湘西北地區(qū)五峰組—龍馬溪組生物地層特征及勘探意義

張 兵，唐書恒，郗兆棟，藺東林，葉亞培

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083；2.海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；3.非常規(guī)天然氣地質(zhì)評(píng)價(jià)與開發(fā)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

0 引言

頁巖氣作為一種非常規(guī)天然氣，在我國擁有良好的勘探開發(fā)前景，是我國天然氣產(chǎn)業(yè)的重要組成部分［1］。近年來，隨著頁巖氣勘探開發(fā)的持續(xù)推進(jìn)，關(guān)于湘西北地區(qū)的天然氣地質(zhì)條件的研究引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。湘西北地區(qū)與黔中—雪峰隆起帶西北側(cè)接壤，是盆地構(gòu)造演化活動(dòng)強(qiáng)烈的地帶［2］。奧陶紀(jì)—志留紀(jì)之交，研究區(qū)整體處于封閉、安靜、缺氧的深水陸棚環(huán)境［3］，上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色頁巖廣泛發(fā)育，厚度大且有機(jī)質(zhì)豐度高，頁巖氣富集成藏條件優(yōu)越［4］。晚奧陶世，受廣西運(yùn)動(dòng)的影響，華夏古陸階段性向西北方向推進(jìn)，在板塊擠壓應(yīng)力作用下，局部斷塊的變形造成了湘西北局部區(qū)域?yàn)樗赂叩兀?］，且導(dǎo)致區(qū)內(nèi)五峰組—龍馬溪組發(fā)生沉積間斷，富有機(jī)質(zhì)層段缺失或變?。?］。因此，對(duì)湘西北地區(qū)五峰組—龍馬溪組進(jìn)行生物地層的精細(xì)劃分和厚度厘定已成為湘西北地區(qū)頁巖氣開展富集高產(chǎn)目標(biāo)評(píng)價(jià)和能否獲得勘探成效的關(guān)鍵因素。眾多學(xué)者根據(jù)五峰組—龍馬溪組巖性特征，將其簡單劃分為五峰組和龍馬溪組等上、下段，但這樣劃分存在區(qū)域上的橫向穿時(shí)，且在單一巖性地層單元內(nèi)難以進(jìn)行縱向細(xì)分［7］。五峰組—龍馬溪組富含豐富的筆石化石，筆石具有演化快、分布廣、時(shí)間短等特點(diǎn)［8］，常被作為標(biāo)準(zhǔn)化石用來鑒定地質(zhì)年代。陳旭等［9］依據(jù)多個(gè)地區(qū)筆石動(dòng)物群特征將五峰組—龍馬溪組黑色頁巖序列劃分為5 個(gè)階、14 個(gè)筆石帶，因部分地區(qū)取心井?dāng)?shù)量少，獲得的筆石樣品有限，僅依據(jù)筆石劃分地層具有一定的局限性。聶海寬等［10］依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)井中的筆石特征確定了筆石帶類型與自然伽馬測井曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而對(duì)地層進(jìn)行精細(xì)劃分，并推測頁巖氣富集的高產(chǎn)層段。

湘西北地區(qū)取心井?dāng)?shù)量較少，頁巖中筆石化石也較少，不能依靠單一的筆石特征來劃分地層。筆者基于研究區(qū)XY-3 井頁巖中的筆石特征，結(jié)合自然伽馬測井曲線進(jìn)行對(duì)比研究，對(duì)五峰組—龍馬溪組生物地層進(jìn)行精細(xì)劃分，建立生物筆石序列，在此基礎(chǔ)上討論各筆石帶的有機(jī)質(zhì)豐度、礦物組分、沉積環(huán)境，確定頁巖氣的有利富集層段，并與鄰區(qū)長寧N211井、華鎣山、巫溪2 井富有機(jī)質(zhì)層位進(jìn)行對(duì)比，從而確定研究區(qū)的生物地層特征，以期為湘西北地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣勘探提供借鑒。

