涪陵焦石坝地区五峰组龙马溪组富有机质泥页岩层序地层与沉积相研究

2015-02-20张美玲长江大学地球科学学院湖北武汉430100

长江大学学报(自科版) 2015年11期

关键词：沉积相

张美玲　(长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100)

李建明　(长江大学地球科学学院;非常规油气湖北省协同创新中心，湖北武汉430100)

郭战峰　(中石化江汉油田分公司天然气勘探开发处，湖北潜江433124)

孟志勇，张梦吟　(中石化江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北武汉 430223)

张美玲(长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100)

李建明(长江大学地球科学学院;非常规油气湖北省协同创新中心，湖北武汉430100)

郭战峰(中石化江汉油田分公司天然气勘探开发处，湖北潜江433124)

孟志勇，张梦吟(中石化江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北武汉 430223)

[摘要]涪陵焦石坝地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组(O3w-S1l)发育一套富有机质泥页岩，在沉积构造背景认识的基础上，结合测井曲线、岩心描述等多种资料，将O3w-S1l下部暗色泥页岩段划分出2个三级层序，主要发育海侵体系域和高水位体系域。暗色泥页岩段主要为深水陆棚沉积环境,自下而上可划分出4种沉积微相类型，分别为深水硅泥质陆棚微相、深水泥质陆棚微相、深水砂泥质陆棚微相、深水混积陆棚微相。层序格架内的沉积物厚度稳定，研究区向东南或西北方向延伸，沉积相由深水陆棚逐渐向浅水陆棚演变。

[关键词]涪陵地区；五峰组-龙马溪组；沉积相；层序地层；深水陆棚沉积

渝东、川东南地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组(O3w-S1l)发育了一套暗色富硅质、有机质的泥页岩，是华南地区“下组合”海相地层中的优质烃源岩之一[1]，且分布面积广，埋深相对较浅[2]。近年来，中石化对页岩气勘探开发力度不断加大，并在涪陵地区取得重大突破[3]。截至2014年7月，国家储委对涪陵页岩气进行储量审查，共审查含气面积106×106km2，探明地质储量1067×108m3，由此中国第一个千亿方级的页岩气藏诞生，标志着我国页岩气开发实现重大战略性突破，提前进入规模化、商业化发展阶段。

1区域地质背景

1.1区域构造

涪陵焦石坝所在的四川盆地是一个特提斯构造域内长期发育、不断演化的古生代-中新生代海陆相复杂叠合盆地[4]，具有早期沉降、晚期隆升，沉降期长、隆升期短等特点[5]。焦石坝地区的构造为主体平缓，边缘被多条断层夹持且复杂化的断背斜构造。该区发育多条逆断层，其展布方向主要为北东向、南北向。

1.2沉积背景

奥陶纪末，O3w-S1l沉积早期，受华南板块的挤压，整个扬子板块逐渐由先前的台地相转换为前陆盆地沉积环境。研究区属于隆后盆地沉积环境，南部为黔中隆起，西部为川中古隆起。受几大古隆起的夹持，自湘鄂西地区向研究区，水体逐渐加深，区内处于相对静水陆棚沉积环境，发育了一套暗色的富硅质、有机质的泥页岩[2]。

2层序划分

2.1地层划分

涪陵焦石坝地区晚奥陶世-早志留世地层主要包括：

1)涧草沟组(O3j)主要为灰色瘤状泥灰岩，含介屑和海百合茎化石，与上覆O3w为平行不整合接触。

2)O3w主要为灰黑色含硅质碳质页岩，笔石化石含量十分丰富，以双列笔石为主，可见海绵、放射虫及骨针等硅质骨骼类生物化石。其顶部发育了一层厚约1m的凝灰岩，自然伽马(qAPI)较高，大于250API，平均300API；下部qAPI略小，为齿化状高值，分布于150～180API之间，双侧向电阻率(深侧向电阻率(ρlld)与浅侧向电阻率(ρlls))呈波状中值。

3)S1l下部以深灰色-黑色纹层状炭质泥页岩或粉砂质炭质泥页岩夹放射虫炭质泥页岩为主，qAPI呈箱状高值，ρlld与ρlls呈齿化箱状、峰状中值，一般介于9～76Ω·m之间。

4)S1l中部主要为灰色-深灰色粉砂岩夹粉砂质泥岩，qAPI为齿化似箱状中值，ρlld与ρlls呈齿化箱状、峰状高值。

5)S1l上部以灰色-深灰色泥岩为主，偶夹薄层粉砂岩条带，qAPI大幅齿化高值，ρlld与ρlls呈波状低值。

O3w和S1l下部笔石和放射虫的含量明显高于S1l中、上部，而S1l底部及O3w的泥页岩笔石含量尤为丰富，常称之为笔石页岩段。从已开发井的录井油气显示来看，重点含气层段集中于O3w和S1l下部。

2.2层序划分与层序地层格架的建立

结合经典层序地层学理论方法，对区内O3w-S1l暗色泥页岩段进行了层序地层研究。通过对区域沉积特征、沉积相纵向演化以及剖面测井资料特征的分析，将O3w-S1l暗色富有机质泥页岩段划分为2个三级层序，分别为OSQ6和SSQ1(图1)：

图1　焦页 1 井岩性、测井、沉积相与层序划分综合柱状图

1)三级层序OSQ6层序顶界为观音桥底部，层序底界与O3w底界一致。该界限代表了前一次海退事件接踵而来的海侵事件，向北、向东可追踪至O3w与O3j的不整合界面，为Ⅰ型层序界面。研究区仅可划分出海侵体系域(TST)，是一个向上变深的退积层序，总有机碳质量分数(w(TOC))均在4%以上，是目的层段的优质烃源岩。

