滇東北筇竹寺組極低級(jí)變質(zhì)作用及古地溫研究

摘 要 【目的】極低級(jí)變質(zhì)作用處于石油—濕氣—干氣以及泥煤—煙煤—無(wú)煙煤的演化階段，與古地溫有著極其密切的關(guān)系，因而，極低級(jí)變質(zhì)作用及古地溫的研究對(duì)于油氣、煤等能源礦產(chǎn)的勘探具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。與已取得勘探突破的上揚(yáng)子地區(qū)龍馬溪組相比，下寒武統(tǒng)牛蹄塘組（筇竹寺組）頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度和熱演化程度更高，具有更大的沉積厚度和更廣泛的分布面積，頁(yè)巖氣資源潛力巨大，是中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的另一個(gè)重點(diǎn)層系。目前，筇竹寺組這套高成熟度烴源巖尚未開(kāi)展系統(tǒng)的極低級(jí)變質(zhì)作用及古地溫研究，有必要揭示古地溫等技術(shù)參數(shù)及其對(duì)油氣成藏的影響?！痉椒ā吭谄拭鎸?shí)測(cè)基礎(chǔ)上，通過(guò)伊/蒙混層礦物結(jié)構(gòu)有序度、伊利石結(jié)晶度和烴源巖鏡質(zhì)體反射率等技術(shù)被首次開(kāi)展了滇東北地區(qū)筇竹寺組極低級(jí)變質(zhì)作用及古地溫研究。【結(jié)果】（1）筇竹寺組粉砂質(zhì)泥巖中伊/蒙混層礦物中伊利石含量達(dá)95%。自生伊利石及伊/蒙混層礦物中伊利石結(jié)晶度介于0.24～0.35；由瀝青反射率計(jì)算的烴源巖鏡質(zhì)體反射率（Ro）介于2.22%～2.65%，低于揚(yáng)子?xùn)|南緣（Ro介于3.18%～3.43%）及海相干酪根天然氣生成成熟度上限（Ro=3%）；（2）滇東北地區(qū)筇竹寺經(jīng)歷最高古地溫確定在200 ℃～227.57 ℃，低于揚(yáng)子?xùn)|南緣（211 ℃～246 ℃）及烴類(lèi)死亡最高溫度（230 ℃～300 ℃）。早白堊世—新近紀(jì)最大埋深期古地溫梯度介于2.53～2.91 ℃/100m，與揚(yáng)子?xùn)|南緣接近；（3）綜合考慮各變質(zhì)作用劃分標(biāo)準(zhǔn)及方案，滇東北地區(qū)筇竹寺組分別屬于極低級(jí)變質(zhì)A帶—B帶、近變質(zhì)帶、低級(jí)近變帶—高級(jí)近變帶，系葡萄石—綠纖石相?！窘Y(jié)論】滇東北地區(qū)筇竹寺期處于由沉積凹陷向隆起過(guò)渡的有利指向區(qū)，該區(qū)筇竹寺組經(jīng)歷了較低的最高古地溫，且有機(jī)質(zhì)成熟度相對(duì)于揚(yáng)子其他地區(qū)成熟度更低，具有油氣形成條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。目前尚未發(fā)現(xiàn)古油藏出露，后期構(gòu)造保存條件較好，滇東北地區(qū)筇竹寺組的油氣遠(yuǎn)景應(yīng)予以關(guān)注。

關(guān)鍵詞 滇東北；筇竹寺組；伊利石；鏡質(zhì)體反射率；極低級(jí)變質(zhì)作用；古地溫

第一作者簡(jiǎn)介 劉建清，男，1969年出生，教授級(jí)高級(jí)工程師，巖石學(xué)，E-mail： ljianqing0813@163.com

通信作者 趙瞻，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，E-mail： zhaozhan1982@163.com

中圖分類(lèi)號(hào) P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

極低級(jí)變質(zhì)作用是變質(zhì)地質(zhì)學(xué)研究的前沿領(lǐng)域之一，指很低溫的一種變質(zhì)作用，即從成巖作用向低級(jí)變質(zhì)的轉(zhuǎn)變過(guò)程，與石油、天然氣、煤等能源礦產(chǎn)密切相關(guān)。在成巖—極低級(jí)變質(zhì)作用階段，石油演化階段從石油—濕氣—干氣變化，煤則經(jīng)歷由泥煤—煙煤—無(wú)煙煤的變化。這些過(guò)程有著較多評(píng)價(jià)指標(biāo)，例如可依據(jù)伊利石結(jié)晶度KI（°Δ2θ）0.42和0.25將極低級(jí)變質(zhì)作用劃分為成巖帶、近變質(zhì)帶和淺變質(zhì)帶。因此，通過(guò)對(duì)沉積盆地成巖—極低級(jí)變質(zhì)作用研究，對(duì)于明確成巖—變質(zhì)界限，闡明盆地—構(gòu)造—熱演化史，指導(dǎo)油氣勘探，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義[1?5]。

