層序格架下構造—沉積分異對頁巖氣儲層特征的控制

摘 要 為明確層序格架下不同構造—沉積分異格局內(nèi)筇竹寺組富有機質(zhì)頁巖展布特征和頁巖氣儲層差異特征。基于T-R層序模型劃分筇竹寺組層序并建立層序地層格架，在層序格架約束下，對筇竹寺組巖心、測井、地球化學及孔隙結構資料進行分析。研究表明，筇竹寺組可識別及劃分出4個層序界面與3個三級層序，各層序厚度表現(xiàn)為從綿陽—長寧裂陷的裂陷中心向裂陷外緣逐漸減薄，其中SQ2-RST的厚度在JS1—JY2地區(qū)大幅減薄，SQ3厚度減薄范圍擴展至Z4—JS1一線。明確了層序格架內(nèi)不同構造—沉積分異格局下筇竹寺組頁巖氣儲層特征：TOC含量表現(xiàn)為TST大于RST，裂陷中心大于過渡帶大于裂陷外緣；礦物含量表現(xiàn)為SQ1和SQ2以長石和石英為主，而SQ3以黏土和石英為主，過渡帶的石英和黃鐵礦含量高于裂陷外緣；孔隙度表現(xiàn)為過渡帶大于裂陷外緣，SQ1低于SQ3和SQ2，且SQ1有機質(zhì)孔發(fā)育較差。綿陽—長寧裂陷的構造—沉積分異作用控制了筇竹寺組沉積時期的地形地貌和水體深度，導致不同層序和構造—沉積分異格局下沉積水體的氧化還原條件、古生產(chǎn)力水平、自生礦物形成環(huán)境以及底板封閉性存在差異，并進一步影響了有機質(zhì)的富集、礦物組分含量和孔隙發(fā)育特征。

關鍵詞 筇竹寺組；頁巖氣；層序地層；構造—沉積分異；儲層特征

第一作者簡介 劉瑞崟，男，1991年出生，博士研究生，非常規(guī)油氣地質(zhì)學，E-mail： jacoblry@outlook.com

通信作者 周文，男，教授，博士生導師，E-mail： zhouw62@cdut.edu.cn；徐浩，男，副研究員，碩士生導師，E-mail： xuhao19@cdut.edu.cn

中圖分類號 P618.13 文獻標志碼 A

0 引言

2009年以來，我國成功建立了威遠、長寧及焦石壩等一批商業(yè)化頁巖氣田，同時頁巖氣的勘探開發(fā)理論也取得了長足進步[1?2]。近年來，“雙碳”目標的提出使頁巖氣的需求不斷上升，也對當下頁巖氣的勘探開發(fā)提出了新的挑戰(zhàn)。四川盆地筇竹寺組分布面積廣且生烴潛力大，是頁巖氣勘探開發(fā)的重要后備層系[3]。因此，加快筇竹寺組的頁巖氣勘探開發(fā)，不僅助力“雙碳”目標的實現(xiàn)，還對天然氣增儲上產(chǎn)和保障國家能源安全有重大意義[4]。

近年來，構造—沉積分異的內(nèi)涵、原理以及地質(zhì)意義獲得了更為深入的闡述，例如，劉樹根等[5]認為構造—沉積分異是穩(wěn)定克拉通盆地內(nèi)部在受周緣或深層構造活動影響下，發(fā)生差異隆升/沉降，形成隆凹（坳）相間格局，致使地形和地貌發(fā)生分異，造成巖相、沉積相和沉積厚度等在盆地內(nèi)部發(fā)生分異。何登發(fā)等[6]將構造—沉積分異定義為由構造應力、熱力、重力、地幔動力等因素引起地表地形差異，從而導致沉積物源、搬運體系與沉積作用變化的過程，即構造因素與深部地質(zhì)過程引起了源—匯系統(tǒng)、沉積物分配與堆積的系統(tǒng)變化。盡管構造—沉積分異的定義有所差異，但學者們對構造分異影響沉積分異并進一步控制了油氣資源的分布達成了共識[5?8]。在綿陽—長寧裂陷不同構造—沉積分異格局中已部署了多口筇竹寺組頁巖氣鉆井，對筇竹寺組的巖石學、礦物學、無機與有機地球化學以及儲層物性和孔隙結構特征有了一定的認識[9?14]。然而，不同構造—沉積分異格局的筇竹寺組頁巖氣開發(fā)效果存在明顯差異，如在綿陽—長寧裂陷外緣的A1井筇竹寺組的測試產(chǎn)氣量為2.88×104 m3；裂陷過渡帶W201井直井壓裂測試產(chǎn)量為1.08×104 m3，而相鄰的W207井日產(chǎn)氣量為0.2×104 m3[10，15]。此外，盡管研究者們認識到綿陽—長寧裂陷控制了筇竹寺組富有機質(zhì)頁巖的發(fā)育[16?18]，但由于筇竹寺組富有機質(zhì)頁巖厚度相對偏薄且縱向上具有多層疊置的特征[10?11]，導致不同構造—沉積分異格局下富有機質(zhì)頁巖的發(fā)育與展布特征仍不夠明晰，且頁巖氣儲層特征及其影響因素仍不完全明確，制約了筇竹寺組富有機質(zhì)頁巖“甜點段”的勘探與開發(fā)。

