王冠平，朱彤，王紅亮，杜偉，吳靖

1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083 3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)頁(yè)巖氣勘查與評(píng)價(jià)國(guó)土資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083 4.中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083

0 引言

隨著美國(guó)頁(yè)巖氣革命的成功，頁(yè)巖氣這種非常規(guī)能源吸引了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[1-2]；我國(guó)在涪陵焦石壩地區(qū)的首個(gè)大型商業(yè)性頁(yè)巖氣田的建成更是讓國(guó)內(nèi)外學(xué)者聚焦到了上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)的五峰組—龍馬溪組底部的這套海相頁(yè)巖[3]。對(duì)于這套海相頁(yè)巖，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從沉積環(huán)境，有機(jī)質(zhì)富集條件，頁(yè)巖氣聚集條件，儲(chǔ)層特征等方面做了大量的研究[4-7]，但對(duì)于龍馬溪組底部的測(cè)井伽馬(GR)峰值特征僅僅作為識(shí)別地層的一種指標(biāo)。王淑芳等[8]提到在龍馬溪組底部為缺氧環(huán)境，δU平均值為1.26，遠(yuǎn)大于上部的分段；魏祥峰[9]提出龍馬溪組底部的高GR、高U的成因是因?yàn)槌练e初期具有豐富的鈾源、缺氧的沉積環(huán)境、高含量的有機(jī)質(zhì)及磷酸鈣的富集共同促進(jìn)了龍馬溪組熱頁(yè)巖底部層段富鈾的特征；蔡郁文等[10]提出了烴源巖中U元素的富集條件；李艷芳等[11]提出了U-Mo協(xié)變模式說(shuō)明五峰組沉積時(shí)期四川盆地水體的滯留程度比龍馬溪組沉積時(shí)期強(qiáng)烈，屬于強(qiáng)滯留海盆；但是他們對(duì)于GR，U元素峰值的出現(xiàn)研究有所欠缺，本文將以川東南地區(qū)龍馬溪組底部的高GR峰為例，對(duì)GR峰以及附近的地層進(jìn)行沉積階段劃分，綜合各種沉積地質(zhì)響應(yīng)，詳細(xì)探討高GR峰、高U峰出現(xiàn)成因以及鈾元素的富集因素。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

四川盆地屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的一部分，是中生代發(fā)育起來(lái)的大型內(nèi)陸盆地，也是一個(gè)周邊被構(gòu)造活化了的克拉通盆地，其形成時(shí)間為晚三疊世至新生代。川東南地區(qū)位于上揚(yáng)子板塊的東南部[7]。在上奧陶統(tǒng)晚期—下志留統(tǒng)早期，由于華夏與揚(yáng)子地塊之間的板塊匯聚作用，四川盆地形成受隆起分割局限的盆地格局。在晚奧陶世時(shí)期，邊緣古隆起已形成，特別是川中隆起、雪峰山隆起和黔中隆起一起出露海平面，使早中奧陶世時(shí)期具有廣海特征的海域轉(zhuǎn)變?yōu)楸宦∑鹚鶉薜木窒逌\海環(huán)境。受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及海侵的影響，晚奧陶世五峰組沉積時(shí)期沉積了一套筆石相薄層黑色頁(yè)巖[12]；受冰期海退的影響，在五峰組頂部沉積了一套淺水相的介殼灰?guī)r，泥質(zhì)灰?guī)r，為觀音橋?qū)?；下志留統(tǒng)龍馬溪組初期，川東南地區(qū)為受古隆起圍限的半閉塞滯留海盆沉積，由于海侵的影響，沉積了一套黑色陸棚相富有機(jī)質(zhì)的頁(yè)巖(圖1)，高GR峰段位于這套頁(yè)巖的龍馬溪組底部。

2 高GR峰沉積階段劃分及影響因素

高GR峰位于上奧陶統(tǒng)末—下志留統(tǒng)初的五峰組—龍馬溪組交界處，龍一段的底部；為典型石英含量大于50%的黑色硅質(zhì)頁(yè)巖。龍一段的硅質(zhì)頁(yè)巖與五峰組頂部觀音橋段的泥質(zhì)灰?guī)r整合接觸，五峰組上部為黑色硅質(zhì)頁(yè)巖。高GR峰以及附近地層自然電位呈現(xiàn)迅速下降的趨勢(shì)，降低了30 mV；聲波、密度、電阻率的變化幅度較大。經(jīng)過(guò)對(duì)比GR曲線和無(wú)鈾伽馬KTH、U、TH、K曲線發(fā)現(xiàn)，高GR峰的出現(xiàn)是以U元素為主，K元素為次的富集導(dǎo)致的(圖2)。為了利于分析和研究GR峰出現(xiàn)的原因筆者將以JY-1井為例，對(duì)GR峰段以及附近地層沉積階段分為四段。

