湘鄂西地區(qū)五峰—龍馬溪組頁巖地層與沉積特征

姚明君，包漢勇，丁　青，龍幼康，劉　超，王艷春

（中石化江漢油田勘探開發(fā)研究院，武漢430223）

湘鄂西地區(qū)五峰—龍馬溪組頁巖地層與沉積特征

姚明君，包漢勇，丁青，龍幼康，劉超，王艷春

（中石化江漢油田勘探開發(fā)研究院，武漢430223）

以湘鄂西及周緣地區(qū)晚奧陶世至早志留世沉積的泥頁巖為研究對象，本文通過鉆井取心測井、野外觀察和分析化驗等資料，分析了研究區(qū)五峰-龍馬溪組頁巖的發(fā)育和沉積特征。結(jié)果表明，湘鄂西地區(qū)頁巖普遍厚40-60 m，縱向上可劃分為三亞段，九小層，其中1亞段對應底部①-⑤小層，為高伽馬值（GR），低密度，高有機質(zhì)豐度的頁巖段，以灰黑色—黑色硅質(zhì)-炭質(zhì)頁巖為主，湘鄂西古隆起及周緣①-⑤小層頁巖段有不同程度的缺失。頁巖縱向上發(fā)育深水硅質(zhì)陸棚、深水砂質(zhì)陸棚、深水混積陸棚和深水泥質(zhì)陸棚4種沉積微相，其中①-⑤小層頁巖段對應深水硅質(zhì)陸棚微相，為缺氧的強還原沉積環(huán)境，沉積了富含筆石、黃鐵礦的富硅、富碳頁巖，其硅質(zhì)多為自生成因，對應焦石壩目前的主力產(chǎn)氣頁巖段。

沉積微相；頁巖地層；五峰-龍馬溪組；湘鄂西地區(qū)

Yao M J，Bao H Y，Ding Q，Long Y K，Liu C and Wang Y C.

Geology and Mineral Resources of South China，2016，32（2）：191-197.

川東南、渝東和鄂西等地五峰—龍馬溪組灰黑色—黑色富有機質(zhì)泥頁巖發(fā)育，其厚度大、有機質(zhì)豐度高、熱演化和埋深適中，為頁巖氣勘探的有利層系［1-2］。近年來中上揚子地區(qū)在五峰—龍馬溪組頁巖中獲得不同程度的油氣發(fā)現(xiàn)［3］，2015年12月25日四川盆地東南緣的涪陵國家級頁巖氣（五峰—龍馬溪組）示范區(qū)已通過國家能源局委托的專家組驗收，標志著我國首個國家級頁巖氣示范區(qū)建成。湘鄂西地區(qū)位于涪陵頁巖氣示范區(qū)東緣，該區(qū)五峰—龍馬溪組頁巖段地層精細劃分與沉積微相特征對于指導該區(qū)頁巖氣的勘探具有重要意義。

前人主要針對該區(qū)五峰—龍馬溪組沉積特征開展研究［4-6］，本文通過湘鄂西區(qū)多口探井的分析，首次開展了其與涪陵地區(qū)頁巖段地層精細對比及沉積微相的劃分工作。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

湘鄂西地區(qū)在大地構(gòu)造位置上屬于中揚子板塊，東北部被天陽坪斷裂、西部被齊岳山斷裂，東南部被保靖—慈利斷裂帶所限［7］。晚奧陶—早志留世，由于受加里東運動影響，中揚子南部受華夏陸塊的擠壓而強烈坳陷，構(gòu)成前陸盆地的前淵坳陷，形成深海—次深海環(huán)境，為深水陸棚亞相，沉積了五峰—龍馬溪組黑色頁巖。受湘鄂西隆起的影響，恩施-來鳳以東地區(qū)為淺水陸棚相沉積，黑色富碳頁巖不發(fā)育（圖1）。

圖1　湘鄂西構(gòu)造位置圖Fig.1 Thetectoniclocation ofthewestern Hunan-Hubeiregion

2　地層發(fā)育特征

研究區(qū)奧陶紀末期至早志留世為海侵期，以深水陸棚相沉積環(huán)境為主（圖2），湘鄂西西部沉積了大套富有機質(zhì)泥頁巖。該段頁巖以深灰色—灰黑色炭質(zhì)泥頁巖、硅質(zhì)頁巖和含粉砂質(zhì)泥巖為主，整體為還原沉積環(huán)境?？v向上頁巖具有三分性的特征，由下至上分為1亞段、2亞段和3亞段（圖3）。

