四川盆地焦石壩構(gòu)造區(qū)頁巖有機質(zhì)特征及其成烴能力探討
——以焦頁1井五峰—龍馬溪組為例

申寶劍，仰云峰，騰格爾，秦建中，潘安陽

(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫　214126)

?

四川盆地焦石壩構(gòu)造區(qū)頁巖有機質(zhì)特征及其成烴能力探討
——以焦頁1井五峰—龍馬溪組為例

申寶劍，仰云峰，騰格爾，秦建中，潘安陽

(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫214126)

摘要：以四川盆地焦石壩構(gòu)造區(qū)焦頁1井為例，根據(jù)全巖、干酪根和微體化石等分析，對上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組富有機質(zhì)泥頁巖開展了成烴生物識別和有機巖石學(xué)研究，并對成烴能力進行了討論。研究表明：高過成熟的五峰—龍馬溪組頁巖成烴生物主要由疑源類、藻類體(層狀藻和底棲藻)和動物碎屑(筆石、幾丁蟲和海綿骨針)組成，成烴生物是有形態(tài)有機質(zhì)的重要組成部分；無形態(tài)有機質(zhì)是五峰—龍馬溪組頁巖有機質(zhì)的主要組分，包括無定形體、微粒體和瀝青，呈細小顆粒分散在礦物基質(zhì)中。研究認為富氫的藻類體和筆石管胞內(nèi)脂類大分子聚合物是主要的成烴母質(zhì)，大量存在的無形態(tài)有機質(zhì)，尤其是大量孔隙充填的細小固體瀝青，說明原始生烴母質(zhì)具有很強的生烴潛力，是形成頁巖氣藏的物質(zhì)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：成烴生物；生烴潛力；焦石壩構(gòu)造；五峰—龍馬溪組；四川盆地

隨著焦石壩地區(qū)頁巖氣藏的商業(yè)開發(fā)，川東南地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖已經(jīng)成為當前研究的熱點和重點。目前研究工作主要集中在黑色頁巖形成的沉積環(huán)境[1-5]、地球化學(xué)特征[6-10]、礦物組成[11-14]、儲層物性[15-22]以及富集規(guī)律[23-26]等方面。不同成烴生物具有不同的生烴潛力，其數(shù)量和類型直接決定了烴源巖品質(zhì)，進而控制頁巖的成烴潛力，是頁巖氣形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。由于黑色頁巖中有機質(zhì)處于高過成熟階段，成烴生物鑒別存在一定難度，國內(nèi)外較少開展高演化成烴基金項目：聯(lián)合基金重點支持項目“古生界頁巖含氣性原生有機質(zhì)控制作用研究”(U1663202)和中國石化科技部項目“海相頁巖超顯微特征及與頁巖氣富集的關(guān)系”(P15097)資助。

生物識別和相關(guān)研究工作。近年來，中國石化無錫石油地質(zhì)研究所在常規(guī)有機巖石學(xué)研究基礎(chǔ)上，針對高演化烴源巖發(fā)展了超顯微有機巖石學(xué)分析技術(shù)，能夠有效識別不同類型的成烴生物。本文以焦石壩構(gòu)造焦頁1井五峰—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖為例，剖析了五峰—龍馬溪組頁巖成烴生物構(gòu)成，探討有機質(zhì)組成特征及其對生烴的貢獻。

1地質(zhì)背景

焦石壩構(gòu)造位于四川盆地東緣川東隔擋式褶皺帶，緊鄰四川盆地東部邊界齊岳山斷裂，是萬縣復(fù)向斜內(nèi)一個特殊的正向構(gòu)造，是受北東向和近南北向2組斷裂控制的軸向北東的菱形斷背斜，以斷隆、斷凹與齊岳山斷裂相隔(圖1)[25]，焦頁1井位于焦石壩構(gòu)造的北部。焦石壩構(gòu)造主體變形較弱，上下構(gòu)造層形態(tài)基本一致，似箱狀斷背斜形態(tài)、即頂部寬緩、地層傾角小、斷層不發(fā)育，兩翼陡傾、斷層發(fā)育[26]。

川東南地區(qū)五峰—龍馬溪組沉積環(huán)境縱向上先后經(jīng)歷了深水硅泥質(zhì)陸棚、深水泥質(zhì)陸棚、半深水砂泥質(zhì)陸棚、半深水混積陸棚、淺水砂泥質(zhì)陸棚這樣一個自下而上水體整體逐漸變淺的縱向演化序列[3]。以焦頁1井為例，龍馬溪組厚266 m，五峰組厚6m，與上覆志留系小河壩組、下伏奧陶系澗草溝組呈整合接觸，大體分為3個巖性段[25]：上部2 146～2 326 m發(fā)育砂泥質(zhì)淺水陸棚沉積，主要為灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖；中部2 326～2 377 m為灰泥質(zhì)淺水陸棚沉積，主要為灰黑色含碳酸鹽巖粉砂質(zhì)泥巖，見零星分布的筆石和黃鐵礦；下部2 377～2 415 m為灰泥質(zhì)深水陸棚沉積，主要巖性為黑色碳質(zhì)泥頁巖，硅質(zhì)含量較高，富含筆石化石，黃鐵礦呈條帶狀分布(圖2)。

圖1　川東南焦石壩地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造Fig.1　Geological and tectonic map of Jiaoshiba structure, southeastern Sichuan Basin

