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

上奥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。

中国南方上奥陶统五峰组观音桥段成因讨论：是“浅水介壳相”，还是深水异地沉积？

对中国南方上奥陶统五峰组沉积环境的认识长期存在激烈争论,深水成因说与浅水成因说针锋相对,似乎两种观点均有否定对方观点的充足理由。问题的症结与观音桥段有关。根据五峰组本身的沉积特征,应属深水沉积无疑;但五峰组顶部的观音桥段富含腕足类、三叶虫和珊瑚等化石,长期被认为属"浅水介壳相"。笔者通过对中上扬子地区数十条剖面的实测和深入观察,认为观音桥段应为深水异地沉积,主要依据有:观音桥段中所含珊瑚、棘皮类和腹足类等典型的浅水生物化石均呈碎块状赋存于生物屑砾屑灰岩中;这种灰岩的上覆、下伏层均为黑色笔石页岩,显然系由碎屑流异地搬运而来,其沉积场所并非浅水环境而是深水环境;观音桥段厚度很小而分布范围广阔,这是任何浅水环境沉积都不可能具备的特征;观音桥段与下伏五峰组页岩段和上覆下志留统龙马溪组底部之沉积极不协调,界面突变,无环境更替渐变过程,符合异地沉积特征;观音桥段仅在事件影响的范围内才存在,在其缺失地区五峰组与上覆龙马溪组之间为整合接触的连续沉积。观音桥段的深水异地沉积包括碎屑流沉积(砾屑灰岩)、浊流沉积(粉砂质颗粒灰岩)和内潮汐沉积(纹层状粉砂岩)。排除了观音桥段环境解释的干扰,根据五峰组自身的特征,将其解释为深水沉积就不再有疑问了。

四川盆地涪陵地区五峰组观音桥段成因分析及其对页岩气开发的意义

四川盆地涪陵地区五峰组顶部普遍发育观音桥段地层,目前关于观音桥段地层的成因,存在2个主流观点,即浅水成因说和深水成因说。结合沉积速率、生态学等多因素分析,证实涪陵地区五峰组观音桥段为深水异地沉积,底流沉积作用是观音桥段地层发育的主要原因,同时过强的底流沉积作用也是导致部分地区观音桥段地层缺失的主要原因。此外,从沉积作用、工程工艺改造等角度出发探讨了观音桥段地层对于涪陵地区页岩气开发评价工作的影响。研究认为,观音桥段地层的平面展布特征反映了涪陵地区五峰—龙马溪组含气页岩段沉积时期底流作用的活跃程度、微古地貌及距离物源区远近3个地质要素在平面上的差异,这些差异对于五峰—龙马溪组含气页岩段及其上覆顶板龙二段地层的沉积有着重要的影响,因此观音桥段的发育特征可作为中国南方五峰—龙马溪组页岩气层勘探开发选区的一个重要评价指标;此外,观音桥段地层工程工艺改造难度较大,且位于主力气层段内部,在优选开发井水平段穿行层位时应给与充分考虑。

渝东北地区观音桥段沉积与有机碳同位素特征及其区域对比

渝东北地区五峰组—龙马溪组间观音桥段厚度不一、沉积特征各异,自西向东对庙坝渝参1井(YC1)、田坝剖面(TBP)、白鹿剖面(BLP)、九湖四方洞剖面(SFP)和巴东两河口(LHP)剖面的分析表明,观音桥段以发育浅灰色中—薄层状泥质灰岩为主,局部为含介壳泥灰岩层,且强烈风化后常呈褐黄色、土黄色。研究区内两河口剖面为灰黑色泥质灰岩,也发育介壳化石,四方洞剖面观音桥段表现为粉砂质含量的明显增多。仅田坝剖面和两河口剖面见赫南特贝化石印模。各剖面有机碳同位素垂向演化特征相似,具有区域及全球对比性;在赫南特期观音桥段均表现出明显的碳同位素正漂以及峰值,可能受局部环境影响,其正漂幅度不尽相同;五峰组至观音桥段碳同位素呈震荡性升高,可出现短暂的小型峰值;观音桥段至龙马溪组,碳同位素呈现持续稳定的下跌,下跌速度取决于龙马溪组厚度。