國(guó)際上極低級(jí)變質(zhì)作用的主要標(biāo)志有：（1）標(biāo)志礦物及組合；（2）伊利石和伊/蒙轉(zhuǎn)換，如伊利石結(jié)晶度、多型，伊/蒙混層可膨脹層的百分比，伊利石有序度、晶疇大小、b0值等；（3）有機(jī)質(zhì)參數(shù)，如鏡質(zhì)體反射率、筆石反射率、牙形刺顏色蝕變指數(shù)、孢粉顏色等[6?15]。在油氣的生成和轉(zhuǎn)變過(guò)程中，含油氣盆地古地溫及古地溫梯度是熱史、生烴史研究的重要基礎(chǔ)，不僅可以重塑油藏歷史演化過(guò)程，而且可以預(yù)測(cè)其發(fā)展演化趨勢(shì)。近年來(lái)的研究，可依據(jù)上述指標(biāo)開(kāi)展烴源巖埋藏過(guò)程古地溫定量計(jì)算，精準(zhǔn)標(biāo)定其經(jīng)歷的最高古地溫，為熱史、生烴史研究奠定基礎(chǔ)。

中上揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組（牛蹄塘組）普遍發(fā)育一套黑色烴源巖，厚度大、有機(jī)碳含量高，是四川盆地眾多下古生界油氣藏的烴源巖，受到石油地質(zhì)界的廣泛關(guān)注。以往對(duì)于該套烴源巖成熟度的工作，主要根據(jù)鏡質(zhì)體反射率（Ro）進(jìn)行成熟、過(guò)成熟的定性評(píng)價(jià)，未曾開(kāi)展較為系統(tǒng)的低級(jí)變質(zhì)作用及其相關(guān)熱歷史的研究。滇東北昭通地區(qū)位于上揚(yáng)子地區(qū)，筇竹寺組烴源巖鏡質(zhì)體反射率低于揚(yáng)子?xùn)|南緣[16]，成熟度較低，更具油氣勘探的現(xiàn)實(shí)意義。該區(qū)沉積盆地的研究缺乏古地溫資料，制約了盆地生烴史的研究。在滇東北昭通地區(qū)鋅廠溝筇竹寺組剖面測(cè)量基礎(chǔ)上，開(kāi)展了筇竹寺組黑色頁(yè)巖黏土礦物組成、伊利石結(jié)晶度、鏡質(zhì)體反射率研究及與變質(zhì)程度和古地溫定量計(jì)算，旨在揭示該區(qū)筇竹寺組烴源巖經(jīng)歷的最大古地溫，為盆地生烴史的研究提供基礎(chǔ)資料，深化該區(qū)筇竹寺組的研究，服務(wù)于油氣勘探。

1 地質(zhì)背景

1.1 地質(zhì)構(gòu)造背景

根據(jù)云南省地質(zhì)志的劃分，研究區(qū)在一級(jí)構(gòu)造單位為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)，二級(jí)構(gòu)造單元為滇東臺(tái)褶帶[17]。經(jīng)過(guò)晉寧運(yùn)動(dòng)之后的加里東、海西、印支、燕山、喜馬拉雅各構(gòu)造期，該區(qū)沉積了震旦系、古生界、中生界、新生界的巨厚蓋層（圖1）。區(qū)內(nèi)出露的震旦系—白堊系均為整合或平行不整合接觸，下白堊統(tǒng)與新近系之間為角度不整合接觸，表明該區(qū)沉積蓋層于晚燕山—早喜山期褶皺定型。其中上古生界與下古生界的廣西運(yùn)動(dòng)造成的平行不整合是區(qū)內(nèi)最大的沉積間斷[18]。

早寒武世筇竹寺期是上揚(yáng)子地區(qū)早古生代最大的一次海侵，普遍發(fā)育了厚度較大的黑色頁(yè)巖。滇東北地區(qū)位于上揚(yáng)子康滇古陸東緣，筇竹寺期接受來(lái)自該古陸的剝蝕和沉積。同時(shí)，受新元古代裂谷盆地的持續(xù)影響，筇竹寺組沉積基底凹凸不平，自該區(qū)至鎮(zhèn)雄一帶筇竹寺組沉積厚度300～500 m，各地黑色頁(yè)巖累計(jì)厚度30～60 m，沉降中心位于鎮(zhèn)雄一帶。自晚寒武世開(kāi)始，在華南加里東幕式造山作用背景下，上揚(yáng)子地區(qū)呈現(xiàn)隆、凹相間的格局，發(fā)育一系列的古隆起。滇東北昭通地區(qū)位于其中的黔中隆起，區(qū)內(nèi)奧陶系—志留系缺失或發(fā)育不完整，而往北漸入黔北凹陷[19]。

