汪凱明

(中國(guó)石化華東油氣分公司勘探開發(fā)研究院， 南京 210019)

中國(guó)南方地區(qū)下寒武統(tǒng)頁(yè)巖具有分布面積廣、沉積厚度大、有機(jī)碳含量(total organic carbon，TOC)高等有利條件，蘊(yùn)藏著豐富的頁(yè)巖氣資源潛力，是頁(yè)巖氣潛在的有利勘探層系之一。近年來，中國(guó)學(xué)者關(guān)于下?lián)P子皖南下寒武統(tǒng)頁(yè)巖的巖石相與沉積特征、地球化學(xué)特征，沉積環(huán)境，以及頁(yè)巖氣成藏條件、富集主控因素、勘探前景等方面開展了相關(guān)研究[1-6]，研究認(rèn)識(shí)主要體現(xiàn)在頁(yè)巖沉積環(huán)境和頁(yè)巖氣富集保存兩個(gè)方面：①盧炳雄等[1]研究認(rèn)為盆地相的深水還原環(huán)境是形成頁(yè)巖氣藏的最佳相帶；姚紅生等[2]研究認(rèn)為皖南地區(qū)荷塘組黑色硅質(zhì)頁(yè)巖為生物成因，形成于氣候溫暖潮濕，咸水-高鹽、貧氧-厭氧為主的水體環(huán)境，有利于有機(jī)質(zhì)的形成與保存；皖南地區(qū)下寒武統(tǒng)頁(yè)巖具備頁(yè)巖氣成藏的基本條件。②黃正清等[3]研究認(rèn)為保存條件是影響荷塘組頁(yè)巖含氣量的主因，尋找弱改造、低演化程度區(qū)是下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)頁(yè)巖氣勘探的關(guān)鍵；汪凱明[4]研究認(rèn)為下寒武統(tǒng)頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)要素的研究需要更加突出全方位整體評(píng)價(jià)。尋找“晚生晚抬型”埋藏史、最佳的生儲(chǔ)耦合窗口和構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)是下寒武統(tǒng)頁(yè)巖氣勘探的主要方向；鄭紅軍等[5]根據(jù)下?lián)P子頁(yè)巖氣地質(zhì)調(diào)查新進(jìn)展，認(rèn)為頁(yè)巖氣構(gòu)造保存條件的實(shí)質(zhì)是地應(yīng)力與地層壓力的耦合關(guān)系問題,據(jù)此制定針對(duì)性的調(diào)查勘探思路，指導(dǎo)有利目標(biāo)優(yōu)選和鉆探部署。前人的研究成果對(duì)下?lián)P子下寒武統(tǒng)頁(yè)巖氣形成條件、目標(biāo)評(píng)價(jià)及勘探部署等具有一定的指導(dǎo)性。然而，以上研究的層位主要集中在下寒武統(tǒng)荷塘組，從目前公開發(fā)表的文獻(xiàn)來看，僅樊佳莉[6]開展了大陳嶺組巖相與沉積環(huán)境研究，認(rèn)為大陳嶺組發(fā)育紋層狀硅巖、含海綿骨針硅質(zhì)頁(yè)巖、灰質(zhì)泥巖和紋層狀灰?guī)r四種巖石相，形成于較遠(yuǎn)離碳酸鹽巖臺(tái)地的深水下斜坡相-盆地沉積環(huán)境?？傮w而言，由于大陳嶺組勘探程度極低，基礎(chǔ)資料匱乏等原因，關(guān)于大陳嶺組頁(yè)巖基本地質(zhì)特征及其沉積環(huán)境的研究程度低，缺乏系統(tǒng)性，一定程度上限制了該層系的整體認(rèn)識(shí)和勘探進(jìn)展。

在下?lián)P子皖南地區(qū)下寒武統(tǒng)頁(yè)巖氣勘探過程中，鉆井發(fā)現(xiàn)大陳嶺組發(fā)育大套厚層富有機(jī)質(zhì)暗色頁(yè)巖，為進(jìn)一步深化大陳嶺組頁(yè)巖的基本地質(zhì)特征及其沉積環(huán)境研究，以WY1井鉆井巖心資料、測(cè)井資料為基礎(chǔ)，利用全巖X射線衍射、氬離子拋光掃描電鏡、有機(jī)地球化學(xué)、元素地球化學(xué)等測(cè)試手段，重點(diǎn)對(duì)大陳嶺組頁(yè)巖層段的礦物組成特征、有機(jī)地球化學(xué)特征、孔隙特征等地質(zhì)特征開展研究，討論頁(yè)巖的沉積環(huán)境，以期為區(qū)域上大陳嶺組頁(yè)巖的深入評(píng)價(jià)以及沉積相的研究豐富基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