观音桥段地质特征及其对页岩气产量的影响——以南川地区为例

渝东南地区观音桥段为一套赫南特期形成的介壳相泥质灰岩地层,海平面和古地貌控制是影响地层分布的主要因素。其上覆、下伏层均为深水沉积的黑色页岩,岩相上的改变表明沉积环境发生了一定的变化,且在平面上部分地区观音桥段发生缺失。通过对南川地区的观音桥段特征进行分析,结合该地区页岩气井各项静态评价指标及单井产能,研究南川地区的页岩气井产能与观音桥段的存在是否具有一定联系,而影响页岩气产量,其结论对渝东南地区页岩气选区提供地质依据,并对开发政策制定具有一定的指导意义。

焦石坝地区五峰组观音桥段平面展布特征研究

五峰组-龙马溪组目前已成为我国页岩气开发的主力层系,作为两套层系之间的高应力地层,观音桥段在一定程度上影响了水平井的压裂改造效果。为了明确焦石坝地区五峰组观音桥段的平面展布特征,通过对焦石坝地区取心井观音桥段的岩心观察,发现观音桥段主要为泥质灰岩或灰质泥岩,含介壳类生物化石,厚度为30~50 cm。结合测井曲线,明确了该段具有中低自然伽马、高电阻率、中高密度的电性特征,并以此为依据,结合已钻井的岩电特征,刻画出了观音桥段平面发育特征,为水平井压裂设计方案优选提供了依据。

黔北桐梓五峰组观音桥段双壳类和腹足类的生态意义

黔北桐梓红花园地区的五峰组是华南地区奥陶系的重要剖面之一,在其以泥质灰岩为特征的五峰组观音桥段下部黑色含炭质钙质页岩和褐色粉砂岩中分别产有较为丰富的双壳类Modiolopsis和腹足类Holopea。产双壳和腹足类的地层中岩性和生物具有差异性,表明观音桥段沉积早期的沉积环境具有多变的特征。横长卵形、较膨凸的Modiolopsis和其两瓣壳相连保存的标本表明为近原地埋藏,为弱水动力、有氧的、较浅水环境的软质基底。丰度较大的低圆锥形Holopea的不规则的壳顶指向指示了具一定水动力的、沙性基底的浅水环境。

四川盆地及周缘上奥陶统五峰组岩相特征

上奥陶统五峰组分为页岩段和观音桥段。对比分析四川盆地及周缘五峰组页岩气钻井岩心以及测试数据,根据岩心和全岩矿物组分特征,以硅质矿物(石英)、黏土矿物和碳酸盐矿物为三端元,进行岩相划分。页岩段可识别出4种岩相类型:硅质页岩、含黏土硅质页岩、含灰硅质页岩以及含灰黏土质页岩;观音桥段发育含介壳泥质灰岩。页岩气钻井实测数据表明,页岩段4类页岩岩相品质(有机碳含量、脆性矿物含量以及含气量)差异较大,硅质页岩品质最优,含灰黏土质页岩品质最差。页岩段岩相类型以及观音桥段分布特征受控于沉积环境。川南永川地区等相对浅水的区域页岩厚度较大,但是硅质页岩厚度较小,页岩段整体品质较差,不建议作为水平井靶窗;川南威远地区受古陆和古地形影响,硅质页岩厚度较小,也不建议作为水平井靶窗;川东南焦石坝、武隆、丁山以及南川地区硅质页岩厚度超过4 m,可作为水平井靶窗。

滇东北DD1井五峰组—龙马溪组地层界线划分及沉积环境演变

DD1井上奥陶统临湘组泥灰岩之上发育大套粉砂质泥岩,笔石化石缺乏,也未发现观音桥段含赫南特贝灰岩标志层,O-S界线通过生物地层和岩石地层方法难以确定。微量、稀土元素分析表明,粉砂质泥岩中部(1288.3 m)的Th、Sr、Y、Th/U以及Cen、Eun、δCe、δEu曲线均呈现尖锐的异常峰,该处ΣREE含量显著高于上下地层,REE分布曲线右倾斜率更大。将DD1井与扬子地区其他O-S界线剖面的元素地球化学特征进行对比分析,可判断DD1井存在五峰组观音桥段,该标志层的厚度也小于1 m。微量元素地球化学氧化-还原判别图还表明,五峰期—龙马溪期早期沉积水介质主要处于弱氧化环境,观音桥期氧化性达到最强;根据沉积学标志分析,O-S之交沉积相演变过程为:潮下→潮间→潮上→潮间,在观音桥期水体最浅,为潮上带沉积。