運用層序模型劃分層序并建立層序地層格架是地層對比的有效工具[19]，有助于分析沉積體系特征及明確優(yōu)質(zhì)頁巖展布規(guī)律[20?21]。然而，富有機質(zhì)頁巖的沉積水體深度較大，沉積物粒徑小，宏觀均質(zhì)性較好，導致其層序地層學的研究深度不夠，存在沉積物對海平面變化響應弱，體系域標志不發(fā)育，層序界面識別困難等問題[21?22]。T-R層序模型以最大海退面為層序邊界并以最大海泛面劃分海侵體系域和海退體系域[23]，最大海退面和最大海泛面易在巖心、測井上識別，從而克服層序界面識別困難的問題，有利于層序?qū)Ρ萚24]。已有學者對筇竹寺組的層序地層學進行了研究[22，25?26]，但對關鍵層序界面的識別及層序劃分上仍存在爭議，制約了筇竹寺組頁巖氣地質(zhì)“甜點區(qū)”的評價。

本文對四川盆地西南部筇竹寺組巖心、測井資料、無機與有機地球化學數(shù)據(jù)以及物性和孔隙結構資料進行分析，運用T-R層序模型識別關鍵層序界面并劃分層序和建立層序地層格架。在層序格架約束下，研究不同構造—沉積分異格局下各層序特征和頁巖氣儲層特征及其影響因素，以期為筇竹寺組頁巖氣的勘探開發(fā)提供參考和幫助。

1 地質(zhì)概況

四川盆地是多旋回構造運動影響下形成的大型疊合盆地，經(jīng)歷了震旦紀—中三疊世海相沉積和晚三疊世以來的陸相沉積演化階段[27]。晚震旦世—早寒武世，受羅迪尼亞超大陸裂解和岡瓦納大陸聚合的影響，四川盆地處于拉張為主，弱擠壓為輔構造地質(zhì)背景[28?29]。同時，在隆升為主的桐灣運動和裂陷為主的興凱地裂運動的共同作用下四川盆地形成了隆凹相間的構造格局，并在綿陽—長寧一線發(fā)育近南北向的大型裂陷區(qū)[7，30]。該裂陷具有“北深南淺，東陡西緩”的特征，裂陷內(nèi)部發(fā)育北西向張性斷層，寒武系底界斷距在300～400 m，除邊界斷層外多數(shù)斷層消失于龍王廟組[31]。受裂陷構造—沉積分異的影響，下寒武統(tǒng)地層的沉積厚度和沉積相在裂陷中心與裂陷外緣具有明顯的分異特征。麥地坪組在裂陷區(qū)發(fā)育斜坡— 盆地相，厚度介于100～200 m，而在裂陷外發(fā)育碳酸鹽臺地相，厚度常小于50 m[31]。筇竹寺組的沉積相展布呈帶狀分布（圖1），裂陷中心地區(qū)以碳泥質(zhì)深水陸棚為主，厚400～800 m，向裂陷外緣逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樯澳噘|(zhì)淺水陸棚與泥質(zhì)淺水陸棚，厚為100～300 m[8，32]。為明確構造—沉積分異對筇竹寺組頁巖氣儲層特征的影響，選取綿陽—長寧裂陷中段及其西側(cè)的典型井開展研究，其中GS17井和ZY1井位于裂陷中心，Z4、Z3、W201和W207井位于裂陷過渡帶，JY1、JY2和JS1井位于裂陷外緣（圖1）。

