放射蟲硅質(zhì)殼腔體微納米硅質(zhì)—有機質(zhì)聚合體賦存特征、成因及油氣地質(zhì)意義
——以四川盆地五峰—龍馬溪組為例

周曉峰， 郭 偉， 李熙喆， 張曉偉， 梁萍萍， 于均民

( 1. 中國石油大學(xué)(北京) 石油工程學(xué)院，北京 102249； 2. 中國石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249； 3. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083 )

0 引言

四川盆地上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組是中國頁巖氣勘探開發(fā)的主力層系，富生物成因硅質(zhì)頁巖是主產(chǎn)氣儲層，納米有機孔是頁巖儲層的主要儲集空間[1-2]。頁巖的生物成因硅質(zhì)中，放射蟲硅質(zhì)骨骼化石極為豐富，鏡下可以觀察到保存較完整的近圓形放射蟲硅質(zhì)殼，指示海洋深水沉積環(huán)境和豐富的有機質(zhì)保存[3-6]。在高分辨率掃描電鏡下，觀察四川盆地五峰—龍馬溪組頁巖儲層，在放射蟲硅質(zhì)殼腔體內(nèi)發(fā)現(xiàn)交互共生的微米—納米硅質(zhì)聚合體(微納米硅質(zhì)聚合體)和微米—納米有機質(zhì)聚合體(微納米有機質(zhì)聚合體)，微納米硅質(zhì)聚合體以納米硅質(zhì)為主，微納米有機質(zhì)聚合體以微米有機質(zhì)居多，二者交互共生聚合形式有多種，有機質(zhì)發(fā)育豐富的納米孔隙。

巖石中的微納米硅質(zhì)聚合體通常稱為納米硅質(zhì)球粒聚合體。納米硅質(zhì)球粒聚合體實際上是微納米硅質(zhì)聚合體，硅質(zhì)微粒不僅具有球形形貌，還常見長條形、不規(guī)則多邊形等復(fù)雜形貌[7-8]，采用更具內(nèi)涵的“微納米硅質(zhì)聚合體”代替“納米硅質(zhì)球粒聚合體”。微納米硅質(zhì)聚合體主要發(fā)育于礦物顆粒之間[7,9-11]，未見富集于放射蟲硅質(zhì)殼腔體的相關(guān)報道。硅質(zhì)殼為放射蟲的硅質(zhì)骨骼化石，硅質(zhì)殼腔體由放射蟲的腔體(囊體)轉(zhuǎn)化形成[12-14]。硅質(zhì)殼腔體內(nèi)交互共生的微納米硅質(zhì)聚合體(Micro-nano silica aggregate)和微納米有機質(zhì)聚合體(Micro-nano organic matter aggregate)簡稱為MNSA-MNOMA。

以普通薄片的光學(xué)顯微鏡觀察尋找和發(fā)現(xiàn)放射蟲硅質(zhì)殼富集的頁巖紋層，以高分辨率掃描電鏡觀察富放射蟲硅質(zhì)殼頁巖紋層的氬離子拋光片，分析放射蟲硅質(zhì)殼腔體MNSA-MNOMA賦存特征、成因及油氣地質(zhì)意義，為類似頁巖儲層及有機孔研究提供指導(dǎo)。

1 地質(zhì)概況

四川盆地是揚子板塊內(nèi)最富油氣的多旋回疊合沉積盆地之一。奧陶紀(jì)早期，揚子板塊為廣闊的陸表海，以碳酸鹽沉積為主。至晚奧陶世，受廣西運動影響，盆地周緣古陸和隆起抬升，形成“三隆夾一凹”的局限海域深水陸棚沉積體系，產(chǎn)生大面積低能、欠補償及缺氧的沉積環(huán)境，沉積上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組下部約60 m含放射蟲和筆石的黑色頁巖(見圖1)，具備形成頁巖氣的基本地質(zhì)條件[3-6,15-16]。早志留世中晚期，海平面快速下降，深水陸棚轉(zhuǎn)化為淺水陸棚，陸源黏土質(zhì)和碎屑顆粒增加，形成黏土質(zhì)頁巖，構(gòu)成下伏頁巖氣的優(yōu)質(zhì)蓋層[17]。

