黔北地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖沉積特征及頁巖氣意義

梁超，姜在興，郭嶺，楊鐿婷

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083）

黔北地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖沉積特征及頁巖氣意義

梁超，姜在興，郭嶺，楊鐿婷

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083）

以沉積學(xué)、層序地層學(xué)、石油天然氣地質(zhì)學(xué)為理論基礎(chǔ)，以野外實(shí)測(cè)剖面分析、地化元素分析、薄片觀察等為手段，采用“點(diǎn)—線—面”三位一體的方法，對(duì)黔北地區(qū)沉積特征進(jìn)行分析。黔北地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組沉積環(huán)境為淺海沉積，主要沉積體系類型有淺水陸棚和深水陸棚。古地貌整體為西北高、東南低的特點(diǎn)，物源區(qū)主要來自研究區(qū)西北部，少量來自西南部。下寒武統(tǒng)黑色頁巖普遍發(fā)育，厚度在工區(qū)東南部最大，可達(dá)200 m。宏觀上的黑色頁巖廣泛發(fā)育、厚度大、顏色深，微觀上富含有機(jī)質(zhì)且硅質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。結(jié)合宏觀、微觀2方面，認(rèn)為工區(qū)東南部為頁巖氣勘探重點(diǎn)區(qū)域。

黑色泥巖；沉積特征；頁巖氣；牛蹄塘組；黔北地區(qū)

近年來，頁巖氣在非常規(guī)天然氣中異軍突起，已成為全球非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)的新亮點(diǎn)［1-2］。國內(nèi)受美國頁巖氣成功開發(fā)的啟示，針對(duì)頁巖油氣相繼開展了一些區(qū)域性、局部性的基礎(chǔ)研究工作，取得了良好的研究成果，初步展示了中國頁巖油氣勘探的巨大資源潛力［3-5］。蒲泊伶、董大忠、潘繼平等［6-8］對(duì)揚(yáng)子地區(qū)早古生代寒武系牛蹄塘組和下志留系龍馬溪組頁巖氣地質(zhì)條件及勘探前景做了細(xì)致研究，認(rèn)為這2套泥頁巖是揚(yáng)子地區(qū)頁巖氣有利的勘探層系。文中通過點(diǎn)—線—面相結(jié)合，對(duì)貴州北部地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組黑色頁巖沉積特征及沉積環(huán)境演變進(jìn)行了研究，對(duì)本區(qū)頁巖氣勘探將起到一定的借鑒意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于上揚(yáng)子地臺(tái)南緣，地理位置上為貴州北部（未包括習(xí)水），西南到貴陽，東至省界（見圖1）。受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，研究區(qū)褶皺、斷裂構(gòu)造非常發(fā)育。褶皺以北東向或北北東向展布為主，古斷裂沿不同走向互相切割，非常復(fù)雜。研究區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組厚度0～200 m，由東南向西北逐漸減薄，直至尖滅。其下伏地層為震旦系白云巖，頂部以明心寺組粉砂巖為界。

圖1 研究區(qū)位置

2 重點(diǎn)剖面解析

針對(duì)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組13條野外剖面進(jìn)行了沉積相分析，重點(diǎn)對(duì)甕安—永和剖面沉積特征及沉積環(huán)境演變進(jìn)行研究。永和剖面目的層露頭出露165 m，根據(jù)地層產(chǎn)狀、導(dǎo)線方位和導(dǎo)線坡角等轉(zhuǎn)化成地層真厚度105 m。

寒武系牛蹄塘組與震旦系分界線以白云巖向硅質(zhì)巖的轉(zhuǎn)換為界，這是由于震旦紀(jì)末期—下寒武大規(guī)?？焖俸Ｇ?，導(dǎo)致了牛蹄塘組底部的深水相巖石直接覆蓋在燈影組白云巖之上，形成一個(gè)以快速加深為特征的“淹沒不整合面”。燈影組發(fā)育淺灰—灰色白云巖，可見明顯的風(fēng)化作用導(dǎo)致的“刀砍紋”現(xiàn)象（見圖2a），牛蹄塘底部發(fā)育了灰—深灰色硅質(zhì)巖，硬度較大。

牛蹄塘組地層劃分為1個(gè)三級(jí)層序（見圖3），體系域界面即最大海泛面的識(shí)別，主要為一套穩(wěn)定的厚度大的黑色泥巖沉積，顏色深、巖性純。據(jù)此判定，最大海泛面位于剖面50 m處。海侵體系域主要發(fā)育了一套深水環(huán)境下的黑色泥巖沉積，代表了此時(shí)可容納空間的增加，主要為黑色泥巖（見圖2b）、黑色薄層炭質(zhì)泥巖（見圖2c）、少量薄層粉砂質(zhì)泥巖（見圖2d、2e）等，底部為一套深水硅質(zhì)巖沉積（見圖2f），發(fā)育塊狀層理和水平層理，海侵體系域時(shí)期沉積環(huán)境為深水陸棚。高位體系域時(shí)期，主要發(fā)育了黑色泥巖和深灰色泥巖，向上粉砂含量增加，巖性也由暗色泥巖變?yōu)槟噘|(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖互層，反映了該時(shí)期海平面下降、水體變淺的過程，高位體系域時(shí)期主要為淺水陸棚、砂質(zhì)陸棚沉積環(huán)境。

