鄂西地区上奥陶统五峰组观音桥段成因及其页岩气地质意义

沈均均　杨丽亚　王玉满　计玉冰　李辉　王鹏万　蔡全升　孟江辉

摘要：上奧陶统五峰组观音桥段一直存在着深水和浅水成因的争论。据此本文通过岩心、露头、岩矿测试、有机地化和元素分析等资料，对观音桥段基本的地质特征和沉积古环境进行分析，并与上、下围岩进行对比，探讨其成因模式及页岩气地质意义。结果表明：赫南特冰期全球海平面骤降，鄂西地区具有陆源输入量低、上升洋流活跃、滞留程度中等和海洋生产力高的特点，而水体氧化还原条件在不同地区差异明显，这种差异受海平面变化和沉积前古地貌共同控制，进而影响着观音桥段的岩性展布；在隆后凹陷区，底水氧化还原状态受海平面下降影响相对较弱，以贫氧环境为主，有机质和浮游生物的保存条件较好，岩性以富有机质深水硅质页岩沉积为主，与上、下围岩岩性基本一致，体积压裂可以穿越该段同时对两套富气页岩进行产层改造，为勘探开发有利区域；而在隆起区周缘，海平面下降导致水体变浅明显，底水以富氧环境为主，保存条件变差，岩性以贫有机质的浅水介壳灰岩或泥质灰岩沉积为主，对上、下围岩产生明显的隔断，体积压裂难以穿越该段，产层改造效果差，为次级有利区。

关键词：中扬子; 鄂西地区; 观音桥段; 岩相; 沉积古环境; 勘探选区

中图分类号：TE 121 文献标志码：A

引用格式：沈均均，杨丽亚，王玉满，等.鄂西地区上奥陶统五峰组观音桥段成因及其页岩气地质意义［J］.中国石油大学学报（自然科学版），2023，47（2）：13-23.

SHEN Junjun，YANG Liya， WANG Yuman， et al. Genesis of Guanyinqiao bed of the Upper Ordovician Wufeng Formation and its geological significance of shale gas in western Hubei ［J］. Journal of China University of Petroleum （Edition of Natural Science）， 2023，47（2）：13-23.

Genesis of Guanyinqiao bed of the Upper Ordovician Wufeng Formation and its geological significance of shale gas in western Hubei

SHEN Junjun1， YANG Liya2， WANG Yuman3， JI Yubing4， LI Hui5， WANG Pengwan6， CAI Quansheng7， MENG Jianghui1

（1.Hubei Cooperative Innovation Center of Unconventional Oil and Gas of Yangtze University， Wuhan 430100， China; 2.Exploration and Development Research Institute of SINOPEC Zhongyuan Oilfield Branch， Puyang 457001， China;3.Research Institute of Petroleum Exploration and Development， PetroChina， Beijing 100083， China; 4.Zhejiang Oilfield Exploration & Development Institute， PetroChina， Hangzhou 310023， China; 5.China Oilfield Services limited Production Optimization， Tianjin 300459， China; 6.Hangzhou Research Institute of Petroleum Geology， PetroChina， Hangzhou 310023， China; 7.School of Geosciences， Yangtze University， Wuhan 430100， China）

Abstract： There has always debated whether the Guanyinqiao interval of the Upper Ordovician Wufeng Formation is of deep or shallow water origin. Based on data such as core， outcrop， rock， mineral tests， organic geochemistry， and elemental analysis， this study analyzed the basic geological characteristics and sedimentary paleo-environment of the Guanyinqiao interval， and compared them with those of the upper and lower surrounding rocks to discuss the genetic model and geological significance of shale gas. The results show that the global sea level dropped sharply during the Hirnantian glaciation. The western Hubei region has the characteristics of low terrigenous input， active upwelling currents， moderate retention and high marine productivity. The redox conditions of water column in the western Hubei are obviously different in different regions， which is controlled by sea level changes and paleo-geomorphology， and further affects the lithology of the Guanyinqiao interval. The depositional environment of the bottom water is mainly reductive environment in the depression， and its redox state has a relatively weak relationship with the declining sea level. The preservation conditions of organic matter and plankton are better. The lithology of the Guanyinqiao interval was mainly organic rich deep-water siliceous shale， which is basically consistent with the lithology of the upper and lower surrounding rocks. Volume fracturing can simultaneously transform two sets of gas-rich shale through the Guanyinqiao interval， which is a favorable area for exploration and development. In the uplift， the drop of sea level leads to the obvious shallower water， and the bottom water is dominated by oxygen-rich environment， with poor preservation condition. The lithology of the Guanyinqiao interval was mainly composed of the shallow-water shell limestone and argillaceous limestone deposits with poor organic matter， which produces obvious partition to the upper and lower surrounding rocks. It is difficult to cross the Guanyinqiao interval by volume fracturing in the uplift， and the production zone reconstruction effect is poor， so the uplift area is a secondary favorable area.