2 層序界面及層序特征

以T-R層序地層模型為基礎[23]，在筇竹寺組中識別出3個三級層序和4個三級層序界面（圖2），并結合筇竹寺組巖心（圖3）[34?35]、薄片（圖4）[35?36]、測井曲線及地球化學特征，闡述筇竹寺組各層序界面、體系域及其沉積特征。

2.1 層序界面特征

層序界面SB1具有不整合面和巖性轉(zhuǎn)換面的雙重特征。四川盆地在晚震旦世—早寒武世受桐灣運動影響發(fā)育區(qū)域性不整合面，導致筇竹寺組不整合于麥地坪組或燈影組之上。該不整合面上下地層的巖性由白云巖、含磷質(zhì)白云巖、含磷質(zhì)硅質(zhì)巖變?yōu)楹谏挥袡C質(zhì)頁巖[37?38]。層序界面SB1處的總有機碳（TOC）、U/Th及自然伽馬（GR）曲線均呈突變特征，W207的U/Th在SB1處由0.9快速上升至41.4，指示沉積水體的氧化還原條件由氧化環(huán)境快速轉(zhuǎn)變?nèi)毖醐h(huán)境。層序界面SB2表現(xiàn)為巖性巖相轉(zhuǎn)換面。SB2的巖性由灰色粉砂巖轉(zhuǎn)變?yōu)樯罨疑凵百|(zhì)頁巖（圖3a）；GR曲線由低值（70 API）突變成高值（211 API），U/Th由0.2升高至1.3，指示氧化還原條件由氧化環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)樨氀醐h(huán)境，同時也反映出海平面變化由海退向海侵的轉(zhuǎn)變特征。層序界面SB3同樣表現(xiàn)為巖性巖相轉(zhuǎn)換面。SB3在巖性上表現(xiàn)為從互層狀的深灰色含泥質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖與灰色粉砂質(zhì)頁巖轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏搸r（圖3b）；GR曲線由低值（87 API）小幅上升至高值（127 API），U/Th由0.3升高至1.2。

2.2 層序特征

層序SQ1海侵體系域和海退體系域呈非對稱型，具有快速海侵且持續(xù)海退的特點。SQ1-TST主要為深水陸棚相中沉積的深灰、黑色頁巖。U/Th、Babio、TOC及GR曲線均呈高值，反映沉積水體具有高古生產(chǎn)力和缺氧條件的特點。SQ1-RST為半深水陸棚和淺水陸棚沉積。巖性由下至上從黑色頁巖向深灰色砂質(zhì)頁巖和灰色粉砂巖轉(zhuǎn)變，巖石顆粒由細變粗反應出水體深度降低與反應水動力條件增強（圖4a，b）。同時，可見橢圓形含鈣質(zhì)結核與深灰色圍巖突變接觸，結核邊緣發(fā)育黃鐵礦團塊（圖3c）。筇竹寺組早期的結核主要為深水相同生結核，是沉積物在成巖早期還原菌降解有機質(zhì)而形成，是對構造活動的重要沉積響應[39]。此外，在SQ1-RST中觀察到不完整的鮑馬序列，在SQ1-RST下部為鮑馬序列AB段，向上觀察到CE段（圖3d）。指示W(wǎng)207井SQ1-RST沉積時期古地貌存在一定坡度，早期坡度較大濁流流速大，后期坡度緩濁流流速低。此外，U/Th、Babio、TOC及GR曲線均呈階梯式減小，表明沉積水體的古生產(chǎn)力降低且氧化還原條件由缺氧向貧氧條件轉(zhuǎn)變。

