運(yùn)用方解石脈包裹體和碳氧同位素評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣保存條件
——以中揚(yáng)子地區(qū)寒武系為例

劉 安 周 鵬,2 陳孝紅 蔡全升 李 海 苗鳳彬 彭中勤 黃惠蘭

1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心 2.古生物與地質(zhì)環(huán)境演化湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

0 引言

中國(guó)南方普遍發(fā)育多套海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，下震旦統(tǒng)陡山沱組、下寒武統(tǒng)牛蹄塘組（水井沱組）和上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組是區(qū)內(nèi)廣泛分布的黑色頁(yè)巖[1-2]，但是除了四川盆地及其周緣以外，其他地區(qū)的頁(yè)巖氣勘探效果整體不佳。

諸多學(xué)者都認(rèn)為，構(gòu)造保存條件的好壞是決定頁(yè)巖氣能否富集成藏的關(guān)鍵因素，斷層和剝蝕是頁(yè)巖氣散失的根本原因[1,3-4]。保存條件歷來都是中國(guó)南方海相油氣研究的重點(diǎn)之一，前人通過斷裂、剝蝕、大氣水下滲、巖漿侵入等油氣藏破壞機(jī)理分析，建立了中國(guó)南方海相油氣保存條件評(píng)價(jià)體系[5-6]。頁(yè)巖的自封閉性和滲透率方向性特征使得其與常規(guī)油氣的保存條件具有差異性，水文條件、蓋層條件要求較常規(guī)油氣低，而構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的早晚、強(qiáng)度造成的構(gòu)造變形程度、剝蝕強(qiáng)度及斷層等則成為重要的因素。研究認(rèn)為，壓力系數(shù)是保存條件的綜合判別指標(biāo)[7]。也有學(xué)者從頂/底板、構(gòu)造形態(tài)、斷裂、地層變形強(qiáng)度等條件評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣宏觀保存條件[8-9]。就目前的頁(yè)巖氣保存條件研究而言，更偏向于對(duì)宏觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)，而對(duì)于單井評(píng)價(jià)的適用性不強(qiáng)，缺少對(duì)保存條件破壞過程的分析；依據(jù)鉆井的含氣性、地層壓力等測(cè)試結(jié)果來評(píng)價(jià)保存條件的預(yù)測(cè)能力 不強(qiáng)。

裂縫脈體的碳/氧同位素和包裹體對(duì)于研究油氣保存條件有著重要的指示意義，廣泛用于區(qū)分大氣水、地層鹵水、地幔等不同來源的流體活動(dòng)，記錄溫度、鹽度等古流體性質(zhì)參數(shù)，反演儲(chǔ)層流體活動(dòng)期次和過程，評(píng)價(jià)斷層、目的層的封閉性[5-6,10-12]。 目前對(duì)頁(yè)巖中方解石脈的研究相對(duì)較少，前人的研究主要集中在方解石脈的成巖及生烴指示意 義[13-15]。牛蹄塘組頁(yè)巖段見鈣質(zhì)泥巖或者碳酸鹽巖夾層[16]，頁(yè)巖段裂縫充填礦物中見大量的方解 石[17]，具備碳酸鹽礦物同位素和包裹體研究的物質(zhì)基礎(chǔ)。筆者通過對(duì)中揚(yáng)子地區(qū)不同構(gòu)造環(huán)境具有代表性的井較為系統(tǒng)采樣測(cè)試，獲得了水井沱組/牛蹄塘組碳酸鹽巖及裂縫充填方解石脈的碳氧同位素?cái)?shù)據(jù)，并對(duì)部分包裹體發(fā)育的脈體樣品做了包裹體巖相學(xué)、均一溫度、鹽度及激光拉曼測(cè)試分析；通過對(duì)比分析，初步建立了以碳/氧同位素和流體包裹體為基礎(chǔ)的頁(yè)巖氣保存條件判別指標(biāo)，依據(jù)判別結(jié)果指出了中揚(yáng)子地區(qū)寒武系下一步的頁(yè)巖氣勘探方向。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)在寒武紀(jì)屬于中揚(yáng)子臺(tái)地及其東南被動(dòng)大陸邊緣，整體而言，該區(qū)由北向南，水井沱組/牛蹄塘組由臺(tái)地—斜坡—盆地頁(yè)巖的厚度由數(shù)十米增大至400 m。水井沱組/牛蹄塘組底部頁(yè)巖的總有機(jī)碳含量（TOC）普遍大于2%，盆地地區(qū)TOC 最大值近20%；水井沱組/牛蹄塘組下部以碳質(zhì)泥巖為主，上部為含碳質(zhì)鈣質(zhì)泥巖、石灰?guī)r[16]，頁(yè)巖過成熟熱演化，成熟度（Ro）普遍大于3%。黃陵隆起和江南—雪峰隆起周緣頁(yè)巖熱演化程度相對(duì)較低，Ro值一般介于2%～3%[18-19]。

