鄂西咸豐地區五峰組—龍馬溪組硅質巖地球化學特征及地質意義

王 登，周 豹，冷雙梁，溫雅茹，劉 海，張小波，余江浩，陳 威

（1.湖北省地質調查院，武漢 430034；2.湖北省地質勘查工程技術研究中心，武漢 430022；3.中國石油集團西部鉆探工程有限公司蘇里格氣田分公司，內蒙古鄂爾多斯 017300）

0 引言

硅質巖是指由化學作用、生物和生物化學作用以及某些火山作用所形成的富含二氧化硅（SiO2）（質量分數一般大于70%）的沉積巖，包括盆地內經機械破碎再沉積的硅質巖，具有結構致密、抗風化能力強等特征，可以較好地保存其沉積時期的古地理、古環境以及古氣候等信息［1-2］。目前，有關硅質成因及沉積環境的研究手段主要是通過野外觀察，然后轉向室內巖相學特征研究，如硅質巖的礦物組分、結構構造、古生物鑒別、陰極發光等，一般是通過無機地球化學分析進行研究，如主、微量稀土元素、同位素特征等［3-4］。有關四川盆地五峰組—龍馬溪組硅質巖的研究，目前已經取得了一些成果，總體上其硅質來源較多且在不同地區存在差異。黃志誠等［5］對句容縣五峰組硅質巖進行了研究，發現其富含大量硅質生物和多達97 層的火山碎屑巖，認為這是深海環境中的火山-生物作用形成。高長林等［6］通過對北大巴山硅質巖的研究，認為其硅質巖成因與火山活動有關，形成于深海環境。劉偉等［7］通過對四川雷波地區五峰組硅質巖的研究，認為其為正常生物化學沉積，沉積環境遠離陸源碎屑和淡水。王淑芳等［8］通過對四川盆地蜀南五峰組—龍馬溪組硅質巖的研究，認為其硅質為生物來源，陸源碎屑貢獻較少。近年來，鄂西地區是繼四川盆地焦石壩、威遠等地外，南方海相頁巖氣勘探的又一熱點領域，在來地1 井、咸頁1 井等相繼鉆遇良好頁巖氣顯示，表明該區具有良好的勘探前景。目前，尚未對鄂西地區五峰組和龍馬溪組黑色巖系的硅質來源及成因進行深入研究，因此明確其硅質來源對于深化黑色巖系的形成環境認識和促進鄂西地區頁巖氣勘探具有重要意義。

在對鄂西咸豐地區沙嶺剖面詳細觀察和描述基礎上，對五峰組—龍馬溪組硅質巖進行系統采樣，結合系統的巖石學和地球化學分析測試，查明其礦物組成和元素地球化學特征，并與不同地區硅質巖進行對比與分析，進而揭示其成因及沉積環境，探討其對頁巖氣儲集的地質意義，以期為鄂西地區五峰組和龍馬溪組頁巖氣勘探開發提供指導。

1 地質背景

沙嶺剖面在行政上位于恩施州咸豐縣活龍坪鄉西南部，構造上位于湘鄂西褶沖帶之中央復背斜帶，東與花果坪復向斜毗鄰，西接利川復向斜，是中揚子板塊的一部分［9-10］［圖1（a）］，主要發育震旦系至下三疊統海相沉積，厚度為4 000～5 000 m，除泥盆系和石炭系發育不全外，其余層系均發育良好。其中，奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組是我國南方海相頁巖氣的主要產層［11-13］。自晚古生代以來，受加里東、印支等多期構造運動改造［9-10］，研究區變形強烈，構造線總體呈北北東—北東的弧形分布，具有向斜寬緩和背斜高陡的特征。在晚奧陶世五峰組沉積期，中上揚子地區盆地格局發生重大轉變，川西—滇中、漢南等邊緣古隆起已形成，特別是雪峰隆起、川中隆起和黔中隆起均出露海平面之上，使早中奧陶世時期具有廣海特征的海域轉變為被隆起所圍限的局限淺海域，形成大面積低能、欠補償、缺氧的沉積環境，此時五峰組沉積了一套穩定的黑色富有機質頁巖，厚度為5～12 m。五峰組頂部觀音橋段沉積時，受岡瓦納古陸冰期開始的影響，海平面下降，水體相對較淺，發育一套生物碎屑泥質灰巖［14］。隨后，海平面迅速上升，進入早志留世龍馬溪組沉積早期，此時研究區繼承了五峰組沉積期的古地理背景，同樣處于深水陸棚的沉積環境中，發育一套黑色炭質頁巖和硅質巖組合，厚度為30～50 m。研究區主要出露奧陶紀至二疊紀地層，出露良好且連續，由老到新為寶塔組、五峰組和龍馬溪組［圖1（b）］。其中五峰組主要為富筆石黑色硅質巖，厚度為9.90 m，放射蟲大量發育，有4 層灰黃色斑脫巖夾層，見大量順層和團塊狀分布的黃鐵礦，其頂部發育一層厚約0.33 m 的灰巖，含赫南特貝等化石，整合于寶塔組瘤狀灰巖之上。龍馬溪組主要由富筆石黑色硅質巖和頁巖組成，厚度大于30 m，其中硅質巖厚度約為12.2 m。

