頁巖層序劃分的界面沉積標(biāo)志及地球化學(xué)指示

魏 琳，許文國,楊 倉，黃一舟，王乾右，王興龍

[1.中國石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.中國石化 勝利油田分公司 西部新區(qū)研究院，山東 東營257000; 3.中國石油 尼羅河公司，北京 100034; 4.中國石油大學(xué)(北京) 非常規(guī)天然氣研究院，北京 102249; 5.中海油研究院,北京 100028]

頁巖層序劃分的界面沉積標(biāo)志及地球化學(xué)指示

魏 琳1,4，許文國2,楊 倉3，黃一舟4，王乾右4，王興龍5

[1.中國石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.中國石化 勝利油田分公司 西部新區(qū)研究院，山東 東營257000; 3.中國石油 尼羅河公司，北京 100034; 4.中國石油大學(xué)(北京) 非常規(guī)天然氣研究院，北京 102249; 5.中海油研究院,北京 100028]

頁巖油氣勘探需解決的一個(gè)基礎(chǔ)核心問題是建立富有機(jī)質(zhì)頁巖高精度巖相層序，準(zhǔn)確預(yù)測頁巖甜點(diǎn)段。受頁巖沉積相對連續(xù)與特征變化難識(shí)別等因素控制，頁巖地層層序關(guān)鍵界面識(shí)別難度較大。文章通過國內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研，結(jié)合北美和國內(nèi)部分頁巖沉積儲(chǔ)層實(shí)例特征，指出在頁巖沉積中的相對較淺區(qū)域，小型沖刷面、低角度的頁巖層斷面、軟質(zhì)沉積物變形、殼質(zhì)紋層和沖斷構(gòu)造碎屑等沉積特征的出現(xiàn)是層序邊界的重要沉積學(xué)指示。對應(yīng)等時(shí)地層中未出現(xiàn)以上明顯剝蝕面的連續(xù)頁巖層沉積，巖相組合轉(zhuǎn)換面、不同類型滯留沉積物、黃鐵礦鮞粒層或磷酸鹽結(jié)核面，加之配合指示氧化-還原條件(有機(jī)地化參數(shù)、無機(jī)微量/主量元素等)及有機(jī)物/礦物富集變化規(guī)律(有機(jī)質(zhì)豐度、沉積物密度、礦物成分含量等)的地球化學(xué)指標(biāo)可綜合判斷層序邊界或最大海泛面。文章結(jié)合國內(nèi)外實(shí)例，詳細(xì)總結(jié)梳理了在測井資料輔助下，使用沉積學(xué)特征和地球化學(xué)參數(shù)分析判斷層序界面的關(guān)鍵問題和理論解釋，提倡在頁巖層序地層劃分中，利用鉆測井曲線和巖相組合劃分三級層序，并結(jié)合使用沉積特征和地球化學(xué)參數(shù)準(zhǔn)確搭建四級及以上高頻層序格架。

剝蝕面；沉積特征；地球化學(xué)；層序地層學(xué)；海相頁巖；

頁巖沉積物蘊(yùn)含著豐富的油氣資源。自北美頁巖油氣勘探不斷取得突破以來，近年來國內(nèi)也形成了涪陵、長寧、威遠(yuǎn)和鄂爾多斯盆地等4個(gè)頁巖氣主產(chǎn)區(qū)，總產(chǎn)能已超過70×108m3/a[1-2]。全球非常規(guī)油氣革命使有關(guān)頁巖的沉積成因、沉積特征、“甜點(diǎn)”區(qū)預(yù)測及油氣開發(fā)技術(shù)等方面受到國內(nèi)外相關(guān)專家的廣泛關(guān)注。

頁巖層序地層學(xué)研究是頁巖油氣勘探與開發(fā)過程中一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作，目前尚處于起步階段。在層序地層學(xué)經(jīng)典理論中，沉積層序分為六個(gè)級別，每一級別分別對應(yīng)不同頻率的海平面(陸相為基準(zhǔn)面)升降旋回,其中三級層序?yàn)榛緦有?，平均周期約3 Ma[3-4]。但此前學(xué)者們已在碳酸鹽巖中發(fā)現(xiàn)了更小尺度的類似基本層序的沉積旋回，認(rèn)為是Milankovitch氣候旋回引起的全球海平面高頻變化的結(jié)果[3]。隨后,Mitchum和Van Wagoner在硅質(zhì)碎屑巖中也識(shí)別出了類似的小尺度沉積旋回，并提出高頻層序的概念，特指具備基本層序特征但周期與四級層序相當(dāng)?shù)膶有虻貙訂卧猍4]。自此，地質(zhì)家們以極大的熱情投入到高頻層序研究中，內(nèi)容涉及其構(gòu)成特征、成因機(jī)制、研究方法以及油氣地質(zhì)意義等諸多方面。

傳統(tǒng)層序的劃分主要依據(jù)的鉆井和測井資料、地震反射特征反映出的沉積旋回等方法，但由于精度問題不能有效區(qū)分頁巖三級層序界面。非均質(zhì)性極強(qiáng)的頁巖高頻層序劃分不僅有助于了解富有機(jī)質(zhì)頁巖的烴源品質(zhì)特征，而且能夠?yàn)榫?xì)刻畫頁巖內(nèi)部變化及其影響因素提供重要的技術(shù)手段。頁巖層內(nèi)部三級及以上高頻層序的劃分是近年的研究熱點(diǎn)和爭議問題。利用古水深反映的頁巖中沉積記錄趨勢變化以及根據(jù)水進(jìn)-水退所產(chǎn)生的地層疊加樣式變化、氧化還原條件變化、生物的變革和突發(fā)事件的發(fā)生進(jìn)行頁巖層序劃分和地層層序格局建立是現(xiàn)階段最為主要的方法[5-8]。對于變化微弱、沉積相對連續(xù)的大套頁巖來說，上述古水深和水進(jìn)-水退等現(xiàn)象往往是利用巖心描述、露頭分析、鏡下薄片觀察等方法來判斷的，這些高精度資料反映的頁巖內(nèi)部多樣的沉積特征和變化規(guī)律，結(jié)合指示氧化/還原環(huán)境的地球化學(xué)數(shù)據(jù)，可以相對準(zhǔn)確再現(xiàn)頁巖沉積的時(shí)空演變，同時(shí)對于頁巖層序界面及層序內(nèi)部單元界面劃分具有很好的指導(dǎo)作用。文章梳理和總結(jié)了頁巖層序關(guān)鍵界面識(shí)別過程中重要的沉積學(xué)特征和地球化學(xué)指示標(biāo)志，分析并討論了不同的特征可能揭示的頁巖沉積序列變化和地層沉積等時(shí)信息，為頁巖層序地層格架的建立提供了充分的證據(jù)解釋。