1.2 剖面特征

為開(kāi)展下寒武統(tǒng)筇竹寺組的極低級(jí)變質(zhì)作用及相關(guān)最高古地溫研究，實(shí)測(cè)了云南省昭通市昭陽(yáng)區(qū)鋅廠溝筇竹寺組剖面。剖面位于金沙江東岸一支溝（鋅廠溝）（剖面起點(diǎn)坐標(biāo)：103°13′46.21″ E，27°34′13.29″ N；終點(diǎn)坐標(biāo)：103°14′04.03″ E，27°34′10.60″ N），見(jiàn)頂、底，底與下寒武統(tǒng)麥地坪組厚層粉晶白云巖為平行不整合接觸，頂與中寒武統(tǒng)滄浪鋪組紫紅色泥巖呈整合接觸。剖面共分29層，0層麥地坪組，29層為滄浪鋪組，除7～8層局部風(fēng)化和掩蓋較強(qiáng)外，其余露頭連續(xù)出露，剖面質(zhì)量較好。剖面縱向上兩分明顯（圖2），底部（1～5層）為灰黑色—黑色中厚層狀—薄層狀炭質(zhì)泥巖、炭質(zhì)粉砂巖、含炭質(zhì)泥巖，為烴源巖層（圖3），沉積相分析為深水陸棚環(huán)境，厚19.57 m；上部（6～28層）為灰—深灰色泥質(zhì)粉砂巖、深灰色泥巖、鈣泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，風(fēng)化面略帶淺黃灰色、淺黃綠色，普遍發(fā)育水平層理，局部（27層）見(jiàn)浪成對(duì)稱(chēng)波痕（圖3）。其中17層、27層深灰色泥巖為較差烴源巖層，厚度分別為6.46 m和13.17 m。沉積相主要為淺水陸棚，局部（17層、27層）為深水陸棚環(huán)境，反映上部有兩次短暫的水體加深過(guò)程[19]。

2 樣品采集與分析方法

為開(kāi)展滇東北地區(qū)筇竹寺組的極低級(jí)變質(zhì)作用及相關(guān)熱歷史研究，在鋅廠溝筇竹寺組剖面采集泥頁(yè)巖進(jìn)行黏土礦物X射線衍射分析、伊利石結(jié)晶度分析，對(duì)筇竹寺組底部黑色泥質(zhì)粉砂巖及中上部深灰色頁(yè)巖采集樣品進(jìn)行瀝青反射率分析。樣品在四川省科源工程技術(shù)測(cè)試中心（頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)與開(kāi)采四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）完成。

黏土礦物的提取、制備及分析流程按《SYT5163-208：沉積巖中黏土礦物和常見(jiàn)非黏土礦物X射線衍射分析方法》進(jìn)行開(kāi)展。黏土礦物X射線衍射分析在DMX-Ⅲ型X射線衍射儀上完成，測(cè)試條件為Cu靶，電壓35 kV，電流15 mA，步寬0.02° 2θ，掃描范圍2°～36° 2θ。黏土礦物含量利用衍射峰強(qiáng)度計(jì)算方法獲得[20]。

伊利石結(jié)晶度測(cè)試儀器為X’pert Powder，測(cè)試條件為Cu靶，電壓40 kV，電流40 mA；發(fā)射狹縫與散射狹縫均為1°，接收狹縫0.3 mm，掃描速度：2θ為2°/min；采樣步寬：2θ為0.02°；掃描范圍5°～45°（自然定向片，飽和乙二醇片）。

干酪根分選、制備流程依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19144—2010《沉積巖中干酪根分離方法》開(kāi)展。瀝青反射率儀器為Axio Scope.A1顯微鏡、Jamp;M分光光度計(jì)，放大倍數(shù)500 倍，反射率量程0.1%～10%。測(cè)試條件：環(huán)境溫度23±3 ℃，相對(duì)濕度小于70%RH，光線波長(zhǎng)546 nm±5 nm。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：釓鎵石榴石，浸油反射率1.72%，氧化鋯，浸油反射率3.16%（在23 ℃±1 ℃，546 nm波長(zhǎng)的綠波下，折射率為1.518 0±0.000 4）。測(cè)試執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為SY/5124—2012《沉積巖中鏡質(zhì)體反射率測(cè)定方法》[5]。

3 分析結(jié)果

3.1 巖石學(xué)特征

鋅廠溝剖面筇竹寺組泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖主要由石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、方解石、白云石、黏土礦物組成（表1）。全巖X射線衍射顯示，石英含量33%～45%，平均40%，鉀長(zhǎng)石含量0～14%，平均6.6%，斜長(zhǎng)石含量0～30%，平均14.4%，方解石含量0～18%，平均6.3%，白云石含量0～15%，平均6.60%，黏土礦物含量12%～39%，平均26.30%。顯微鏡下，石英呈棱角狀或次棱角狀，粒徑0.05 mm左右，顆粒間充填泥質(zhì)、碳質(zhì)等成分；長(zhǎng)石顆粒，棱角狀，粒徑0.05 mm左右，局部可見(jiàn)聚片雙晶；方解石和白云石呈泥晶—微晶集合體，為沉積期沉淀的碳酸鹽礦物；“泥質(zhì)”呈基底式膠結(jié)石英碎屑，呈隱晶質(zhì)狀或重結(jié)晶形成雛晶狀，為沉積期沉淀并經(jīng)成巖—極低級(jí)轉(zhuǎn)變黏土礦物和自生黏土礦物，其中夾雜少量碳質(zhì)成分[19]（圖4）。鏡下筇竹寺組泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖見(jiàn)清晰的層理構(gòu)造（S0），無(wú)置換性變質(zhì)面理（S1），長(zhǎng)石、方解石顆粒亦無(wú)明顯的壓扁、拉長(zhǎng)等變質(zhì)作用的特征，反映構(gòu)造擠壓作用并不強(qiáng)烈，巖石尚處于成巖—極低級(jí)變質(zhì)作用，未達(dá)到淺變質(zhì)作用階段。