四川盆地五峰—龍馬溪組經(jīng)歷晚志留世—石炭紀(jì)、晚白堊世—現(xiàn)今的兩次大規(guī)模抬升和二疊紀(jì)—早白堊世的大幅度沉降[18]。晚志留世—石炭紀(jì)構(gòu)造抬升使五峰—龍馬溪組下部黑色頁巖長期處于淺埋藏狀態(tài)，二疊紀(jì)—早白堊世持續(xù)強烈沉降使五峰—龍馬溪組的最大埋深超過6.5 km，有機質(zhì)達到過成熟階段，頁巖氣藏形成。晚白堊世以來多階段隆升過程普遍具有1.0～4.0 km的地表剝蝕厚度，現(xiàn)今五峰—龍馬溪組頁巖氣埋深一般為3.0～5.5 km。

2 樣品選擇與研究方法

2.1 樣品選擇

四川盆地五峰—龍馬溪組發(fā)育黑色富生物硅質(zhì)頁巖，放射蟲硅質(zhì)殼是生物硅質(zhì)的主要賦存方式之一[3-6]。硅質(zhì)殼的粒徑普遍小于150 μm，巖心觀察很難被發(fā)現(xiàn)。多口頁巖氣探井取心段密集采樣，樣品分為兩部分：一部分樣品用于制作普通薄片尋找放射蟲硅質(zhì)殼；另一部分樣品備用制作氬離子拋光片，觀察硅質(zhì)殼腔體內(nèi)MNSA-MNOMA賦存特征。

偏光顯微鏡觀察普通薄片，放射蟲硅質(zhì)殼通常富集成紋層，約為8層/m，厚度普遍不足5 mm；殼體為黑色背景下格外醒目的亮色環(huán)帶，寬度一般為10～25 μm；殼的腔體顯示黑色、黃色和污濁的白色等，直徑分布在40～120 μm之間(見圖2)。確定放射蟲硅質(zhì)殼紋層樣品后，通過放大鏡在備用樣品中圈定硅質(zhì)殼紋層的具體位置(黑色背景下密集的白色小斑點)。

圖2 四川盆地五峰—龍馬溪組放射蟲硅質(zhì)殼紋層典型偏光顯微鏡照片F(xiàn)ig.2 Typical polarizing microscope photographs of radiolarian siliceous shell laminae from Wufeng-Longmaxi Formation in Sichuan Basin

選取4塊典型硅質(zhì)殼紋層樣品制作氬離子拋光片，利用高分辨率掃描電鏡觀察和分析MNSA-MNOMA賦存特征。4塊樣品選自四川盆地南部深層頁巖氣開發(fā)試驗區(qū)，其中2塊樣品取自Z205井五峰組頂部，樣品編號及深度分別為Z205-26、4 103.37 m和Z205-27、4 103.96 m(見圖1(b))；另外2塊樣品取自L205井龍馬溪組底部，樣品編號及深度分別為L205-8、4 031.23 m和L205-9、4 033.40 m(見圖1(c))。偏光顯微鏡觀察普通薄片在中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點實驗室完成，偏光顯微鏡型號：Leica DM 4500。氬離子拋光頁巖樣品和掃描電鏡觀察在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所微納結(jié)構(gòu)和巖心分析實驗室完成，氬離子拋光儀型號：Fischione Model 1060，掃描電鏡型號:Zeiss Crossbeam 550。

2.2 研究方法

采用MAPS(Modular Automated Processing System)掃描技術(shù)，獲取高精度、大視域微觀圖像，研究MNSA-MNOMA賦存特征。將氬離子拋光樣品劃分為一系列規(guī)整網(wǎng)格，對每一網(wǎng)格進行掃描成像，獲得二次電子掃描圖像，對所有網(wǎng)格的圖像進行拼接，得到一幅二維大視域掃描圖像[19]。首先，采用500 nm(放大500倍)較低分辨率快速對整個氬離子拋光片(2 mm×2 mm)進行掃描成像，獲取放射蟲硅質(zhì)殼紋層的掃描圖像數(shù)據(jù)體。然后，選取典型放射蟲硅質(zhì)殼獲取10 nm(放大2.64×104倍)或4 nm(放大6.55×104倍)高分辨率掃描圖像數(shù)據(jù)體。最后，采用離線版圖像編輯器(ATLASTM BROWSER-BASED VIEWER)對不同分辨率圖像數(shù)據(jù)體進行處理，獲取更多、更加具有代表性的圖像，如寬×高為5 mm×5 mm、分辨率為500 nm的圖像數(shù)據(jù)體能夠獲取分辨率為7.5 μm～500 nm的圖像；寬×高為150 μm×130 μm、分辨率為4 nm的圖像數(shù)據(jù)體能夠獲取分辨率為157～4 nm的圖像，不同分辨率的圖像數(shù)據(jù)體能夠獲取MNSA-MNOMA微域的連續(xù)縮放倍數(shù)圖像(見圖3)。