中揚(yáng)子地區(qū)自基底形成以來，經(jīng)歷了加里東期—海西期穩(wěn)定的揚(yáng)子克拉通沉降階段，區(qū)域上沉積了一套以碳酸鹽巖及碎屑巖為主的海相地層；印支期以來為全區(qū)構(gòu)造變形、變位發(fā)展階段；早燕山期則奠定了本區(qū)中—古生界的基本構(gòu)造格局，為現(xiàn)今構(gòu)造定型期；晚燕山期為局部改造期；喜馬拉雅期以來相對(duì)穩(wěn)定[20]，印支—燕山期由南向北的陸內(nèi)遞進(jìn)變形是影響油氣保存的重要因素[21]。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖及采樣位置圖

2015 年以來，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在中揚(yáng)子地區(qū)以寒武系頁(yè)巖為目的層實(shí)施了數(shù)口地質(zhì)調(diào)查井和參數(shù)井（圖1）。其中YY1 井位于黃陵隆起東南緣的斜坡帶，該區(qū)域構(gòu)造變形弱，地層傾向南東，傾角一般小于10°，斷裂不發(fā)育，YY1 井實(shí)現(xiàn)了中揚(yáng)子地區(qū)寒武系頁(yè)巖氣的重大發(fā)現(xiàn)，含氣量大于2 m3/t 的厚度為35 m[22]。YD4 井位于宜都—鶴峰復(fù)背斜東北緣，印支期以來陸內(nèi)遞進(jìn)變形及黃陵隆起的砥柱作用使得該區(qū)域NEE 向和NNW 向斷裂發(fā)育，YD4 井裂縫密度明顯高于YY1 井，以裂縫氣顯示為主，頁(yè)巖浸水氣顯示弱[17]。ZD1 井位于江南—雪峰隆起北緣，該區(qū)靠近中揚(yáng)子印支期以來陸內(nèi)遞進(jìn)變形的“發(fā)動(dòng)機(jī)”，斷裂及滑脫構(gòu)造發(fā)育，ZD1 井頁(yè)巖含氣性普遍偏低，以裂縫氣顯示為主，巖心浸水實(shí)驗(yàn)見少量氣泡沿裂縫溢出[19]。

2 樣品及分析方法

筆者選擇具有代表性的YY1 井、YD4 井、ZD1井為采樣對(duì)象，3 口井從北向南分布，代表了構(gòu)造變形逐漸增強(qiáng)的環(huán)境。對(duì)水井沱組/牛蹄塘組頁(yè)巖及上覆、下伏巖層的方解石脈及圍巖用牙鉆做了較為系統(tǒng)采樣，對(duì)較寬的脈體采集樣品磨制了兩面光薄片。

碳/氧同位素分析在自然資源部中南測(cè)試中心完成，將樣品研磨至200 目加熱去除吸附水后，置于真空反應(yīng)器中與磷酸25 ℃恒溫反應(yīng)24 h，純化、收集生成的CO2氣體，在MAT253 上測(cè)定碳和氧同位素組成，結(jié)果以相對(duì)碳穩(wěn)定同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（V-PDB）的值給出，分析過程采用標(biāo)樣GBW04417 和NBS19進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，分析誤差±0.2‰。包裹體激光拉曼分析和包裹體測(cè)溫分別在自然資源部中南測(cè)試中心和核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成。包裹體激光拉曼光譜分析測(cè)試儀器為Renishaw 公司的MKI-1000 Micro-Raman 光譜儀，利用514.5 nm 氬離子激光源，狹縫寬度為12.5 μm，激光輸出功率為7.5 mw，掃描時(shí)間為30 s，疊加3 次。包裹體在測(cè)溫前先做詳細(xì)的巖相學(xué)觀測(cè)，部分甲烷包裹體與鹽水包裹體不易區(qū)分，主要通過甲烷包裹體與水溶液包裹體的冰點(diǎn)差異來確定，包裹體均一溫度和鹽度測(cè)試采用Linkam THMS600 型冷熱臺(tái)，測(cè)試方法參考前人相關(guān)文獻(xiàn)[15]。

