淺析沉積環(huán)境對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的影響

曾熠

摘要：在前人研究的基礎(chǔ)上并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，對(duì)不同類(lèi)型頁(yè)巖儲(chǔ)層的沉積環(huán)境和成巖作用進(jìn)行對(duì)比研究，從而分析沉積和成巖作用對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的控制作用，明確主控因素，對(duì)有利頁(yè)巖儲(chǔ)層的分布進(jìn)行預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖;坳陷;龍馬溪組

1 深水陸棚相控制富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的分布

在全球范圍內(nèi)發(fā)育的優(yōu)質(zhì)烴源巖系并不多，其中就包括上奧陶統(tǒng)一下志留統(tǒng)發(fā)育的這套黑色頁(yè)巖巖系。這種黑色頁(yè)巖在晚奧陶世一早志留世時(shí)期在全球范圍內(nèi)廣泛發(fā)育，其在全球范圍內(nèi)都具有對(duì)比性，被稱(chēng)為“熱頁(yè)巖”C Hot shale，其沉積時(shí)期的環(huán)境為陸棚、海灣或陸表海，食雜奧陶紀(jì)晚期冰期之后海平面上升的背景下形成的。在晚奧陶世一早志留世時(shí)期，四川盆地及周緣地區(qū)之所以可以發(fā)育優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層，是因?yàn)檫@些地區(qū)具有特殊的構(gòu)造一沉積環(huán)境。龍馬溪沉積時(shí)期，構(gòu)造體制在經(jīng)歷了加里東中期的都勻運(yùn)動(dòng)后由伸展向擠壓轉(zhuǎn)化?？傮w上，在弱擠壓背景下，上揚(yáng)子?xùn)|部發(fā)生陸內(nèi)坳陷沉降，主要為江南雪峰隆起、川中古隆起以及牛首山一黔中古隆起造山帶夾持的臺(tái)內(nèi)坳陷。坳陷內(nèi)由于冰川在冰期后大規(guī)模融化導(dǎo)致海平面快速上升發(fā)生快速海侵，致使深水陸棚沉積環(huán)境廣泛分布，沉積厚度中心分別位于川東北。川南、鄂西一渝東。生物在冰期時(shí)期大范圍的滅絕，低等生物在冰期之后的生態(tài)環(huán)境中大量繁殖，加之水體相對(duì)閉塞，致使黑海式水體分層模式的形成，厭氧環(huán)境在深水區(qū)的海底時(shí)長(zhǎng)期穩(wěn)定存在的，更有利于有機(jī)質(zhì)的保存。此外，由于古地形地勢(shì)相對(duì)平緩，沉積時(shí)期盆地整體由于陸源碎屑供給不足的原因而為欠補(bǔ)償狀態(tài)，因此地層中TOC含量較高。在這些有利因素的共同作用下，四川盆地及周緣地區(qū)發(fā)育的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖具有厚度大、展布穩(wěn)定的特點(diǎn)，龍馬溪組下段發(fā)育的黑色有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖在石柱一彭水和自貢一宜賓等地區(qū)厚度都超過(guò)30m。

形成富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的主控因素主要包括：高的海洋初級(jí)生產(chǎn)力，可以致使有機(jī)質(zhì)富集;有機(jī)質(zhì)在還原條件下得到有效保存，或者是二者的組合。因此研究龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖是在高古生產(chǎn)力和缺氧/貧氧環(huán)境的共同作用下形成的。

2 生物硅與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系

近年來(lái)大量的研究表明，放射蟲(chóng)化石通常在海相烴源巖中富集，且多少夾有硅質(zhì)巖層，甚至有的烴源巖本身就是放射蟲(chóng)巖。放射蟲(chóng)是一種單細(xì)胞原生的海洋微型浮游動(dòng)物，其繁殖速度非?？?，生活周期僅為數(shù)天至一個(gè)月左右，個(gè)體直徑為50-300μm且具有硅質(zhì)殼，在志留紀(jì)時(shí)期放射蟲(chóng)是海洋中主要的微型浮游動(dòng)物類(lèi)群之一。放射蟲(chóng)既能與藻類(lèi)等初級(jí)生產(chǎn)者共生，又可以作為海洋初級(jí)生產(chǎn)力的直接消費(fèi)者，因此可以說(shuō)，放射蟲(chóng)的富集程度可以直接代表著海洋初級(jí)生產(chǎn)力的大小。