圖3 四川盆地五峰—龍馬溪組放射蟲硅質(zhì)殼紋層典型掃描電鏡照片F(xiàn)ig.3 Typical scanning electron microscope photographs of radiolarian siliceous shell laminae from Wufeng-Longmaxi Formation in Sichuan Basin

氬離子拋光巖面垂直于巖心樣品的層理面。鏡下觀察氬離子拋光巖樣時，以層理面或筆石條帶在視域中顯示水平狀態(tài)作為基本條件，盡管難以確定樣品的頂、底面是否為巖石地下狀態(tài)的頂、底面，但是大致可以保證樣品保持地下巖層的水平狀態(tài)，能夠判斷巖石對上覆地層壓實作用響應(yīng)的微觀信息。

3 MNSA-MNOMA賦存特征

放射蟲硅質(zhì)殼腔體內(nèi)普遍發(fā)育MNSA-MNOMA，交互共生的MNSA和MNOMA呈現(xiàn)此消彼長的現(xiàn)象。若MNSA含量低，則MNOMA含量高，MNSA鑲嵌在連片分布的MNOMA內(nèi)(見圖4)；若MNSA含量高，則MNOMA含量低，MNOMA點綴在MNSA內(nèi)(見圖3(c))。MNOMA發(fā)育納米孔隙，形狀相似，孔徑相近，分布均勻(見圖3-7)。

根據(jù)MNSA和MNOMA的賦存狀態(tài)，可以把MNSA-MNOMA劃分為5種類型，Ⅰ類為MNSA漂浮在MNOMA內(nèi)，Ⅱ類為MNSA均勻混合MNOMA，Ⅲ類為MNOMA漂浮在MNSA內(nèi)，Ⅳ類為MNOMA充填鑲嵌狀MNSA縫隙，Ⅴ類為MNSA-MNOMA弧形帶。通常情況下，Ⅰ～Ⅳ類聚合體可以分別獨自占據(jù)一個硅質(zhì)殼腔體，Ⅴ類聚合體和Ⅰ～Ⅳ類聚合體共處于一個硅質(zhì)殼腔體(見圖4-7)。

在Ⅰ和Ⅴ類聚合體共同出現(xiàn)的硅質(zhì)殼腔體內(nèi)，Ⅴ類聚合體通常將Ⅰ類聚合體分割成數(shù)個更加微小的區(qū)域(見圖4(a)，黃色虛線指示Ⅴ類聚合體)。各個Ⅰ類聚合體微區(qū)中，硅質(zhì)微粒星點狀散落在連片分布的有機質(zhì)內(nèi)，硅質(zhì)微粒普遍小于600 nm，偶爾可見粒徑不足2 μm的微米級顆粒(見圖4(b-e))。Ⅴ類聚合體弧形帶微區(qū)中，多個納米硅質(zhì)微粒首尾連接成微米硅質(zhì)條帶，長度一般不足2 μm，延伸方向大致垂直于弧形帶切線方向，有機質(zhì)也呈條帶狀并與硅質(zhì)條帶平行(見圖4(f))。硅質(zhì)殼頂部有一個約為56.86 μm的缺口，缺口處充填云母蝕變形成的黏土礦物條帶(見圖4(a、g))。緊鄰缺口有556.10 nm～4.10 μm寬度的Ⅰ類聚合體微區(qū)異常帶，具體表現(xiàn)為MNOMA中納米孔隙不發(fā)育(見圖4(g)黃色虛線與缺口共同限定的范圍)，其他微區(qū)MNOMA中普遍發(fā)育納米孔隙(見圖4(e)黃色虛線以下微區(qū)和圖4(b-f))。根據(jù)這種異?，F(xiàn)象推斷，缺口處抗壓實能力弱導(dǎo)致有機質(zhì)中缺乏納米孔隙，其他微區(qū)富有機孔隙歸結(jié)為硅質(zhì)殼具有較強的抗壓實能力。

圖4 Ⅰ和Ⅴ類MNSA-MNOMA典型微觀照片F(xiàn)ig.4 Classic microscopic images of type Ⅰ and type Ⅴ MNSA-MNOMA