Keywords： Middle Yangtze; western Hubei; Guanyinqiao bed; lithofacies; paleoenvironment; exploration district

奥陶—志留纪之交的赫南特期是晚奥陶世末一段不到200万年的沉积期，虽然时限较短，但却发生了一系列重要的地质事件［1-4］。目前普遍认为赫南特期的冰川事件所造成的海水温度降低和海平面下降是导致全球性生物集群灭绝的主要原因［5-6］。中、上扬子地区奥陶—志留纪之交地层广泛发育，以黑色笔石页岩沉积为主，包括五峰组上段（O3w）和龙马溪组下段（S1l），两层之间为五峰组观音桥段（O3g），岩性以介壳相泥灰岩沉积为主，厚度较薄，常作为区域上一套地层划分的重要标志层［7-10］。前期针对赫南特阶观音桥段的古生物学、地层学和岩相古地理做了大量的研究，大部分学者认为观音桥段为浅水沉积产物，其形成与冰期作用所导致的海平面急剧下降密切相关［10］；也有一部分学者认为观音桥段与上、下围岩均为连续的深水沉积产物，属深水异地沉积，底流作用是观音桥段发育主要原因，强烈的底流作用导致部分地区观音桥段地层的缺失［9，11-12］。由此可见针对观音桥段成因的认识还存在着较大的争议。鄂西荆门—宜昌地区横跨水下古隆起周缘→隆后凹陷区，区内露头和钻井资料丰富［13］，五峰组—龙马溪组黑色笔石页岩沉积相对完整，且观音桥段未有缺失［14-16］，这对开展盆内与盆缘观音桥段成因对比分析，解决“深水异地”和“浅水介壳相”争论提供良好的条件。因此笔者以鄂西地区上奥陶统五峰组观音桥段为研究对象，主要采集湘鄂西水下古隆起周缘秭归新滩，隆后凹陷区的宜探3井、宜探1井和宜页2井观音桥段及其围岩样品进行沉积学、地球化学和岩相特征的综合分析与对比，系统探讨从隆起区周缘→隆后凹陷区观音桥段沉积环境变化特征，并与围岩进行对比，进而明确不同区带观音桥段成因，建立沉积模式，为鄂西地区页岩气开发阶段水平井箱体的选取及压裂方案优化提供基础理论依据。

1 区域地质背景

研究区在地理上位于湖北省西部，包括南漳、荆门和宜昌地区，现今构造上位于扬子地台中部的宜昌斜坡和当阳复向斜内（图1（a）、（b））。进入晚奥陶世，广西运动进入强烈期，华夏板块与扬子板块的碰撞挤压作用强烈，在扬子地块周缘及内部形成一系列的古隆起和水下高地（图1（a））［16-17］，随着构造挤压作用的持续增强，被动大陆边缘开始转变为前陆盆地，沉积水体加深，扬子地区形成大面积低能、欠补偿和缺氧的沉积环境，沉积黑色笔石页岩［18-19］。

区内五峰组—龙马溪组地层发育良好，未有缺失，由底至顶依次发育有上奥陶统临湘组、五峰组和下志留统龙马溪组（图1（c））。临湘组为一套浅水台地相灰色-灰白色瘤状灰岩，与上覆五峰组岩性易于区分；五峰组—龙马溪组为一套半深水—深水陆棚相硅质页岩、碳质页岩及黏土质页岩沉积为主的黑色岩系，富含黄铁矿条带、团块或结核，笔石发育［19-20］；五峰组—龙马溪组黑色岩系之间的观音桥段岩性较为复杂，浅灰色—灰色薄层状介壳泥灰岩、白云质粉—细砂岩及黑色钙质硅质混合页岩（含介壳）均可见，剧烈风化后一般呈褐黄色，且厚度整体较薄，在研究区内一般不超过30 cm［6-7，20］。

