四川盆地五峰—龙马溪组黑色页岩有机岩石学特征研究

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.046

现代地质 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (05): 1281-1291.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.046

四川盆地五峰—龙马溪组黑色页岩有机岩石学特征研究

刘思逸¹(), 高平¹(), 肖贤明¹, 刘若冰², 秦婧³, 袁桃², 王旭¹

1.中国地质大学(北京) 能源学院,北京 100083
2.中国石化勘探分公司,四川成都 610041
3.国家地质实验测试中心,北京 100037

收稿日期:2022-03-02 修回日期:2022-06-18 出版日期:2022-10-10 发布日期:2022-11-03
通讯作者: 高平
作者简介:高平,男,副教授,博士生导师,1987年出生,地质资源与地质工程专业,主要从事油气地球化学方面研究。Email: gaoping1212@cugb.edu.cn。
刘思逸,女,本科生,2001年出生,资源勘查工程(新能源地质与工程)专业,主要从事油气地球化学方面研究。Email: liusiyi1212@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(U19B6003-03-01);四川石油天然气发展研究中心2021年度课题(川油气科SKB21-09)

Study on Organic Petrology Characteristics of the Wufeng-Longmaxi Formation Black Shale, Sichuan Basin

LIU Siyi¹(), GAO Ping¹(), XIAO Xianming¹, LIU Ruobing², QIN Jing³, YUAN Tao², WANG Xu¹

1. School of Energy Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
2. Exploration Branch Company, SINOPEC, Chengdu, Sichuan 610041, China
3. National Research Center for Geoanalysis, Beijing 100037, China

Received:2022-03-02 Revised:2022-06-18 Online:2022-10-10 Published:2022-11-03
Contact: GAO Ping

摘要/Abstract

摘要：

目前五峰—龙马溪组黑色页岩中显微组分缺乏统一的分类方案,命名也较为混乱,给页岩气勘探与评价造成了困难。为此,采用全岩光片和有机地球化学(TOC、δ¹³C_org)分析等方法,对四川盆地五峰—龙马溪组黑色页岩中显微组分进行有效识别与特征总结,探讨其可能成因,并判断其有机质类型。研究结果表明:五峰—龙马溪组页岩中显微组分主要由海相镜质组、腐泥组、动物有机碎屑组和次生组组成。其中,海相镜质组由无结构镜质体组成,呈浑圆状或长条状,具有强的光反射能力,但分布并不广泛;腐泥组主要由无结构腐泥体组成,为藻类遭受热降解过程而形成的无结构且无固定形态的显微组分,在富有机质页岩中广泛分布;动物有机碎屑组主要包括笔石表皮体、几丁虫和放射虫有机碎屑体;次生组由次生沥青体组成,广泛分布在页岩基质孔隙中,呈无固定形状。五峰—龙马溪组页岩中主要发育腐泥组和次生组,其次为动物有机碎屑组和海相镜质组,其有机质类型以Ⅰ-Ⅱ₁型干酪根为主,且腐泥组和次生组含量越高,有机质类型越好,其生烃潜力越大。

关键词: 显微组分, 有机质类型, 有机碳同位素, 页岩气

Abstract:

At present, there is no unified classification and definition of organic macerals in the Wufeng-Longmaxi Formation black shale, which made it difficult for regional shale gas exploration and evaluation. In this study, organic macerals in the Wufeng-Longmaxi Formation black shale from the Sichuan Basin were identified and summarized via optical microscopic observation of polished blocks and organic geochemistry (TOC, δ¹³C_org), and their origins and organic matter types were determined. Our results show that organic macerals are mainly composed of the marine vitrinite, sapropelinite, organic zooclast and secondary groups. Among them, marine vitrinite group consists of round-/rod-shaped structureless vitrinite, and displays strong light reflection, but it is only locally distributed. The sapropelinite group is mainly composed of structureless sapropelinite, and is widely developed in organic-rich shale, which is the product of algal materials that underwent geological processes of thermal degradation. The organic zooclast group includes graptolite epidermis, chitinozoans and radiolarians. Meanwhile, the secondary group is composed of secondary bituminites, which is widely developed in matrix porosity of shales and is amorphous. The sapropelinite and secondary groups are the major types of organic macerals in the shales of Wufeng-Longmaxi Formation, whereas organic zooclast and marine vitrinite groups are less common. The organic matter type of studied shales is predominately type Ⅰ-Ⅱ₁ kerogen. Moreover, the relative contents of sapropelinite and secondary groups increase, and organic matter type tends to oil-prone, contributing to their greater potentials of hydrocarbon generation.