1 頁巖層序地層研究現(xiàn)狀

層序是一套相對整一的、成因上有聯(lián)系的、以不整合和可以與之對比的整合為界的地層序列[9]。層序劃分的關(guān)鍵是層序界面的識(shí)別，可用于確定層序的界面包括層序的頂、底界面、初始海泛面和最大海泛面[10]等。變化微弱、沉積相對連續(xù)的大套頁巖的層序地層劃分是近年來的熱點(diǎn)討論，主要集中在頁巖層三級或更高級別的高頻層序的劃分標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。在所有地層層序中，深水體系構(gòu)成了與同時(shí)期海(湖)岸線最遠(yuǎn)的一個(gè)部分，而正是由于其在盆地中的特殊位置，深水體系也是最難用層序地層學(xué)概念解釋的沉積體系之一。由于頁巖的深水與安靜沉積環(huán)境的特殊性，傳統(tǒng)層序界面劃分中“不整合和與之對應(yīng)的整合”的定義，對于頁巖層內(nèi)部層序劃分來說，是尋找傳統(tǒng)定義中的“整合面”中的小型剝蝕面和沉積間斷面和對應(yīng)的等時(shí)地層做為層序邊界。另一個(gè)是在古水深和氧化/還原條件的變化反映的頁巖沉積記錄中尋找最大海泛面，結(jié)合起來進(jìn)行頁巖層序劃分和地層層序格局的建立。

在北美的頁巖層序研究中，以Schieber對Chattanooga頁巖[11]，Abouelresh和Slatt對Barnett頁巖[5-6]，以及Smith和Bustin對Bakken頁巖[7]的三級至四級層序研究為代表，劃分主要依據(jù)為沉積邊界特征分析，輔助地化參數(shù)證據(jù)，如生物標(biāo)記化合物、微量元素、稀土元素和孢粉組合等。在國內(nèi)，近年來黎茂穩(wěn)及其研究團(tuán)隊(duì)對濟(jì)陽坳陷沙三下和沙四上亞段[12-13]頁巖，以及陸永潮的研究團(tuán)隊(duì)對南方五峰組-龍馬溪組的海相頁巖[14-16]層序劃分進(jìn)行了大量的研究工作。層序劃分依據(jù)側(cè)重在測井?dāng)?shù)據(jù)結(jié)合頁巖巖相、有機(jī)和無機(jī)地化參數(shù)分析。

總體來說，頁巖層序關(guān)鍵界面在識(shí)別過程中應(yīng)該從巖石整體的相變?nèi)胧?。頁巖顆粒對于相對海平面的變化響應(yīng)并不明顯，層序界面的表現(xiàn)通常非常微弱，確立界面的識(shí)別標(biāo)志非常重要。在水深相對淺時(shí)，沉積物表現(xiàn)為砂泥比增大，沉積速率變快，生物擾動(dòng)減少，震蕩波痕增多。深水區(qū)域速率減慢，有機(jī)物在還原條件下利于保存，會(huì)形成生物骨架和外殼的富集層。同時(shí)富集自生礦物，例如磷酸鹽，黃鐵礦和海綠石[5-6]，是凝縮層發(fā)育的最佳相帶，因此有機(jī)化石和油頁巖的密集發(fā)育帶被認(rèn)為是可容納空間增加的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，代表一次洪泛面或者最大洪泛面，但是對于有機(jī)化石和油頁巖不發(fā)育的深水層序，尋找層序界面則成為一道難題。

針對在平靜的高水位時(shí)期或構(gòu)造較穩(wěn)定的深水環(huán)境沉積大套的暗色泥巖，精細(xì)區(qū)分次級層序比較困難，有機(jī)物的豐度和保存時(shí)的氧氣條件隨體系域變化特征關(guān)系是確立最大海泛面和層序邊界的重要依據(jù)。在結(jié)合以往巖性組合分析手段基礎(chǔ)上，研究者多采用沉積巖密度、微量元素、粘土和脆性礦物組合變化特征和有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)綜合分析等手段用于深水層序研究，取得了不錯(cuò)的效果[17-20]。

2 頁巖層序界面沉積學(xué)識(shí)別特征

深水泥巖由粘土礦物顆粒組成，泥巖中的有機(jī)質(zhì)和粘土礦物可以有效地富集放射性元素，每期準(zhǔn)層序底部、海平面迅速上升至最大海泛面，長期繼而沉積形成有機(jī)質(zhì)富集程度較高，對應(yīng)著伽馬值突然增加出現(xiàn)坎值，自然電位和密度測井曲線坎值一般也對應(yīng)著每期準(zhǔn)層序底部。測井特征是目前頁巖層序劃分最直接、簡易的參考依據(jù)。當(dāng)測井曲線由于精度問題不能有效區(qū)分頁巖三級及以上層序界面時(shí)，可依據(jù)沉積巖相特征及地球化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行劃分判斷，這兩方面的特征也是本文的討論重點(diǎn)。

頁巖剝蝕面的出現(xiàn)指示了波浪重新改造作用和侵蝕事件的發(fā)生，是層序邊界的直接沉積學(xué)證據(jù)。然而，針對在平靜的較高水位時(shí)期或構(gòu)造較穩(wěn)定的深水環(huán)境沉積的等時(shí)泥巖層，直接的小型剝蝕或改造面證據(jù)并不明顯，可根據(jù)以下特征識(shí)別層序邊界：①巖相組合轉(zhuǎn)換面[7,20]；②砂質(zhì)、粉砂質(zhì)或者黃鐵礦的滯留沉積物的有機(jī)巖石學(xué)比對[11,18-20]；③黃鐵礦鮞粒沉積的出現(xiàn)[21-23]；同時(shí)，磷酸鹽結(jié)核的出現(xiàn)也指示著最大洪泛面的出現(xiàn)[24-30]。這些沉積學(xué)證據(jù)與地球物理測井?dāng)?shù)據(jù)的結(jié)合使用，可以提供可靠的層序分層依據(jù)。

2.1 層序邊界的沉積學(xué)特征

2.1.1 剝蝕面

不同級別的層序剝蝕面規(guī)模有所不同。在頁巖中三級層序的剝蝕面通常表現(xiàn)為突變的不規(guī)則界面，常伴隨砂質(zhì)-粉砂質(zhì)的滯留沉積物，規(guī)模一般在25～60 mm。四級層序(準(zhǔn)層序級別)的剝蝕面代表了海平面升降造成的環(huán)境能量和沉積物供給的變化，規(guī)模一般在8～20 mm。五級層序(事件級別)的剝蝕面反映了小規(guī)模或者短時(shí)間的剝蝕事件，規(guī)模一般小于5 mm[31]。