Ⅱ類聚合體可與黃鐵礦晶體共處于硅質(zhì)殼腔體(見圖5(a))。微納米硅質(zhì)和有機質(zhì)混合均勻，二者占據(jù)大致等體積的硅質(zhì)殼腔體空間，硅質(zhì)以納米級微粒為主，有機質(zhì)中納米孔豐富(見圖5(b))。黃鐵礦晶體長度為44.5 μm、寬度為33.5 μm，晶形好(五邊形)，晶棱平直，晶面光滑，除局部與硅質(zhì)殼接觸，總體被Ⅱ類聚合體包圍，表明黃鐵礦晶體的形成時間早于Ⅱ類聚合體。

圖5 Ⅱ類MNSA-MNOMA典型微觀照片F(xiàn)ig.5 Classic microscopic images of type Ⅱ MNSA-MNOMA

Ⅲ和Ⅴ類聚合體可以共存在一個硅質(zhì)殼腔體內(nèi)(見圖6(a))。Ⅲ類聚合體發(fā)育區(qū)內(nèi)，硅質(zhì)微粒相互接觸組成“硅質(zhì)網(wǎng)”，有機質(zhì)分布在“網(wǎng)眼”中；小于2 μm的長條狀微米硅質(zhì)較多，延伸方向多變(見圖6(b)紅色虛線)。Ⅴ類聚合體發(fā)育區(qū)內(nèi)，有5個相互平行的弧形帶(見圖6(a、c)黃色虛線)，每個弧形帶主要由2 μm左右的長條狀微米硅質(zhì)組成，微米硅質(zhì)有一定的優(yōu)勢延伸方向，以垂直圓弧切線方向居多(見圖6(a、c)紅色虛線)，各弧形帶之間有機質(zhì)含量增加。

圖6 Ⅲ和Ⅴ類MNSA-MNOMA典型微觀照片F(xiàn)ig.6 Classic microscopic images of type Ⅲ and type Ⅴ MNSA-MNOMA

Ⅳ類聚合體中，MNSA具有鑲嵌結(jié)構(gòu)，單個微粒體難以識別，有機質(zhì)“塞牙縫式”充填硅質(zhì)微粒之間的孔隙(見圖7)。在沒有充填有機質(zhì)的納米孔中，總能看到硅質(zhì)微粒的自由表面呈尖錐狀(見圖7(b)紅色箭頭所指)，預(yù)示硅質(zhì)微粒向石英晶粒發(fā)展。五峰—龍馬溪組曾經(jīng)埋深至6.0 km以下，上覆地層壓力巨大，致密的鑲嵌結(jié)構(gòu)可能與硅質(zhì)微粒的壓溶作用密切相關(guān)，納米孔也可能是壓溶作用的產(chǎn)物。

圖7 Ⅳ類MNSA-MNOMA典型微觀照片F(xiàn)ig.7 Classic microscopic images of type Ⅳ MNSA-MNOMA

4 MNSA-MNOMA賦存成因

4.1 形成時序

放射蟲是浮游微體古生物的一個重要類群，從寒武紀(jì)至今，在海洋環(huán)境中繁盛?，F(xiàn)代放射蟲在生物學(xué)分類上包含多囊蟲類、稀孔蟲類和等輻骨蟲類，其中多囊蟲類的骨骼由硅質(zhì)組成，稀孔蟲類為有機質(zhì)與硅質(zhì)的混合物或碳酸鹽，等輻骨蟲類是以一種與幾丁質(zhì)有關(guān)的特殊有機質(zhì)(硫酸鍶)為組分[13-14]。放射蟲死亡后，能夠沉降到海底并埋藏保存為化石的僅為多囊蟲類，難溶的硅質(zhì)骨骼演化為硅質(zhì)殼，囊內(nèi)的細胞質(zhì)分解后轉(zhuǎn)化為硅質(zhì)殼的體腔。五峰—龍馬溪組硅質(zhì)殼應(yīng)為多囊蟲類放射蟲的硅質(zhì)骨骼石化而來，硅質(zhì)殼腔體為細胞質(zhì)分解后的囊體。這說明MNSA-MNOMA并不是放射蟲的生物組構(gòu)，而是后期進入硅質(zhì)殼腔體內(nèi)的微納米硅質(zhì)和有機質(zhì)。