層序SQ2海侵體系域和海退體系域呈對稱型，具有持續(xù)海侵與海退的特點。SQ2-TST的沉積相由砂泥質(zhì)半深水陸棚向碳泥質(zhì)深水陸棚轉(zhuǎn)變，巖性由深灰色粉砂質(zhì)頁巖過渡為黑色頁巖（圖4c，d）。Babio、U/Th、TOC及GR曲線由低值持續(xù)上升至高值（TOC和GR最大值分別為3.93%和341 API），反映沉積水體的古生產(chǎn)力提高，氧化還原條件從貧氧—氧化向缺氧轉(zhuǎn)變。在SQ2-RST中，巖性由黑色頁巖變化為灰色粉砂質(zhì)頁巖與薄層深灰色含泥質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖互層，鏡下薄片可見明暗相間的條帶互層（圖4e）。同時，可見黃鐵礦交代的開腔骨骨片化石（圖3d），開腔骨類在淺海環(huán)境以底棲固著方式生活，依靠頂口從水體中吸納營養(yǎng)物質(zhì)[40]，暗示沉積水體在此時期相對較淺。此外，U/Th、TOC及GR曲線均呈降低趨勢并保持低值至SB3。

層序SQ3 海侵體系域和海退體系域呈非對稱型，表現(xiàn)為快速海侵與持續(xù)海退的特點。從SQ3-TST至SQ3-RST，沉積相由深水陸棚快速轉(zhuǎn)變?yōu)榘肷钏懪锊⑾驕\水陸棚相轉(zhuǎn)變。U/Th、TOC及GR曲線均快速增大后持續(xù)降低。陸源輸入指標Zr和Babio在SQ3-TST和RST早期呈增大趨勢，并且可在巖石斷面中觀察到大量生物碎屑（圖3f），暗示陸源輸入為高生產(chǎn)力提供了積極幫助。

2.3 層序格架特征

在單井層序界面識別與劃分的基礎上，分析不同構造沉積格局中巖性、測井及地球化學差異特征，編制研究區(qū)內(nèi)的連井剖面，建立了四川盆地西南部筇竹寺組層序地層格架（圖5，6）?？傮w而言，筇竹寺組均發(fā)育3個三級層序，各層序的海侵體系域和海退體系域在研究區(qū)內(nèi)可對比，但受構造—沉積分異的影響，裂陷中心、過渡帶及裂陷外緣的層序特征有明顯差異。

層序SQ1的厚度介于81～218 m，裂陷中心厚度介于130～218 m，過渡帶厚度介于81～136 m，裂陷外緣厚度介于114～144 m，表現(xiàn)出從裂陷外緣至裂陷中心厚度變大的特征。同時，SQ1-TST厚度小而SQ1-RST厚度大，呈非對稱式發(fā)育，反應快速的海侵和持續(xù)海退的過程。從裂陷中心至裂陷過渡帶和外緣，SQ1-TST的厚度減小而SQ1-RST的厚度增大，指示裂陷中心海侵徹底且水深較大。SQ1-RST在巖性上由裂陷過渡帶的深灰色砂質(zhì)頁巖和灰色粉砂巖（圖3d、圖4b）向裂陷外緣轉(zhuǎn)變?yōu)槟噘|(zhì)粉砂巖與鈣質(zhì)粉砂巖互層（圖3g、圖4g）。層序SQ2厚度介于118～275 m，其沉積厚度在裂陷槽中心厚度大（ZY1 井厚度275 m），而裂陷槽外緣變薄（JY1井厚度為118 m）。在裂陷中心與裂陷過渡帶，SQ2-TST與SQ2-RST大致呈對稱發(fā)育，指示沉積水體深度逐漸加深和減退的變化過程。值得注意的是，裂陷外緣JY1、JY2和JS1井的SQ2-TST 和SQ2-RST 呈非對稱式發(fā)育，并且SQ2-RST的厚度有較為明顯的減?。▓D5，6），指示該時期裂陷外緣的沉積可容納空間相對較小。過渡帶和裂陷外緣SQ2-RST的巖性均表現(xiàn)出明顯的巖性互層特征（圖3h、圖4h）。層序SQ3厚度介于83～245 m（圖5，6），SQ3-TST的厚度薄，而SQ3-RST厚度大，呈非對稱式發(fā)育。厚度在平面上表現(xiàn)為Z4井—JS1井一線厚度薄，介于80～100 m，而在其東南方向的ZY1井—W201 井一線厚度較厚，厚度介于172～245 m。巖性上SQ3-TST在不同沉積分異格局中均呈現(xiàn)出泥質(zhì)含量高的特征（圖3i、圖4i）。