大量針對(duì)放射蟲(chóng)的研究表明，其具有相對(duì)廣泛的地理分布，從表層到幾千米的深海，從兩極到赤道都有分布。由于放射蟲(chóng)死亡后比表層浮游植物更快的沉降到海底，因此其在沉降過(guò)程的有機(jī)質(zhì)的分解量較少，更容易在沉積物中保存下來(lái)。放射蟲(chóng)有機(jī)質(zhì)具有較高的脂類(lèi)物質(zhì)且較容易保存，所以其是古生代海洋中高有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)力的主要貢獻(xiàn)者之一，也貢獻(xiàn)了古生代海相烴源巖中的大部分有機(jī)質(zhì)。硅質(zhì)巖和烴源巖都與放射蟲(chóng)密切相關(guān)，但并不說(shuō)地層中富含放射蟲(chóng)就一定會(huì)形成烴源巖。富含放射蟲(chóng)的巖系中TOC含量在空間上具有非常大的差異，有些地區(qū)TOC含量非常低，有些地區(qū)形成的烴源巖質(zhì)量較差，而有些地區(qū)則富集有機(jī)質(zhì)而形成非常優(yōu)質(zhì)的烴源巖。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)含放射蟲(chóng)硅一泥巖系形成烴源巖也有著重要的影響，含放射蟲(chóng)巖系在洋殼構(gòu)造背景下不能形成烴源巖，而在邊緣盆地或陸殼板塊內(nèi)部則可以形成烴源巖。

在研究區(qū)JY1井龍馬溪組下段優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層中，有機(jī)碳含量隨著硅質(zhì)礦物含量的增加而增加，二者具有較好的正相關(guān)性，而在龍馬溪組其他層段中的非優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層中，硅質(zhì)礦物的含量與有機(jī)碳含量的相關(guān)性較差，這說(shuō)明不同層段中硅質(zhì)礦物的成因是不同的，優(yōu)質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層中硅質(zhì)礦物是自生生物成因的。硅質(zhì)頁(yè)巖作為龍馬溪組產(chǎn)氣層段的主要巖石類(lèi)型，其硅質(zhì)礦物含量一般大于45%，硅質(zhì)一般以不定形的隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，呈現(xiàn)似球粒狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)可見(jiàn)放射蟲(chóng)、硅藻、海綿骨針等生物碎屑。硅質(zhì)頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)豐度較大，通常呈團(tuán)絮狀充填于自生石英微晶之間的空間，TOC介于2%-4%之間。

3 頁(yè)巖孔隙與礦物組成之間的關(guān)系

TOC含量是泥頁(yè)巖中判定烴源巖生烴潛力的重要參數(shù)之一，也控制著有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育程度。研究區(qū)不同井龍馬溪組下段優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層中TOC含量與孔隙度都有著一定的正相關(guān)性，RY1井龍馬溪組頁(yè)巖孔隙度為0.16-3.21%，TOC含量與孔隙度相關(guān)系數(shù)為0.29;JY1井龍馬溪組頁(yè)巖孔隙度為2.78-7.08%，平均4.52%，TOC含量與孔隙度相關(guān)系數(shù)為0.13;DY1井龍馬溪組頁(yè)巖孔隙度為2-5%，TOC含量與孔隙度正相關(guān)性非常好，相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.64?？傊芯繀^(qū)龍馬溪組頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)對(duì)微觀孔隙特征具有重要的影響，有機(jī)質(zhì)孔隙內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜且形態(tài)多樣，孔隙表面粗糙且連通性非常好，可以形成非常有效的孔隙網(wǎng)絡(luò)，致使頁(yè)巖的孔體積和比表面積急劇增加，因而增加了頁(yè)巖儲(chǔ)層的吸附儲(chǔ)集頁(yè)巖氣量，形成優(yōu)質(zhì)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層。

龍馬溪組頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)的類(lèi)型和含量控制著有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育程度，研究區(qū)龍馬溪組自上而下，TOC和遷移有機(jī)質(zhì)含量逐漸增加，有機(jī)質(zhì)孔的面孔率隨之增加，且孔徑逐漸增大。

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