Ⅰ類聚合體中硅質(zhì)和有機質(zhì)微粒的賦存狀態(tài)表明，有機質(zhì)的形成時間不可能晚于硅質(zhì)微粒的；若有機質(zhì)的形成時間晚于硅質(zhì)微粒的，則硅質(zhì)微粒在重力作用下降落到硅質(zhì)殼腔體底部聚集起來，與硅質(zhì)微粒懸浮在有機質(zhì)中的實際情況不符。Ⅳ類聚合體中硅質(zhì)和有機質(zhì)微粒的賦存狀態(tài)指示，硅質(zhì)微粒的形成時間不可能晚于有機質(zhì)的；若硅質(zhì)微粒的形成時間晚于有機質(zhì)的，則分散有機質(zhì)微粒在重力作用下降落至硅質(zhì)殼底部而形成絮凝狀有機質(zhì)團塊，與有機質(zhì)微粒散落在鑲嵌狀硅質(zhì)中的實際情況不符。由Ⅰ和Ⅳ類MNSA-MNOMA賦存狀態(tài)的分析結(jié)果可知，MNSA和MNOMA同時出現(xiàn)在放射蟲腔體內(nèi)是對這些微觀現(xiàn)象的最合理解釋。

Ⅰ～Ⅳ類聚合體的差異僅能指示不同硅質(zhì)殼腔體內(nèi)微環(huán)境的差異，微環(huán)境中有機質(zhì)含量高形成Ⅰ和Ⅱ類聚合體，硅質(zhì)含量高形成Ⅲ和Ⅳ類聚合體。Ⅴ類聚合體可能是Ⅰ～Ⅳ類聚合體在埋藏成巖過程中發(fā)生差異壓實作用的產(chǎn)物，承載上覆壓力大的區(qū)域，硅質(zhì)微粒發(fā)生旋轉(zhuǎn)或垂直應(yīng)力方向壓溶，長軸調(diào)整至垂直于壓應(yīng)力的方向而達到穩(wěn)定狀態(tài)保持下來，有機質(zhì)發(fā)生塑性變形被擠壓至硅質(zhì)顆粒密集弧形帶的兩側(cè)，體現(xiàn)在Ⅴ類聚合體中長條狀硅質(zhì)微粒的延伸方向垂直于弧形帶切線(見圖4(d)、圖6(c))；承載上覆壓力小的區(qū)域，硅質(zhì)微粒密度小，長條狀硅質(zhì)微粒也無優(yōu)勢排列方位(見圖4(b-c)、圖6(b))。

4.2 形成時間

放射蟲是生活在海洋表層的浮游生物，從死亡至保存為目前的硅質(zhì)殼大致經(jīng)歷5個成巖階段，依次為水柱中沉降—成巖階段、同生成巖階段、埋藏早期成巖階段、埋藏中期成巖階段和埋藏晚期成巖階段。同生成巖階段是指沉積物沉降至水底到與海水隔絕階段，經(jīng)典成巖現(xiàn)象為富有機質(zhì)沉積物中莓狀黃鐵礦大量出現(xiàn)[20-22]。埋藏早期成巖階段是指同生成巖階段之后、有機質(zhì)生油之前，顯著成巖特征為壓實作用。埋藏中期和晚期成巖階段的時間分別對應(yīng)頁巖油生成階段和頁巖氣生成階段。

硅質(zhì)殼缺口處黏土礦物化云母碎屑未能進入硅質(zhì)殼腔體，說明MNSA-MNOMA的形成時間早于埋藏早期成巖階段的壓實作用過程。MNSA-MNOMA早于壓實作用充填硅質(zhì)殼腔體，增加硅質(zhì)殼的抗壓實強度，硅質(zhì)殼才能在后來的壓實過程中不被壓垮和破碎。

硅質(zhì)殼腔體內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)莓狀黃鐵礦，可以解釋為同生成巖階段之前MNSA-MNOMA已經(jīng)完全占據(jù)硅質(zhì)殼腔體。同生成巖階段為適宜莓狀黃鐵礦沉淀時期，硅質(zhì)殼之外的空間沉淀大量莓狀黃鐵礦，硅質(zhì)殼腔體全部充填MNSA-MNOMA而不能為莓狀黃鐵礦沉淀提供空間，因此無法沉淀莓狀黃鐵礦。