3 流體包裹體特征

3.1 包裹體類型及分布

研究區(qū)寒武系裂縫脈體包裹體主要有液烴包裹體、甲烷包裹體、氣液兩相包裹體、鹽水包裹體4 種類型（圖2）。液烴包裹體透射光下為褐黃色、棕色（圖2-a），不發(fā)熒光，表明包裹體內(nèi)液烴熱演化程度高，液烴包裹體發(fā)育的樣品中未發(fā)現(xiàn)共生的鹽水包裹體。甲烷包裹體見橢圓狀、不規(guī)則狀，部分見明顯的石英負(fù)晶形，透射光下包裹體見灰黑色、灰白色，部分中間見明顯的亮線為高密度甲烷包裹體（圖2-b）。氣液兩相包裹體自由分布或定向分布，大小介于5 ～20 μm，多為長(zhǎng)條狀、矩形或橢圓形（圖2-c），兩相包裹體中氣相組分也為甲烷。鹽水包裹體定向分布或小群分布，透射光下無(wú)色，四邊形、不規(guī)則狀或米粒狀，沿微裂縫尤為發(fā)育（圖2-d）。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3 口井包裹體類型差別非常大，YY1 井包裹體類型以液烴包裹體和甲烷包裹體為主，部分樣品未見明顯的其他類性包裹體，鹽水包裹體占比非常低，普遍低于10%。YD4 井以甲烷包裹體為主，部分樣品鹽水包裹體比例高達(dá)40%。ZD1井以鹽水包裹體和氣液兩相包裹體為主，部分樣品90%以上為鹽水包裹體，甲烷包裹體的比例普遍小于5%。流體包裹體類型的縱向變化可以分為兩種：YY1 井水井沱組上部氣液兩相包裹體和鹽水包裹體有向上增加的趨勢(shì)（圖3-a）；YD4 井和ZD1 井水井沱組/牛蹄塘組頁(yè)巖向下鹽水包裹體具有增加的趨勢(shì)（圖3-b、c）。

3.2 包裹體均一溫度和鹽度特征

圖3 寒武系裂縫方解石脈及圍巖碳/氧同位素、包裹體類型分布圖

表1 寒武系脈體包裹體均一溫度和鹽度表

YY1 井、YD4 井、ZD1 井脈體氣液兩相包裹體的測(cè)溫結(jié)果見表1。YY1 井樣品兩相包裹體稀少，測(cè)得的均一溫度介于102 ～220 ℃，主要峰值介于170 ～180 ℃、210 ～220 ℃；包裹體鹽度整體較高，鹽度峰值介于17.0%～20.0%。YD4 井兩相包裹體均一溫度介于95 ～215 ℃，但是均一溫度的峰值較YY1 井普遍偏低，主要峰值介于110 ～140 ℃；包裹體的鹽度介于3.4%～14.8%，鹽度峰值較為分散。ZD1 井兩相包裹體非常發(fā)育，測(cè)得兩相包裹體的均一溫度介于122 ～256 ℃，均一溫度有多個(gè)峰值，其中最高為240 ～250 ℃；包裹體的鹽度介于7.8%～21.4%，鹽度峰值介于15%～22%，整體鹽度較高。

3.3 包裹體拉曼特征

3 口井樣品激光拉曼揭示了純氣相包裹體和氣液兩相包裹體中的氣相均為甲烷（圖4）。純甲烷包裹體的甲烷拉曼散射峰位移范圍較大，主要介于2 910.20 ～2 915.5 cm-1；氣液兩相包裹體的氣相甲烷拉曼散射峰位移范圍相對(duì)較小，大都介于 2 915.13 ～2 917.98 cm-1。研究結(jié)果證實(shí)，純甲烷拉曼散射峰與包裹體內(nèi)壓關(guān)系密切，甲烷拉曼散射峰位偏向2 910.00 cm-1一端往往指示超臨界狀態(tài)高密度包裹體，偏向2 918.00 cm-1一端則通常指示低壓氣相甲烷[23]，一般小于2 912.00 cm-1為高密度甲烷包裹體[24]。YY1 井甲烷包裹體發(fā)育，拉曼散射峰位偏移的范圍較大，以小于2 912.00 cm-1為主（圖4-a）；與甲烷包裹體共生的兩相包裹體均一溫度變化大，表明頁(yè)巖地史中長(zhǎng)期高含氣；YD4 井測(cè)點(diǎn)少，也發(fā)現(xiàn)高密度甲烷包裹體，ZD1 井只檢測(cè)到兩相中氣相為甲烷（圖4-b）。