鋅廠溝剖面筇竹寺組泥頁(yè)巖黏土礦物分析結(jié)果如表2 所示。黏土礦物主要為伊利石，含量58%～94%，次為綠泥石（含量1%～35%）及伊/蒙混層（2%～6%），另含少量蒙脫石（0～7%）及高嶺石（0～16%）。伊/蒙混層中伊利石占95%，蒙脫石占5%。伊利石結(jié)晶度KI（°Δ2θ）0.24～0.35。

筇竹寺組物源來(lái)自康滇古陸古—中元古界東川群、會(huì)理群淺變質(zhì)綠片巖相火山—沉積巖系[18]，最低級(jí)的變質(zhì)泥質(zhì)礦物為絹云母及白云母，而鋅廠溝剖面黏土礦物組成為經(jīng)歷成巖作用及極低級(jí)變質(zhì)作用的伊利石、伊/蒙混層、高嶺石及綠泥石等形成溫度、壓力較低的礦物，最高級(jí)的變質(zhì)礦物為伊利石，與源區(qū)黏土礦物明顯不同。同時(shí)，從物源區(qū)綠片巖相的變質(zhì)程度可知，其所夾碳質(zhì)Ro可超過(guò)4%。在化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中鉀長(zhǎng)石、絹云母、白云母可徹底轉(zhuǎn)化為高嶺石，蒙脫石在風(fēng)化帶相當(dāng)穩(wěn)定，可帶至沉積盆地，黑云母可轉(zhuǎn)化為蒙脫石。而基性巖風(fēng)化過(guò)程中鐵、鎂、鈣質(zhì)大多呈溶液狀態(tài)被帶走[21]。滇東北地區(qū)筇竹寺烴源巖瀝青反射率換算的Ro 明顯低于4%，表明源區(qū)泥質(zhì)礦物經(jīng)歷了較為徹底的化學(xué)風(fēng)化作用生成如高嶺石、蒙脫石等新的礦物，搬運(yùn)至康滇古陸東緣沉積、埋藏，經(jīng)歷成巖和極低級(jí)變質(zhì)。換言之，源區(qū)黑云母、白云母、絹云母等成熟度較高古老黏土礦物在到達(dá)沉積盆地時(shí)已轉(zhuǎn)化為高嶺石、蒙脫石等成熟度較低的黏土礦物，源區(qū)高成熟度黏土礦物對(duì)沉積盆地黏土礦物成熟度的影響可以忽略。

3.2 有機(jī)質(zhì)成熟度特征

鏡質(zhì)體反射率是確定烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度的有效指標(biāo)。由于鏡質(zhì)組分源于高等植物，該方法明顯受到生物演化及母質(zhì)來(lái)源類(lèi)型的限制。碳酸鹽烴源巖或下古生界烴源巖中缺乏陸相高等植物來(lái)源的鏡質(zhì)體，一般采用海相鏡質(zhì)體或原生瀝青來(lái)代替[22]。鋅廠溝筇竹寺組剖面瀝青反射率Rran 介于2.81%～3.45%（表3）。劉德漢等[23]針對(duì)我國(guó)海相高演化碳酸鹽巖烴源巖提出了瀝青反射率（Rran）與等效鏡質(zhì)體反射率（Ro）的換算公式：

Ro=0.668×Rran+0.346 （1）

式中：Ro為鏡質(zhì)體反射率，Rran為瀝青體反射率。這一方法也廣泛應(yīng)用于寒武系—志留系等缺乏陸相高等植物來(lái)源地層烴源巖鏡質(zhì)體反射率的轉(zhuǎn)換計(jì)算，并取得較好的應(yīng)用效果[16]。計(jì)算表明，鋅廠溝剖面筇竹寺組烴源巖鏡質(zhì)體反射率介于2.22%～2.65%（表3）。

4 溫度計(jì)算結(jié)果

4.1 伊/蒙混層溫度計(jì)算結(jié)果

伊（I）/蒙（S）間層礦物中伊利石含量與溫度的相關(guān)性，相關(guān)學(xué)者研究結(jié)果如表4所示。鋅廠溝剖面筇竹寺組泥頁(yè)巖伊/蒙混層礦物伊利石層占95%，綜合表4各學(xué)者的研究結(jié)果，該區(qū)伊/蒙混層礦物形成溫度應(yīng)在200 ℃以上。

王強(qiáng)[28]曾應(yīng)用Chi et al.[29]根據(jù)Harvey et al.[27]的原始數(shù)據(jù)建立了伊/蒙混層中伊利石含量與形成溫度的線性表達(dá)式開(kāi)展黏土礦物研究，取得較好成效，該表達(dá)式如下：