圖2 永和剖面黑色頁巖特征

3 沉積相展布特征

海侵體系域沉積時(shí)，其沉積相類型主要為深水陸棚、淺水陸棚和砂質(zhì)陸棚（見圖4）。工區(qū)東南部主要發(fā)育深水陸棚沉積，工區(qū)西部及西北部主要為淺水陸棚和砂質(zhì)陸棚沉積。從平面相展布分析認(rèn)為，該時(shí)期水體向工區(qū)東南部不斷加深。

高位體系域沉積時(shí)期，伴隨海平面的不斷下降，深水陸棚和淺水陸棚向東南遷移，范圍縮小，砂質(zhì)陸棚面積擴(kuò)大。深水陸棚分布于工區(qū)東南部，面積較小，淺水陸棚在工區(qū)內(nèi)大范圍分布，主要分布在工區(qū)北部，砂質(zhì)陸棚主要分布在西部。同樣，該時(shí)期水體向研究區(qū)東南部不斷加深，不同的是，相比海侵體系域，總體水深變淺，淺水環(huán)境范圍擴(kuò)大。

圖4 沉積相平面展布

4 頁巖氣意義

宏觀上，黔北地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組沉積時(shí)期，沉積環(huán)境為淺海陸棚相沉積。牛蹄塘組沉積早期海平面處于較高位置，水體深度相對(duì)較深，黑色泥巖和深灰色泥巖在全區(qū)都很發(fā)育，且厚度較大，海侵體系域時(shí)期的沉積中心在工區(qū)的東南部。

海侵體系域末期，隨著相對(duì)海平面的逐漸降低，形成了一套以灰色泥巖、黑色泥巖和灰色粉砂質(zhì)泥巖為主的高位體系域沉積體，其沉積中心仍然在工區(qū)東南部。由此可以看出，有利于形成頁巖氣聚集的黑色泥巖在海侵體系域時(shí)期，整個(gè)黔北地區(qū)都有發(fā)育；但是在工區(qū)東南厚度相對(duì)較大，同樣高位體系域的黑色泥巖總厚度在工區(qū)東南部相對(duì)較大。因此，牛蹄塘組黑色頁巖大面積發(fā)育，沉積厚度較大，尤其在工區(qū)東南部，最大厚度可達(dá)200 m。根據(jù)頁巖氣成藏機(jī)理［9-13］，從黑色頁巖沉積厚度來講，是頁巖氣勘探的有利區(qū)。

微觀上，該區(qū)黑色頁巖富含有機(jī)質(zhì)，孔隙較多，為孔隙—微孔隙（2～25 μm）。從能譜分析看，其Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為41%，又根據(jù)鏡下薄片觀察，石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，說明永和剖面黑色頁巖具有較好的壓裂條件，對(duì)頁巖氣開發(fā)非常有利。

5 結(jié)論

1）根據(jù)黔北地區(qū)野外實(shí)測(cè)剖面，牛蹄塘組為1個(gè)三級(jí)層序，劃分為下部的海侵體系域和上部的高位體系域，最大海泛面處黑色頁巖顏色最深，巖性最純。

2）用“點(diǎn)—線—面”三位一體的方法，下寒武統(tǒng)牛蹄塘組沉積環(huán)境主要為淺海陸棚沉積，物源主要來自西北部，少量來自西南部，沉積中心位于工區(qū)東南部。

3）宏觀上，黑色頁巖分布廣泛且厚度較大；微觀上，工區(qū)東南部黑色頁巖富含有機(jī)質(zhì)且硅酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，易于壓裂。從宏觀、微觀2方面得出工區(qū)東南部為黔北地區(qū)頁巖氣勘探重點(diǎn)區(qū)域。

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（編輯 趙旭亞）

Sedimentary characteristics and shale gas significance of Lower Cambrian black shale in Qianbei Area

Liang Chao,Jiang Zaixing,Guo Ling,Yang Yiting
(School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China)

On the theoretical basis of sedimentology,sequence stratigraphy,oil and gas geology,to the analysis of measured field profiles,geochemical elements and microscopically slice observation as the means,and using the trinity method of point-line-face, this article analyzes the sedimentary characteristics of Qianbei Area.The sedimentary environment of Lower Cambrian Niutitang Formation is shelf deposition and the main sedimentary systems include shallow shelf and deepwater shelf.Overall,the paleogeomorphology has the characteristics of high in northwest and low in southeast.Provenances come mainly from the northwest and a few from the southwest in research area.The Lower Cambrian black shale develops widely.The thickness of the black shale is biggest in southeast area,reaching 200 m.From macroscopic view,the black shale extensively develops,the thickness is very large and its color is pure.From microscopic view,the black shale gas is rich in organic matter and the microscopic silicon content is high.Combined with the macro and micro respects,it is considered that the southeast area is the key area for shale gas exploration.

black shale;sedimentary characteristics;shale gas;Niutitang Formation;Qianbei Area

國家科技重大專項(xiàng)“油氣勘探新領(lǐng)域儲(chǔ)層地質(zhì)與油氣評(píng)價(jià)”（2011ZX05009-002）

TE132.2

：A

1005-8907（2012）01-0022-05

2011-04-29；改回日期：2011-11-30。

梁超，男，1987年生，在讀碩士研究生，主要從事沉積學(xué)方面的學(xué)習(xí)和研究工作。E-mail：liangchao0318@163.com。

梁超，姜在興，郭嶺，等.黔北地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖沉積特征及頁巖氣意義［J］.斷塊油氣田，2012，19（1）：22-26. Liang Chao，Jiang Zaixing，Guo Ling，et al.Sedimentary characteristics and shale gas significance of Lower Cambrian black shale in Qianbei Area［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（1）：22-26.