2.1亞段劃分特征

1亞段：五峰組中下部為灰黑色—黑色硅質(zhì)-炭質(zhì)頁巖，發(fā)育Tangyagensis typicus、Diplograptus bohemicus等筆石，下伏與臨湘組灰色瘤狀灰?guī)r為整合接觸。五峰組頂部為薄層深灰色介殼灰?guī)r，見赫南特貝動物群，自然伽馬略低，齒狀起伏。湘鄂西地區(qū)五峰組與龍馬溪組為平行整合或不整合接觸，龍馬溪組下部以深灰色—黑色炭質(zhì)泥頁巖或粉砂質(zhì)炭質(zhì)泥頁巖為主.咸豐—石柱等整合接觸區(qū)，頁巖段主要發(fā)育Parakidograptusacuminatus、Cystograptus vesiculosus和Coronograptus cyphus等筆石，鶴峰—恩施—五峰等不整合接觸區(qū)，富碳頁巖段和相應筆石屬種不同程度缺失［8-9］。該段頁巖自然伽馬高、密度低。該段有機質(zhì)豐度最高，平均大于4%，為富碳頁巖段。筆石和放射蟲發(fā)育、自生硅含量高。

圖2　湘鄂西及周緣早志留世沉積相圖Fig.2 Thefaciesmap oftheearlySilurian in theWestern Hunan-Hubeiand adjacentregion

2亞段：主要為灰色—深灰色含粉砂質(zhì)泥巖為主，相對下伏地層發(fā)育Demirastrites convolutus筆石［8-9］，另發(fā)育砂質(zhì)含量較1亞段增多，自然伽馬相對偏低、密度相對偏高，有機質(zhì)豐度明顯偏低。筆石和黃鐵礦發(fā)育。

3亞段：主要為深灰色—灰黑色炭質(zhì)泥頁巖、粉砂質(zhì)泥頁巖，偶夾泥質(zhì)灰?guī)r條帶。見Oktavites communis筆石帶［8-9］，自然伽馬相對2亞段地層增高、高密度、低聲波，有機質(zhì)豐度較2亞段增大。

2.2小層精細劃分

目前焦石壩地區(qū)五峰—龍馬溪組頁巖段根據(jù)巖性、電性、生物化石和有機質(zhì)豐度等特征，可細分為9小層，其中①-⑤小層為主力產(chǎn)氣頁巖段。通過與焦石壩類比，本文將湘鄂西地區(qū)頁巖段進行了劃分，以期弄清優(yōu)質(zhì)頁巖的發(fā)育區(qū)。①小層研究區(qū)厚5～10 m，對應五峰組，巖性以黑色硅質(zhì)、炭質(zhì)頁巖為主，凝灰?guī)r條帶發(fā)育，電性特征為相對低伽瑪、低密度、高中子、高聲波，頂部為深灰色薄層含灰泥巖、介殼灰?guī)r段；②小層為龍馬溪底部的薄層的灰黑色炭質(zhì)硅質(zhì)頁巖。電性特征為自然伽瑪呈尖峰狀、低密度、高聲波；③小層巖性較為單一，主要為深灰色—灰黑色炭質(zhì)頁巖，夾薄層的砂質(zhì)頁巖。電性特征伽馬呈箱狀，起伏較小、低密度；④小層巖性為灰色—深灰色炭質(zhì)泥頁巖與粉砂質(zhì)泥巖互層，電性特征為較③小層伽馬增高，呈鋸齒形、相對③小層為高密度；⑤小層巖性較為單一，主要為一套灰黑色含炭質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖，電性特征為伽馬較下伏地層相對偏低、低密度、高聲波；⑥-⑦小層以黑色紋層狀粉砂質(zhì)泥頁巖為主，砂質(zhì)含量中，電性特征為相對低伽瑪、高密度、低聲波，測井曲線都呈箱形；⑧小層灰色—深灰色炭質(zhì)泥巖與粉砂質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖互層，電性特征為高伽馬、高密度、高聲波、高中子的特征，自然伽瑪呈鋸齒形；⑨小層：灰黑色—黑色含炭質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖，電性特征為高自然伽馬、高密度、高中子、高聲波，中子和密度曲線呈箱形（圖3）。

圖3　湘鄂西區(qū)Y1井五峰—龍馬溪組頁巖段地層柱狀圖Fig.3 Thestratigraphiccolumn ofWufeng-LongmaxiFormation shalefromwellY1 in thewestern Hunan-Hubeiregion