Y=0.342+2.737×10-3T （2）

式中：Y 為伊/蒙混層中伊利石的百分含量（%），T 表示伊/蒙混層礦物的形成溫度（℃）[30]。計(jì)算結(jié)果如表2中T1所示，為222.14 ℃。

4.2 伊利石結(jié)晶度溫度計(jì)算結(jié)果

Weaver[31]首先觀察到，伊利石的X射線衍射峰的銳度隨著成巖及變質(zhì)程度的增高而增高，在此基礎(chǔ)上提出了伊利石結(jié)晶度的概念。當(dāng)前國(guó)際上通用Kübler[10?11]提出的測(cè)量伊利石第一級(jí)底面反射峰001峰的半高寬（又稱(chēng)Kübler指數(shù)）來(lái)反映伊利石的結(jié)晶度，用KI（°Δ2θ）表示，KI 值越小，峰形越尖銳，伊利石的結(jié)晶度越好。

胡大千等[5]、畢先梅等[32]歸納總結(jié)了伊利石結(jié)晶度與形成溫度之間的關(guān)系，提出了成巖—極低級(jí)變質(zhì)作用的劃分方案：晚成巖帶（高級(jí)成巖帶），伊利石結(jié)晶度介于1.00～0.42，溫度上限200 ℃；低級(jí)近變質(zhì)帶（極低級(jí)變質(zhì)帶A），伊利石結(jié)晶度介于0.42～0.30；高級(jí)近變質(zhì)帶（極低級(jí)變質(zhì)帶B），伊利石結(jié)晶度變化介于0.30～0.25，溫度上限300 ℃～350 ℃。鋅廠溝剖面筇竹寺組泥質(zhì)粉砂巖伊利石結(jié)晶度介于0.24～0.35（表2），據(jù)此分析，該區(qū)泥質(zhì)粉砂巖處于極低級(jí)變質(zhì)帶A帶—B帶，伊利石形成溫度介于200 ℃～300 ℃。

Chi et al.[33]研究了Wairakei地?zé)嵯到y(tǒng)沉積物中各種組分與結(jié)構(gòu)的黏土礦物，包括碎屑伊利石、綠泥石、伊/蒙混層礦物等，他們對(duì)該區(qū)自生伊利石的結(jié)晶度值和測(cè)井溫度進(jìn)行了系統(tǒng)研究，表明兩者之間有明顯的線性關(guān)系，即隨著母巖溫度或深度的增加，自生的伊利石結(jié)晶度值KI（°Δ2θ）降低。在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，提出了以下線性表達(dá)式[30]：

T=249-89.3×KI （R2=0.92） （3）

式中：T 表示伊利石形成溫度（℃），KI 表示伊利石結(jié)晶度（°Δ2θ），R2表示相關(guān)系數(shù)。這個(gè)公式適用范圍為90 ℃～230 ℃。對(duì)鋅廠溝剖面筇竹寺組泥頁(yè)巖伊利石結(jié)晶度利用式（3）計(jì)算表明，伊利石形成溫度T2介于217.75 ℃～227.57 ℃（表2）。

4.3 鏡質(zhì)體反射率溫度計(jì)算結(jié)果

Frey[6]研究認(rèn)為：成巖帶，Ro小于2.0%，溫度上限200℃；近變質(zhì)帶，Ro為2.0%～4.0%，溫度上限300 ℃～350 ℃；淺變質(zhì)帶，Ro 大于4.0%，溫度大于300 ℃～350 ℃。早寒武世，由于缺乏高等植物，鏡質(zhì)體反射率由瀝青反射率換算[21]。鋅廠溝剖面筇竹寺組黑色頁(yè)巖瀝青反射率換算成鏡質(zhì)體反射率介于2.22%～2.65%（表3）。據(jù)此，認(rèn)為該區(qū)筇竹寺組烴源巖處于近變質(zhì)帶，粗略估計(jì)經(jīng)歷的溫度上限為200 ℃ ～300 ℃。鏡質(zhì)體反射率3%被認(rèn)為是海相干酪根天然氣生成成熟度上限[34]。在揚(yáng)子?xùn)|南緣，筇竹寺組（牛蹄塘組）烴源巖鏡質(zhì)體反射率介于3.18%～3.43%[16]，高于3%的極限值，而在鋅廠溝剖面鏡質(zhì)體反射率低于3%。因此，開(kāi)展滇東北地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖氣勘探具有現(xiàn)實(shí)意義。顯微鏡下顯示，鋅廠溝剖面干酪根組分呈黑色（圖5），但并未完全呈深黑色，表明可能其仍具一定的生烴潛力。一般而言，干酪根顯微組分由腐泥組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組組成。腐泥組原始有機(jī)質(zhì)為藻類(lèi)及其他低等水生生物及細(xì)菌，為腐泥化產(chǎn)物；殼質(zhì)組原始有機(jī)質(zhì)為陸生植物孢粉、花粉、角質(zhì)層、樹(shù)脂、蠟和木栓層等；鏡質(zhì)組原始有機(jī)質(zhì)來(lái)自高等植物的結(jié)構(gòu)和無(wú)結(jié)構(gòu)木質(zhì)纖維；惰質(zhì)組原始有機(jī)質(zhì)來(lái)源于森林火災(zāi)后絲炭化的木質(zhì)纖維或再沉積有機(jī)質(zhì)。寒武紀(jì)時(shí)期無(wú)高等植物，干酪根顯微組分無(wú)鏡質(zhì)組，由于時(shí)代老，也不是惰質(zhì)組和殼質(zhì)組。該區(qū)干酪根顯微組分形態(tài)為不均勻棉絮狀結(jié)構(gòu)，可能為較典型的腐泥無(wú)定形體。

