上扬子地区南部志留系龙马溪组笔石页岩有机质特征

1、上扬子地区南部志留系龙马溪组笔石页岩有机质特征摘要：上扬子地区南部志留系龙马溪组黑色笔石页岩的有机质丰度高，有机质类型好，有机质成熟度高，具有显著地有机地球化学特征，黑色笔石页岩中笔石化石的保存方式多为聚集式，丰度较高，为页岩气形成提供了物质基础。研究区龙马溪组有机质处于成熟-过成熟阶段，且该区域龙马溪组的烃源岩有机质类型为I型（腐泥型），有利于生气。关键词：笔石页岩龙马溪组生物成因川南地区川南早古生代志留系龙马溪组下部富有机质的黑色页岩发育。长期以来，大多数学者都认为这是一套有利的页岩气气勘探开发层段，并且页岩气的成因与笔石有非常密切的关系，但还未予证实。通过对川南龙马溪组页岩的实验分析研究

2、发现，页岩中笔石中含碳量极高，基本与全岩中TOC含量相当。但是笔石体在地质演化历程中，其结构的演变与页岩气生成之间的相关关系，一直研究甚少。1项目区背景及样品来源四川盆地南部五峰组（03w）-观音桥段（03g）-龙马溪组（S1I）为还原环境下形成的一套连续沉积的暗色岩系，岩性以黑色泥岩、碳质页岩、灰岩等为主，并可伴生黄铁矿条带，产笔石和贝类化石。据野外调查资料，地层中笔石含量丰富，种类多样，在不同的组段呈现出不同的组合特征。笔石形态大多呈细、长组合与短、粗状组合产出，密集分布于泥岩层面上，富含笔石皮层体，有机显微组分属于动物有机组。在长宁县双河剖面，龙马溪组下段含有机质页岩总厚度巨大，岩性以暗

3、色页岩为主，有机质含量普遍较高，向上部灰岩组分增多，有机质含量逐渐减少。该套含有机质岩性地层厚度总体约100m,是较好的页岩气烃源岩层段。本次实验样品来源于川南长宁-双河新鲜露头剖面，并系统采选剖面相关实验测试样品52件。2研究区笔石页岩的有机地球化学特征历来油气地质学家最为关注沉积物中有机质的数量、质量（干酪根类型）及成熟度。目前确定沉积物有机质的热演化程度使用最广泛的方法是镜质体反射率。由于陆生高等植物在晚志留纪才出现，所以早古生代和前寒武纪地层中不含镜质体。不少学者在这些地层中识别出光性特征类似镜质体的物质，并利用这些镜质体的反射率来评价下古生界地层的区域成熟度。Bustin等及Bert

4、rand等对笔石的反射率作为有机成熟度指标做了大量研究。研究表明，笔石碎屑具有较强的双光轴特性和各向异性特点。在平行层面所切光面上，所测笔石的最大反射率较垂直层面笔石光面的最大反射率要高。笔石油浸反射率随成熟度增加而有规律地变化（刘大锰等，2000）。页岩气有利的评价标准主要为有机质丰度（TOC）、有机质成熟度和烃源岩厚度。有机质丰度决定生烃潜力的大小；有机质成熟度与生气量有关。2.1有机质丰度龙马溪组在南方海相油气组合中与下伏的五峰组共同构成区域性的烃源岩层系，前人开展了大量研究工作，传统上把龙马溪组泥页岩均可以作为烃源岩看待，但从近年的系统性研究发现，龙马溪组虽然泥页岩厚度大，但并非全部为

5、烃源岩层，无论是垂向上还是横向上，有机质丰度可能变化很快。根据对川东南长宁双河镇剖面龙马溪组总有机质含量的测定，泥页岩中有机碳含量差异很大，并表现出一定的规律性。长宁县双河镇五峰组-龙马溪组页岩TOC平均值为2.26%，底部20m段残余有机质含量较高，达2.20%-7.28%,有机碳丰度在采样地层中及周边均呈现由底部向上部整体呈逐渐减少并趋于稳定（张小龙等，2013;罗跃等，2010;陈波等，2009）。方俊华等（2010）研究发现蜀南地区原始有机质含量在1.29%11.94%之间，在有机质成熟生烃过程中，转化率为66.7%左右。在偏光显微镜下定量测定3组（CN-SH-1，CN-SH-16，C

6、N-SH-27）从剖面底部往上测定笔石丰度平均为8.2%，沿层面分布的长宁双河镇龙马溪组笔石丰度比较大。2.2有机质类型根据美国页岩气盆地的勘探经验，I型和H型干酪根为页岩气生成的主要有机质类型。对四川盆地边缘地区页岩采集样品进行的透射光-荧光干酪根显微组分鉴定分析表明，页岩有机质类型以I型干酪根为主。显微组分以腐泥组为主。由于志留系有机质演化程度很高，所以选择用干酪根碳同位素法确定有机质类型。而双河镇五峰组-龙马溪组页岩干酪根碳同位素S13C值为-31.5%二29.0%。，高有机质段对应轻的S13C直，由下向上S13C直变重，但同位素最轻的碳也就是最富含类脂质的。干酪根的碳同位素均小于-29

7、%。，为I型腐泥型有机质。2.3有机质成熟度志留系烃源岩演化程度高，加之龙马溪组烃源岩缺乏镜质组，且含大量笔石，因此用笔石反射率作为成熟度的指标，然后根据笔石反射率和镜质组反射率之间的换算关系算出有机质成熟度。根据对双河镇剖面上龙马溪组烃源岩的3个样品的镜质组反射率测定，得到该剖面龙马溪组烃源岩的镜质组反射率Ro均已达到过成熟阶段。在Ro,max<5%以前笔石的热演化径迹与镜质体和沥青相似，成熟度低时笔石是一种极好的成烃母质，随着成熟度的增高，笔石结构转化主要发生增碳作用。与Barnett泥页岩相比，龙马溪组泥页岩具有相似的有机质丰度、类型和极高的成熟度，有利于页岩气的形成和富集

8、。3探讨动物碎屑笔石和几丁虫的光性参数可以指示下古生界地层成熟度，但下古生界地层缺乏镜质体，笔石反射率难于与常规的镜质体反射率建立对应关系。因此，进一步对笔石的光性特征进行研究，通过CAI(牙形石色变指数)或寻求其它指标，来建立笔石反射率与镜质体反射率之间的关系，对评价有机质成熟度有重要意义笔石的丰度与原始有机质有较好的对应关系，且该区域龙马溪组的烃源岩有机质类型为I型(腐泥型)，生烃潜力强，但笔石(笔石表皮)对页岩气总量的贡献程度也值得深入研究。参考文献1 刘大锰，艾天杰，汤达祯.动物碎屑的光性变化及研究意义J.地学前缘，2000,7(3):291-296张小龙，李艳芳，吕海刚，等.四川盆地志留系龙马溪组有机质特征与沉积环境的关系J.煤炭学报，2013,38(5):851-856.罗跃，朱炎铭，陈尚斌.四川省文兴县志留系龙马溪组页岩有机质特征J.黑龙江科技学院学报，