2)三级层序SSQ1层序顶界为浊积砂底部，层序底界与观音桥段底界一致，为Ⅱ型层序边界。观音桥段(研究区仅残存10～20cm)因郝南特阶末期的全球性冰川事件引起全球海平面迅速下降，纵向上水体处于序列中最浅的位置，横向上多分布于原来的陆架边缘带附近，因此构成了Ⅱ型层序的陆架边缘体系域(SMST)。S1l浊积砂段下部暗色富有机质、富硅质泥页岩形成于TST和高水位体系域(HST)。TST是由2个准层序构成海侵时期的退积序列，根据检测结果，该段w(TOC)平均为3.35%，是目的层段的优质烃源岩段；HST是由4个准层序构成的向上变浅的退积序列，w(TOC)平均为1.67%，是海侵时期形成的次一级烃源岩层。

可以看出，焦石坝地区O3w-S1l暗色泥页岩沉积时期海水自下而上经历了一个较为完整的海进-海退三级海平面升降旋回，在大的海平面升降旋回过程中，仍存在2个次一级的海平面升降旋回(图1)。

3沉积相类型及展布特征

3.1沉积相类型及其特征

焦石坝地区O3w-S1l富有机质泥页岩段，富含笔石化石，岩石薄片中可见硅藻类生物，指示深水陆棚沉积环境。依据暗色泥页岩段岩石类型、w(TOC)、RTh-U(元素Th与U含量之比)等资料，来判断其沉积环境以及水体深度的相对变化，并据此将暗色泥页岩段划分为4个沉积微相类型。

1)深水硅泥质陆棚微相代表岩性为暗色富硅质、富有机质泥页岩，具备高w(TOC)(w(TOC)≥3%)和高自生硅质(最高可达50%)的典型“双高”特征。宏观上，岩心较为均质，纹层及页理欠发育，但镜下观察，多见粉砂质细纹层(图2(a))；富含笔石化石(图2(b))和放射虫(图2(c))、海绵骨针(图2(d))等硅质骨骼类生物化石；笔石化石个体较大且完整，以双列笔石为主[7]；黄铁矿较为发育，多呈星散状分布。RTh-U<2；该微相代表了水体最深、还原性最强的沉积环境。

该微相中夹杂多套火山凝灰岩薄夹层[6]，代表了该地层沉积时期周缘或海底火山活动较为频繁，海水中富含硅质和各种营养物质，加上当时较为封闭的滞留盆地沉积环境，利于硅质骨骼类生物和各种浮游类生物的发育和保存(图3)。

2)深水泥质陆棚微相代表岩性为暗色富有机质泥页岩，w(TOC)普遍高于2%，陆源粉砂质含量相对较低；富含笔石化石，见自生硅质，局部可见放射虫、骨针等硅质骨骼生物化石，笔石化石个体相对完整，以双列笔石为主，单列笔石含量有所增加；黄铁矿较发育(图2(e))，呈星散状或纹层状，见页理；RTh-U介于1～3。该微相代表水体较深、还原性较强的沉积环境。

3)深水砂泥质陆棚微相代表岩性为暗色富有机质砂泥质泥页岩，w(TOC)普遍低于2%，陆源硅质含量相对较高；发育粉砂质粗纹层及页理(图2(f))；化石类型较为单一，主要为笔石类化石，个体较小，单列笔石和双列笔石数量相当；发育黄铁矿，多呈星散状密集分布于粉砂质条带或粗纹层中，部分密集成团块状(图2(g))，切割水平纹层(图2(b)、(e))；RTh-U介于1～4。该微相代表水体深度最浅，还原性最差的沉积环境。

图2　研究区O3w-S1l岩心及薄片照片

图3　焦石坝地区O3w-S1l富硅质、富有机质泥页岩类形成模式图

4)深水混积陆棚微相代表岩性为暗色富有机质灰质泥页岩，w(TOC)相对较高，普遍高于2%，富含灰质，滴酸起泡较为强烈，陆源硅质含量相对较低，薄片中未发现自生硅质；页理发育，偶夹粉砂质纹层，自下而上粉砂质纹层逐渐增多，表明水体自下而上逐渐变浅；化石类型较为单一，主要为笔石类化石，个体较细碎；岩心富含黄铁矿，呈星散状分布于岩石中，或密集成条带状和团块状；RTh-U≥2。该微相代表水体较浅、还原性较差的沉积环境。

相比较而言，还原性较强的深水硅泥质陆棚微相和深水泥质陆棚微相对于富有机质泥页岩的发育最为有利，其次为深水混积陆棚微相，而深水砂泥质陆棚微相最差。

3.2沉积相展布

总体上，志留纪中上扬子地区为一挤压背景下的前陆盆地，研究区位于前陆隆起隆后盆地部位[8]。O3w-S1l底部暗色泥页岩沉积时期，主体为深水陆棚沉积环境，结合已有的资料，将研究区内O3w-S1l暗色泥页岩段的三级层序进行横向对比，并编制了TST和HST时期的沉积相平面展布图。暗色泥页岩段在TST时期，层序格架内沉积物厚度变化不大,深水陆棚相分布广泛，呈北东向展布；深水陆棚相延北西方向直至川中古隆起，沿南东方向直至黔中隆起，逐渐过渡为浅水陆棚相，形成了相对平坦局部地区略有起伏的陆架环境(图4)。HST沉积时期，深水陆棚相的分布范围变小(图5)，向北逐渐退出中上扬子地区。

4结论