3 筇竹寺組頁巖氣儲層差異特征

3.1 有機質(zhì)差異特征

四川盆地西南部筇竹寺組TOC含量介于0.11%～5.53%，平均為1.15%。橫向上，裂陷外緣TOC含量介于0.11%～2.1%，平均為0.44%；過渡帶TOC含量介于0.14%～5.53%，平均為1.56%；裂陷中心TOC 含量介于0.13%～5.21%，平均為1.97%；TOC 含量表現(xiàn)出從裂陷中心至過渡區(qū)及裂陷外緣依次降低的特征?？v向上，層序SQ1的TOC含量介于0.14%～5.53%，平均為1.38%；SQ2 的TOC 含量介于0.12%～4.64%，平均為1.03%；SQ3 的TOC 含量介于0.11%～4.37%，平均為0.74%；表現(xiàn)出從SQ1至SQ3層序TOC含量降低的變化規(guī)律。圖7進一步詳細展示了不同體系域和構造—沉積分異格局下筇竹寺組TOC含量的差異特征，主要表現(xiàn)為各層序RST低于TST；裂陷外緣低于過渡帶和裂陷中心。

3.2 礦物組分差異特征

筇竹寺組的礦物組分以石英、黏土礦物和長石為主，平均含量分別為34.4%、26.6%和24.1%。碳酸鹽礦物和黃鐵礦含量相對較低，平均含量分別為10.9%和4.1%。在層序SQ1和SQ2中，筇竹寺組各礦物組分的含量相似，以石英和長石含量較高為主要特征；而在SQ3-RST早期，裂陷外緣和過渡帶筇竹寺組的礦物組分顯示出突變特征，表現(xiàn)為黏土礦物含量明顯增大，石英和長石含量減?。▓D8）。橫向上，過渡帶地區(qū)與裂陷外緣的長石含量無明顯差異，但過渡帶地區(qū)的石英與黃鐵礦含量相對更高，而黏土礦物相對更低（圖8）。

3.3 孔隙差異特征

筇竹寺組孔隙度介于0.53%～5.03%，平均為2.52%（圖9）。筇竹寺組頁巖孔隙度具有以下特征：（1）過渡帶的孔隙度高于裂陷外緣，W207井筇竹寺組的平均孔隙度比A3井高1.05%；（2）裂陷外緣和過渡帶SQ2-TST的孔隙度均較高，SQ2-TST的孔隙度相比其他體系域高0.54%～2.02%。值得注意的是，盡管SQ1具有相對較高的TOC含量（圖7），但裂陷外緣與過渡帶均表現(xiàn)出低孔隙度的特征（圖9）。

四川盆地西南部筇竹寺組的孔隙類型多樣，粒內(nèi)孔、粒間孔和有機質(zhì)孔均有發(fā)育。粒內(nèi)孔主要分布于長石、石英、碳酸鹽礦物及黏土礦物層間（圖10a，b，e），形態(tài)多呈不規(guī)則多邊形。部分長石粒內(nèi)孔可見有機質(zhì)、黏土或黃鐵礦充填（圖10e）。粒間孔常發(fā)育在石英、長石或碳酸鹽礦物的邊緣，形態(tài)多為不規(guī)則多邊形（圖10d，g）。有機質(zhì)孔主要發(fā)育在有機質(zhì)—黏土復合體（圖10a～c）、有機質(zhì)—磷灰石復合體（圖10d）、有機質(zhì)—金紅石復合體（圖10f）中，此外也可在黃鐵礦晶粒間有機質(zhì)、粒間有機質(zhì)以及條帶狀有機質(zhì)中觀察到有機質(zhì)孔。有機質(zhì)孔形態(tài)呈橢圓形、不規(guī)則多邊形及狹縫形。值得注意的是，有機質(zhì)孔在受到剛性顆粒支撐保護的有機質(zhì)或有機質(zhì)—礦物復合體中更為發(fā)育（圖10b，c，f），而在缺乏支撐保護的有機質(zhì)中則有機質(zhì)孔較?。▓D10g）。