2樣品與方法

樣品采自焦頁1井2 352～2 415 m之間的龍馬溪組至五峰組層段(圖2)。該層段樣品覆蓋第1～7小層，從灰泥質(zhì)淺水陸棚沉積逐漸過渡至灰泥質(zhì)深水陸棚沉積，可較好地反映成烴生物隨沉積相變化的特征。該層段樣品TOC和總含氣量呈現(xiàn)隨深度逐漸增大的趨勢，其中一段樣品TOC總體大于2%，總含氣量在龍馬溪組底部最大，為5.19 m3/t(圖2)。另外，焦石壩構(gòu)造其他頁巖氣井發(fā)現(xiàn)有較好生物形態(tài)的樣品也被采用到本文之中，如焦頁2井、焦頁41-5井等。

塊狀樣品做2方面的處理：(1)切割成小塊制作全巖光片和光薄片，用于顯微鏡反射光和透射光的觀察，這部分樣品制備與觀察工作在無錫石油地質(zhì)研究所完成；(2)塊狀巖石樣品粉碎成直徑1～3 mm的顆粒，取50 g，用鹽酸—氫氟酸浸泡溶解，經(jīng)孔徑為53 μm篩網(wǎng)過濾后，在殘留物中用特制的毛細管將微體化石挑出，所有樣品均在中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所分析完成。

所有制備的樣品均置于萊卡DM4500P偏光顯微鏡下觀察。該偏光顯微鏡配備有透射光、反射光和熒光3個光路，所使用的物鏡有10倍、20倍干物鏡和50倍油浸物鏡，安裝有連接計算機的攝像系統(tǒng)，可隨時對鏡下視域進行捕獲保存。個體較小的微體化石需借助高倍掃描電鏡鑒定其屬種。挑選后的筆石經(jīng)過40 ℃恒溫干燥后，進行巖石熱解色譜分析，分析筆石的生烴量和組成，主要用美國Weatherford公司SRA-TEPI熱解器—安捷倫7890色譜聯(lián)用，熱解爐升溫程序：300 ℃(1 min)以30 ℃/min加熱至650 ℃(3 min)；傳輸線溫度310 ℃，色譜箱升溫程序：40 ℃(13 min)以3 ℃/min加熱至90 ℃，再以15 ℃/min至315 ℃(20 min)；色譜柱型號：DH50.2:50 m×0.2 mm×0.5 μm；檢測器：FID，以上工作主要在無錫石油地質(zhì)研究所完成。

3成烴生物類型

成烴生物是指頁巖中保存的具有較好生物結(jié)構(gòu)與形態(tài)的有機質(zhì)，其保存的完整性受生物原始沉積形態(tài)、有機質(zhì)熱成熟階段等因素的制約。焦石壩地區(qū)龍馬溪組頁巖中保存有較好形態(tài)的有機質(zhì)主要有以下幾類：

圖2　四川盆地焦石壩地區(qū)焦頁1井采樣位置及主要顯微組分分布Fig.2　Lithological columns and sampling locations of well Jiaoye1 in Jiaoshiba structure, Sichuan Basin

3.1疑源類

疑源類是一類未知或可能多樣生物親緣關(guān)系的小型微體化石[27]，它們可能代表包括海生雜色藻、綠藻和單細胞原生生物的化石化有機質(zhì)壁囊胞，以及一些真菌孢型、高等生物的卵及其他非海相形態(tài)類型，其中以單個膜殼保存的疑源類化石，可能源自單細胞生物,焦頁1井中發(fā)現(xiàn)的疑源類化石主要有7種(圖3a-h)。

3.2藻類體

焦石壩構(gòu)造五峰—龍馬溪組頁巖中的藻類體按來源不同，分為來源于浮游藻的層狀藻類體和來源于底棲藻的底棲藻類體。龍馬溪組頁巖在透射光下能見到紋層結(jié)構(gòu)，呈暗黑色，紋層寬度不一，與礦物層形成明暗相間的紋層，紋層之間可能夾有獨立分散分布的結(jié)構(gòu)藻類體。由于演化程度高，結(jié)構(gòu)藻類體內(nèi)部結(jié)構(gòu)不明顯，整體呈現(xiàn)黑色團狀結(jié)構(gòu)(圖4)。而在反射光下，由于與礦物包裹，殘余有機質(zhì)顆粒細小，所以紋層狀結(jié)構(gòu)不是很明顯。

圖3　四川盆地焦石壩地區(qū)焦頁1井五峰—龍馬溪組疑源類化石顯微照片F(xiàn)ig.3　Photomicrographs of acritarch sp. in the Wufeng-Longmaxi formations, well Jiaoye1, Jiaoshiba structure, Sichuan Basin

底棲藻類體主要來源于較大型的水生藻類或底棲宏觀藻類，主要有多核體和多細胞集合體2類。鏡下見到的底棲宏觀藻保存極差，多為碎片(圖5)，由于后期改造，未能觀察到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中圖5a的宏觀藻類碎片略帶褐色。