Barker et al. [13]統(tǒng)計(jì)研究了鏡質(zhì)體反射率與古地溫之間的相互關(guān)系，提出了鏡質(zhì)體反射率地質(zhì)溫度計(jì)：

In（Ro%）=0.007 8Tmax-1.2 （4）

Barker et al.[35]確立了鏡質(zhì)體反射率與古地溫的關(guān)系，給出的地質(zhì)溫度計(jì)：

T=（（In（Ro%）+1.26）/0.008 11 （5）

Barker et al.[14]修正后的鏡質(zhì)體反射率地質(zhì)溫度計(jì)：

T=（In（Ro%）+1.68）/0.012 4 （6）

Mullis et al.[36]建立的鏡質(zhì)體反射率地質(zhì)溫度計(jì)：

T=（Ro%+8.623 8）/0.054 3［5］ （7）

上述式（4）至式（7）古溫度計(jì)算結(jié)果，分別以T3 至T6 列于表3?？梢钥闯?，T3 介于256.27 ℃～278.82 ℃ ，T4 介于254.18 ℃ ～275.90 ℃ ，T5 介于199.91 ℃～214.10 ℃，T6介于199.76 ℃～207.63 ℃。

5 討論

5.1 最高古地溫及地溫梯度

鋅廠溝剖面筇竹寺組伊/蒙混層礦物中伊利石含量為95%，根據(jù)Nadeau et al. [24]、Hofman et al. [25]、Jenning et al.[26]、Harvey et al.[27]關(guān)于伊/蒙混層礦物中伊利石含量與溫度關(guān)系的相關(guān)性描述（表4），認(rèn)為該區(qū)泥質(zhì)粉砂巖中伊/蒙混層礦物形成溫度在200 ℃以上。

濰北凹陷研究表明應(yīng)用黏土礦物相關(guān)參數(shù)可較有效計(jì)算恢復(fù)古地溫[28]。式（2）、式（3）是這些方法在滇東北地區(qū)的又一實(shí)踐。式（2）根據(jù)伊/蒙混層礦物中伊利石含量計(jì)算其形成溫度T1為222.14 ℃。式（3）根據(jù)伊利石結(jié)晶度計(jì)算伊利石形成溫度T2介于217.75 ℃～227.57 ℃。

應(yīng)用鏡質(zhì)體反射率開(kāi)展烴源巖最大古地溫計(jì)算及溫度的取舍，已在內(nèi)蒙古錫林郭勒有較成功的實(shí)踐[5]。T3至T6為依據(jù)這些方法和烴源巖鏡質(zhì)體反射率計(jì)算的古地溫，其中T3和T4溫度較高，且較為接近，溫度介于254.18 ℃～278.82 ℃。T5和T6溫度較低，介于199.76℃～214.10℃，與式（2）、式（3）及依據(jù)伊/蒙混層礦物結(jié)構(gòu)有序度估算的溫度（200℃以上）接近。注意到式（4）、式（6）均是Barker et al.[13?14]提出，式（6）是式（4）修正后的公式，且式（6）與式（2）、式（3）、式（7）及伊/蒙混層礦物結(jié)構(gòu)有序度估算的溫度接近和吻合，因此，式（6）及（2）、式（3）、式（7）計(jì)算結(jié)果及伊/蒙混層礦物結(jié)構(gòu)有序度估算的溫度可能更可信，式（4）、式（5）計(jì)算溫度可能偏高。

將式（2）、式（3）、式（6）、式（7）計(jì)算結(jié)果及伊/蒙混層礦物結(jié)構(gòu)有序度估算的溫度綜合考慮，分析鋅廠溝剖面筇竹寺組泥頁(yè)巖經(jīng)歷的最大古地溫介于200 ℃～227.57 ℃，并未經(jīng)歷太高的古地溫。該區(qū)寒武系—下白堊統(tǒng)均為整合或平行不整合接觸，奧陶系—志留系受黔中隆起影響部分缺失，地層序列為連續(xù)的沉積或水平抬升；下白堊統(tǒng)與新近系之間為角度不整合接觸，蓋層褶皺之后，地表再次下降接受新近系沉積；之后，地表抬升至現(xiàn)今形態(tài)，因此，早白堊世—新近紀(jì)為最大埋深期。根據(jù)該區(qū)奧陶—志留系部分缺失及其余地層厚度①，按地表平均溫度20 ℃[16]估算，該區(qū)筇竹寺組早白堊世—新近紀(jì)最大埋深期古地溫梯度介于2.53～2.91 ℃/100 m。