剝蝕面的沉積學(xué)特征包括：①小型的基底沖刷面(圖1a)[31]；②低角度的頁巖層斷面(圖1b)[20]；③在界面的下覆頁巖層出現(xiàn)軟質(zhì)沉積物變形[22](圖1c)；④殼質(zhì)紋層(圖1d)，通常指的是富集的、破碎脫落的殼質(zhì)生物層[31]，包括方解石填充的雙殼類、苔蘚蟲、腕足類、軟體動(dòng)物和棘皮動(dòng)物等；⑤沖斷構(gòu)造碎屑(圖1e，f)[31]，指的是泥質(zhì)塊狀構(gòu)造。這些塊狀構(gòu)造碎屑沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，被搬運(yùn)過來懸浮在底流中，當(dāng)搬運(yùn)速度降低時(shí)沉降下來。這些沉積特征的出現(xiàn)指示著由于海平面的下降，海浪對早期沉積的黑色頁巖有重新改造和侵蝕作用，反映了淺水與浪基面以下的沉積環(huán)境。

2.1.2 巖相組合轉(zhuǎn)換面

頁巖的巖相組合轉(zhuǎn)換面是一種較為實(shí)用的判斷層序邊界的方法。頁巖沉積微相在深水陸棚環(huán)境中可細(xì)分為硅質(zhì)頁巖、富泥硅質(zhì)頁巖、以及泥/硅和富硅泥質(zhì)頁巖[14-16]。深水環(huán)境下，主要為灰色和深灰色泥巖沉積，部分層段呈現(xiàn)富油頁巖層與下部暗色泥巖突變接觸，有機(jī)物化石遺跡或泥質(zhì)含量忽然增多，說明有機(jī)物富集程度增大?？赏茢嘣?yàn)樗钤龃?，有機(jī)質(zhì)保存條件變好。因此，富油頁巖層底或化石層底界面、巖相從硅質(zhì)頁巖轉(zhuǎn)變?yōu)楦荒喙栀|(zhì)頁巖轉(zhuǎn)換面可以作為層序界面[7,14-15,31](圖2a—d)。此外，基準(zhǔn)面快速上升形成的與黑色泥巖中上下突變接觸的砂質(zhì)或粉砂質(zhì)條帶，或海泛之初物源碎屑供給不足的情況下發(fā)育的碳酸鹽巖層可以輔助深水層序邊界識(shí)別[18]。

2.1.3 滯留沉積物

滯留沉積物的成因是細(xì)粒物質(zhì)被篩掉后形成的粗粒物的累積[22]。這些滯留沉積物的構(gòu)成包括：石英質(zhì)的砂和粉砂(圖3)、重新改造的黃鐵礦物質(zhì)、磷酸鹽質(zhì)的碎片殘骸(魚骨骼，牙形石，海豆芽)以及海綠石等[20,22]。大多數(shù)的滯留沉積物由不同含量的以上顆粒組成，有些滯留沉積物可能僅有其中一種顆粒富集，例如砂和粉砂質(zhì)滯留沉積物。粉砂質(zhì)滯留沉積物也常常包含毫米到厘米級的植物碎片。在典型的滯留沉積物中，可見高磨圓度的海綠石(直徑0.1～0.2 mm)顆粒，或包含百分之一的砂粒物，牙形石在碎屑顆粒物中成分比例也可以達(dá)到幾個(gè)百分比[20]。海綠石顆粒和砂粒之間可見壓縮導(dǎo)致的收縮裂縫和變形。滯留沉積物具有波浪形成特征(圖3)，反映海平面下降形成的剝蝕面,剝蝕面上覆的黑色頁巖記錄了海平面上升的沉積過程。在北美的Chattanooga頁巖研究中，不同類型的滯留沉積物也可以指示剝蝕的厚度。以砂質(zhì)滯留沉積物和生物骨架層為例，砂質(zhì)滯留沉積物(一般1～20 mm) 指示了數(shù)百厘米的沉積厚度;硫化鐵礦質(zhì)的滯留沉積物(直徑0.005～0.03 cm)：數(shù)十厘米;粉砂質(zhì)和牙形石：數(shù)厘米;以及海豆芽滯留沉積物：數(shù)毫米[20]。滯留沉積物是最容易辨認(rèn)的剝蝕面指示之一[20]。

圖1 頁巖層序邊界沉積標(biāo)志 (據(jù)文獻(xiàn)[20,22,31]，有修改)Fig.1 Sedimentary features of sequence boundaries in shale (modified after references[20,22,31]) a.小型的基底沖刷面和剝蝕面;b.低角度的頁巖層截?cái)?c.下覆頁巖層出現(xiàn)軟質(zhì)沉積物變形；d.殼質(zhì)紋層;e,f.沖斷構(gòu)造碎屑

圖2 巖石巖性組合為例的層序邊界標(biāo)志(據(jù)文獻(xiàn)[31]，有修改)Fig.2 Sequence boundary markers,exemplified by the lithological association (modified from reference[31])a.富有頁巖層與暗色泥巖突變接觸;b,c.少量有機(jī)化石遺跡和波浪狀的層理的出現(xiàn);d.化石層底界面與暗色泥巖接觸

圖3 粉砂質(zhì)的滯留沉積物 (據(jù)文獻(xiàn)[18]，有修改)Fig.3 Silty lag deposit (modified from reference[18])

2.1.4 黃鐵礦鮞粒

黃鐵礦鮞粒在剝蝕面上的出現(xiàn)被認(rèn)為是層序邊界的標(biāo)志[23]。黃鐵礦鮞粒起源于海平面處于低位期的鮞綠泥石[23]。鮞綠泥石的前體鮞粒的出現(xiàn)預(yù)示著水體的富氧狀態(tài)以及海浪與海底沉積物有相互作用。在北美東部地區(qū)的上泥盆統(tǒng)頁巖沉積研究中，黃鐵礦鮞粒是指示海平面下降的直接證據(jù)。黃鐵礦鮞粒層和下覆的黑色頁巖過渡明顯，黃鐵礦鮞粒層中存在于多個(gè)沖刷面，指示著長期高能的重新改造和篩選過程[23]。黑色頁巖與黃鐵礦鮞粒層之間的強(qiáng)烈能量對比也指示了黃鐵礦鮞粒層在淺水中形成。在黃鐵礦鮞粒層中(圖4)，鮞粒的外層是圓滑的橢圓形,中心是黃鐵礦薄層，而且有明顯的增生結(jié)構(gòu)，這些沉積結(jié)構(gòu)指示了他們并非沉積后的成巖作用[23]。這些黃鐵礦鮞粒起源于含鐵鮞粒泥石，產(chǎn)生于低位體系域的重新改造，當(dāng)海平面上升時(shí)被有機(jī)物豐富的泥覆蓋，繼而黃鐵礦化。因此，這些黃鐵礦鮞粒為海平面的下降，侵蝕面的產(chǎn)生提供了獨(dú)立的沉積證據(jù)。這些黃鐵礦鮞粒層在北美東部的上泥盆統(tǒng)沉積，以及Williston盆地的泥盆系,Newfoundland的奧陶系，和Iowa的寒武系沉積中都有發(fā)現(xiàn)[23-25]。黃鐵礦鮞粒在風(fēng)化作用中容易被破壞，有機(jī)巖石學(xué)的薄片分析可以有助于他們的鑒別。在中國的黑色頁巖沉積中，含黃鐵礦鮞粒的沉積層與海平面的關(guān)系也有可能被發(fā)現(xiàn)。