4 層序格架下構造—沉積分異對筇竹寺組頁巖氣儲層的影響

4.1 層序格架下構造—沉積分異對有機質(zhì)富集的影響

缺氧保存條件和高初級生產(chǎn)力是有機質(zhì)富集的兩個重要因素[48]。四川盆地西南部筇竹寺組頁巖的TOC含量與U/Th和Cu+Zn均呈正相關（圖11），指示缺氧環(huán)境和高古生產(chǎn)力對于筇竹寺組有機質(zhì)的富集都有積極作用。綿陽—長寧裂陷的構造分異控制了筇竹寺組沉積時期的古地貌，進而影響不同構造分異格局下的水體深度和氧化還原條件。從裂陷外緣至裂陷中心，地勢由高向低變化，沉積水體深度逐漸增大。位于裂陷中心的ZY1井和GS17井各層序的水體深度整體較大，U/Th指示水體以缺氧—貧氧環(huán)境為主。而在過渡帶，相對較高的古地貌使水體深度受海侵—海退作用影響明顯，氧化還原條件表現(xiàn)出缺氧—貧氧—氧化波動變化的特點。

到裂陷外緣地區(qū)地勢進一步變高，除在各層序海侵時期水體表現(xiàn)出貧氧—缺氧特征，其余時期沉積水體均處于氧化環(huán)境（圖5，6）。此外，海侵的規(guī)模也影響了各層序沉積水體的氧化還原條件。SQ1 與SQ3的海侵規(guī)模較大，不同構造—沉積分異格局下的各井均有明顯響應，U/Th指示沉積水體為缺氧環(huán)境。而SQ2的海侵規(guī)模則較小，裂陷外緣地勢較高受海侵影響相對較弱，U/Th指示該時期水體為貧氧環(huán)境。

Ba、Cu 和Zn 是生物發(fā)育的催化因子和必需成分，其含量反應水體初級生產(chǎn)力的大小[48]。縱向上，W207 井的Babio 與ZY1 井的Cu 含量表現(xiàn)為各層序TST時期高于RST（圖5），反映出海侵過程中帶來的深部營養(yǎng)元素對提高古生產(chǎn)力有積極幫助。橫向上，裂陷中心ZY1 井SQ1 的Cu 含量介于（23.5～202.0）×10-6，平均為58.1×10-6[43]；Z4 井SQ1 的Cu+Zn含量介于（43.1～3950.0）×10-6，平均為702.1×10-6[44]，W207井SQ1的Cu含量介于（10.8～88.1）×10-6，平均為45.9×10-6，Cu+Zn含量介于（31.2～969.1）×10-6，平均為171.4×10-6；裂陷外緣JY1井的Cu+Zn含量介于（64.6～176.3）×10-6，平均為101.1×10-6[41]。上述結果指示裂陷外緣的古生產(chǎn)力小于過渡帶與裂陷中心。熱液活動不僅能刺激生物活動強度，還能為沉積水體帶來豐富的營養(yǎng)元素并促進古生產(chǎn)力的提高。裂陷中心錯巴溝剖面的地球化學結果指示筇竹寺組沉積時期受到了熱液活動的影響[49]。因此，裂陷中心和過渡區(qū)相較于裂陷外緣受到的熱液作用會更強烈，導致其古生產(chǎn)力更高。

綜上所述，構造—沉積分異和海侵作用共同影響了水體的氧化還原條件和古生產(chǎn)力，進一步影響有機質(zhì)的富集，與之呼應的是裂陷中心的TOC含量高于過渡帶和裂陷外緣，各層序TST的TOC比RST更高（圖7）。值得注意的是，在裂陷中心和過渡帶地區(qū)，各層序的RST早期的TOC含量仍然較高。盡管RST早期海平面開始下降，但裂陷中心和過渡帶地勢相對更低，水體深度變化較緩仍保持缺氧環(huán)境，因而仍具有較高的TOC含量。