Ⅰ～Ⅳ類聚合體形成的成巖階段為水柱中沉降—成巖階段，可以解釋鏡下觀察的各種微觀現(xiàn)象，放射蟲硅質(zhì)殼腔體內(nèi)形成各類MNSA-MNOMA，同生成巖階段MNSA-MNOMA阻止莓狀黃鐵礦在硅質(zhì)殼腔體內(nèi)沉淀，埋藏早期成巖階段MNSA-MNOMA抵抗云母、碳酸鹽礦物等從硅質(zhì)殼缺口處進入腔體。

4.3 物質(zhì)來源

深水頁巖中微納米硅質(zhì)可能有3個物質(zhì)來源：生物硅的溶解、微生物(細菌)活動、黏土礦物轉(zhuǎn)化，微納米硅質(zhì)聚合體有機質(zhì)可能來自微生物活動[7-14]。

硅藻、放射蟲、海綿骨針具有硅質(zhì)殼(骨骼)，是海水中的潛在硅源。在礦物學(xué)上，這些生物的硅質(zhì)骨骼稱為蛋白石A，是由膠態(tài)SiO2、硅石和少量水組成的非晶質(zhì)礦物[12-14]。活體生物的硅質(zhì)骨骼外部包裹有機膜，有效降低蛋白石A在海水中的溶解度。生物死亡后，有機膜在幾天內(nèi)分解[23]，硅質(zhì)殼裸露在海水中，溶解速率增加[24]。生物硅的溶解性能與海水溫度密切相關(guān)，溶解速率隨水溫上升而急劇上升，溶解度可從3 ℃時800～1 000 μM Si增加至23 ℃時1 500～1 700 μM Si[25-26]。生物硅的溶解性能還與環(huán)境壓力、硅酸鹽濃度、生物硅基質(zhì)中痕量元素，以及生物硅比表面積有關(guān)。表層海水中產(chǎn)出的生物蛋白石的50%～60%可以在100 m水深內(nèi)溶解，生物硅在沉降過程中發(fā)生的最顯著變化是溶解[27]。晚奧陶世五峰組沉積期—早志留世龍馬溪組沉積期，四川盆地位于赤道附近[28]，海水溫度高，水深約為200 m[29]，有利條件促進生物硅質(zhì)溶解并為MNSA-MNOMA提供硅源。

微生物(細菌)活動為微納米硅質(zhì)沉淀提供物質(zhì)來源的研究成果較多，研究對象除南阿曼鹽盆地前寒武紀(jì)晚期—早寒武世深海沉積的“無機”硅質(zhì)巖外，鮮有文獻提及微生物對顯生宙深海沉積的富有機質(zhì)巖石的影響[7]。下寒武統(tǒng)硅質(zhì)巖的形成時間早于放射蟲的出現(xiàn)時間，前寒武紀(jì)晚期—早寒武世的深海沉積微納米硅質(zhì)是微生物活動的結(jié)果；在早寒武世晚期的頁巖中發(fā)現(xiàn)放射蟲和海綿骨針，富含蛋白石A的微體古生物為硅質(zhì)沉淀提供一個明顯的硅源。STOLPER D A等[30]認為，南阿曼鹽盆地古老硅質(zhì)巖中的微納米硅質(zhì)和有機質(zhì)起源于海水，微生物與微納米硅質(zhì)共生共存。這預(yù)示細菌活動可能為四川盆地五峰—龍馬溪組MNSA-MNOMA提供主要物質(zhì)來源。

蒙皂石向伊利石轉(zhuǎn)化釋放硅質(zhì)是第三個硅源，主要發(fā)生在地層埋深大于2.0 km、溫度超過60 ℃的埋藏中期成巖階段[31-32]。研究區(qū)MNSA-MNOMA的形成時間為水柱中沉降—成巖階段，早于蒙皂石伊利石化釋放硅質(zhì)的成巖時間，可以忽略蒙皂石伊利石化給MNSA-MNOMA的形成提供硅質(zhì)源。

生物硅溶解和微生物(細菌)活動是微納米硅質(zhì)的物質(zhì)來源，但微生物活動是MNOMA的唯一物質(zhì)來源。研究區(qū)頁巖中放射蟲硅質(zhì)殼腔體內(nèi)MNSA-MNOMA的主要物質(zhì)來源于微生物(細菌)活動，生物硅的溶解提供部分硅源。