Key words: organic maceral, organic matter type, organic carbon isotope, shale gas

中图分类号:

刘思逸, 高平, 肖贤明, 刘若冰, 秦婧, 袁桃, 王旭. 四川盆地五峰—龙马溪组黑色页岩有机岩石学特征研究[J]. 现代地质, 2022, 36(05): 1281-1291.

LIU Siyi, GAO Ping, XIAO Xianming, LIU Ruobing, QIN Jing, YUAN Tao, WANG Xu. Study on Organic Petrology Characteristics of the Wufeng-Longmaxi Formation Black Shale, Sichuan Basin[J]. Geoscience, 2022, 36(05): 1281-1291.

图/表 10

图1 四川盆地晚奥陶世—早志留世古地理格局与取样位置(据文献[2]修改)

Fig.1 Palaeogeographic map of the Late Ordovician-Early Silurian Sichuan Basin and sampling locations (modified from reference [2])

表1 样品基本信息和有机地球化学数据

Table 1 Basic information and organic geochemical results of samples

井位	样品号	深度 /m	层位	岩性	TOC /%	δ¹³C_org /‰	BR_o /%	EqV $R o *$ /%
PS1 井	PS1-02	5 964.50	五峰组	黑色页岩	4.58	-30.9	/	/
	PS1-03	5 963.00	五峰组	黑色页岩	2.91	-30.0	/	/
	PS1-05	5 959.20	龙马溪组	黑色页岩	5.43	-30.9	2.73	2.83
	PS1-16	5 943.76	龙马溪组	黑色页岩	2.51	-29.7	/	/
	PS1-18	5 939.66	龙马溪组	黑色页岩	1.44	-30.1	/	/
	PS1-22	5 933.36	龙马溪组	黑色页岩	3.61	-30.2	2.80	2.90
DY5 井	DY5-01	3 816.69	五峰组	黑色页岩	4.94	-30.9	/	/
	DY5-03	3 813.60	五峰组	黑色页岩	4.85	-31.0	/	/
	DY5-04	3 811.20	龙马溪组	黑色页岩	5.25	-30.6	/	/
	DY5-10	3 801.60	龙马溪组	黑色页岩	3.37	-29.9	/	/
	DY5-16	3 789.40	龙马溪组	黑色页岩	2.28	-29.3	2.95	3.04
JY4 井	JY4-02	2 594.80	五峰组	黑色页岩	4.71	-30.3	/	/
	JY4-05	2 591.70	五峰组	黑色页岩	5.38	-30.4	/	/
	JY4-07	2 588.21	龙马溪组	黑色页岩	7.10	-30.7	3.30	3.38
	JY4-19	2 565.80	龙马溪组	黑色页岩	3.55	-30.5	/	/
	JY4-30	2 545.20	龙马溪组	黑色页岩	1.88	-29.9	/	/

表1 样品基本信息和有机地球化学数据

Table 1 Basic information and organic geochemical results of samples

井位	样品号	深度 /m	层位	岩性	TOC /%	δ¹³C_org /‰	BR_o /%	EqV $R o *$ /%
PS1 井	PS1-02	5 964.50	五峰组	黑色页岩	4.58	-30.9	/	/
	PS1-03	5 963.00	五峰组	黑色页岩	2.91	-30.0	/	/
	PS1-05	5 959.20	龙马溪组	黑色页岩	5.43	-30.9	2.73	2.83
	PS1-16	5 943.76	龙马溪组	黑色页岩	2.51	-29.7	/	/
	PS1-18	5 939.66	龙马溪组	黑色页岩	1.44	-30.1	/	/
	PS1-22	5 933.36	龙马溪组	黑色页岩	3.61	-30.2	2.80	2.90
DY5 井	DY5-01	3 816.69	五峰组	黑色页岩	4.94	-30.9	/	/
	DY5-03	3 813.60	五峰组	黑色页岩	4.85	-31.0	/	/
	DY5-04	3 811.20	龙马溪组	黑色页岩	5.25	-30.6	/	/
	DY5-10	3 801.60	龙马溪组	黑色页岩	3.37	-29.9	/	/
	DY5-16	3 789.40	龙马溪组	黑色页岩	2.28	-29.3	2.95	3.04
JY4 井	JY4-02	2 594.80	五峰组	黑色页岩	4.71	-30.3	/	/
	JY4-05	2 591.70	五峰组	黑色页岩	5.38	-30.4	/	/
	JY4-07	2 588.21	龙马溪组	黑色页岩	7.10	-30.7	3.30	3.38
	JY4-19	2 565.80	龙马溪组	黑色页岩	3.55	-30.5	/	/
	JY4-30	2 545.20	龙马溪组	黑色页岩	1.88	-29.9	/	/

