渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)底部黑色巖系沉積環(huán)境及有機(jī)質(zhì)富集機(jī)制
——以鹿角剖面為例

孫夢(mèng)迪，于炳松，夏 威，祁青山，葉若辰

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083； 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)底部黑色巖系
沉積環(huán)境及有機(jī)質(zhì)富集機(jī)制
——以鹿角剖面為例

孫夢(mèng)迪1，2，于炳松1，2，夏 威1，2，祁青山1，2，葉若辰1，2

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083； 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

為恢復(fù)渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)底部黑色巖系沉積環(huán)境，研究有機(jī)質(zhì)富集機(jī)制，對(duì)重慶市彭水縣鹿角剖面進(jìn)行系統(tǒng)采樣，并測(cè)試有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、全巖X線衍射、微量元素、比表面和孔徑分析等.結(jié)果表明：鹿角剖面下志留統(tǒng)底部黑色巖系屬于中成巖階段B期，古鹽度在11.1‰～35.4‰之間，平均為21.4‰，整體上屬于多鹽水.樣品中w(V)/w(Cr)在1.62～3.72之間，w(V)/w(V+Ni)主體在0.80左右，并結(jié)合黑色巖系中V、Ni、Cu的富集程度與總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的良好正相關(guān)性，說(shuō)明沉積環(huán)境處于水體呈弱分層的缺氧環(huán)境.隨著深度變淺沉積環(huán)境由次還原向次氧化、氧化過(guò)渡.上升洋流導(dǎo)致古生產(chǎn)力提高，到志留紀(jì)時(shí)期全球氣候變暖，上升洋流隨之減弱，古生產(chǎn)力也隨之逐漸降低.高古生產(chǎn)力是有機(jī)質(zhì)富集的首要條件，高水體鹽度、缺氧環(huán)境是有機(jī)質(zhì)保存的理想環(huán)境.有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與巖石的BET比表面和總孔體積呈良好的正相關(guān)性，說(shuō)明沉積環(huán)境在一定程度上影響巖石的儲(chǔ)集物性，從而影響頁(yè)巖氣的賦存空間.

沉積環(huán)境；有機(jī)質(zhì)富集；黑色巖系；下志留統(tǒng)；鹿角剖面；渝東南地區(qū)

0 引言

隨著美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量快速增加，頁(yè)巖氣作為一種重要的非常規(guī)天然氣逐漸受到世界范圍的高度重視，極大地激發(fā)中國(guó)頁(yè)巖氣的勘探熱情[1].中國(guó)頁(yè)巖氣勘探正處于探索階段，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖分布面積廣、巖相種類多、沉積環(huán)境多樣，資源潛力巨大[2].中國(guó)頁(yè)巖氣已探明可采資源總量為31×1012m3，中國(guó)南方頁(yè)巖氣可開采量約占總量的1/2，且古生代富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖產(chǎn)氣量約占中國(guó)頁(yè)巖氣資源總量的66.7%[3].中國(guó)南方下志留統(tǒng)底部龍馬溪組黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度高、成熟度較高、微裂縫發(fā)育、埋深適中，具有形成頁(yè)巖氣藏的優(yōu)越條件[4].因此，渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)底部黑色巖系沉積環(huán)境的恢復(fù)及有機(jī)質(zhì)富集機(jī)制的探討，可對(duì)該地區(qū)頁(yè)巖氣的勘探開發(fā)提供一定地質(zhì)依據(jù).

渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)底部黑色巖系不僅是頁(yè)巖氣勘探的儲(chǔ)集層，而且也是一套優(yōu)質(zhì)的烴源巖[1].對(duì)于烴源巖沉積環(huán)境及有機(jī)質(zhì)富集機(jī)制等方面的研究已取得一定共識(shí)，其中，全球性因素主要有板塊活動(dòng)、冰期和間冰期等；生物生產(chǎn)力、底層水氧含量、沉積速率、水動(dòng)力條件等是區(qū)域性(盆地尺度)因素中的關(guān)鍵變量[5-6].在烴源巖沉積環(huán)境方面，可將有利于烴源巖發(fā)育的原因歸結(jié)為兩種基本模式，即“保存模式”和“生產(chǎn)力模式”[7].沉積環(huán)境對(duì)烴源巖中有機(jī)質(zhì)保存有重要影響，同時(shí)也影響烴源巖的地球化學(xué)特征[8].有機(jī)質(zhì)在生烴過(guò)程中內(nèi)部發(fā)育納米級(jí)孔隙并形成頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集空間[9]，同時(shí)頁(yè)巖的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響頁(yè)巖吸附氣體能力的主要因素[10].