1 研究區(qū)概況

下?lián)P子地區(qū)位于揚(yáng)子板塊東段，北界為連云港—黃梅斷裂、秦嶺—膠南蘇魯構(gòu)造帶，南界為江山—紹興斷裂與華南板塊毗鄰，東鄰環(huán)太平洋構(gòu)造帶，西接特提斯構(gòu)造域[7]，面積約22.5×104km2，是中國(guó)南方海相中-古生界發(fā)育最全、保存也較為完整的地區(qū)之一。下?lián)P子地區(qū)大致經(jīng)歷了5個(gè)構(gòu)造演化階段[8-10]：①太古宙古陸核形成期，形成了酷似上地殼最底部的深變質(zhì)巖系；②元古宙揚(yáng)子板塊和南方古陸形成期，揚(yáng)子板塊在此期間形成；③早古生代-中三疊世海相克拉通盆地沉積期，此時(shí)期揚(yáng)子板塊較為穩(wěn)定，加里東運(yùn)動(dòng)影響小，沉積厚度大，部分地區(qū)沉積厚度可達(dá)上萬(wàn)米；④中生代印支-燕山運(yùn)動(dòng)期，形成晚三疊世-侏羅紀(jì)的陸相碎屑巖沉積建造；⑤新生代喜馬拉雅構(gòu)造期。隨著亞歐大陸與印度次大陸的碰撞及西太平洋島弧邊緣海的出現(xiàn)，在拉張為主、擠壓為輔的交替改造作用下，造成大型坳陷與斷-坳復(fù)合型盆地疊加，形成了現(xiàn)今構(gòu)造的基本面貌。根據(jù)沉積建造和構(gòu)造特征上的差異，下?lián)P子地區(qū)劃分為蘇北斜坡，南京坳陷，江南隆起和錢塘坳陷四個(gè)構(gòu)造單元(圖1)，研究區(qū)位于江南隆起與南京坳陷的結(jié)合部位。

圖1 下?lián)P子皖南地區(qū)構(gòu)造劃分圖Fig.1 Tectonic unit division of in the southern Anhui of Lower Yangtze

下?lián)P子地區(qū)地層系統(tǒng)較為復(fù)雜，前人根據(jù)巖性組合、生物群面貌及所處地質(zhì)構(gòu)造單元等特征，將下?lián)P子地區(qū)寒武系分為下?lián)P子地層和江南地層2個(gè)地層分區(qū)[11]，研究區(qū)屬江南地層分區(qū)，自下而上分為下寒武統(tǒng)荷塘組和大陳嶺組、中寒武統(tǒng)楊柳崗組、上寒武統(tǒng)華嚴(yán)寺組和西陽(yáng)山組。WY1井自上而下鉆遇了奧陶系、寒武系和震旦系，下寒武統(tǒng)鉆穿大陳嶺組和荷塘組，揭示大陳嶺組厚度為199 m(圖2)，根據(jù)巖性、電性特征劃分為上下兩段，下段厚134 m，為深灰色泥質(zhì)石灰?guī)r與深灰色頁(yè)巖互層，頁(yè)巖段伽馬值相對(duì)較高，一般在140～200 API，超低電阻特征十分明顯，普遍小于1 Ω·m，上段主要為深灰色-灰黑色頁(yè)巖，夾少量深灰色云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r，厚65 m，產(chǎn)少量放射蟲，測(cè)井上表現(xiàn)為中-高伽馬特征，分布在62～230 API，平均為142 API。

圖2 WY1井大陳嶺組綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Dachenling Formation in Well WY1

2 頁(yè)巖特征

本次研究所用的頁(yè)巖樣品均取自WY1井巖心，實(shí)驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目主要包括全巖X射線衍射分析、主量和微量元素、TOC含量、等效鏡質(zhì)體反射率(Ro,eqv)測(cè)試、氬離子拋光掃描電鏡觀察等(圖2)。全巖X射線衍射、主量和微量元素、TOC含量、等效鏡質(zhì)體反射率(Ro,eqv)由Weatherford Laboratories完成，氬離子拋光掃描電鏡觀察采用ZEISS SIGMA場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，在中國(guó)石油化工股份有限公司華東油氣分公司實(shí)驗(yàn)中心完成。