2.2 最大海泛面的沉積學(xué)特征

磷酸鹽結(jié)核是最大海泛面的沉積特征。在北美的頁巖沉積中，位于美國加利福尼亞州白堊系沉積的Marca頁巖[26-27]，以及美國東部地區(qū)的泥盆系-密西西比系的Chattanooga頁巖[28-34]，都發(fā)現(xiàn)了磷酸鹽結(jié)核層，這些結(jié)核經(jīng)分析主要出現(xiàn)在一套頁巖層中最貧氧層位的上方。磷酸鹽結(jié)核近圓形至板狀，表面光滑至較粗糙，顏色從淺棕色至黑色，平均直徑約幾厘米左右(圖5)。它的顏色是磷酸鹽組成物中還原性鐵化合物分解的產(chǎn)物所致[26-28]。這些磷酸鹽結(jié)核內(nèi)部一般無明顯結(jié)構(gòu)，主要礦物組成包括磷灰石、海綠石、石英和黃鐵礦[28]。結(jié)核根據(jù)組成元素和大小可分為不同類型，其中體積較大的，簡單類型的結(jié)核一般沒有生物生成證據(jù)，主要是由無機(jī)物的降解和海水中磷灰石降解形成。然而沉積物中的微生物會(huì)對結(jié)核產(chǎn)生的物理化學(xué)環(huán)境有影響，形成生物型結(jié)核。頁巖的含磷氧化物(P2O5)含量范圍在1%～5%，而磷酸鹽結(jié)核中P2O5含量達(dá)到了30%[32]。結(jié)核邊緣由磷酸鹽富集組成，而在中心是富集方解石[29]。沉積過程中，風(fēng)化或者生物來源帶來了沉積物中P2O5富集。磷酸鹽形成于有限空間內(nèi)的水與沉積物界面，當(dāng)孔隙水富集P元素和Ca元素，缺乏Mg元素時(shí)，磷酸鹽結(jié)核開始生長。一個(gè)相對還原性的環(huán)境利于磷酸鹽化。豐富的結(jié)核預(yù)示著水中富含磷酸鹽的緩慢沉積,這樣的環(huán)境被定義為弱還原環(huán)境[27-32]，一般出現(xiàn)在最大海泛面上方幾厘米的位置，可指示最大海泛面的出現(xiàn)。

3 層序劃分的地球化學(xué)指示

對于在構(gòu)造較穩(wěn)定的深水環(huán)境沉積的大套暗色泥巖，海平面升降循環(huán)形成了有機(jī)物保存時(shí)差異性的氧化/還原環(huán)境。不同水深時(shí)，有機(jī)物保存程度和保存條件，有機(jī)質(zhì)和礦物組分的來源和含量差異等地球化學(xué)指標(biāo)的差異對頁巖層序，尤其是高頻層序劃分有重要指示作用。

圖4 北美Chattanooga頁巖黃鐵礦滯留沉積物中出現(xiàn)的黃鐵礦鮞粒 (據(jù)文獻(xiàn)[23])Fig.4 Pyrite ooids in lag deposits of the Chattanooga Shale,North America (modified from reference[23])

3.1 有機(jī)物保存程度和保存條件

3.1.1 相對生烴潛力(RHP)與氫指數(shù)(HI)值

相對生烴潛力(RHP,mg/g)和氫指數(shù)(HI,mg/g)值是國外廣泛應(yīng)用在頁巖層序地層劃分的地化參數(shù)[30]。熱解參數(shù)是指用巖石快速熱解儀對巖石熱解分析的結(jié)果，可提供可溶烴含量(S1,mg/g)、熱解烴含量(S2,mg/g)和熱解烴峰值溫度(Tmax,℃)3項(xiàng)基本熱解參數(shù)[30]。相對生烴潛力的數(shù)學(xué)表達(dá)公式是 [RHP=(S1+S2)/TOC]，氫指數(shù)值的數(shù)學(xué)表達(dá)公式是[HI=(S2/TOC)×100](TOC為有機(jī)碳含量，%)。對于成熟度相同的樣品，S1和S2的變化值反映了有機(jī)質(zhì)的保存程度。RHP反映了含氧條件的變化，是一個(gè)古環(huán)境的指示參數(shù)，對于頁巖儲(chǔ)層的高精度層序地層劃分具有重要意義。

研究發(fā)現(xiàn)，對于Barnett和Woodford頁巖，相對生烴潛力(RHP) 指示的氧氣含量與海平面的上升下降有很好的對應(yīng)關(guān)系[6,30,33-35]。有氧條件下，S2處于最低值；無氧條件下，S2峰值最高，表示有機(jī)質(zhì)保存完好。以Barnett頁巖為例[6,35]，RHP的低值變化范圍在1.3～1.5 mg/g，高值變化范圍在1.6～2.2 mg/g。當(dāng)RHP值最大時(shí)(指示無氧條件)對應(yīng)著水深最深的最大洪泛面位置，而最小的RHP值(指示富氧條件)與層序邊界有良好對應(yīng)。類似的，在北美堪薩斯州Hushpuckney頁巖高頻層序劃分中[17]，HI值在最大洪泛面位置可達(dá)到350～400 mg/g，而水深最低時(shí)的層序邊界HI值下降到250 mg/g。

3.1.2 微量元素、主量(磷、硫)元素及比值

沉積物沉積過程中，氧氣含量和H2S相對含量隨著沉積過程發(fā)生循環(huán)變化。微量元素(Co,U和Mo)富集指示著還原環(huán)境，即最大海泛面位置[17,36-37]；最低點(diǎn)可指示層序邊界位置。主量元素(磷、硫)的富集指示著還原環(huán)境和較好的有機(jī)質(zhì)保存條件，即最大海泛面位置。在近年來的文獻(xiàn)中，比較常用和準(zhǔn)確的含氧指示是黃鐵礦化程度(DOP)和元素含量比值，即V/(V+Ni)[35]。