1 地質(zhì)概況

晚奧陶世—早志留世，中上揚(yáng)子地區(qū)受康滇古陸、黔中古隆起、川中古隆起和雪峰古隆起包圍，形成了向北東向開口的淺海沉積的古地理格局［11-13］。研究區(qū)位于上揚(yáng)子地臺(tái)中部的湘鄂水下高地的西南緣（圖1），目標(biāo)井XY-3 五峰組深度為2 106.0～2 096.0 m，厚度為10.0 m，觀音橋?qū)佣挝挥?101.1～2096.0 m，厚度為4.1 m，其中2 106.0～2 104.0 m 處的巖性為灰色泥質(zhì)粉砂巖，底部與臨湘組瘤狀灰?guī)r為分界，2 104.0～2 096.0 m 處的巖性為深灰色泥巖，部分巖心可見薄層狀粉砂巖夾層，并在巖心表面見少許的筆石化石。龍馬溪組位于2 096.0～2 084.0 m處，巖性主要為灰黑色泥巖，巖心表面可見黃鐵礦集合體。2 084.0～2 039.0 m 處巖性為灰色泥巖，筆石化石呈無序疊加態(tài)分布。2 039.0～2 002.2 m 處巖性為深灰色泥巖。

圖1 揚(yáng)子板塊五峰—龍馬溪組巖相古地理圖（a）及湘西北XY-3 五峰組—龍馬溪組綜合柱狀圖（b）（據(jù)文獻(xiàn)［14］修改）Fig.1 Lithofacies paleogeographic map of Wufeng-Longmaxi Formation in Yangtze plate（a）and comprehensive histogram of Wufeng-Longmaxi Formation in well XY-3 in northwestern Hunan（b）

2 生物地層劃分與對(duì)比

2.1 生物地層劃分

陳旭等［15］通過對(duì)揚(yáng)子區(qū)五峰組—龍馬溪組黑色頁巖中筆石動(dòng)物群以及含筆石地層的研究，對(duì)照國際上通用的筆石帶命名，將五峰組—龍馬溪組黑色頁巖序列進(jìn)行了精細(xì)劃分（圖2），該序列在上揚(yáng)子地區(qū)被廣泛運(yùn)用?；诖朔椒ㄔ谘芯繀^(qū)XY-3井五峰組識(shí)別出筆石類型包括Dicellograptus叉筆石屬、Appendispinograptus刺筆石屬、Normalogr正常筆石屬。龍馬溪組識(shí)別的筆石類型包括Akidograptus尖筆石屬、Glyptograptus雕筆石屬、Cystograptus囊狀筆石屬、Petalolithus花瓣筆石屬、Streptograptus卷筆石屬、Demirastrites半耙筆石屬、Rastries耙筆石屬（圖3）。

圖2 揚(yáng)子地區(qū)五峰組—龍馬溪組筆石分帶圖（據(jù)文獻(xiàn)［16］修改）Fig.2 Graptolite zones of Wufeng-Longmaxi Formation in Yangtze region

圖3 湘西北XY-3 井五峰組-龍馬溪組典型筆石圖版（a）Demirastrites decipiens，LM6，2 067.0 m；（b）Glyptograptus x，LM2，2 094.3 m；（c）Cystograptus vesiculousus，LM4，2 092.4 m；（d）Streptograptus Yin，LM6，2 065.2 m；（e）Rastries leiboensis Ye，LM7，2 027.5 m；（f）Petalolithus minor Elles，LM5，2 079.6 m；（g）Appendispinograptus supernus，WF3，2 101.6 m；（h）Normalogr extraordinarius，WF4，2 099.4 m；（i）Dicellograptus tumidus chen，WF2，2 105.6 m；（j）Akidograptus ascensus，LM2，2 095.4 mFig.3 Typical graptolite plate of Wufeng-Longmaxi Formation in well XY-3 in northwestern Hunan

研究區(qū)取心井?dāng)?shù)量較少，獲得的筆石化石較少，無法基于筆石確定各個(gè)筆石帶的頂?shù)捉纾瑑H依據(jù)筆石精細(xì)劃分研究區(qū)的生物地層比較困難。通過筆石特征結(jié)合自然伽馬測井曲線進(jìn)一步確定五峰組—龍馬溪組各筆石帶的頂?shù)捉绲木唧w步驟為：①依據(jù)筆石的類型和特征確定該筆石對(duì)應(yīng)的筆石帶在研究區(qū)內(nèi)是否缺失。②識(shí)別出聶海寬等［10］提出的自然伽馬測井曲線上的某個(gè)局部峰，將其向上方向附近的極小值或極大值所對(duì)應(yīng)的半幅值確定為該筆石帶的頂、底位置。研究區(qū)XY-3 井地層可劃分為4 個(gè)階、8 個(gè)筆石帶，其中4 個(gè)階分別為凱迪階（WF2—WF3）、赫南特階（WF4—LM1）、魯?shù)るA（LM2—LM5）及埃隆階（LM6—LM7），缺失LM1筆石帶。