筆者利用頁(yè)巖的礦物組分和地球化學(xué)指標(biāo)對(duì)重慶市彭水縣鹿角剖面下志留統(tǒng)底部黑色巖系沉積環(huán)境進(jìn)行判識(shí)與恢復(fù)，并結(jié)合有機(jī)質(zhì)豐度的縱向特征探討該層段有機(jī)質(zhì)富集機(jī)制，從而揭示沉積環(huán)境對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)集物性的影響.

1 區(qū)域地質(zhì)背景

中國(guó)南方晚奧陶世—早志留世沉積形成于華南盆地消亡和南華造山帶形成階段[11].由于華南古陸和古隆起隆升和擴(kuò)張，揚(yáng)子海特別是上揚(yáng)子海在一定程度上被封閉，形成滯留、低能、缺氧的海洋環(huán)境[12-13].上奧陶統(tǒng)五峰組厚度不大，為數(shù)米至30 m，但在揚(yáng)子地區(qū)廣泛分布，主要由灰黑—黑色硅質(zhì)頁(yè)巖、碳泥質(zhì)頁(yè)巖及粉砂質(zhì)頁(yè)巖組成，局部地區(qū)頂部有一薄層介殼灰?guī)r(觀音橋段).下志留統(tǒng)龍馬溪組厚度變化較大，從數(shù)十米到千米不等，主要以黑色頁(yè)巖、粉砂質(zhì)泥(頁(yè))巖為主，局部夾硅質(zhì)泥巖，富含微粒黃鐵礦和筆石(正筆石類)化石，代表淺水陸棚沉積環(huán)境，向上羅惹坪組為淺海陸棚—近濱沉積環(huán)境[14-15].

2 樣品采集與測(cè)試方法

為研究渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)底部黑色巖系的沉積環(huán)境及有機(jī)質(zhì)富集機(jī)制，測(cè)試重慶市彭水縣鹿角鎮(zhèn)南部鹿角剖面.通過(guò)剖面觀察發(fā)現(xiàn)，下志留統(tǒng)龍馬溪組巖性組成主要有富有機(jī)質(zhì)泥(頁(yè))巖、粉砂質(zhì)泥(頁(yè))巖、泥質(zhì)粉砂巖，上奧陶統(tǒng)頂部為黑色硅質(zhì)巖(見圖1).綜合巖性特征及深度分布，共采集巖石樣品117塊，選取43塊樣品進(jìn)行微量元素分析、黏土礦物及全巖X線衍射分析、伊利石結(jié)晶度測(cè)試，25塊樣品進(jìn)行有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)檢測(cè)，9塊樣品進(jìn)行比表面和孔徑分析(見表1).

圖1 渝東南地區(qū)鹿角剖面柱狀圖及礦物類型與分布Fig.1 Type and contents of minerals in the southeast of Chongqing-Lujiao section

表1 測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig·1 The detail of experiments

3 測(cè)試結(jié)果

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度

渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.74%～3.47%之間，平均為1.43%，上奧陶統(tǒng)頂部黑色硅質(zhì)巖的w(TOC)在4.45%～4.62%之間.在鹿角剖面中w(TOC)由下向上逐漸降低，高有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)樣品主要分布在上奧陶統(tǒng)五峰組和下志留統(tǒng)龍馬溪組底部(見圖2).

圖2 渝東南地區(qū)鹿角剖面地球化學(xué)指標(biāo)縱向變化特征Fig.2 Vertical changes of geochemical indicators in the southeast of Chongqing-Lujiao section

3.2 巖石礦物學(xué)特征

渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色頁(yè)巖礦物成分主要為碎屑礦物和黏土礦物，還有少量的碳酸鹽礦物和黃鐵礦(見圖1).其中碎屑礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為47.0%～72.0%，平均為57.7%，成分主要為石英和少量的長(zhǎng)石，石英的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37.0%～51.0%，平均為42.8%.黏土礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.0%～44.0%，平均為34.1%，主要為伊利石和伊/蒙混層礦物，但伊/蒙混層礦物的間層比很低，在10.0%～15.0%之間；因此黏土礦物中的伊利石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在77.8%～87.7%之間，平均為82.1%，綠泥石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在7.0%～19.0%之間，平均為14.0%.上奧陶統(tǒng)頂部黑色硅質(zhì)巖中石英的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在71.0%～73.0%之間，遠(yuǎn)高于龍馬溪組黑色頁(yè)巖的.

3.3 微量元素地球化學(xué)

通過(guò)與上地殼元素豐度相比，渝東南地區(qū)鹿角剖面巖石樣品的微量元素分析結(jié)果見表2.其中，B和V的濃集因數(shù)分別為5.0和2.0，中等富集；Cr、Ni、Cu、Zn的濃集因數(shù)也大于1.0，為弱富集；Sr和Ba的濃集因數(shù)分別為0.3和0.6，為強(qiáng)烈虧損和中等虧損.