2 观音桥段基本地质特征

依据岩心、露头、微观鏡下特征、全岩X衍射数据和粒度概率曲线特征对研究区隆起区周缘和隆后凹陷区观音桥段总有机碳TOC（质量分数）、矿物岩石学特征和沉积水动力进行分析，并与上下围岩进行对比，以揭示其基本特征及变化规律。

2.1 有机碳质量分数

研究区观音桥段TOC在不同地区差异明显，隆起区周缘TOC整体较低，分布在0.38%～0.63%，平均为0.49%，明显低于下伏五峰组（1.1%～4.6%，平均为2.2%）和上覆龙马溪组（2.4%～5.8%，平均为3.6%）（图2、表1，GYQ对应观音桥段，王家湾数据参考文献［21］）；进入隆后凹陷区后，观音桥段TOC分布在2.1%～4.2%，平均为3.0%，较隆起区周缘升高明显，与下伏五峰组（1.9%～5.5%，平均为3.7%）和上覆龙马溪组（2.2%～5.5%，平均为4.1%）差异不大，属于连续的深水沉积环境，为富有机质页岩沉积段（图2、表1）。

2.2 岩相特征

研究区观音桥段岩相特征在不同地区差异明显，隆起区周缘以灰色介壳灰岩和泥质灰岩沉积为主，岩石手标本上可见密集出现的赫南特期腕足类和三叶虫化石，保存较为完整，常呈叠堆的方式保存（图3（a）、（b）），近岸特征明显［5，10］；镜下可见大量的腕足类、三叶虫以及少量珊瑚碎屑，生屑大小不等，介于0.1～1 mm（图3（c）），而其上、下围岩均以黑色硅质岩和硅质页岩沉积为主，石英体积分数较高，分布在59.1%～77.7%，平均为68.5%（图4），以次圆状微晶颗粒为主，表现为生物成因的硅质放射虫［15］。该区观音桥段与上、下围岩岩相的差异性反映出这一时期沉积环境不连续，存在着较大的突变。

隆后凹陷区以灰黑色硅质页岩沉积为主，石英体积分数较高，平均为67.8%，主要为生物成因硅质［7，9］，黏土矿物质量分数（平均为13.3%）和碳酸盐矿物质量分数（平均为9.4%）均较低（图4），岩石手标本在观音桥段层理面上可见大量的无序排列的Normalograptus persculptus笔石，赫南特贝类化石稀疏出现，且排列杂乱（图3（d）），说明底域环境水动力条件较弱［5，10］。部分层段赫南特贝生物化石不发育，但可见到大量非胶结成因的灰白色钙质集合体（图3（e）、（h）），在这些介壳间或钙质集合体间均为黑色硅质页岩；镜下观察可见钙质生物碎屑（图3（f））和不等粒杂砂岩（图3（g）、（i）），两者均表现为基底式胶结，杂基以泥质为主，由于富含有机质导致透光性较差，其中在不等粒杂砂岩中粉砂、细砂、中砂及粗砂均可见，多呈次圆状，不同粒径碎屑颗粒质量分数差异不大，其上、下围岩岩相与隆起区周缘一致，仍为生物硅质页岩沉积［15］，石英体积分数平均为60.7%（图4）。由此推测隆后凹陷区观音桥段并未对上、下岩层产生隔断，为连续的深水沉积环境，其内部的生物和陆源碎屑颗粒可能由古隆起周缘的浅水区域搬运而来［11-12］。