2.1.1 凱迪階WF2—WF3 筆石帶

研究區(qū)XY-3 井2 105.6 m 處頁巖斷面上富集了筆石，筆石體由一對(duì)彎曲筆石枝組成，兩筆石枝均向腹側(cè)彎曲，微有靠攏的趨勢，從筆石枝的始端至末端，兩筆石枝距離增大，為典型的腫枝叉筆石Dicellograptus tumidus chen［圖3（i）］。該筆石起始于WF2，研究區(qū)WF2 筆石帶發(fā)育。臨湘組瘤狀灰?guī)r頂面以上，自然伽馬測井曲線局部A峰的極大值為100 API，為WF2 筆石帶沉積時(shí)期對(duì)應(yīng)的最大海泛面，即WF2 的底界，對(duì)應(yīng)深度為2 106.0 m。在A 峰之上，對(duì)應(yīng)沉積時(shí)期的海平面下降，巖性為粉砂質(zhì)泥巖，測井曲線上GR值逐漸減小，降低至83 API時(shí)達(dá)到局部極小值B 峰，與A 峰之間的半幅值對(duì)應(yīng)WF2 筆石帶的頂界面，深度為2 104.7 m，也是WF3筆石帶的底界面。

研究區(qū)XY-3 井2 101.6 m 處巖樣中富集筆石，筆石體始端發(fā)育尾刺，胞管形態(tài)為柵筆石式，雙枝呈上攀式生長，為典型Appendispinograptus supernus高層附刺筆石［圖3（g）］，起始于WF3，在該時(shí)期海平面上升，水體變深，導(dǎo)致測井曲線的GR值到達(dá)第2 個(gè)局部峰值C 峰，GR值為216 API，深度約為2 101.1 m，與極小值D 峰（128 API）之間的半幅值對(duì)應(yīng)著WF4 底界。

2.1.2 赫南特階WF4—LM1 筆石帶

研究區(qū)XY-3 井深度2 099.4 m 處可見少量筆石，筆石體始部稍寬，末端稍窄，兩枝呈現(xiàn)上攀式生長，兩側(cè)胞管緊密排列，為典型的正常筆石Normalogr extraordinarius［圖3（h）］，該筆石發(fā)育始于WF4帶，該帶在研究區(qū)較發(fā)育，沉積時(shí)期受赫南特冰期影響，全球海平面下降［17］，導(dǎo)致其測井曲線GR值在局部極大值（182 API）后開始下降，局部極大值與F峰之間的半幅值處對(duì)應(yīng)的深度為2 096.0 m，該處為WF4 筆石帶頂界。

研究區(qū)XY-3 井深度2 096 m 之上未發(fā)現(xiàn)LM1的雕刻正常筆石Normalograpyus persculptus等典型筆石。因四川盆地五峰組—龍馬溪組分界面在測井曲線表現(xiàn)為GR值具有明顯的局部高峰特征［10］，而研究區(qū)對(duì)應(yīng)深度沒有出現(xiàn)類似JY-1 井局部極高值E峰，因此可以得出，研究區(qū)XY-3 井LM1 缺失，其缺失的原因可能是受赫南特冰期影響，海平面降低，同時(shí)伴隨著湘鄂水下高地的隆升，導(dǎo)致該時(shí)期研究區(qū)出露水面，造成沉積間斷［17-18］。

2.1.3 魯?shù)るALM2—LM5 筆石帶

研究區(qū)XY-3 井2 095.8 m 處富集筆石，筆石體末端呈現(xiàn)尖型，共同管兩端的胞管排列整齊，形態(tài)為柵筆石式，為典型的尖筆石Akidograptus ascensus［圖3（j）］，該筆石起始于LM2，可以作為LM2 沉積的標(biāo)志。因魯?shù)るA初期海平面上升［18］，水體變深，對(duì)應(yīng)測井曲線上GR值逐漸升高，向上達(dá)到局部極大值G 峰（218 API），與F 峰之間的半幅值處的深度為2 092 m，為LM2—LM3 的頂界，也是LM4 的底界，該深度之上的頁巖中未發(fā)現(xiàn)LM3 的典型筆石擬尖筆石屬，但可見LM4 的典型筆石化石Cystograptus vesiculousus，因此可以推測研究區(qū)LM2—LM4 沉積期為一個(gè)連續(xù)的沉積過程，無法區(qū)分出LM2 和LM3。