圖4 包裹體激光拉曼特征圖

3.4 包裹體對(duì)頁(yè)巖氣保存條件的指示意義

3.4.1 裂縫及古流體的形成時(shí)間

前人研究成果表明，四川盆地盆內(nèi)與盆外裂縫發(fā)育具有較大的差異，盆內(nèi)以沉積成巖裂縫為主，而盆外則主要發(fā)育構(gòu)造裂縫[25]。筆者本次研究并沒有采集成巖裂縫脈體，所采集的樣品均為典型的構(gòu)造裂縫。中揚(yáng)子地區(qū)加里東期江南—雪峰隆起帶北緣主要形成了寬緩的背斜，自中、晚三疊世之交的印支運(yùn)動(dòng)開始，才被褶皺和斷裂構(gòu)造所改造[26]。脈體的形成與構(gòu)造裂縫密切相關(guān)，因此寒武系裂縫古流體記錄的主要是印支運(yùn)動(dòng)以來的構(gòu)造活動(dòng)信息，在一定程度疊加了晚燕山—喜馬拉雅期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。

3.4.2 古流體來源

YY1 井水井沱組頁(yè)巖脈體樣品的兩相包裹體和鹽水包裹體的占比非常低，與裂縫形成時(shí)頁(yè)巖的低含水飽和度相關(guān)。烴源巖的低含水飽和度主要是生烴排水和汽化攜液造成的[27]。焦石壩區(qū)塊龍馬溪組超壓頁(yè)巖氣藏具有高含氣飽和度，其脈體包裹體也是以高密度甲烷包裹體為主[28]。YY1 井激光拉曼特征揭示脈體氣相包裹體也為高密度甲烷包裹體，表明其形成階段封閉性非常強(qiáng)，地層處于超壓狀態(tài)，流體性質(zhì)為頁(yè)巖層內(nèi)流體。ZD1 井甲烷包裹體不發(fā)育，氣液兩相包裹體和純水溶液包裹體占比非常高，表明其形成階段頁(yè)巖處于高含水飽和度。盆地的水文地質(zhì)旋回往往經(jīng)歷了沉積壓實(shí)階段的離心流和抬升剝蝕階段的向心流[29-30]，離心流與壓實(shí)排水和烴源巖排烴相關(guān)；向心流則與地層水和大氣水的倒灌有關(guān)，滲透層、斷層、裂縫則是通道。頁(yè)巖在經(jīng)歷了生烴排液之后處于高含氣飽和度狀態(tài)，因此大量水的出現(xiàn)則主要來源于其他層位。上述分析將頁(yè)巖裂縫的古流體主要分為了頁(yè)巖層內(nèi)流體和頁(yè)巖層外流體，頁(yè)巖層外流體來源主要是地層水和古大氣降水，YD4井包裹體鹽度雖然大于3%，但是鹽度最小值明顯低于YY1 井和ZD1 井。因此不排除有大氣水混入地層水的可能。

3.4.3 包裹體對(duì)保存條件的指示意義

YY1 井包裹體類型以高演化的液烴包裹體和高密度甲烷包裹體為主，表明YY1 井裂縫形成于頁(yè)巖最大埋深階段；YY1 井頁(yè)巖段烴類包裹體非常發(fā)育，而兩相包裹體非常稀少，低溫兩相包裹體也少，表明晚期的流體活動(dòng)不強(qiáng)烈，特別是水井沱組底部受到外來流體的影響非常弱，包裹體類型的縱向變化也表明了水溶液主要從上部巖層沿著裂縫侵入。