圖1 咸豐地區沙嶺剖面構造位置（a）及硅質巖地化參數變化曲線（b）Fig.1 Structural location of Shaling profile in Xianfeng area（a）and curves of geochemical parameters of siliceous rocks（b）

2 樣品采集與測試

本次研究的樣品均采自咸豐地區沙嶺剖面，基本覆蓋了五峰組和龍馬溪組硅質巖段，均為巖性均勻的新鮮巖石。采樣中盡量避開了泥頁巖和斑脫巖夾層，同時去除了節理裂隙中的石英脈，并對所采樣品進行了清洗，以避免泥土的污染。將這些硅質巖樣品磨制成巖石薄片，共17 件，其中五峰組硅質巖9 件（編號：XF-01—XF-09），龍馬溪組硅質巖8 件（編號：XF-10—XF-17）。在偏光顯微鏡下觀察其礦物組成和內部結構，并對其進行主量、微量元素及掃描電鏡分析。

樣品的主、微量元素分析測試均在國土資源部武漢礦產資源監督檢測中心完成。其中，主量元素采用X 射線熒光光譜儀（XRF-1800）測定，分析精度優于3%；微量元素分析采用ELAN6000 ICP-MS完成，分析精度優于5%。樣品處理如下：①稱取粉碎至大約74 μm 的巖石粉末50 mg 于Teflon 溶樣器中；②采用Teflon 溶樣彈將樣品用1.5 mL HF+1.5 mL HNO3在195℃條件下消解48 h；③將在120 ℃條件下蒸干除Si 后的樣品用2%HNO3稀釋2 000 倍，定容于干凈的聚酯瓶。

3 硅質巖特征

3.1 硅質巖巖石學特征

硅質巖的巖石學特征是進行硅質巖地球化學研究的基礎［4，15-16］。通過野外露頭及薄片鏡下觀察，結合咸豐地區沙嶺剖面五峰組—龍馬溪組頁巖礦物組成、沉積構造和生物組成的特征，共識別出2種巖相類型：玉髓質放射蟲巖和粉砂質硅質巖。

3.1.1 玉髓質放射蟲巖

沙嶺剖面上，玉髓質放射蟲巖為灰黑色—黑色［圖2（a）］，呈穩定層狀產出，層厚多為7～12 cm，為塊狀層理。顯微鏡下顯示巖石主要由生屑組成，體積分數為75%～78%，含粉砂質碎屑物［圖2（b）—（c）］和膠結物，體積分數分別為2%～3%和20%～22%，為生屑結構。生屑為放射蟲，主要呈圓狀、橢圓狀外形，大小一般為0.03～0.30 mm，雜亂分布，主要由隱晶狀、纖維狀玉髓組成，含少量微粒狀石英。粉砂質碎屑物主要為石英，次棱角狀、次圓狀外形，粒徑一般為0.004～0.040 mm，零散分布。膠結物由硅質及少量黏土礦物、鐵炭質組成，其中，硅質由隱晶狀、纖維狀玉髓及少量微粒狀石英組成，不均勻分布于放射蟲介殼間，與顯微鱗片狀、隱晶狀黏土礦物及塵點狀、粉末狀鐵炭質混雜分布。