研究區(qū)XY-3 井2 092.4 m 處可見筆石，筆石體始部發(fā)育長刺，尾部呈現(xiàn)尖形，中部較寬，兩側(cè)胞管整齊排列，為典型的囊狀筆石Cystograptus vesicu‐lousus［圖3（c）］，其發(fā)育起始于LM4，LM4 底界在測井曲線上表現(xiàn)為GR值達(dá)到極大值（218 API），隨著水體的逐漸變淺，GR值向上逐漸減小，局部的極大值H 峰為173 API，與臨近低峰之間的半幅值對(duì)應(yīng)的深度為2 082.9 m，此處為LM4 的頂界，也是LM5 的底界。

研究區(qū)XY-3 井2 082.0 m 處可見少量筆石，筆石體形狀呈花瓣式，為典型的花瓣筆石Petalolithus minor Elles［圖3（f）］，該筆石首次出現(xiàn)在LM5，可作為LM5 底界的判定標(biāo)志。在測井曲線上GR值整體波動(dòng)較小，局部極大值I 峰為185 API，與臨近低峰105 API 之間的半幅值處對(duì)應(yīng)的深度為2 067.0 m，為LM5 的頂界，也是LM6 的底界。

2.1.4 埃隆階LM6—LM8 筆石帶

研究區(qū)XY-3 井深度2 067 m 處頁巖中富集半耙筆石、卷筆石等。半耙筆石細(xì)小，整體向背側(cè)彎曲，胞管孤立生長［圖3（a）］。卷筆石始部向背側(cè)彎曲，呈魚鉤狀，末部伸直，胞管口部卷曲呈球形［圖3（d）］，該筆石始現(xiàn)于LM6，研究區(qū)內(nèi)LM6 廣泛發(fā)育，而測井曲線上GR值在K 峰以上有緩慢增加的趨勢，而在LM6 筆石帶波動(dòng)較小，局部極小值J 峰（107 API）與鄰近的局部極大值所對(duì)應(yīng)的半幅值處的深度為2 027.4 m，為LM6 的頂界，也是LM7 的底界。

研究區(qū)XY-3 井深度2 027.5 m 處頁巖中發(fā)現(xiàn)耙筆石Rastr11 ies leiboensis Ye［圖3（e）］。筆石體形狀纖細(xì)、彎曲呈鉤狀，胞管呈直管狀且孤立，傾角大且與軸部近于垂直，該筆石可以作為LM7 的首現(xiàn)標(biāo)志，測井曲線上GR值在LM7 帶整體變化不太，且上部沒有找到相應(yīng)的LM8 的典型筆石Stimulograptus cf.sedgwickii（Portlock），因此，可以把上部整體劃分為LM7 帶，對(duì)應(yīng)的頂深為2 002.2 m。

綜上所述，通過特征筆石與自然伽馬曲線峰值進(jìn)行對(duì)比分析，可將XY-3 井五峰組—龍馬溪組劃分為8 個(gè)筆石帶，分別為WF2，WF3，WF4，LM2—LM3，LM4，LM5，LM6，LM7（圖4，表1）。研究區(qū)不發(fā)育LM1 特征筆石，且對(duì)應(yīng)區(qū)域在自然伽馬曲線上沒有出現(xiàn)類似于焦石壩地區(qū)JY-1的E 峰（307.4 API）的極大值峰，缺失LM1，以致WF4 與LM2 筆石帶呈不整合接觸。

圖4 湘西北XY-3 井五峰-龍馬溪組生物地層劃分Fig.4 Biostratigraphic division of Wufeng-Longmaxi Formation in well XY-3 in northwestern Hunan

表1 湘西北XY-3 井五峰組—龍馬溪組筆石帶的劃分Table 1 Division scheme of graptolite zones of Wufeng-Longmaxi Formation in well XY-3 in northwestern Hunan