表2 四川盆地五峰—龙马溪组页岩显微组分分类

Table 2 Organic maceral classification for the shales of the Wufeng-Longmaxi Formation, Sichuan Basin

显微组分类别	显微组分组	显微组分
内源类 (海相的)	海相镜质组	无结构海相镜质体
	腐泥组	无结构腐泥体
		笔石表皮体
	动物有机碎屑组	几丁虫壳壁体
		放射虫有机碎屑体
次生类(成岩的)	次生组	次生沥青体

图2 五峰—龙马溪组页岩中海相镜质组的有机岩石学特征 (a)海相镜质体呈浑圆状、孤立分布,页岩矿物晶间孔中充填大量次生沥青体(样品DY5-03);(b)中部海相镜质体呈条带状、顺层发育,上侧边缘清晰,下侧边缘呈絮状(样品DY5-04)

Fig.2 Microphotographs of organic petrological characteristics of the marine vitrinite group in the Wufeng-Longmaxi Formation shale

图3 五峰—龙马溪组页岩中腐泥组的有机岩石学特征 (a)腐泥体呈无定形状的团块,边缘不清晰,内部含有大量的黏土矿物。页岩孔隙空间中发育有大量的次生沥青(样品JY4-05);(b)腐泥体呈无定形状,仅可见大致的轮廓,与周边矿物基质中在矿物和有机质发育特征上存在明显差异;腐泥体内部由大量细小的有机质和黏土矿物组成,还可见少量粒径较大的次生沥青,呈无定形状(样品PS1-03)

Fig.3 Microphotographs of organic petrological characteristics of the sapropelinite group in the Wufeng-Longmaxi Formation shale

图4 五峰—龙马溪组页岩中动物有机碎屑组的有机岩石学特征 (a)破碎状粒状笔石表皮体(样品JY4-07);(b)非粒状笔石表皮体,呈现长条状、破碎状,内部可见圈层状纺锤层(样品PS1-02);(c)大量破碎的非粒状笔石表皮体碎片似乎顺层叠置,内部可见清晰的纺锤层结构(样品JY4-07);(d)非粒状笔石表皮体腔体内部被严重黄铁矿化,发育大量的莓球状黄铁矿,笔石表皮体具有强烈的光学各向异性(样品JY4-30);(e)几丁虫壳壁体由口管、腔体和尾端组成(样品PS1-03);(f)几丁虫壳壁体碎片顺层分布(样品PS1-02);(g)放射虫由腔体内部的有机质和石英环边组成,呈圆形,内部有机质呈细粒状,与微晶石英相伴生(样品PS1-02);(h)破碎的放射虫碎片,内部有机质具有圈层状生长纹,内部有机质呈细粒状,与微晶石英相伴生(样品PS1-03)

Fig.4 Microphotographs of organic petrological characteristics of the organic zooclast group in the Wufeng-Longmaxi Formation shale

图5 五峰—龙马溪组页岩中次生组的有机岩石学特征 (a)次生沥青充填于矿物晶间孔中,呈多边形状(样品PS1-03);(b)次生沥青赋存于矿物(可能为自生石英)所包裹的孔隙空间中(中部半圆指示),呈团块状,内部显示出明显的粒状镶嵌结构;部分次生沥青赋存于刚性矿物骨架边缘的孔隙空间中(右侧圆圈指示)(样品DY5-10);(c)次生沥青赋存于层状黏土矿物的格架孔中(样品PS1-18);(d)次生沥青呈分散状赋存于页岩基质中,依稀可见呈条带状,顺层发育(样品DY5-01)

Fig.5 Microphotographs of organic petrological characteristics of the secondary group in the Wufeng-Longmaxi Formation shale

表3 五峰—龙马溪组页岩中各显微组分相对含量

Table 3 Relative organic macerals contents in the Wufeng-Longmaxi Formation shale

样品	(腐泥组+次生组)/%	动物有机碎屑组/%	海相镜质组/%
PS1-02	82.77	17.23	0
PS1-03	84.98	13.36	1.66
PS1-05	88.14	6.96	4.90
PS1-16	47.34	45.08	7.58
PS1-18	73.65	22.99	3.36
PS1-22	76.67	18.37	4.96
JY4-02	69.12	18.65	12.23
JY4-05	70.50	25.94	3.56
JY4-07	61.91	26.94	11.15
JY4-19	68.13	23.67	8.20
JY4-30	50.65	40.40	8.95
DY5-01	60.32	27.49	12.19
DY5-03	65.83	21.38	12.79
DY5-04	50.93	40.43	8.64
DY5-10	85.86	13.15	0.99
DY5-16	50.72	33.77	15.51