五峰組上部頁(yè)巖A段：五峰組上部GR次峰到峰底；GR曲線迅速降低；為五峰組上部的黑灰色硅質(zhì)頁(yè)巖段，石英含量均值為55%，發(fā)育泥質(zhì)條帶中的黃鐵礦透鏡體(圖3)。GR曲線主要由TH曲線控制，成正相關(guān)；與U曲線成反比，與K曲線成正比。密度為峰值，聲波為低值，電阻率為迅速下降階段，與自然電位呈現(xiàn)相同趨勢(shì)(圖2)；這個(gè)階段為T(mén)H元素正相關(guān)主導(dǎo)階段，U元素負(fù)相關(guān)主導(dǎo)階段(圖4)。

五峰組頂部觀音橋B段：從五峰組GR次峰到龍馬溪組底部最大峰下半幅點(diǎn)處，為五峰組頂部的觀音橋?qū)?，為泥質(zhì)灰?guī)r，介殼灰?guī)r；發(fā)育貝殼化石和黃鐵礦交代團(tuán)塊，石英含量較低，黏土含量較高，大于30%(圖3)。聲波為低值，密度為高值，電阻率為低值(圖2)。GR曲線與U曲線、K曲線相關(guān)性最大，U曲線與GR曲線擬合程度最高，R2為0.965，K元素的R2為0.815，并且U元素含量是K元素含量的近十倍；這個(gè)階段是以U元素為主，K元素為輔的階段(圖4)。

圖2 五峰組—龍馬溪組高GR峰地層沉積階段劃分以及測(cè)井特征Fig.2 Sediment phase division and logging characteristics of high GR peak strata in the Wufeng Formation-Longmaxi Formation

圖3 五峰組—龍馬溪組GR峰地層A、B、C、D段巖性特征a. JY-1井A段黑灰色硅質(zhì)頁(yè)巖,底部見(jiàn)泥質(zhì)條帶中夾黃鐵礦透鏡體；b. JY-6井A段黑灰色硅質(zhì)頁(yè)巖,底部見(jiàn)黃鐵礦條帶；c. JY-2井B段觀音橋段,泥質(zhì)灰?guī)r，見(jiàn)貝殼化石；d. JY-4井B段觀音橋段,泥質(zhì)灰?guī)r，見(jiàn)貝殼化石和黃鐵礦交代團(tuán)塊；e. JY-6井B段觀音橋段,泥質(zhì)灰?guī)r段,見(jiàn)方解石脈；f. JY-2井C段GR峰段,黑色頁(yè)巖,見(jiàn)凝灰?guī)r條帶夾黃鐵礦；g. JY-6井C段GR峰段,黑色頁(yè)巖,見(jiàn)凝灰?guī)r條帶夾黃鐵礦；h. WY-1井D段黑灰色硅質(zhì)頁(yè)巖,紋層出現(xiàn)Fig.3 Lithologic characteristics of sections A, B, C and D of the GR peak strata in the Wufeng Formation-Longmaxi Formation

圖4 五峰組—龍馬溪組高GR峰地層四個(gè)分段、整段TH、U、K與GR的相關(guān)性Fig.4 Correlation between TH, U and K contents and GR values in the high GR peak strata of Wufeng Formation-Longmaxi Formation

龍馬溪組底部GR峰值C段：最大峰下半幅點(diǎn)到最大峰上半幅點(diǎn)處，峰值處位于中間；發(fā)育龍馬溪組底部黑色富有機(jī)質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖，石英均值為55%，見(jiàn)凝灰?guī)r條帶夾黃鐵礦(圖3)。聲波為高值，密度為低值，電阻率迅速升高(圖2)。GR曲線與U曲線、K曲線相關(guān)性最大，但U曲線與GR曲線擬合程度最高，相對(duì)與B段來(lái)說(shuō)，U、K元素的富集對(duì)GR曲線的控制更加明顯，U、K元素曲線與GR曲線的均為R2為0.99；這個(gè)階段是以U、K元素并重的階段(圖4)。

龍馬溪組底部次峰D段：最大峰上半幅點(diǎn)到進(jìn)入龍馬溪組的GR曲線的第二個(gè)峰處，發(fā)育黑灰色頁(yè)巖，石英均值為55%，黏土含量開(kāi)始增多，硅質(zhì)含量開(kāi)始減少，紋層出現(xiàn)(圖3)；電阻率為低值，聲波開(kāi)始降低，密度逐漸增加。僅有U曲線與GR曲線的R2為0.72， TH曲線與GR曲線的相關(guān)性R2為0.1，K曲線的為0.5。U含量的減少為主，K增加為輔導(dǎo)致GR曲線變化的主要因素。

通過(guò)對(duì)A、B、C、D整段的相關(guān)性進(jìn)行分析U含量對(duì)GR曲線的影響最大，K含量次之，TH含量?jī)H在A階段對(duì)GR值有貢獻(xiàn)，對(duì)于C段整個(gè)GR峰來(lái)說(shuō)，可以忽略不計(jì)(圖4)。