2.3 沉积水动力学特征

隆起区周缘观音桥段以生屑灰岩和介壳灰岩沉积为主，大量的研究已经证实其形成于浅水、高能的沉积环境中，为原地沉积产物［10］；隆后凹陷区观音桥段以生物成因硅质页岩沉积为主，内部混有钙质生屑和不等粒杂砂岩，粒度概率累积曲线表现为“悬浮1段式”，跳跃总体和悬浮总体缓慢过渡，无明显的转折点（图5），碎屑颗粒粗、细混杂，分选较差，为单一的悬浮搬运，具有明显的重力流沉积特征［22］，进一步证实其内部混入的钙质或陆源碎屑颗粒为一次事件沉积产物，由重力流从隆起区周缘搬运而来，并非原地沉积。

3 观音桥段沉积古环境

3.1 古氧化还原条件

Algeo等［23］研究指出，Jones and Manning［24］所建立起来的双元素比值（如w（U）/w（Th）、w（V）/w（Cr）和w（Ni）/w（Co））由于其代理指标内在的可变性，无法准确的指示水体氧化还原程度，而C-S-Fe-P系统（如w（TOC）/w（S），w（Fe）/w（Al），w（Corg）/w（P）等）和微量元素富集系数（如Co-EF，Mo-EF，U-EF等）作为氧化还原代理要优于双元素比值，将两者结合来指示水体氧化还原条件会更加可靠。据此本文综合U-EF、Mo-EF和w（Corg）/w（P）等指标来反映区内观音桥段及其上、下围岩水体氧化还原条件。厌氧环境中w（Corg）/w（P）大于100，贫氧环境中w（Corg）/w（P）介于50～100，富氧环境中w（Corg）/w（P）小于50［23］。隆起区周缘观音桥段w（Corg）/w（P）、w（UEF）和w（MoEF）（均值分别为23.0、14.2和21.9）均处在较低的水平，指示水体以富氧环境为主，其上、下围岩均值分别为238.9、15.7和57.6，与之相比明显升高（图2、表1），指示水体以厌氧环境为主，两者沉积水体环境差异明显，存在着突变；隆后凹陷区观音桥段w（Corg）/w（P）、w（UEF）和w（MoEF）（均值分别为88.1、29.7和135.3）明显高于隆起区周缘，指示水体以贫氧环境为主，其上、下围岩沉积水体以厌氧环境为主（均值分别为230.0、11.8和108.9）（图2、表1），与之相比还原条件有所增强。赫南特冰期全球海平面大幅下降导致扬子地区发生大规模海退时，鄂西地区隆后凹陷区观音桥段受此影响相对较弱，仍然可以维持住相对较深的水体环境，与上、下围岩沉积环境保持一致，而隆起区周缘沉积水体受此影响较大，观音桥段以富氧的浅水环境为主，对上、下围岩产生明显的隔断，沉积环境不连续。

以上分析表明，研究区隆起区周缘观音桥段为利于腕足类-三叶虫底栖生物群繁盛的浅水富氧沉积环境，与上、下围岩深水厌氧环境差异明显；而在隆后凹陷区观音桥段及上、下围岩为连续的深水还原沉积环境，利于有机质和硅质生物的保存。

3.2 陆源输入

Al和Ti是陆壳的主要成分，Al主要以铝硅酸盐的形式如长石、黏土矿物等进入海底沉积物，Ti则是多种重矿物如钛铁矿和金红石的主要成分，因此Al2O3质量分数和w（Ti）/w（Al）常被用来评估陆源输入［25］。隆起区周缘观音桥段Al2O3质量分数（平均为4.1%）低，w（Ti）/w（Al） ×102较高（平均为6.1），与上、下围岩差异不大（均值分别为4.7%和6.3）（图2、表1）；隆后凹陷区观音桥段Al2O3质量分数（平均为10.1%）较低，w（Ti）/w（Al）×102高（平均为21.1），其上、下围岩也具有较低的Al2O3质量分数（平均为9.3%）和较高的w（Ti）/w（Al）×102（平均为6.2）（图2、表1）。上述数据反映出隆起区周缘和隆后凹陷区在奥陶—志留纪之交陆源输入均处于较低水平，赫南特冰期虽然导致海平面下降至最低位，陆架大规模暴露，但由于冰期化学风化作用较弱，陆源输入量始终维持在较低的水平，而在冰期前、后海平面始终处于高位，构造环境稳定，陆源输入量一直较低［4，14］。

