第六届非常规油气地质评价暨新能源学术研讨会
6th Symposium on Unconventional Oil and Gas Geological Evaluation and New Energy

127 / 2021-06-07 14:46:30

鄂西地区牛蹄塘组与五峰组-龙马溪组页岩沉积环境及有机质富集成因差异对比

页岩；沉积环境；有机质；富集成因；差异对比

页岩油气理论与技术

下寒武统牛蹄塘组一段与上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组富有机质页岩为鄂西地区重要的页岩气勘探目的层。许多学者对研究区两套页岩地层及沉积相、储层物性、含气性及页岩气富集规律进行过较为深入的研究（翟刚毅等，2017；陈孝红等，2018），而对页岩形成环境及有机质富集成因差异性研究相对有限（何庆等，2020；蔡全升等，2020），尤其是对两套页岩硅质成因以及缺氧条件下的铁化或硫化状态研究较为薄弱。

本研究以黄陵背斜东南缘牛蹄塘组和五峰组-龙马溪组页岩为研究对象，重点采集典型钻井秭地1井和夷地1井岩心样品，利用TOC、X-衍射全岩、主微量元素、铁组分等测试手段，开展了两套黑色页岩的地球化学特征研究，对比了其硅质成因、古气候、古氧化还原条件及古生产力等沉积环境差异性，并通过分析TOC与有机质富集影响因素耦合关系，探讨了两套页岩有机质富集主控因素。

研究结果表明，牛蹄塘组一段TOC平均值高，富集元素Ca、P、Mg、 U、Sr、V。五峰组-龙马溪组TOC相对较低，富集元素Si、Ca、Na、U、Ba、Ni。与牛蹄塘组一段相比，具有相对较高的稀土总量（REE）和轻重稀土元素比（LREE/HREE）。

两套页岩硅质来源均为非热液成因，牛蹄塘组一段生物硅含量为1.04%～14.25%，平均值8.89%，下部硅质来源为陆源和生物混合成因，上部以陆源为主；而五峰组-龙马溪组生物硅含量为1.48%～37.39%，平均值15.44%，五峰组和龙马溪组下部硅质来源以生物成因为主，龙马溪组中上部以陆源成因为主。经过钾交代作用矫正后的化学蚀变指数（CIA）计算得出牛蹄塘组一段古气候由下部寒冷干燥变为上部温暖湿润。而五峰组-龙马溪组则经历了五峰组下部温暖湿润，至五峰组上部和龙马溪组下部变为寒冷干燥，再到龙马溪组中上部的温暖湿润的过程。牛蹄塘组一段Sr/Ba介于0.24～0.98，平均值0.55，表明下部为盐度较低淡水环境，上部为水体盐度较高的咸水环境。而五峰组-龙马溪组Sr/Ba介于0.01～0.10，平均值0.06，表明沉积时期均为盐度较低的淡水环境。

古氧化还原条件指标V/Cr、Ni/Co、U/Th、Fe_py/Fe_HR显示，牛蹄塘组一段下部为厌氧-缺氧环境，水体还原性相对更好，均处于缺氧硫化环境中，而上部逐渐变为氧化环境。五峰组与龙马溪组下部为厌氧-缺氧环境，水体还原性相对牛蹄塘组一段较差，仅龙马溪组下部局部地层处于缺氧硫化环境，而龙马溪组上部逐渐变为氧化环境。古生产力指标Ni/Al、以及生物镍铜锌总含量Ni_XS+Cu_XS+Zn_XS分析表明，牛蹄塘组一段Ni/Al为7.41～51.16，平均值20.71；Ni_XS+Cu_XS+Zn_XS介于24.96～472.51 ppm，平均值168.35ppm。五峰组-龙马溪组Ni/Al为8.60～77.92，平均值28.07；Ni_XS+Cu_XS+Zn_XS介于76.46～663.90 ppm，平均值206.59 ppm。相比而言，五峰组-龙马溪组生物古生产力更高。

TOC与有机质富集影响因素耦合相关性分析表明，牛蹄塘组一段有机质富集受到氧化还原条件、古生产力和陆源输入的共同影响，其中主控因素为古氧化还原环境。而五峰组-龙马溪组有机质富集受到古生产力和古氧化还原条件的影响，其中主控因素为古生产力，而陆源输入的影响微弱。