3.3筆石

五峰—龍馬溪組筆石常呈碎片分散于礦物基質(zhì)中，大多形態(tài)保存不完好，形態(tài)較好的一般具有板條狀特征(圖6a，b)，或是保留對稱的外殼殘留(圖6c，d)。顯微鏡下觀察到的為它的周皮組織[28-29]，無熒光，在反射光下呈現(xiàn)顆粒狀(鑲嵌)或非顆粒狀(均質(zhì))2種形態(tài)，非顆粒狀碎屑比顆粒狀碎屑具有更高的反射率值和更明顯的雙反射現(xiàn)象[30]。非顆粒狀筆石碎屑主要分布于頁巖中，而顆粒狀筆石碎屑更普遍存在于碳酸鹽巖中。在龍馬溪組頁巖中，主要存在非顆粒狀的筆石碎屑。

圖4　四川盆地焦石壩地區(qū)焦頁41-5井龍馬溪組 層狀藻類體(2 519.88 m)顯微照片F(xiàn)ig.4　Photomicrograph of lamalginite in the Silurian Longmaxi Formation, well Jiaoye41-5 (2 519.88 m), Jiaoshiba structure, Sichuan Basin

圖5　四川盆地焦石壩地區(qū)五峰—龍馬溪組 宏觀底棲藻化石碎片顯微照片 a, c, d.焦頁1井，龍馬溪組；b.焦頁41-5井，龍馬溪組Fig.5　Photomicrographs of benthic macroalgae debris in the Wufeng-Longmaxi formations, Jiaoshiba structure, Sichuan Basin

薄片中的筆石體常呈碎片分散于礦物基質(zhì)中(圖7a-c)，未見形態(tài)保存完好的個體，但碎片仍具有一定的形態(tài)，多近似矩形。圖7a中可明顯見到二分叉，圖7d-f中的筆石可見壁上有平行長軸的條紋。而在掃描電鏡下，可發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)保存更完整的筆石個體(圖8)，筆石周皮外殼平行紋理結(jié)構(gòu)清晰可見，周皮內(nèi)部生長有黃鐵礦顆粒。垂直層理面的截面上筆石體呈薄片狀平行層理面分布，明顯與上下礦物之間存在有縫隙。

3.4幾丁石

幾丁石是早古生代海洋沉積中的一類具有有機質(zhì)殼壁的海洋微體動物化石[31]。焦頁1井五峰組上部至龍馬溪組下部共32塊樣品中獲得數(shù)量不等的幾丁蟲化石(圖9)。豐度最高的樣品位于2 361.4～2 359.4 m，為271粒/g樣品；分異度最高的樣品位于2 361.4～2 359.4 m，同層產(chǎn)出的幾丁蟲有11個種；基本形狀為扁壺形、長棒形和酒瓶形，殼體輻射對稱，一端開口一端封閉，大小介于0.05～2 mm。

3.5海綿骨針

海綿骨針化石在焦頁1井中只在2387.65m和2 411.1 m的2個深度出現(xiàn)，且豐度較低，不是主要的生烴母質(zhì)。海綿骨針呈兩軸四射式，細長針狀，內(nèi)部為黃鐵礦化(圖10a)或為硅質(zhì)礦物和有機質(zhì)的結(jié)合體，內(nèi)部含黑色有機質(zhì)(圖10b)。橫切面軸心為黑色有機質(zhì)，邊緣為硅質(zhì)礦物包裹(圖10c)，也可能不含有機質(zhì)，全部為硅質(zhì)礦物(圖11d)，直徑一般不超過100 μm。

圖6　四川盆地焦石壩地區(qū) 五峰—龍馬溪組筆石反射光顯微照片F(xiàn)ig.6　Photomicrographs of graptolites in the Wufeng- Longmaxi formations, Jiaoshiba structure, Sichuan Basin

圖7　四川盆地焦石壩地區(qū)焦頁1井五峰—龍馬溪組筆石化石顯微照片F(xiàn)ig.7　Photomicrographs of graptolites in the Wufeng-Longmaxi formations, well Jiaoye1, Jiaoshiba structure, Sichuan Basin

圖8　四川盆地焦石壩地區(qū)焦頁41-5井龍馬溪組筆石掃描電鏡顯微照片 a, b.2 550.75 m, 天然層理面上筆石個體, b為a局部放大, 周皮外殼平行紋理結(jié)構(gòu)清晰可見, 伴有黃鐵礦顆粒; c, d.2 590.29 m, 天然斷面上筆石截面, d為c局部放大, 薄片狀平行層理面分布，與上下礦物之間存在縫隙Fig.8　SEM photographs of graptolites in the Longmaxi Formation, well Jiaoye41-5, Jiaoshiba structure, Sichuan Basin

圖9　四川盆地焦石壩地區(qū)焦頁1井龍馬溪組部分幾丁蟲化石掃描電鏡顯微照片F(xiàn)ig.9　SEM photographs of chitinozoans in the Longmaxi Formation, well Jiaoye1, Jiaoshiba structure, Sichuan Basin

圖10　四川盆地焦石壩地區(qū)五峰—龍馬溪組 海綿骨針化石顯微照片 a, b.焦頁1井, 2 411.1 m； c, d.焦頁1井, 2 387.65 mFig.10　Photomicrographs of sponge sp. in the Wufeng- Longmaxi formations, Jiaoshiba structure, Sichuan Basin

