涪陵焦石壩地區(qū)五峰組龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖層序地層與沉積相研究

張美玲　(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

李建明　(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院;非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢430100)

郭戰(zhàn)峰　(中石化江漢油田分公司天然氣勘探開(kāi)發(fā)處，湖北 潛江433124)

孟志勇，張夢(mèng)吟　(中石化江漢油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，湖北 武漢 430223)

張美玲(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

李建明(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院;非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢430100)

郭戰(zhàn)峰(中石化江漢油田分公司天然氣勘探開(kāi)發(fā)處，湖北 潛江433124)

孟志勇，張夢(mèng)吟(中石化江漢油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，湖北 武漢 430223)

[摘要]涪陵焦石壩地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組(O3w-S1l)發(fā)育一套富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖，在沉積構(gòu)造背景認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合測(cè)井曲線、巖心描述等多種資料，將O3w-S1l下部暗色泥頁(yè)巖段劃分出2個(gè)三級(jí)層序，主要發(fā)育海侵體系域和高水位體系域。暗色泥頁(yè)巖段主要為深水陸棚沉積環(huán)境,自下而上可劃分出4種沉積微相類型，分別為深水硅泥質(zhì)陸棚微相、深水泥質(zhì)陸棚微相、深水砂泥質(zhì)陸棚微相、深水混積陸棚微相。層序格架內(nèi)的沉積物厚度穩(wěn)定，研究區(qū)向東南或西北方向延伸，沉積相由深水陸棚逐漸向淺水陸棚演變。

[關(guān)鍵詞]涪陵地區(qū)；五峰組-龍馬溪組；沉積相；層序地層；深水陸棚沉積

渝東、川東南地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組(O3w-S1l)發(fā)育了一套暗色富硅質(zhì)、有機(jī)質(zhì)的泥頁(yè)巖，是華南地區(qū)“下組合”海相地層中的優(yōu)質(zhì)烴源巖之一[1]，且分布面積廣，埋深相對(duì)較淺[2]。近年來(lái)，中石化對(duì)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)力度不斷加大，并在涪陵地區(qū)取得重大突破[3]。截至2014年7月，國(guó)家儲(chǔ)委對(duì)涪陵頁(yè)巖氣進(jìn)行儲(chǔ)量審查，共審查含氣面積106×106km2，探明地質(zhì)儲(chǔ)量1067×108m3，由此中國(guó)第一個(gè)千億方級(jí)的頁(yè)巖氣藏誕生，標(biāo)志著我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)重大戰(zhàn)略性突破，提前進(jìn)入規(guī)?；?、商業(yè)化發(fā)展階段。

1區(qū)域地質(zhì)背景

1.1區(qū)域構(gòu)造

涪陵焦石壩所在的四川盆地是一個(gè)特提斯構(gòu)造域內(nèi)長(zhǎng)期發(fā)育、不斷演化的古生代-中新生代海陸相復(fù)雜疊合盆地[4]，具有早期沉降、晚期隆升，沉降期長(zhǎng)、隆升期短等特點(diǎn)[5]。焦石壩地區(qū)的構(gòu)造為主體平緩，邊緣被多條斷層夾持且復(fù)雜化的斷背斜構(gòu)造。該區(qū)發(fā)育多條逆斷層，其展布方向主要為北東向、南北向。

1.2沉積背景

奧陶紀(jì)末，O3w-S1l沉積早期，受華南板塊的擠壓，整個(gè)揚(yáng)子板塊逐漸由先前的臺(tái)地相轉(zhuǎn)換為前陸盆地沉積環(huán)境。研究區(qū)屬于隆后盆地沉積環(huán)境，南部為黔中隆起，西部為川中古隆起。受幾大古隆起的夾持，自湘鄂西地區(qū)向研究區(qū)，水體逐漸加深，區(qū)內(nèi)處于相對(duì)靜水陸棚沉積環(huán)境，發(fā)育了一套暗色的富硅質(zhì)、有機(jī)質(zhì)的泥頁(yè)巖[2]。