由于GR值的大小是由TH含量、U含量以及K含量決定的，在GR峰中的四個(gè)縱向上沉積階段中發(fā)現(xiàn)C段GR峰值段主要是由于U元素的含量控制的，K元素為次要影響因素，而TH元素僅在A階段與GR曲線有很好的相關(guān)性。在平面上，明顯TH含量對(duì)GR曲線影響更小，由JY-1井、PY-1井以及YY-3井的GR曲線可以看出在C段的GR峰值處，TH曲線位于波谷，U曲線位于波峰，K曲線位于波峰，但是U的含量是K元素含量近10倍，說(shuō)明JY-1井、PY-1井以及YY-3井C段的GR峰主要由U含量的激增導(dǎo)致的；由LY-1井的GR曲線可以看出在C段的GR峰值處，U曲線位于波峰，TH曲線以及K曲線位于下降半幅點(diǎn)處，說(shuō)明U含量的變化引起這次GR峰的出現(xiàn)。并且對(duì)比K曲線和GR曲線以及U曲線和GR曲線而看，GR曲線和U曲線的擬合度最高。雖然由于井位位于不同的地區(qū)，導(dǎo)致不同的沉積環(huán)境引起TH含量和K含量的變化不同，對(duì)GR曲線的影響不同，但是U含量變化引起的GR峰的出現(xiàn)是不容置疑的，因此川東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組C段的GR峰主要是由于鈾元素的含量增加引起的(圖5)。

3 沉積階段

對(duì)于五峰組—龍馬溪組的頁(yè)巖的A、B、C、D段的GR、U曲線出現(xiàn)峰值，筆者將以JY-1為例綜合考慮川東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組時(shí)期的地質(zhì)事件以及巖相古地理沉積環(huán)境,進(jìn)行沉積階段分析。

3.1 五峰組上部頁(yè)巖A段

發(fā)育五峰組上部黑灰色頁(yè)巖，是大規(guī)模海侵階段的末期，為次一級(jí)的海侵階段。此階段GR均值為181.239 API，變化趨勢(shì)較緩，曲線緩慢降低(圖6)。U曲線開(kāi)始緩慢升高，均值為14.814×10-4，最大值和最小值相差很小，變化趨勢(shì)也較緩；TH含量迅速降低，均值為10.814×10-4，最大值和最小值相差很大，變化很快；沉積物沉積速率逐漸降低，U元素富集速率開(kāi)始緩慢升高，到頂部，U元素的富集速率達(dá)到最大(圖7)。硅質(zhì)含量先降低后升高，TOC含量先降低后升高，TOC含量均值為4.73%。

通過(guò)對(duì)V/(V+Ni)分析，V/(V+Ni)比值在0.46～0.60，Mo元素含量均值為3.64 μg/g，水體滯留程度較高；V/Mo均值為35.27，在還原條件下，V的減少，代表有機(jī)質(zhì)的減少；測(cè)井TH/U小于1，A階段處于深水陸棚缺氧環(huán)境中的貧氧環(huán)境(表1)。通過(guò)薄片觀察，礦物排列具有定向性，具有紋層狀泥質(zhì)條帶，少量白云石分布(圖8d)。沉積環(huán)境從深水陸棚向淺水陸棚逐步轉(zhuǎn)變，并且由于五峰組初期的多次火山活動(dòng)的作用，全球氣候的溫室效應(yīng)已達(dá)到極點(diǎn)，冰室效應(yīng)開(kāi)始出現(xiàn)，冰期發(fā)生，氣候開(kāi)始轉(zhuǎn)冷。

圖5 YY-3井—JY-1井—LY-1井—PY-1井高GR峰地層沉積階段連井圖Fig.5 Sediment phase connection map of YY-3, JY-1, LY-1, PY-1

圖6 JY-1井五峰組—龍馬溪組底部GR峰地層沉積特征Fig.6 Sediment characteristics of the GR peak strata in the Wufeng Formation-Longmaxi Formation of JY-1

圖7 JY-1井GR峰四個(gè)沉積階段U、TH、K以及TOC的變化特征Fig.7 Variation characteristics of U, TH, K and TOC in four sedimentary stages for the GR peak strata of JY-1

