四川盆地上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩中蕴藏着丰富的页岩气资源，是我国页岩气勘探开发的重点层系。由于该时期构造运动活跃，古气候、古环境变化较大，导致优质页岩纵横向展布和物性特征均表现出强烈的非均质性，从而对页岩气勘探造成极大影响。为进一步明确页岩古沉积环境与有机质富集主控因素，本文以长宁双河、重庆漆辽和巫溪田坝三个典型剖面为研究对象，综合薄片鉴定、扫描电镜、全岩矿物、主、微量元素、有机碳同位素、黄铁矿硫同位素等方法，共开展1092样次实验分析，深入研究了页岩岩石学、地球化学等特征及其指示意义。研究表明，四川盆地五峰组-龙马溪组页岩主要包括黏土矿物、石英、白云石、方解石、斜长石、钾长石、黄铁矿等矿物，其中五峰组和龙马溪组发育硅质和钙质富有机质笔石页岩，而观音桥层为生物碎屑泥灰岩；页岩中还发育了大量的草莓状黄铁矿，黄铁矿粒径主要介于5.00~10 .00μm之间，并发现大量放射虫化石；纵向上龙马溪组TOC含量最高，其次是五峰组，观音桥层TOC含量最低，平面上川东地区TOC含量最高，品质最好，而川南和川东北地区TOC含量相近，品质相似；页岩中主量元素SiO2含量最高，其次是CaO和Al2O3；页岩中微量元素主要包括Rb、Ba等大离子亲石元素，Zr、Hf、Th、U等高场强元素，以及稀土元素等，且分布特征相似，与北美页岩具有可对比性；页岩中REE球粒陨石标准化配分模式图相似，表现出Eu中等负异常特征；垂向上观音桥层δ13Corg最重，平面上川东地区δ13Corg最轻；页岩中δ34Spy分布特征为观音桥层＞龙马溪组＞五峰组。五峰组-龙马溪组页岩中硅质的来源基本不受热液影响，而主要来源于陆源碎屑，其次为硅质生物，为正常海相成因硅质岩。研究认为，硅质生物和火山活动可能是造成五峰组-龙马溪组页岩中硅质含量差异的重要原因，且五峰组-龙马溪组硅质页岩主要形成于大陆边缘沉积环境。通过对五峰组-龙马溪组火山灰研究表明，斑脱岩特征相似，为钾质斑脱岩，原岩构造环境主要为岛弧环境，且火山灰物质来源相似，可能来自北部秦岭地区。此外，火山灰对海洋表层初级生产力的提高具有重要的意义，为富有机质页岩形成提供了物质基础。从五峰组早期到龙马溪组中期，四川盆地可划分为5个沉积阶段，且经历了从贫氧→缺氧→富氧→缺氧→贫氧的演化过程，具体为龙马溪组早期和五峰组晚期水体缺氧，龙马溪组中期和五峰组早-中期水体贫氧，而观音桥层时期水体富氧。综合古沉积环境、古生产力、陆源碎屑输入等影响因素，研究认为缺氧沉积环境有利于有机质富集和保存，但有机质富集同时也受陆源碎屑和古生产力等因素影响。总之，缺氧的保存条件、良好的物质基础、适宜的气候条件、适当的沉积速率、稳定的构造背景等因素时空耦合关系决定了页岩中有机质的丰度，从而建立了五峰组-龙马溪组页岩沉积模式。 研究成果对四川盆地页岩气的勘探与开发将提供理论指导，并有助于提高四川盆地页岩气勘探开发效率，推动中国页岩气工业快速发展。