陆源碎屑的输入可对有机质的富集产生多方面影响［17，26］：①陆源碎屑输入会对有机质产生稀释作用，降低其含量；②可通过影响埋藏速率破坏有机质在海底沉积物中的保存；③伴随着陆源输入的硫酸盐在还原过程中会消耗部分有机质。鄂西地区在奥陶—志留纪之交，陆源碎屑输入量一直较低，利于沉积物中有机质的富集。

3.3 古生产力水平

海相沉积物中Ni和P质量分数是目前运用较为广泛的古生产力代用指标，由于大部分沉积岩中元素既有生物来源又有陆源输入，因此常用铝归一化（w（Ni）/w（Al）和w（P）/w（Al））去除陆源影响后的结果来表示古生产力［17，19］。隆起区周缘观音桥段w（Ni）/w（Al）×104（平均为54.5）和w（P）/w（Al）×104（平均为194.4）均处于高值水平，反映具有高的古生产力水平，其上、下围岩均值分别为20.0、79.9，虽然也处于较高的水平，但明显低于观音桥段（图2、表1），即古生產力水平低于观音桥段；隆后凹陷区观音桥段w（Ni）/w（Al）×104（平均为27.3）和w（P）/w（Al）×104（平均为169.5）与隆起区周缘相比未表现出较大差异，但较上、下围岩有所升高（均值分别为27.3和93.8）（图2、表1）。

以上分析表明，隆起区周缘和隆后凹陷区在观音桥段沉积期均具有较高的海洋生产力，且高于上、下围岩，赫南特冰期异常活跃的上升洋流可能是产生这种特征的主要原因［3］，上升洋流大规模驱动深部的海水上涌，带来大量的营养物质，从而提高表层海水古生产力水平，利于有机质的生产。

3.4 水体滞留程度

3.4.1 w（Mo）/w（TOC）对水体滞留程度的指示

氧化还原敏感元素Mo和TOC的比值是评估现代和古代海洋水体滞留程度的有效指标，w（Mo）/w（TOC）越低，显示水体滞留程度越强，反之则水体滞留程度越弱，但该方法只适用于具有一定水体限制的缺氧环境［27］。隆起区周缘观音桥段水体以富氧环境为主，Mo的富集主要受控于氧化还原条件，因此不能用来判断水体滞留程度，这一时期（赫南特冰期最强期）海平面急剧下降至最低位，陆架大规模暴露，导致周缘古陆和水下古隆起对扬子海盆的围限作用处于最强时期，但同时上升洋流大规模发育，从外海带来大量营养物质涌入扬子地区从而减弱这种围限作用，观音桥段高的古生产力水平也印证这种作用的存在，因此这一时期的水体滞留程度不强，其上、下围岩形成于厌氧环境中，w（Mo）/w（TOC）平均为9.9，与现代挪威Framvaren海湾分层缺氧海盆相似（平均为9.0），总体显示出半滞留海盆特征（图6、表1，4个现代海盆w（Mo）/w（TOC）来源于文献［27］，王家湾数据参考文献［21］）；隆后凹陷区观音桥段形成于贫氧环境，w（Mo）/w（TOC）介于8.7～33.0，平均为20.9，显示出中等滞留海盆特征，其上、下围岩形成于厌氧环境中，w（Mo）/w（TOC）平均为12.7，与隆起区周缘分布相似，显示出中等滞留海盆特征，但滞留程度较观音桥段有所增强（图6、表1）。