4.2 層序格架下構造—沉積分異對筇竹寺組礦物組分的影響

構造—沉積分異引起地形地貌差異，從而導致沉積物源、搬運體系以及沉積作用變化[6]。裂陷外緣和過渡帶筇竹寺組礦物組分的一個特點是層序SQ1和SQ2長石含量較高，從SQ3-RST開始，筇竹寺組礦物含量呈突變式變化，表現(xiàn)為長石含量大幅下降而黏土含量大幅上升（圖8）。物源區(qū)的母巖類型對于沉積巖的礦物組成有重要影響。研究表明，四川盆地西南部筇竹寺組的物源主要為康滇古陸在中—新元古代發(fā)育東川群、會理群深水相灰黑色泥巖（板巖）和深水濁流成因的灰色變凝礫巖以及大量石英含量不高的基性巖[50]。裂陷外緣與過渡帶礦物組分相似的變化趨勢指示二者具有相似的物源供給，而SQ3-RST時期礦物組分顯著的改變暗示筇竹寺組的物源可能發(fā)生了改變。筇竹寺組礦物組分的另一特點是過渡帶的石英和黃鐵礦含量高于裂陷外緣。除陸源石英外，熱液成因和生物成因的石英也是頁巖中石英的重要來源[51]。地球化學結果指示裂陷外緣的JY1井筇竹寺組無Eu正異常特征，表明其沉積時期未受到熱液活動的影響[35]，缺乏形成熱液石英的條件。同時，裂陷外緣的生產(chǎn)力相對較低，暗示其形成的生物石英相對較少。此外，缺氧硫化環(huán)境有利于黃鐵礦的形成[52]，而裂陷外緣以氧化條件為主不利于黃鐵礦的形成。因此裂陷外緣筇竹寺組的石英和黃鐵礦含量低于過渡帶地區(qū)。

4.3 層序格架下構造—沉積分異對筇竹寺組頁巖孔隙特征的影響

不同層序與構造沉積分異特征下的筇竹寺組孔隙度存在兩個顯著特征：一是過渡帶的孔隙度高于裂陷外緣（圖9）；二是不同地區(qū)SQ1層序的孔隙度小于SQ2和SQ3層序。有機質(zhì)孔是富有機質(zhì)頁巖中重要的儲集空間，TOC含量與孔隙度常呈良好正相關關系，表明有機質(zhì)孔對于頁巖孔隙有積極貢獻[53]。對筇竹寺組而言，裂陷外緣和過渡帶中SQ2和SQ3的TOC含量與孔隙度呈正相關關系，且SQ2的相關性比SQ3更強（圖12a），指示SQ2的有機質(zhì)孔對總孔隙度具有更強的貢獻。由于筇竹寺組的TOC含量呈現(xiàn)出SQ2高于SQ3，過渡帶高于裂陷外緣的特點（圖7），因此孔隙度也相應地表現(xiàn)出類似的特征。然而，SQ1層序的TOC含量與孔隙度卻無明顯相關性（圖12b），指示SQ1的有機質(zhì)孔發(fā)育較差，對總孔隙度的貢獻較弱。W207井掃描電鏡照片也指示SQ1有機質(zhì)孔發(fā)育較差。SQ3和SQ2的有機質(zhì)孔孔徑較大，呈圓形或橢圓形（圖10b，f）；而SQ1有機質(zhì)孔孔徑小且多呈狹縫狀（圖10i）。此外，電鏡圖像孔隙定量統(tǒng)計結果表明，筇竹寺組SQ1的面孔率低，其有機質(zhì)孔僅占總面孔率的18.7%，而SQ3 和SQ2 分別為72.1% 和50.2%；SQ1 層序頁巖有機質(zhì)孔孔徑相較于SQ3 和SQ2層序分別減少了46.8%和33.5%[13]。