2.1 巖石礦物組成特征

WY1井大陳嶺組巖心樣品全巖X射線衍射測(cè)試結(jié)果表明，礦物組成以石英、黏土礦物為主，其次為鉀長(zhǎng)石、黃鐵礦和白云石，石英含量為49%～63%，平均值為56.7%；黏土礦物含量為10%～28%，平均值為18.5%；鉀長(zhǎng)石含量為12%～18%，平均值為15.2%；黃鐵礦含量為2%～7%，平均值為3.7%；白云石含量為1%～4%，平均值為2.2%；方解石、斜長(zhǎng)石和菱鐵礦含量不足2%。

在全巖礦物組成定量分析的基礎(chǔ)上，以硅質(zhì)(石英+長(zhǎng)石)、黏土礦物和碳酸鹽巖礦物(方解石+白云石)為三端元?jiǎng)澐猪?yè)巖巖石類型(圖3)，研究區(qū)大陳嶺組頁(yè)巖類型單一，均為硅質(zhì)頁(yè)巖，荷塘組也為硅質(zhì)頁(yè)巖，與四川盆地下寒武統(tǒng)筇竹寺組相似，筇竹寺組以硅質(zhì)頁(yè)巖為主，部分為黏土質(zhì)頁(yè)巖和混合頁(yè)巖[12]，四川盆地涪陵頁(yè)巖氣田五峰組—龍馬溪組深水陸棚相頁(yè)巖以硅質(zhì)頁(yè)巖和為混合頁(yè)巖主，部分為黏土質(zhì)頁(yè)巖[13]，而WY1井中寒武統(tǒng)楊柳崗組樣品巖石類型多樣，碳酸鹽礦物含量明顯增多。

圖3 頁(yè)巖三端元?jiǎng)澐謭DFig.3 Ternary diagram of shale lithofacies

硅質(zhì)頁(yè)巖中的硅來源豐富，主要來自海盆四周古陸基巖的風(fēng)化產(chǎn)物，熱液流體和硅質(zhì)生物。以陸源為主的硅質(zhì)頁(yè)巖，其SiO2/Al2O3約為3.6，當(dāng)受到熱水或生物活動(dòng)影響時(shí)，其SiO2/Al2O3超過3.6[14]。大陳嶺組頁(yè)巖的SiO2/Al2O3介于5.74～12.67，平均為8.78，指示頁(yè)巖為熱水或生物成因。

海相沉積巖中的Al/(Al+Fe+Mn)值是判斷硅質(zhì)成因的一個(gè)重要指標(biāo)，該值隨著熱水沉積物含量的增多而減少，受熱水作用影響后其比值小于0.35，純熱水成因其比值接近0.01，純生物成因其比值接近0.60[15]，WY1井大陳嶺組頁(yè)巖樣品Al/(Al+Fe+Mn)分布在0.73～0.88，平均值為0.81，與純生物成因的比值較為接近。利用頁(yè)巖Al-Fe-Mn三角圖也可判別硅質(zhì)成因[15]，圖4中樣品全部落入生物成因區(qū)，亦指示其硅質(zhì)為生物成因，與四川盆地涪陵頁(yè)巖氣田五峰組—龍馬溪組深水陸棚相優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖的硅質(zhì)礦物成因相似，后者主要以生物成因?yàn)橹鱗16]，而四川盆地筇竹寺組硅質(zhì)以熱水成因?yàn)橹鱗12]。

圖4 頁(yè)巖Al-Fe-Mn三角圖Fig.4 Al-Fe-Mn triangle diagram of shale

生物成因的硅質(zhì)石英含量為過量硅含量，是指高于正常碎屑沉積環(huán)境下的SiO2含量，可利用平均頁(yè)巖的Si與Al含量的比值Si/Al為3.11進(jìn)行計(jì)算[17]，據(jù)此計(jì)算大陳嶺組頁(yè)巖中過量硅含量為33.77%～61.79%，平均值為48.07%，過量硅含量占總硅質(zhì)含量的46%～75%，平均值為62%。近年來勘探研究發(fā)現(xiàn)，生物成因的硅質(zhì)頁(yè)巖有機(jī)碳含量高，生烴潛力大，硅質(zhì)格架抗壓性強(qiáng)，脆性高，有利于頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)[16]，目前四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣產(chǎn)層主要來自生物成因的硅質(zhì)頁(yè)巖段。四川盆地五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖中生物成因硅質(zhì)含量豐富，威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田頁(yè)巖中生物硅質(zhì)占總硅質(zhì)含量的0.84%～73.57%，長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣田高達(dá)83.03%，涪陵頁(yè)巖氣田高達(dá)91.30%[18]。