2層序劃分

2.1地層劃分

涪陵焦石壩地區(qū)晚奧陶世-早志留世地層主要包括：

1)澗草溝組(O3j)主要為灰色瘤狀泥灰?guī)r，含介屑和海百合莖化石，與上覆O3w為平行不整合接觸。

2)O3w主要為灰黑色含硅質(zhì)碳質(zhì)頁(yè)巖，筆石化石含量十分豐富，以雙列筆石為主，可見(jiàn)海綿、放射蟲(chóng)及骨針等硅質(zhì)骨骼類生物化石。其頂部發(fā)育了一層厚約1m的凝灰?guī)r，自然伽馬(qAPI)較高，大于250API，平均300API；下部qAPI略小，為齒化狀高值，分布于150～180API之間，雙側(cè)向電阻率(深側(cè)向電阻率(ρlld)與淺側(cè)向電阻率(ρlls))呈波狀中值。

3)S1l下部以深灰色-黑色紋層狀炭質(zhì)泥頁(yè)巖或粉砂質(zhì)炭質(zhì)泥頁(yè)巖夾放射蟲(chóng)炭質(zhì)泥頁(yè)巖為主，qAPI呈箱狀高值，ρlld與ρlls呈齒化箱狀、峰狀中值，一般介于9～76Ω·m之間。

4)S1l中部主要為灰色-深灰色粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，qAPI為齒化似箱狀中值，ρlld與ρlls呈齒化箱狀、峰狀高值。

5)S1l上部以灰色-深灰色泥巖為主，偶夾薄層粉砂巖條帶，qAPI大幅齒化高值，ρlld與ρlls呈波狀低值。

O3w和S1l下部筆石和放射蟲(chóng)的含量明顯高于S1l中、上部，而S1l底部及O3w的泥頁(yè)巖筆石含量尤為豐富，常稱之為筆石頁(yè)巖段。從已開(kāi)發(fā)井的錄井油氣顯示來(lái)看，重點(diǎn)含氣層段集中于O3w和S1l下部。

2.2層序劃分與層序地層格架的建立

結(jié)合經(jīng)典層序地層學(xué)理論方法，對(duì)區(qū)內(nèi)O3w-S1l暗色泥頁(yè)巖段進(jìn)行了層序地層研究。通過(guò)對(duì)區(qū)域沉積特征、沉積相縱向演化以及剖面測(cè)井資料特征的分析，將O3w-S1l暗色富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖段劃分為2個(gè)三級(jí)層序，分別為OSQ6和SSQ1(圖1)：

圖1　焦頁(yè) 1 井巖性、測(cè)井、沉積相與層序劃分綜合柱狀圖

1)三級(jí)層序OSQ6層序頂界為觀音橋底部，層序底界與O3w底界一致。該界限代表了前一次海退事件接踵而來(lái)的海侵事件，向北、向東可追蹤至O3w與O3j的不整合界面，為Ⅰ型層序界面。研究區(qū)僅可劃分出海侵體系域(TST)，是一個(gè)向上變深的退積層序，總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w(TOC))均在4%以上，是目的層段的優(yōu)質(zhì)烴源巖。

2)三級(jí)層序SSQ1層序頂界為濁積砂底部，層序底界與觀音橋段底界一致，為Ⅱ型層序邊界。觀音橋段(研究區(qū)僅殘存10～20cm)因郝南特階末期的全球性冰川事件引起全球海平面迅速下降，縱向上水體處于序列中最淺的位置，橫向上多分布于原來(lái)的陸架邊緣帶附近，因此構(gòu)成了Ⅱ型層序的陸架邊緣體系域(SMST)。S1l濁積砂段下部暗色富有機(jī)質(zhì)、富硅質(zhì)泥頁(yè)巖形成于TST和高水位體系域(HST)。TST是由2個(gè)準(zhǔn)層序構(gòu)成海侵時(shí)期的退積序列，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，該段w(TOC)平均為3.35%，是目的層段的優(yōu)質(zhì)烴源巖段；HST是由4個(gè)準(zhǔn)層序構(gòu)成的向上變淺的退積序列，w(TOC)平均為1.67%，是海侵時(shí)期形成的次一級(jí)烴源巖層。