5.2 極低級(jí)變質(zhì)作用

對(duì)極低級(jí)變質(zhì)作用的理解及它與成巖作用和低級(jí)變質(zhì)作用間界線的認(rèn)識(shí)，目前沒(méi)有取得共識(shí)，而且，石油地質(zhì)學(xué)者、煤巖地質(zhì)學(xué)者、沉積和巖石學(xué)者的理解，也相差甚遠(yuǎn)，所用術(shù)語(yǔ)也極不統(tǒng)一，如晚成巖作用（帶）、埋藏變質(zhì)作用（帶），及上述低級(jí)近變質(zhì)作用（帶）、高級(jí)變質(zhì)作用（帶）、近變質(zhì)作用（帶）、淺變質(zhì)作用（帶）等。但成巖階段—極低級(jí)變質(zhì)—淺變質(zhì)作用是個(gè)連續(xù)的過(guò)程，在巖石類(lèi)型、黏土礦物組成、巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征、鏡質(zhì)體反射率等方面呈連續(xù)的變化，因此，可根據(jù)連續(xù)變化特點(diǎn)，選擇代表性學(xué)者研究成果開(kāi)展極低級(jí)變質(zhì)作用及油氣地質(zhì)意義研究。

一般而言，隨著變質(zhì)級(jí)的增加，在變質(zhì)泥巖中出現(xiàn)二八面體礦物系列，即蒙脫石—伊/蒙混層—伊利石—白云母，而在變質(zhì)鎂鐵質(zhì)巖石中出現(xiàn)三八面體系列礦物，即蒙脫石—綠泥石/蒙脫石混層—綠泥石；高嶺石呈高嶺石—地開(kāi)石—葉臘石的變化；其他標(biāo)志也同步變化，微構(gòu)造由S0層理發(fā)展為S1面理；巖石類(lèi)型由頁(yè)巖、泥巖變化為筆狀構(gòu)造泥巖、瓦板巖、千枚巖；鏡質(zhì)體反射率由0.5%經(jīng)2%增至4%。

Frey et al.[9]根據(jù)伊利石結(jié)晶度、伊/蒙混層中伊利石的含量、蒙脫石—綠泥石系列的變化、高嶺石—葉臘石系列的變化、巖石類(lèi)型、微構(gòu)造特征將成巖階段至淺變質(zhì)階段劃分為早期成巖帶、晚期成巖帶、低級(jí)近變帶、高級(jí)近變帶、淺變質(zhì)帶。滇東北地區(qū)筇竹寺組伊利石結(jié)晶度介于0.24～0.35，伊/蒙混層伊利石含量95%，黏土礦物組合高嶺石0～16%、綠泥石1%～35%、伊利石58%～94%，仍有少量早成巖帶—低級(jí)近變帶的黏土礦物存在，換算的鏡質(zhì)體反射率2.22%～2.65%，巖石為泥質(zhì)粉砂巖，未出現(xiàn)置換性面理S1，根據(jù)Frey et al.[9]的研究，將其劃分在低級(jí)近變帶—高級(jí)近變帶。索書(shū)田等[37]將成巖階段—淺變質(zhì)階段劃分為沸石相（lt;200 ℃）、葡萄石—綠纖石相（200 ℃～370 ℃）、綠片巖相（gt;370 ℃），本次計(jì)算筇竹寺組經(jīng)歷的最大古地溫為200 ℃～227.57 ℃，屬葡萄石—綠纖石相。而按照畢先梅等[32]、Frey[6]伊利石結(jié)晶度及鏡質(zhì)體反射率的劃分，則屬極低級(jí)變質(zhì)A帶—B帶、近變質(zhì)帶，巖石未達(dá)到淺變質(zhì)階段。

5.3 油氣地質(zhì)意義

滇東北昭通地區(qū)筇竹寺組烴源巖鏡質(zhì)體反射率（Ro）介于2.22%～2.65%，處于近變質(zhì)帶及干氣階段，明顯低于揚(yáng)子?xùn)|南緣（Ro介于3.18%～3.43%）[16]及海相干酪根天然氣生成成熟度上限（Ro=3%）；顯示其經(jīng)歷的最大古地溫（200℃～227.57℃）也低于揚(yáng)子?xùn)|南緣筇竹寺組經(jīng)歷的最高古地溫（211 ℃～246 ℃）[16]及烴類(lèi)生烴死亡溫度（230 ℃～300 ℃）[31]，表明該區(qū)烴源巖可能尚具微弱的生烴能力，這和揚(yáng)子其他地區(qū)截然不同的。筇竹寺組（牛蹄塘組）烴源巖的研究，目前更多地集中在揚(yáng)子?xùn)|南緣，對(duì)于滇東北這套較低成熟度的烴源巖，目前尚未予以應(yīng)有的關(guān)注。該區(qū)晚侏羅世—古近紀(jì)最大埋深期古地溫梯度介于2.53～2.91 ℃/100m，與揚(yáng)子?xùn)|南緣這一時(shí)期古地溫梯度（2.61 ℃/100m）接近[16]，滇東北地區(qū)現(xiàn)今地溫梯度（2.10 ℃/100m）[38]，其古地溫梯度的變化顯示滇東北地區(qū)晚侏羅世—古近紀(jì)古地溫梯度高于現(xiàn)今地溫梯度。該區(qū)烴源巖成熟度及經(jīng)歷的古地溫較低，或與該區(qū)處于黔中隆起，奧陶紀(jì)—志留紀(jì)部分地層缺失、蓋層總厚度減少以及筇竹寺組最大埋深減少、經(jīng)歷的最大古地溫和烴源巖熱演化降低有關(guān)。