冰期可分為前期，中期和末期。A階段為冰期的前期，冰期的出現(xiàn)，導(dǎo)致海水的固化，冰蓋開(kāi)始出現(xiàn)，形成缺氧的環(huán)境，有利于U元素的富集；也有部分地區(qū)由于海平面下降，更加靠近古陸，出現(xiàn)水體變淺，沉積環(huán)境變?yōu)槿踹€原環(huán)境，不利于U元素的富集，PY-1、LY-1、JY-1井的U是YY-3井的2～3倍(圖5)。冰期前期還導(dǎo)致了“暖水型”動(dòng)物群的大滅絕(A段)，導(dǎo)致生物的豐富度大幅度降低，只剩下“冷水型”的赫蘭特貝動(dòng)物群(B段)[14]，介殼型的赫蘭特貝開(kāi)始適應(yīng)環(huán)境，占領(lǐng)其他已滅絕生物的生存空間，死亡沉積埋藏下來(lái)的生物開(kāi)始增多，有機(jī)質(zhì)含量略有回升，總體上有機(jī)質(zhì)含量成降低趨勢(shì)，微生物的非代謝性吸附能力也逐漸降低，有機(jī)質(zhì)對(duì)U元素的復(fù)合作用變?nèi)?。冰期前期的氣候從之前的溫暖潮濕型開(kāi)始向干冷型轉(zhuǎn)變，不再適合細(xì)菌等微生物的繁殖，微生物的非代謝性吸附能力減弱(圖6)。黏土含量曲線顯示逐漸升高，但對(duì)于U元素的富集影響不大；Fe元素曲線逐漸降低，說(shuō)明含鐵礦物的含量降低，表面吸附能力減弱；另外，F(xiàn)e元素與熱液活動(dòng)有關(guān)[15]，F(xiàn)e元素的降低說(shuō)明巖漿熱液活動(dòng)減少，為巖漿活動(dòng)的冷卻期(圖6)。所以A階段GR和U曲線初期變化較慢，(PY-1井)甚至開(kāi)始降低(LY-1和JY-1)，是由于有機(jī)質(zhì)含量的減少，微生物的非代謝性吸附能力減弱，含鐵礦物的含量降低以及缺氧的氧化還原環(huán)境導(dǎo)致的。此時(shí)，雪峰山，川中等古陸開(kāi)始隆起，川東南地區(qū)從廣海階段開(kāi)始向淺海過(guò)渡，形成局限的水體，整體水體開(kāi)始變淺(圖9)。

表1 GR峰地層A、C、D階段的微量元素V、Ni、Mo特征(×10-6)

圖8 五峰組—龍馬溪組底部GR峰地層沉積階段鏡下及薄片特征a. LY-1井GR峰C段硅質(zhì)含量較高，有機(jī)質(zhì)較發(fā)育；b. LY-1井GR峰C段草莓狀黃鐵礦較發(fā)育，缺氧的還原環(huán)境；c. LY-1井GR峰C段草莓狀黃鐵礦和有機(jī)質(zhì)共生；d. JY-1井A段大量粉砂均勻分布,少量白云石零星分布,礦物具定向排列,兩條硅質(zhì)條帶、多條紋層狀粘土條帶分布。；e. JY-1井B段大量粉砂均勻分布,針柱狀硅質(zhì)和片狀礦物均略具有定向性,細(xì)小硅質(zhì)條帶,定向分布；f. JY-1井C段粗粉砂和細(xì)粉砂均勻相互混雜,少量白云石零星分布,見(jiàn)三射骨針被方解石交代,偶見(jiàn)細(xì)小生物水片被硅質(zhì)交代,針纖狀礦物無(wú)定向分布；g. JY-1井D段粗粉砂和細(xì)粉砂均勻相互混雜,粉砂石英在局部聚集集中,見(jiàn)少量白云石,礦物分布具有定向性,粉砂石英與炭質(zhì)粘土巖成平行紋層狀互層Fig.8 Microscopic and laminar characteristics of the GR peak strata in Wufeng Formation-Longmaxi Formation

圖9 五峰組—龍馬溪組底部高GR峰地層階段沉積模式示意圖(井位僅作為距離古陸遠(yuǎn)近參考，修改自文獻(xiàn)[13])Fig.9 Sedimentation pattern of the high GR peak strata in Wufeng Formation-Longmaxi Formation

3.2 五峰組頂部觀音橋B段

該段發(fā)育于五峰組海退時(shí)期，GR曲線和U曲線迅速上升，由于極地冰蓋的聚集和擴(kuò)增導(dǎo)致全球海平面下降，下降幅度達(dá)50～100 m[16]，沉積著名的觀音橋?qū)?，發(fā)育介殼灰?guī)r，泥質(zhì)灰?guī)r；黏土含量達(dá)到峰值，大于50%，硅質(zhì)石英含量達(dá)到最小值，白云石等鈣質(zhì)礦物含量開(kāi)始增多(圖6)；針柱狀礦物和片狀礦物排列定向性減弱，水體靜水程度較A段弱(圖8e)。相對(duì)A段，此階段GR值開(kāi)始迅速增大，值為218.151 API；U含量大于A段，均值為22.424×10-6，最大值和最小值相差較大，變化趨勢(shì)較快；K、TH含量相對(duì)減少，TH值變化較緩，K變化趨勢(shì)較快；TOC也相對(duì)減少，均值為4.3%(圖7)。TH/U均值為0.29，沉積環(huán)境為持續(xù)缺氧的還原環(huán)境，U迅速升高，TH保持極低值，說(shuō)明沉積陸源碎屑較少，沉積速率極低。