MNSA-MNOMA通過微生物(細菌)活動普遍出現(xiàn)在從海水表層向海底降落的放射蟲硅質(zhì)殼腔體內(nèi)，在硅質(zhì)殼外的海水中沒有形成MNSA-MNOMA，是由硅質(zhì)殼腔體的內(nèi)外環(huán)境差異引起的。硅質(zhì)殼腔體可以看作相對封閉系統(tǒng)，水體清潔為微生物繁盛提供適宜的環(huán)境，有利于MNSA-MNOMA沉淀和聚集。硅質(zhì)殼腔體外的海水中，陸源黏土礦物含量較高[33]，抑制微生物活動和/或提高硅質(zhì)沉淀的濃度，導(dǎo)致缺乏MNSA-MNOMA，進而在頁巖粒間孔隙中難以觀察到MNSA-MNOMA。即使是很低的黏土礦物含量，也能極大延緩蛋白石微粒的形成[34]。硅質(zhì)沉積物中，在黏土含量極低的條件下可以見到豐富的微納米硅質(zhì)[35-36]。

5 油氣地質(zhì)意義

5.1 有機孔歸屬

有機質(zhì)內(nèi)的蜂窩狀納米孔隙是頁巖油氣的重要儲集空間，是干酪根孔(原地有機質(zhì)孔)還是石油固體瀝青化或焦瀝青化孔(遷移有機質(zhì)孔)存在分歧，分析放射蟲硅質(zhì)殼腔體內(nèi)MNSA-MNOMA成因，可以解決有機孔的歸屬問題。

LOUCKS R G等[37]利用掃描電鏡觀察氬離子拋光頁巖的有機孔產(chǎn)狀，有機孔發(fā)育于有機質(zhì)成熟度達到成熟—過成熟階段的干酪根內(nèi)部，未成熟有機質(zhì)內(nèi)部缺乏孔隙，有機孔是干酪根熱降解形成油氣的伴生產(chǎn)物。BERNARD S等[38]利用同步掃描透射X線顯微鏡，結(jié)合氬離子拋光技術(shù)進行頁巖孔隙研究，認為有機孔是石油熱裂解的產(chǎn)物，分布于石油固體瀝青化或焦瀝青化微粒，干酪根中孔隙少見，有機孔發(fā)育在遷移有機質(zhì)中。根據(jù)有機質(zhì)的賦存特征及與其他礦物的接觸關(guān)系，LOUCKS R G等[39]將有機質(zhì)劃分為原地有機質(zhì)和遷移有機質(zhì)，認為有機孔發(fā)育于遷移有機質(zhì)內(nèi)部。關(guān)于四川盆地五峰—龍馬溪組頁巖有機孔的歸屬認識也存在分歧，采用有機質(zhì)熱模擬方法研究頁巖油氣的成果資料傾向于有機孔為干酪根孔[40-41]，采用氬離子拋光和掃描電鏡方法研究頁巖巖石學(xué)特征的成果資料，傾向于有機孔為石油固體瀝青化或焦瀝青化微粒內(nèi)孔[42-43]。

根據(jù)放射蟲硅質(zhì)殼腔體內(nèi)MNSA-MNOMA賦存狀態(tài)特征及成因，微納米硅質(zhì)和有機質(zhì)形成于硅質(zhì)殼從海水表層沉降至海底的過程，有機質(zhì)來源于微生物活動，MNOMA是原地有機質(zhì)聚合體，有機孔屬于干酪根孔。

5.2 成巖作用研究

LOUCKS R G等[37,39]建立頁巖儲層成巖作用序列的概念模型，將頁巖儲層的成巖階段劃分為同生成巖階段、埋藏早期成巖階段、埋藏中期成巖階段、埋藏晚期成巖階段。同生成巖階段，原始沉積碎屑顆粒之間孔隙發(fā)育，生物硅質(zhì)殼腔體內(nèi)無填隙物，莓狀黃鐵礦大量沉淀。埋藏早期成巖階段，壓實作用強，原始粒間孔隙的體積劇烈減小和數(shù)量驟然減少，生物硅質(zhì)殼腔體部分充填自生礦物。埋藏中期成巖階段，石油充填原始粒間孔隙和生物硅質(zhì)殼腔體內(nèi)孔隙并形成有機孔。埋藏晚期成巖階段，石油裂解為天然氣并生成有機孔。因此，四川盆地五峰—龍馬溪組放射蟲硅質(zhì)殼腔體內(nèi)的MNSA形成于埋藏早期成巖階段，MNOMA是埋藏中期成巖階段進入MNSA內(nèi)的石油，在埋藏晚期成巖階段固體瀝青化和焦瀝青化的伴生產(chǎn)物，MNOMA的納米孔隙是遷移有機質(zhì)孔。

