鄂爾多斯盆地三疊系延長組黑色巖系成因探討
——以銅川地區(qū)長73段為例

宋世駿，柳益群，鄭慶華，周鼎武，付瑜

1.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710069

2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，西安 710069

3.榆林學(xué)院能源工程學(xué)院，陜西榆林 719000

4.山東科技大學(xué)地球科學(xué)與地質(zhì)工程學(xué)院，山東青島 266510

0 引言

黑色巖系是一套富含有機(jī)質(zhì)的暗色泥頁巖、粉砂巖、硅質(zhì)巖和少量碳酸鹽巖等海/湖相陸源細(xì)粒沉積巖的總稱[1]，其巖石組合、形成環(huán)境具有特殊性，而且與成礦和油氣形成關(guān)系密切，受到國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)界的長期關(guān)注。目前對于黑色巖系中泥頁巖微觀孔隙類型和生烴指標(biāo)的研究較多，實(shí)驗(yàn)方法成熟，但其成因研究相對較少且存在爭議，具體表現(xiàn)為除了傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)的陸源物質(zhì)沉積成因外，熱水沉積和火山物質(zhì)沉積成因的觀點(diǎn)逐漸受到關(guān)注和認(rèn)可。前人研究成果表明，我國南方廣泛分布的下寒武統(tǒng)黑色巖系成因以陸源物質(zhì)沉積+熱水沉積[2-4]為主，屬于海相沉積，多為缺氧、低能、還原的淺海陸棚環(huán)境+海底熱液對流沉積背景；以新疆地區(qū)、松遼盆地?zé)N源巖系為代表的我國北方黑色巖系的成因主要是陸源物質(zhì)沉積+火山物質(zhì)沉積[5-9]，屬于湖相黑色巖系，沉積背景多以缺氧、低能、還原的深湖—半深湖環(huán)境為主，并伴隨水下或鄰區(qū)火山噴發(fā)；著名的北美頁巖也是典型的海相黑色巖系，是由泥頁巖、鈣質(zhì)泥頁巖及灰?guī)r組成的陸源碎屑沉積巖[10]，反映淺海陸棚的深水環(huán)境。

鄂爾多斯盆地是我國油氣資源最為豐富的盆地之一，以上三疊統(tǒng)延長組石油大規(guī)模發(fā)育為特征。其中，長7油層組反映還原環(huán)境的深湖—半深湖相沉積，發(fā)育大面積富含有機(jī)質(zhì)及大量金屬元素的黑色泥巖、頁巖為特征的黑色巖系，是延長組的主力烴源巖層和致密油勘探開發(fā)的主要攻關(guān)對象[11-12]。近年來，有學(xué)者[13-15]在盆地腹地長73鉆井取芯中發(fā)現(xiàn)了火山噴發(fā)和熱水沉積形成的產(chǎn)物，提出油頁巖中火山物質(zhì)沉積基本為薄夾層或紋層狀的塵灰級凝灰?guī)r，粉—細(xì)砂級凝灰?guī)r相對較少且沉積厚度也以毫米級為主；熱水沉積證據(jù)有黃鐵礦—白鐵礦—硬石膏、硅質(zhì)巖、充填于早期成巖縫的自生鈉長石、紋層狀的微—粉晶鐵白云石等[16-17]。然而，巖芯觀察存在“一孔之見”，肉眼甚至顯微鏡透射光識(shí)別火山碎屑巖的方法也具有局限性，因此火山碎屑巖容易被誤判為“正常陸源沉積巖”[18]，以至于長73在成因和沉積背景上仍然被認(rèn)為是“深湖—半深湖相”所控制的陸源碎屑沉積。基于上述問題，本研究以盆地東南緣銅川地區(qū)瑤曲衣食村長73野外露頭剖面為例，從底到頂展開無間距采樣工作，識(shí)別和劃分巖石類型，探究黑色巖系的成因、沉積背景及與油氣的關(guān)系。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖1.位于中上三疊統(tǒng)延長組第一段，對應(yīng)于長10油層組；2.位于中上三疊統(tǒng)延長組第二段，對應(yīng)于長8、長9油層組；3.位于中上三疊統(tǒng)延長組第二段，對應(yīng)于長73油層組；4.位于中上三疊統(tǒng)延長組第三段，對應(yīng)于長4+5、長6、長71+2；5.位于中上三疊統(tǒng)延長組第四段，對應(yīng)于長2、長3油層組；6.目標(biāo)剖面位置；7.銅川地區(qū)Fig.1 Regional geology map in study area