3.4.2 U-Mo协变模式对水体滞留程度的判识

Algeo和Tribovillard［28］通过对现代海盆的研究发现在非滞留环境中，贫氧条件下，U的富集要早于Mo，w（MoEF）/w（UEF）为正常海水的10%～30%，随着还原程度的增强，Mo的富集速率超过U，w（MoEF）/w（UEF）为正常海水的1～3倍；在厌氧弱滞留环境中，Mo元素不断得到补充，w（MoEF）/w（UEF）为正常海水3～10倍；在强滞留环境中，Mo补给缓慢，w（MoEF）/w（UEF）一般为海水的1倍以下。整体来看，研究区观音桥段及上、下围岩w（MoEF）/w（UEF）为正常海水的0.3～3倍，随着富集系数的增加，w（MoEF）/w（UEF）基本维持稳定，这与开放海盆w（MoEF）/w（UEF）持续增加明显不同，而在较高的富集系数时，也未表现出随着富集系数的增加，w（MoEF）/w（UEF）呈降低的趋势，表明其也不属于强滞留环境（图7、表1，线条显示w（MoEF）/w（UEF）等于海水质量浓度（ρSW），数据来源于文献［28］，王家湾数据参考文献［21］）。Algeo等［29］和Li等［30］认为这种MoEF-UEF变化模式可能出现在半滞留海盆中：在这一海盆环境中Mo浓度较低且U、Mo补给受限，w（MoEF）/w（UEF）不会像非滞留海盆那样持续增加，也不会像强滞留环境那样海水中的Mo转入沉积物后，得不到及时补充使w（MoEF）/w（UEF）降低。

综合沉积古地理背景、w（Mo）/w（TOC）和UEF-MoEF协变模式认为研究区在奥陶—志留纪之交为半滞留的海盆，观音桥段沉积期海盆水体滞留程度要弱于上、下围岩。

4 观音桥段成因

晚奥陶世火山活动频发，其喷发产生大量的SO2气体会在平流层形成气溶胶，从而阻挡太阳热能，引起全球性气温降低，进入冰期［31］。观音桥段沉积于赫南特冰期最强时期，该时期内气候急剧变冷导致化学风化作用减弱，陆源输入较低［21］，同时极地冰川大规模形成致使海平面大幅度下降，放射虫和笔石等浮游类生物大规模灭绝，而凉水型赫南特贝动物群全球广布［1，7］。扬子地区在这一时期发生大规模海退，同时因横向构造挤压作用，形成众多古隆起和水下高地，使扬子海成为一个障壁性的海盆［1］，此时来自冈瓦纳大陆西岸的上升洋流极为活跃［10］，携带丰富的营养物质大规模涌入扬子海盆［14］，大幅改善水体的循环性能（w（Mo）/w（TOC）平均为20.9，中等滞留），导致古生产力整体处于较高水平。研究区在隆起区周缘观音桥段w（Corg）/w（P）（平均为23.0）、w（UEF）（平均为14.2）和w（MoEF）（平均为21.9）均处于较低水平，显示以浅水富氧沉积环境为主，不利于有机质和大规模死亡的浮游生物保存，因此虽然w（Ni）/w（Al）×104（平均为54.5）和w（P）/w（Al）×104（平均为194.4）显示出其具有较高的海洋生产力，但有机质质量分数平均仅为0.49%，仍然处于较低水平，岩性以贫有机质的介壳灰岩、含生物碎屑泥质灰岩为主（图8）；隆后凹陷区受冰期影响相对较弱，仍然可以维持住相对较高的海平面，观音桥段w（Corg）/w（P）（平均为88.1）、w（UEF）（平均为29.7）和w（MoEF）（平均为135.3）较隆起区周缘升高明显，显示以深水贫氧的沉积环境为主，利于有机质和浮游生物的保存，同时活跃的洋流作用导致表层海水w（Ni）/w（Al）×104（平均为27.3）和w（P）/w（Al）×104（平均为169.5）处于较高水平，反映出古生产力水平较高，利于有机质生产，因此有机质质量分数较高，平均可达3.0%，岩性以富有机质生物成因硅质页岩为主，其内部混入的钙质生屑和陆源碎屑颗粒（粗、细混杂，分选较差）为一次事件沉积的产物，主要是由重力流（火山爆发所触发）从古隆起或水下高地周缘异地悬浮搬运而来（图8），并非原地沉积。

综上所述，研究区观音桥段既有“浅水介壳灰岩相”沉积，又有“深水硅质页岩相”沉积，两者同时存在，海平面变化和沉积前古地貌背景决定水体氧化还原条件在平面上分布的差异性，进而控制着不同类型岩相的展布。

5 观音桥段页岩气地质意义

观音橋段形成于赫南特冰期，在扬子地区广泛分布，是划分上奥陶统五峰组和下志留统龙马溪组界限的一套重要标志层［7， 32］，其岩相在平面上的变化特征对页岩气有利区优选和水平井箱体的确定具有重要指导意义。