觀音橋?qū)拥某霈F(xiàn)與岡瓦納大陸冰期最強(qiáng)時(shí)期對(duì)應(yīng)，由于赫蘭特貝動(dòng)物群的生物大絕滅，也稱為“赫蘭特貝冰期”[14,17]。B階段為冰期的中期，主要發(fā)育“冷水型”的赫蘭特貝動(dòng)物群(圖3c，d，e)，隨著冰室作用的增強(qiáng)，不再適合介殼型的赫蘭特貝的大量繁殖，死亡沉積埋藏下來(lái)的生物開(kāi)始減少，有機(jī)質(zhì)迅速降低，微生物的非代謝性吸附能力也逐漸降低，有機(jī)質(zhì)對(duì)U的復(fù)合作用開(kāi)始減弱。鐵元素含量開(kāi)始上升，含鐵礦物對(duì)U元素的吸附和轉(zhuǎn)化能力進(jìn)一步增加；U/TH曲線開(kāi)始迅速增加，巖漿熱液活動(dòng)增強(qiáng)，為U元素的富集提供物質(zhì)來(lái)源；黏土礦物含量的增加導(dǎo)致對(duì)U元素的富集作用開(kāi)始增強(qiáng)。因此，巖漿熱液以及熱水沉積代表的巖漿活動(dòng)、缺氧的沉積環(huán)境以及黏土含量的吸附作用最終導(dǎo)致GR曲線和U曲線快速上升(圖9)。

3.3 龍馬溪組底部GR峰值C段

這個(gè)時(shí)期為GR峰發(fā)育的具體時(shí)期，也是U元素含量的峰值階段，進(jìn)入了下志留統(tǒng)龍馬溪組底部，為冰期的末期階段，冰期消融期。發(fā)育龍馬溪組底部黑色富有機(jī)質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖，石英含量迅速增加，大于50%，黏土含量迅速減少。測(cè)井TH/U小于1，V/(V+Ni)比值大于0.54，V元素均值240 μg/g，為缺氧環(huán)境，Mo元素含量較高均值為51.3μg/g，水體滯留程度較小(表1)；少量白云石零星分布，礦物分布無(wú)定向性，草莓狀黃鐵礦發(fā)育，有機(jī)質(zhì)較發(fā)育，水體擾動(dòng)較大，靜水程度最低，快速海侵和水下流動(dòng)最強(qiáng)烈，為缺氧的氧化還原環(huán)境(圖6、圖8a，b，c，f)。

此階段為U峰，K峰階段，GR均值為280.324 API，最大值為307.424API，U元素均值為27.612 ×10-6，K元素含量為2.583×10-6，大于B段的冰期中期；此時(shí)TH元素位于低值，僅有8.342 ×10-6，變化不明顯；有機(jī)質(zhì)TOC相對(duì)A、B段顯著增加，達(dá)到4.63%，最大值可達(dá)4.81%(圖7)。U元素高速沉積，K元素也達(dá)到了峰值，代表由于火山活動(dòng)的造成鉀質(zhì)斑脫巖的沉積[18]，由于地區(qū)不同，K元素的峰值出現(xiàn)位置不同，JY-1位于B段中間峰值處，LY-1井和PY-1井位于B段偏下，YY-3井位于B段偏上，說(shuō)明此時(shí)火山活動(dòng)強(qiáng)烈，火山灰進(jìn)入海水中，析出U6+元素，使海水的鈾庫(kù)增加(圖5)；噴出的二氧化碳使溫室效應(yīng)得到增強(qiáng)，溫室效應(yīng)超過(guò)冰室效應(yīng)，冰雪融化，為冰期消融提供了一個(gè)重要的佐證[19]。Fe含量也達(dá)到峰值，與熱液活動(dòng)有關(guān)，圖8f的礦物無(wú)定向分布表明海水中水體流動(dòng)的無(wú)定向性，從側(cè)面反映了熱流的活動(dòng)。熱液流體可以將地核那里聚集的大量的鈾等過(guò)渡金屬元素帶至水體中，造成了海洋里“鈾庫(kù)”增加[20]，為地層中沉積鈾提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