王秀平等[44]將四川盆地及鄰區(qū)五峰—龍馬溪組頁巖儲層成巖作用階段劃分為同生成巖階段、埋藏早期成巖階段、埋藏中期成巖階段、埋藏晚期成巖階段；趙迪斐等[45]將成巖作用階段劃分為埋藏早期成巖階段、埋藏中期成巖階段、埋藏晚期成巖階段。無論是四分還是三分成巖階段強調(diào)成巖作用對孔隙發(fā)育的影響，指出壓實和膠結(jié)作用是破壞性成巖作用，溶蝕作用是建設(shè)性成巖作用，沒有采用典型巖石學(xué)特征開展成巖作用序列研究。

成巖作用序列研究是開展儲層孔隙類型、微觀孔隙結(jié)構(gòu)演化研究的前提條件。對于頁巖油氣，更加客觀的成巖作用序列能夠確定有機孔是原地有機質(zhì)孔還是遷移有機質(zhì)孔，有機孔歸屬不同，油氣勘探方向存在差異，有機孔為原地有機質(zhì)孔的勘探方向是尋找原生有機質(zhì)發(fā)育的頁巖，有機孔為遷移有機質(zhì)孔的勘探方向是發(fā)現(xiàn)原生粒間孔發(fā)育的頁巖。頁巖成巖作用序列研究[37-39,44-45]缺乏典型巖石學(xué)證據(jù)作為第一手資料，導(dǎo)致有機孔歸屬多解性，進而影響油氣勘探效果。

考慮放射蟲硅質(zhì)殼腔體MNSA-MNOMA典型賦存特征，應(yīng)將巖石學(xué)證據(jù)作為研究頁巖儲層的第一手資料，挖掘巖石學(xué)特征蘊含的成巖信息，同時關(guān)注水柱中沉降—成巖階段。以往認為埋藏早期成巖階段硅質(zhì)殼腔體內(nèi)才開始部分填充自生礦物[3,16]，導(dǎo)致成巖作用序列劃分產(chǎn)生分歧：

(1)同生成巖階段，大量沉淀在粒間孔隙中的莓狀黃鐵礦沒有出現(xiàn)在硅質(zhì)殼腔體內(nèi)，甚至是殘缺不全硅質(zhì)殼體腔內(nèi)；

(2)局部殘缺不全硅質(zhì)殼的體腔和海水是連通的，沒有陸源石英、長石、云母及黏土礦物沉淀其中；

(3)硅質(zhì)殼沒有在上覆地層壓力下破碎；

(4)局部殘缺不全硅質(zhì)殼體腔內(nèi)沒有擠入泥質(zhì)沉積物。

如果MNSA-MNOMA形成于硅質(zhì)殼水柱中沉降—成巖階段可以解釋分歧，MNSA-MNOMA早已全充填放射蟲硅質(zhì)殼腔體，不再有陸源碎屑、莓狀黃鐵礦沉淀及泥質(zhì)沉積物進入的空間，尤其是MNSA的支撐增強硅質(zhì)殼抵抗上覆地層壓力。

6 結(jié)論

(1)四川盆地五峰—龍馬溪組放射蟲硅質(zhì)殼富集成紋層，硅質(zhì)殼腔體內(nèi)發(fā)育5種類型(Ⅰ～Ⅴ類)交互共生的MNSA-MNOMA，MNOMA有豐富的納米孔。

(2)放射蟲硅質(zhì)殼腔體內(nèi)MNSA-MNOMA同生共存，形成時間為水柱中沉降—成巖階段，所需硅質(zhì)和有機質(zhì)主要由微生物供給，生物硅溶解貢獻部分硅源；Ⅰ～Ⅳ類MNSA-MNOMA賦存狀態(tài)指示不同硅質(zhì)殼腔體內(nèi)微環(huán)境差異，Ⅴ類MNSA-MNOMA是Ⅰ～Ⅳ類MNSA-MNOMA經(jīng)歷差異壓實作用的產(chǎn)物。

(3)MNSA-MNOMA賦存狀態(tài)的典型圖像是研究賦存成因及有機孔歸屬的基礎(chǔ)，應(yīng)將典型巖石學(xué)特征作為研究頁巖儲層的第一手資料，重視沉積物在水柱中沉降—成巖階段的變化。