表2 渝東南地區(qū)鹿角剖面黑色頁(yè)巖微量元素分析結(jié)果Table 2 Analytical results of trace elements of black shale in the southeast of Chongqing-Lujiao section

3.4 比表面和孔徑特征

渝東南地區(qū)鹿角剖面巖石樣品的BET比表面在7.7～21.4 m2/g之間，平均為13.2 m2/g；孔隙的平均孔直徑在3.7～5.7 nm之間，平均為4.5 nm(見表3).

表3 渝東南地區(qū)鹿角剖面黑色頁(yè)巖表面及孔隙體積分析結(jié)果Table 3 BET surface area and pore volume of black shale in the southeast of Chongqing-Lujiao section

4 黑色巖系沉積環(huán)境分析

4.1 古鹽度

古鹽度是區(qū)分沉積物形成于海相或陸相的重要參數(shù)[16-17].根據(jù)黏土礦物中硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算古鹽度，黏土礦物對(duì)硼的吸附是不可逆的，一旦吸附無(wú)論是呈吸附態(tài)或是進(jìn)入黏土礦物晶格，都不會(huì)因水體中硼摩爾濃度的降低而解吸[18].鹿角剖面黏土礦物組合主要是伊利石、伊/蒙混層、綠泥石，其中伊/蒙混層的間層比很低，在10%～15%之間，處于伊/蒙混層轉(zhuǎn)化帶的第三轉(zhuǎn)化帶，因此研究區(qū)龍馬溪組黑色頁(yè)巖屬于中成巖期B階段[19].龍馬溪組頁(yè)巖的伊利石結(jié)晶度在0.460°～0.600°之間，平均為0.532°，當(dāng)伊利石結(jié)晶度小于0.420°時(shí)才進(jìn)入晚成巖期，根據(jù)SY/T 5477-2003《碎屑巖成巖階段劃分》標(biāo)準(zhǔn)，該套黑色頁(yè)巖屬于中成巖期B階段[19].

考慮不同黏土礦物對(duì)硼具有不同的吸附性能，選用Couch公式：

式中：Sp為古鹽度(‰)；B′為校正硼質(zhì)量分?jǐn)?shù)(10-6).Couch通過(guò)黏土礦物吸附硼實(shí)驗(yàn)，換算單一黏土礦物對(duì)硼的吸附能力大小，得出伊利石吸附硼的量是蒙脫石的2倍、高嶺石的4倍，因此得出校正硼公式：

式中：B′、B分別為校正硼質(zhì)量分?jǐn)?shù)、實(shí)測(cè)硼質(zhì)量分?jǐn)?shù)；XI、XM、XK分別為樣品中伊利石、蒙脫石、高嶺石的質(zhì)量分?jǐn)?shù).在鹿角剖面中，綠泥石替代高嶺石，蒙皂石已部分轉(zhuǎn)化為伊利石，還有部分轉(zhuǎn)變?yōu)橐?蒙混層，對(duì)于伊/蒙混層，可以按間層比分別求出相應(yīng)的蒙脫石和伊利石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[20-21].將硼校正公式(2)改為：

式中：XC為樣品中綠泥石的質(zhì)量分?jǐn)?shù).再將結(jié)果代入式(1)，可算出古鹽度[13].

筆者對(duì)鹿角剖面43個(gè)樣品進(jìn)行古鹽度計(jì)算，龍馬溪組古鹽度在11.1‰～35.4‰之間，平均為21.4‰.五峰組古鹽度較低，在5.3‰～11.9‰之間.按照1958年威尼斯鹽度分類方案[13]，研究區(qū)下志留統(tǒng)古水介質(zhì)屬于中鹽水—多鹽水—真鹽水范疇，整體上屬于多鹽水.

w(B)/w(Ga)也能反映沉積環(huán)境的古鹽度，同時(shí)能間接反映沉積物沉積時(shí)離岸的遠(yuǎn)近，小于1.5為淡水，大于4.0為咸水[22].鹿角剖面的黑色巖系w(B)/w(Ga)為1.56～10.19，平均為4.25，說(shuō)明主體處于淺海相沉積環(huán)境，海平面有一定程度的變化.

古鹽度和w(B)/w(Ga)隨剖面深度的變化而變化，結(jié)合鹿角剖面的巖性組合及變化特征(見圖1)，反映海平面的升降變化(見圖3).從上奧陶統(tǒng)頂部開始海平面迅速升高，在下志留統(tǒng)底部達(dá)到最大海泛面，隨之海平面呈振蕩下降.