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北板塊西部，周邊被群山環(huán)繞，其南為秦嶺造山帶，西南為北祁連造山帶，在晚三疊世延長組時(shí)期為大型坳陷型湖泊沉積。延長組自上而下被劃分為長1～長10共10個(gè)層系。長10～長7為湖盆擴(kuò)張期，長6～長1油層組為湖盆收縮期，長7段沉積期為延長期湖盆發(fā)展的鼎盛階段[19]，其中長73段湖相泥頁巖和凝灰?guī)r最為發(fā)育。前人認(rèn)為揚(yáng)子板塊向華北板塊推擠加劇導(dǎo)致盆地周緣在晚三疊世期間發(fā)生過2次較大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)活動(dòng)，分別出現(xiàn)在長73沉積早期和長73沉積晚期[20-21]，并通過測定盆地腹地長73鉆井取芯凝灰?guī)r的鋯石LA-ICP-MS、U-Pb同位素年齡提出長7湖盆主要成型期和揚(yáng)子與華北板塊的碰撞期基本吻合，反映了火山噴發(fā)活動(dòng)與湖相泥巖的沉積發(fā)育具有協(xié)同性[22]。

銅川地區(qū)位于盆地東南緣，處于渭北隆起構(gòu)造單元之上（圖1），賦存著豐富的油頁巖資源，品位好，含油率高。研究區(qū)出露了長10～長3多個(gè)時(shí)代的地層[23]，其中長7地層分布范圍廣，保存較為完整（圖1），在霸王莊、淌泥河和瑤曲鎮(zhèn)等地均出露典型的長73黑色巖系。霸王莊、淌泥河剖面位于金鎖關(guān)鎮(zhèn)，整體上以風(fēng)化嚴(yán)重的黑色油頁巖為主（圖2a，b）?，幥巴馄拭娴靥庛~川市瑤曲鎮(zhèn)衣食村摩天溝附近，剖面起點(diǎn)坐標(biāo)：35°16′7.5″N，106°51′58.2″E，測量段厚度約為13 m，地層傾角為8°，傾向183°，巖性特征與另外兩處剖面差異較大，斷層不發(fā)育，油頁巖層與厚層“砂體”縱向疊置。

2 陸源碎屑沉積

瑤曲衣食村剖面中油頁巖無論在橫向和縱向上發(fā)育規(guī)模較為顯著，但是單層厚度不大，普遍不超過2 m，顏色呈灰黑色、黑色，部分經(jīng)風(fēng)化后變成棕黃色、鐵褐色，局部可見葉薄狀層理（圖2a）。剖面中上部發(fā)育多條重力流成因的厚層塊狀砂體，巖性以細(xì)砂巖為主，與上下覆泥頁巖突變接觸，為砂質(zhì)碎屑流沉積，局部還可見具滑塌沉積特點(diǎn)的包卷構(gòu)造（圖2d，e）。

圖2 銅川地區(qū)長73黑色巖系露頭特征(a)霸王莊野外露頭發(fā)育水平層理的黑色油頁巖；(b)淌泥河剖面主體為風(fēng)化嚴(yán)重的油頁巖；(c)瑤曲衣食村剖面中段油頁巖發(fā)育葉薄狀層理；(d)具滑塌構(gòu)造的透鏡狀細(xì)砂巖；(e)與下覆泥頁巖突變接觸的塊狀細(xì)砂巖；(f)位于瑤曲長73剖面底部的風(fēng)化嚴(yán)重的棕黃色凝灰?guī)r薄夾層；(g)位于瑤曲長73剖面底部風(fēng)很嚴(yán)重的白色凝灰?guī)r薄夾層；(h)火山碎屑沉積厚度約25 cm，與深水原地沉積等厚互層；(i)從下至上深水原地沉積厚度增大，火山碎屑沉積厚度逐漸減??；(j)薄層凝灰?guī)r向上突變?yōu)楹駥踊鹕剿樾紟r，油頁巖快速減薄直到消失Fig.2 Section features of black rock series of Chang73 member in Tongchuan