2.3地層展布特征

志留紀魯?shù)て谠缙?，龍馬溪組的黑色頁巖廣泛發(fā)育于揚子臺地上。Chen［8］等指出，由于宜昌上升的影響，在湖南、湖北交界地區(qū)有一湘鄂西水下隆起，至少缺失了魯?shù)ぴ缙诘膬蓚€筆石帶的地層。研究區(qū)及鄰區(qū)J1、Y1和H1等鉆井證實了地層的缺失。研究區(qū)龍馬溪組頁巖厚度變化較大，由西向東五峰-龍馬溪組厚度具有減薄的趨勢，五峰-慈利一帶處于早期的水下淺隆（圖2），②-⑤小層頁巖地層有不同程度的沉積缺失，頁巖厚度小，恩施—咸豐以西一帶地層發(fā)育完整，厚度相對較大，整體厚40 m以上（圖4）。

圖4　湘鄂西及鄰區(qū)五峰—龍馬溪組頁巖段小層對比圖Fig.4 Thecorrelation ofsubstrataforWufeng-Longmaxiformation shalein thewestern Hunan-Hubeiand itsadjacentregion

圖5　五峰-龍馬溪組頁巖段沉積相標志（a-筆石，b-星散狀黃鐵礦，c-凝灰?guī)r條帶，d-砂質(zhì)紋層，e-含灰泥巖，f-筆石，g-條帶狀黃鐵礦）Fig.5 ThefaciesmarkersofWufeng-Longmaxiformation shale（a-graptolite，b-scattered pyrite，c-banded tuff，d-sandylayer，e-calciferousmudstone，f-graptolite，g-banded pyrite）

3　沉積相特征

前人研究表明研究區(qū)五峰—龍馬溪組頁巖段整體處于深水陸棚相沉積環(huán)境，本文通過巖心分析化驗、測井等資料，依據(jù)垂向巖性組合、古生物和黃鐵礦發(fā)育等特征，把頁巖段進一步劃分出深水泥質(zhì)陸棚、深水硅質(zhì)陸棚、深水砂質(zhì)陸棚和深水混積陸棚四個微相（圖2）。

3.1深水硅質(zhì)陸棚微相

主要分布在五峰組和龍馬溪組一段的1亞段。受廣西運動的影響，五峰組研究區(qū)廣泛海侵，為缺氧的強還原環(huán)境，基本沒有陸源輸入，水體安靜。形成了全區(qū)廣泛分布黑色富含放射蟲及筆石的富硅、富有機碳頁巖，頁巖內(nèi)見黃鐵礦（圖5a，5b），五峰組頁巖內(nèi)發(fā)育深灰色凝灰?guī)r條帶（圖5c）。五峰晚期，受赫南特介全球冰川消融事件影響，形成了一套介殼灰?guī)r。龍1亞段為海平面上升期，為缺氧環(huán)境，受海底上升流的作用，物源富硅，沉積了同樣富含放射蟲、筆石的富硅、富碳頁巖。相關(guān)性分析表明，富泥硅質(zhì)頁巖的石英與TOC具有很高的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R高達0.8以上，硅質(zhì)多為自生成因?？v向上，該段泥頁巖有機質(zhì)豐度最高，平均可達3.5%以上，反應了強還原的環(huán)境。受宜昌運動的影響，在恩施—鶴峰—桑植等地介殼灰?guī)r和龍一段1下部硅質(zhì)頁巖不發(fā)育。

3.2深水砂質(zhì)陸棚微相

主要分布在龍馬溪組一段的2亞段，該時期海平面由最高點開始緩慢下降，陸源輸入較下伏地層增多，深層水動力活動明顯增大，由強還原環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槿跹趸€原環(huán)境，巖性以深灰色（含粉砂質(zhì)）泥巖為主。巖心和薄片顯示粉砂質(zhì)紋層發(fā)育（圖5d）。筆石發(fā)育，見半耙筆石。黃鐵礦發(fā)育，為次生成因，多與砂質(zhì)條帶共生，呈條帶狀和團塊狀分布?？v向上，該段泥頁巖有機質(zhì)豐度相對偏低。

3.3深水混積陸棚微相

主要分布在龍馬溪組一段3亞段下部，該時期海平面快速下降，有陸源物質(zhì)輸入，為弱氧化-還原環(huán)境，巖性以深灰色泥頁巖為主，夾（含）灰泥巖，泥質(zhì)灰?guī)r條帶（圖5e），滴酸氣泡強烈。硅質(zhì)為次生成因。筆石化石較發(fā)育。頁理發(fā)育?？v向上有機質(zhì)豐度整體在2.0%以上，黃鐵礦發(fā)育。