研究發(fā)現(xiàn)，過量硅與Al2O3、TiO2之間呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)(圖5)，說明陸源碎屑物質(zhì)對(duì)生物成因硅質(zhì)頁(yè)巖的形成具有較強(qiáng)的抑制作用。

圖5 WY1井大陳嶺組頁(yè)巖過量硅與Al2O3、TiO2含量相關(guān)關(guān)系Fig.5 Relationship between excess SiO2 and Al2O3 & TiO2 content of Dachenling Formation shales in Well WY1

2.2 有機(jī)地球化學(xué)特征

有機(jī)質(zhì)豐度決定頁(yè)巖的生烴潛力，大陳嶺組頁(yè)巖普遍具有較高的有機(jī)碳含量(圖2)，測(cè)試結(jié)果顯示TOC含量分布在2.27%～7.42%，平均值為4.06%。由圖6可知，大陳嶺組頁(yè)巖TOC與石英含量無(wú)明顯的正相關(guān)(R=0.297 9)，與過量硅含量呈正相關(guān)(R=0.545 3)，與陸源泥質(zhì)的典型代表礦物Al2O3、TiO2呈負(fù)相關(guān)(R=0.616 4、R=0.672 3)，這說明生物成因的硅質(zhì)石英與有機(jī)質(zhì)富集關(guān)系密切，沉積過程中陸源泥質(zhì)的輸入對(duì)有機(jī)質(zhì)的富集具有一定的稀釋和破壞作用。

圖6 WY1井荷塘組頁(yè)巖TOC與石英、黏土礦物含量相關(guān)關(guān)系Fig.6 Relationship between TOC and quartz & clay mineral content of Dachenling Formation shales in Well WY1

大陳嶺組頁(yè)巖樣品的熱演化程度普遍過高，等效鏡質(zhì)體反射率(Ro,eqv)為3.37%～5.53%，平均為4.14%(圖2)，均處于過成熟演化階段，表明有機(jī)質(zhì)已經(jīng)嚴(yán)重碳化，生烴能力衰竭，這也是古老頁(yè)巖氣藏勘探面臨的極大風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。

2.3 孔隙特征

按照成因劃分，大陳嶺組頁(yè)巖孔隙空間類型主要包括無(wú)機(jī)孔隙、有機(jī)質(zhì)孔隙和微裂縫3種(圖7)。微裂縫主要為構(gòu)造裂縫及有成巖收縮縫，氬離子拋光掃描電鏡觀察縫寬一般為1～3 μm。無(wú)機(jī)孔隙又分為粒(晶)間孔和粒(晶)內(nèi)孔，有機(jī)質(zhì)孔隙是頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)中發(fā)育的納米級(jí)孔喉系統(tǒng)，屬細(xì)粒沉積巖總孔隙的主要構(gòu)成之一。大陳嶺組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)內(nèi)部發(fā)育大量的有機(jī)質(zhì)孔隙，但由于有機(jī)質(zhì)熱演化程度過高，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)嚴(yán)重碳化，測(cè)井響應(yīng)呈現(xiàn)普遍低于1 Ω·m的超低電阻率，具有良好導(dǎo)電性。Chalmers等[19]認(rèn)為，當(dāng)成熟度超過3.2%，有機(jī)質(zhì)發(fā)生碳化，隨有機(jī)質(zhì)碳化程度的增加，有機(jī)質(zhì)孔隙逐漸減少[19]，中國(guó)學(xué)者通過勘探和研究證實(shí)，Ⅰ-Ⅱ1型有機(jī)質(zhì)碳化的熱成熟度Ro值一般在3.5%以上[12，20-21]，大陳嶺組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)等效鏡質(zhì)體反射率(Ro,eqv)平均為4.14%，成熟度過高導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)孔隙充填、塌陷和消亡，有機(jī)孔徑小，主要為10～20 nm的小孔，而焦石壩五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙孔徑主要分布在2～1 000 nm，多屬中孔范圍[22]。此外、頁(yè)巖成巖作用強(qiáng)，以致儲(chǔ)層致密化，大陳嶺組頁(yè)巖段測(cè)井密度值普遍大于2.60 g/cm3，測(cè)井聲波時(shí)差值主要介于180～200 μs/m，測(cè)井解釋有效孔隙度為0.21%～2.16%，平均為1.25%；與已商業(yè)開發(fā)的頁(yè)巖氣藏相比，孔隙度明顯偏低，焦石壩焦頁(yè)1、焦頁(yè)4井區(qū)總孔隙度平均分別為4.9%和5.8%，長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣田總孔隙度平均為5.5%，威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田總孔隙度平均為5.0%[23]。