圖3 渝東南地區(qū)鹿角剖面古鹽度及海平面變化Fig.3 Paleosalinity and eustatic sea level change in the southeast of Chongqing-Lujiao section

4.2 古氧化還原條件

上奧陶統(tǒng)頂部到下志留統(tǒng)底部，黑色巖系有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，且含黃鐵礦，巖石主體顏色為深灰色、黑色，表明巖石形成于還原環(huán)境[23].微量元素分析結(jié)果顯示，親氧元素Sr強(qiáng)烈虧損，指示當(dāng)時(shí)還原環(huán)境占主導(dǎo)地位.

Jones B等[24]給出沉積環(huán)境w(V)/w(Cr)的指標(biāo)，w(V)/w(Cr)小于2.00指示氧化環(huán)境，w(V)/ w(Cr)大于4.25指示缺氧(還原)環(huán)境，兩值之間指示從次氧化到次還原過(guò)渡環(huán)境.鹿角剖面的黑色巖系w(V)/w(Cr)在0.62～13.47之間，平均為2.66，上奧陶統(tǒng)頂部的硅質(zhì)巖w(V)/w(Cr)在9.33～13.47之間，指示強(qiáng)還原環(huán)境；下志留統(tǒng)底部的黑色巖系w(V)/w(Cr)在1.62～3.72之間，w(V)/w(Cr)隨深度的變淺而降低，沉積環(huán)境由次還原向次氧化、氧化過(guò)渡(見圖2).

根據(jù)Wingnall P B[25]和Hatch J R[26]給出沉積環(huán)境w(V)/w(V+Ni)的指標(biāo)，w(V)/w(V+Ni)小于0.60指示古海洋水體呈弱分層的氧化環(huán)境；w(V)/w(V+Ni)在0.60～0.84之間時(shí)指示缺氧環(huán)境；w(V)/w(V+Ni)大于0.84指示為靜海相還原環(huán)境，而且古海洋水體呈強(qiáng)分層.鹿角剖面的黑色巖系w(V)/w(V+Ni)在0.49～0.96之間，平均為0.79，上奧陶統(tǒng)頂部的硅質(zhì)巖w(V)/w(V+Ni)在0.91～0.96之間，指示靜海相還原環(huán)境；下志留統(tǒng)底部的黑色巖系w(V)/w(V+Ni)主體在0.80左右，指示水體呈弱分層的缺氧環(huán)境.

Tribovillard N等[27]分析現(xiàn)代沉積物和古代沉積巖的V、Ni、Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的協(xié)變圖，在次氧化到硫化的環(huán)境下形成的沉積物或沉積巖的Ni、Cu元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與w(TOC)具有良好的正相關(guān)性；V元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與w(TOC)僅在缺氧的環(huán)境下形成的沉積物或沉積巖才表現(xiàn)良好的正相關(guān)性；在靜水硫化環(huán)境下形成的沉積巖不具有良好的正相關(guān)性.下志留統(tǒng)底部的龍馬溪組頁(yè)巖V、Ni、Cu的富集程度與w(TOC)呈良好的正相關(guān)性，指示它形成于缺氧環(huán)境而沒有達(dá)到靜水硫化環(huán)境(見圖4).

圖4 V、Cu、Ni的相對(duì)富集程度與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.4 The relative enrichment of V，Ni and Cu vs.w(TOC)

4.3 古生產(chǎn)力

古海洋生產(chǎn)力(古生產(chǎn)力)為海底沉積物中有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)提供物質(zhì)基礎(chǔ)，影響烴源巖的發(fā)育[28].古生產(chǎn)力不易直接測(cè)定，因此選取微量元素Ni、Cu、Zn為古生產(chǎn)力替代指標(biāo).Ni、Cu和Zn作為營(yíng)養(yǎng)元素與有機(jī)質(zhì)結(jié)合或形成有機(jī)質(zhì)絡(luò)合物沉淀埋藏下來(lái)，高的Ni、Cu和Zn元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)指示高的有機(jī)碳輸入，反映較高的古生產(chǎn)力[29].由圖2可知，Ni、Cu和Zn元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在上奧陶統(tǒng)頂部迅速增加，在下志留統(tǒng)底部達(dá)到最大，向上逐漸降低.