頂?shù)装宓膸r性、物性及其與富有機質(zhì)頁巖的整合關系對于富有機質(zhì)頁巖的保存條件和封閉性有重要影響[54?55]。筇竹寺組SQ3和SQ2的富有機質(zhì)頁巖的頂?shù)装鍨榘l(fā)育在RST中的砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖（圖5，6），具有相對較低的孔隙度（圖9）；并且頂?shù)装迮c富有機質(zhì)頁巖均呈整合接觸關系，因而具有較好的封閉能力。然而，SQ1的富有機質(zhì)頁巖的底板則與SQ3和SQ2完全不同。筇竹寺組SQ1的底板為燈影組白云巖或麥地坪組硅質(zhì)條帶白云巖、磷塊巖[56]，其孔滲條件相比泥頁巖更高；此外，受桐灣運動隆升剝蝕的影響，筇竹寺組與其下伏地層之間存在區(qū)域性不整合面，該不整合面成為筇竹寺組頁巖排烴的窗口和運移的通道[57]。在較高孔滲條件的底板與不整合面的共同影響下，導致筇竹寺組SQ1層序的底板封閉性相比SQ2和SQ3更差。事實上，良好的封閉性不僅能夠減緩頁巖氣的散失，還能維持頁巖氣儲層的超壓。超壓能有效抑制地層對孔隙的機械壓實作用，對于有機質(zhì)孔的保存起到積極作用[58?59]。此外，封閉性對于埋藏生烴過程中的超壓和孔隙發(fā)育也有控制作用。在熱演化過程中，烴類的生成和排出影響孔隙壓力和外部應力之間的平衡狀態(tài)[13]（圖13）。在成熟階段，富有機質(zhì)頁巖具有較強的生烴能力，在頂?shù)装宸忾]能力較強的半開放系統(tǒng)中烴類往往能夠滯留于頁巖中形成超壓，高孔隙壓力能夠有效抵抗外部應力（圖13a）。而在底板封閉能力較差的開放系統(tǒng)中，部分烴類沿著不整合面和底板向外運移致使孔隙壓力相對較低，孔隙通過收縮來維持孔隙壓力與外部應力的平衡（圖13c）。在過成熟階段，富有機質(zhì)頁巖的生烴能力開始衰竭，富有機質(zhì)頁巖內(nèi)部的烴類持續(xù)向外排出導致孔隙壓力持續(xù)降低，孔隙形態(tài)隨著孔隙壓力與外部應力的平衡狀態(tài)不斷發(fā)生改變（圖13b，c）。開放系統(tǒng)由于更強的排烴作用導致孔隙壓力更低，其孔隙受到了更強的改造（圖13d）。

5 結論

（1） 基于T-R層序模型，在四川盆地西南部筇竹寺組中識別出4個層序界面和3個三級層序并建立了層序地層格架。綿陽—長寧裂陷的構造—沉積分異格局控制了筇竹寺組各層序的展布特征，各層序厚度總體上表現(xiàn)出從裂陷中心向裂陷外緣減薄的特征，其中SQ2-RST 厚度在裂陷外緣JS1—JY2 一線大幅減薄，至SQ3減薄范圍擴展至Z4—JS1沿線。

（2） 構造—沉積分異與海侵作用控制了筇竹寺組沉積時期的地形地貌和水體深度，并進一步影響了各層序沉積水體的氧化還原條件與古生產(chǎn)力水平。裂陷中心及過渡帶地區(qū)海侵體系域至海退體系域早期，具有較強的缺氧環(huán)境和較高的古生產(chǎn)力條件，是有機質(zhì)的有利富集段（區(qū)）。

（3） 闡明了層序格架內(nèi)不同構造—沉積分異格局下筇竹寺組的礦物組分特征，在縱向上，裂陷外緣與過渡帶SQ1和SQ2具有高長石、高石英含量的特征，而SQ3礦物組分以黏土礦物和石英為主。在橫向上，裂陷外緣的石英和黃鐵礦含量較過渡帶更低，裂陷外緣水體以氧化條件為主，未受熱液作用影響且古生產(chǎn)力較低，缺乏形成熱液石英、生物石英及黃鐵礦的有利條件。

（4） 明確了層序格架內(nèi)不同構造—沉積分異格局下筇竹寺組的孔隙特征，孔隙度表現(xiàn)為過渡帶大于裂陷外緣，層序SQ1低于SQ3和SQ2，且SQ1有機質(zhì)孔發(fā)育較差。不整合面和高孔滲的底板破壞了SQ1的封閉性，制約了高孔隙壓力的形成和維持，導致有機質(zhì)孔易受外部應力改造進而變形甚至閉合，而SQ2和SQ3封閉性良好且有利于有機質(zhì)孔的保存。

致謝 感謝四位審稿專家的寶貴意見和建議。感謝中國石油川慶鉆探工程有限公司頁巖氣項目經(jīng)理部提供的部分數(shù)據(jù)和資料。感謝成都理工大學沉積地質(zhì)研究院邢鳳存副教授的指點與幫助。

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