4頁巖有機巖石學(xué)特征

通過全巖光片的觀察，有形態(tài)的有機質(zhì)只占了龍馬溪組頁巖總有機質(zhì)的小部分，大多數(shù)的有機質(zhì)沒有形態(tài)，顆粒偏小，分散在礦物基質(zhì)中，是伴隨生烴過程中產(chǎn)生的次生組分。這主要是由于有機質(zhì)經(jīng)歷了強烈的熱降解作用，富氫組分大量生烴排驅(qū)而殘留下少量的細小顆粒狀有機質(zhì)。這些無形態(tài)有機質(zhì)主要包含了藻類體降解形成的無定形體、微粒體，及早期生成的液態(tài)烴類裂解形成的瀝青，其中以大量分散的細小瀝青為主要形式(圖11)。

綜合有機巖石學(xué)和成烴生物研究成果，焦石壩地區(qū)五峰—龍馬溪組頁巖有機顯微組分根據(jù)形態(tài)可分為有形態(tài)組分和無形態(tài)組分(表1)。有形態(tài)組分指母質(zhì)生物經(jīng)歷了復(fù)雜熱演化或后期改造作用后仍還完整地或部分地保留生物結(jié)構(gòu)的有機質(zhì)，分為來源于水生藻類的藻類體和來源于水生動物的動物碎屑有機質(zhì)。無形態(tài)組分為次生組分，指母質(zhì)生物或液態(tài)烴類在生烴過程中形成的，頁巖中的無形態(tài)組分基本都呈分散的細小顆粒充填于礦物顆粒之間。

圖11　四川盆地焦石壩地區(qū)五峰—龍馬溪組 瀝青反射光顯微照片F(xiàn)ig.11　Photomicrographs of bitumen reflection light in the Wufeng-Longmaxi formations, Jiaoshiba structure, Sichuan Basin

不同成烴生物在不同的深度具有不同的豐度。從圖2可以看出，五峰—龍馬溪組黑色頁巖整體隨深度總有機碳含量呈逐漸增加的趨勢。疑源類只分布在五峰組至龍馬溪組底部，即1～3小層，且豐度高。底棲藻類總體含量低，縱向上零星分布。筆石豐度總體隨深度有增加的趨勢，最大豐度出現(xiàn)在五峰組至龍馬溪組底部，即1～3小層，與疑源類的分布重合。幾丁蟲主要分布在7小層，總體上，巖性越粗，幾丁石豐度有增加的趨勢。焦頁1井五峰—龍馬溪組底部38 m優(yōu)質(zhì)頁巖層段的主要成烴生物為藻類體(疑源類)和筆石動物。另外，無形態(tài)組分瀝青含量普遍較高，整體隨深度逐漸增加，在1～3小層瀝青為最主要的顯微組分。

表1　四川盆地焦石壩地區(qū)五峰—龍馬溪組頁巖有機顯微組分分類Table 1　Organic maceral classification of the Wufeng-Longmaxi shales in Jiaoshiba structure, Sichuan Basin

5成烴能力探討

焦頁1井五峰—龍馬溪組黑色頁巖中含有大量的無形態(tài)有機質(zhì)和有形態(tài)有機質(zhì)。有形態(tài)有機質(zhì)的存在給予了識別其中原始生物構(gòu)成的信息。通過全巖薄片、干酪根薄片和掃描電鏡的觀察，藻類體和動物碎屑是構(gòu)成焦頁1井有形態(tài)有機質(zhì)的主要顯微組分，其中藻類體包含層狀藻類體、結(jié)構(gòu)藻類體和宏觀底棲藻，這些原始母源物質(zhì)經(jīng)歷了強烈的熱成熟作用，保留的信息非常有限。動物碎屑由于生烴能力差，所以保留的形態(tài)相對較好，主要由筆石、幾丁蟲和海綿骨針組成，其中以筆石為主。

研究表明浮游藻類體具有很強的生烴潛力，相當于Ⅰ型干酪根；底棲藻類體具有一定的生烴潛力，相當于Ⅱ型干酪根[32-34]。五峰—龍馬溪組頁巖含有大量筆石體(周皮)，沿層理面堆積式廣泛分布，不僅對TOC有較大貢獻，而且對有機質(zhì)類型及生烴潛力產(chǎn)生重要影響。超微結(jié)構(gòu)研究認為，筆石體由膠原蛋白(一種結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì))組成[34-36]，但化學(xué)結(jié)構(gòu)上主要由帶脂肪族基團的芳香族結(jié)構(gòu)組成[37-38]；與同一成熟度的鏡質(zhì)組相比，筆石胞管由更少的脂肪族結(jié)構(gòu)組成和更高的芳香度，顯示稍高的氫指數(shù)和非常高的氧指數(shù)[37]。

為了更好剖析筆石頁巖有機質(zhì)豐度的影響以及筆石的成烴能力，本研究對五峰—龍馬溪組頁巖中分離出來的筆石(等效鏡質(zhì)體反射率為1.10%)，開展了熱解與熱解色譜分析。熱解參數(shù)顯示有機碳含量很高(表2)，說明筆石對頁巖總有機碳含量具有重要的貢獻。熱解色譜(Py-GC)分析結(jié)果顯示其生烴產(chǎn)物主要為天然氣—輕質(zhì)油(圖12)，總烴中氣態(tài)烴(C1-C4)、輕質(zhì)油(C5-C14)分別占54%、40%左右，少量中—重質(zhì)油(C15+)，說明筆石周皮組織的化學(xué)組成以脂肪族有機質(zhì)為主。Gupta[38]等指出筆石周皮組織中發(fā)現(xiàn)的脂肪族有機質(zhì)不可能來源于原始蛋白質(zhì)有機質(zhì)，可能是來源于藻類細胞壁的成巖交代作用。Gupta等對筆石樣品進行超聲、水解處理后，Py-GC-MS分析顯示周皮組織的化學(xué)組成以脂肪族化合物為主，其次為芳香族化合物；他們指出脂肪族化合物來源于筆石生物自身脂類物質(zhì)，通過原位聚合作用直接并入周皮組織中的[38]?，F(xiàn)階段研究結(jié)果表明筆石具有一定的生烴潛力，相當于鏡質(zhì)組，以生氣為主，但脂類化合物的來源有待進一步探索。