圖7 WY1井大陳嶺組頁(yè)巖孔隙類型Fig.7 Pore types of Dachenling Formation shale in Well XY1

3 沉積環(huán)境

3.1 古水深及離岸距離

元素自身的物理化學(xué)特性以及沉積環(huán)境的變化決定沉積物中元素的遷移、富集和分配，因此，可以利用元素地球化學(xué)特征來分析沉積環(huán)境。

Zr/Al可指示沉積古水深及離岸距離。Zr是典型的親陸性元素，離陸源區(qū)越遠(yuǎn)，巖石中含量越低。沉積巖中Zr元素的分布受Al元素支配，因此Zr/Al能反映近距離搬運(yùn)的陸源組分及水體深度的變化，比值越小，表示離岸越遠(yuǎn)，水體更深[24]。大陳嶺組頁(yè)巖Zr/Al自下而上先減小后變大，下部樣品平均值為1.53，中部為1.00，上部為1.80，反映古水深呈現(xiàn)先加深后變淺的變化趨勢(shì)。

Mn的氧化物、硫化物的穩(wěn)定性較Fe更強(qiáng)，可在盆地內(nèi)長(zhǎng)距離的遷移、富集，因此，Mn/Fe可以反映離岸距離和古水深。由于Mn、Fe有可能來自海底火山作用，因此用于分析的Mn、Fe須來自母巖的風(fēng)化產(chǎn)物才有意義。前述大陳嶺組硅質(zhì)為生物成因，而非熱水成因，因此其Mn/Fe能夠真實(shí)有效地反映沉積環(huán)境的變化?？v向上，大陳嶺組頁(yè)巖Mn/Fe為先增大后減小，最大值為0.014，代表最大海侵期，隨后相對(duì)水平面緩慢下降，Mn/Fe也反映頁(yè)巖沉積期間水體呈現(xiàn)先加深后變淺的變化趨勢(shì)。

Sr/Ba常作為判斷海相和陸相沉積環(huán)境的參考指標(biāo)，一般認(rèn)為，Sr/Ba<1為陸相沉積，Sr/Ba>1為海相沉積。而在海相環(huán)境下，僅有深海與滯流淺海環(huán)境的Sr/Ba<1，但深海的單個(gè)Sr、Ba元素含量相對(duì)滯流淺海更富集[25]。大陳嶺組頁(yè)巖沉積建造中，Sr含量為13～35 μg/g，平均為22 μg/g，Ba含量為2 261～5 951 μg/g，平均為3 689 μg/g，其中部分為生物成因Ba，可利用后太古宙澳大利亞頁(yè)巖中Ba/Al為0.007 7對(duì)Ba進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化來計(jì)算生物Ba含量[26]，剔除生物成因Ba后，無(wú)機(jī)Ba含量為263～523 μg/g，平均為379 μg/g，Sr/Ba僅為0.04～0.09，遠(yuǎn)小于1，反映大陳嶺組頁(yè)巖建造為深海至滯流淺海沉積環(huán)境。

3.2 氧化還原條件

U/Th作為判識(shí)古氧化還原環(huán)境的指標(biāo)而被廣泛應(yīng)用，U/Th<0.75為富氧環(huán)境，0.75～1.25為貧氧環(huán)境，大于1.25為厭氧環(huán)境；大陳嶺組樣品的U/Th介于1.00～2.30，平均值為1.58；元素測(cè)井頁(yè)巖段U/Th介于0.39～3.79，平均值為1.09，與實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果相近；整體表明大陳嶺組頁(yè)巖沉積期間處于貧氧—厭氧的古水體環(huán)境，且上部U/Th較高于中下部，反映還原性呈增強(qiáng)的趨勢(shì)。U/Th與頁(yè)巖TOC呈現(xiàn)較好的正相關(guān)關(guān)系(圖8)，說明強(qiáng)還原環(huán)境的沉積環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)的富集和保存。