表1 鄂爾多斯盆地長7火山碎屑沉積主要巖石類型分類表（據(jù)鄭慶華[18]）Table 1 Classification of main volcaniclastic sedimentary rock types in Chang7 member,Ordos Basin(after Zheng[18])

3 火山碎屑沉積

3.1 火山碎屑沉積分類

盆地延長組發(fā)育的火山碎屑巖粒度一般小于2.0 mm，屬于凝灰級別，根據(jù)火山碎屑含量將火山碎屑沉積的巖石類型進(jìn)一步劃分為凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)沉積巖及沉凝灰?guī)r。為了使粒度劃分與陸源碎屑巖具有一致性，可將凝灰?guī)r按照粒度直徑劃分為細(xì)砂級凝灰?guī)r、粉砂級凝灰?guī)r、塵凝灰?guī)r。以此類推，凝灰質(zhì)沉積巖和沉凝灰?guī)r劃分方案如表1所示。

3.2 火山碎屑沉積類型及特征

瑤曲衣食村長73剖面凝灰?guī)r主要呈順層分布，厚度存在差異，極易風(fēng)化成棕黃色、白色、紅褐色疏松狀黏土物質(zhì)（圖2f，g），但是剝除風(fēng)化表面發(fā)現(xiàn)巖石質(zhì)地堅(jiān)硬，用力錘擊后見貝殼狀斷口，新鮮面顏色以灰白色、灰色和黑色為主。

3.2.1 薄層凝灰?guī)r

無論野外露頭或鉆井樣品，新鮮面大多可見深、淺相間的紋層，深色紋層巖石粒度細(xì)，手感光滑，白色部分表面粗糙，粒度較粗，傳統(tǒng)認(rèn)為白色紋層為凝灰?guī)r，而黑色紋層為泥巖（圖3a，b）。對野外樣品YQ-3、YQ-5進(jìn)行觀察，白色紋層內(nèi)可見晶屑懸浮在塵凝灰?guī)r之上，巖性為粉砂級晶屑凝灰?guī)r；黑色紋層成分與白色紋層中極細(xì)粒沉積基質(zhì)成分一致，并可見單個(gè)顆粒呈層分布，顯示非正常陸源沉積特征（圖3d，e，i～k）。YQ-25樣品下部的玻屑凝灰結(jié)構(gòu)為粉砂級，上部趨于塵灰級，整體呈正粒序（圖3f～h）。綜上所述，野外薄層凝灰?guī)r中黑色紋層巖性實(shí)際為黑色、灰黑色塵凝灰?guī)r，淺色紋層為灰白色、灰色粉—細(xì)砂級凝灰?guī)r。這種正旋回的沉積構(gòu)造特征在縱向上韻律式地疊加組合，反映最小尺度的旋回式火山碎屑噴發(fā)過程（圖3a）。上述薄層凝灰?guī)r厚度不超過5 cm，橫向延伸距離較短，往往與油頁巖頻繁互層，代表深水原地沉積（圖3c）[24]。

圖3 薄層凝灰?guī)r特征(a)瑤曲衣食村長73沉積構(gòu)造特征；(b)盆地腹地鉆井取芯長73沉積構(gòu)造特征（據(jù)張文正等[16]）；(c)薄層凝灰?guī)r往往與油頁巖互層；(d)樣品YQ-5，薄層凝灰?guī)r；(e)YQ-5深色和淺色紋層交界處的單偏光特征，黑色紋層內(nèi)可見單個(gè)成層的火山碎屑顆粒；(f)樣品YQ-25，薄層凝灰?guī)r；(g)是(f)的單偏光特征，顯示正粒序構(gòu)造特征；(h)是(g)的正交光特征，玻屑發(fā)生消光；(i)樣品YQ-3，薄層凝灰?guī)r；(j)中黑色紋層單偏光特征；(k)中白色紋層單偏光特征，可見粉砂級火山碎屑顆粒Fig.3 Characteristics of thin layer of tuffs

