富有机质页岩通常形成于地球演化中特定的地质时代与地质环境,是岩石圈、水圈、气圈和生物圈变化和相互作用的结果,也是开放的地球复杂动力系统演化的标志和体现。中国上扬子区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组一段页岩富含硅质矿物和有机质,页岩的沉积过程和发育特征受地质时期环境突变影响明显。论文的目的是在建立研究区高频(四级层序)层序地层格架的基础上,阐明等时格架内页岩岩相的发育特征和变化规律;利用保存在页岩中的地质—地球化学(岩矿、沉积构造、生物和地化)信息,厘定上扬子区晚奥陶世—早志留世火山事件、赫南特冰期事件、底流事件和浊流事件及其演化序列;探讨地质事件对沉积环境和页岩沉积物组分与来源的影响,最后建立由四重地质事件联合作用的页岩成因模式,揭示该成因模式对页岩气勘探开发的意义。首先,综合利用测井、岩心观察、野外露头、矿物成分以及古生物参数,对研究区五峰组—龙马溪组沉积充填进行了研究。在识别3个层序界面和2个最大海泛面的基础上将上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组一段划分为2个三级层序。由下至上,第一个三级层序(Sq1)由以硅质页岩相为主的五峰组海侵体系域(TST1,包括准层序组1)和以灰质泥岩/硅质泥岩为主的观音桥层高位体系域(HST,包括准层序组2)构成;龙马溪组一段为第二个三级层序(Sq2),由以硅质页岩相为主的海侵体系域(TST2,包括准层序组3和4)、以混合质(硅质和粘土质)页岩相为主的早期高位体系域(EHST,包括准层序组5、6和7)和以粘土质页岩相为主的晚期高位体系域(LHST,包括准层序组8、9和10)构成。等时格架内页岩岩相的总体变化呈现出:从TST1—HST,碳酸盐矿物含量略有增加;从TST2—LHST,硅质矿物含量减少而粘土矿物增加。在建立研究区高频层序地层格架的基础上,应用页岩岩矿、沉积构造以及古生物特征,厘定了晚奥陶世—早志留世火山事件、赫南特冰期事件、底流事件和浊流事件。特征的含斑脱岩相组合指示TST1和TST2沉积时期曾发生火山活动。根据斑脱岩发育分段性特征,将TST1划为斑脱岩密集段:斑脱岩发育频次(层数/百万年)>1.5且斑脱岩累计厚度比(斑脱岩厚度/页岩厚度)>1%,代表第一幕剧烈且高频次的火山活动;TST2划为斑脱岩稀疏段(频次<1.5且累计厚度比<1%),代表第二幕温和且低频次的火山活动。HST(观音桥层)沉积期出现的赫南特贝和灰质泥岩岩相指示该阶段受赫南特冰期事件影响,海平面下降主要影响到了黔中古陆附近,远离古陆的涪陵—南川区块主要受盛冰期海水温度降低的影响。冰期后的海侵主要作用于TST2沉积期。EHST沉积时期(主要为准层序组6和7)发育的牵引构造、矿物和笔石的定向性以及砂泥互层“沉积物漂积体”指示底流事件的作用在该阶段强烈。LHST沉积阶段发育的鲍马序列、不规则冲刷面和变形构造以及粘土矿物和粉砂物质的增加反映浊流事件造成该阶段更加动荡的水体环境和陆源输入量的增多。最后,在上述研究的基础上,综合研究区典型钻井岩心的基础地质和地球化学资料,对由四重地质事件控制的页岩形成过程进行了深入的分析。富有机质页岩动态演化模式如下:TST1沉积时期,剧烈且高频次的火山活动对富有机质硅质页岩的形成具有双重促进作用:一方面,火山灰提供营养物质促进海洋生物生产力,为生物硅及有机质的富集提供物质基础;另一方面,火山作用产生极度缺氧的环境提高了有机质的埋藏量和保存率。HST沉积时期中有机碳的灰质泥岩/硅质泥岩是赫南特期冰川事件导致的海水温度降低和海平面略有下降直接影响的结果。第二幕温和且低频次的火山活动、冰期后形成的有利保存条件、气候转暖引起的生物复苏、生烃母质生物的高生产力共同耦合形成TST2中富有机质硅质页岩。底流事件(主要为准层序组6和7)对富有机质页岩有改造作用,底流的波及使得有机质保存相对变差,形成EHST沉积期中有机碳的混合质页岩。浊流事件导致LHST中还原环境被破坏、陆源粘土的增加和有机质含量的稀释,从而形成了一套低有机碳的粘土质页岩。火山活动和冰期后作用不但易于形成TST1与TST2中优质烃源岩,也对储集空间的多样性、储层的可压裂性和页岩含气性有积极贡献。