圖8 WY1井大陳嶺組頁(yè)巖U/Th與TOC相關(guān)關(guān)系Fig.8 Relationship between U/Th and TOC of Dachenling Formation shales in Well WY1

3.3 滯留程度

Mo/TOC可以判識(shí)厭氧沉積環(huán)境中水體的滯留程度[27]。滯留的厭氧沉積環(huán)境，水體流通性差，Mo元素的補(bǔ)給緩慢，使Mo進(jìn)入沉積物的速率大于外界對(duì)水體的補(bǔ)給速率，造成水體中的Mo濃度較低，同時(shí)，厭氧環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)的保存，因此，沉積物的Mo/TOC較低，如黑海Mo/TOC<4.5。相反，在相對(duì)開放、水體交換比較強(qiáng)烈的厭氧盆地中，由于Mo元素不斷得到補(bǔ)充，海水中的Mo濃度較高，Mo/TOC較高，如Cariaco Basin Mo/TOC>25，在更加開發(fā)的弱滯留沉積環(huán)境中，Mo/TOC更高，如Saanish Inlet Mo/TOC>45。故Mo/TOC可用來評(píng)估厭氧海盆的水體滯留程度。

大陳嶺組頁(yè)巖Mo/TOC介于3.64～15.19，平均值為8.88，樣品點(diǎn)中分布在中等滯留和強(qiáng)滯留范圍內(nèi)(圖9)。較低于四川盆地南部及鄰區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組深水陸棚頁(yè)巖的比值，后者比值分布在3.39～28.08，平均值為13.95[23]，與Framvarent Fjord頁(yè)巖的比值接近(均值9.0)。自上而上，大陳嶺組頁(yè)巖Mo/TOC整體呈現(xiàn)變小趨勢(shì)，反映大陳嶺沉積期水體滯留程度呈增強(qiáng)趨勢(shì)，認(rèn)為主要受大陳嶺中后期海侵作用，水體加深，還原條件更強(qiáng)的影響，與上述古水深以及氧化還原條件的分析一致。

圖9 大陳嶺組頁(yè)巖沉積期Mo-TOC含量與海水滯留程度關(guān)系Fig.9 Relationship between Mo-TOC content and seawater retention during shale deposition period of Dachenling Formation

3.4 古生產(chǎn)力

良好的還原、滯留環(huán)境為大陳嶺組提供了有機(jī)質(zhì)保存的良好環(huán)境，從指示古海洋生產(chǎn)力指標(biāo)之一的Ba元素來看，大陳嶺組顯示出較高的古生產(chǎn)力。沉積環(huán)境中Ba元素主要來自海洋生物作用、陸源鋁硅酸鹽和海底熱液活動(dòng)，通常認(rèn)為僅來源于生物作用的Ba含量介于1 000～5 000 μg/g時(shí)，才表明該沉積環(huán)境具有高生產(chǎn)力，介于200～1 000 μg/g，沉積環(huán)境具有中等古生產(chǎn)力[28]。計(jì)算大陳嶺組頁(yè)巖生物Ba含量為1 738.15～5 687.74 μg/g，平均值為3 309.63 μg/g，大陳嶺組上段生物Ba含量平均值為4 289.73 μg/g，下段平均值為2 329.54 μg/g，整體表明大陳嶺組頁(yè)巖沉積時(shí)期具有高的古生產(chǎn)力，且大陳嶺沉積晚期古生產(chǎn)力明顯高于早期。從生物Ba和過量硅的相關(guān)性來看，兩者呈現(xiàn)良好的正相關(guān)關(guān)系(圖10)，也證明該時(shí)期具有較高的古生產(chǎn)力。溫暖濕潤(rùn)的氣候有利于生物的勃發(fā)、生長(zhǎng)和繁盛，提高古生產(chǎn)力。Sr/Cu是研究古氣候條件的重要參數(shù)，Sr/Cu介于1.3～5.0指示溫暖濕潤(rùn)氣候，而大于5.0則代表干燥炎熱氣候[29]，大陳嶺組樣品Sr/Cu為0.53～1.31，平均值為0.95，指示大陳嶺組沉積期為溫暖濕潤(rùn)的氣候條件，為有機(jī)質(zhì)形成富集提供良好的外部環(huán)境。