另外，在五峰—龍馬溪組黑色頁巖中，通過聚焦離子束高分辨掃描電鏡觀測到筆石局部發(fā)育納米級孔隙，這些孔隙是筆石自身的生物結(jié)構(gòu)還是由于生烴作用形成的，目前還不得而知。但從貧氫、高芳香度特性可以預(yù)測其難以成為主要油氣來源，筆石的大量存在可能直接影響有機質(zhì)類型及成烴潛力，來自這些生物的干酪根更傾向于腐殖型，使得以往“以Ⅰ型為主”的傳統(tǒng)認識需要重新審視。因此，在五峰—龍馬溪組頁巖有機質(zhì)構(gòu)成中，富氫的藻類體和筆石管胞中脂質(zhì)大分子聚合物是頁巖氣的主要來源。

圖12　四川盆地焦石壩地區(qū)五峰—龍馬溪組 頁巖筆石體熱解色譜分析結(jié)果Fig.12　Pyrolysis chromatography analysis of graptolites in the Wufeng-Longmaxi formations, Jiaoshiba structure, Sichuan Basin表2　四川盆地焦石壩地區(qū)城口廟壩剖面五峰—龍馬溪組筆石熱解參數(shù)Table 2　Pyrolysis parameters of graptolites in the Wufeng-Longmaxi formations along Chengkoumiaoba section, Jiaoshiba structure, Sichuan Basin

樣品編號層位S1/(mg·g-1)S2/(mg·g-1)Tmax/℃PIPC/%RC/%w(TOC)/%K-MB-2O3w6.5531.714640.174.8538.0842.93K-MB-3S1l15.1860.364560.206.4764.8771.34

雖然有形態(tài)有機質(zhì)生動地展示了焦頁1井五峰—龍馬溪組頁巖的原始有機質(zhì)面貌，但這些生物只占了總有機質(zhì)的很小一部分，大部分的有機質(zhì)不具有形態(tài)，分散在礦物基質(zhì)中，它們可能為瀝青、微粒體和瀝青質(zhì)體中的一種，由于強烈的熱成熟作用，使得這些有機質(zhì)的性質(zhì)趨于一致而無法分辨。無論哪一種無形態(tài)有機質(zhì)，都是原始生烴母質(zhì)熱成熟過程的次生產(chǎn)物，以脂肪族化合物為主的富氫有機質(zhì)(浮游藻)大量生烴，有機質(zhì)的大量損失，所以能夠保留形態(tài)的原始母質(zhì)才只占總有機質(zhì)的很小一部分。大量存在的無形態(tài)有機質(zhì)從側(cè)面說明，五峰—龍馬溪組原始生烴母質(zhì)具有很強的生烴能力，具備形成頁巖氣藏的物質(zhì)基礎(chǔ)。

6結(jié)論

(1)焦石壩地區(qū)五峰—龍馬溪組頁巖有機質(zhì)按形態(tài)分為有形態(tài)組分和無形態(tài)組分。有形態(tài)組分包括藻類體和動物碎屑，為成烴生物的識別提供了有利的信息。成烴生物主要由疑源類、藻類體(層狀藻和底棲藻)和動物碎屑(筆石、幾丁蟲和海綿骨針)組成。無形態(tài)組分是五峰—龍馬溪組主要的有機質(zhì)類型，包括了無定形體、微粒體和瀝青，呈細小顆粒分散在礦物基質(zhì)中。

(2)涪陵焦石壩頁巖氣主要來源于富氫的藻類體和筆石管胞內(nèi)脂類大分子聚合物。大量存在的無形態(tài)有機質(zhì)，尤其是大量孔隙充填的細小固體瀝青，從側(cè)面說明原始生烴母質(zhì)具有很強的生烴潛力，具備形成頁巖氣藏的物質(zhì)基礎(chǔ)。

參考文獻:

[1]張春明,張維生,郭英海.川東南—黔北地區(qū)龍馬溪組沉積環(huán)境及對烴源巖的影響[J].地學(xué)前緣,2012,19(1):136-145.

Zhang Chunming,Zhang Weisheng,Guo Yinghai.Sedimentary environment and its effect on hydrocarbon source rocks of Longmaxi Formation in southeast Sichuan and northern Guizhou[J].Earth Science Frontiers,2012,19(1):136-145.

[2]林婉,肖傳桃,石文睿,等.焦石壩頁巖氣田龍馬溪組—五峰組沉積相特征[J].四川地質(zhì)學(xué)報,2015,35(4):517-521.

Lin Wan,Xiao Chuantao,Shi Wenrui,et al.Sedimentary facies of the Longmaxi Formation-Wufeng Formations in the Jiaoshiba shale gas field[J].Acta Geologica Sichuan,2015,35(4):517-521.