3.1.2 粉砂質硅質巖

沙嶺剖面上，粉砂質硅質巖為灰黑色—黑色［圖2（d）］，呈穩定層狀產出，層厚多為6～12 cm，以塊狀層理為主，有時見水平層理。顯微鏡下顯示巖石主要由硅質組成，體積分數為56%～60%，含粉砂質碎屑物［圖2（e）—（f）］、黏土礦物和鐵炭質，體積分數分別為20%～28%，4%～7%和5%～7%，以及少量的放射蟲，為含粉砂質隱晶狀結構。硅質由隱晶狀、纖維狀玉髓組成，粒徑一般小于0.01 mm，與黏土礦物、鐵炭質混雜分布。粉砂質碎屑物主要為石英，次棱角狀、次圓狀外形，粒徑一般為0.004～0.050 mm，雜亂分布。黏土礦物呈隱晶狀、顯微鱗片狀，部分重結晶，粒徑一般小于0.01 mm，與硅質、鐵質混雜分布。鐵炭質呈塵點狀、粉末狀，與硅質、黏土礦物混雜分布，偶見放射蟲，呈圓狀、橢圓狀外形，大小一般約為0.03 mm，由隱—微晶玉髓及少量微粒狀石英組成。

圖2 咸豐地區沙嶺剖面五峰組—龍馬溪組典型硅質巖特征（a）五峰組硅質巖野外露頭特征；（b）玉髓質放射蟲巖，五峰組，樣號XF-05，正交偏光；（c）玉髓質放射蟲巖，龍馬溪組，樣號XF-11，正交偏光；（d）龍馬溪組硅質巖野外露頭特征；（e）含放射蟲粉砂質硅質巖，見大量石英碎屑顆粒，五峰組，樣號XF-03，單偏光；（f）含放射蟲粉砂質硅質巖，龍馬溪組，樣號XF-16，單偏光Fig.2 Typical micoro photos of siliceous rocks of Wufeng-Longmaxi Formation of Shaling profile in Xianfeng area

3.2 硅質巖地球化學特征

3.2.1 主量元素特征

咸豐地區沙嶺剖面五峰組—龍馬溪組硅質巖具有SiO2含量高的特征，其中五峰組（質量分數為73.96%～90.20%，平均為83.58%）高于龍馬溪組（質量分數為70.70%～80.70%，平均為76.47%），五峰組和龍馬溪組Al2O3質量分數分別為3.22%～8.68%和6.36%～12.38%，平均值分別為6.15%和8.93%；K2O 質量分數分別為0.86%～2.52% 和1.76%～3.51%，平均值分別為1.78% 和2.51%；Fe2O3質量分數分別為0.58%～2.73%和1.35%～2.67%，平均值分別為1.38% 和2.02%；Na2O 質量分數分別為0.21%～0.74% 和0.56%～1.20%，平均值分別為0.38%和0.82%。其他次要成分MgO，MnO，TiO2，CaO，P2O5等的質量分數普遍小于1%（表1）。

3.2.2 稀土元素特征

咸豐地區沙嶺剖面五峰組—龍馬溪組硅質巖稀土元素總量（ΣREE）變化較大，五峰組和龍馬溪組的質量分數分別為（74.06～210.43）×10-6和（141.44～221.55）×10-6，平均值分別為122.43×10-6和173.84×10-6，龍馬溪組硅質巖ΣREE 略高于五峰組。五峰組和龍馬溪組硅質巖輕稀土元素（LREE）質量分數分別為（63.28～187.12）×10-6和（123.61～200.37）×10-6，平均值分別為109.40×10-6和155.54×10-6；重稀土元素（HREE）質量分數分別為（7.91～23.31）×10-6和（11.56～21.18）×10-6，平均值分別為13.03×10-6和17.46×10-6；w（LREE）/w（HREE）分別為5.87～11.62和6.93～10.23，平均值分別為8.50 和8.49，由此表明沙嶺剖面五峰組—龍馬溪組為輕稀土元素富集（表2）。

在PAAS 標準分配模式上，咸豐地區沙嶺剖面五峰組和龍馬溪組稀土元素分配曲線呈近似于平坦，個別樣品分配曲線呈右傾（圖3），樣品具有微弱的Ce 負異常和Eu 負異常。五峰組和龍馬溪組的δCe分別為0.83～0.96 和0.89～0.96，平均值分別為0.89 和0.93；δEu 分別為0.79～0.96 和0.85～0.95，平均值分別為0.89 和0.88。