2.2 生物地層的對(duì)比

將湘西北XY-3 井與焦石壩地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)井JY-1進(jìn)行對(duì)比，可以得出二者在筆石特征及自然伽馬曲線特征上均較吻合（圖5）。自然伽馬測井曲線上WF2，WF3 處于高值峰，LM2—LM3 處于低值峰，LM4，LM5 處于高值峰，但與焦石壩地區(qū)JY1 相比，研究區(qū)XY-3 井的自然伽馬曲線上GR值普遍偏低，JY-1 井位于焦石壩西北部，其WF2—LM4 主要為黑色炭質(zhì)頁巖，硅質(zhì)含量高，含豐富的筆石化石［19-20］。焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組呈完整的連續(xù)沉積，富有機(jī)質(zhì)頁巖沉積厚度大，導(dǎo)致JY1 井測井曲線上GR值相對(duì)較高。LM1 筆石帶測井曲線上一般表現(xiàn)為GR值具有局部較大峰的特征［10］（E 峰GR值達(dá)307.4 API）。受廣西運(yùn)動(dòng)的影響，湘鄂水下高地發(fā)生隆升，造成研究區(qū)五峰—龍馬溪組沉積時(shí)水體變淺，有機(jī)質(zhì)含量較低，測井曲線上GR值整體偏低。LM1 沉積時(shí)期研究區(qū)出露水面，導(dǎo)致缺失LM1 及局部極大E 峰。

圖5 湘西北XY-3 井（a）與渝東JY-1 井（b）五峰組—龍馬溪組劃分的筆石帶的劃分和對(duì)比Fig.5 Division and comparison of graptolite zones of Wufeng-Longmaxi Formation in well XY-3 in northwestern Hunan（a）and well JY-1 in eastern Chongqing（b）

3 生物地層特征

3.1 礦物組分特征

通過硅質(zhì)礦物（石英+長石）、碳酸鹽礦物、黏土礦物等3 端元圖解可以對(duì)湘西北地區(qū)各筆石帶頁巖礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行巖性分類［21］，并進(jìn)一步評(píng)價(jià)各筆石帶有機(jī)質(zhì)豐度特征，可將其劃分為低碳（＜1.0%）、中碳（1.0%～2.0%）、高碳（2.0%～4.0%）、富碳（＞4.0%）等4 個(gè)級(jí)別［22］。WF2—WF3 筆石帶的硅質(zhì)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%～88.5%，平均為67.9%，TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為1.46%，為中碳硅質(zhì)頁巖相。WF4 的硅質(zhì)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29.5%～62.8%，平均為43.46%，TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.89%，為低碳混合質(zhì)頁巖相。LM2—LM4 硅質(zhì)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為39.4%～58.3%，TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為1.35%，為中碳硅質(zhì)頁巖相。LM5—LM7 硅質(zhì)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為47.0%～69.9%，平均為49.8%，TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.26%，為低碳黏土質(zhì)頁巖。垂向上從五峰組—龍馬溪組的硅質(zhì)礦物和碳酸鹽礦物含量均呈現(xiàn)減小趨勢，黏土礦物含量呈增加趨勢（圖6）。XY-3 井的WF2—WF3，LM2—LM4 具有較好的生烴潛力，其有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較好，平均為1.41%，巖性主要為硅質(zhì)頁巖相，硅質(zhì)礦物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59.8%，脆性指數(shù)平均為0.61，相對(duì)較高，巖體具有一定的可壓裂性，孔隙度平均為1.50%，有利于頁巖氣富集，可以作為儲(chǔ)集層。LM5—LM7 直接覆蓋在富有機(jī)質(zhì)層段之上，與LM2—LM4 呈整合接觸，巖性為黏土質(zhì)頁巖相，孔隙度平均為0.75%，巖性致密，具有較好的封蓋能力。因WF2—WF3，LM2—LM4 具有高TOC、高脆性、高孔隙度特征，且具有一定的生烴潛力和可壓裂性，LM5—LM7 具有較好的封蓋能力，因此研究區(qū)XY-3 井具有相對(duì)較好的生儲(chǔ)蓋組合（圖7）。

圖6 湘西北XY-3 井五峰組—龍馬溪組頁巖特性綜合分析圖Fig.6 Comprehensive analysis of shale characteristics of Wufeng-Longmaxi Formation in well XY-3 in northwestern Hunan

圖7 湘西北XY-3 井頁巖礦物組成的三端元圖解Ⅰ.硅質(zhì)頁巖相；Ⅱ.混合質(zhì)頁巖相；Ⅲ.灰質(zhì)頁巖相；Ⅳ.黏土質(zhì)頁巖相Fig.7 Mineral composition diagram of shale in well XY-3 in northwestern Hunan