3.2.2 中—厚層凝灰?guī)r

（1）粉—細(xì)砂級凝灰?guī)r

剖面底部發(fā)育的橫向展布穩(wěn)定的“塊狀砂體”，厚度可達(dá)1.6 m，從顏色、產(chǎn)狀上同正常沉積砂巖相似。YQ-14樣品肉眼識(shí)別為灰色含油細(xì)砂巖（圖4d），而顯微鏡下可觀察到紅褐色或黑褐色的玻屑，以及少量板條狀、尖棱角狀晶屑，整體粒度達(dá)到粉砂級，故將其定名為粉砂級含晶屑玻屑凝灰?guī)r（圖4e）。YQ-10樣品在肉眼觀察下為淺灰色塊狀細(xì)砂巖，硬度較大、含油性較好（圖4f），巖石因被有機(jī)質(zhì)覆蓋而難以在透射光下觀察礦物的結(jié)構(gòu)和類型（圖4g）；而在反射光下呈雞骨狀、弓狀的玻屑清晰可見（圖4h）；經(jīng)鑒定，YQ-10巖性實(shí)際為細(xì)砂級玻屑凝灰?guī)r。上述中—厚層粉—細(xì)砂級凝灰?guī)r的發(fā)現(xiàn)，是對盆地火山碎屑沉積巖石類型重要的補(bǔ)充和對歷史時(shí)期火山物質(zhì)沉降規(guī)模的重新認(rèn)識(shí)。

（2）塵凝灰?guī)r

厚層塵凝灰?guī)r可達(dá)0.5 m，例如YQ-16樣品，地質(zhì)錘敲擊后巖石具有背殼狀斷口，新鮮面為黑色，外觀特征與正常沉積泥巖相似，極易發(fā)生混淆（圖5a）。透射光下可觀察呈棱角狀、板條狀等不規(guī)則玻屑分布在黏土級沉積基質(zhì)中（圖5b，c）；X衍射結(jié)果表明，樣品石英+鉀長石含量達(dá)到70.30%，高嶺石+伊蒙混層含量13.5%，另外包括10%的非晶相，成分上與黏土巖差別較大[25]。綜合上述特征，將YQ-16定名為含玻屑塵凝灰?guī)r。

3.2.3 凝灰質(zhì)沉積巖

肉眼觀察YQ-22樣品，識(shí)別其巖性為淺灰褐色細(xì)砂巖（圖5a），而顯微鏡下該樣品部分（大于30%）長英質(zhì)顆粒呈尖棱角狀或鐮刀狀，具典型晶屑凝灰結(jié)構(gòu)，可鑒定為晶屑凝灰質(zhì)細(xì)砂巖（圖5b）。肉眼觀察同層位的YQ-21樣品，為質(zhì)地松軟的棕黃色泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖（圖5c），發(fā)育小型交錯(cuò)層理；而顯微鏡下可見粉砂級晶屑呈漂浮狀分布在泥質(zhì)沉積基質(zhì)上（圖5d），巖性實(shí)則為晶屑凝灰質(zhì)泥巖?？傮w來說，凝灰質(zhì)沉積巖巖性在橫向上非均質(zhì)性較強(qiáng)。