ZD1 井沒有發(fā)現(xiàn)大量烴類包裹體，表明高含氣階段流體包裹體不發(fā)育，在抬升剝蝕階段則流體包裹體發(fā)育，兩相包裹體的最高均一溫度介于240 ～250 ℃，然而烴類包裹體的比例非常低，可能代表了最早水溶液侵入地層的流體事件，表明該期次流體侵入深度非常大，接近最大埋深，或者是深部流體沿著裂縫侵入頁(yè)巖，流體包裹體均一溫度多個(gè)峰值揭示了后續(xù)產(chǎn)生了多次構(gòu)造裂縫及流體侵入。ZD1 井地史中以鹽水包裹體為主，表明地史中頁(yè)巖氣的散失程度已經(jīng)非常高，要達(dá)到在現(xiàn)階段還殘留頁(yè)巖氣就更難，這是在江南—雪峰隆起周緣一系列調(diào)查井沒有發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖氣的主要原因。流體包裹體特征與雪峰山北緣靠近中揚(yáng)子地區(qū)在印支期以來陸內(nèi)遞進(jìn)變形發(fā)動(dòng)機(jī)的位置、構(gòu)造活動(dòng)時(shí)間早、強(qiáng)度大[21]的特點(diǎn)相吻合，構(gòu)造對(duì)江南—雪峰隆起頁(yè)巖的破壞最強(qiáng)。YD4 井和ZD1 井水井沱組/牛蹄塘組頁(yè)巖脈體純液相包裹體的比例呈向下具有增加的趨勢(shì)，表明其他層位水溶液是從水井沱組/牛蹄塘組底部向上侵入頁(yè)巖的，同時(shí)，頁(yè)巖氣應(yīng)該是從底部逃逸的。

因此，頁(yè)巖中包裹體類型比例與油包裹體豐度（Grains Containing Oil Inclusions，GOI）具有類似的作用。GOI 可用于油氣藏和運(yùn)移途徑的識(shí)別[31]；頁(yè)巖既是烴源巖又是頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集層，海相頁(yè)巖普遍熱演化程度高，因此抬升剝蝕前的初始狀態(tài)應(yīng)該就是高含氣型，后期的改造致使含水飽和度增高，包裹體類型成為其封閉性的重要參數(shù)。

YY1 井、YD4 井、ZD1 井代表了中揚(yáng)子地區(qū)中生代從相對(duì)穩(wěn)定區(qū)—構(gòu)造變形最強(qiáng)區(qū)域不同的構(gòu)造保存條件。3 口井的流體包裹體類型指示了在中揚(yáng)子地區(qū)由黃陵隆起向南至江南—雪峰隆起頁(yè)巖氣的保存條件具有逐漸變差的趨勢(shì)，這與區(qū)域構(gòu)造變形的強(qiáng)度是相一致的。

4 碳/氧同位素特征

4.1 方解石脈及圍巖同位素組成特征

水井沱組/牛蹄塘組方解石脈及圍巖（鈣質(zhì)泥巖或者石灰?guī)r）的碳氧同位素特征參數(shù)如表2 所示。橫向上（從YY1 井、YD4 井到ZD1 井），水井沱組/ 牛蹄塘組圍巖δ13C 偏負(fù)的程度增大，δ13O 值與δ13C值具有類似的變化規(guī)律；方解石脈的δ13C 值、δ18O值與圍巖具有類似的變化規(guī)律，表明脈體與圍巖的同位素具有高度的相關(guān)性。YY1 井、YD4 井Δ13C 值（Δ13C=δ13C圍巖-δ13C方解石）、Δ18O 值（Δ18O=δ18O圍巖-δ18O方解石）變化范圍具有一定的相似性，均遠(yuǎn)小于ZD1 井的變化范圍。

各井Δ13C 值、Δ18O 值縱向變化具有較為明顯的規(guī)律性（圖3）。YY1 井水井沱組頁(yè)巖的Δ18C 值變化范圍非常小，表明碳來源于同層位石灰?guī)r的溶解；水井沱組下部的方解石氧同位素也與圍巖接近，表明二者的相關(guān)性；但是上部Δ13O 值是全井段最大的，且向上具有逐漸增加的趨勢(shì)。下寒武統(tǒng)巖家河組頂部Δ13C 值變化較為劇烈，可能與地層本身的碳同位素變化劇烈相關(guān)。

YD4 井樣品較少，整體看水井沱組上部Δ13C 值、Δ18O 值變化范圍小，方解石脈與圍巖具有密切的相關(guān)性，水井沱組下部（井段1 250 m 以深）地層方解石δ13C 值、δ18O 值出現(xiàn)較大的異常值（δ13C=-4.11‰，δ18O=-14.94‰），且自上而下至巖家河組Δ18O 值明顯增大。