可以看出，焦石壩地區(qū)O3w-S1l暗色泥頁(yè)巖沉積時(shí)期海水自下而上經(jīng)歷了一個(gè)較為完整的海進(jìn)-海退三級(jí)海平面升降旋回，在大的海平面升降旋回過(guò)程中，仍存在2個(gè)次一級(jí)的海平面升降旋回(圖1)。

3沉積相類型及展布特征

3.1沉積相類型及其特征

焦石壩地區(qū)O3w-S1l富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖段，富含筆石化石，巖石薄片中可見(jiàn)硅藻類生物，指示深水陸棚沉積環(huán)境。依據(jù)暗色泥頁(yè)巖段巖石類型、w(TOC)、RTh-U(元素Th與U含量之比)等資料，來(lái)判斷其沉積環(huán)境以及水體深度的相對(duì)變化，并據(jù)此將暗色泥頁(yè)巖段劃分為4個(gè)沉積微相類型。

1)深水硅泥質(zhì)陸棚微相代表巖性為暗色富硅質(zhì)、富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖，具備高w(TOC)(w(TOC)≥3%)和高自生硅質(zhì)(最高可達(dá)50%)的典型“雙高”特征。宏觀上，巖心較為均質(zhì)，紋層及頁(yè)理欠發(fā)育，但鏡下觀察，多見(jiàn)粉砂質(zhì)細(xì)紋層(圖2(a))；富含筆石化石(圖2(b))和放射蟲(chóng)(圖2(c))、海綿骨針(圖2(d))等硅質(zhì)骨骼類生物化石；筆石化石個(gè)體較大且完整，以雙列筆石為主[7]；黃鐵礦較為發(fā)育，多呈星散狀分布。RTh-U<2；該微相代表了水體最深、還原性最強(qiáng)的沉積環(huán)境。

該微相中夾雜多套火山凝灰?guī)r薄夾層[6]，代表了該地層沉積時(shí)期周緣或海底火山活動(dòng)較為頻繁，海水中富含硅質(zhì)和各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，加上當(dāng)時(shí)較為封閉的滯留盆地沉積環(huán)境，利于硅質(zhì)骨骼類生物和各種浮游類生物的發(fā)育和保存(圖3)。

2)深水泥質(zhì)陸棚微相代表巖性為暗色富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖，w(TOC)普遍高于2%，陸源粉砂質(zhì)含量相對(duì)較低；富含筆石化石，見(jiàn)自生硅質(zhì)，局部可見(jiàn)放射蟲(chóng)、骨針等硅質(zhì)骨骼生物化石，筆石化石個(gè)體相對(duì)完整，以雙列筆石為主，單列筆石含量有所增加；黃鐵礦較發(fā)育(圖2(e))，呈星散狀或紋層狀，見(jiàn)頁(yè)理；RTh-U介于1～3。該微相代表水體較深、還原性較強(qiáng)的沉積環(huán)境。

3)深水砂泥質(zhì)陸棚微相代表巖性為暗色富有機(jī)質(zhì)砂泥質(zhì)泥頁(yè)巖，w(TOC)普遍低于2%，陸源硅質(zhì)含量相對(duì)較高；發(fā)育粉砂質(zhì)粗紋層及頁(yè)理(圖2(f))；化石類型較為單一，主要為筆石類化石，個(gè)體較小，單列筆石和雙列筆石數(shù)量相當(dāng)；發(fā)育黃鐵礦，多呈星散狀密集分布于粉砂質(zhì)條帶或粗紋層中，部分密集成團(tuán)塊狀(圖2(g))，切割水平紋層(圖2(b)、(e))；RTh-U介于1～4。該微相代表水體深度最淺，還原性最差的沉積環(huán)境。

圖2　研究區(qū)O3w-S1l巖心及薄片照片

圖3　焦石壩地區(qū)O3w-S1l富硅質(zhì)、富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖類形成模式圖