圖4 剖面中—厚層凝灰?guī)r特征(a)YQ-16樣品，與泥巖極為相似；(b)YQ-16單偏光特征，塵灰級凝灰?guī)r中可見殘余粒度較大的火山碎屑顆粒；(c)是(b)的正交光特征，玻屑發(fā)生全消光；(d)YQ-14樣品含油性較好，易被識(shí)別為含油砂巖；(e)是(d)的單偏光特征，可見大量紅褐色或黑褐色玻屑和棱角狀晶屑；(f)YQ-12樣品特征，易被識(shí)別為正常沉積的細(xì)砂巖；(g)是(f)的背散射圖像特征，可見彎弓狀和雞骨狀玻屑；(h)是(f)的反射光特征，雞骨狀、彎弓狀玻屑形態(tài)輪廓明顯Fig.4 Characteristics of medium bedded layer of tuffs in section

圖5 瑤曲衣食村長73剖面厚層凝灰質(zhì)沉積巖特征(a)樣品YQ-22，肉眼觀察為淺灰褐色細(xì)砂巖；(b)是(a)的單偏光特征，可見大量呈尖棱角狀、鐮刀狀的晶屑；(c)樣品YQ-21，肉眼觀察為棕黃色泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖；(d)是(c)的單偏光特征，火山碎屑與泥質(zhì)混合沉積Fig.5 Characteristics of medium bedded layer of tuffaceous sedimentary rocks in section of Chang73 member

圖6 瑤曲衣食村長73剖面巖性分層照片F(xiàn)ig.6 Lithological hierarchical photograph in Yaoqu-Yishi village section of Chang73 member

3.3 火山碎屑沉積分布特征

整體上，衣食村剖面火山碎屑沉積的巖石類型豐富，在縱向和橫向上展布穩(wěn)定，幾乎與湖相泥頁巖的發(fā)育規(guī)模相當(dāng)（圖6），這與盆內(nèi)鉆井取芯觀察結(jié)果存在區(qū)別。局部觀察發(fā)現(xiàn)：剖面底部為薄層、厚層火山玻屑交替沉積，反應(yīng)該時(shí)期周期性火山噴發(fā)活躍。例如YQ-6～YQ-8層，厚層凝灰?guī)r逐漸減薄，油頁巖層厚度增大（圖2i），火山噴發(fā)的強(qiáng)度有逐漸減弱的趨勢；剖面頂部YQ-23～YQ-25層可見與湖相泥頁巖等厚互層的中層凝灰?guī)r，厚度約20 cm（圖2h），反映強(qiáng)度穩(wěn)定的火山噴發(fā)活動(dòng)；中上部YQ-22層附近從下至上油頁巖厚度不斷減薄直至消失，火山碎屑沉積由薄層向厚層突變（圖2j），反映火山活動(dòng)強(qiáng)度突然增強(qiáng)；剖面中部發(fā)育重力流成因的厚層砂巖和火山—沉積碎屑巖（圖6），火山碎屑含量顯著較少。綜上所述，瑤曲衣食村剖面火山碎屑沉積的分布與盆緣在晚三疊世長73沉積早、晚期發(fā)生過2次較大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)活動(dòng)的認(rèn)識(shí)基本吻合。

4 熱水沉積

4.1 熱水沉積（巖）的分類

熱水沉積也稱為熱液噴流沉積，指來自地球深部的氣、液、固三相熱液流體與海/湖盆底部沉積物發(fā)生的一系列同期（準(zhǔn)同期）結(jié)晶、交代、充填作用及其產(chǎn)物的總稱[26-27]。根據(jù)形成時(shí)溫度和產(chǎn)物顏色，熱水沉積（巖）可劃分為“黑煙囪型”和“白煙囪型”，主要產(chǎn)物類型如表2所示。

4.2 剖面熱水沉積證據(jù)

4.2.1 重晶石+非晶質(zhì)SiO2

塵凝灰?guī)r樣品中的重晶石被形態(tài)呈撕裂狀的SiO2集合體所膠結(jié)，這類不具完整晶形的SiO2集合體與長73烴源巖中熱液成因的硅質(zhì)巖的形態(tài)、結(jié)構(gòu)相似[16]，推測是因?yàn)闊嵋褐械墓栀|(zhì)與晶屑混雜發(fā)生了溶蝕作用和塑性變形（圖7d，e）。