图6 四川盆地五峰—龙马溪组页岩中显微组分三角图(单位:%) A.腐泥组+次生组;B.动物有机碎屑组;C.海相镜质组

Fig.6 Ternary plot for the various organic macerals in the Wufeng-Longmaxi Formation shale from the Sichuan Basin (unit:%)

图7 四川盆地五峰—龙马溪组页岩中显微组分的相对含量与有机地球化学参数的交汇图 (a)δ13Corg与腐泥组+次生组相对含量关系;(b)δ13Corg与动物有机碎屑组相对含量关系;(c)δ13Corg与TOC关系;(d)腐泥组+次生组相对含量与TOC关系

Fig.7 Scatter plots of relative contents of organic macerals and organic geochemical parameters of the Wufeng-Longmaxi Formation shale from Sichuan Basin

参考文献 46

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四川盆地五峰—龙马溪组黑色页岩有机岩石学特征研究

Study on Organic Petrology Characteristics of the Wufeng-Longmaxi Formation Black Shale, Sichuan Basin

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[1]	张金晴, 李贤庆, 张博翔, 张学庆, 杨经纬, 于振锋. 沁水盆地武乡区块上古生界煤系页岩气储层孔隙特征和孔隙结构[J]. 现代地质, 2022, 36(06): 1551-1562.
[2]	崔树辉, 吴鹏, 赵霏, 牛艳伟, 蔡文浙, 王波. 鄂尔多斯盆地东缘临兴区块页岩气成藏因素分析及富集区预测[J]. 现代地质, 2022, 36(05): 1271-1280.
[3]	饶权, 康永尚, 黄毅, 赵群, 王红岩. 蜀南地区龙马溪组页岩气工业建产区游离气和孔隙度下限讨论[J]. 现代地质, 2021, 35(04): 1054-1064.
[4]	姜秉仁, 杨通保, 石富伦, 韩明辉, 付炜. 黔西地区下石炭统旧司组页岩气聚集条件及含气性分析[J]. 现代地质, 2021, 35(02): 338-348.
[5]	毛俊莉, 张金川, 丁江辉, 尚灿, 陈世敬, 苏泽昕. 辽河坳陷清水洼陷沙三段页岩气富集条件[J]. 现代地质, 2019, 33(06): 1252-1262.
[6]	张鹏, 陈世敬, 刘子驿, 黄宇琪, 杨军伟, 刘洪洋. 湘鄂西龙马溪组页岩解析气同位素组成特征及应用[J]. 现代地质, 2019, 33(04): 883-889.
[7]	王子轶, 高志前, 石文睿, 王兴志, 赵红燕. 四川盆地五峰组—龙马溪组笔石与页岩气关系探讨[J]. 现代地质, 2019, 33(02): 379-388.
[8]	梁万乐, 李贤庆, 魏强, 李谨, 孙可欣, 张敏. 库车坳陷北部山前带中生界烃源岩有机岩石学[J]. 现代地质, 2018, 32(06): 1137-1149.
[9]	王迪, 田继军, 冯烁, 陆星宇. 塔里木盆地东南缘下—中侏罗统煤层煤岩、煤质特征分析[J]. 现代地质, 2018, 32(05): 975-984.
[10]	辛云路, 王劲铸, 金春爽. 南盘江盆地石炭系沉积体系及页岩气有利区带[J]. 现代地质, 2018, 32(04): 774-785.
[11]	王元, 李贤庆, 王刚, 徐新德, 刘海钰. 莺琼盆地中新统海相羟源岩地球化学特征及生经潜力评价[J]. 现代地质, 2018, 32(03): 500-510.
[12]	徐红卫, 李贤庆, 祁帅, 周宝刚, 王哲, 高文杰, 陈金明. 鄂尔多斯盆地延长探区延长组页岩气储层孔隙结构特征[J]. 现代地质, 2017, 31(02): 328-337.
[13]	程青松，龚建明，张敏, 赵青芳，王伟超，程文洁，田瑞聪，陈志强. 祁连山冻土区木里煤田侏罗系烃源岩地球化学特征[J]. 现代地质, 2016, 30(6): 1408-1416.
[14]	彭建龙，张金川，尉鹏飞，隆帅，黄潇，. 四川盆地上三叠统须五段页岩微观孔隙结构及其控制因素[J]. 现代地质, 2016, 30(4): 896-905.
[15]	孟江辉，潘仁芳，陈浩，唐小玲. 滇黔桂盆地泥盆系页岩气成藏条件及资源潜力分析[J]. 现代地质, 2016, 30(1): 181-191.