上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育與上升洋流有關(guān)[6].鹿角剖面反映的古生產(chǎn)力的變化與上升洋流觀點(diǎn)最為切合.上升洋流可以把深海的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)帶到淺海的透光帶，從而使生物大量繁衍[6].Pedersen T F和Calvert S E指出上升洋流與強(qiáng)生物生產(chǎn)力有密切關(guān)系，其有機(jī)質(zhì)的輸入量是黑色頁(yè)巖形成的重要原因[30].鹿角剖面中上奧陶統(tǒng)五峰組頂部為硅質(zhì)巖沉積，在志留系底部的龍馬溪組中硅質(zhì)巖并不發(fā)育.呂炳全等[31]將硅質(zhì)巖的發(fā)育作為上升洋流發(fā)育的判定標(biāo)志.到志留紀(jì)時(shí)期全球氣候變暖，上升洋流隨之減弱，古生產(chǎn)力也隨之逐漸降低[6].

5 有機(jī)質(zhì)富集機(jī)制

渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)底部黑色巖系主體為富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，含粉砂質(zhì)泥(頁(yè))巖和泥質(zhì)粉砂巖夾層，上奧陶統(tǒng)頂部為黑色硅質(zhì)巖.作為中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的目標(biāo)層系，其有機(jī)質(zhì)的富集機(jī)制和賦存形式的研究尤為重要，而其根本條件是有機(jī)質(zhì)的來(lái)源和保存[32].

有機(jī)質(zhì)的來(lái)源往往與古生產(chǎn)力、上升洋流、陸源碎屑供給有關(guān)[32].由圖2可知，鹿角剖面中有機(jī)質(zhì)豐度的高低與古生產(chǎn)力指示元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系密切.沉積期古生產(chǎn)力的高低直接影響有機(jī)質(zhì)的來(lái)源和豐度，上升洋流將深海的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)帶到淺海的透光帶，使得古生產(chǎn)力大大提高[30].同時(shí)，形成上奧陶統(tǒng)頂部的黑色硅質(zhì)巖，富營(yíng)養(yǎng)的水體有利于水生生物的快速繁殖，有機(jī)質(zhì)來(lái)源豐富，為富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的形成提供良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，是形成下志留統(tǒng)底部富有機(jī)質(zhì)黑色巖系的首要條件.

有機(jī)質(zhì)在產(chǎn)生并沉積后，便要接受埋藏、保存[32].高的古生產(chǎn)力可以提供高含量的原始有機(jī)質(zhì)，但并不等于殘留有機(jī)質(zhì)的高豐度，保存條件也尤為重要.由圖2可知，鹿角剖面從深到淺反映氧化還原條件由缺氧的還原環(huán)境逐步向次還原次氧化過(guò)渡，對(duì)應(yīng)有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸減少，同時(shí)黃鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)也逐漸減少.在下志留統(tǒng)龍馬溪組底部為缺氧環(huán)境，水體鹽度高，為有機(jī)質(zhì)保存提供良好環(huán)境.

在有機(jī)質(zhì)的賦存形式上，黏土礦物的微孔隙、黏土表面和層間是有機(jī)質(zhì)賦存的場(chǎng)所[33].同時(shí)，在一些情況下有機(jī)質(zhì)與黏土礦物形成有機(jī)黏土復(fù)合體保存下來(lái)[21].有機(jī)質(zhì)的保存與巖石的比表面之間存在密切聯(lián)系.在鹿角剖面(見圖5)中，下志留統(tǒng)底部巖石的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與巖石的比表面之間呈良好的正相關(guān)性，隨剖面深度的變淺而減小，說(shuō)明有機(jī)質(zhì)的吸附保存機(jī)理.

此外，根據(jù)巖石總孔體積與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性(見圖5)，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)氣性能具有重要的控制作用，也說(shuō)明沉積環(huán)境在一定程度上影響巖石的儲(chǔ)集物性，從而影響頁(yè)巖氣的賦存空間.

圖5 渝東南地區(qū)鹿角剖面巖石比表面和總孔體積與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.5 Correlation between surface area，total pore volume and w(TOC)in the southeast of Chongqing-Lujiao section

6 結(jié)論

(1)鹿角剖面下志留統(tǒng)底部黑色巖系處在中成巖階段B期，古鹽度在11.1‰～35.4‰之間，平均為21.4‰，古水介質(zhì)屬于中鹽水—多鹽水—真鹽水范疇，整體上屬于多鹽水.從上奧陶統(tǒng)頂部開始海平面迅速升高，在下志留統(tǒng)底部達(dá)到最大海泛面，隨之海平面呈振蕩下降.

(2)鹿角剖面下志留統(tǒng)底部黑色巖系樣品w(V)/w(Cr)在1.62～3.72之間，w(V)/w(Cr)隨剖面深度的變淺而降低，沉積環(huán)境由次還原向次氧化、氧化過(guò)渡.w(V)/w(V+Ni)主體在0.80左右，指示水體呈弱分層的缺氧環(huán)境.龍馬溪組黑色巖系V、Ni、Cu的富集程度與總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈良好的正相關(guān)性，指示它形成于缺氧環(huán)境而沒有達(dá)到靜水硫化環(huán)境.