表2 根據(jù)礦物的形成溫度和色調(diào)劃分熱水沉積類型（據(jù)鐘大康等[28]）Table 2 Types of hydrothermal sedimentation by mineral forming temperature and color(after Zhong et al.[28])

圖7 黑色巖系微觀巖石學(xué)特征(a)YQ-16樣品，水銨長石以膠結(jié)物形式存在，（BSE）；(b)YQ-12，水銨長石沿微裂縫充填鉀長石礦物，（BSE）；(c)水銨長石的能譜表征；(d)YQ-16，重晶石周圍分布非晶質(zhì)SiO2，（BSE）；(e)自生鈉長石交代斜長石，（BSE）；(f)里57井，硅質(zhì)巖特征（據(jù)張文正等[22]）；(g)YQ-10樣品，玻屑內(nèi)部被蠕蟲狀高嶺石充填，（BSE）；(h)YQ-14長石晶屑內(nèi)部溶蝕，被有機(jī)質(zhì)充填Fig.7 Micropetrographic features of black rock series

4.2.2 水銨長石+黃鉀鐵礬+黃鐵礦組合

水銨長石分子式為(NH4,K)AlSi3O8或NH4AlSi3O8，最早發(fā)現(xiàn)于美國加利福尼亞的硫礦床中。當(dāng)巖石與含銨熱液接觸發(fā)生蝕變時(shí)，碎屑長石中的陽離子極易被與之離子半徑相同的NH43+替代，進(jìn)而形成以水銨長石為代表的自生含銨長石[29-31]。電子探針背散射圖像顯示水銨長石沿微裂縫充填或以膠結(jié)物的形式產(chǎn)出（圖7a～c），其中前者形成所需的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者[32]。X衍射分析結(jié)果表明（表3），各類巖石樣品水銨長石含量高但幾乎不含鉀長石，這可能是鉀長石受熱液改造作用向水銨長石轉(zhuǎn)化的緣故。資料顯示，熱液促使碎屑長石向水銨長石轉(zhuǎn)化的同時(shí)，通常會(huì)有黃鐵礦、黃鉀鐵礬和銨黃鐵釩等伴生熱液礦物的形成[33]。酸性條件較強(qiáng)的情況下，黃鐵礦可轉(zhuǎn)化為黃鉀鐵礬(KFe3[SO4]2(OH)6)。如表3所示，巖石類型中都含有黃鉀鐵礬，但均未發(fā)現(xiàn)黃鐵礦，推測是黑色巖系有機(jī)質(zhì)成熟釋放的大規(guī)模有機(jī)酸促使了黃鐵礦向黃鉀鐵礬的轉(zhuǎn)化。

表3 部分樣品全巖X衍射成分表（%）Table 3 X-ray diffraction of selected samples(%)

4.2.3 斜長石的鈉長石化

鈉長石作為熱水沉積的標(biāo)志性礦物在海底熱液成巖成礦作用中普遍存在。覃小麗等[34]研究認(rèn)為富K+、Na+、Ca2+、Mg2+等離子的堿性熱液使斜長石發(fā)生蝕變是延長組鈉長石形成的主要原因。對于斜長石鈉長石化的溫度條件，Helmold et al.[35]研究認(rèn)為斜長石初始發(fā)生鈉長石化的成巖溫度約110℃，而斜長石完全鈉長石化需要的溫度約為160℃，最高可達(dá)300℃[36]。本研究發(fā)現(xiàn)，剖面巖石中的斜長石的鈉長石化主要表現(xiàn)為鈉長石沿節(jié)理縫或邊部交代斜長石（圖7e）。

4.3 熱水沉積分布特點(diǎn)

瑤曲衣食村剖面未見真正意義上由熱液/熱水直接結(jié)晶形成的巖石，多是熱液流體進(jìn)入湖盆與沉積層發(fā)生不同程度的充填、膠結(jié)、交代等熱液改造作用。經(jīng)本研究統(tǒng)計(jì)，剖面縱向上多個(gè)巖石樣品中（YQ-1～YQ-25）發(fā)現(xiàn)了不同類型、溫度條件的熱水沉積產(chǎn)物，反映黑色巖系沉積期熱液流體活動(dòng)頻繁且具備一定規(guī)模。另外，研究區(qū)地處渭北隆起構(gòu)造單元，發(fā)育的深部斷裂為熱液流體提供了良好的上升通道。