冰期末期，海水解凍，發(fā)生迅速海侵事件，相對(duì)海平面迅速上升，形成缺氧的沉積環(huán)境，并且形成雙層水結(jié)構(gòu)[21]，導(dǎo)致海水分層，底部嚴(yán)重缺氧，為還原環(huán)境，上部海水因受風(fēng)浪的作用、富氧陸表水的影響以及和正常海的部分溝通等多種原因而為富氧水體，有利于火山灰中U元素在上部析出底部富集，有利于地層中U元素的富集沉積。隨著氣候的變暖，生物在第二幕大滅絕之后進(jìn)入殘存期[22]，暖水型動(dòng)物群逐漸開(kāi)始恢復(fù)，生物的豐富度開(kāi)始增加，有機(jī)質(zhì)在極低值之后開(kāi)始迅速上升，有機(jī)質(zhì)的吸附能力開(kāi)始增加，微生物的非代謝性吸附作用，但TOC的峰值明顯偏上，有機(jī)質(zhì)以及微生物的非代謝作用對(duì)U元素的富集為次要控制因素(圖6)。草莓狀黃鐵礦和有機(jī)質(zhì)共生、殘存的生物碎片表明在還原環(huán)境下生物的大量恢復(fù)(圖8a，b，c)。因此，快速海侵造成的缺氧環(huán)境、迅速富集的有機(jī)質(zhì)以及巖漿熱液活動(dòng)造成的上升洋流則成為鈾元素富集的重要因素。并且由于海侵的影響，淹沒(méi)了局部隆起的水下高地，使陸棚地區(qū)的水體和大洋的交換不受阻礙，海洋深水帶來(lái)大量營(yíng)養(yǎng)鹽導(dǎo)致陸棚初級(jí)生產(chǎn)力極大提高，從而造成鈾強(qiáng)烈富集；相對(duì)于B段來(lái)說(shuō)，C段局限性小于B段，這也是C段U元素富集大于B段的一個(gè)重要因素。

C段整個(gè)階段從沉積因素分析，主要以火山噴發(fā)的火山灰以及巖漿熱液活動(dòng)噴出地核的過(guò)渡性U元素為物質(zhì)來(lái)源增加海水中的 “鈾庫(kù)”，冰期消融期快速海侵造成的缺氧環(huán)境，富有生產(chǎn)力的上升洋流為條件使洋盆底層水與洋盆底裂隙水發(fā)生交換作用，使鈾元素從海水鈾庫(kù)向龍馬溪組黑色頁(yè)巖中轉(zhuǎn)移，變?yōu)榈貙映练e鈾。這個(gè)階段可以說(shuō)是冰期末期事件、快速海侵導(dǎo)致的海水分層、陸上火山噴發(fā)以及海底巖漿熱液事件導(dǎo)致的集合事件影響(圖9)。

3.4 龍馬溪組底部次峰D段

發(fā)育黑灰色硅質(zhì)頁(yè)巖，黏土含量開(kāi)始緩慢增加，石英含量開(kāi)始緩慢減少，逐漸向50%的界限靠近；礦物分布具有定向性，粉砂石英局部聚集，平行紋層較發(fā)育，陸源碎屑的影響開(kāi)始增大，快速海侵過(guò)后，持續(xù)性的海侵還在繼續(xù)(圖6、圖8g)。GR曲線開(kāi)始緩慢降低，U含量曲線成階梯式降低，TH曲線成階梯式升高。此階段為U元素為主、K元素為輔的階段，GR值為198.47 API，U含量相對(duì)C段有所減少，均值為19.189×10-6，變化速率和C段相似；K元素含量為1.877×10-6，變化速率相對(duì)C段開(kāi)始變快，但均值開(kāi)始降低(圖7)。測(cè)井TH/U小于1，V/(V+Ni)均值為0.62×10-6，Mo值為18.6×10-6，V均值為100×10-6，保持深水陸棚的缺氧環(huán)境，相對(duì)C段，水體滯留程度變強(qiáng)，古陸抬升進(jìn)一步加大(圖9)。

由于C段上升洋流的交換作用，海水分層現(xiàn)象逐漸消失，TOC逐漸恢復(fù)正常的深水陸棚沉積。雖然由于U/TH曲線略有回升，熱水沉積作用有所恢復(fù)，為U元素的富集提供物質(zhì)基礎(chǔ)；黏土含量緩慢增加，為U元素的富集提供動(dòng)力，使U元素的富集含量降低趨勢(shì)有所放緩；但總體上有機(jī)質(zhì)含量TOC、含鐵礦物含量以及Ca含量都開(kāi)始減少，有機(jī)無(wú)機(jī)礦物的吸附能力開(kāi)始減弱，不利于U元素的富集(圖6，7)。

由于不同地區(qū)，U曲線的衰減程度不同。YY-3井地區(qū)靠近川中古陸，水體較淺，氧化性更強(qiáng)，不利于U的富集，火山灰的影響更大，析出鈾元素繼續(xù)為海水鈾庫(kù)提供物質(zhì)來(lái)源；GR的形態(tài)與K元素曲線的形態(tài)擬合度達(dá)到最高，此時(shí)期GR峰主要受K元素含量控制，LY-1井，PY-1井更加靠近深海，火山灰影響較小,受U元素控制逐漸減小。JY-1為過(guò)渡相，GR曲線受K、U曲線共同控制，U曲線影響較大。