圖10 大陳嶺組頁(yè)巖生物Ba與過量硅含量關(guān)系Fig.10 Relationship between biogenetic barium and excess SiO2 of Dachenling Formation shales

4 頁(yè)巖氣勘探意義

經(jīng)過多年的持續(xù)攻關(guān)，中國(guó)頁(yè)巖氣在地質(zhì)理論認(rèn)識(shí)和工程工藝技術(shù)等領(lǐng)域取得重大進(jìn)展[30-34]。四川盆地及周緣地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖氣實(shí)現(xiàn)商業(yè)開發(fā)，已發(fā)現(xiàn)涪陵、威遠(yuǎn)、長(zhǎng)寧、昭通、威榮、永川等頁(yè)巖氣田，截至2020年底，累計(jì)探明頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量超2.0×1012m3，年產(chǎn)量200×108m3[34]；同時(shí)，威遠(yuǎn)古隆起、黃陵古隆起等幾個(gè)古隆起周緣的寒武系，湘中漣源凹陷、川東北、川東南等地區(qū)的二疊系頁(yè)巖氣勘探也取得積極進(jìn)展[35-39]，鉆獲良好的氣測(cè)顯示或低產(chǎn)氣流，證實(shí)具備較好的資源基礎(chǔ)。

戰(zhàn)略突破四川盆地五峰組—龍馬溪組以外的新區(qū)、新層系，對(duì)推動(dòng)中國(guó)頁(yè)巖氣可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。下?lián)P子皖南地區(qū)下寒武統(tǒng)大陳嶺組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育，有機(jī)質(zhì)豐度高，具備頁(yè)巖氣形成的基本條件，但同時(shí)面臨地層古老，有機(jī)質(zhì)熱演化程度過高，儲(chǔ)層致密，構(gòu)造改造作用強(qiáng)，頁(yè)巖氣保存條件差等主要挑戰(zhàn)。從近年來南方地區(qū)頁(yè)巖氣勘探實(shí)踐來看，保存條件是影響富集成藏的關(guān)鍵因素，也是制約新區(qū)、新層系勘探突破的主要原因。因此，在下?lián)P子頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)過程中，要更加突出構(gòu)造保存條件的研究，重點(diǎn)加強(qiáng)頁(yè)巖氣成藏動(dòng)態(tài)過程分析，優(yōu)先考慮保存條件較好的構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)，有望實(shí)現(xiàn)勘探新突破。

5 結(jié)論

(1)下?lián)P子皖南地區(qū)大陳嶺組頁(yè)巖為生物成因硅質(zhì)頁(yè)巖，過量硅含量為33.77%～61.79%，平均值為48.07%，過量硅含量占總硅質(zhì)含量的46%～75%，平均值為62%，生物成因的硅質(zhì)石英有利于有機(jī)質(zhì)的富集。

(2)大陳嶺組硅質(zhì)頁(yè)巖厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度高，TOC平均值為4.06%，但熱演化程度過高，等效鏡質(zhì)體反射率(Ro,eqv)平均為4.14%，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)嚴(yán)重碳化，主要?dú)埓婵讖?0～20 nm的小孔，有效孔隙度平均為1.25%。

(3)沉積地球化學(xué)特征表明，大陳嶺組頁(yè)巖形成于深海至滯流淺海，處于貧氧-厭氧的古水體環(huán)境，自下而上水體滯留程度增強(qiáng)，有利于有機(jī)質(zhì)的保存；沉積期氣候溫暖濕潤(rùn)，古生物繁盛，為有機(jī)質(zhì)富集提供良好的外部環(huán)境，整體具有較高的古生產(chǎn)力。

(4)下?lián)P子皖南地區(qū)大陳嶺組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育，具備頁(yè)巖氣形成的基本條件，過熱演化程度導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)大量碳化，有機(jī)孔隙大量消亡，儲(chǔ)層致密，是勘探面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)之一。在選區(qū)評(píng)價(jià)過程中，要重點(diǎn)加強(qiáng)構(gòu)造保存條件的研究，優(yōu)選保存條件較好的構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)，有望實(shí)現(xiàn)勘探新突破。