5 沉積背景探討

瑤曲衣食村剖面深水原地沉積單層厚度不超過2 m，火山碎屑沉積最厚處可達(dá)1.6 m，并可見重力流成因的厚層砂體，巖層粒度以細(xì)—粗—細(xì)的方式相互疊置。相距三十幾公里外的霸王莊、淌泥河剖面主體以單層厚度超過10 m的油頁巖為主，火山碎屑沉積規(guī)模較小，多以凝灰?guī)r薄夾層為主，不發(fā)育橫向展布穩(wěn)定的厚層砂體?；谏鲜鎏卣?，筆者認(rèn)為瑤曲衣食村長73黑色巖系沉積位置處于湖盆斜坡帶，位于深水與淺水控制區(qū)的“轉(zhuǎn)折區(qū)”。首先，瑤曲衣食村剖面與霸王莊、淌泥河剖面不同的是幾乎不見濁流沉積特點(diǎn)，主要為砂質(zhì)碎屑流和滑塌沉積，屬于典型的斜坡重力流沉積，緊鄰三角洲前緣。其次，受地震、火山噴發(fā)等構(gòu)造事件或氣候變化的影響，斜坡帶湖水深度變化較為波動(dòng)，當(dāng)水體較淺時(shí)有利于火山凝灰物質(zhì)快速堆積形成厚層凝灰?guī)r；而水體較深時(shí)則有利于深水原地沉積的形成，火山凝灰物質(zhì)以薄層凝灰?guī)r為主，其中一部分也能以重力流的搬運(yùn)方式進(jìn)入深水區(qū)，期間與湖泥或砂巖混合形成厚層的凝灰質(zhì)沉積巖。相較之下，霸王莊、淌泥河剖面巖性特征整體指示典型的深湖—半深湖環(huán)境，處于深水控制區(qū)。因此，瑤曲衣食村長73黑色巖系下部反映淺水環(huán)境，中上部反映深水環(huán)境，處于淺湖相和深湖—半深湖相的“過渡帶”，即淺湖—半深湖環(huán)境（圖8），而前人的研究也認(rèn)為該環(huán)境正是油頁巖發(fā)育最有利地區(qū)[37]。

雖然火山碎屑沉積發(fā)育規(guī)模顯著，但本次野外踏勘未發(fā)現(xiàn)如火山渣、火山彈等粒度粗大的火山沉積物，仍以凝灰?guī)r這類成分較純的細(xì)粒火山碎屑沉積為主，故排除近源火山噴發(fā)或水下火山活動(dòng)對該地區(qū)黑色巖系的形成造成影響。除此之外，銅川地區(qū)與盆地腹地的凝灰?guī)r地化表征具有同源性[38]，因此晚三疊世揚(yáng)子板塊與華北板塊碰撞引起的遠(yuǎn)源火山灰沉降事件可能仍然是剖面黑色巖系中火山碎屑沉積大規(guī)模發(fā)育的主控因素。同時(shí)，劇烈的盆緣火山活動(dòng)導(dǎo)致?lián)P子板塊和華北板塊相互擠壓，秦嶺洋閉合，加劇盆地內(nèi)部穩(wěn)定沉降，促使了湖盆劇烈的擴(kuò)張，進(jìn)而在一定程度上誘發(fā)湖盆底部巖漿—熱液流體的活動(dòng)（圖8）。

綜上所述，瑤曲衣食村長73黑色巖系實(shí)際上是受淺湖—半深湖相沉積、重力流沉積、大規(guī)?；鹕侥椅镔|(zhì)沉積以及熱液流體改造作用共同控制的產(chǎn)物，并非單一受深湖—半深湖相所控制發(fā)育的陸源碎屑沉積（圖8）。