[3]王玉滿,董大忠,李新景,等.四川盆地及其周緣下志留統(tǒng)龍馬溪組層序與沉積特征[J].天然氣工業(yè),2015,35(3):12-21.

Wang Yuman,Dong Dazhong,Li Xinjing,et al.Stratigraphic sequence and sedimentary characteristics of Lower Silurian Longmaxi Formation in the Sichuan Basin and its peripheral areas[J].Natural Gas Industry,2015,35(3):12-21.

[4]王志峰,張元福,梁雪莉,等.四川盆地五峰組—龍馬溪組不同水動力成因頁巖巖相特征[J].石油學(xué)報,2014,35(4):623-632.

Wang Zhifeng,Zhang Yuanfu,Liang Xueli,et al.Characteristics of shale lithofacies formed under different hydrodynamic conditions in the Wufeng-Longmaxi formation,Sichuan Basin[J].Acta Petrolei Sinica,2014,35(4):623-632.

[5]陳旭,樊雋軒,張元動,等.五峰組及龍馬溪組黑色頁巖在揚子覆蓋區(qū)內(nèi)的劃分與圈定[J].地層學(xué)雜志,2015,39(4):351-358.

Chen Xu,Fan Junxuan,Zhang Yuandong,et al.Subdivision and delineation of the Wufeng and Lungmachi black shales in the subsurface areas of the Yangtze platform[J].Journal of Stratigraphy,2015,39(4):351-358.

[6]王哲,李賢慶,張吉振,等.四川盆地不同區(qū)塊龍馬溪組頁巖氣地球化學(xué)特征對比[J].中國煤炭地質(zhì),2016,28(2):22-27.

Wang Zhe,Li Xianqing,Zhang Jizhen,et al.Longmaxi Formation shale gas geochemical features comparison between different blocks in Sichuan Basin[J].Coal Geology of China,2016,28(2):22-27.

[7]高波.四川盆地龍馬溪組頁巖氣地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J].天然氣地球科學(xué),2015,26(6):1173-1182.

Gao Bo.Geochemical characteristics of shale gas from Lower Silurian Longmaxi Formation in the Sichuan Basin and its geological significance[J].Natural Gas Geoscience,2015,26(6):1173-1182.

[8]李延鈞,劉歡,張烈輝,等.四川盆地南部下古生界龍馬溪組頁巖氣評價指標下限[J].中國科學(xué)(地球科學(xué)),2013,43(7):1088-1095.

Li Yanjun,Liu Huan,Zhang Liehui,et al.Lower limits of evaluation parameters for the Lower Paleozoic Longmaxi shale gas in southern Sichuan Province[J].Science China(Earth Sciences),2013,56(5):710-717.

[9]李艷芳,邵德勇,呂海剛,等.四川盆地五峰組—龍馬溪組海相頁巖元素地球化學(xué)特征與有機質(zhì)富集的關(guān)系[J].石油學(xué)報,2015,36(12):1470-1483.

Li Yanfang,Shao Deyong,Lv Haigang,et al.A relationship between elemental geochemical characteristics and organic matter enrichment in marine shale of Wufeng Formation-Longmaxi Formation,Sichuan Basin[J].Acta Petrolei Sinica,2015,36(12):1470-1483.

[10]路菁,李軍,武清釗,等.頁巖油氣儲層有機碳含量測井評價方法研究及應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2016,16(6):143-147.

Lu Jing,Li Jun,Wu Qingzhao,et al.A study and an application on logging evaluation method of TOC in shale oil and gas reservoir[J].Science Technology and Engineering,2016,16(6):143-147.

[11]王秀平,牟傳龍,葛詳英,等.川南及鄰區(qū)龍馬溪組黑色巖系礦物組分特征及評價[J].石油學(xué)報,2015,36(2):150-162.

Wang Xiuping,Mou Chuanlong,Ge Xiangying,et al.Mineral component characteristics and evaluation of black rock series of Longmaxi Formation in southern Sichuan and its periphery[J].Acta Petrolei Sinica,2015,36(2):150-162.

[12]劉樹根,王世玉,孫瑋,等.四川盆地及其周緣五峰組—龍馬溪組黑色頁巖特征[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,40(6):621-639.

Liu Shugen,Wang Shiyu,Sun Wei,et al.Characteristics of black shale in Wufeng Formation and Longmaxi Formation in Sichuan Basin and its peripheral areas[J].Journal of Chengdu University of technology (Science & Technology Edition),2013,40(6):621-639.

[13]王秀平,牟傳龍,葛祥英,等.四川盆地南部及其周緣龍馬溪組黏土礦物研究[J].天然氣地球科學(xué),2014,25(11):1781-1794.

Wang Xiuping,Mou Chuanlong,Ge Xiangying,et al.Study on clay minerals in the Lower Silurian Longmaxi Formation in southern Sichuan Basin and its periphery[J].Natural Gas Geoscience,2014,25(11):1781-1794.

[14]張正順,胡沛青,沈娟,等.四川盆地志留系龍馬溪組頁巖礦物組成與有機質(zhì)賦存狀態(tài)[J].煤炭學(xué)報,2013,38(5):766-771.