4 討論

4.1 鈾元素富集的主控因素

對(duì)于鈾元素的富集因素，前人做過(guò)很多研究。劉繼順[23]、Andersonetal.[24]和Barnesetal.[25]認(rèn)為有機(jī)質(zhì)在鈾的富集過(guò)程中起著很重要的作用。蔡郁文等[10]認(rèn)為沉積環(huán)境的氧化還原程度是控制烴源巖中鈾富集的最主要因素，含鐵礦物、有機(jī)質(zhì)、含磷礦物、黏土礦物及微生物作用等決定了鈾從水體向沉積物遷移富集的速率和在沉積物中的賦存狀態(tài)。秦艷等[26]總結(jié)了U一般會(huì)通過(guò)以下4種方式運(yùn)移到沉積物中：1)生物萃取鈾，這些生物體中的有機(jī)碳被保存下來(lái)形成富含有機(jī)質(zhì)的沉積物；2)在還原條件下，有機(jī)質(zhì)吸附或者與U6+絡(luò)合沉積，形成U-有機(jī)質(zhì)絡(luò)合物；3)在還原水體中，U6+向U4+轉(zhuǎn)化，U隨著沉積作用保存下來(lái)；4)溶解的U6+通過(guò)沉積物/水的界面擴(kuò)散，被還原為U4+沉積。

4.2 冰期的成因

五峰組末期的這次觀音橋冰期(也稱為赫南特冰期)是一次廣泛的大陸冰川作用，冰期存在的證據(jù)很多，如有機(jī)碳同位素正漂移現(xiàn)象、含有燧石和磷酸鹽的碳酸鹽巖以及古海洋中海水中的δ18O值異常高值等[35-39]。觀音橋冰期的成因一直是學(xué)界探討的熱點(diǎn)，前人觀點(diǎn)被歸結(jié)于風(fēng)化作用、火山活動(dòng)的增強(qiáng)或有機(jī)碳的大量埋藏等因素[35]。對(duì)于冰期的成因， Budyko[40]提出了“冰川災(zāi)變”的模型，Kirschvink[19]還為模型完善了逆向演化的依據(jù)。根據(jù)Budyko的“冰川災(zāi)變”模型可知：在某種條件下，地球表面太陽(yáng)輻射反饋?zhàn)饔貌粩嘣鰪?qiáng)，促使冰室效應(yīng)增強(qiáng)；結(jié)果是兩極的冰蓋擴(kuò)大，向低緯度推進(jìn)；當(dāng)極區(qū)冰蓋向赤道方向推進(jìn)超過(guò)緯度30°后， 將迅猛加速， 最終到達(dá)赤道地區(qū)， 形成“冰川災(zāi)變事件”，整個(gè)地球成為雪球，發(fā)生雪球事件。在觀音橋冰期時(shí)，瓦崗納大陸冰川位于低緯度地區(qū)[17]，符合“冰川災(zāi)變”模型的低緯度冰川；特別是觀音橋?qū)映练e的海相碳酸鹽巖中C同位素開(kāi)始升高處反映了海洋表面溫度的降低、冰川的擴(kuò)張[36]。因此，五峰組末期的這次觀音橋冰期可稱為“冰川災(zāi)變”的雪球事件。

地層上B段沉積了一套富含赫南特貝的泥質(zhì)灰?guī)r、介殼灰?guī)r。觀音橋?qū)雍穸容^薄，YY-3井、JY-1井、LY-1井以及PY-1井的均值為0.51 m(圖5)，這個(gè)時(shí)期為冰期作用發(fā)育最盛時(shí)期，在B段頂部，B、C段界限處Ca曲線和白云石含量曲線為高峰，說(shuō)明碳酸鹽礦物含量達(dá)到最大值；微觀上隱晶質(zhì)黏土礦物和無(wú)定形非晶質(zhì)炭質(zhì)混雜，碳酸鹽礦物及陸源碎屑較均勻分布其中；碳酸鹽礦物包括白云石和方解石，呈粉—泥晶大小，白云石多呈菱形晶體，局部呈斑狀富集。陸源碎屑主要為石英、長(zhǎng)石粉砂；黏土礦物含量為45%；炭質(zhì)含量為15%；碳酸鹽礦物是30%～35%；粉砂碎屑含量占7%。