該區(qū)新近系茨營(yíng)組與下白堊統(tǒng)之間為角度不整合接觸，震旦系—下白堊統(tǒng)蓋層褶皺及斷裂系統(tǒng)在晚燕山期—早喜山期形成，是區(qū)內(nèi)最強(qiáng)烈的一次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。褶皺作用導(dǎo)致圈閉的形成，斷裂的疏導(dǎo)和破壞可導(dǎo)致油氣的運(yùn)移、調(diào)整、散失和破壞，并可能造成油氣藏的破壞，在地表形成一些古油藏。值得關(guān)注的是，滇東北地區(qū)褶皺及斷裂系統(tǒng)目前未有筇竹寺組古油藏的發(fā)現(xiàn)和報(bào)道，明顯不同于揚(yáng)子?xùn)|南緣斷裂已破壞油氣藏，有麻江、金沙巖孔眾多下古生界古油藏分布的特點(diǎn)。這是否意味著該區(qū)構(gòu)造作用較弱，筇竹寺組有較好的構(gòu)造保存條件？滇東北地區(qū)筇竹寺組是康滇古陸東緣寒武紀(jì)初期海侵沉積，處于由凹陷向隆起的過(guò)渡地帶，是油氣生成和運(yùn)移的有利指向區(qū)，具有油氣生成基礎(chǔ)和物質(zhì)條件。同時(shí)，按不同學(xué)者劃分方案分別屬于極低級(jí)變質(zhì)A帶—B帶、近變質(zhì)帶、低級(jí)近變帶—高級(jí)近變帶、葡萄石—綠纖石相。滇東北筇竹寺組烴源巖具較低成熟度，經(jīng)歷的最大古地溫較低，未達(dá)到淺變質(zhì)階段，對(duì)于油氣藏和圈閉可能尚具較弱的補(bǔ)給能力，但其較好的構(gòu)造保存條件及有利的油氣運(yùn)移指向區(qū)，使得這一地區(qū)筇竹寺組的勘探前景值得關(guān)注。

此次極低級(jí)變質(zhì)作用及古地溫和地溫梯度的研究，為該區(qū)筇竹寺組油氣成藏史的研究奠定了一定的基礎(chǔ)。未來(lái)可開(kāi)展滇東北其他烴源巖地層古地溫研究，獲取其經(jīng)歷的最大古地溫及各時(shí)代古地溫梯度，并結(jié)合本文的研究和各時(shí)代地層厚度、古水深、剝蝕量，建立該區(qū)筇竹寺組沉降史、熱史及生烴史。綜合構(gòu)造演化歷史，分析油氣生成、調(diào)整、運(yùn)移、破壞等成藏史，預(yù)測(cè)油氣發(fā)生、發(fā)展規(guī)律。

6 結(jié)論

（1） 滇東北地區(qū)筇竹寺組泥頁(yè)巖黏土礦物主要為伊利石，少量綠泥石、伊/蒙混層礦物、蒙脫石及高嶺石。伊/蒙混層礦物中伊利石含量達(dá)95%。自生伊利石及伊/蒙混層礦物中伊利石結(jié)晶度介于0.24～0.35；由瀝青反射率計(jì)算的烴源巖鏡質(zhì)體反射率（Ro）介于2.22%～2.65%，低于揚(yáng)子?xùn)|南緣（Ro介于3.18%～3.43%）及海相干酪根天然氣生成成熟度上限（Ro=3%）。該區(qū)部分烴源巖尚具微弱的生烴能力。

（2） 滇東北地區(qū)筇竹寺最高古地溫確定在200 ℃～227.57 ℃，低于揚(yáng)子?xùn)|南緣（211 ℃～246 ℃）及烴類(lèi)死亡最高溫度（230 ℃～300 ℃），部分烴源巖尚具微弱生烴能力。該區(qū)晚早白堊世至新近紀(jì)最大埋深期古地溫梯度介于2.53～2.91 ℃/100 m。筇竹寺組經(jīng)歷的最高古地溫低于揚(yáng)子?xùn)|南緣，古地溫梯度與揚(yáng)子?xùn)|南緣接近。

（3） 滇東北地區(qū)筇竹寺組可分別劃分為極低級(jí)變質(zhì)A帶—B帶、近變質(zhì)帶、低級(jí)近變帶—高級(jí)近變帶、葡萄石—綠纖石相，巖石均未達(dá)到淺變質(zhì)階段。

（4） 研究區(qū)筇竹寺組經(jīng)歷的最高古地溫較低與位于黔中隆起北緣奧陶系—志留系部分沉積缺失、蓋層總厚度及經(jīng)歷的最大埋深降低有關(guān)。筇竹寺組沉積處于由凹陷向隆起過(guò)渡的有利指向區(qū)，經(jīng)歷了較低的最高古地溫和極低級(jí)變質(zhì)作用，具較低的成熟度，具有油氣形成的條件和物質(zhì)基礎(chǔ)，無(wú)破壞性古油藏顯示，構(gòu)造保存條件較好，滇東北筇竹寺組的油氣遠(yuǎn)景應(yīng)予以關(guān)注。

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基金項(xiàng)目：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣調(diào)查專(zhuān)項(xiàng)（DD20190080）