3.4深水泥質(zhì)陸棚微相

主要分布在龍馬溪組一段3亞段上部，該時期海平面快速下降，為氧化—弱還原的環(huán)境。巖性以深灰色含粉砂質(zhì)泥巖為主，砂質(zhì)含量較上述砂質(zhì)陸棚微相泥頁巖偏低。脆性礦物硅質(zhì)為次生成因。筆石發(fā)育（圖5f，5g）?？v向上泥巖有機質(zhì)豐度整體在2.0%以上。黃鐵礦發(fā)育，多呈條帶狀和星散狀分布。

從五峰—龍馬溪組富有機質(zhì)泥頁巖段沉積相縱向演化可以看出，深水硅泥質(zhì)陸棚沉積環(huán)境，還原性最強，泥頁巖有機質(zhì)豐度最高，自生硅發(fā)育，有利于頁巖氣井的壓裂改造，為頁巖氣主力勘探層系。深水砂質(zhì)陸棚段，水體相對較淺，該段泥頁巖砂質(zhì)含量較高，頁巖有機質(zhì)豐度相對較低，還原性差。

4　結(jié)論

晚奧陶至早志留世，湘鄂西區(qū)在建始—恩施—來鳳以西為深水陸棚相沉積環(huán)境，灰黑色—黑色泥頁巖發(fā)育，厚40～60 m，為頁巖氣勘探的有利區(qū)。頁巖段可劃分為3個亞段和⑨個小層，其中1亞段對應①-⑤小層，是頁巖下部高GR，低密度，高TOC的頁巖，對應目前焦石壩頁巖氣田的主力產(chǎn)氣層。而五峰—鶴峰—慈利一帶受水下淺隆的影響，②-⑤小層頁巖有不同程度的沉積缺失，頁巖厚度小。

工區(qū)五峰—龍馬溪組富有機質(zhì)泥頁巖整體為深水陸棚相沉積環(huán)境，縱向上根據(jù)巖性、礦物和生物等特征，由下至上可劃分為深水硅質(zhì)陸棚、深水砂質(zhì)陸棚、深水混積陸棚和深水泥質(zhì)陸棚4種沉積微相，其中①-⑤小層頁巖段對應深水硅質(zhì)陸棚微相，沉積了富含筆石、黃鐵礦的富硅、富碳頁巖，硅質(zhì)多為自生成因。

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YAO Ming-Jun，BAO Han-Yong，DINGQing，LONG You-Kang，LIU Chao，WANG Yan-Chun

（Exploration and Development Research Institute Sinopec Jianghan Oilfield，Wuhan 430223，Hubei，China）

Stratigraphic and Sedimentary Characteristics of Wufeng-Longmaxi Formation in the Western Hunan-Hubei Region.

Take the shale which deposited in late Ordovician toearlySilurian in western Hunan and Hubei region as this research object，based on the observation of field and core，the analysis of well-logging and samples，it studied the stratigraphic development and sedimentary characteristics of Wufeng-Longmaxi Formation in this area.Results indicate that，the thickness of shale in western Hunan and Hubei region is between 40 and 60m，the shale can divided into 3 sub-members and 9 sub-layers，1 sub-member，corresponds to①-⑤sub-layer，with the characteristics of high gamma value（GR），low density and high organic matter abundance，mainly with ash black-black siliceous-carbonaceous shale.The shale member ofthe palaeohigh and peripheral①-⑤sub-layers in western Hunan and Hubei region had absent in different degrees.It had developed 4 sedimentary microfacies，such as deepwater siliceous continental shelf，deep water arenaceous continental shelf，deep water diamictic continental shelf and deepwater argillaceous continental shelf.Among of them，the shale member in①-⑤sub-layers，is corresponds to deepwater siliceous continental shelf，with anoxic strongly reducing sedimentary environment，deposited of rich graptolite，rich silicon in pyrite，and rich carbon shale，its silicious is authigenic origin，this shale member is the currentlymain gas yield member.

microfacies；shale gas；Wufeng-Longmaxi Formation；western Hunan and Hubei region

中圖分類法：P534.42，P534.43A

1007-3701（2016）02-191-07

2016-03-24；

2016-04-21.

姚明君（1982—），女，工程師，主要從事中揚子頁巖氣勘探評價研究，E-mail：ymj00630@163.com.