3.2 沉積環(huán)境

湘西北地區(qū)WF2—WF3 筆石帶的w（U）/w（Th）為0.55～1.06，平均為0.81，表明WF2—WF3 沉積于貧氧化環(huán)境，硅質(zhì)含量較高，TOC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為1.46%，巖性為中碳硅質(zhì)頁巖相，并發(fā)育有深水相雙列攀合筆石Dicellograptus tumidus chen、Appendispinograptus venustus等，該類筆石具有叉筆石式、柵筆石式、體積較大、雙枝呈現(xiàn)上斜式或上攀式生長的特征，表明其沉積環(huán)境為相對(duì)較深的貧氧化環(huán)境（圖8）。WF4 筆石帶沉積時(shí)受湘鄂水下高地隆升的影響，水體較淺，發(fā)育淺水相筆石Normalogr ex‐traordinarius為主，碳酸鹽含量增加，硅質(zhì)含量降低，TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.89%，巖性為低碳混合質(zhì)頁巖相。頁巖中w（U）/w（Th）為0.56～1.05，平均為0.72，表明沉積時(shí)水體相對(duì)較淺水，且為氧化環(huán)境（圖9）。

圖8 湘西北XY-3 井五峰組—龍馬溪組U/Th 的氧化還原環(huán)境判別（據(jù)文獻(xiàn)［23］修改）Fig.8 Discrimination of redox environment by U/Th of Wufeng-Longmaxi Formation in well XY-3 in northwestern Hunan

圖9 湘西北XY-3 井五峰組—龍馬溪組縱向演化模式Fig.9 Vertical evolution model of Wufeng-Longmaxi Formation in well XY-3 in northwestern Hunan

LM2—LM4 筆石帶的w（U）/w（Th）為0.68～1.17，平均為0.97，指示LM2—LM4 沉積于貧氧化環(huán)境。巖石中硅質(zhì)含量較高，TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為1.35%，巖性為中碳硅質(zhì)頁巖相，并發(fā)育雙列攀合筆石Akidograptus ascensus、Cystograptus vesiculousus等，筆石枝呈現(xiàn)上攀式生長，胞管排列整齊，反映了沉積水體相對(duì)較深，且為貧氧化環(huán)境。

LM5—LM7 筆石帶的w（U）/w（Th）為0.45～0.64，平均為0.50，表明其沉積環(huán)境為氧化環(huán)境。LM5—LM7 主要以黏土礦物為主，TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.26%，巖性為低碳黏土質(zhì)頁巖相，發(fā)育淺水相單枝筆石Demirastrites decipiens、Rastries leiboensis Ye等，筆石體由雙枝轉(zhuǎn)變單枝，胞管從直筆石式向卷筆石、半耙筆石式、耙筆石式轉(zhuǎn)變［8］，表明沉積水體相對(duì)較淺，且為氧化環(huán)境。

4 勘探意義

上揚(yáng)子地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組—下蘭多維列統(tǒng)龍馬溪組筆石生物地層特征在長寧、華鎣山、巫溪等地區(qū)的研究較為深入。選擇具有代表性的長寧N211 井、華鎣山、巫溪2 井等鉆井，揭露其五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖的有機(jī)質(zhì)豐度、礦物組成、沉積環(huán)境等，并與湘西北地區(qū)的XY-3 井進(jìn)行對(duì)比。XY-3 井五峰組—龍馬溪組發(fā)育WF2—LM7 筆石帶，缺失LM1 筆石帶。有機(jī)質(zhì)相對(duì)富集的層段為WF2—WF3 和LM2—LM4，厚度為17.9 m，巖性以硅質(zhì)頁巖為主，具有高脆性、相對(duì)高孔隙度的特征，沉積于偏氧化環(huán)境，TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為1.41%。