圖3 咸豐地區沙嶺剖面五峰組（a）和龍馬溪組（b）硅質巖PAAS 標準化的REE 分配圖解Fig.3 REE distribution for PAAS standardization of siliceous rocks of Wufeng Formation（a）and Longmaxi Formation（b）of Shaling profile in Xianfeng area

4 硅質巖成因及形成環境

4.1 硅質巖成因

4.1.1 巖相學證據

咸豐地區沙嶺剖面五峰組—龍馬溪組硅質巖呈灰黑—黑色，薄層狀分布，層厚多為6～12 cm，局部可見水平層理，夾少量灰黑色薄層泥頁巖及灰黃色斑脫巖。光學顯微鏡下，玉髓質放射蟲巖和粉砂質硅質巖分別顯示為生屑結構、含粉砂質隱晶狀結構，硅質礦物主要為玉髓，含少量微粒狀石英及含量不等的粉砂級石英碎屑，可見大量黑色有機質分布及殘余硅質生物碎屑，主要為放射蟲（圖2）。這表明研究區硅質巖為沉積成因，且硅質巖中含有生物成因的石英，這2 種硅質巖均受到陸源硅的輸入影響，且后者大于前者。

4.1.2 主量元素證據

Al，Fe 和Mn 元素是區分硅質巖熱液成因與生物成因的有效地球化學指標［17-18］。硅質巖中有熱液影響通常伴隨著Fe 和Mn 的富集，而陸源的輸入會引起Al 和Ti 的富集，Al/（Al+Fe+Mn）值可以作為衡量沉積物中熱水沉積物含量的標志［18-20］。Adachi等［19］和Yamamoto［20］指出，純熱水和純生物沉積的w（Al）/w（Al+Fe+Mn）值分別為0.01 和0.60，并擬定了熱水沉積與非熱水沉積的Al-Fe-Mn三角圖。

咸豐地區沙嶺剖面五峰組和龍馬溪組硅質巖的w（Al）/w（Al+Fe+Mn）值分別為0.64～0.87 和0.71～0.87，平均值分別為0.77 和0.76（表1），與海相生物硅質巖的值相近，但均高于純硅質巖，表明其除了受到生物硅質影響外，還可能受到其他來源影響。在Al-Fe-Mn 三角圖中，17 個樣品均位于非熱液成因區，即研究區五峰組和龍馬溪組硅質巖均為非熱液成因（圖4），明顯不同于貴州桑木場［21］、貴州桑樹灣［15］和安徽青坑［16］熱液成因硅質巖的特征。此外，Al2O3/TiO2-Al/（Al+Fe+Mn）圖用于區分熱水沉積和非熱水沉積［22］。如圖5 所示，沙嶺剖面全部樣品位于非熱水沉積區。

圖4 咸豐地區沙嶺剖面五峰組—龍馬溪組硅質巖Al-Fe-Mn 圖解［19］Fig.4 Al-Fe-Mn diagram of siliceous rocks of Wufeng-Longmaxi Formation of Shaling profile in Xianfeng area

圖5 咸豐地區沙嶺剖面五峰組—龍馬溪組硅質巖Al2O3/TiO2-Al/（Al+Fe+Mn）圖解［22］Fig.5 Al2O3/TiO2-Al/（Al+Fe+Mn）diagram of siliceous rocks of Wufeng-Longmaxi Formation of Shaling profile in Xianfeng area

海相沉積物中Fe/Ti 值和（Fe+Mn）/Ti 值可以用來判斷熱水沉積和正常海水沉積，當上述質量分數比值分別大于20 和25 時，一般認為屬于熱水來源的沉積物［23］。沙嶺剖面五峰組和龍馬溪組硅質巖的w（Fe）/w（Ti）值分別為1.91～7.73 和1.73～4.95，平均值分別為4.17 和3.85；w（Fe+Mn）/w（Ti）值分別為1.93～7.79 和1.73～4.95，平均值分別為4.20 和3.86（參見表1）。兩者均遠小于其標準值，這與貴州桑木場［21］、貴州桑樹灣［15］和安徽青坑［16］熱液成因硅質巖特征不同，顯示為正常海水沉積。