4)深水混積陸棚微相代表巖性為暗色富有機(jī)質(zhì)灰質(zhì)泥頁(yè)巖，w(TOC)相對(duì)較高，普遍高于2%，富含灰質(zhì)，滴酸起泡較為強(qiáng)烈，陸源硅質(zhì)含量相對(duì)較低，薄片中未發(fā)現(xiàn)自生硅質(zhì)；頁(yè)理發(fā)育，偶夾粉砂質(zhì)紋層，自下而上粉砂質(zhì)紋層逐漸增多，表明水體自下而上逐漸變淺；化石類型較為單一，主要為筆石類化石，個(gè)體較細(xì)碎；巖心富含黃鐵礦，呈星散狀分布于巖石中，或密集成條帶狀和團(tuán)塊狀；RTh-U≥2。該微相代表水體較淺、還原性較差的沉積環(huán)境。

相比較而言，還原性較強(qiáng)的深水硅泥質(zhì)陸棚微相和深水泥質(zhì)陸棚微相對(duì)于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖的發(fā)育最為有利，其次為深水混積陸棚微相，而深水砂泥質(zhì)陸棚微相最差。

3.2沉積相展布

總體上，志留紀(jì)中上揚(yáng)子地區(qū)為一擠壓背景下的前陸盆地，研究區(qū)位于前陸隆起隆后盆地部位[8]。O3w-S1l底部暗色泥頁(yè)巖沉積時(shí)期，主體為深水陸棚沉積環(huán)境，結(jié)合已有的資料，將研究區(qū)內(nèi)O3w-S1l暗色泥頁(yè)巖段的三級(jí)層序進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，并編制了TST和HST時(shí)期的沉積相平面展布圖。暗色泥頁(yè)巖段在TST時(shí)期，層序格架內(nèi)沉積物厚度變化不大,深水陸棚相分布廣泛，呈北東向展布；深水陸棚相延北西方向直至川中古隆起，沿南東方向直至黔中隆起，逐漸過(guò)渡為淺水陸棚相，形成了相對(duì)平坦局部地區(qū)略有起伏的陸架環(huán)境(圖4)。HST沉積時(shí)期，深水陸棚相的分布范圍變小(圖5)，向北逐漸退出中上揚(yáng)子地區(qū)。

4結(jié)論

圖4　川東南地區(qū)O3w-S1l底部TST時(shí)期沉積相

圖5　川東南地區(qū)O3w-S1l底部HST時(shí)期沉積相

1)焦石壩地區(qū)五峰組-龍馬溪組(O3w-S1l)暗色泥頁(yè)巖發(fā)育時(shí)期,可識(shí)別出2個(gè)的三級(jí)層序OSQ6和SSQ1，主要發(fā)育海侵體系域(TST)和高水位體系域(HST)，TST發(fā)育主力優(yōu)質(zhì)烴源巖段，HST發(fā)育次一級(jí)烴源巖層。

2)將研究區(qū)O3w-S1l下部暗色泥頁(yè)巖段劃分出深水硅泥質(zhì)陸棚、深水泥質(zhì)陸棚、深水砂泥質(zhì)陸棚、深水混積陸棚等4種沉積微相，縱向上為自下而上沉積環(huán)境水體逐漸變淺的演化序列。還原性較強(qiáng)的深水硅泥質(zhì)陸棚和深水泥質(zhì)陸棚微相有利于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖發(fā)育，其次為深水混積陸棚微相，深水砂泥質(zhì)陸棚微相較差。

3)研究區(qū)內(nèi)O3w-S1l暗色泥頁(yè)巖段在TST時(shí)期，深水陸棚相分布廣泛，呈北東向展布，向北西、南東逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闇\水陸棚相，至HST沉積時(shí)期，深水陸棚相的分布范圍變小，向北逐漸退出中上揚(yáng)子地區(qū)。

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[編輯]鄧?yán)?/p>

[引著格式]張美玲，李建明，郭戰(zhàn)峰，等.涪陵焦石壩地區(qū)五峰組-龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖層序地層與沉積相研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版) ,2015,12(11):17～21.

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2015)11-0017-05

[中圖分類號(hào)]TE121.3

通信作者：

[作者簡(jiǎn)介]張美玲(1990-)，女，碩士生，現(xiàn)主要從事非常規(guī)沉積和儲(chǔ)層方面的研究；李建明，ljm@yangtzeu.edu.cn。

[基金項(xiàng)目]中國(guó)石油化工股份有限公司科研項(xiàng)目(P13023)。

[收稿日期]2014-11-10