DOP即頁巖中硫化鐵含量與總還原鐵含量的比值，是指示氧化/還原環(huán)境的重要指標(biāo)[35]。以Barnett頁巖為例，當(dāng)DOP<0.45,=0.45～0.75,>0.75分明代表了氧化、貧氧以及無氧3種狀態(tài)。V/(V+Ni) 比值在0.6～0.7時(shí)代表缺氧環(huán)境，0.84～0.89代表無氧環(huán)境。然而，一些研究表明，微量元素的富集程度可能與有機(jī)物類型有關(guān)。因此，在使用微量元素判斷沉積環(huán)境時(shí)應(yīng)該考慮不同有機(jī)物類型的影響[38]。

3.2 有機(jī)質(zhì)和礦物組分

3.2.1 總有機(jī)碳(TOC)含量

總有機(jī)碳(TOC)含量是代表有機(jī)物累積的重要地化參數(shù)。TOC在頁巖中的含量變化范圍一般在0.1%～15%。在對泥頁巖的定量評價(jià)中發(fā)現(xiàn)，TOC含量在縱向上的分布常有一定的規(guī)律性。這種規(guī)律性主要與沉積物供給和湖(海)平面的水體深度有關(guān)[39-40]。

Creaney和Passey詳細(xì)研究海相烴源巖TOC含量隨體系域變化的特征，發(fā)現(xiàn)TOC最大含量往往與最大海泛面有關(guān)[39]。每期次級層序末基準(zhǔn)面突然升高，繼而緩慢下降。當(dāng)湖盆基準(zhǔn)面突然上升，可容納空間增加，深水的還原條件不僅可以有效保存沉積界面有機(jī)質(zhì)，同時(shí)突然離盆地邊緣距離增加，陸源碎屑和陸源高等植物供給變少，減少有機(jī)質(zhì)稀釋，有機(jī)質(zhì)類型變好。隨著基準(zhǔn)面逐漸下降，陸源碎屑供給增多、有機(jī)質(zhì)保存條件變差，沉積巖中TOC含量逐漸變少，有機(jī)質(zhì)類型逐漸變差，因此TOC含量最小值一般為層序邊界面。

3.2.2 沉積巖密度與粘土礦物含量

沉積巖密度主要由礦物成分及其含量多少、巖石孔隙大小和充填物多少來決定，通常變化范圍是1.9～3.5 g/cm3[41]。頁巖作為低孔有機(jī)質(zhì)豐富的沉積巖，其密度主要由礦物和有機(jī)質(zhì)含量決定，頁巖礦物成分復(fù)雜，主要由粘土礦物(如水云母、高嶺石與蒙脫石等)組成，其次為碎屑礦物(石英、長石以及云母等)與后生礦物(綠簾石和綠泥石等)等組成[32]。

粘土礦物的骨架密度約為2.7 g/cm3，有機(jī)質(zhì)密度接近1 g/cm3。不同層位頁巖的密度變化可以指示有機(jī)質(zhì)豐度和粘土礦物的相互比例關(guān)系。暗色泥巖粘土礦物含量最高處與密度突然變小處指示最大海泛面層；粘土礦物含量最低處與密度最高處指示層序邊界面。

3.2.3 Al2O3/SiO2比值

Al2O3/SiO2的比值代表伊利石和石英的相對含量，指示了泥巖中粘土礦物和陸源硅質(zhì)碎屑所占比重。在北美堪薩斯州Hushpuckney頁巖內(nèi)部層序中，其比值變化范圍在0.02～0.44[17]。比值的最高點(diǎn)指示了最大海泛面位置，最低點(diǎn)可指示層序邊界面。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 北美堪薩斯州Hushpuckney頁巖

早賓夕法尼亞時(shí)期北美堪薩斯州東部Swope地層沉積一套Hushpuckney頁巖(圖6)[17]。該地區(qū)古歷史沉積時(shí)期海平面的升降主要受岡瓦納冰期的冰河影響。Algeo等對此段頁巖取心(圖6)并進(jìn)行了厘米級的沉積學(xué)、地球化學(xué)和有機(jī)巖石學(xué)分析，分析了沉積組成上的高頻變化，并劃分出對應(yīng)的層序關(guān)鍵界面。

頁巖垂向上的地球化學(xué)特征變化反映了海平面升降主控的層序發(fā)育特征(圖7)。每一個(gè)次級層序單位的頂?shù)捉缑娑挤謩e記錄了一次向大陸架的進(jìn)積退積過程。這段52 cm的厚層黑色頁巖的次級層序包含12個(gè)高循環(huán)級別，估測是大約2 000～9 000年的沉積時(shí)間，指示了次級米蘭科維奇循環(huán)的氣候控制。

根據(jù)HI指數(shù)結(jié)果和綜合資料分析(圖7)，該段頁巖沉積的氧化還原條件從初始期的富氧環(huán)境變?yōu)橹饾u增強(qiáng)的閉塞環(huán)境，氧氣含量隨后略微增加后最終變?yōu)槿毖醐h(huán)境。此段層序缺失低位體系域。從頁巖層起始點(diǎn)(0 cm)氧氣含量急劇減小(比下覆巖層)，在4 cm處開始硫化，在21 cm處含氧量達(dá)到最低；最大海泛面的位置在大約17～23 cm處，沉積特征表現(xiàn)為深色富含有機(jī)質(zhì)層，硫、磷元素和還原金屬含量相對最高。在21 cm以上，含氧量開始增加，在最大洪泛面上方沉積海平面退積形成的富集層；在大約28～34 cm處，富含大量自生的磷酸鹽細(xì)礫層(平均直徑3～4 mm)，同時(shí)有機(jī)物顯微組分種類主要為海相起源、還原性金屬含量較低，反映了有機(jī)質(zhì)豐富的深水營養(yǎng)物質(zhì)垂直方向的上涌和產(chǎn)率的提高。在34 cm處開始硫化和非硫化層交替沉積，并在52 cm處可見黑色與灰色頁巖的分界面，且發(fā)現(xiàn)有Trichichnus的蟲孔上下穿越痕跡。在進(jìn)積體系域和最大海泛面的沉積特征表現(xiàn)為較高含量的伊利石(代表陸源碎屑的輸入)、較高的還原性金屬含量和較低的Al2O3/SiO2值。在35 cm后，頁巖的TOC、硫磷元素以及還原金屬含量劇減，退積過程開始。同時(shí)，貧氧環(huán)境的建立使得耐低氧條件的底棲軟體有機(jī)生物逐漸積累。在55 cm處，Trichichnus生物痕跡在同一層面截止，指示了退積作用的發(fā)生。在76 cm處，可觀察到一層細(xì)的含微量磷酸鹽化的沉積，包含小的、不規(guī)則的、深色的粒屑，是有機(jī)物被剝蝕后的遺留[17]。