四川盆地及周缘上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组关键界面基本特征

以典型剖面详测和重点资料点解剖为基础,结合观音桥段介壳层典型特征分析,以特定斑脱岩层为重点,系统研究四川盆地及周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组内部关键界面基本特征及其与富有机质页岩沉积关系。研究区五峰组—龙马溪组发育特征笔石带、观音桥段介壳层、斑脱岩密集段、结核体等4种具有界面属性的标志层,可成为笔石页岩内地层划分与对比的关键界面:观音桥段介壳层是五峰组—龙马溪组内部最标准的关键界面,也可作为判断重点地区富有机质页岩沉积规模的重要标志;发育两种类型8个斑脱岩密集段,主要赋存于7个笔石带,与观音桥段介壳层在厚度、自然伽马响应等方面具有相似的界面特征,属构造界面(即事件性沉积),并具有全域、大区域和局部3种分布规模,可相应成为三级、四—五级层序界面,对富有机质页岩沉积具有差异控制作用;特征笔石带的首现层位即为等时界面,与富有机质页岩沉积并无直接关系;结核体仅在局部区域产出,且在纵向和横向分布的稳定性较差,与富有机质页岩沉积关系并不明显。

上扬子海南缘晚奥陶世赫南特期沉积相特征及海平面变化

晚奥陶世赫南特期经历了由冈瓦纳冰川事件引起的全球海平面下降和温度降低,以及由此引发的生物集群绝灭事件,同时又是构造-沉积的转换期。因此,该时期成为奥陶—志留纪之交重大的地质事件转折期。本文通过野外露头对上扬子海南缘五峰组观音桥段岩性组合、古生物以及沉积构造的研究发现,晚奥陶世赫南特期上扬子海南缘经历了滨岸潮坪相、浅滩和浅水陆棚相三种沉积相类型的改造。滨岸潮坪相主要为混积潮坪,呈环状分布于滇黔桂古陆周缘及黔中水下隆起。浅滩相可识别出生屑滩和砂屑滩两个微环境,主要分布于近潮坪相带的重庆秀山、贵州松桃以及贵州凤冈等地区。浅水陆棚可分为浅水陆棚下部和浅水陆棚上部两个区域,与潮坪相带相接触并向北过渡,其中浅水陆棚区上部又可划分为浅水混积陆棚和浅水碎屑陆棚两种类型。另外,通过岩性与生物碎屑的组合和分布特征,表明赫南特期至少经历了一次完整的海平面升降变化,并为研究全球海平面的变化提供了新的材料。

鄂西地区宜昌上升对黑色页岩烃源岩控制

鄂西地区晚奥陶统至下志留统龙马溪组是一套优质的陆棚还原坏境下沉积的黑色页岩。通过对野外露头、手标本和样品的实际分析得到了该区块页岩的相关参数,并类比前人对页岩气的生烃条件的研究认为该研究区块下志留统龙马溪组页岩具有生烃条件和页岩气发育的相关基础物质。并考虑构造活动对该区块地层影响,而且通过笔石带的与重庆地区同层页岩比较作出了对鄂西地区五峰组至龙马溪组黑色页岩的资源潜力预测。

重庆南川地区五峰组—龙马溪组黑色页岩沉积环境与有机质富集关系

利用有机碳、硫以及主量元素和微量元素等地球化学方法,分析了重庆东南部南川县三泉剖面的上奥陶统五峰组黑色页岩、观音桥段泥灰岩、下志留统龙马溪组黑色页岩的沉积环境与有机质的富集关系。结果表明,五峰组中上段和龙马溪组下段为有机质富集层段,Ba、P显示晚奥陶世—早志留世四川盆地内具有较高的生产力水平;V/Cr、Ni/Co和S/C等指示五峰组沉积时为缺氧还原条件,冰期观音桥段为富氧—贫氧环境,龙马溪组为厌氧硫化环境;Mo/TOC表明五峰组页岩受局限盆地控制,观音桥段和龙马溪组为中等—弱滞留环境;Ce异常揭示了冰期前后古海平面的变化对海底氧化还原条件造成的影响;TOC与Ba、Ti/Al的弱相关性表明初级生产力水平与陆源碎屑对五峰组—龙马溪组黑色页岩有机质的富集影响较小;而与V/Cr、Ni/Co的正相关性则表明缺氧还原的沉积环境是影响五峰组—龙马溪组黑色页岩有机质富集的主要因素。