(3)鹿角剖面反映的古生產(chǎn)力變化與上升洋流活動(dòng)有關(guān).上奧陶統(tǒng)五峰組頂部發(fā)育硅質(zhì)巖，到志留系時(shí)期全球氣候變暖，上升洋流隨之減弱，古生產(chǎn)力也隨之逐漸降低.

(4)有機(jī)質(zhì)豐度是頁(yè)巖氣勘探的重要指標(biāo)，高的古生產(chǎn)力和高水體鹽度、缺氧環(huán)境為有機(jī)質(zhì)的富集提供保障.下志留統(tǒng)底部巖石的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與巖石的比表面和總孔體積呈良好的正相關(guān)性，說(shuō)明沉積環(huán)境在一定程度上影響巖石的儲(chǔ)集物性，從而影響頁(yè)巖氣的賦存空間，這一關(guān)系為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的勘探和開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù).

[1] 陳更生，黃玉珍，李建忠，等.中國(guó)頁(yè)巖氣地質(zhì)研究進(jìn)展[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011：1-32.

Chen Gengsheng，Huang Yuzhen，Li Jianzhong，et al.Geology research progress of shale gas in China[M].Petroleum Industry Press，2011：1-32.

[2] 楊鐿婷，張金川，王香增，等.陸相頁(yè)巖氣的泥頁(yè)巖評(píng)價(jià)——以延長(zhǎng)下寺灣區(qū)上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段為例[J].東北石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，36(4)：10-17.

Yang Yiting，Zhang Jinchuan，Wang Xiangzeng，et al.Source rock evaluation of continental shale gas：A case study of Chang 7 of Mesozoic Yanchang formation in Xia Siwan area of Yanchang[J].Journal of Northeast Petroleum University，2012，36(4)：10-17.

[3] 趙佳楠，陳永進(jìn)，姜文斌.松遼盆地南部白堊系青山口組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及生儲(chǔ)有利區(qū)預(yù)測(cè)[J].東北石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，37(2)：26-36.

Zhao Jianan，Chen Yongjin，Jiang Wenbin.Shale gas reservoir evaluation and prediction of the shale gas reservoir's favorable zone in the cretaceous Qingshankou formation of the southern Songliao basin[J].Journal of Northeast Petroleum University，2013，37(2)：26-36.

[4] 王社教，王蘭生，黃金亮，等.上揚(yáng)子區(qū)志留系頁(yè)巖氣成藏條件[J].天然氣工業(yè)，2009，29(5)：45-50.

Wang Shejiao，Wang Lansheng，Hang Jinliang，et al.Accumulation conditions of shale gas reservoirs in Silurian of the upper Yangtze region[J].Natural Gas Industry，2009，29(5)：45-50.

[5] Demaison G J，Moor G T.Anoxic environments and oil source bed genesis[J].AAPG Bulletin，1980，64(8)：1179-1209.

[6] 李雙建，肖開華，沃玉進(jìn)，等.南方海相上奧陶統(tǒng)——下志留統(tǒng)優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的控制因素[J].沉積學(xué)報(bào)，2008，26(5)：873-880. Li Shuangjian，Xiao Kaihua，Wo Yuejin，et al.Developmental controlling factors of upper Ordovician-lower Silurian high quality source rocks in marine sequence，south China[J].Acta Sedimentologica Sinica，2008，26(5)：873-880.

[7] 張水昌，張寶民，邊立曾，等.中國(guó)海相烴源巖發(fā)育控制因素[J].地學(xué)前緣，2005，12(3)：39-48. Zhang ShuiChuang，Zhang Baomin，Bian Lizeng，et al.Development constraints of marine source rocks in China[J].Earth Science Frontiers，2005，12(3)：39-48.

[8] 陳衍景，鄧健，胡桂興.環(huán)境對(duì)沉積物微量元素含量和分配型式的制約[J].地質(zhì)地球化學(xué)，1996，24(3)：97-105. Chen Yanjing，Deng Jian，Hu Guixing.The control over of the environment on content and distribution types of trace element in sediments[J].Geology Geochemistry，1996，24(3)：97-105.

[9] 宮美林，丁文龍，皮冬冬，等.鄂爾多斯盆地東南部下寺灣——白云區(qū)二疊系山西組頁(yè)巖氣形成條件[J].東北石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，37 (3)：1-9.

Gong Meilin，Ding Wenlong，Pi Dongdong，et al.Forming conditions of shale gas of the Shanxi formation of Permian in the southeast of Orldos basin[J].Journal of Northeast Petroleum University，2013，37(3)：1-9.