長寧頁巖氣田位于四川盆地南緣，鄰近黔中古陸，區(qū)域內(nèi)五峰組—龍馬溪組黑色頁巖發(fā)育。以典型井N211 井為例，發(fā)育WF1—LM8 筆石帶，其頁巖氣有利富集層段為WF2—LM4，厚度為31.1 m，巖性主要為硅質(zhì)頁巖、炭質(zhì)泥頁巖、粉砂質(zhì)頁巖，其脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于55%，具有高硅-低黏土特征，沉積于深水還原環(huán)境，TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為3.59%［24-26］。華鎣山地區(qū)位于川中低隆起帶東部邊緣，區(qū)域內(nèi)發(fā)育五峰組—龍馬溪組黑色頁巖，發(fā)育筆石帶為WF2—LM9，總厚度為88.5 m，其富有機(jī)質(zhì)層段為WF3—LM7，厚度為18.4 m，巖性以硅質(zhì)頁巖為主，含有部分泥巖，具有高硅-低黏土特征，沉積于深水環(huán)境，TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為4.3%［27］。渝東北巫溪地區(qū)位于四川盆地東北部外緣，臨近外揚(yáng)子海，區(qū)域內(nèi)五峰組—龍馬溪組筆石序列發(fā)育完整且連續(xù)，以巫溪2 井為例，發(fā)育WF2—LM9 筆石帶，總厚度為126 m，其富有機(jī)質(zhì)層段位于WF2—LM9下部，厚度為89.8 m，巖性以硅質(zhì)頁巖為主，脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34.2%～84.9%，平均為66.4%，沉積于深水還原環(huán)境，TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為2.7%［28］。

湘西北地區(qū)XY-3 井的WF2—WF3，LM2—LM4筆石帶作為頁巖氣的有利富集層段，巖性整體上具有高硅-低黏土-較高的TOC 含量等特征，但與長寧地區(qū)N211井、華鎣山、巫溪2 井相比，研究區(qū)XY-3井的WF2—WF3，LM2—LM4 厚度較薄，富有機(jī)質(zhì)層段的頁巖厚度僅為1.2 m。晚奧陶世，研究區(qū)受廣西運(yùn)動(dòng)的影響，湘鄂水下高地發(fā)生隆升，沉積水體變淺，地層出露水面并遭受剝蝕，造成其缺失LM1，使富有機(jī)質(zhì)頁巖沉積厚度變薄。有機(jī)質(zhì)的富集需要水體保持缺氧狀態(tài)，以減少有機(jī)碳的氧化分解［29］，而WF2—WF3，LM2—LM4 沉積于含氧環(huán)境，不利于有機(jī)質(zhì)的保存，導(dǎo)致其TOC 含量偏低。因此，受湘鄂水下高地隆升的影響范圍內(nèi)的五峰組—龍馬溪組頁巖氣勘探存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。湘鄂水下古隆起腹部的隆升最為劇烈，缺失的筆石帶層更多，其周緣缺失的筆石帶相對(duì)較少，如彭頁1井。盡管彭頁1 井緊鄰湘鄂水下古隆起，但其未在古隆起腹部，僅缺失觀音橋?qū)?，具有一定的勘探潛力。綜上所述，在湘西北地區(qū)進(jìn)行頁巖氣勘探時(shí)，可在湘鄂水下古隆起的周緣或邊緣尋找有利目標(biāo)區(qū)。

圖10 長寧N211 井—華鎣山井—湘西北XY3 井—巫溪2 井連井剖面Fig.10 Cross section of well Changning N211-well Huayingshan-well XY-3 in northwestern Huna-well Wuxi 2

5 結(jié)論

（1）通過湘西北地區(qū)XY-3 井筆石帶的生物類型、礦物組成特征研究及其自然伽馬測井曲線特征，將五峰組—龍馬溪組精細(xì)劃分為8 個(gè)筆石帶，分別為WF2，WF3，WF4，LM2—LM3，LM4，LM5，LM6，LM7，受湘鄂水下高地隆升的影響，缺失LM1。

（2）湘西北地區(qū)XY-3 井的WF2—WF3 和LM2—LM4 為中碳硅質(zhì)頁巖相，沉積于貧氧化環(huán)境；WF4為低碳混合質(zhì)頁巖相，沉積于氧化環(huán)境；LM5—LM7 為低碳黏土質(zhì)頁巖相，沉積于氧化環(huán)境。WF2—WF3，LM2—LM4 筆石帶的TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為1.41%，脆性指數(shù)平均為0.61，孔隙度平均為1.5%，具有高TOC-高脆性-高孔隙度的特性，具有一定的生烴潛力和可壓裂性，為頁巖氣勘探的有利層段。

（3）湘西北地區(qū)XY-3 井有利層段WF2—WF3和LM2—LM4 的總厚度為17.9 m，整體厚度與長寧、華鎣山、巫溪等相比均較薄，有機(jī)質(zhì)豐度較低。整體上，湘鄂水下高地腹部范圍內(nèi)的五峰組—龍馬溪組頁巖氣勘探存在一定風(fēng)險(xiǎn)，可在周緣地區(qū)部署井位。