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川南地区下志留统五峰-龙马溪组发育一套富有机质泥页岩,具备较好的页岩气成藏地质条件,并已实现了页岩气商业化开发。本文基于野外地质调查和区域地质资料研究,结合XRD、光学显微镜、低温液氮以及压汞等分析测试技术,对川南地区五峰-龙马溪组页岩笔石与页岩气富集关系进行了深入的探究。地球化学指标判别结果表明上奥陶统五峰组和下志留统龙马溪组下部页岩沉积环境为深海陆棚沉积相,向上水体变浅为浅水陆棚相。页岩样品矿物组成以石英、黏土为主,脆性矿物含量较高,黏土矿物以伊蒙混层与伊利石为主。页岩有机质含量可达到4%以上;干酪根类型主要以I型为主,部分为Ⅱ1型;类镜质体反射率介于2.37%3.43%,处于过成熟阶段,以生干气为主。页岩中笔石化石丰富,笔石演化趋势主要包括五个方面:笔石体的简化、生长方向的改变、体壁的变化、胞管的变化以及发育方式的改变。笔石带主要划分为五峰组四个笔石带,龙马溪组九个笔石带,对页岩笔石丰度统计,垂向上笔石丰度变化规律不明显,五峰组中部和龙马溪组底部笔石丰度相对较高。研究区页岩主要发育有机质孔、粒间孔、粒内孔以及层理缝等孔缝组合。其孔隙结构复杂,发育水瓶孔、板状孔、开放孔和墨水瓶孔等多种形态孔;各阶段孔隙对页岩总孔体积均有贡献,比表面积主要由微孔和介孔贡献。层理面通常为力学性质比较薄弱面,容易被剥离,形成层理缝和水平纹层缝。水平层理裂缝的发育导致页岩在水平方向上具有较高的渗透率。笔石主要以压扁的碳质薄膜、半立体到立体的黄铁矿化和立体或半立体实体标本三种方式保存于页岩中,研究区五峰组和龙马溪组底部笔石主要以第一种方式保存,龙马溪组中上部部分笔石以半立体到立体的黄铁矿化方式保存。页岩有机碳含量与笔石丰度相关性不明显,表明有机碳含量受多种因素影响,笔石并非是唯一的控制因素。但笔石主要以压扁的碳质薄膜方式保存,热解与热解色谱分析表明笔石主要成分为有机碳,分别为42.93%和71.34%,说明了笔石对页岩有机碳含量有重大贡献。页岩中有大量的笔石化石,并且层理发育,导致页岩渗透率具有明显不均一性,垂向和水平渗透率差异较大,平行渗透率是垂向渗透率的数倍到数百倍。平行层理方向上发育较多沿周皮分布的细长的纳米孔和微裂缝。孔隙以纳米级孔隙为主;垂直层理方向上,笔石的存在使得层理缝更加发育,笔石中的纳米孔隙、微裂缝以及层理缝形成了一个主要通道,同时笔石作为主要通道也连通了页岩中的离散有机质,在页岩中形成了互相连通的有机质孔隙系统。