[10] Chalmers G R L，Bustin R M.Lower Cretaceous gas shales in northeastern British Columbia，Part I：Geological controls on methane sorption capacity[J].Bulletin of Canadian Petroleum Geology，2008，56(1)：1221.

[11] 許效松，萬(wàn)方，尹福光，等.奧陶系寶塔組灰?guī)r的環(huán)境相、生態(tài)相與成巖相[J].礦物巖石，2001，21(3)：64-68.

Xu XiaoSong，Wan Fang，Yin fuguang，et al.Environment facies，ecological facies and digenetic facies of Baota formation，of late Ordovina[J].Journal of Mineralogy and Petrology，2001，21(3)：64-68.

[12] 馬力，陳煥疆，甘克文，等.中國(guó)南方大地構(gòu)造和海相油氣地質(zhì)[M].北京：地質(zhì)出版社，2004：52-98.

Ma Li，Chen Huanjiang，Gan Kewen，et al.China southern tectonics and marine oil and gas geology[M].China University of Geosciences Press，2004：52-98.

[13] 李雙建，肖開華，沃玉進(jìn)，等.中上揚(yáng)子地區(qū)上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)烴源巖發(fā)育的古環(huán)境恢復(fù)[J].巖石礦物學(xué)雜志，2009，28(5)：873-880.

Li Shuangjian，Xiao Kaihua，Wo Yuejin，et al.Palaeo-environment restoration of upper Ordovician-lower Silurian hydrocarbon source rock in middle-upper Yangtze area[J].Acta Petrologica Et Mineralogic，2009，28(5)：873-880.

[14] 李娟，于炳松，劉策，等.渝東南地區(qū)黑色頁(yè)巖中黏土礦物特性兼論其對(duì)儲(chǔ)存物性的影響——以彭水縣鹿角剖面為例[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2012，26(4)：732-741.

Li Juan，Yu Bingsong，Liu Ce，et al.Clay minerals of black shale and their effects on physical properties of shale gas reservoirs in the southeast of Chongqing：A case study from Lujiao outcrop section in Pengshui，Chongqing[J].Geoscience，2012，26(4)：732-741.

[15] 嚴(yán)德天，王清晨，陳代釗，等.揚(yáng)子及周緣地區(qū)上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)烴源巖發(fā)育環(huán)境及其控制因[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2008，82(3)：321-327.

Yan Detian，Wang Qingchen，Chen Daihao，et al.Sedimentary environment and development controls of the hydrocarbon sources beds：The upper Ordovician Wufeng formation and the lower Silurian Longmaxi formation in the Yangtze area[J].Acta Geologica Sinica，2008，82(3)：321-327.

[16] 王敏芳，黃傳炎，徐志誠(chéng)，等.綜述沉積環(huán)境中古鹽度的恢復(fù)[J].新疆石油天然氣，2006，2(1)：9-12.

Wang Minfang，Huang Chuanyan，Xu Zhicheng，et al.Review on palaeosalinity recover in sedimentary environment[J].Xinjiang Oil&Gas，2006，2(1)：9-12.

[17] 周仰康，何錦文，王子玉.硼作為古鹽度指標(biāo)的應(yīng)用[C]//沉積學(xué)和有機(jī)地球化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文選集.北京：科學(xué)出版社，1984：55-57.

Zhou Yangkang，He Jinwen，Wang Ziyu.Boron application as paleosalinity indices[C]//Sedimentology and Organic Geochemistry of Academic Conference Papers.Beijing：Science Press，1984：55-57.

[18] 李成鳳，肖繼風(fēng).用微量元素研究勝利油田東營(yíng)盆地沙河街組的古鹽度[J].沉積學(xué)報(bào)，1988，6(4)：100-107.

Li Chengfeng，Xiao Jifeng.The application of trace element to the study on paleosalinities in Shahejie formation of Dongying basin Shengli oilfield[J].Acta Sedimentologica Sinica，1988，6(4)：100-107.

[19] 應(yīng)鳳祥，羅平，何東博，等.中國(guó)含油氣盆地碎屑巖儲(chǔ)集層成巖作用與成巖數(shù)值模擬[M].北京：石油工業(yè)出版社，2004：1-63.

Ying Fengxiang，Luo Ping，He Dongbo，et al.Oil and gas basin clastic reservoir diagenesis and diagenetic numerical simulation[M]. Beijing：Petroleum Industry Press，2004：1-63.

[20] 王行信，韓守華.中國(guó)含油氣盆地砂泥巖黏土礦物的組合類型[J].石油勘探與開發(fā)，2002，29(4)：1-3.

Wang Xingxin，Han Shouhua.The combination pattern of clay minerals of sandstone and mud rock in China's petroliferous basins [J].Petroleum Exploration and Development，2002，29(4)：1-3.