圖6 Hushpuckney頁巖沉積于Kansas組的Swope層(據(jù)文獻(xiàn)[17])Fig.6 Hushpuckney Shale deposit in the Swope layer of the Kansas Formation(modified from reference[17])

圖7 Hushpuckney頁巖層序單元和體系域劃分(據(jù)文獻(xiàn)[17]，有修改)Fig.7 Division of sequence stratigraphy and system tract of Hushpuckney Shale (modified from reference[17])SB1.層序邊界； TST.進(jìn)積體系域；MFS.最大洪泛面；HST.高位體系域；RST.退積體系域；TOC.總有機(jī)碳含量；HI.氫指數(shù);TotalS.總 硫元素含量;TotalP.總磷元素含量

4.2 中國四川盆地東南部上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組

近年來，四川盆地及其周緣地區(qū)的上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組層序與沉積特征也初步被建立起來。下志留統(tǒng)龍馬溪組被解釋為三級層序，鑒別出三套層序界面(圖8，SB1,SB2和SB3)[14-15]。不同的體系域和層序邊界判斷依據(jù)來自于不同的巖相組合、總有機(jī)碳含量、無機(jī)微量元素相對含量和礦物組成。

上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組之間的層序界面SB2是進(jìn)積侵蝕面。五峰組的晚期沉積環(huán)境為深灰色生物化石豐富的石灰?guī)r沉積，代表了較淺的水體沉積。下龍馬溪組是一套深水環(huán)境的泥巖沉積。根據(jù)伽馬測井曲線，SB2界面發(fā)生伽馬值的急劇變化，標(biāo)志了巖相由硅質(zhì)頁巖變?yōu)楦荒喙栀|(zhì)頁巖；同時(shí)根據(jù)Th/U比例，SB2轉(zhuǎn)換面代表了氧化還原條件由平均含氧量較高轉(zhuǎn)變?yōu)檠鯕夂康南鄬p小。SB3是龍馬溪組上下段的分界面，巖相由灰質(zhì)泥巖轉(zhuǎn)變?yōu)榉凵百|(zhì)泥巖。

龍一段層序中可劃分出進(jìn)積體系域(TST),早期高位體系域(EHST)和晚期高位體系域(LHST)，厚度分別在15～35，30～60，20～60 m[14-15]。TST由粘土礦物含量豐富的硅質(zhì)泥巖和混合型硅質(zhì)泥巖組成，TOC含量很高(平均5.0%左右)，石英含量豐富(39.6%～52.6%，平均為46.7%)。EHST下部由粘土礦物含量豐富的硅質(zhì)泥巖和混合型硅質(zhì)泥巖組成，石英含量為31.1%～42%，平均為36.7%。上部巖相變?yōu)閷永戆l(fā)育的混合型硅質(zhì)泥巖，TOC含量中等(平均2.5% 左右)。LHST主要由硅質(zhì)泥巖組成，TOC含量較低(平均2.0%)，石英含量在20.1%～29.3%，平均為24.1%。TOC含量相對高值點(diǎn)(3.5%)、Th/U比例相對低值點(diǎn)指示了最大海泛面(MFS)位置。

根據(jù)巖相反應(yīng)的脆性礦物和粘土礦物相對含量，在三級層序內(nèi)部將頁巖巖相劃分為S-2：硅質(zhì)頁巖，S-3富硅質(zhì)頁巖，M-2：泥/硅混合頁巖，CM-1：富硅泥質(zhì)頁巖，進(jìn)而劃分出高頻四級層序單元[14-15](圖8)。

綜上所述，測井方法、沉積學(xué)方法與地球化學(xué)方法的結(jié)合可為頁巖沉積的層序地層劃分提供多重有利證據(jù)。在沉積層序的劃分中，優(yōu)先選用測井曲線與巖性、巖相相結(jié)合的方法劃分三級層序。以我國四川盆地及其周緣地區(qū)的上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組為例，對于上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組之間的進(jìn)積侵蝕面SB2的判別，測井曲線指示界面處發(fā)生了伽馬值的急劇變化，巖性巖相證據(jù)指示了沉積環(huán)境由五峰組晚期沉積的硅質(zhì)頁巖轉(zhuǎn)變?yōu)橄慢堮R溪組的深水環(huán)境的富泥硅質(zhì)頁巖沉積。對于四級和更高級別的高頻層序劃分，鉆測井曲線的變化較為微弱，優(yōu)先選用高精度地球化學(xué)參數(shù)判斷更為直觀，但地球化學(xué)參數(shù)的變化除受氧化還原條件的影響外，同時(shí)也受到氣候、地下熱流供給、元素自身遷移和其他環(huán)境因素影響，應(yīng)用時(shí)需盡量結(jié)合關(guān)鍵界面可能對應(yīng)的細(xì)粒沉積特征，如小型沖刷面、低角度的頁巖層斷面、沖斷構(gòu)造碎屑、滯留沉積物和黃鐵礦鮞粒等，為層序的劃分提供多重依據(jù)。

圖8 四川盆地東南部上奧陶五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖層序劃分Fig.8 Sequence division of shale in the Upper Ordovician Wufeng Formation-Lower Devonian Longmaxi Formation,southeastern Sichuan Basina.依據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)、地化參數(shù)(Th/U,TOC)、巖相序列劃分的層序單元和體系域；b.不同礦物成分的巖相類型劃分

5 結(jié)論

1) 頁巖層序地層劃分研究的關(guān)鍵問題是層序界面和最大海泛面的識(shí)別，目前仍然存在辨識(shí)困難、觀點(diǎn)不統(tǒng)一和證據(jù)不一致的現(xiàn)象。測井特征是目前頁巖層序劃分最直接簡易的參考依據(jù)，建議優(yōu)選鉆測井資料結(jié)合巖性、巖相特征搭建三級層序格架，進(jìn)而將地球化學(xué)與沉積特征結(jié)合進(jìn)一步劃分四級及以上高頻層序地層。