ZD1 井牛蹄塘組底部（井段1 945 ～1 985 m）Δ18O 值變化劇烈，井段1 945 ～1 963 m 石灰?guī)rδ13C值普遍小于-9.00‰，而該段方解石脈δ13C 值遠(yuǎn)大于該值，表明二者不具有相關(guān)性。石灰?guī)r與方解石脈δ18O 值差值在牛蹄塘組中上部趨近于0，牛蹄塘組下部具有向下差值變大的趨勢(shì)。

4.2 碳/氧同位素對(duì)頁(yè)巖封閉性的指示意義

前人成果研究表明，蝕變巖石和熱液的氧同位素取決于溫度和水/巖比值，在相同水巖比例條件下，封閉體系比開放體系中巖石的氧同位素降低幅度要低[32]。因此氧同位素可以作為流體環(huán)境封閉性判別指標(biāo)。牛蹄塘組頁(yè)巖方解石脈δ18O 值多數(shù)與同層位的石灰?guī)r非常接近，指示裂縫形成階段地層含水飽和度低，頁(yè)巖裂縫與外界的溝通性差，在封閉的、低水/巖比環(huán)境中氧同位素分餾弱，這種情況下溫度不是影響同位素分餾的主要因素，脈體的同位素與圍巖具有高度的一致性。碳酸鹽巖的碳同位素一般非常穩(wěn)定，一般條件下不會(huì)發(fā)生改變，只有在有機(jī)來源CO2混入才會(huì)導(dǎo)致改變，例如烴類氧化形成的CO2參與了方解石沉淀，會(huì)導(dǎo)致方解石脈的δ13C 值可達(dá)-25‰～-41‰[10]；筆者本次研究的方解石脈δ13C 值分布范圍與圍巖接近，因此沒有明顯的與有機(jī)質(zhì)氧化成因相關(guān)的方解石脈。

YY1 井水井沱組上部巖層方解石脈的δ18O 值不僅比圍巖低，而且低于水井沱組下部石灰?guī)r夾層的δ18O 值（圖3-a）。因此，該段δ18O 值較低的方解石脈不是來源于下部石灰?guī)r溶解后古流體沿著裂縫向上運(yùn)移的產(chǎn)物。流體包裹體顯示該段裂縫脈體自下而上兩相包裹體和鹽水包裹體比例具有增加的趨勢(shì)。因此方解石脈的δ18O 值的變化主要是受到水/巖比例的影響，向上水/巖比例增高，氧同位素分餾增強(qiáng)。水井沱組下部巖心裂縫不發(fā)育，上部裂縫較發(fā)育，且以垂直縫為主（圖5-a），部分半充填，垂直裂縫致使上覆巖層的地層水下滲，增加了裂縫的水/巖比例，是方解石脈δ18O 值降低的主要原因。YD4 井水井沱組下部方解石脈較上部Δ18O 值增大，且方解石脈δ18O 值小于下部石灰?guī)r的δ18O 值，表明是水/巖比增高，同位素分餾所致；井深1 295 m 方解石脈δ13C值也明顯小于同層段的石灰?guī)r，與井深1 317 m 之下的石灰?guī)rδ13C 值相同（圖3-b），表明垂直裂縫將下部石灰?guī)r段流體帶到了上部。YD4 井下部裂縫較上部發(fā)育，局部見明顯的破碎帶（圖5-b），是地層水向上運(yùn)移的通道，同位素分析與流體包裹體類型相一致。ZD1 井牛蹄塘組下部方解石脈δ13C 值明顯大于圍巖段，而與井深1 963 m 之下的石灰?guī)r段相似（圖3-c），表明流體來源于下部石灰?guī)r的溶解；同時(shí)該段方解石脈δ18O 值的變化范圍也非常大（圖3-c），一種可能是和碳同位素一樣，是不同層位石灰?guī)r溶解后古流體沿著裂縫垂向運(yùn)移的產(chǎn)物，另外一種可能是高角度裂縫致使地層水沿著裂縫滲入頁(yè)巖導(dǎo)致氧同位素分餾，結(jié)合包裹體類型分析，后者的可能性更大。巖心也指示ZD1 井下部較上部高角度裂縫發(fā)育（圖5-c），具有古流體縱向運(yùn)移的通道。