鄂西地区观音桥段上、下围岩均表现出有机质丰度高（1.3%～7.2%，平均为3.6%）、脆性矿物体积分数高（石英体积分数平均为53.6%，长石体积分数平均为5.8%）、黏土矿物质量分数少（平均为28.3%）、物性好（孔隙度平均为3.3%）和含气量高（平均为3.2 m3/t）的特点［9，15］，与四川盆地长宁和焦石坝成熟页岩气产区相比，差异并不明显。但其优质页岩厚度（约为17 m）远低于两者（33～46 m），该差距与下伏五峰组地层无关（优质页岩厚度均约在7 m），主要是由上覆龙马溪组厚度差异产生。这种差异主要是由于华夏古陆由东南向西北方向与扬子地台持续碰撞拼合，导致页岩沉积中心随之向西北方向迁移所致［20］。

中扬子鄂西地区所处的岩相古地理背景决定其五峰组—龙马溪组页岩气资源规模要低于上扬子四川盆地及周缘地区，要想实现经济开发，必须对水平井箱体进行优选。在隆后凹陷区内，观音桥段以生物硅质页岩相沉积为主，厚度在15～20 cm，与上、下围岩岩相保持一致，为连续的深水沉积环境，若水平井选择在LM1笔石带穿行（赫南特GR尖峰），预计体积压裂可以穿越观音桥段，改造后的产层既包括上覆龙马溪组优质页岩段，又能兼顾下伏五峰组，达到开发最优化效果；而在隆起区周缘，观音桥段岩性以介壳灰岩或泥质灰岩沉积为主，厚度一般在18～30 cm，对上、下围岩产生明显隔断，体积压裂很难穿越［7］，不能同时对上覆龙马溪组和下伏五峰组产层有效利用。因此隆后凹陷区为页岩气勘探开发的最有利区，隆起区周缘次之。

6 结 论

（1）中扬子鄂西地区观音桥段同时存在着“浅水介壳相”和“深水硅质页岩相”2种类型的沉积。隆起区周缘受赫南特冰期海平面下降影响较大，水体明显变浅，底水以富氧环境为主，虽然冰期具有陆源输入量低、水体滞留程度中等和古生产力水平高（洋流活动导致）的特点，但利于有机质和浮游生物（笔石和放射虫等）保存的缺氧环境不存在，因此在该区观音桥段以浅水介壳灰岩和泥质灰岩沉积为主，富含赫南特冰期生物群，TOC质量分数较低（平均为0.49%），与上、下围岩深水富有机质硅质页岩相差异明显，沉积环境存在着明显的突变；隆后凹陷区水体虽有一定的变浅，但仍然维持在相对较高的海平面，底水以贫氧环境为主，同时异常活跃的上升洋流导致表层海水古生产力水平高，两者的叠加使得该区观音桥段以深水硅质页岩相沉积为主，内部富含笔石和放射虫，TOC质量分数较高（平均为3%），与上、下围岩岩相保持一致，沉积环境连续，其内部混入的钙质生屑和陆源碎屑为异地沉积，由火山活动所触发的重力流从古隆起周缘浅水区域搬运而来。

（2）鄂西地区五峰组—龙马溪组资源规模低于四川盆地及周缘，观音桥段岩相发育和分布对该区页岩气有利区优选尤为重要。隆后凹陷区内观音桥段以灰黑色硅质页岩沉积为主，岩相与上、下围岩基本相似，体积压裂可以穿越该段，同时对下伏五峰组和上覆龙马溪组进行页岩气资源开发，为勘探开发最有利区域；而在隆起区周缘为介壳灰岩沉积，其对上、下黑色硅质页岩产生明显的隔断，体积压裂很难穿越该段，同时对两套富气页岩进行产层改造难度大，页岩气开发效果较差，为次级有利区。

参考文献：

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（编辑 李 娟）

收稿日期：2022-11-22

基金项目：非常规油气省部共建协同创新中心开放基金项目（UOG2022-36）；国家科技重大专项（2017ZX05035001-002）；湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目（T201905）

第一作者及通信作者：沈均均（1983-），男，副教授，博士，硕士生导师，研究方向为沉积储层及非常规油气资源调查与评价。E-mail：shenhema@163.com。