[21] 張永剛，蔡進(jìn)功，許衛(wèi)平，等.泥質(zhì)烴源巖中有機(jī)質(zhì)富集機(jī)制[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007：47-49.

Zhang Yonggang，Cai Jingong，Xu Weiping，et al.Organic matter enrichment mechanism of argillaceous source rocks[M].Beijing：Petroleum Industry Press，2007：47-49.

[22] 鄧宏文，錢凱.沉積地球化學(xué)與環(huán)境分析[M].蘭州：甘肅科學(xué)技術(shù)出版社，1993.

D

eng Hongwen，Qian Kai.Sedimentary geochemistry and environmental analysis[M].Lanzhou：Gansu Science and Technology Press，1993.

[23] 朱筱敏.沉積巖石學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2012：100-103.

Zhu Xiaomin.Sedimentary petrology[M].Beijing：Petroleum Industry Press，2012：100-103.

[24] Jones B，Manning D A C.Comparion of geochemical indices used for the interpretation of palaeoredox conditions in ancient mudstones [J].Chemical Geology，1994，111(1-4)：111-129.

[25] Wingnall P B.Black Shale[M].Oxford：Charendon Press，1994：45-89.

[26] Hatch J R，Leventhal J S.Relationship between inferred redox potential of the depositional environment and geochemistry of the upper Pennsylvanian(Missourian)Stark shale member of the Dennis limestone，Wabaunsee County，Kansas，USA[J].Chemical Geology，1994，99(1/3)：65-82.

[27] Tribovillard N，Algeo T J，Lyons T，et al.Trace metals as paleoredox and paleoproductivity proxies：An update[J].Chemical Geology，2006，232(1-2)：12-32.

[28] 嚴(yán)德天，汪建國(guó)，王卓卓.揚(yáng)子地區(qū)上奧陶—下志留統(tǒng)生物鋇特征及其古生產(chǎn)力意義[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，24 (4)：17-19.

Yan Detian，Wang Jianguo，Wang Zhuozhuo.Biogenetic barium distribution from the upper Ordovician to lower Silurian in the Yangtze area and its significance to paleoproductivity[J].Journal of Xian Shiyou University：Natural Science Edition，2009，24(4)：17-19.

[29] 陳慧，解習(xí)農(nóng)，李紅敬，等.利用古氧相和古生產(chǎn)力替代指標(biāo)評(píng)價(jià)四川上寺剖面二疊系海相烴源巖[J].古地理學(xué)報(bào)，2010，12(3)：324-334.

Chen Hui，Xie Xinong，Li Hongjing，et al.Evaluation of the Permian marine hydrocarbon source rocks at Shangsi section in Sichuan province using multi-proxies of paleoproductivity and paleoredox[J].Journal of Palaeography，2010，12(3)：324-334.

[30] Pedersen T F，Calvert S E.Anoxia vs.productivity：What controls the formation of organic-carbon-rich sediments and sedimentary rocks[J].AAPG Bulletin，1990，74(4)：454-466.

[31] 呂炳全，王紅罡，胡望水，等.揚(yáng)子地塊東南古生代上升流沉積相及其與烴源巖的關(guān)系[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2004，24(4)：29-35.

Lv Bingquan，Wang Honggang，Hu Wangshui，et al.Relationship between Paleozoic upwelling facies and hydrocarbon in southeastern marginal Yangtze block[J].Marine Geology&Quaternary Geology，2004，24(4)：29-35.

[32] 樊馥，蔡進(jìn)功，張永生，等.泥質(zhì)烴源巖有機(jī)質(zhì)保存研究[J].新疆石油地質(zhì)，2011，32(6)：686-690.

Fan Fu，Cai Jingong，Zhang Yongsheng，et al.A review of studies on organic matter preservation in muddy source rocks[J].Xinjiang Petroleum Geology，2011，32(6)：686-690.

[33] Barbara Ransom，Dongseon Kim，Miriam Kastner，et al.Organic matter preservation on continental slopes：Importance of mineralogy and surface area[J].Geochimica et Cosmochimica Acta，1998，62(8)：1329-1345.

TE121.11

A

2095-4107(2014)05-0051-10

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.05.007

2014-01-22；編輯劉麗麗

高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(20120022130001)；國(guó)土資源部全國(guó)頁(yè)巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查項(xiàng)目(2009GYXQ15-04)

孫夢(mèng)迪(1990-)，男，博士研究生，主要從事油氣儲(chǔ)層地質(zhì)與評(píng)價(jià)方面的研究.

于炳松，E-mail：yubs@cugb.edu.cn

book=59,ebook=70