Zhang Zhengshun,Hu Peiqing,Shen Juan,et al.Mineral compositions and organic matter occurrence modes of Lower Silurian Longmaxi Formation of Sichuan Basin[J].Journal of China Coal Society,2013,38(5):766-771.

[15]姜振學(xué),唐相路,李卓,等.川東南地區(qū)龍馬溪組頁巖孔隙結(jié)構(gòu)全孔徑表征及其對含氣性的控制[J].地學(xué)前緣,2016,23(2):126-134.

Jiang Zhenxue,Tang Xianglu,Li Zhuo,et al.The whole-aperture pore structure characteristics and its effect on gas content of the Longmaxi Formation shale in the southeastern Sichuan Basin[J].Earth Science Frontiers,2016,23(2):126-134.

[16]王燕,馮明剛,魏祥峰,等.涪陵氣田焦石壩區(qū)塊頁巖氣儲層儲集空間特征及其定量評價[J].海相油氣地質(zhì),2016,21(1):29-34.

Wang Yan,Feng Minggang,Wei Xiangfeng,et al.Reservoir space characteristics and quantitative evaluation of shale gas reservoir at Jiaoshiba area in Fuling gas field[J].Marine Origin Petroleum Geology,2016,21(1):29-34.

[17]郭雪晶,何順利,陳勝,等.基于納米CT及數(shù)字巖心的頁巖孔隙微觀結(jié)構(gòu)及分布特征研究[J].中國煤炭地質(zhì),2016,28(2):28-34.

Guo Xuejing,He Shunli,Chen Sheng,et al.Research on microstructure of shale pores and distribution features based on Nano-CT scanning and digital core analysis[J].Coal Geology of China,2016,28(2):28-34.

[18]陳尚斌,朱炎銘,王紅巖,等.四川盆地南緣下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣儲層礦物成分特征及意義[J].石油學(xué)報,2011,32(5):775-782.

Chen Shangbin,Zhu Yanming,Wang Hongyan,et al.Characteristics and significance of mineral compositions of Lower Silurian Longmaxi Formation shale gas reservoir in the southern margin of Sichuan Basin[J].Acta Petrolei Sinica,2011,32(5):775-782.

[19]黃磊,申維.頁巖氣儲層孔隙發(fā)育特征及主控因素分析:以上揚子地區(qū)龍馬溪組為例[J].地學(xué)前緣,2015,22(1):374-385.

Huang Lei,Shen Wei.Characteristics and controlling factors of the formation of pores of a shale gas reservoir:A case study from Longmaxi Formation of the Upper Yangtze region,China[J].Earth Science Frontiers,2015,22(1):374-385.

[20]胡宗全,杜偉,彭勇民,等.頁巖微觀孔隙特征及源—儲關(guān)系:以川東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組為例[J].石油與天然氣地質(zhì),2015,36(6):1001-1008.

Hu Zongquan,Du Wei,Peng Yongmin,et al.Microscopic pore characteristics and the source-reservoir relationship of shale[J].Oil & Gas Geology,2015,36(6):1001-1008.

[21]朱炎銘,張寒,亢韋,等.中上揚子地區(qū)龍馬溪組、筇竹寺組頁巖有機質(zhì)微孔縫特征:生物發(fā)育與孔隙網(wǎng)絡(luò)[J].天然氣地球科學(xué),2015,26(8):1507-1515.

Zhu Yanming,Zhang Han,Kang Wei,et al.Organic nanopores of Longmaxi and Qiongzhusi formations in the Upper Yangtze:Biological precursor and pore network[J].Natural Gas Geoscience,2015,26(8):1507-1515.

[22]劉樹根,馬文辛,Luba J,等.四川盆地東部地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖儲層特征[J].巖石學(xué)報,2011,27(8):2239-2252.

Liu Shugen,Ma Wenxin,Luba J,et al.Characteristics of the shale gas reservoir rocks in the Lower Silurian Longmaxi Formation,East Sichuan Basin,China[J].Acta Petrologica Sinica,2011,27(8):2239-2252.

[23]郭旭升.南方海相頁巖氣“二元富集”規(guī)律：四川盆地及周緣龍馬溪組頁巖氣勘探實踐認識[J].地質(zhì)學(xué)報,2014,88(7):1209-1218.

Guo Xusheng.Rules of two-factor enrichment for marine shale gas in Southern China:Understanding from the Longmaxi Formation shale gas in Sichuan Basin and its surrounding area[J].Acta Geologica Sinica,2014,88(7):1209-1218.

[24]何治亮,聶海寬,張鈺瑩.四川盆地及其周緣奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組頁巖氣富集主控因素分析[J].地學(xué)前緣,2016,23(2):8-17.

He Zhiliang,Nie Haikuan,Zhang Yuying.The main factors of shale gas enrichment of Ordovician Wufeng Formation-Silurian Longmaxi Formation in the Sichuan Basin and its adjacent areas[J].Earth Science Frontiers,2016,23(2):8-17.

[25]郭彤樓,劉若冰.復(fù)雜構(gòu)造區(qū)高演化程度海相頁巖氣勘探突破的啟示:以四川盆地東部盆緣JY1井為例[J].天然氣地球科學(xué),2013,24(4):643-651.

Guo Tonglou,Liu Ruobing.Implications from marine shale gas exploration breakthrough in complicated structural area at high thermal stage:Taking Longmaxi Formation in well JY1 as an example[J].Natural Gas Geoscience,2013,24(4):643-651.