2) 頁巖剝蝕面的出現(xiàn)指示了波浪重新改造作用和侵蝕事件的發(fā)生，是層序邊界的直接沉積學(xué)證據(jù)。然而，針對在平靜的較高水位時(shí)期或構(gòu)造較穩(wěn)定的深水環(huán)境沉積的等時(shí)泥巖層，直接的小型剝蝕或改造面證據(jù)并不明顯，可根據(jù)巖相組合轉(zhuǎn)換面，砂質(zhì)、粉砂質(zhì)或者黃鐵礦的滯留沉積物和黃鐵礦鮞粒沉積現(xiàn)象的出現(xiàn)判斷層序邊界位置，磷酸鹽結(jié)核的出現(xiàn)指示著最大洪泛面。

3) 層序劃分的地球化學(xué)參數(shù)主要依據(jù)不同水深時(shí)有機(jī)物保存程度、條件和有機(jī)質(zhì)中礦物組分的來源與含量差異。常用參數(shù)包括相對生烴潛力值、氫指數(shù)值、微量元素和主量元素的含量與比值、黃體礦化程度、總有機(jī)碳含量、沉積巖密度和粘土礦物含量等，均對層序地層界面劃分有良好指示作用。

[1] 鄒才能，董大忠，楊樺，等.中國頁巖氣形成條件及勘探實(shí)踐[J].天然氣工業(yè)，2011，31(12):26-39. Zou Caineng,Dong Dazhong,Yang Hua,et al.Conditions of shale gas accumulation and exploration practices in China[J].Natural Gas Industry,2011,31(12):26-39.

[2] 董大忠，鄒才能，楊樺，等.中國頁巖氣勘探開發(fā)進(jìn)展與發(fā)展前景[J].石油學(xué)報(bào),2012，33(S1):107-114. Dong Dazhong,Zou Caineng,Yang Hua,et al.Progress and prospects of shale gas exploration and development in China[J].Acta Petrolei Sinica,2012,33(S1):107-114.

[3] Read J,Goldhammer R.Use of Fischer plots to define third-order sea-level curves in Ordovician peritidalcyclic carbonates,Appalachians[J].Geology,1988,16(10):895-899.

[4] Mitchum R,Van Wagoner J.High-frequency sequences and their stacking patterns:sequence-stratigraphic evidence of high-frequency eustatic cycles[J].Sedimentary Geology,1991,70(2):131-160.

[5] Abouelresh M,Slatt R.Lithofacies and sequence stratigraphy of the Barnett Shale in east central Fort Worth Basin,Texas[J].AAPG Bulletin,2012,96(1):1-22.

[6] Slatt R,Rodriguez N.Comparative sequence stratigraphy and organic geochemistry of gasshales:commonality or coincidence?[J].Journal of Natural Gas Science and Engineering,2012,8:68-84.

[7] Smith M,Bustin R.Late Devonian and early Mississippian Bakken and Exshaw black shale source rocks,Western Canada Sedimentary Basin:a sequence stratigraphic interpretation[J].AAPG Bulletin,2000,84(7):940-960.

[8] Turner B,Tréanton J,Slatt R.The use of chemostratigraphy to refine ambiguous sequence stratigraphic correlations in marine mudrocks.An example from the Woodford Shale,Oklahoma,USA[J].Journal of the Geological Society,2016,173:854-868.

[9] Vail P,Jr R,Iii S.Seismic stratigraphy and global changes of sea level:Part 4.global cycles of relative changes of sea level:Section 2.Application of seismic reflection configuration to stratigraphic interpretation[C]//Charles E.seismic Stratigraphy-applications to hydrocarbon exploration.Tulsa:AAPG Memoir 26,1977:83-97.

[10] Van Wagoner J,Mitchum R,Posamentier Jr,et al.Seismic stratigraphy interpretation using sequence stratigraphy:Part 2:key definitions of sequence stratigraphy [C]//Bally A.Atlas of seismic stratigraphy,Tulsa:American Association of Petroleum Geologists Studies in Geology27(1),1987:11-14.

[11] Wilson R,Schieber J.Sedimentary facies and depositional environment of the Middle Devonian Geneseo Formation of New York,U.S.A[J].Journal of Sediment Resources,2015,85(11):1393-1415.

[12] Chen D,Pang X,Jiang Z,et al.Reservoir characteristics and their effects on hydrocarbon accumulation in lacustrine turbidites in the Jiyang Super-depression,Bohai Bay Basin,China [J].Marine and Petroleum Geology,2009,26(2):149-162.

[13] Zhang S,Zhu G,Liang Y,et al.Geochemical characteristics of the Zhaolanzhuang sour gas accumulation and thermochemical sulfate reduction in the Jixian Sag of Bohai Bay Basin [J].Organic Geochemistry,2005,36(12):1717-1730.

[14] Chen L,Lu Y,Jiang S,et al.Heterogeneity of the Lower Silurian Longmaxi marine shale in the southeast Sichuan Basin of China [J].Marine and Petroleum Geology,2015,65:232-246.

[15] Chen L,Lu Y,Jiang S,et al.Sequence stratigraphy and its application in marine shale gas exploration:A case study of the Lower Silurian Longmaxi Formation in the Jiaoshiba shale gas field and its adjacent area in southeast Sichuan Basin,SW China [J].Journal of Natural Gas Science and Engineering,2015,27:410-423.

[16] Ma Y,Fan M,Lu Y,et al.Climate-driven paleolimnological change controls lacustrine mudstone depositional process and organic matter accumulation:constraints from lithofacies and geochemical studies in the Zhanhua Depression,eastern China [J].International Journal of Coal Geology,2016,167:103-118.

[17] Algeo T,Schwark L,Hower J.High-resolution geochemistry and sequence stratigraphy of the Hushpuckney Shale (Swope Formation,eastern Kansas):implications for climato-environmental dynamics of the Late Pennsylvanian Midcontinent Seaway [J].Chemical Geology,2004,206(3-4):259-288.

[18] Hornung T,Brandner R.Biochronostratigraphy of the Reingraben Turnover (HallstattFacies Belt):Local black shale events controlled by regional tectonics,climatic change and plate tectonics [J].Facies,2005,51(1):460-479.

[19] Johansson M,Stow D.A classification scheme for shale clasts in deep water sandstones [C]//Hartley A,Prosser D.Characterization of deep marine clastic systems,Geological Society London Special Publications,London:Geological Society of London 94,1995:221-241.

[20] Schieber J.Developing a sequence stratigraphic framework for the late Devonian Chattanooga Shale of the southeastern U.S.A.:relevance for the Bakken Shale [J].AAPG Bulletin,1998,13(1):58-68.

[21] Schieber J,Baird G.On the origin and significance of pyrite spheres in Devonian black shales of North America [J].Journal of Sedimentary Research,2001,71(1):155-166.