Mn 是一種容易遷移的元素，其受成巖作用的影響很大［18］，而樣品中Mn 元素含量較低。針對該現象，可以用Fe/Ti-Al/（Al+Fe）圖解來判斷硅質巖成因［24］。當w（Al）/w（Al+Fe）＞0.5，且w（Fe）/w（Ti）＜30 時，為非熱液成因；而當w（Al）/w（Al+Fe）＜0.35，且w（Fe）/w（Ti）＞30 時，為熱液成因。如圖6 所示，沙嶺剖面五峰組和龍馬溪組硅質巖w（Al）/w（Al+Fe）值分別為0.64～0.87 和0.71～0.87，平均值分別為0.77 和0.76，明顯不同于貴州桑木場［21］、貴州桑樹灣［15］和安徽青坑［16］熱液成因硅質巖的特征，17 個樣品均落在非熱液成因區。

圖6 咸豐地區沙嶺剖面硅質巖Fe/Ti-Al/（Al+Fe）圖解［18］Fig.6 Fe/Ti-Al/（Al+Fe）diagram of siliceous rocks of Wufeng-Longmaxi Formation of Shaling profile in Xianfeng area

4.1.3 稀土元素證據

硅質巖Eu 異常是判別硅質巖成因的重要指標［25-28］。熱液成因的硅質巖通常具有明顯的Eu 正異常［28-30］，正常海水沉積和生物成因的硅質巖不顯示明顯的Eu 正異常。沙嶺剖面五峰組和龍馬溪組硅質巖w（Eu）/w（Eu*）值分別為0.79～0.96 和0.85～0.95，平均值分別為0.89 和0.88（參見表2），兩者均不具有明顯的正Eu 異常，不同于貴州桑樹灣熱液成因硅質巖［w（Eu）/w（Eu*）平均值為1.30］［15］和安徽青坑熱水成因的硅質巖［w（Eu）/w（Eu*）平均值為1.63］［16］，排除其形成過程中主要受熱水作用影響的可能。

典型的海相熱液沉積物的ΣREE 低，重稀土元素（HREE）富集，且具有明顯的Ce 負異常［31］。Fleet等［31］在系統研究全球非熱液成因和熱液成因沉積物中的稀土元素之后指出，非熱水沉積中的ΣREE高，但HREE 不富集，而熱水沉積中的ΣREE 低。沙嶺剖面五峰組和龍馬溪組硅質巖均具微弱的Ce 負異常和HREE 不富集的特征，且w（ΣREE）普遍較高，分別為（74.06～210.43）×10-6和（141.44～221.55）×10-6（表2），平均值分別為122.43×10-6和173.84×10-6，明顯區別于貴州桑樹灣茅口組［w（ΣREE）平均值為6.3×10-6］［15］、安徽青坑黃柏嶺組［w（ΣREE）平均值為11.27×10-6］［16］典型熱液成因硅質巖的REE特征。

稀土元素可作為沉積物沉積過程的示蹤劑［32-34］。Murray 等［32］研究表明，陸源碎屑的稀土元素含量明顯高于海水的稀土元素含量。因此，在形成過程中受陸源碎屑影響的硅質巖，其稀土元素含量較高。沙嶺剖面ΣREE 曲線垂向變化幅度較大，上部龍馬溪組硅質巖ΣREE 明顯高于下部五峰組，且具有粉砂質硅質巖ΣREE 明顯高于玉髓質放射蟲巖的特征［參見圖1（b）］。由此表明，五峰組和龍馬溪組硅質巖在形成過程中可能受到了陸源碎屑的影響，且龍馬溪組硅質巖受到陸源碎屑的影響更大。