[26]郭彤樓,張漢榮.四川盆地焦石壩頁巖氣田形成與富集高產(chǎn)模式[J].石油勘探與開發(fā),2014,41(1):28-36.

Guo Tonglou,Zhang Hanrong.Formation and enrichment mode of Jiaoshiba shale gas field,Sichuan Basin[J].Petroleum Exploration and Development,2014,41(1):28-36.

[27]Evitt W R.A discussion and proposals concerning fossil dinoflagellates,hystrichospheres,and acritarchs,II[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,1963,49(3):298-302.

[28]Link C M,Bustin R M,Goodarzi F.Petrology of graptolites and their utility as indices of thermal maturity in Lower Paleozoic strata in northern Yukon,Canada[J].International Journal of Coal Geology,1990,15(2):113-135.

[29]Briggs D E G,Kear A J,Baas M,et al.Decay and composition of the hemichordateRhabdopleura:Implications for the taphonomy of graptolites[J].Lethaia,1995,28(1):15-23.

[30]Goodarzi F.Organic petrography of graptolite fragments from Turkey[J].Marine and Petroleum Geology,1984,1(3):202-210.

[31]Goodarzi F.Reflected light microscopy of chitinozoan fragments[J].Marine and Petroleum Geology,1985,2(1):72-78.

[32]秦建中,申寶劍,付小東,等.中國南方海相優(yōu)質(zhì)烴源巖超顯微有機巖石學(xué)與生排烴潛力[J].石油與天然氣地質(zhì),2010,31(6):826-837.

Qin Jianzhong,Shen Baojian,Fu Xiaodong,et al.Ultramicroscopic organic petrology and potential of hydrocarbon generation and expulsion of quality marine source rocks in south China[J].Oil & Gas Geology,2010,31(6):826-837.

[33]秦建中,陶國亮,騰格爾,等.南方海相優(yōu)質(zhì)頁巖的成烴生物研究[J].石油實驗地質(zhì),2010,32(3):262-269.

Qin Jianzhong,Tao Guoliang,Tenger,et al.Hydrocarbon-forming organisms in excellent marine source rocks in south China[J].Petroleum Geology & Experiment,2010,32(3):262-269.

[34]秦建中,申寶劍,陶國亮,等.優(yōu)質(zhì)烴源巖成烴生物與生烴能力動態(tài)評價[J].石油實驗地質(zhì),2014,36(4):465-472.

Qin Jianzhong,Shen Baojian,Tao Guoliang,et al.Hydrocarbon-forming organisms and dynamic evaluation of hydrocarbon generation capacity in excellent source rocks[J].Petroleum Geology & Experiment,2014,36(4):465-472.

[35]Towe K M,Urbanek A.Collagen-like structures in Ordovician graptolite periderm[J].Nature,1972,237(5356):443-445.

[36]Crowther P R,Rickards R B.Cortical bandages and the graptolite zooid[J].Geologica et Palaeontologica,1977,11:9-46.

[37]Bustin R M,Link C,Goodarzi F.Optical properties and chemistry of graptolite periderm following laboratory simulated maturation[J].Organic Geochemistry,1989,14(4):355-364.

[38]Gupta N S,Briggs D E G,Pancost R D.Molecular taphonomy of graptolites[J].Journal of the Geological Society,2006,163(6):897-900.

(編輯黃娟)

文章編號：1001-6112(2016)04-0480-09

doi：10.11781/sysydz201604480

收稿日期：2016-02-05；

修訂日期：2016-06-15。

作者簡介：申寶劍(1978—)，男，博士，高級工程師，從事烴源巖有機地球化學(xué)研究。E-mail: shenbj.syky@sinopec.com。

中圖分類號：TE122.11

文獻標識碼：A

Characteristics and hydrocarbon significance of organic matter in shale from the Jiaoshiba structure, Sichuan Basin:A case study of the Wufeng-Longmaxi formations in well Jiaoye1

Shen Baojian, Yang Yunfeng, Tenger, Qin Jianzhong, Pan Anyang

(Wuxi Research Institute of Petroleum Geology, SINOPEC, Wuxi, Jiangsu 214126, China)

Abstract:Organic-rich shale samples were collected from the Upper Ordovician Wufeng-Longmaxi formations in the Jiaoshiba structure in the Sichuan Basin to carry out rock, kerogen and micro-fossil analyses. The biological recognition and organic petrologic analysis of hydrocarbon generation were carried out, and the hydrocarbon potential was discussed. Hydrocarbon precursor organisms in the high-maturity or over-mature Wufeng-Longmaxi shale mainly included acritarchs, alginite (lamalginite and benthic algae) and zooclasts (graptolite, chitinozoan and spicule), which were the major components of formed organic matter. However, amorphous organic matter was the primary portion in the Wufeng-Longmaxi shale, and was dispersed in the mineral matrix as fined particles. Shale gas in Jiaoshiba area was derived from hydrogen-rich alginite and macromolecular lipid polymer in graptolite tracheids. Abundant amorphous organic matter, especially plenty of pore-filling fine-grained bitumen, indicated that the source rocks have high hydrocarbon potential, which could form large shale gas fields.

Keywords:hydrocarbon generation organism; hydrocarbon potential; Jiaoshiba structure; Wufeng-Longmaxi formation; Sichuan Basin