[22] Schieber J.Sedimentary features indicating erosion,condensation,and hiatuses in the Chattanooga Shale of Central Tennessee:relevance for sedimentary and stratigraphic evolution [C]//Schieber J,Zimmerle W,Sethi P.Shales and mudstones (vol.1),Stuttgart:Schweizerbart’sche Verlagsbuchhadlung D-70176,1998:187-215.

[23] Schieber J,Riciputi L.Pyrite ooids in Devonian black shales record intermittent sea-level drop and shallow-water conditions [J].Geology,2004,32(4):305-308.

[24] Hallam A,Bradshaw M.Bituminous shales and oolitic ironstones as indicators of transgressions and regressions [J].Journal of the Geological Society,1979,136(2):157-164.

[25] Hemmesch N,Harris N,Mnich C,et al.A sequence-stratigraphic framework for the Upper Devonian Woodford Shale,Permian Basin,west Texas [J].AAPG Bulletin,2014,98(1):23-47.

[26] Beier J,Hayes J.Geochemical and isotopic evidence for paleoredox conditions during deposition of the Devonian-Mississippian New Albany Shale,southern Indiana [J].Geological Society of America Bulletin,1989,101(6):774-782.

[27] Ettensohn F,Miller M,Dillman S,et al.Characterization and implications of the Devonian-Mississippian black shale sequence,eastern and central Kentucky,U.S.A.:Pycnoclines,transgression,regression,and tectonism [C]//.McMillan N,Embry A,Glass D.Sedimentation.Devonian of the World,II,Sedimentation,Calgary:Canadian Society of Petroleum Geologists Memoir 14,1988:323-345.

[28] Heckel P.Origin of phosphatic black shale facies in Pennsylvanian cyclothems of mid-continent North America [J].AAPG Bulletin,1977,61(7):1045-1068.

[29] Kidder D.Petrology and origin of phosphate nodules from the Midcontinent Pennsylvanian epicontinental sea [J].Journal of Sedimentary Petrology,1985,55(6):809-816.

[30] Miceli Romero,Philp R.Organic geochemistry of the Woodford Shale,southeastern Oklahoma:how variable can shales be? [J].AAPG Bulletin,2012,96(3):493-517.

[31] Abouelresh M.Multiscale erosion surfaces of the organic-rich Barnett Shale,Fort Worth Basin,USA [J].Journal of Geological Research,2013(759395):1-16.

[32] Runnels R,Schleicher J,Van Northwick H.Composition of some uranium-bearing phosphate nodules from Kansasshales [J].Kansas Geological Survey Bulletin,1953,102(3):93-104.

[33] Ingle J.Paleo-oceanographic significance of Cretaceous and Cenozoic diatomites along eastern Pacific margin [J]:AAPG Bulletin,1982,66(5):584.

[34] Conant L,Swanson V.Chattanooga shale and related rocks of central Tennessee and nearby areas [J].U.S.Geological Survey Professional Papers,1961,357:91.

[35] Hatch J,Leventhal J.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,U.S.A [J].Chemical Geology,1992,99(1):65-82.

[36] Brumsack H.The trace metal content of recent organic carbon-rich sediments:implications for Cretaceous black shale formation [J].Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology,2006,232(2):344-361.

[37] Partin C,Bekker A,Planavsky N,et al.Large-scale fluctuations in Precambrian atmospheric and oceanic oxygen levels from the record of U in shales [J].Earth and Planetary Science Letters,2013,369-370:284-293.

[38] Li Y,Schieber J.On the origin of a phosphate enriched interval in the Chattanooga Shale (Upper Devonian) of Tennessee-A combined sedimentologic,petrographic,and geochemical study [J].Sedimentary Geology,2015,329:40-61.

[39] Creaney S,Passey Q.Recurring patterns of total organic carbon and source rock quality within a sequence stratigraphic framework [J].AAPG Bulletin,1993,77(3):386-401.

[40] R?hl H,Schmid-R?hl A,Oschmann W.The Posidonia Shale (Lower Toarcian) of SW-Germany:an oxygen-depleted ecosystem controlled by sea level [J].Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology,2001,169(3):273-299.

[41] Ross D,Bustin R.Characterizing the shale gas resource potential of Devonian-Mississippian strata in the Western Canada sedimentary basin:Application of an integrated formation evaluation [J].AAPG Bulletin,2008,92(1):87-125.

(編輯 董 立)

Sedimentary boundary markers and geochemical indexes of shale sequence stratigraphy

Wei Lin1,4,Xu Wenguo,2,Yang Cang3,Huang Yizhou4,Wang Qianyou4,Wang Xinglong5

[1.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourcesandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum(Beijing),Beijing102249,China; 2.ResearchInstituteofNewDistrictinWestChina,SINOPEC,ShengliOilfieldCompany,Dongying,Shandong257000,China; 3.CNPCInternational(Nile)Ltd.，Beijing100034,China;4.UnconventionalNaturalGasInstitute,ChinaUniversityofPetroleum(Beijing),Beijing102249,China;5.CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China]

One of the key issues in shale oil and gas exploration is to establish a high-precision sequence stratigraphy to accurately predict sweet spots.The relative lithological continuousness and subtle character varations of shale sediments have made it difficult to define key boundaries between sequences.This paper,based on a comprehensive investigation of case studies of shale reservoirs both in the North America and China,suggests that occurrences such as relatively shallow water facies,small scour surface,low-angle shale beds truncation,deformed soft sediments,shelly laminae and thrust clastics in shale,can be viewed as important sedimentary markers of sequence boundaries.For formations without the above-mentioned markers but of the same geological timing,the paper suggests that to recognize the sequence boundaries or the maximum flooding surface,the following proxies and methods should be applied: geochemical indexes such as redox conditions (e.g.organic geochemical parameters,inorganic trace/dominant element ratios) and organic matter/mineral accumulation patterns (e.g.organic matter content,sediment density,and mineral content),combined with observations of lithology facies interfaces,different types of lag deposits,pyrite ooids and phosphate nodules.The paper summaries the commonly acknowledged sedimentary features and geochemical indexes for sequence stratigraphy division with the help of well-logging data analyses,and proposes that,by using well-logging data,lithofacies combinations,sedimentary features and geochemical parameters,it is workable to divide third-order sequences and establish higher order of sequence stratigraphy.

erosion surface,sedimentary feature,geochemistry,sequence stratigraphy,marine shale,

2016-11-15;

2017-04-20。

魏琳(1989—)，女，博士、助理研究員，非常規(guī)油氣地質(zhì)。E-mail:wei.sherry1989@gmail.com

中國石油大學(xué)(北京)科研基金項(xiàng)目(2462017YJRC009)；國家科技重大專項(xiàng)(2007ZX05035)；國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目(41690133)。

0253-9985(2017)03-0524-10

10.11743/ogg20170312

TE121.1

A