對(duì)于觀音橋?qū)拥哪噘|(zhì)灰?guī)r，學(xué)界可大致分為兩種認(rèn)識(shí):一種是淺海成因論，如陳旭等[21]古生物研究發(fā)現(xiàn)觀音橋?qū)影l(fā)育淺水的介殼化石；Kendalletal.[41]研究發(fā)現(xiàn)赫南特時(shí)期的δ98Mo元素的異常低值指示一次水體氧化事件，反應(yīng)了冰期的海退事件。另一種是深海成因論，高振中等[42]指出觀音橋段為深水異地沉積，不是“淺水介殼相”；肖傳桃等[43]通過(guò)宜昌奧陶系剖面進(jìn)行層序地層分析，認(rèn)為觀音橋段為深海等深流沉積。筆者根據(jù)川東南地區(qū)測(cè)井TH/U均值為0.35，推測(cè)為極度缺氧的還原環(huán)境，不同的地區(qū)由于區(qū)域性差異，可分為碳酸鹽含量較高的淺水沉積和泥質(zhì)含量較高的較深水泥沉積，川東南地區(qū)應(yīng)為較深水泥沉積。所以觀音橋?qū)哟嬖诘膬煞N明顯不同的沉積相。Kennedyetal.[44]認(rèn)為冰期中夾層是巖性比較均一，厚度一般小于2 m、白云石微晶較發(fā)育的碳酸鹽巖的巖層，可稱為碳酸鹽巖帽，并向上變薄而過(guò)渡為頁(yè)巖；是冰期后期， 海平面上升和海進(jìn)的記錄，為深水沉積。Hoffmanetal.[45]認(rèn)為，冰期中發(fā)育的碳酸鹽巖層是由于冰期后期快速沉積作用的影響，陸地上冰川風(fēng)化殘留中的大量鈣堿性物質(zhì)進(jìn)入海洋，沉積形成碳酸鹽巖， 成為碳酸鹽巖帽，是一種淺水沉積。碳酸鹽巖帽的兩種明顯不同的沉積相和觀音橋?qū)泳哂邢嗤卣?。從某種程度上，觀音橋?qū)涌梢钥醋饕环N薄層的“碳酸鹽巖帽”。

“碳酸鹽巖帽”的出現(xiàn)說(shuō)明冰期開(kāi)始進(jìn)入末期，進(jìn)入C段，為冰川消融期。Kirschvink[19]提出的“雪球假說(shuō)”為冰期末期的出現(xiàn)提供了成因，溫室效應(yīng)超過(guò)冰室效應(yīng)， 占據(jù)主導(dǎo)地位，地球變暖，冰川融化，冰期結(jié)束；通過(guò)對(duì)該時(shí)期進(jìn)行CO2含量計(jì)算以及評(píng)價(jià)生物—非生物指標(biāo)顯示該時(shí)期CO2的含量是現(xiàn)今的14～22倍[46-47]。C段為高GR峰時(shí)期，也是鐵元素曲線峰值期，鐵元素的富集為 “雪球假說(shuō)”的一個(gè)佐證[48]?！把┣蚣僬f(shuō)”認(rèn)為：在冰封的地球上，高緯度地區(qū)和低緯度地區(qū)溫差不大，火山活動(dòng)并不因冰川作用的存在而有任何減弱，如U/TH曲線代表的熱液活動(dòng)，在B段和C段之間達(dá)到最大(圖6)；把CO2從地球內(nèi)部帶到大氣，CO2在大氣中得以不斷積累， 溫室效應(yīng)得到增強(qiáng)；當(dāng)CO2的含量達(dá)到某個(gè)閾值，溫室效應(yīng)超過(guò)冰室效應(yīng)，占據(jù)主導(dǎo)地位，開(kāi)始進(jìn)入冰期末期。TH/K曲線開(kāi)始上升，指示的氣候條件開(kāi)始變暖(圖6)。

5 結(jié)論

川東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組底部普遍存在高GR峰地層，對(duì)TH、U、K含量與GR值的相關(guān)性分析，得出GR峰的出現(xiàn)主要是由于U峰出現(xiàn)主導(dǎo)的，U元素的富集導(dǎo)致GR峰值成為龍馬溪組底部頁(yè)巖的標(biāo)志性指示。

通過(guò)對(duì)五峰組—龍馬溪組底部GR峰地層進(jìn)行沉積階段劃分，分析了各個(gè)沉積階段內(nèi)的生物滅絕和復(fù)蘇、海侵—海退引起的海平面變化、火山活動(dòng)(陸上火山噴發(fā)和底部巖漿熱流)、海水分層、構(gòu)造隆升以及冰期多種地質(zhì)事件引起的沉積環(huán)境、礦物成分以及TOC等的變化特征，探討了對(duì)鈾元素沉積富集的影響。研究得出龍馬溪組底部高GR峰是冰期末期的快速海侵、海水分層、陸上火山噴發(fā)以及海底巖漿熱液事件導(dǎo)致的集合事件影響。

筆者梳理了有利于鈾富集沉積的主控因素，并對(duì)奧陶紀(jì)末期冰期的成因進(jìn)行了討論，研究得出這次觀音橋冰期為 “冰川災(zāi)變”的雪球事件?！把┣蚣僬f(shuō)”很好的解釋了這次冰期末期冰川融化的成因，并在很大程度促進(jìn)了GR峰的出現(xiàn)。