綜上所述，根據硅質巖巖石鏡下特征、樣品的Fe/Ti，（Fe+Mn）/Ti，Al/（Al+Fe+Mn），δEu，Al-Fe-Mn 圖解，Al2O3/TiO2-Al/（Al+Fe+Mn）圖解和Fe/Ti-Al/（Al+Fe）圖解，咸豐地區五峰組和龍馬溪組硅質巖為正常海水沉積成因，伴有陸源硅輸入，以生物沉積作用為主，且與典型熱液成因的硅質巖特征差異明顯［15-16，21］。此外，揚子地臺五峰組—龍馬溪組廣泛發育斑脫巖，且在不同地區的厚度和規模存在差異［5-8，14］。研究區發育少量斑脫巖，其厚度為1.10～1.50 cm，主要由伊利石、蒙脫石和伊/蒙混層物組成，含少量長石、石英等［14］，顯示他們是遠源沉積產物。火山距研究區較遠，也不能說明研究區存在熱源，但這些火山沉積物富含SiO2，可為硅質巖的沉積提供物質來源；同時，SiO2在海水中大量富集也為硅質生物繁盛創造了有利條件，這些生物死亡后，通過生物作用形成硅質巖。

4.2 硅質巖形成環境

已有研究表明，硅質巖的Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）值可用來判定其沉積環境［18，32］。當w（Al2O3）/w（Al2O3+Fe2O3）＜0.4 時，指示硅質巖的沉積環境為洋中脊；當0.4 ＜w（Al2O3）/w（Al2O3+Fe2O3）＜0.7 時，指示其沉積環境為大洋盆地；w（Al2O3）/w（Al2O3+Fe2O3）＞0.5 時為大陸邊緣［18］。沙嶺剖面五峰組和龍馬溪組硅質巖的w（Al2O3）/w（Al2O3+Fe2O3）值分別為0.70～0.90 和0.76～0.90，平均值均為0.81；兩者均與沉積于大陸邊緣硅質巖特征相似（參見表1）。沙嶺剖面五峰組和龍馬溪組硅質巖均分布在大陸邊緣區域內，遠離大洋中脊，表現出顯著的大陸邊緣沉積特征［圖7（a）］。

Murray［18］指出，當w（LaN）/w（CeN）值為0.5～1.5時，則硅質巖沉積于大陸邊緣環境；當w（LaN）/w（CeN）值為1.0～2.5，硅質巖沉積于大洋盆地內；當w（LaN）/w（CeN）值大于3.5 時，則為洋中脊環境。沙嶺剖面五峰組和龍馬溪組硅質巖w（LaN）/w（CeN）值分別為1.07～1.19 和1.01～1.09，平均值分別為1.15 和1.06，與沉積于大陸邊緣硅質巖特征相似（參見表2）。在Murray［18］建立的LaN/CeN-Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）判別圖中，沙嶺剖面五峰組和龍馬溪組樣品均分布在大陸邊緣區域內，遠離大洋中脊，表現出大陸邊緣沉積特征［圖7（b）］。

圖7 咸豐地區沙嶺剖面硅質巖Fe2O3/TiO2-Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）（a）和LaN/CeN-Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）（b）圖解［18］Fig.7 Fe2O3/TiO2-Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）（a）and LaN/CeN-Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）（b）diagram of siliceous rocks of Wufeng-Longmaxi Formation of Shaling profile in Xianfeng area

MnO/TiO2值亦可作為判斷硅質巖沉積環境的參數之一［33］。當硅質巖的w（MnO）/w（TiO2）＜0.5 時，硅質巖沉積于大陸邊緣區域；當w（MnO）/w（TiO2）為0.5～3.5 時，硅質巖的沉積環境為開闊大洋。沙嶺剖面五峰組和龍馬溪組硅質巖的w（MnO）/w（TiO2）值分別為0.02～0.07 和0.01～0.03，平均值分別為0.04 和0.02（參見表1），兩者均遠小于0.5，表明沙嶺剖面硅質巖的沉積環境為大陸邊緣。

Murray 等［34］研究表明，沉積于大陸邊緣的硅質巖LaN/YbN值較高，為1.1～1.4；產出于深海盆地的硅質巖w（LaN）/w（YbN）值為0.3～1.1；沉積于洋中脊的硅質巖w（LaN）/w（YbN）值小于0.3。沙嶺剖面五峰組和龍馬溪組硅質巖w（LaN）/w（YbN）值分別為0.83～1.22 和0.89～1.55，平均值分別為0.99 和1.15，在沉積于大陸邊緣和深海盆地的硅質巖的LaN/YbN值范圍內。

