潜山、南陵、无为、金坛凹陷及苏北中新生代凹陷，后期埋深较大，Ro在3.0%以上；其他区域Ro为2.0%~3.0%。

4.   结论

(1) 下扬子下寒武统可划分为3段，其中安吉-石台-上海地区3段发育齐全，其他地区一段大部分缺失，二段存在不同程度缺失；

(2) 下扬子下寒武统沉积相主要发育盆地、陆棚、斜坡、台地边缘、局限台地5种类型；烃源岩主要分布于石台-安吉、滁州-盐城、德兴-桐庐盆地相及周边陆棚相；其中石台-安吉地区是烃源岩发育最有利区，泥岩厚度为300~700m，TOC为3%~9%，平均为4.5%~5.76%，为极好烃源岩；其次为德兴-桐庐地区，泥岩厚度为200~400m，TOC为3%~9%，平均为4.96%，为极好烃源岩；滁州-盐城凹陷泥岩烃源岩条件相对较差，泥岩厚度为50~200m，TOC为2%~4%，为很好烃源岩；

(3) 下扬子下寒武统烃源岩干酪根类型全部为Ⅰ型；均处于过成熟演化阶段，平面上成熟度由皖南盆地区向两侧台地逐渐降低，九江、景德镇、黄山及开化淳安地区Ro在4.0%以上；安庆-溧阳-南通以南，湖州-苏州以西Ro大于3.0%~4.0%；潜山、南陵、无为、金坛凹陷及苏北中新生代凹陷Ro为3.0%~4.0%；其他区域Ro为2.0%~3.0%。