6 與油氣的關(guān)系

6.1 促進(jìn)優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育

盡管火山凝灰物質(zhì)所攜的熱量會(huì)在搬運(yùn)過程中和進(jìn)入湖盆時(shí)逐漸散失，然而火山物質(zhì)頻繁、周期性的堆積仍能使湖水溫度持續(xù)性的升高，有利于湖相泥頁巖中生烴母質(zhì)的繁殖。前人研究發(fā)現(xiàn)銅川地區(qū)油頁巖中P2O5、Fe2O3含量異常高[39]，這與火山物質(zhì)降落湖盆后經(jīng)過水解作用提供的Fe、P等生物營養(yǎng)物質(zhì)有關(guān)，同時(shí)對促進(jìn)藻類的勃發(fā)和增加有機(jī)質(zhì)豐度具有重要意義。另外，中—厚層凝灰?guī)r與泥頁巖交替發(fā)育，反映凝灰?guī)r在短時(shí)間內(nèi)大面積地覆蓋泥頁巖，從而對有機(jī)質(zhì)起到保護(hù)作用。除此之外，黑色巖系在沉積期經(jīng)歷或長期處于較高溫度的成巖和生烴環(huán)境，對于優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育同樣起到積極作用。

6.2 作為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層

圖8 銅川地區(qū)黑色巖系沉積模式圖（修改自文獻(xiàn)[37]）Fig.8 Sedimentary model of black rock series in Tongchuan area(modified from reference[37])

除了重力流成因的陸源砂體，厚層火山碎屑沉積也可成為良好的儲(chǔ)集體。剖面中—厚層凝灰?guī)r中的玻屑大部分發(fā)生脫?；瑲埩艨障侗缓谏袡C(jī)質(zhì)和高嶺石充填（圖4g，h、圖7g），因此玻屑脫?；悄?guī)r儲(chǔ)集體次生孔隙發(fā)育的重要控制因素。另外，長石晶屑沿內(nèi)部發(fā)生溶蝕并被有機(jī)質(zhì)充填，進(jìn)而形成良好的晶內(nèi)孔（圖7h）。前文已經(jīng)介紹未風(fēng)化或風(fēng)化不嚴(yán)重的凝灰?guī)r其實(shí)是堅(jiān)硬、致密的，并非傳統(tǒng)認(rèn)為的軟質(zhì)、疏松的細(xì)粒物質(zhì)，因此在生產(chǎn)上凝灰質(zhì)儲(chǔ)集層同常規(guī)砂體一樣具備開采條件。

7 結(jié)論

盆地東南緣瑤曲衣食村長73黑色巖系中的一部分“黑色泥巖”和“粉—細(xì)砂巖”實(shí)際上分別是塵凝灰?guī)r和粉—細(xì)砂級凝灰?guī)r。另外，油頁巖、泥巖或凝灰?guī)r中存在熱水沉積產(chǎn)物，以水銨長石+黃鉀鐵礬+黃鐵礦、重晶石+非晶質(zhì)SiO2、斜長石的鈉長石化等礦物組合為特征，在剖面縱向上分布范圍極廣。該黑色巖系并非傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)的單一受深湖—半深湖相所控制發(fā)育的陸源碎屑沉積，實(shí)際上是受淺湖—半深湖相沉積、重力流沉積、大規(guī)?；鹕剿樾汲练e以及熱液流體的改造作用共同控制的產(chǎn)物。

這種特殊成因和沉積背景促使黑色巖系既可以成為優(yōu)質(zhì)烴源巖層，也可成為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體。顯然，對這類特殊黑色巖系的油氣富集特征進(jìn)行定量化研究，并與常規(guī)黑色巖系進(jìn)行對比，將為致密油富集規(guī)律的研究提供幫助。

致謝 在論文撰寫過程中受到了西安地調(diào)中心周寧超、中科院青藏高原研究所張帥、西北大學(xué)崔婷婷等在實(shí)驗(yàn)和理論方面的指導(dǎo)和幫助，在此一并感謝。