表2 水井沱組/牛蹄塘組頁(yè)巖方解石脈及圍巖碳/氧同位素特征表

碳/氧同位素顯示寒武系頁(yè)巖與外界流體溝通有兩種不同的方式，即YY1 井下部裂縫不發(fā)育，上部裂縫發(fā)育，水溶液從上向下滲入頁(yè)巖層，下部高TOC 的優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段被外來流體的改造非常弱。YD4井和ZD1 井則上部裂縫不發(fā)育，下部高TOC 優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段裂縫發(fā)育，水溶液順著裂縫向上滲入頁(yè)巖。裂縫是外來流體進(jìn)入頁(yè)巖的通道，同時(shí)也是頁(yè)巖氣向外逸散的通道。

圖5 巖心裂縫特征照片

5 頁(yè)巖氣保存條件評(píng)價(jià)及判別指標(biāo)

以碳/氧同位素和流體包裹體為主要手段，對(duì)3口典型井分析表明由黃陵隆起向南至江南—雪峰隆起頁(yè)巖氣的保存條件具有逐漸變差的趨勢(shì)。因此，圍繞黃陵隆起周緣是下一步寒武系頁(yè)巖氣勘探的重點(diǎn)區(qū)域。這與“古隆起邊緣控藏模式”[33]的認(rèn)識(shí)相一致。在該區(qū)域的頁(yè)巖氣調(diào)查保存條件依然是關(guān)鍵，以古流體分析為主要手段，就露頭和鉆探巖心的脈體進(jìn)行分析，進(jìn)一步優(yōu)選保存條件有利區(qū)，須建立相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

筆者建立了以脈體包裹體和方解石脈碳氧同位素為主要手段的保存條件判別指標(biāo)（表3）；包裹體的鹽度、氮?dú)饨M分指標(biāo)參考了前人研究的成果[12]。同時(shí)，筆者本次研究采集的樣品屬于中揚(yáng)子地區(qū)成熟度較低的頁(yè)巖，本判別標(biāo)準(zhǔn)主要適用于構(gòu)造保存條件的研究，對(duì)于構(gòu)造保存條件較好、但頁(yè)巖經(jīng)歷了深埋藏、高演化、有機(jī)孔塌陷地區(qū)頁(yè)巖氣保存條件的封閉性評(píng)價(jià)須另做研究。

6 結(jié)論

1）YY1 井頁(yè)巖脈體以液烴和高密度甲烷包裹體為主，ZD1 井以氣液兩相包裹體和鹽水包裹體為主，YD4 井介于二者之間；表明從黃陵隆起至江南—雪峰隆起，構(gòu)造保存條件越差古流體中烴類的占比越低，水的比例越高，包裹體的類型比例與現(xiàn)今頁(yè)巖的含氣性具有一致性。

2）YY1 井水井沱組圍巖與方解石脈的Δ13C 值、Δ18O 值多數(shù)趨近于0，表明頁(yè)巖段具有較強(qiáng)的自封閉性；ZD1 井Δ13C 值、Δ18O 值變化范圍最大，指示了頁(yè)巖內(nèi)部跨層流體、層外流體侵入強(qiáng)烈；Δ13C 值、Δ18O 值較大的層段往往是裂縫發(fā)育的層段，高角度裂縫是流體溝通的通道。

3）包裹體及方解石脈碳/氧同位素指示YY1 井裂縫導(dǎo)致頁(yè)巖氣向上散失，YD4 井和ZD1 井裂縫導(dǎo)致頁(yè)巖氣向下散失兩種逸散類型；YD4 井和ZD1 井高TOC 優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段封閉性被裂縫破壞，而YY1 井高TOC 優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段則封閉性較好。

表3 中揚(yáng)子寒武系頁(yè)巖氣保存條件的包裹體及同位素評(píng)價(jià)指標(biāo)匯總表

4）中揚(yáng)子地區(qū)寒武系頁(yè)巖在黃陵隆起周緣頁(yè)巖氣保存條件相對(duì)較好，是下一步勘探工作的重點(diǎn)。建立了基于脈體包裹體和方解石脈碳/氧同位素為主要指標(biāo)的保存條件判別標(biāo)準(zhǔn)，適用于中揚(yáng)子地區(qū)寒武系頁(yè)巖構(gòu)造保存條件的判別，可用于單井評(píng)價(jià)和基于露頭樣品的有利區(qū)優(yōu)選。