根據上述沙嶺剖面硅質巖主量和稀土元素特征、相關地化參數及圖解，并結合野外特征和鏡下特征等，可以判斷研究區硅質巖為未受熱水作用影響、具有正常海水沉積的硅質巖，這與前人通過巖性、沉積構造、古生物等特征分析的沉積環境一致［9-10，14］，為大陸邊緣的半局限深水陸棚。

5 頁巖氣儲集意義

海相頁巖中硅質礦物的發育對有機質富集具有重要影響，通常情況下硅質礦物特別是生物硅含量與總有機碳含量具有明顯的正相關性［8，35-38］。蔡全升等［39］通過對鄂西宜昌地區硅質巖的分析發現，硅質礦物與TOC 含量峰值之間具有正態分布曲線關系的特征：當生物硅質量分數由0 增加至100%時，樣品的TOC 含量先增大再減小，當生物硅質量分數約為40%時，TOC 含量最高，兩者為明顯的正相關關系；當生物硅質量分數由40%繼續增大時，TOC 含量有明顯降低的趨勢。通過分析鄂西咸豐地區沙嶺垂向地化剖面［參見圖1（b）］發現，TOC含量與SiO2含量、生物硅（Sibio）含量之間具有明顯的相關關系，整體上呈正相關關系，局部呈負相關關系，即部分樣品SiO2含量和生物硅含量高，但TOC 含量并不高，這表明生物硅含量和TOC 含量之間并不是簡單的線性關系，隨著生物硅含量的增加，TOC 含量先增大再減小，硅質礦物含量越高并不一定預示著有機質越富集，這一特征與蔡全升對鄂西宜昌地區硅質巖的認識相符［39］。

硅質礦物對頁巖儲集空間的保存和發育具有重要意義［36-39］。硅質礦物作為硅質巖中主要的造巖礦物，具有很強的抗壓實能力，對儲集空間能夠起到較好的保護作用［39-40］。鏡下觀察顯示，一些硅質放射蟲體腔內充填了黑色有機質（參見圖2），這些有機質內部也發育有大量的納米級孔隙，多呈氣泡狀和斑點狀分布，孔徑一般為300～350 nm，最大可達3.0 μm［圖8（a）—（b）］；還有一些放射蟲體腔內被玉髓充填（參見圖2），這些玉髓內部可見孔徑不一的粒內孔，孔徑一般為150～200 nm，最大可達6.0 μm［圖8（c）—（d）］。這些都能顯著地提高硅質巖的儲集空間，進而改善硅質巖儲存頁巖氣的能力。

圖8 咸豐地區沙嶺剖面硅質巖掃描電鏡下孔隙特征（a）有機質孔，五峰組，樣號XF-05；（b）有機質孔，龍馬溪組，樣號XF-14；（c）玉髓粒內孔，五峰組，樣號XF-03；（d）玉髓粒內孔，龍馬溪組，樣號XF-11Fig.8 Pore characteristics of siliceous rocks of Shaling profile in Xianfeng area under scanning electron microscope

6 結論

（1）鄂西咸豐地區五峰組和龍馬溪組硅質巖可識別出2 種巖相類型，玉髓質放射蟲巖和粉砂質硅質巖。這2 種硅質巖均可見粉砂級石英碎屑，含量差異較大，表明其受到陸源輸入影響，且后者大于前者。

（2）鄂西咸豐地區五峰組和龍馬溪組硅質巖SiO2含量較高（質量分數平均值分別為83.58%和76.47%），其次為Al2O3和K2O。五峰組和龍馬溪組硅質巖不具有典型熱液成因特征，與貴州桑木場、貴州桑樹灣和安徽青坑熱液成因硅質巖特征明顯不同，表現為正常海相生物成因硅質巖，并伴有陸源硅輸入。

（3）鄂西咸豐地區五峰組和龍馬溪組硅質巖的沉積環境為大陸邊緣，為半局限深水陸棚環境。

（4）鄂西咸豐地區五峰組和龍馬溪組生物硅含量和TOC 含量之間并不是簡單的線性關系，具有隨著生物硅含量的增加，TOC 含量先增大再減小的特征，而不是硅質礦物含量越高有機質越富集。同時，放射蟲體內大量發育的石英粒內孔和有機質孔可以顯著提高硅質巖儲集空間，改善硅質巖儲存頁巖氣的能力。